Сырьём блока ректификации является прямогонный бензин, который поступает в общий трубопровод по эстакаде ряда 3/5 и поступает в сырьевую емкость блока ректификации - Е-9
На трубопроводе входа бензина в Е-9 установлен клапан запорно-регулирующий LV-151/1А, связанный с уровнемером LRCA-151/1. При достижении максимального уровня в Е-9, часть бензина сбрасывается через клапан-регулятор LV-151/1Б в цех № 8 по линии откачки с блока фракции 100 – 200 0С.
Уровень бензина вемкости Е-9 контролируется также уровнемером LJRA-151/2 (4/52).
Так как в Е-9 происходят колебания уровня, то для предотвращения со-здания вакуума в емкость через регулирующий клапан PV – 111А подается азот. Для предотвращения создания высокого давления в емкости при повы-шении уровня бензина, азотная подушка сбрасывается в атмосферу через регулирующий клапан PV – 111Б. Оба регулирующих клапана связаны с дат-чиком давления в емкости Е-9 - PJRC-111 (4/11).
В случае превышения давления в Е-9 выше допустимого по технологичес-ким нормам, срабатывает ППК, установленный на Е-9 со сбросом газа в фа-кельную емкость Е-11.
Температура бензина в сырьевой емкости Е-9 контролируется прибором TJR-5/13.
Бензин из емкости Е-9 забирается сырьевым насосом Н-1 (Н-1А), про-качивается через теплообменники Т-101 (по межтрубному пространству), где нагревается отходящей с блока фракцией 70 – 100 0С, затем через Т-102 и Т-102А (оба по межтрубному пространству), где нагревается отходящей с блока фракцией 100 – 200 0С и загружается в колонну К-1 на 30 тарелку.
Имеется схема откачки емкости Е-9 (при необходимости её опорожнения) насосом Н-1 по линии откачки с блока фракции 100-200 0С в цех №8.
По схеме загрузки К-1 контролируются и регулируются следующие пара-метры:
- расход бензина от насоса Н-1 (Н-1А) в систему теплообмена регулиру-ется клапаном-регулятором расхода FQJRCA-131 (4/37);
- температура бензина в трубопроводе подачи от насоса Н-1 (Н-1А) в систему теплообмена контролируется прибором TJR-5/14;
- температура бензина после Т-101, перед Т-102 контролируется прибором TJR-5/15;
- температура бензина после Т-102, перед Т-102А контролируется при-боромTJR-5/16;
- температура бензина после Т-102А, перед входом в колонну К-1 конт-ролируется прибором TJR-5/17;
Колонна К-1 имеет 60 клапанных тарелок (счет сверху вниз) и служит для выделения из прямогонного бензина фракции Н.К.-70 0С.
Для поддержания требуемого температурного режима в нижней части ко-лонны К-1, бензин с низа К-1 забирается насосом Н-3 (Н-3А), прокачивается двумя параллельными потоками по змеевикам печи П-2, где нагревается до температуры ~ 170 0С и поступает снова в колонну К-1.
1-й поток прямогонного бензина (подовый) от насоса Н-3 (Н-3А) проходит 18 труб ка-меры конвекции в печи П-2, затем 21 трубу подового экрана левой камеры радиации и 5 труб потолочного экрана.
2-й поток прямогонного бензина (потолочный) от насоса Н-3 (Н-3А) проходит 18 труб камеры конвекции печи П-2, затем 24 трубы потолочного экрана камеры радиации левой стороны П-2
После выхода из П-2 оба потока бензина по отдельным трубопроводам поступают в низ колонны К-1.
- расход бензина от насоса Н-3 (Н-3А) по первому (подовому) потоку через П-2 контролируется приборами – FRSA-134 и FJRA-134А (4/40);
- расход бензина от насоса Н-3 (Н-3А) по второму (потолочному) потоку через П-2 контролируется приборами – FRSA-135 и FJRA-135А (4/41).
