Proiect Distilare Final

UNIVERSITATEA PETROL – GAZE din PLOIEȘTIFACULTATEA: TEHNOLOGIA PETROLULUI ȘI PETROCHIMIECATEDRA: INGINERIA PRELUCRĂRII PETROLULUI ȘI PETROCHIMIE

Proiect la disciplina: TEHNOLOGIA DISTILĂRII PETROLULUI

TEMA: Elaborarea anteproiectului tehnologic al unei coloane de distilare atmosferică

Date de proiectare:

1. Tipul țițeiului și caracteristicile acestuia: T5;2. Produsul obținut în cantitate maximă: benzină;3. Capacitatea instalației de DA (Debitul de prelucrare): 4 milioane de tone/an;4. Temperatura de intrare a țițeiului în instalație: 2200C;5. Temperatura apei de răcire la condensator: 18-300C;6. Temperatura și presiunea aburului: 2900C, 7 atm;7. Combustibilul folosit la cuptoare: combustibil lichid – păcură;

Se cere:

1. Stabilirea conținutului potențial de produse albe2. Calculul proprietăților medii ale produselor3. Alegerea schemei tehnologice (tipului de coloană)4. Calculul sistemului de fracționare:

4.1. Alegerea pe baza datelor de literatură a numărului și tipului de talere necesare în coloană4.2. Calculul presiunilor și temperaturilor din coloană

5. Sarcina termică a cuptorului tubular6. Cantitatea de apă de răcire din condensatorul de la vârful coloanei7. Bilanțul material și termic pe coloană8. Verificarea gradului de separare9. Dimensionarea tehnologică a coloanei de DA

9.1. Calculul diametrului coloanei9.2. Calculul înălțimii coloanei

10. Descrierea fluxului tehnologic, a controlului fabricației, a măsurilor principale de protecția muncii, consumuri și aspecte economice11. Schema generală a instalației automatizată

Data eliberării temei:Termenul pentru predarea proiectului:

1

Cuprins1. Introducere..............................................................................................................................................5

2. Stabilirea potențialului de produse albe..................................................................................................6

3. Caracterizarea produselor.....................................................................................................................16

3.1. Determinarea proprietăților medii ale produselor.........................................................................16

4. Alegerea schemei tehnologice...............................................................................................................17

4.1. Tipuri de coloană de distilare atmosferică. Coloană de tip U.........................................................18

5. Calculul tehnologic al coloanei de tip U.................................................................................................18

5.1. Alegerea numărului de talere.........................................................................................................18

5.2. Calculul presiunilor în coloană........................................................................................................19

5.3. Trasarea curbelor VE țiței la πZV și πec..............................................................................................21

6. Calculul temperaturilor din coloană......................................................................................................22

6.1. Calculul bilanțului de materiale în zona de vaporizare și stripare a coloanei..................................23

6.2. Calculul temperaturii la intrare în zona de vaporizare, tiZV..............................................................26

6.3. Calculul temperaturii țițeiului la ieșire din cuptor, tec.....................................................................27

6.4. Calculul temperaturii din baza coloanei, tB.....................................................................................29

6.5. Calculul temperaturii în zona de vaporizare, tZV..............................................................................30

7. Calculul temperaturilor pe talerele de culegere ale produselor laterale și la baza striperelor..............31

7.1. Calculul temperaturilor pe talere de extragere ale produselor laterale.........................................31

7.1.1. Calculul temperaturii pe talerul de extragere al motorinei, D1................................................32

7.1.2. Calculul temperaturii pe talerul de extragere al petrolului, D2...............................................34

7.1.3. Calculul temperaturii pe talerul de extragere al benzinei grele, D3..........................................37

7.2. Calculul striperelor..........................................................................................................................40

7.2.1. Bilanțul material pe stripere cu abur.......................................................................................41

7.2.2. Bilanțul termic pe striperul cu abur. Calculul temperaturii în baza striperului de motorină, t2D1

...........................................................................................................................................................43

7.2.3. Calculul temperaturii în baza striperului de petrol, t2D2..........................................................45

7.2.4. Calculul temperaturii în baza striperului de benzină grea, t2D3................................................46

7.3. Calculul temperaturii la vârful coloanei..........................................................................................47

7.4. Calculul sarcinii condensatorului de la vârful coloanei și a cantității de apă de răcire și condensare...............................................................................................................................................................49

7.5. Bilanț termic pe coloană.................................................................................................................51

2

8. Dimensionarea tehnologică a coloanei de DA.......................................................................................51

8.1. Calculul diametrului coloanei cu talere cu supape (Glitsch)...........................................................51

8.2. Determinarea înălțimii coloanei.....................................................................................................53

9. Descrierea fluxului tehnologic, a controlului fabricației, a măsurilor principale de protecția muncii, consumuri și aspecte economice...............................................................................................................54

Flux tehnologic..........................................................................................................................................54

Norme de protecția muncii și tehnica securității...............................................................................55

1. Bioxid de sulf.................................................................................................................................55

2. Monoxid de carbon........................................................................................................................55

3. Produse petroliere.........................................................................................................................56

10. Schema generală a instalației automatizată........................................................................................58

BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………………………………………………………………………………………56

ANEXA……………………………………………………………………………………………………………………………………………………57

3

UNIVERSITATEA PETROL – GAZE din PLOIEȘTIFACULTATEA: TEHNOLOGIA PETROLULUI ȘI PETROCHIMIECATEDRA: INGINERIA PRELUCRĂRII PETROLULUI ȘI PETROCHIMIE

STUDENT: Piscoci Iulian GRUPA: 3152

PROIECT DE ANTEHNOLOGIA DISTILĂRII PETROLULUI

CALCULUL TEHNOLOGIC AL UNEI COLOANE DE DISTILARE ATMOSFERICĂ

Student, Conducător,

4

Piscoci Iulian Prof. Dr. Ing. Ion ONUȚUTipul țițeiului și caracteristicile acestuia

Tipul țițeiului: T5

Densitatea la 150C, g/cm3,

% Sulf = 2,37Temperatura inițială de distilare: 300C

Fracțiunea Temperatura, 0C % dist. Vol. % dist. Vol. Cumulate

1 30-75 3,8 3,8 0,6522 75-100 3,3 7,1 0,7153 100-125 4,6 11,7 0,7454 125-150 5,0 16,7 0,7695 150-175 4,0 20,7 0,7886 175-200 4,4 25,1 0,8047 200-225 4,0 29,1 0,8168 225-250 5,1 34,2 0,8299 250-275 7,1 41,3 0,846

10 275-310 3,4 44,7 0,86011 310-340 6,4 51,1 0,87612 340-370 6,6 57,7 0,88613 370-400 4,9 62,6 0,89914 400-430 6,2 68,8 0,911

Reziduu 31,2 100,0 0,977

1. Introducere

Distilarea reprezintă procesul de separare fizică bazat pe diferențele între punctele de fierbere ale componenților dintr-un amestec format din doi sau mai mulți componenți.

