Tehnologia distilarii petrolului proiect

8/10/2019 Tehnologia distilarii petrolului proiect

1/60

1

UNIVERSITATEA PETROLGAZE PLOIETIFACULTATEA: TEHNOLOGIA PETROLULUI I PETROCHIMIECATEDRA: INGINERIA PRELUCRRII PETROLULUI I PETROCHIMIE

STUDENT: GRUPA: 3163

PROIECT DE AN

TEHNOLOGIA DISTILRII PETROLULUICALCULUL TEHNOLOGIC AL UNEI COLOANE DE

DISTILARE ATMOSFERIC

Student, Conductorproiect,Prof. Dr. Ing. Ion ONUU


2/60

2

Proiect la disciplina: TEHNOLOGIA DISTILRII PETROLULUI

TEMA: Elaborarea anteproiectului tehnologic al unei coloane de distilare atmosferic

Date de proiectare:

1. Tipul ieiului i caracteristicile acestuia: T6;2. Produsul obinut n cantitate maxim:Petrol;3. Capacitatea instalaiei de DA (Debitul de prelucrare): 3,2 milioane de tone/an;4. Temperatura de intrare a ieiului n instalaie: 2200C;5. Temperatura apei de rcire la condensator: 18-300C;6. Temperatura i presiunea aburului: 2900C, 7 atm;7. Combustibilul folosit la cuptoare: combustibil lichidpcur;

Se cere:

1. Stabilirea coninutului potenial de produse albe2. Calculul proprietilor medii ale produselor3. Alegerea schemei tehnologice (tipului de coloan)4. Calculul sistemului de fracionare:

4.1. Alegerea pe baza datelor de literatur a numrului i tipului de talere necesare ncoloan4.2. Calculul presiunilor i temperaturilor din coloan

5. Sarcina termic a cuptorului tubular

6. Cantitatea de ap de rcire din condensatorul de la vrful coloanei7. Bilanul material i termic pe coloan8. Dimensionarea tehnologic a coloanei de DA

8.1. Calculul diametrului coloanei8.2. Calculul nlimii coloanei

9. Descrierea fluxului tehnologic, a controlului fabricaiei, a msurilor principale de proteciamuncii, consumuri i aspecte economice10. Schema general a instalaiei automatizat

Data eliberrii temei:24.02.2014Termenul pentru predarea proiectului: 12.05.2014

Student Conductorproiect,Prof. Dr. Ing. Ion ONUU


3/60

3

Cuprins1.Introducere.6

2. Stabilirea potentialului de produse albe..7

3. Caracterizarea produselor .................................................................................................................. 1414

3.1. Determinarea proprietilor medii ale produselor...................................................................... 1414

3.2. Bilant material pe instalatia deDA.15

4. Alegerea schemei tehnologice .............................................................................................................. 156

4.1. Tipuri de coloan de distilare atmosferic. Coloan de tip U.......................................................... 16

5. Calculul tehnologic al coloanei de tip U .................................................................................................. 17

5.1. Alegerea numrului de talere .......................................................................................................... 17

5.2. Calculul presiunilor n coloan ......................................................................................................... 17

5.3. Trasarea curbelor VE iei la ZVi ec .............................................................................................. 18

6. Calculul temperaturilor din coloan ....................................................................................................... 18

6.1. Calculul bilanului de materiale n zona de vaporizare i stripare a coloanei.................................. 19

6.2. Calculul temperaturii la intrare n zona de vaporizare, tiZV.......................................................... 2222

6.3. Calculul temperaturii ieiului la ieire din cuptor, tec ................................................................... 233

6.4. Calculul temperaturii din baza coloanei, tB.................................................................................... 255

6.5. Calculul temperaturii n zona de vaporizare, tZV............................................................................ 277

7. Calculul temperaturilor pe talerele de culegere ale produselor laterale i la baza striperelor............ 288

7.1. Calculul temperaturilor pe talere de extragere ale produselor laterale ......................................... 28

7.1.1. Calculul temperaturii pe talerul de extragere al motorinei, D1................................................ 29

7.1.2. Calculul temperaturii pe talerul de extragere al petrolului, D2................................................ 32

7.2. Calculul striperelor ......................................................................................................................... 344

7.2.1. Bilanul material pe stripere cu abur ...................................................................................... 355

7.2.2. Bilanul termic pe striperul cu abur. Calculul temperaturii n baza striperului de motorin, t2D1 .......................................................................................................................................................... 366

7.2.3. Calculul temperaturii n baza striperului de petrol, t2D2.............. Error! Bookmark not defined.


4/60

4

7.3. Calculul temperaturii la vrful coloanei ........................................................................................... 39

7.4.1. Calculul sarcinii termice a cuptorului tubular.41.

7.4.2. Calculul sarcinii condensatorului de la vrful coloanei i a cantitii de ap de rcire i

condensare............................................................................................................................................ 422

7.5. Bilan termic pe coloan .................................................................................................................. 44

8. Dimensionarea tehnologic a coloanei de DA.................................................................................. 445

8.1. Calculul diametrului coloanei cu talere cu supape (Glitsch) .......................................................... 445

8.2. Determinarea nlimii coloanei ...................................................................................................... 47

9. Descrierea fluxului tehnologic, a controlului fabricaiei, a msurilor principale de protecia muncii,

consumuri i aspecte economice ................................................................................................................ 48

Flux tehnologic ............................................................................................................................................ 48

Norme de protecia muncii i tehnica securitii................................................................................ 48

1. Bioxid de sulf ................................................................................................................................... 49

2. Monoxid de carbon ......................................................................................................................... 49

3. Produse petroliere .......................................................................................................................... 50

10. Automatizarea instalatiei de DA ......................................................................................................... 530