- температура бензина по первому потоку после П-2 на входе в К-1 контролируется прибором TJRА-5/29;
- температура бензина по второму потоку после П-2 на входе в К-1 контролируется прибором TJRА-5/31;
Температура низа колонны К-1 регулируется регулятором температуры TRС-102, связанным с клапаном-регулятором, установленным на линии подачи газообразного топлива к горелкам левой стороны П-1 и контролируется прибором TJR-5/21.
Пары фракции НК – 70 0С с верха К-1 проходят воздушные холодиль-ники-конденсаторы АВО-1/1-4, затем водяной холодильник Т-1 и после кон-денсации собираются в емкости орошения Е-1.
Из емкости Е-1 фр. НК - 70 0С забирается насосом Н-2 (Н-2А) и необходи-мое количество подается на верх К-1 в качестве острого орошения через клапан-регулятор температуры верха колонны TRC-101, работающий с кор-рекцией по расходу орошения - FJRС-132, (4/38). Температура верха К-1 также контролируется прибором TJR-5/18.
- температура в зоне загрузки колонны К-1 (на тарелке № 30) контролируется приборомTJR-5/19.
– давление в верхней части колонны К-1 регулируется регулятором давления PJRC – 112, (4/12), клапан которого установлен на линии выхода воды из во-дяного холодильника Т-1;
– давление в нижней части К-1 контролируется приборами PRSA – 113 и PJRA – 113А (4/13);
- температура конденсата в трубопроводах на выходе из секций АВО-1/1-4 контролируется приборами TJR-5/22, 5/23, 5/24, 5/25, 5/26, 5/27;
- температура конденсата в трубопроводе на входе в Е-1 из Т-1 кон-тролируется прибором TJR-5/28;
– давление в емкости Е-1 контролируется прибором РJR-114, (4/14).
Давление в К-1 и температура фракции НК - 70 0С на выходе из секций
АВО-1/1-4 может регулироваться изменением частоты вращения электродви-гателей АВО.
Управление частотой вращения электродвигателей на АВО-1/1-4 осу-ществляется кнопками со щита оператора, позиции - SJRС-5/1, 5/2, 5/3, 5/4.
При необходимости газ из Е-1 можно сбросить на факел с помощью кла-панаНС-1.
Избыток фракции НК - 70 0С из Е-1 насосом Н-2 (Н-2А) откачивается с блока через водяной холодильник Х-103.
– температура фракции НК - 70 0С на выходе с отделения после холо-дильника Х-103 контролируется прибором TJR-5/49.
– расход фракции НК - 70 0С на выходе с блока после холодильника
Х-103 контролируется прибором FQJR-139, (4/45).
– уровень фракции НК - 70 0С в емкости Е-1 регулируется регулятором уровня LRСA-153/1, клапан которого установлен на линии откачки фракции НК - 70 0С с блока и контролируется также прибором LJRA-153/2 (4/54);
Часть продукта низа К-1 (фракция 70 – 200 0С) с выкида насоса Н-3
(Н-3А) по другому трубопроводу через клапан-регулятор расхода
FJRС-133, (4/39), работающий с коррекцией по уровню в К-1 LRCA – 152/1, прокачивается через теплообменник Т-103, где нагревается откачиваемой с низа К-2 фракцией 100–200 0С и загружается в колонну К-2 в качестве сырья, на 36, 40, 46 тарелки через узлы ввода.
Уровень в колонне К-1 контролируется также прибором
LJRA – 152/2 (4/53).
– температура фракции 70 - 200 0С на выходе из Т-103 (перед входом в К-2) контролируется прибором TJR-5/33;
- температура в зоне загрузки колонны К-2 (на тарелке № 36) контроли-руется прибором TJR-5/35;
Колонна К-2 имеет 60 клапанных тарелок (счет сверху вниз) и служит для разделения бензиновой фракции 70 - 200 0С на фракции 70 - 100 0С (бензолсодержащей) и 100 - 200 0С (компонент автобензина).
Для поддержания требуемого температурного режима в нижней части ко-лонны бензин с низа К-2 забирается насосом Н-5 (Н-5А), прокачивается двумя параллельными потоками через печь П-2, где нагревается до темпе-ратуры ~ 190 0С.