Țițeiul este un amestec complex de hidrocarburi cu puncte de fierbere foarte apropiate care se separă în amestecuri cu domenii de fierbere înguste numite fracțiuni petroliere.

Prin distilarea țițeiului, proces care implică una sau mai multe coloane se obțin fracțiuni cu limite de distilare bine precizate: benzină, white-spirit, petrol, motorină și un reziduu – păcură.

5

Deoarece această fracționare se realizează la o presiune apropiată de cea atmosferică, procesul este numit distilare atmosferică (DA). Fiind primul proces dintr-o serie vastă de transformări fizice și chimice la care este supus țițeiul, el se mai numește și distilare primară.

Distilarea atmosferică a țițeiului se realizează în coloane de fracționare de diverse tipuri: U, A, R. În acest scop, țițeiul este încălzit în cuptoare tubulare până la temperatura de 280-3300C.

În distilarea țițeiului se folosesc instalații cu o coloană, cu două coloane, cu o coloană și un vaporizator și cu mai multe coloane funcție de conținutul de fracțiuni ușoare din țiței și de conținutul de substanțe corozive din țiței.

În urma distilării țițeiului, din coloană se separă:

a) vapori de benzină ușoară ce se obțin la vârful coloanei, care apoi sunt condensați într-un condensator tubular cu apă. Benzina se acumulează apoi în vasul de reflux împreună cu apa rezultată din condensarea aburului introdus în coloană, pentru striparea păcurii și în stripere pentru striparea fracțiunilor laterale.

La partea superioară a vasului de reflux se separă gazele prezente în țiței, iar benzina ușoară rezultată este trimisă o parte ca reflux rece la vârful coloanei, iar restul se trimite la depozit.

b) fracții de benzină grea, petrol, motorină care se extrag lateral din coloana de distilare atmosferică în fază lichidă. Acestea se stripează în stripere cu abur sau în stripere cu refierbător.

Fracțiile laterale extrase fac apoi schimb de căldură cu țițeiul și se răcesc cu apă înainte de a fi trimise la depozit.

c) păcura stripată care după ce preîncălzește țițeiul, este răcită și trimisă la depozit.

2. Stabilirea potentialului de produse albe

Potențialul de produse albe reprezintă procentul maxim de produse de o anumită calitate ce se obține dintr-un anumit țiței supus distilării.

Ca metodă de calcul a potențialului de produse albe se alege metoda care utilizează drept criteriu de separare, temperaturile finale pe curbele STAS ale produselor și decalajele pe curbele STAS între produsele fracționate.

Calculul se efectuează în următoarea succesiune:

1. Se trasează curba PRF a țițeiului care corelează temperatura de fierbere cu procentele volum.

6

Curba PRF a titeiului

2. Se stabilesc limitele de distilare pe curba STAS pentru produsele ce urmează a fi obținute

Limitele de distilare pe curba STAS pentru fracțiuni se iau în funcție de produsul care trebuie obținut în cantitate maximă (benzină).

Produsul Produsul principal obținut în cantitate maximăBenzină Petrol Motorină

Benzină ușoară 135 120-135 120-135Benzină grea 205 160 205

Petrol 300 300 280Motorină ușoară 360 360 360

Motorină grea - 370 370

Tabelul 2. Temperaturi finale pe curba STAS (0C) recomandate

3. Se stabilesc decalajele pe curba STAS între produsele vecine. Decalajul este o apreciere a gradului de separare între fracțiuni și reprezintă diferența între temperatura la care distilă 5% volum produs greu și temperatura la care distilă 95% volum produs ușor pe curba STAS.(Anexa I, fig.I.3.)

7

Decalajul între produse se ia din tabelul următor:

Produsele care se separă Decalaj (5-95) STAS 0CBenzină ușoară – benzină grea 17

Benzină grea - petrol 22Petrol - Motorină 3

Tabelul 3. Decalajul pe STAS recomandat

4. Se transformă decalajul pe curba STAS în decalaj pe curba PRF cu ajutorul graficului de corelare (Anexa I, fig. I.2.).

Pe curba PRF decalajul negativ între două fracțiuni se numește suprapunere și reprezintă temperatura la care distilă 100% produs ușor (PU) minus temperatura la care distilă 0% produs greu (PG) pe curbele PRF.

5. Se corelează temperatura la 100% distilate pe curba STAS cu temperatura la 100% pe curba PRF (Anexa I, fig. I.2.).

6. Se calculează temperatura inițială pe curba PRF a produsului ușor cu relația:

7. Se calculează temperatura de tăiere între produsul ușor și greu cu relația:

8. Din curba PRF a țițeiului în funcție de temperatura de tăiere se citește % volum cumulat de produse distilate.

9. Se determină potențialul de produse.

Produse Limite de distilare în 0C Decalaj % vol. cumulate

% potențial de produseSTAS PRF

0% 100% 0% 100%Benzină ușoară

29 135 48 142 17 46 119 16,5 16,5

Benzină grea

135 205 96 213 34,5 18,022 34 196

Petrol 205 300 179 318 53,5 19,03 56 290

Motorină 300 360 262 390 69,5 16,0

8

Tabelul 4. Calculul potențialului de produse albe.

Din date de proiectare privitoare la țiței se mai trasează:

a) curba de procente medii – densitate

% vol. Distilate

1,6 0,6285,5 0,659

10,05 0,69615,25 0,72421,35 0,75127,25 0,77332,75 0,78637,85 0,79742,75 0,81048,3 0,827

53,45 0,84558,2 0,85563,5 0,877

68,55 0,89473,7 0,907

9

b) Curba de randament – densitate.