BIBLIOGRAFIE54

ANEXA55


5/60

5

Tipul ieiului i caracteristicile acestuia

Densitatea la 150C, g/cm3,

= 0,764

% Sulf =Temperatura iniial de distilare: 210C

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

1 21-60 2,31 2,31 0,6931

2 60-85 2,54 4,85 0,7108

3 85-102 2,58 7,43 0,7281

4 102-120 2,64 10,07 0,7409

5 120-138 2,63 12,7 0,75426 138-155 2,73 15,43 0,76827 155-170 2,74 18,17 0,7783

8 170-188 2,76 20,93 0,7910

9 188-206 3,00 23,93 0,8001

10 206-224 2,40 26,33 0,8060

11 224-244 2,88 29,21 0,8160

12 244-257 2,84 32,05 0,824613 257-272 2,84 34,89 0,8308

14 272-287 2,76 37,65 0,8358

15 287-304 2,92 40,57 0,8385

16 304-316 2,92 43,49 0,838517 316-328 2,76 46,25 0,8445

18 328-355 3,12 49,37 0,8510

19 355-375 3,00 52,37 0,8695

20 375-392 3,21 55,58 0,8665

21 392-405 3,12 58,7 0,8715

22 405-426 3,06 61,76 0,8739

23 426-444 3,08 64,84 0,8793

24 444-450 2,92 67,76 0,8935

25 450-507 5,14 72,9 0,8953

26 507-541 7,24 80,14 0,9100


6/60

6

1.

Introducere

Distilarea este procesul de separare fizica bazat pe diferentele intre punctele de fierbere ale

componentilor dintr-un amestec format din doi sau mai multi componenti.

ieiul este un amestec complex de hidrocarburi cu puncte de fierbere foarte apropiate care se

separ n amestecuri cu domenii de fierbere nguste numite fraciuni petroliere.

Prin distilarea ieiului, proces care implic una sau mai multe coloane se obin fraciuni cu limite

de distilare bine precizate: benzin, white-spirit, petrol, motorin i un reziduu pcur.

Deoarece aceast fracionare se realizeaz la o presiune apropiat de cea atmosferic, procesul

este numit distilare atmosferic (DA). Fiind primul proces dintr-o serie vast de transformri fizice i

chimice la care este supus ieiul, el se mai numete i distilare primar.

Distilarea atmosferic a ieiului se realizeaz n coloane de fracionare de diverse tipuri: U, A, R.n acest scop, ieiul este nclzit n cuptoare tubulare pn la temperatura de 280-3300C.

n distilarea ieiului se folosesc instalaii cu o coloan, cu dou coloane, cu o coloan i un

vaporizator i cu mai multe coloane funcie de coninutul de fraciuni uoare din iei i de coninutul de

substane corozive din iei.

In instalatia de distilare cu doua coloane,prima treapta de vaporizare se realizeaza intr-o coloana

de dimensiuni mai mici numita coloana zero in care se separa benzina usoara.Temperatura

corespunzatoare primei trepte de vaporizare se determina pe baza curbei de vaporizare in echilibru a

intregului titei,iar temperatura celei de a doua trepte de separare se stabileste pe baza curbei VE a

titeiului dezbenzinat.

n urma distilrii ieiului, din coloan se separ:

a) vapori de benzin uoar ce se obin la vrful coloanei,care apoi sunt condensai ntr-un

condensator tubular cu ap. Benzina se acumuleaz apoi n vasul de reflux mpreun cu apa rezultat din

condensarea aburului introdus n coloan, pentru striparea pcurii i n stripere pentru striparea

fraciunilor laterale.

La partea superioar a vasului de reflux se separ gazele prezente n iei, iar benzina uoar

rezultat este trimis o parte ca reflux rece la vrful coloanei, iar restul se trimite la depozit.

b) fracii de benzin grea, petrol, motorin care se extrag lateral din coloana de distilare

atmosferic n faz lichid. Acestea se stripeaz n stripere cu abur sau n stripere cu refierbtor.

Fraciile laterale extrase fac apoi schimb de cldur cu ieiul i se rcesc cu ap nainte de a fi

trimise la depozit.

c) pcura stripat care dup ce prenclzete ieiul, este rcit i trimis la depozit.


7/60

7

2. Stabilirea potentialului de produse albe

Potenialul de produse albe reprezint procentul maxim de produse de o anumit calitate ce se

obine dintr-un anumit iei supus distilrii.

Ca metod de calcul a potenialului de produse albe se alege metoda care utilizeaz drept

criteriu de separare, temperaturile finale pe curbele STAS ale produselor i decalajele pe curbele STAS

ntre produsele fracionate.

Calculul se efectueaz n urmtoarea succesiune:

1.

Se traseaz curba PRF a ieiului care coreleaz temperatura de fierbere cu procentele volum

distilate.

2.Se stabilesc limitele de distilare pe curba STAS pentru produsele ce urmeaz a fi obinute

Limitele de distilare pe curba STAS pentru fraciuni se iau n funcie de produsul care trebuieobinut n cantitate maxim (motorina) din Tabelul 2.

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

Produsul Produsul principal obinut n cantitate maxim

Benzin PetrolMotorin

Benzin uoar 120-135 120-135135

Benzin grea 205 160205

Petrol 300 300280

Motorin uoar 360 360360

Motorin grea


8/60

8

Decalajul ntre produse se ia din tabelul 3.

Tabelul 3. Decalajul pe STAS recomandatProdusele care se separ Decalaj (5-95) STAS 0C

Benzin uoar benzin grea 11-17

Benzin grea petrol 14-28

Petrol-Motorina usoara 0-6PetrolMotoringrea 0-6

4.Se transform decalajul pe curba STAS n decalaj pe curba PRF cu ajutorul graficului de

corelare (Anexa I, fig. I.2.).

Pe curba PRF decalajul negativ ntre dou fraciuni se numete suprapunere i reprezint

temperatura la care distil 100% produs uor (PU) minus temperatura la care distil 0% produs greu (PG)

pe curbele PRF.

5.Se coreleaz temperatura la 100% distilate pe curba STAS cu temperatura la 100% pe curba

PRF (Anexa I, fig. I.2.).

6.Se calculeaz temperatura iniial pe curba PRF a produsului uor cu relaia:

7. Se calculeaz temperatura de tiere ntre produsul uor i greu cu relaia:

8. Din curba PRF a ieiului n funcie de temperatura de tiere se citete % volum cumulat de

produse distilate.