Требуемый расход «горячей струи» для К-2 до 217 м3/ч при максимальной загрузке блока.
1-й поток (подовый) от насоса Н-5 (Н-5А) проходит 18 труб камеры кон-векции П-2, затем 21 трубу подового и 5 труб потолочного экранов правой стороны камеры радиации П-2 и выходит из печи.
2-й поток (потолочный) проходит 18 труб камеры конвекции П-2, затем 24 трубы потолочного экранов правой стороны камеры радиации П-2 и выходит из печи.
После выхода из П-2 оба потока бензина по отдельным трубопроводам поступают в низ К-2.
- расход бензина от насоса Н-5 (Н-5А) по первому (подовому) потоку через П-2 контролируется приборами – FRSA-137 и FJRA-137А (4/43);
- расход бензина от насоса Н-5 (Н-5А) по второму (потолочному) потоку через П-2 контролируется приборами – FRSA-138 и FJRA-138А (4/44);
- температура бензина по первому потоку после П-2 в К-2 контролируется прибором TJRА-5/43;
- температура бензина по второму потоку после П-2 в К-2 контролируется прибором TJRА-5/44;
- температура низа колонны К-2 регулируется прибором TRС-104, связан-ным с клапаном установленным на линии подачи газообразного топлива к горелкам правой стороны П-2 и контролируется прибором TJR-5/36.
Пары фракции 70 - 100 0С с верха К-2 проходят воздушные холодиль-ники-конденсаторы АВО-2/1-4 и после конденсации собираются в емкости орошения Е-3.
Из емкости Е-3 фр. 70 - 100 0С забирается насосом Н-4 (Н-4А) и необходи-мое количество подается на верх К-2 в качестве острого орошения, через клапан-регулятор температуры верха колонны TRC-103, работающий с кор-рекцией по расходу орошения FJRС-136 (4/42). Температура верха контроли-руется также прибором TJR-5/34.
Давление в верхней части колонны К-2 регулируется посредством изме-нения частоты вращения электродвигателей на АВО-2/1-4 и контролируется прибором PJR – 115 (4/15).
Управление частотой вращения электродвигателей на АВО-2/1-4 осу-ществляется кнопками со щита оператора, позиции - SJRС-5/5, 5/6, 5/7, 5/8.
Давление в нижней части К-2 контролируется приборами PRSA – 116 и PJRA – 116А (4/16).
- температура конденсата в трубопроводах на выходе из секций АВО-2/1-4 контролируется приборами TJR-5/32, 5/37, 5/38, 5/39;
- температура конденсата в трубопроводе на входе в Е-3 из секций АВО-2/1-4 контролируется прибором TJR-5/41;
– давление в емкости Е-3 контролируется прибором РJR-117, (4/17);
При необходимости, газ из Е-3 можно сбросить на факел с помощью кла-пана НС-2.
Избыток фракции 70 - 100 0С из Е-3 насосом Н-4 (Н-4А) откачивается с блока через теплообменник Т-101, где отдает тепло сырью блока, затем через водяной холодильник Х-101.
– температура фракции 70 - 100 0С на выходе из Т-101 контролируется прибором TJR-5/42, на выходе с блока после холодильника Х-101 контроли-руется прибором TJR-5/51;
– расход фракции 70 - 100 0С на выходе с блока после холодильника
Х-101 контролируется прибором FQJR-140, (4/46).
– уровень фракции 70 - 100 0С в емкости Е-3 регулируется регулятором уровня LRСA-155/1, клапан которого установлен на линии откачки фракции 70-100 0С с блока и контролируется прибором LJRA-155/2 (4/56).
Продукт низа К-2 (фракция 100 – 200 0С) с выкида насоса Н-5 (Н-5А) по другому трубопроводу через клапан-регулятор уровня в К-2 LRСA-154/1 от-качивается с блока через теплообменник Т-103, где нагревает фракцию
70 – 200 0С, поступающую из К-1 в К-2, затем через теплообменники Т-102А и Т-102, где нагревает сырьё блока перед К-1 и через водяной холодильник
Х-102.