% vol. distilate densitate3,2 0,6287,8 0,646

12,3 0,66418,2 0,68324,5 0,70130,0 0,71535,5 0,72640,2 0,73445,3 0,74251,3 0,75255,6 0,75960,8 0,76866,2 0,77770,9 0,78476,5 0,793

10

c) Curba VE a țițeiului la presiunea atmosferică, pornind de la curba PRF.

Metoda Edmister și Okamoto

Etape de calcul:

a) Se împarte curba de referință (PRF) în șase segmente: 0-10%, 10-30%, 50-70%, 70-90%, 90-100%. Se stabilesc diferențele de temperatură (Δt) la capetele acestor segmente:

b) Cu ajutorul temperaturii la 50% ( ) și a diferenței de temperatură ( )

pe curba de referință, se determină diferența de temperatură la 50% distilat între curba VE și curba de referință din figura 4 (”Instalații de proces în prelucrarea țițeiului și gazelor – Ghid de proiectare”, Dr. Ing. Ion Onuțu, Editura Universității din Ploiești 2004).

Temperatura la 50% pe curba de referință fiind cunoscută, se calculează temperatura la 50% pe curba VE cu relația:

c) Din diferențele de temperatură la capetele segmentelor pe curba de referință (

) prin intermediul figura 6 (”Instalații de proces în

prelucrarea țițeiului și gazelor – Ghid de proiectare”, Dr. Ing. Ion Onuțu, Editura Universității din Ploiești

2004), se determină diferențele de temperatură la capetele segmentelor curbei VE (

).

d) Pornind de la temperatura de 50% pe curba VE ( ) cu ajutorul diferențelor de

temperatură la capetele segmentelor pe curba VE (

), se calculează temperaturile la 0%, 10%, 30%, 50%, 70% pe curba VE ( , , ).

11

PRF , 0C VE, 0C% vol. t, 0C

0 48 9

10 8562

30 17564

50 27075

70 392,5?

90 ??

100 ?

12

Curba VE la presiunea atmosferică a benzinei ușoare

PRF VE, 0C% vol. t, 0C

0 29 11 1

10 405

30 604

50 755

70 93,7510,1

90 121,255

100 142

Curba VE la presiunea atmosferică a benzinei grele


0 96 26,5 5

10 122,54

30 1403

50 152,52,75

70 172,55,5

90 1906

100 213

13

Curba VE la presiunea atmosferică a petrolului


0 179 26,62 5

10 205,624,75

30 2254,25

50 243,755

70 262,53,8

90 27516

100 318

Curba VE la presiunea atmosferică a motorinei


0 262 38 9

10 3008

30 326,254

50 342,54,25

70 36010,25

90 387,51

100 390

14

3. Caracterizarea produselor

3.1. Determinarea proprietătilor medii ale produselor

Pentru produsele obținute din distilare se determină densitatea și (din curba de % medii

– densitate citind densitatea la jumătatea intervalului corespunzător fiecărui produs).

Masa moleculară medie, .

se poate calcula cu formula:

15

Factorul de caracterizare, K se determină cu relația:

În care T este temperatura medie molară de fierbere în grade Kelvin, însă pentru fracțiuni înguste se poate lua și temperatura la care distilă 50% pe curba STAS, exprimată în Kelvin.

16

Produsul Simbol K

Benzină ușoară D4 0,678 0,6825 750C 750C 125,48 12,53Benzină grea D3 0,763 0,7675 152,50C 152,50C 165,8 11,91

Petrol D2 0,810 0,8137 243,750C 2400C 201 12Motorină D1 0,862 0,8662 342,50C 3400C 265,10 11,94

Păcură B 0,966 0,969

Tabelul 5. Caracteristicile produselor

4. Alegerea schemei tehnologice

Utilajele principale ale instalației de distilare atmosferică sunt:

Coloana de fracționare; Cuptorul tubular; Aparatura de condensare și schimb de căldură Stripere; Pompe;

În cadrul calculului tehnologic al coloanei de distilare atmosferică a țițeiului se consideră după felul refluxului ce se dă în coloană: tip U, tip R, tip A.

4.1. Tipuri de coloană de distilare atmosferică. Coloană de tip U

La acest tip de coloană preluarea căldurii cedată de produsele petroliere pentru a se răci de la temperatura de intrare până la temperatura de ieșire din coloană se realizează cu un reflux rece introdus deasupra primului taler de la vârful coloanei.

Coloana de tip U este neeconomică deoarece căldura eliminată nu poate fi recuperată datorită unui nivel de temperatură prea scăzut și este eliminată în atmosferă prin condensatorul răcitor de la vârful coloanei.

Din această coloană se extrag mai multe fracțiuni laterale preluate de pe talerele situate la diverse înălțimi față de zona de vaporizare.

Alimentarea coloanei se face cu țiței parțial vaporizat în zona de vaporizare, iar produsele laterale care se extrag de pe talere în stare lichidă sunt trecute prin stripere, în care se elimină produsele ușoare antrenate la scoaterea fracțiunii din coloană. Fracția ușoară eliminată prin stripare se reintroduce în coloană cu un taler mai sus decât talerul de extragere, iar produsele stripate după ce fac schimb de căldură cu țițeiul sunt răcite și trimise la rezervoare. Din zona de stripare a coloanei se obține păcură.

17

La coloana de tip U debitele de lichid (reflux) și vapori prin coloană creat considerabil de la bază spre vârf, ceea ce determină dimensionarea coloanei pe baza debitelor existente la vârful coloanei; aceasta conduce la un diametru mai mare pentru acest tip de coloană decât pentru tipul A sau R.

5. Calculul tehnologic al coloanei de tip U

5.1. Alegerea numărului de talere

Majoritatea coloanelor de distilare atmosferică au de la 25 la 35 de talere între zona de vaporizare și vârful coloanei.