9. Se determin potenialul de produse:

Datele se reprezinta in tabelul 4.

Tabelul 4. Calculul potenialului de produse albe.


9/60

9

Din date de proiectare privitoare la iei se mai traseaz:

a) curba de procente mediidensitate

% vol. Distilate 2,31 0,6931

4,85 0,7108

7,43 0,7281

10,07 0,7409

12,7 0,7542

15,43 0,7682

18,17 0,7783

20,93 0,7910

23,93 0,8001

26,33 0,8060

29,21 0,8160

32,05 0,8246

34,89 0,8308

37,65 0,8358

40,57 0,8385

43,49 0,8385

46,25 0,8445

49,37 0,851052,37 0,8595

55,58 0,8665

58,7 0,8715

61,76 0,8739

64,84 0,8793

67,76 0,8935

Produs Simboltfinal

STAS,C

Decalaj

dSTAS,C

Tinitial

PRF,Ctfinal

PRF,C

Suprapunere

SPRF,C

ttiereC

%vol

cumulat

Potenia%vol.

Benzin D3 170

20

21 180

39160.5

293.5

16,43 16,43

Petrol D2 300 141 315 38,27 21,84

3 43

Motorina u D1 370 270 390 55,50 17,23

Reziduu - -100,00

44,50


10/60

10

72,9 0,8953

80,14 0,9100

b) Curba de randamentdensitate.

% vol. Distilate 2,31 0,6931

4,85 0,7023

7,43 0,7113

10,07 0,7190

12,7 0,7263

15,43 0,7337

18,17 0,7404

20,93 0,747123,93 0,7538

26,33 0,7585

29,21 0,7642

32,05 0,7695

34,89 0,7745

37,65 0,7790

40,57 0,7833

43,49 0,7870

46,25 0,7904

49,37 0,794352,37 0,7980

55,58 0,8020

58,7 0,8057

61,76 0,8090

64,84 0,8124

67,76 0,8159

72,9 0,8215

80,14 0,8295

c) Curba VE a ieiului la presiunea atmosferic, pornind de la curba PRF.


11/60

11

Metoda Edmister i Okamoto

Etape de calcul:

a) Se mparte curba de referin (PRF) n ase segmente: 0-10%, 10-30%, 50-70%, 70-90%, 90-

100%. Se stabilesc diferenele de temperatur (t) la capetele acestor segmente:

b) Cu ajutorul temperaturii la 50% () i a diferenei de temperatur ()pe curba de referin, se determin diferena de temperatur la 50% distilat ntre curba VE i curba de

referin din figura 4 (Instalaii de proces n prelucrarea ieiului i gazelor Ghid de proiectare, Dr.Ing. Ion Onuu, Editura Universitii dinPloieti 2004).

Temperatura la 50% pe curba de referin fiind cunoscut, se calculeaz temperatura la 50% pe

curba VE cu relaia:

c) Din diferenele de temperatur la capetele segmentelor pe curba de referin

( ) prin intermediul figura 6 (Instalaii de procesn prelucrarea ieiului i gazelor Ghid de proiectare, Dr. Ing. Ion Onuu, Editura Universitii din

Ploieti 2004), se determin diferenele de temperatur la capetele segmentelor curbei VE

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

temperatur la capetele segmentelor pe curba VE ( ),se calculeaz temperaturile la 0%, 10%, 30%, 50%, 70%pe curba VE (

,

,

).


12/60

12

Curba VE la presiunea atmosferic a a ieiului

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

0 21 93 10 118,22 7030 248,5

66

50 356,7 7070 489

Curba VE la presiunea atmosferic abenzinei

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

0 21 27 5 10 48 1530 86 550 106 670 126

990 150 2100 160


13/60

13

Curba VE la presiunea atmosferic a petrolului

PRF VE, 0C% vol. t, 0C0 160 12 1

10 172 9,530 200 850 226 370 241

14 4

90 255 2100 263

Curba VE la presiunea atmosferic a motorinei usoare

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

0 263 4 1 10 267 330 279 250 289

2

70 299 390 309 4100 315


14/60

14

3. Caracterizarea produselor

3.1. Determinarea propriettilor medii ale produselor

Pentru produsele obinute din distilare se determin densitatea i (din curba de % mediidensitate citind densitatea la jumtatea intervalului corespunztor fiecrui produs).

Masa molecular medie, . se poate calcula cu formula:

Factorul de caracterizare, K se determin cu relaia:


15/60

15

n care T este temperatura medie molar de fierbere n grade Kelvin, ns pentru fraciuni

nguste se poate lua i temperatura la care distil 50% pe curbaSTAS, exprimat n Kelvin.

Tabelul 5. Caracteristicile produselor

Produsul Simbol KBenzin D3 0.736 0.7409 106 105 155.50 11.86

Petrol D2 0.8075 0.812 230 230 199.40 12.58Motorina D1 0.8498 0.854 332 320 246.76 11.96

Pcur B - - - - - -

3.2 Bilant material pe instalatia de DA

Bilantul material pe instalatia de DA se prezinta in Tabelul 6.

Tabelul 6.Bilant material pe instalatia de DA

Produs %vol.

M % g. Debitvolumic,

m3/h

Debitmasic,kg/h

Debitmaolar,Kmol/h

Benzina 16.43 0.7409 0.736 155.50 15.91 86.47 63642 409.26

Petrol 21.84 0.812 0.8075 199.40 23.20 114.94 92814 465.45

Motorina 17.23 0.854 0.8498 246.76 19.27 90.68 77059 312.29

Totaldistilate 55.50 -

- - 58.38 292.09 233515 1187

Pacura 44.50 0.7146 0.7096 - 41.62 234.22 167485 -

Titei 100.00 0.7640 0.760 - 100.00 526.31 400000 -


16/60

16

4. Alegerea schemei tehnologice

Utilajele principale ale instalaiei de distilare atmosferic sunt:

Coloana de fracionare;

Cuptorul tubular;

Aparatura de condensare i schimb de cldur

Stripere;

Pompe;

n cadrul calculului tehnologic al coloanei de distilare atmosferic a ieiului se consider dup

felul refluxului ce se d n coloan: tip U, tip R, tip A.