Уровень в колонне К-2 контролируется также прибором
LJRA – 154/2 (4/55);
– температура фракции 100 - 200 0С на выходе из Т-103 перед Т-102А контролируется прибором TJR-5/46;
– температура фракции 100 - 200 0С на выходе из Т-102А перед Т-102 контролируется прибором TJR-5/47;
– температура фракции 100 - 200 0С на выходе из Т-102 перед Х-102 контролируется прибором TJR-5/48;
– температура фракции 100 - 200 0С на выходе с блока после холодиль-ника Х-102 контролируется прибором TJR-5/52;
– расход фракции 100 - 200 0С на выходе с блока после холодильника
Х-102 контролируется прибором FQJR-141, (4/47).
Температура оборотной воды 1-й системы, используемой для охлаждения нефтепродуктов, на входе на установку контролируется прибором TJR-2/7;
Давление оборотной воды 1-й системы на входе на установку контролиру-ется прибором PJRА-22 (3/56).
Расход оборотной воды 1-й системы на установку контролируется прибором FQJR-22 (3/37).
5 Расчетная часть
Расчет колонны
3.1 Материальный баланс
, (1)
где 
массовые расходы питания, дистиллята и кубового остатка;
содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании, дистилляте и кубовом остатке, массовые доли.
Находим расходы дистиллята и кубового остатка 
Питание:
, (2)
-молярная масса бензина, равная 120 
;
-молярная масса фракции НК-70, равная 81,6 
;
XF -мольная концентрация фракции НК-70 в бензине, мол. доля, 
;
-массовая концентрация бензина в фракции НК-70масс. доля, 
.
= 
Дистиллят:
, (3)
где 
-мольная концентрация дистиллята, мол. доля, ;
-массовая концентрация дистиллята, масс. доля, .
Кубовый остаток:
, (4)
XW- мольная концентрация остатка, мол. доля, ;
- массовая концентрация остатка, масс. доля, .
= 
Относительный мольный расход питания:
F= 
, (5)
где F-расход сырья при ректификации, 
.
F= 
= 
=2,02 ().
Для проведения дальнейших расчетов необходимо построить кривую равновесия в координатах 
-x.
Все необходимые данные для построения кривой равновесия приведены в таблице 1.
Таблица 1. Равновесные составы жидкости и пара для системы
| T,ºC | X | y | T,ºC | x | y | T,ºC | x | y |
| 62,6 | 51,2 | 84,7 | ||||||
| 77,9 | 17,3 | 61,6 | 58,2 | |||||
| 69,6 | 25,1 | 60,7 | 70,1 | 57,5 | 94,9 | |||
| 64,5 | 41,3 | 59,8 | 76,7 | 56,9 |
Определяем минимальное число флегмы:
Rмин= 
(6)
Rмин= 
,
В= 
=
где 
=0,74-мольную долю ацетона в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме 
.
Определяем рабочее число флегмы:
R=1,3·Rмин+0,3 (7)
R=1,3·0,35+0,3= 0,755
Уравнения рабочих линий:
а) верхней(укрепляющей) части колонны:
y= 
·x+ (8)
y= 
+ 
y=0,43·x+0,52
б) нижней(исчерпывающей) части колонны:
y= 
(9)
y= 
- 
y=2,8·x-1,79·0,46
y=2,8·x-0,82
3.2 Определение скорости пара и диаметра колонны
Средние концентрации жидкости:
а)в верхней части колонны
(9)
= 
= 
б)в нижней части колонны
= 
(10)
Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий
а) в верхней части колонны:
(11)
= 0,15 + 0,512 = 0,662
б) в нижней части колонны:
- 
(12)
·0,2 - 
·0,46 = 0,126
Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x,y [приложение 2]:
а) 
=0,31 
=112ºC,
б) 
=0,14 
=126ºС.
Средние мольные массы и плотности пара:
а) 
= 
· + 
·(1- ) (13)
=120·0,31+81,6·(1-0,31)=37,2+56,3=93,5 ()
= 
= 
=2,9(
)
б) 
= 
+ ·(1- ) (14)
=120·0,14+81,6·(1-0,14)=16,82+70,17=86,96 (
= 
(15)
= 
=2,65().