Zona de separare Număr de talereBenzină ușoară – benzină grea 8

Benzină grea – petrol 8Petrol – motorină 6

Motorină – zona de vaporizare 4Baza coloanei 4

Stripere 4Total fără stripere 30

5.2. Calculul presiunilor în coloană

18

Unde:

= presiunea în vasul de reflux (mm Hg) care se alege în funcție de mediul de răcire și

de cantitatea de gaze rezultate din țiței;

= presiunea la vârful coloanei, mm Hg;

= căderea de presiune pe taler, care în funcție de tipul de taler utilizat se alege între

5-10 mm Hg la coloanele de distilare atmosferică;

= presiunea pe talerul de extragere a fracțiunilor Di, mm Hg;

= numărul de talere între vârful coloanei și talerul de extragere al fracțiunilor Di,

mm Hg;

= numărul de talere între zona de vaporizare și zona de epuizare (stripare);

= presiunea în zona de vaporizare, mm Hg;

= presiunea în baza coloanei, mm Hg;

= presiunea la ieșirea din cuptor, mm Hg;

= presiunea la intrarea în zona de vaporizare, mm Hg;

19

Profilul de presiuni pe coloană:

5.3. Trasarea curbelor VE titei la πZV i ș πec

Curbele VE țiței la aceste presiuni sunt necesare pentru calculul temperaturilor la intrarea în zona de vaporizare și la ieșirea din cuptor.

Trasarea curbelor VE pentru țiței la presiunea din zona de vaporizare, și la presiunea la

ieșire din cuptor, se face prin metoda Piroomov și Beiswenger. Prin această metodă se aproximează

curba VE la 1 atmosferă cu o dreaptă, la care prin punctul corespunzător temperaturii la 50% distilate transpus la noile presiuni, se duc paralele la acea dreaptă.

Temperaturile la 50% distilate pentru și se obțin cu nomograma AZNÎI.

20

6. Calculul temperaturilor din coloană

Coloana de fracționare a țițeiului are trei zone importante: zona de alimentare sau de vaporizare, zona de fracționare și zona de epuizare. În zona de fracționare sunt foarte importante temperaturile pe talerele de extragere a fracțiunilor laterale și la vârful coloanei, deoarece acestea determină limitele de distilare ale produselor respective.

21

6.1. Calculul bilantului de materiale în zona de vaporizare i stripare a școloanei.

Materia primă (țițeiul), F este alimentată în zona de vaporizare a coloanei parțial vaporizată.

Fig.1. Fluxurile materiale în zonele de vaporizare și de stripare

Semnificația notațiilor este următoarea:

F – materia primă (țiței);

AB – abur de stripare introdus la baza coloanei;

Debitul de abur se calculează ca produs între rația de abur și debitul de păcură stripată.

Se utilizează abur de joasă presiune supraîncălzit.

Caracteristicile aburului utilizat se aleg din date practice: temperatura de 3200C, presiunea de 4 atmosfere.

V’ – fracția vaporizată din țiței la intrarea în coloană corespunzătoare și

22

L0 – supravaporizatul care asigură refluxul intern între talerul de extragere al primului produs lateral D1 și zona de vaporizare.

Supravaporizatul se alege funcție de calitatea primului produs lateral și alte considerații economice. În mod obișnuit supravaporizatul se alege 2-4% volum față de țiței.

L0= 3% volum față de țiței.

VS – vapori stripați din lichidul care intră în zona de stripare din baza coloanei. VS se poate calcula cu relațiile: VS= LeZV ∙ SF sau VS= LeZV – B, în care SF = fracția de vapori eliminată prin stripare determinată în funcție de rația de abur (Anexa I, fig.I.4).

B – păcură stripată;

LeZV – lichid la ieșirea din zona de vaporizare.

ΣD – sumă de produse distilate,

VHEZV – vapori hidrocarburi la ieșirea din zona de vaporizare.

Aleg rația de abur 25 kg/m3 produs stripat.

Produs stripat % vol. stripat față de alimentarea striperuluiBenzină grea 17,5

Petrol 23Motorină 30

Păcură 18,5

23

Bilanțul material în zona de vaporizare al coloanei de DA

Flux Simbol % vol.

Debit volumic, m3/h

Debit masic, kg/h

% g.

Țiței F 100 596,66 0,842 0,838 (1)

500000 100

Total distilate D 69,5 414,68 0,782 0,778 (2)

322620 64,52

Păcură B 30,5 181,98 0,969 0,966 (3)

175790 35,43

Supravaporizat 3 17,90 0,903 0,899 (4)

16090 3,21

Fracție vaporizată din țiței în ZV 65,58 391,29 0,785 0,780

(5)305200 61,04

Fracție lichidă din țiței în ZV

34,42 205,37 0,952 0,948 (6)

194690 38,93

Lichid ieșire din ZV 37,42 223,27 0,947 0,944 (7)

210760 42,15

Vapori stripați 6,92 41,29 0,851 0,847 (8)

34,97 6,99

Abur stripare - - - - 4,54 0,90

Densitățile fluxurilor materiale implicate se determină astfel:

1) Densitatea țițeiului se cunoaște din date de proiectare.

2) Densitatea se poate determina din curba de randament – densitate sau cu formula:

3) Densitatea păcurii se determină cu relația:

4) Densitatea supravaporizatului L0 se determină din curba de procente medii – densitate.

5) Densitatea vaporilor din țiței în zona de vaporizare, , se determină din curba de

randament – densitate sau procente medii – densitate.

24

6) Densitatea fracției lichide din țițeiul intrat în zona de vaporizare, se determină dintr-

un bilanț masic:

7) Densitatea lichidului la ieșirea din zona de vaporizare este dată de relația:

Unde , , se exprimă în procente volum.

8) Densitatea vaporilor stripați, se poate determina cu formula:

6.2. Calculul temperaturii la intrare în zona de vaporizare, tiZV

Temperatura la intrarea în zona de vaporizare se obține din curba VE țiței trasată pentru

presiunea din zona de vaporizare, , corespunde procentului de țiței vaporizat la intrarea în zona

de vaporizare, .

se determină din bilanț material pe coloană.

25

6.3. Calculul temperaturii titeiului la ie ire din cuptor, tș ec

Temperatura țițeiului la ieșirea din cuptor, se determină presupunând că pe conducta de

transfer (cuptor – coloană) are loc o vaporizare adiabată, deci .