4.1. Tipuri de coloan de distilare atmosferic. Coloan de tip U

La acest tip de coloan preluareacldurii cedat de produsele petroliere pentru a se rci de la

temperatura de intrare pn la temperatura de ieire din coloan se realizeaz cu un reflux rece

introdus deasupra primului taler de la vrful coloanei.

Coloana de tip U este neeconomic deoarece cldura eliminat nu poate fi recuperat datorit

unui nivel de temperatur prea sczut i este eliminat n atmosfer prin condensatorul rcitor de la

vrful coloanei.

Din aceast coloan se extrag mai multe fraciuni laterale preluate de pe talerele situate la

diverse nlimi fa de zona de vaporizare.

Alimentarea coloanei se face cu iei parial vaporizat n zona de vaporizare, iar produsele

laterale care se extrag de pe talere n stare lichid sunt trecute prin stripere, n care se elimin produsele

uoare antrenate la scoaterea fraciunii din coloan. Fracia uoar eliminat prin stripare se reintroduce

n coloan cu un taler mai sus dect talerul de extragere, iar produsele stripate dup ce fac schimb de

cldur cu ieiul sunt rcite i trimise la rezervoare. Din zona de stripare a coloanei se obine pcur.

La coloana de tip U debitele de lichid (reflux) i vapori prin coloan creat considerabil de la bazspre vrf, ceea ce determin dimensionarea coloanei pe baza debitelor existente la vrfu l coloanei;

aceasta conduce la un diametru mai mare pentru acest tip de coloan dect pentru tipul A sau R.


17/60

17

5. Calculul tehnologic al coloanei de tip U

5.1. Alegerea numrului de talere

Majoritatea coloanelor de distilare atmosferic au de la 25 la 35 de talere ntre zona de

vaporizare i vrful coloanei.

Zona de separare Numr de talere

Benzin-petrol 6Petrol-motorina u 6

Motoring-motorina g 6

Motoringzona de vaporizare 4Baza coloanei 4

Stripere 4

Total fr stripere 30

5.2. Calculul presiunilor n coloan

izv

D4H2O

VC

VR

V4

D3

D2

D1D1

D2

D3

ZV

AburB B

ec

F


18/60

18

Unde:

= presiunea n vasul de reflux (mm Hg) care se alege n funcie de mediul de rcire i

de cantitatea de gaze rezultate din iei;

= presiunea la vrful coloanei, mm Hg; = cderea de presiune pe taler, care n funcie de tipul de taler utilizat se alege ntre

5-10 mm Hg la coloanele de distilare atmosferic; = presiunea pe talerul de extragere a fraciunilor Di, mm Hg;

= numrul de talere ntre vrful coloanei i talerul de extragere al fraciunilor Di,

mm Hg;

= numrul de talere ntre zona de vaporizare i zona de epuizare (stripare);

= presiunea n zona de vaporizare, mm Hg; = presiunea n baza coloanei, mm Hg;

= presiunea la ieirea din cuptor,mm Hg;

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

5.3. Trasarea curbelor VE titei la ZVi ec

Curbele VE iei la aceste presiuni sunt necesare pentru calculul temperaturilor la intrarea n

zona de vaporizare i la ieirea din cuptor.

Trasarea curbelor VE pentru iei la presiunea din zona de vaporizare, i la presiunea laieire din cuptor, se face prin metoda Piroomov i Beiswenger. Prin aceast metod se aproximeazcurba VE la 1 atmosfer cu o dreapt, la care prin punctul corespunztor temperaturii la 50% distilate

transpus la noile presiuni, se duc paralele la acea dreapt.

Temperaturile la 50% distilate pentru i se obin cu nomograma AZNI.


19/60

19

6. Calculul temperaturilor din coloan

Coloana de fracionare a ieiului are trei zone importante: zona de alimentare sau de

vaporizare, zona de fracionarei zona de epuizare. n zona de fracionare sunt foarte importante

temperaturile pe talerele de extragere a fraciunilor laterale i la vrful coloanei, deoarece acestea

determin limitele de distilare ale produselor respective.

6.1. Calculul bilantului de materiale n zona de vaporizare i stripare a

coloanei.

Materia prim (ieiul), F este alimentat n zona de vaporizare a coloanei parial vaporizat.

L0

D

F

L0BVL0

VHEZV

AB

AB

1

4

5

VSLezv

B

Fig.1. Fluxurile materiale n zonele de vaporizare i de stripare


20/60

20

Semnificaia notaiilor este urmtoarea:

Fmateria prim (iei);

ABabur de stripare introdus la baza coloanei;

Debitul de abur se calculeaz ca produs ntre raia de abur i debitul de pcur stripat.

Se utilizeaz abur de joas presiune supranclzit.

Caracteristicile aburului utilizat se aleg din date practice: temperatura de 2900C,

presiunea de 7 atmosfere.

Vfracia vaporizat din iei la intrarea n coloan corespunztoare i L0supravaporizatul care asigur refluxul intern ntre talerul de extragere al primului

produs lateral D1i zona de vaporizare.

Supravaporizatul se alege funcie de calitatea primului produs lateral i alte consideraii

economice. n mod obinuit supravaporizatul se alege 2-4% volum fa de iei.

L0= 2% volum fa de iei.

VSvapori stripai din lichidul care intr n zona de stripare din baza coloanei. VSse

poate calcula cu relaiile: VS= LeZVSFsau VS= LeZVB, n care SF= fracia de vapori eliminat prin stripare

determinat n funcie de raia de abur (Anexa I, fig.I.4).

Bpcur stripat;

LeZVlichid la ieirea din zona de vaporizare.

Dsum de produse distilate, VHEZVvapori hidrocarburi la ieirea din zona de vaporizare.

Aleg raia de abur 30 kg/m3produs stripat.


21/60

21

Bilanul material n zona de vaporizare al coloanei de DA

Flux Simbol %vol.