Средняя плотность пара в колонне:
= 
(16)
= 
Температура в верху колонны при 
равна 101ºС, а в кубе-испарителе при 
равна 123ºС по диаграмме t-x, y.
Плотность бензина при 101ºС 
=0,527 ,а фракцииНК-70 при 121ºС 
=721 [7, с. 512].
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:
= 
(17)
(19)
Определяем скорость пара в колонне. По данным каталога-справочника «Колонные аппараты» принимаем расстояние между тарелками h=0,3 м. Для решетчатых тарелок по графику [7, с. 323] находим значение коэффициента С: 0,03.
Скорость пара в колонне:
=С· 
(18)
=0,03· 
=0,72 (
Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне:
= 
(19)
ºС
, (20)
где 
-мольная масса дистиллята, равная
(23)
=0,91·120+(1-0,91)·81,6=116,5 
;
Р- давление насыщенного пара, Па;
Р0 - атмосферное давление при Т0=273К, равное 101325 Па.
V= 
= 
=2,27 (
)
Диаметр колонны:
D= 
(21)
D= 
=4(м)
По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» принимаем диаметр колонны 4000 мм. Тогда скорость пара в колонне будет:
(22)
=0.23 (
).
3.3 Определение числа тарелок и высоты колонны
Наносим на диаграмму y-x рабочие линии верхней и нижней части колонны и находим число ступеней изменения концентрации 
. В верхней части колонны 
, в нижней части колонны 
11, всего 5 ступеней.
Число тарелок рассчитываем по формуле:
n= 
, (23)
где η-средний к.п.д. тарелок.
Для определения среднего к.п.д. тарелок η находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов
(24)
и динамический коэффициент вязкости исходной смеси 
при средней температуре в колонне, равной 111ºС.
При этой температуре давление насыщенного пара бензина 
=1325 мм рт.ст., фракции НК-70 
=522,1 мм рт.ст.[7, с. 536], откуда
Динамический коэффициент вязкости бензина при 111ºС равен 0,22· 
Па·с, фракции НК-70 
0,16· Па·с [7, с. 556].
Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси
(25)
=0,183· 
Тогда 
По графику [7, с. 323] находим η=0,39.
Число тарелок:
а) в верхней части колонны
(26)
б) в нижней части колонны
= 21 
Общее число тарелок n=37, с запасом n=40, из них в верхней части колонны 25и в нижней части колонны 12.
Высота тарельчатой части колонны:
где h-расстояние между тарелками, м.
29м
Высота колонны складывается из следующих величин:
(28)
h1 - расстояние от верхней тарелки до верха колонны:
(29)
h2 - высота верхней тарельчатой части:
(30)
h3 - высота зоны питания (эвопорационная часть колонны):
(31)
h4 - высота нижней тарельчатой части:
(32)
h5 - расстояние от нижней тарелки до верха слоя жидкости в кубе (сепарационная часть):
Принимаем h5 = 1 м (табл. 8.2 [2])
h6 - высота слоя жидкости в кубе (десятиминутный запас колонны):
(33)
Где: S – сечение колонны:
(34)
hюбки - высота юбки:
Принимаем hюбки = 2.5 м (табл. 8.2 [2])
Высота колонны, следовательно:
(35)
Высота питающей тарелки:
КИПиА
Перечень измерительных каналов по блоку «Ректификация катализата»
| № п/п | Наименование потока, аппарата | Номер позиции | Номер МИПа |