Algoritmul de calcul este următorul:

1) Se presupune

2) Se verifică prin bilanț termic:

26

Procentul de vapori din țiței la ieșirea din cuptor se determină din curba VE a țițeiului trasată la

presiunea de ieșire din cuptor ( ) și temperatura presupusă. Se consideră că temperatura este corectă

dacă:

din grafic= 62,5 % volum

= 0,782

= 0,778

= 290120 kg/h

100 –

= 0,942

= 209880 kg/h

Fluxuri % vol. față de

țiței

Debit, m3/h

Debit, kg/h

Entalpia, kcal/kg

Flux termic, kcal/h

Intrări 65,58 391,29 0,780 0,785 305200 248,38 75805576

34,42 205,37 0,948 0,952 194690 182,24 35480305,6Total 100,00 - - - 500000 - 111285881,6

27

Ieșiri 62,5 372,90 0,778 0,782 290120 249,97 72521296,4

37,5 223,75 0,938 0,942 209880 184,63 38750144,4Total 100,00 - - - 500000 - 111271440,8

6.4. Calculul temperaturii din baza coloanei, tB

28

Fig.2. Bilanțul material și termic în zona de vaporizare a coloanei de DA

Temperatura din baza coloanei, , se determină printr-un bilanț termic pe conturul I, deasupra

talerului 4 (fig.2).

Algoritm de lucru pentru calculul temperaturii în baza coloanei, :

1) Se presupune

2) Se calculează, presupunând o variație liniară a temperaturii în zona de stripare, :

3) Se consideră

4) Se face un bilanț termic pe conturul I

29

5) Se calculează

6) Se determină

7) Se compară cu . Diferența admisă ± 20C.

Fluxuri % vol. față de

țiței

Debit, m3/h

Debit, kg/h

Entalpia, kcal/kg

Flux termic, kcal/h

Intrări 34,42 205,37 0,948 0,952 194690 182,24 35480305.6

3 17,90 0,899 0,903 16090 179,86 2893947.4- - - - 4540 742,408 3370532.32

Total - - - - - - 41744785.32Ieșiri

B30,5 181,98 0,966 0,969 175790 170,53

6,92 41,29 0,847 0,851 34970 239,89 8388953,3- - - - 4540 744 3377760

6.5. Calculul temperaturii în zona de vaporizare, tZV

Temperatura în zona de vaporizare a coloanei DA, tZV, se determină prin bilanț termic pe conturul II (fig.2).

Algoritm de lucru:

1) Se presupune

2) Bilanț termic pe conturul II:

30

3) Se calculează entalpia vaporilor de hidrocarburi la ieșirea din zona de vaporizare:

4)

5) Se compară cu , diferența admisă este de 0,50C.

Fluxuri % vol. față de țiței

Debit, m3/h

Debit, kg/h

Entalpie, kcal/kg

Flux termic, kcal/h

Intrări 65,58 391,29 0,780 0,785 305200 248,38 75805576

6,92 41,29 0,847 0,851 34970 239,89 8388953.3Total - - - - - - 84194529.3

Intrări 69,0 432,57 0,789 0,790 341300 246,69

7. Calculul temperaturilor pe talerele de culegere ale produselor laterale i la baza striperelorș

7.1. Calculul temperaturilor pe talere de extragere ale produselor laterale

Temperatura pe talerul de culegere a unei fracții lichide laterale corespunde cu temperatura de fierbere a produsului nestripat ce se extrage în condițiile de pe taler. Temperatura de fierbere a produsului lichid depinde de presiunea de pe talerul de culegere și de acțiunea de gaz inert pe care o au fracțiunile mai ușoare în fază vapori și aburul în condițiile de presiune și temperatură de pe talerul respectiv.

31

Pe talerul de culegere efect de gaz inert se consideră a avea aburul și toate fracțiunile de deasupra celei care se extrage, exceptând fracția imediat superioară.

Temperatura pe talerul de extragere a unui produs lateral va fi temperatura la 0% pe curba VE la 1 atmosferă a produsului nestripat corectată la presiunea parțială a vaporilor produsului de deasupra talerului.

Deoarece în calculul presiunii parțiale intră și refluxul intern din zona considerată, calculul temperaturilor de extragere a produselor este iterativ.

7.1.1. Calculul temperaturii pe talerul de extragere al motorinei, D1

Fig.3. Bilanțul termic pentru determinarea temperaturii tD1

Algoritm de calcul:

32

1) Se determină , prin extrapolarea curbei VE la 1 atmosferă a produsului nestripat D1

cu procentul de vapori stripați (exprimat față de D1).

2) Bilanț termic pe conturul V, și se calculează

Fluxul Debit, kg/h Entalpia, kcal/kg Flux termic, kcal/h

Intrări 305200 0,785 248,38 75805576

194690 0,952 182,24 35480305,64540 - 742,408 3370532,32

34970 0,851 161,50 5647655

Total - - - 120304068,9Ieșiri

B175790 0,969 170,53 29977468,7

115390 0,850 168,04 19390423,5991830 0,8137 224,58 20623181,4

33

81950 0,7675 228,91 18769174,566750 0,6825 236,87 15811072,54540 - 729,192 3310531,68

Total - - - 112421026,9

reprezintă lichidul rezultat din condensarea pe talerul 8 a vaporilor stripați , iar

vapori la ieșire de pe talerul 8.

3) Se calculează cantitatea de reflux care cade pe talerul 7:

4) Se calculează presiunea parțială a vaporilor de motorină:

5)

7.1.2. Calculul temperaturii pe talerul de extragere al petrolului, D2

34

Fig.4. Bilanțul termic pentru determinarea temperaturii .

Etape de calcul:



35

2) Bilanț termic pe conturul VI, și se calculează

Flux Debit, kg/h Entalpia, kcal/kg Flux termic, kcal/h

Intrări 305200 0,785 248,38 75805576

194690 0,952 182,24 35480305,64540 - 742,408 3370532,32

2386,75 - 742,408 1771942,2925770 0,7675 130,20 3355188,85

Total - - - 119783545,1Ieșiri

B175790 0,969 170,53 29977468,7

82530 0,8662 147,38 12163271,4117560 0,803 133,75 15723650115390 0,850 168,04 19390423,5981950 0,7675 196,54 1610645366750 0,6825 203,64 135929704540 - 702,96 3191448,64

36

2386,75 - 702,96 1677789,78Total - - - 111823475,11



5)

37

7.1.3. Calculul temperaturii pe talerul de extragere al benzinei grele, D3

Fig.5. Bilanțul termic pentru determinarea temperaturii .