Debit volumic,m3/h Debit masic,kg/h % g.

iei F 100 526.31 0.7640 0,760 400000 100Total distilate D 58.38 292.09 0,8036 0.7991 233515 58.38

Pcur B 41.62 234.22 0.7146 0.7096 167485 41.62

Supravaporizat 2 10.53 0.8715 0.8674 9133 2.28Fracie vaporizat din

iei n ZV 49.32 259.58 0.8060 0.8015 208053 52.01Fracie lichid din iei

n ZV 50.68 266.73 0.7231 0.7181 191947 47.99

Lichid ieire din ZV 52.68 312.25 0.7287 0.7237 225975 56.49Vapori stripai 11.06 65.56 0.8865 0.8824 57850 14.46Abur stripare - - - - 9367.5 -

Densitile fluxurilor materiale implicate se determin astfel:

1)

Densitatea ieiului se cunoate din date de proiectare.

2)

Densitatea

se poate determina din curba de randamentdensitate sau cu formula:

3)

Densitatea pcurii se determin cu relaia:


22/60

22

4)

Densitatea supravaporizatului L0se determin din curba de procente medii densitate. 5)

Densitatea vaporilor din iei n zona de vaporizare,

, se determin din curba de

randamentdensitate sau procente mediidensitate. =0 8060 6) Densitatea fraciei lichide din ieiul intrat n zona de vaporizare, se determin dintr-

un bilan masic:

7)

Densitatea lichidului la ieirea din zona de vaporizare este dat de relaia:

Unde , , se exprim n procente volum.

8)

Densitatea vaporilor stripai, se poate determina cu formula:

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

Temperatura la intrarea n zona de vaporizare se obine din curba VE iei trasat pentrupresiunea din zona de vaporizare, , corespunde procentului de iei vaporizat la intrarea n zonade vaporizare,

.

se determin din bilan material pe coloan.


23/60

23

6.3. Calculul temperaturii titeiului la ieire din cuptor, tec

Temperatura ieiului la ieirea din cuptor, se determin presupunnd c pe conducta detransfer (cuptorcoloan) are loc o vaporizare adiabat, deci .

Algoritmul de calcul este urmtorul:

1)

Se presupune 2)

Se verific prin bilan termic:

Procentul de vapori din iei la ieirea din cuptor se determin din curba VE a ieiului trasat la

presiunea de ieire din cuptor () i temperatura presupus. Se consider c temperatura este corectdac:


24/60

24

din grafic= 45,08 % volum = 0,8500 = 0,8458= 200674 kg/h100

= 0,7142

= 199326 kg/h

Fluxuri % vol. fa

de iei

Debit,

m3

/h

Debit,

kg/h

Entalpia,

kcal/kg

Flux

termic,kcal/h

Intrri 49.32 259.58 0.8015 0.8060 208053 252.06 52441839 50.68 266.73 0.7181 0.7231 191947 254.60 48869706Total 100,00 526.31 - - 400000 - 101311545

Ieiri 45.08 245.68 0.8458 0.8500 208778 248.84 51952317 54.92 280.63 0.7092 0.7142 191222 259.74 49668002Total - - - - 400000 - 101620319


25/60

25

6.4. Calculul temperaturii din baza coloanei, tB

DL0 5

4321

B

L0V

VHeZV

ABe

VS

II

I

LeZV

izv

Qizv

Ec

Qec

tec tizvF

tB

BQB

ABiQAB

Fig.2. Bilanul material i termic n zona de vaporizare a coloanei de DA

Temperatura din baza coloanei, , se determin printr-un bilan termic pe conturul I, deasupratalerului 4 (fig.2).

Algoritm de lucru pentru calculul temperaturii n baza coloanei, :1) Se presupune 2)

Se calculeaz, presupunnd o variaie liniar a temperaturii n zona de stripare, :


26/60

26

3)

Se consider 4)

Se face un bilan termic pe conturul I

5) Se calculeaz

6)

Se determin ( ) 7)

Se compar cu . Diferena admis 20C.

Fluxuri % vol. fade iei

Debit,

m3/h

Debit,kg/h

Entalpia,

kcal/kg

Flux

termic,

kcal/h

Intrri 50.68 266.73 0.7181 0.7231 191947 254.60 48869706 2 10.53 0.8674 0.8715 9133 203.23 1856099 - - - - 9367.5 723.79 6780102Total - - - - - -

57505907

IeiriB

41.62 234.22 0.7096 0.7146 167485 227.15 38044217

11.06 65.56 0.8824 0.8865 57850 240.71 13925074 - - - - 9367.5 736.52 6899351

( )


27/60

27

6.5. Calculul temperaturii n zona de vaporizare, tZV

Temperatura n zona de vaporizare a coloanei DA, tZV, se determin prin bilan termic peconturul II (fig.2).

Algoritm de lucru:

1)

Se presupune 2)

Bilan termic pe conturul II:

3)

Se calculeaz entalpia vaporilor de hidrocarburi la ieirea din zona de vaporizare:

4)

( ) 5)

Se compar cu , diferena admis este de 0,50C.

Fluxuri % vol. fa deiei

Debit,

m3/h Debit,

kg/h

Entalpie,

kcal/kg

Flux termic,

kcal/h

Intrri 49.32 259.58 0.8015 0.8060 208053 252.06 52441839 11.06 65.56 0.8824 0.8865 587850 243.21 14069698Total - - - - - - 66511537Intrri 60.38 325.14 0.8163 0.8207 265903 250.13 66387253


28/60

28

7. Calculul temperaturilor pe talerele de culegere ale produselor

laterale i la baza striperelor

7.1. Calculul temperaturilor pe talere de extragere ale produselor

laterale

Temperatura pe talerul de culegere a unei fracii lichide laterale corespunde cu temperatura de

fierbere a produsului nestripat ce se extrage n condiiile de pe taler. Temperatura de fierbere a

produsului lichid depinde de presiunea de pe talerul de culegere i de aciunea de gaz inert pe care o au

fraciunile mai uoare n faz vapori i aburul n condiiile de presiune i temperatur de pe talerul

respectiv.

Pe talerul de culegere efect de gaz inert se consider a avea aburul i toate fraciunile de

deasupra celei care se extrage, exceptnd fracia imediat superioar.