| Емкость Е-9, катализат | PJRC-111 | 4/11 | |
| Колонна К-1, верх | PJRC-112 | 4/12 | |
| Колонна К-1, низ | PJRC-113А | 4/13 | |
| Емкость Е-1, НК – 70 0С | PJR-114 | 4/14 | |
| Колонна К-2, верх | PJR-115 | 4/15 | |
| Колонна К-2, низ | PJRА-116А | 4/16 | |
| Емкость Е-3, фракция 70 – 100 0С | PJR-117 | 4/17 | |
| Газ топливный к П-2, левая сторона | PJRА-118А | 4/18 | |
| Газ топливный к П-2, правая сторона | PJRА-119А | 4/19 | |
| Разрежение в П-2 | PJRА-121А | 4/20 | |
| Газ пилотный к П-2 | PJRА-122А | 4/21 | |
| Пар в жидкое топливо П-2 | PJRС-123 | 4/22 | |
| Топливо жидкое к П-2 | PJRС-124 | 4/23 | |
| Топливо жидкое на фильтрах Ф-1, Ф-2 | PDJRА-125 | 4/24 | |
| Газ топливный на фильтрах Ф-3, Ф-4 | PDJRА-126 | 4/25 | |
| Жидкость уплотнительная в бачке Н-1 | PJRА-127 | 4/26 | |
| Жидкость уплотнительная в бачке Н-1А | PJRА-127А | 4/27 | |
| Жидкость уплотнительная в бачке Н-2 | PJRА-128 | 4/28 | |
| Жидкость уплотнительная в бачке Н-2А | PJRА-128А | 4/29 | |
| Жидкость уплотнительная в бачке Н-3 | PJRА-129 | 4/30 | |
| Жидкость уплотнительная в бачке Н-3А | PJRА-129А | 4/31 | |
| Жидкость уплотнительная в бачке Н-4 | PJRА-130 | 4/32 | |
| Жидкость уплотнительная в бачке Н-4А | PJRА-130А | 4/33 | |
| Жидкость уплотнительная в бачке Н-5 | PJRА-131 | 4/34 | |
| Жидкость уплотнительная в бачке Н-5А | PJRА-131А | 4/35 | |
| Газ топливный к П-2 | PJR-132 | 4/36 | |
| Катализат в на блок | FQJRCA-131 | 4/37 | |
| Орошение К-1 | FJRC-132 | 4/38 | |
| Фракция 70-200 0С К-2 | FJRC-133 | 4/39 | |
| Флегма циркулирующая К-1 в П-2, левый поток | FJRА-134А | 4/40 | |
| Флегма циркулирующая К-1 в П-2, правый поток | FJRА-135А | 4/41 | |
| Орошение К-2 | FJRC-136 | 4/42 | |
| Флегма циркулирующая К-2 в П-2, левый поток | FJRА-137А | 4/43 | |
| Флегма циркулирующая К-2 в П-2, правый поток | FJRА-138А | 4/44 | |
| Фракция НК-70 0С с блока | FQJR-139 | 4/45 | |
| Фракция 70-100 0С с блока | FQJR-140 | 4/46 | |
| Фракция 100-200 0С с блока | FQJR-141 | 4/47 | |
| Газ топливный к П-2 | FQJR-142 | 4/48 |
| Топливо жидкое к П-2 | FQJR-143 | 4/49 | |
| Топливо жидкое от П-2 | FQJR-144 | 4/50 | |
| Пар в жидкое топливо П-2 | FQJR-145 | 4/51 | |
| Емкость Е-9 | LJRА-151/2 | 4/52 | |
| Колонна К-1 | LJRА-152/2 | 4/53 | |
| Емкость Е-1 | LJRА-153/2 | 4/54 | |
| Колонна К-2 | LJRА-154/2 | 4/55 | |
| Емкость Е-3 | LJRА-155/2 | 4/56 | |
| Газы дымовые из П-2, содержание кислорода | QJR-160 | 4/57 |
| Газ топливный на установку | PJR-8 | 3/8 | |
| Газ топливный к П-1, П-2 | PJRС-9 | 3/9 | |
| Газ топливный на установку | FQJR - 14 | 3/30 | |
| Емкость Е-13 | LJRСА-13 | 3/48 | |
| Воздух КИП на установку | FQJR-21 | 3/36 | |
| Воздух КИП на установку | РJRА-30 | 3/17 | |
| Пар-16 на установку | РJRCА-42 | 3/19 | |
| Пар-16 на установку | FQJR-23 | 3/38 | |
| Вода оборотная 1-й системы на установку | РJRА-22 | 3/56 | |
| Вода оборотная 1-й системы на установку | FQJR-22 | 3/37 |