Etape de calcul:

38



2) Bilanț termic pe conturul VII, și se calculează

39


Intrări 305200 0,785 248,38 75805576

194690 0,952 182,24 35480305,64540 - 742,408 3370532,32

2386,75 - 742,408 1771942,292834,25 - 742,408 2104169,87415450 0,6825 78,97 1220087,867

Total - - - 119752614Ieșiri

B175790 0,969 170,53 29977468,7

82530 0,8662 147,38 12163271,491830 0,8137 118,23 10857060,9

115390 0,850 168,04 19390423,59117560 0,803 133,75 1572365097380 0,752 81,38 7925227,4866750 0,6825 157,43 10508435,814540 - 662,02 3005553,751

2386,75 - 662,02 1580067,2722834,25 - 662,02 1876319,541



5)

40

7.2. Calculul striperelor

În coloana de distilare atmosferică, lichidul de pe talere este străbătut de vapori ce pot avea o compoziție foarte variată. Rezultă o contaminare a lichidului cu produse ușoare în interiorul coloanei și implicit necesitatea de a prevedea coloanele de distilare atmosferică cu stripere care au rolul de a elimina părțile ușoare conținute în produsele care se scot lateral din coloana de fracționare.

Striparea se poate realiza folosind un gaz inert (abur, metan) sau un refierbător. Se folosesc rații de abur de 20-30 kg abur/m3 produs stripat.

La striparea cu abur au loc următoarele modificări:

Scade temperatura la ieșirea din baza striperului; Produsul stripat va conține o anumită cantitate de apă; Crește diametrul coloanei ca urmare a prezenței aburului (provenit din stripere și de la

baza coloanei) la vârful coloanei.

Calculul striperului va cuprinde:

1) Bilanțul material și caracterizarea fluxurilor implicate.2) Bilanț termic pe striper și stabilirea temperaturilor de ieșire din striper.

7.2.1. Bilantul material pe stripere cu abur

Bilanțul material se face în jurul striperului din care se scoate produsul stripat, Di (conturul I).

41

Fig.6. Bilanț material pe striperul cu abur

I. Motorină :

= 0,3

=

II. Petrol :

= 0,23

=

42

III. Benzină grea :

= 0,175

=

Striper Flux %vol/F m3/h Kg/h %vol/Di AburKg/h Kmol/h

I.Motorină

16,0 95,47 0,862 0,8662 8253042,88

2386,75 132,6022,86 136,40 0,846 0,850 115390 3410 189,446,86 40,93 0,810 0,8137 33150 1023,25 56,85

II.Petrol

19,0 113,37 0,810 0,8137 9183029,79

2834,25 157,4624,66 147,14 0,799 0,803 117560 3678,5 204,365,66 33,77 0,763 0,7675 25770 844,25 46,90

III.Benzină

Grea

18,0 107,40 0,763 0,7675 8195021,22

2685 149,1721,82 130,19 0,748 0,752 97380 3254,75 180,823,82 22,79 0,678 0,6825 15450 569,75 31,65

IV.BenzinăUșoară

16,5 98,45 0,678 0,6825 66750-

2461,25 136,74- - - - - - -- - - - - - -

7.2.2. Bilantul termic pe striperul cu abur. Calculul temperaturii în baza striperului de motorină, t2D1

Algoritm de rezolvare pentru calculul temperaturii în baza striperului:

1) În funcție de se calculează aproximativ (Anexa I grafic I.5), unde aproximativ

reprezintă scăderea de temperatură între intrarea produsului în striper și baza

striperului pentru produsul ca efect al vaporizării, cunoscând că aburul și produsul

care intră în striper au aceeași temperatură.

43

2) Funcție de aproximativ se determină conform Anexa I graficul I.6, diferența reală de

temperatură între intrarea în striper și baza striperului, ; în acest grafic abscisă

este diferența între temperatura în alimentare striper și temperatura aburului, având în vedere că cele două fluxuri au temperaturi diferite.

3) În cazul striperului cu abur ca efect al vaporizării fracțiilor ușoare temperatura scade din vârf spre bază și se consideră o variație liniară între talerele 1 și 4.

4) Se verifică prin efectuarea unui bilanț termic conform conturului III, în jurul

striperului din care iese produsul D1:

Fig.7. Bilanț termic pe striperul cu abur

44


Intrări 115390 0,850 168,04 19390423,59

2386,75 - 742,408 1771942,29Total - - - 21162365,88Ieșiri 82530 0,8662 147,38 12163271,4

33150 0,8137 219,27 7268800,5

2386,75 - 724,96 1730298,28Total - - - 21162370,18

7.2.3. Calculul temperaturii în baza striperului de petrol, t2D2

1)

2)

3)

=

=

4) Bilanț termic:

45


Intrări 117560 0,803 133,75 15723332,68

2834,25 - 742,408 2104169,874Total - - - 17827502,55Ieșiri 91830 0,8137 118,23 10857060,9

25770 0,7675 193,45 4985206,5

2834,25 - 700,33 1984922,91Total - - - 17827190,31

7.2.4. Calculul temperaturii în baza striperului de benzină grea, t2D3

1)

2)

3)

46

=

=

4) Bilanț termic:


Intrări 97380 0,752 81,38 7924784,4

2685 - 742,408 1993365,48Total - - - 9918149,88Ieșiri 81950 0,7675 66,56 5454592

15450 0,6825 174,48 2695716

2685 - 658,31 1767571,548Total - - - 9917879,548

7.3. Calculul temperaturii la vârful coloanei

Temperatura la vârful coloanei trebuie menținută astfel încât produsul de vârf D4 să fie obținut în stare de vapori.

47

Algoritm de calcul:

1) Din profilul de temperatură trasat pe întreaga înălțime a coloanei se presupune

temperatura aproximativă la vârful coloanei, în funcție de din graficul I.5 din

Anexă.

