Смазочные материалы

       
 
 

       Расчет экстракционной  колонны

Согласно  литературным данным, вследствие малой  растворимости селективных растворителей в рафинате, содержание их в рафинатном растворе обычно составляет 10 – 20 % (масс.).

     Принимаем содержание N-метилпирролидона в рафинатном растворе 15 % (масс.).

Таблица 3 - Материальный баланс экстракционной колонны

    Уравнение теплового баланса экстракционной колонны:   

    Q_прих = Q_расх,

где Q_прих — общее количество приходящего тепла, кДж/ч; Q_расх — общее количество уходящего тепла, кДж/ч.

    Тепловые  потоки компонентов найдем по формуле:

     ,кДж/ч                                                                                                  (1)

где G — количество, кг/ч; - энтальпия жидкой фазы при соответствующей температуре, кДж/кг.

    Энтальпии нефтепродуктов найдем по формуле Крэга:

     , кДж/кг                                                         (2)

    Относительную плотность определим по формуле:

                                                                                                                                                             (3)

    Относительная плотность сырья по (3):

    

    Энтальпия сырья (масляной фракции):

      

    Относительная плотность рафината по (3):

    

    Энтальпия рафината по (2):

      

    Плотность экстракта найдем по правилу аддитивности:

      

где 72,2 — процентное содержание рафината в сырье; 0,9012 и 0,8869 — плотности сырья  и рафината соответственно [4].

Тогда для экстракта 

Относительная плотность экстракта:

Энтальпия экстракта по (2):

 

Энтальпии N-метилпирролидона [5]:

- жидкости  при 100°С: J^Ж₁₀₀ = 190 кДж/кг

- жидкости  при 95°С: J^Ж₉₅ = 180 кДж/кг

- жидкости  при 85°С: J^Ж₈₅ = 165 кДж/кг

Тепловой  баланс экстракционной колонны сведен в таблице 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 4 - Тепловой баланс экстракционной колонны

Из уравнения  теплового баланса находим тепловую нагрузку холодильника Q_х.

     Тепловая  нагрузка холодильника составляет:

     Q_х =23770000 – 22170000= 1590000 кДж/ч

Определяем  энтальпии циркулирующего экстрактного раствора при температурах на входе  и на выходе из холодильника.

Энтальпии раствора определяются как сумма его составляющих:

           , кДж/кг                                                                      (4)

где а = 0,168 b = 0,832 – массовые доли компонентов экстрактного раствора (экстракта и растворителя соответственно).

Температура вывода экстрактного раствора из экстракционной колонны составляет 85°С.

Энтальпия раствора при 85°С по (4):

 

Принимаем температуру ввода охлажденного экстрактного раствора в экстракционную колонну: t = 55°С.

Энтальпия экстракта при 55°С по  (2):

 

Энтальпия N-метилпирролидона при 55°С: J₅₅ = 106,8 кДж/кг

Энтальпия раствора при 55°С по  (4):

Определим количество циркулирующего экстрактного раствора.

                                                          (5)

Количество  циркулирующего экстрактного раствора на загрузку экстракционной колонны составляет: 

                                                                                (6)

Количество  циркулирующего экстрактного раствора не превышает 30% от суммарного количества легкой и тяжелой фаз, следовательно, условие выполняется.

Определим конструктивные размеры экстракционной колонны.

Диаметр экстракционной колонны найдем по формуле:

                                                                                                                      (7)

где F — площадь рассчитываемого сечения аппарата, м².

                                                                                                                         (8)

где V_см - объем смеси, м³/ч; ω - скорость движения потоков, м³/(м²∙ч).

Принимаем скорость движения потоков ω = 20 м³/(м²∙ч).

Объем смеси найдем по формуле:

V_см = V_р.р + V_э.р, м³/ч                                                                                                     (9)

где V_р.р - объем рафинатного раствора, м³/ч; V_э.р - объем экстрактного раствора, м³/ч.

Объемы  растворов при соответствующих  температурах найдем по формулам:

                                                                                                                  

где G_э.р, ρ_э.р - количество и плотность экстрактного раствора при температуре 85°С; G_р.р, ρ_р.р - количество и плотность рафинатного раствора при температуре 95°С.

Плотность веществ, при соответствующих температурах находим по формуле:

                                                          (12)

Результаты  расчетов сведены в таблице 1.7.3.3.

Площадь поперечного сечения составит:

Тогда диаметр экстракционной колонны:

Выбираем  значение диаметра по стандартному ряду:

D_К = 3,0 м.

Рабочая высота экстракционной колонны:

Н_р=h₁+h₂+ h₃+h₄+h₅, м (1.16)

где h₁ - высота верхнего днища до первой тарелки, м;

      h₂ - высота отстойной зоны рафинатного раствора, м;

      h₃ - высота экстракционной зоны, м.

      h₄ - высота отстойной зоны экстрактного раствора, м.

      h₅ - высота опорной части колонны, м.