Temperatura pe talerul de extragere a unui produs lateral va fi temperatura la 0% pe curba VE la

1 atmosfer a produsului nestripat corectat la presiunea parial a vaporilor produsului de deasupra

talerului.

Deoarece n calculul presiunii pariale intr i refluxul intern din zona considerat, calculul

temperaturilor de extragere a produselor este iterativ.


29/60

29

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

V

A1,i

D1

t2D1

D1'

VSD1+A1,e

t1D1

LVSD1

RD1+1

BABi

F

7

8 VeD1

Fig.3. Bilanul termic pentru determinarea temperaturii tD1


30/60

30

Algoritm de calcul:

1)

Se determin , prin extrapolarea curbei VE la 1 atmosfer a produsului nestripat D1cu procentul de vapori stripai (exprimat fa de D1).

2)

Bilan termic pe conturul V, i se calculeaz

* + * +

* +

reprezint lichidul rezultat din condensarea pe talerul 8 a vaporilor stripai , iar vapori la ieire de pe talerul 8.

3)

Se calculeaz cantitatea de reflux care cade pe talerul 7:

4)

Se calculeaz presiunea parial a vaporilor de motorin:


31/60

31

5)

Fluxul Debit, kg/h Entalpia, kcal/kg Flux termic, kcal/hIntrri 208053 0.8060 252.06 52441839 191947 0.7231 254.60 48869706 9367.5 - 723.79 6780102 76189 0.8445 214.68 13257647Total - - - 121349294Ieiri

B

167485 0.7146 227.15 38044217

109720 0.8512 174.01 19092377 92814 0.812 218.52 20281715 63642 0.7409 225.05 14322632 9367.5 - 735.45 6776918Total - - - 98517859


32/60

32

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

87

13

14 VeD2 RD2+1 VSD2+A2,e

D2' A2,i

D2

D1

A1,i

VSD1+A1,e

D1'

B

AB

F

VI

Fig.4. Bilanul termic pentru determinarea temperaturii

.

Etape de calcul:

1) Se determin , prin extrapolarea curbei VE la 1 atmosfer a produsului nestripat D2cu procentul de vapori stripai (exprimat fa de D2).

2)

Bilan termic pe conturul VI, i se calculeaz

* + * +


33/60

33

* +

3)

Se calculeaz cantitatea de reflux care cade pe talerul 7:

4)

Se calculeaz presiunea parial a vaporilor de motorin:

5)


34/60


35/60

35

Striparea se poate realiza folosind un gaz inert (abur, metan) sau un refierbtor. Se folosesc raii

de abur de 20-30 kg abur/m3produs stripat.

La striparea cu abur au loc urmtoarele modificri:

Scade temperatura la ieirea din baza striperului;

Produsul stripat va conine o anumit cantitate de ap;

Crete diametrul coloanei ca urmare a prezenei aburului (provenit din striperei de la

baza coloanei) la vrful coloanei.

Calculul striperului va cuprinde:

1)

Bilanul material i caracterizarea fluxurilor implicate.

2)

Bilan termic pe striper i stabilirea temperaturilor de ieire din striper.

7.2.1. Bilantul material pe stripere cu abur

Bilanul material se face n jurul striperului din care se scoate produsul stripat, D i(conturul I).

IVSDi+Ai,e

DitDi

Ai,i

Di

Fig.6. Bilan material pe striperul cu abur


36/60

36

I. Motorin: = 0,30 = II.

Petrol: = 0,19

=

7.2.2. Bilantul termic pe striperul cu abur.

Calculul temperaturii n baza striperului de motorin, t2D1

Algoritm de rezolvare pentru calculul temperaturii n baza striperului:

1) n funcie de se calculeaz aproximativ (Anexa I grafic I.5), unde aproximativreprezint scderea de temperatur ntre intrarea produsului n striper i baza

striperului pentru produsul ca efect al vaporizrii, cunoscnd c aburul i produsulcare intr n striper au aceeai temperatur.()

2)

Funcie de aproximativ se determin conform Anexa I graficul I.6, diferena real detemperatur ntre intrarea n striper i baza striperului,

; n acest grafic abscis

este diferena ntre temperatura n alimentare striper i temperatura aburului, avnd n

vedere c cele dou fluxuri au temperaturi diferite.() 3)

n cazul striperului cu abur ca efect al vaporizrii fraciilor uoare temperatura scade din

vrf spre baz i se consider o variaie liniar ntre talerele 1 i 4.


37/60

37

4)

Se verific

prin efectuarea unui bilan termic conform conturului III, n jurul

striperului din care iese produsul D1:

III

VSDi+Ai,e

Di

Ai,i

Di

QVSDi, QAi,e

QDi

t2DiQAi,i

QDi

Fig.7. Bilan termic pestriperul cu abur


38/60

38

Flux Debit, kg/h Entalpia, kcal/kg Flux termic, kcal/hIntrri 109720 0.8512 174.01 19092377

3238.5 - 723.79 2343993

Total - - - 21436370Ieiri 77059 0.854 152.38 11742250 32650 0.8445 211.43 6903189 3238.5 - 735.81 2382920Total - - - 21028359

7.2.3. Calculul temperaturii n baza striperului de petrol, t2D3

1) () 2)

() 3)

= = 4)

Bilan termic:


39/60

39

Flux Debit, kg/h Entalpia, kcal/kg Flux termic, kcal/hIntrri 115222 0.8165 125.06 14409663 2873.5 - 723.79 2079810Total - - - 16489473

Ieiri 92814 0.812 114.30 10022983 22415 0.8358 172.79 3846638 2873.5 - 683.21 1963204Total - - - 15832825

7.3. Calculul temperaturii la vrful coloanei

Temperatura la vrful coloanei trebuie meninut astfel nct produsul de vrf D4s fie obinut

n stare de vapori.

Algoritm de calcul:

1)

Din profilul de temperatur trasat pe ntreaga nlime a coloanei se presupune

temperatura aproximativ la vrful coloanei, n funcie de din graficul I.5 dinAnex.