2) Se calculează căldura preluată de refluxul rece de la vârful coloanei prin bilanț termic pe conturul VII (figura 8):

3) Se calculează debitul masic și debitul molar de reflux rece


Intrări 305200 0,785 248,38 75805576

194690 0,952 182,24 35480305,64540 - 742,408 3370532,32

2386,75 - 742,408 1771942,292834,25 - 742,408 2104169,874

2685 - 742,408 1993365,48Total - - - 120525891,6Ieșiri

B175790 0,969 170,53 29977468,7

82530 0,8662 147,38 12163271,491830 0,8137 118,23 10857060,981950 0,7675 66,56 545459266750 0,6825 136,49 9110707,5

48

4540 - 105,87 480636,982386,75 - 105,87 252678,482834,25 - 105,87 300054,04

2685 - 105,87 284253,37Total - - - 68880723,37

4) Se calculează presiunea parțială a vaporilor la vârful coloanei:

5) Se corectează la presiunea și se determină .

6)

După determinarea cantității de reflux se calculează și rația de reflux, r:

7.4. Calculul sarcinii condensatorului de la vârful coloanei i a cantitătii șde apă de răcire i condensareș

Pentru determinarea sarcinii termice a condensatorului de vârf, , se efectuează un

bilanț termic pe conturul VIII (figura 8).

49

Unde: - cantitatea calorică a apei, kcal/kg∙grad,

Cantitatea de apă necesară în condensator este dată de sarcina termică a condensatorului

raportată la diferența de temperatură a apei la ieșirea și intrarea din condensator și la

randamentul condensatorului de vârf, :

= 400C

= 200C

= 0,94

După determinarea sarcinii condensatorului se verifică calculul termic pe întreaga coloană și stripere prin efectuarea unui bilanț termic pe conturul IX (figura 8).

50

Fig.8. Bilanțuri termice pe coloana de distilare atmosferică

51

7.5. Bilant termic pe coloană


Intrări 305200 0,785 248,38 75805576

194690 0,952 182,24 35480305,64540 - 742,408 3370532,32

2386,75 - 742,408 1771942,292834,25 - 742,408 2104169,874

2685 - 742,408 1993365,48Total - - - 120525891,6Ieșiri

C- - - 60487890,97

B 175790 0,969 170,53 29977468,782530 0,8662 147,38 12163271,491830 0,8137 118,23 10857060,981950 0,7675 66,56 545459266750 0,6825 20,38 136036512446 - 4,186 52098,956

Total - - - 120352747,9

8. Dimensionarea tehnologică a coloanei de DA

8.1. Calculul diametrului coloanei cu talere cu supape (Glitsch)

Diametrul coloanei se stabilește pe baza sarcinii maxime de vapori și de lichid din coloană.

Pentru calculul diametrului coloanei, , se utilizează relația:

52

În care:

Cantitatea de reflux indus, , se va calcula considerând că:

53

Consider NP=4

Se adoptă

– debitul de reflux în zona cea mai încărcată, în m3/s;

- debitul de vapori în zona cea mai încărcată, în m3/s;

- debitul maxim admisibil de vapori în m3/s;

- viteza lichidului prin deversor, în m/s;

- densitatea lichidului în condițiile de pe taler, în kg/m3;

– densitatea vaporilor în condițiile din zonă, kg/m3;

– factor de înecare al coloanei;

- factor de spumare;

- coeficient de viteză pentru vapori;

- numărul de pasuri prin coloană;

– refluxul indus între talerul n și n-1;

54

8.2. Determinarea înăltimii coloanei

= numărul de talere din zona de fracționare;

a= distanța dintre două talere succesive= 0,7 m;

= numărul de talere din zona de stripare;

b= distanța dintre două talere succesive= 0,7 m;

= timpul de staționare al lichidului în baza coloanei. Pentru coloane de DA,

Se adoptă H= 31 m.

9. Descrierea fluxului tehnologic, a controlului fabricatiei, a măsurilor principale de protectia muncii, consumuri i aspecte șeconomice

Flux tehnologic

55

Țițeiul desalinat este tras cu pompa P1A,R cu circa 1200C și împins prin regulatorul de debit FC în preîncalzitorul S1 unde preia căldura de la rezidiul din baza coloanei încălzindu-se la circa 230-2500C după care intră în cuptorul H1 unde se încălzește până la temperatura de transfer de 3260C, temperatura pe transfer se reglează cu cascada TC1-PC1. Țițeiul la temperatura de 3260C alimentează coloana C1. În baza coloanei se introduce abur de stripare la parametrii amintiți mai sus, debitul de abur fin reglat cu FC11, iar nivelul din baza coloanei se reglează cu cascada LC7-FC7 și rezidiul este pompat cu pompa P6AR spre coloana de DV. La vârful coloanei se separă benzina ușoară și apa care sunt condensate în condensatorul S2 și separate în vasul de reflux V1, vas prevăzut cu doma dotată cu nivel de interfață LC3 pentru separarea apei. Benzina ușoară este trasă din vas cu P2AR și refulată la rezervor și o parte ca reflux la coloana nivelul de benzină este reglat cu cascada LC2-FC2A. Presiunea pe coloana se reglează cu PC2, iar temperatura la vârful coloanei se reglează cu cascada TC2-FC2. În striperul 3 se extrage benzina grea debitul reglându-se cu FC4 în cascada de tip split-range cu, nivelul în striper și reglează nivelul cu cascada LC4-FC4A benzina grea fiind vehiculată spre rezervor cu pompa 3 AR. În striperul 2 se extrage kerosenul, debitul reglându-se cu FC5 în cascada de tip split-range cu, nivelul în striper și reglează nivelul cu cascada LC5-FC5A, kerosenul fiind vehiculat spre rezervor cu pompa 4 AR. În striperul 1 se extrage benzina grea, debitul reglându-se cu FC6 în cascada de tip split-range cu, nivelul în striper și reglează nivelul cu cascada LC6-FC6A, motorina fiind vehiculată spre rezervor cu pompa 5 AR.

Norme de protecţia muncii şi tehnica securităţii

1. Bioxid de sulf

este iritant al căilor respiratorii superioare. În cazul unor concentrații crescute, bioxidul de sulf afectează direct aparatul respirator.

inhalat în concentrație mică și repetat exercită o acțiune iritantă asupra mucoaselor iar în cantității mai mari provoacă răgușeală și contracție toracică, bronșită.

În cazul unor durate prelungite de lucru în mediu viciat, apar vărsături simple sau sanguinolente.

Concentrațiile mari produc bronșite acute, lăcrimarea ochilor, lăcrimare, usturime.

Dizolvarea bioxidului de sulf în salivă și înghițirea acesteia poate duce la gastrită.

Stropirea cu bioxid de sulf lichid provoacă adevărate degerături datorită acțiunii sale de răcire puternică (-5C). Se iau măsuri pentru:

etanșarea perfectă a circuitului de gaze; exploatarea rațională a sistemului de ventilație și întreținerea în stare corespunzătoare a

acestuia; dotarea obligatorie a tuturor lucrătorilor cu mijloace de protecție individuală (mască,

ochelari, mănuși); urmărirea dinamică a concentrației de bioxid de sulf din mediul de lucru; respectarea normelor de manipulare și conservare a recipientelor ce conțin gaz sub

presiune;

56

2. Monoxid de carbon

Se cunoaște o singură modalitate sigură de acțiune a monoxidului de carbon și anume blocarea prin complexare a hemoglobinei și formarea carboxihemoglobinei.

În acest fel oxihemoglobina devine inaptă pentru transportul oxigenului în organism. Se împiedică astfel oxigenarea creierului care este cel mai ușor vulnerabil, crește permeabilitatea capilarelor și țesutului cerebral precum tensiunea intracraniană.

Intoxicația acută: se manifestă prin senzație de tensiune și pulsație în tâmple, amețeli. Pielea prezintă o colorație roșie.

Intoxicația cronică: astenia este simptomul cel mai întânlit și se concretizează prin oboseală.

Se iau următoarele măsuri:

Depistarea sistematică a acestui gaz constituie prima măsură de prevenire tehnică care permite a deduce modul cel mai eficient, individual sau colectiv.

Protecția se poate realiza:

A. Individual prin dotarea cu unul din următoarele aparate:

Aparat pentru aducerea aerului curat din afara zonei infectate ; Aparat izolant cu oxigen; Aparat pentru reținerea monoxidului de carbon.

B. Colectiv: se realizează prin etanșarea și controlul instalațiilor pentru producerea manipularea și depozitarea monoxidului de carbon.

Combustia gazelor; Instruirea muncitorilor asupra pericolului de intoxicare cu monoxid de carbon.

3. Produse petroliere

Din categoria produselor petroliere cele mai toxice pentru organism sunt cele gazoase și cele în stare de vapori.

Asupra organismului are influențe asupra sistemului nervos producând cefalee,dureri de cap amețeli iar în concentrații mai mari produce buna dispoziție ,extaz și euforie, producând în final paralizia sistemului nervos și moartea.

57

S-a constatat că în timp îndelungat produsele petroliere lihide atacă globulele roșii din organism dacă acesta este expus o perioadă îndelungată la acțiunea acestor produse.

Pentru preîntâmpinarea efectelor negative exercitate de prezența produselor petroliere se iau următoarele măsuri:

Când concentrația în oxigen este sub 17% obligatoriu vor fi utilizate aparate de protecție a căilor respiratorii;

Când se formează în vase închise unde se pot degaja primul lucru , gaze toxice în afară de aparate de protecția căilor respiratorii, lucrul va fi supravegheat din afară din afară de două persoane;

Toate utilajele supuse curățirii și care au vehiculat produse toxice vor fi deschise numai după 24h răcire, spălare cu apă și aerisire.

La toate utilajele la care se efectuează lucrări care ar putea pune în libertate gaze toxice se vor lua măsuri suplimentare de răcire cu apă în timpul lucrului;

Toate utilajele care au vehiculat compușii de sulf vor fi marcate special iar lucrul la aceste utilaje se va executa după luarea tuturor măsurilor de securitate, instruirea personalului și întocmirea permiselor de executare.

Consumuri energetice

Instalația de DA este una din cele mai mari consumatoare de energie din cadrul unei rafinării, alături de cracarea catalitică.

Soluțiile mai noi pentru reducerea consumului global de energie constau în :

Creșterea randamentului cuptoarelor la 88 – 92% prin creșterea gradului de recuperare a căldurii din gazele de ardere și modificării constructive;

Optimizarea schimbului de căldură pentru creșterea temperaturii de preîncălzire a țițeiului ;

Realizarea unor aparate consumatoare de energie electrică (pompe, compresoare, răcitoare cu aer) cu performanțe ridicate .

Economia s-ar obține prin încălzirea fluxului în fiecare etapă până la temperatura necesară, integrarea completă a schimbului de căldură.

Cheltuielile pentru coloanele suplimentare de distilare, pentru schimbătoarele de căldură și pompe s-ar compensa prin scoaterea cuptorului din secțiunea de distilare atmosferică.

58

10. Schema generală a instalatiei automatizată

59

BIBLIOGRAFIE

60

1. Onuțu, I., Instalații de proces în prelucrarea țițeiului și gazelor – Ghid de proiectare, Editura Universității din Ploiești, 2004.

2. Brebeanu, Gh., Notițe de curs, Fizico-chimia petrolului, Ploiești, 2010.

3. Suciu, G.C., Ingineria prelucrării hidrocarburilor, vol. I, Editura Tehnică, București, 1983.

4. Suciu, G.C., Ingineria prelucrării hidrocarburilor, vol IV, Editura Tehnică, București, 1993.

5. Mărinoiu, V., Automatizări ale proceselor petrochimice, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1979.

6. Vukalovici, M., Proprietățile termodinamice ale apei și aburului, Editura Tehnică, București, 1979.

7. Țunescu, R., Tehnologia distilării țițeiului, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1970.

8. Onuțu, I., Notițe de curs, Tehnologia distilării petrolului, Ip7, Ploiești, 2010-2011.

ANEXA

61

MATERIAL GRAFIC NECESAR EFECTUĂRII CALCULULUI TEHNOLOGIC

62

Proiect Distilare Final

Documents

Transcript of Proiect Distilare Final