2) Se calculeaz cldura preluat de refluxul rece de la vrful coloanei prin bilan termic peconturul VII (figura 8): [ ] * + * ( ) +

( ) 3)

Se calculeaz debitul masic i debitul molar de reflux rece


40/60

40

4) Se calculeaz presiunea parial a vaporilor la vrful coloanei:

5)

Se corecteaz la presiunea i se determin . ( ) 6)

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

208053 0.8060 252.06 52441839

191947 0.7231 254.06 48869706 9367.5 - 723.79 6780102 3238.5 - 723.79 2343993 2873.5 - 723.79 2079810Total - - - 112515450

IeiriB

167485 0.7096 227.15 38044217

77059 0.854 181.17 13960779 92814 0.812 114.30 10608640 63642 0.7409 139.00 8846238

9367.5 - 347.53 3255487

3238.5 - 347.53 1125475 2873.5 - 347.53 998627Total - - - 76839463

Dup determinarea cantitii de reflux se calculeaz i raia de reflux, r:


41/60

41

7.4.1. Calculul sarcinii termice a cuptorului tubular

Sarcina termic a cuptorului se determin prin bilan termic n jurul cuptorului, conform

algoritmului din ndrumar.

tic=220 C;

tec=328 C;

Vic=38,46 % vol;

Bic=65,53 % vol;

dVic=0,7460;

dBic=0,7736;

Qic=Qec

Gvic=135302 Kg/h

GBic=264698 Kg/h

Qic=63445604 kcal/h;

Qec=101620319 kcal/h;

Qcuptor= Qec-Qic=38174715 kcal/h


42/60

42

7.4.2 Calculul sarcinii condensatorului de la vrful coloanei i a cantitii de

ap de rcire i condensare

Pentru determinarea sarcinii termice a condensatorului de vrf,

, se efectueaz un

bilan termic pe conturul VIII (figura 8).

*( ) ( ) + *( ) ( ) +

Unde: - cantitatea caloric a apei, kcal/kggrad,

Cantitatea de ap necesar n condensator este dat de sarcina termic a condensatoruluiraportat la diferena de temperatur a apei la ieirea i intrarea din condensator i larandamentul condensatorului de vrf, :

= 300C= 180C

= 0,93Dup determinarea sarcinii condensatorului se verific calculul termic pe ntreaga coloan istripere prin efectuarea unui bilan termic pe conturul IX (figura 8).


43/60

43

A

BQAB B

QB

A1

D1

A2D2

D3A

3

RVeD

Ven QC

VR

H2O

D4

F

QF

VIII

IX

VII

Fig.8. Bilanuri termice pe coloana de distilare atmosferic


44/60

44

7.5. Bilant termic pe coloan

Flux Debit, kg/h Entalpia, kcal/kg Flux termic, kcal/hIntrri 208053 0.8060 252.06 52441839 191947 0.7231 254.60 48869706 9367.5 - 723.79 6780102 3238.5 - 723.79 2343993 2873.5 - 723.79 2079810Total - - - 112515450

IeiriC

- - - 38044217

B 167485 0.7146 227.15 13960779 77059 0.8498 181.17 10608640 92814 0.812 114.30 8846238 63642 0.7409 139.00 45592415Abur total iesire 15479 - 30 464370

Total - - - 108343298


45/60

45

8. Dimensionarea tehnologic a coloanei de DA

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

Diametrul coloanei se stabilete pe baza sarcinii maxime de vapori i de lichid din coloan.

Pentru calculul diametrului coloanei, , se utilizeaz relaia:

n care:

Cantitatea de reflux indus, , se va calcula considernd c:

( ) ( )


46/60

46

NP=2

Se adopt

debitul de reflux n zona cea mai ncrcat, n m3/s;

- debitul de vapori n zona cea mai ncrcat, n m3/s; - debitul maxim admisibil de vapori n m3/s;

- viteza lichidului prin deversor, n m/s; - densitatea lichidului n condiiile de pe taler, n kg/m3;

densitatea vaporilor n condiiile din zon, kg/m3;

factor de necare al coloanei;

- factor de spumare;

- coeficient de vitez pentru vapori;

- numrul de pasuri prin coloan;

refluxul indus ntre talerul n i n-1;


47/60

47

8.2. Determinarea nltimii coloanei

( ) = numrul de talere din zona de fracionare;a= distana dintre dou talere succesive= 0,7 m;

( )

= numrul de talere din zona de stripare;b= distana dintre dou talere succesive= 0,7 m;

= timpul de staionare al lichidului n baza coloanei. Pentru coloane de DA, Se adopt H= 31 m.


48/60


49/60

49

Norme de protecia muncii i tehnica securitii

1. Bioxid de sulf

este iritant al cilor respiratorii superioare. n cazul unor concentraii crescute, bioxidul de

sulf afecteaz direct aparatul respirator.

inhalat n concentraie mic i repetat exercit o aciune iritant asupra mucoaselor iar ncantitii mai mari provoac rgueal i contracie toracic, bronit.

n cazul unor durate prelungite de lucru n mediu viciat, apar vrsturi simple sau sanguinolente.

Concentraiile mari produc bronite acute, lcrimarea ochilor, lcrimare, usturime.

Dizolvarea bioxidului de sulf n saliv i nghiirea acesteia poate duce la gastrit.

Stropirea cu bioxid de sulf lichid provoac adevrate degerturi datorit aciunii sale de rcire

puternic (-5C). Se iau msuri pentru:

etanarea perfect a circuitului de gaze;

exploatarea raional a sistemului de ventilaie i ntreinerea n stare corespunztoare aacestuia;

dotarea obligatorie a tuturor lucrtorilor cu mijloace de protecie individual (masc,ochelari, mnui);

urmrirea dinamic a concentraiei de bioxid de sulf din mediul de lucru;

respectarea normelor de manipulare i conservare a recipientelor ce conin gaz subpresiune;

2. Monoxid de carbon

Se cunoate o singur modalitate sigur de aciune a monoxidului de carbon i anume blocarea prin

complexare a hemoglobinei i formarea carboxihemoglobinei.

n acest fel oxihemoglobina devine inapt pentru transportul oxigenului n organism. Se mpiedic

astfel oxigenarea creierului care este cel mai uor vulnerabil, crete permeabilitatea capilarelor i

esutului cerebral precum tensiunea intracranian.

Intoxicaia acut: se manifest prin senzaie de tensiune i pulsaie n tmple, ameeli.Pielea prezint o coloraie roie.

Intoxicaia cronic: astenia este simptomul cel mai ntnlit i se concretizeaz prinoboseal.

Se iau urmtoarele msuri:

Depistarea sistematic a acestui gaz constituie prima msur de prevenire tehnic care permite

a deduce modul cel mai eficient, individual sau colectiv.


50/60

50

Protecia se poate realiza:

A. Individual prin dotarea cu unul din urmtoarele aparate:

Aparat pentru aducerea aerului curat din afara zonei infectate ; Aparat izolant cu oxigen;

Aparat pentru reinerea monoxidului de carbon.

B. Colectiv: se realizeaz prin etanarea i controlul instalaiilor pentru producerea

manipularea i 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 i cele n

stare de vapori.

Asupra organismului are influene asupra sistemului nervos producnd cefalee,dureri de cap

ameeli iar n concentraii mai mari produce buna dispoziie ,extaz i euforie, producnd n final paraliziasistemului nervos i moartea.

S-a constatat c n timp ndelungat produsele petroliere lihide atac globulele roii din organism

dac acestaeste expus o perioad ndelungat la aciunea acestor produse.

Pentru prentmpinarea efectelor negative exercitate de prezena produselor petroliere se iau

urmtoarele msuri:

Cnd concentraia n oxigen este sub 17% obligatoriu vor fi utilizate aparate de protecie a cilorrespiratorii;

Cnd se formeaz n vase nchise unde se pot degaja primul lucru , gaze toxice n afar de aparate deprotecia cilor respiratorii, lucrul va fi supravegheat din afar din afar de dou persoane;

Toate utilajele supuse curirii i care au vehiculat produse toxice vor fi deschise numai dup 24hrcire, splare cu ap i aerisire.

La toate utilajele la care se efectueaz lucrri care ar putea pune n libertate gaze toxice se vor luamsuri suplimentare de rcire cu ap n timpul lucrului;


51/60

51

Toate utilajele care au vehiculat compuii de sulf vor fi marcate special iar lucrul la aceste utilaje seva executa dup luarea tuturor msurilor de securitate, instruirea personalului i ntocmireapermiselor de executare.

Consumuri energetice

Instalaia de DA este una din cele mai mari consumatoare de energie din cadrul unei rafinrii,

alturi de cracarea catalitic.

Soluiile mai noi pentru reducerea consumului global de energie constau n :

Creterea randamentului cuptoarelor la88 92% prin creterea gradului de recuperarea cldurii din gazele de ardere i modificrii constructive;

Optimizarea schimbului de cldur pentru creterea temperaturii de prenclzire aieiului ;

Realizarea unor aparate consumatoare de energie electric (pompe, compresoare,rcitoare cu aer) cu performane ridicate .

Economia s-ar obine prin nclzirea fluxului n fiecare etap pn la temperatura necesar,

integrarea complet a schimbului de cldur.

Cheltuielile pentru coloanele suplimentare de distilare, pentru schimbtoarele de cldur ipompe s-ar compensa prin scoaterea cuptorului din seciunea de distilare atmosferic.


52/60

52

10.AUTOMATIZAREA INSTALAIEI DE DA

Automatizarea procesului de DA urmrete meninerea n limite normale atemperaturilor, presiunilor i

debitelor diferitelor fluxuri, astfel nct cu un consum minim de energie s se obin produse de calitate

i n cantitatea specificat.

Meninerea parametrilor de funcionare se realizeaz cu ajutorul buclelor de reglare a temperaturilor ,

presiunilor i debitelor.

Numrul sistemelor de reglare automat este relativ mare fiind de ordinul 50 150 n cadrul unei

instalaii, o parte din variabilele procesului fiind numai msurate i eventual controlate , dac nu au

ieirii dinlimitele fixate.

n ultimul timp, ndeplinirea funciilor de msur i control al limitelor se face cu ajutorul calculatorului

electronic.

De asemenea , stabilirea regimului optim de funcionare, n condiiile unor perturbaii legate de calitatea

materiei prime, este o problem de actualitate, n condiiile dificultilor legate de procurarea ieiului i

a consumurilor materiale i energetice ce se impun astzi.

Optimizarea procesului avnd la baz un calculator electronic, capabil s analizeze permanent starea

parametrilor i s elaboreze comenzile optime pentru conducerea acestuia este o problem de o

deosebit importana.

Grupul de control folosete module structurate ierarhic:

Controlul regulator

Controlul calitii

Energia minim

Optimizarea liniei

Controlul procesului

Planificarea operrii

Se menioneaz cazul n care conducerea cu calculatorul electronic a condus la creterea randamentuluide distilare, la creterea energiei recuperate i la pstrarea ct mai constant a calitii produselor.

Se estimeaz la mai puin de 3 ani perioada de recuperare a cheltuielilor legate de introducerea

calculatorului.

Schema automatizat a instalaiei de DA este prezentat n figura10 urmatoare.


53/60


54/60

54

BIBLIOGRAFIE

1.Onuu, I., Instalaii de proces n prelucrarea ieiuluii gazelor Ghid de proiectare, Editura Universitii din Ploieti, 2004.

2.Mrinoiu, V.,Automatizri ale proceselor petrochimice, EdituraDidactic i Pedagogic, Bucureti, 1979.

3.Vukalovici, M., Proprietile termodinamice ale apei i aburului,

Editura Tehnic, Bucureti, 1979.4.unescu, R., Tehnologia distilrii ieiului, Editura Didactic i

Pedagogic, Bucureti, 1970.

5.

Onuu, I., Notie de curs, Tehnologia distilrii petrolului, Ip7,Ploieti, 2010-2011.


55/60

55


56/60

56


57/60

57


58/60

58


59/60

59


60/60

Tehnologia distilarii petrolului proiect

Documents

Transcript of Tehnologia distilarii petrolului proiect