Для горизонтального отстойника
Если эмульсия подаётся под водяную подушку
. (3.2)
Если эмульсия подаётся выше водяной подушки
; (3.3)
, (3.4)
где
; (3.5)
. (3.6)
Для вертикального отстойника
; (3.7)
. (3.8)
3.1.2. Точный расчет (на примере горизонтального отстойника
с подачей эмульсии под водяную подушку)
Расчет базируется на ряде следующих положений качественно описывающих реальную картину гравитационного осаждения полидисперсной эмульсии типа В/Н в стесненных условиях в двигающейся жидкости.
1. За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника концентрация дисперсной фазы изменяется как вдоль аппарата, так и по его высоте.
По горизонтали она уменьшается от входа к выходу.
По вертикали она возрастает от верхней границы жидкости в аппарате к границе водяной подушки.
2. За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника её вязкость изменяется как вдоль аппарата, так и по его высоте.
По горизонтали она уменьшается от входа к выходу.
По вертикали она возрастает от верхней границы жидкости в аппарате к границе водяной подушки.
3. За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника ее линейная скорость изменяется как вдоль аппарата, так и по его высоте.
|
|
|
По горизонтали она уменьшается от входного значения (Wвых)
(3.9)
до выходного значения (Wвых.):
, (3.10)
где QH – объёмный расход отводимой нефти с оставшейся обводненностью.
По вертикали она уменьшается от верхней границы жидкости в аппарате к границе водяной подушки.
Такой сложный характер поведения реальной эмульсии в аппарате неизбежно требует ряда упрощений.
1. Пренебрежем толщиной входного слоя, который образуется между нефтью и водяной подушкой.
2. Будем вести расчет, используя понятие (dmin).
3. Будем считать время отстоя равным среднему времени движения эмульсии вдоль зоны отстоя. Тогда
, (3.11)
|
|
откуда
. (3.12)
Но из уравнения (3.9) следует, что
, (3.13)
но
, (3.14)
откуда
(3.15)
или с учетом выражения (3.10)
. (3.16)
Подставим выражение (3.16) в (3.13) и получим
. (3.17)
Известно, что из материального баланса работы отстойника, пренебрегая захватом нефти дренажной водой, можно записать, что
|
|
|
. (3.18)
Подставим выражение (3.18) в уравнение (3.17) и выразим из полученного равенства Qэ:
. (3.19)
Подставим в уравнение (3.18) значение wср из уравнения (3.12) и получим выражение
. (3.20)
Дальнейшее преобразования возможны по нескольким направлениям.
Направление
На основании уравнения (1.45) можно записать, что
. (3.21)
Первый слагаемый вектор направлен вертикально вниз, а его модуль после замены ε на φср и dч на dmin согласно выражения (1.48), пригодного для всех режимов осаждения, приобретает вид
. (3.22)
Второй слагаемый вектор направлен горизонтально, а его модуль может быть определён по уравнению
. (3.23)
Подставим уравнение (3.22) и (3.23) в выражение (3.20) и получим итоговое соотношение
. (3.24)
Направление
Вновь используют исходное выражение (3.21), но при нахождении модульных значений слагаемых векторов используют либо выражение (1.49), либо (1.50),либо, наконец, (1.51).
Допустим было выбрано самое общее выражение (1.49), тогда модуль первого слагаемого (после замены ε на <φср) можно найти по выражению
. (3.25)
|
|
|
А модуль второго слагаемого можно выразить следующим образом:
. (3.26)
Величина wос зависимости от режима оседания может быть определена либо по уравнению (1.33), либо (1.36), либо, наконец, (1.37), при этом, разумеется, d4 заменяется на dmin .
Допустим, оседание происходит в ламинарных условиях, тогда подставив выражение (1.33) в формулы (3.25) и (3.26), а затем подставив полученные выражения в формулу (3.20), получим итоговое соотношение для ламинарных условий оседания
. (3.27)
Аналогично для оседания в турбулентных условиях получим
. (3.28)
При переходном режиме
. (3.29)
Направление
Данный подход основан на выражении
. (3.30)
Тогда по аналогии итоговое уравнение для ламинарных условий оседания примет вид
.
(3.31)
Для турбулентных условий оседания
. (3.32)
При переходном режиме
. (3.33)
Расчет вертикального отстойника принципиально не отличается от горизонтального за тем лишь исключением, что в итоговых формулах (3.24), (3.27), (3.28), (3.29), (3.31), (3.32) и (3.33) вместо L используется выражение (H-h1-h2), а вместо (Dв-h1-h2) используется Dв.
Если водонефтяная эмульсия подается выше водяной подушки, то вместо выражения (Dв-h1-h2) используется выражение (Dв-h2-h3), а вместо выражения (H-h1-h2) используется выражение (H-h2-h3) для соответствующих типов отстойников.
|
|
|
4. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ
ОТСТОЙНИКОВ
4.1. Определение диаметра
(на примере вертикального отстойника)
Диаметр отстойника определяют исходя из объёма поступающего в него продукта. Если в отстойнике одновременно отделяется газ, то величину сечения рассчитывают и по газовому и по жидкостному потоку, а затем по большему значению, определяют внутренний диаметр, который в данном случае является минимально необходимым.
Минимально необходимую площадь сечения по газовому потоку рассчитывают следующим образом.
1. Определяют предельно допустимую скорость газового потока (Ur) по формуле Обрядчикова-Хохрякова:
. (4.1)
1. Определяют объёмный расход газа (Qг):
, (4.2)
где Т – температура в отстойнике, К;
Р – давление в системе, МПа;
Gi – массовый расход i-того компонента, кг/ч;
|
|
Mi – молекулярная масса i-того компонента.
| Н (выход) |
| В |
| Э |
| DВ |
| h2 |
| НВ |
| НОТ |
| НН |
| h3 |
| h4 |
| h1 |
| h1/ |
| Н (на орошение) |
| h6 |
| h5 |
| h7 |
| h8 |
| h9 |
| A |
| A |
| A - A |
| A |
| E |
| O |
| C |
| MM |
| N |
| R |
| α |
Рис. 4.1. Схема вертикального отстойника с газовой подушкой
| Н (выход) |
| Н (на орошение) |
| В |
| Э |
| DВ |
| h2 |
| НВ |
| НОТ |
| НН |
| h3 |
| h4 |
| h7 |
Рис.4.2. Схема вертикального отстойника без отделения газа
2. Определяют площадь сечения
. (4.3)
Минимально необходимую площадь сечения по жидкостному потоку рассчитывают следующим образом:
, (4.4)
где Qэ – объёмный расход эмульсия;
uэ – предельно допустимая скорость жидкостного потока.
При этом
. (4.5)
Обычно uэ не превышает 0,002-0,005 м/с (из опытных данных). Искомый диаметр аппарата определяют по формуле
. (4.6)
Если аппарат имеет отбойную перегородку, то расчет необходимо вести по наиболее узкому месту, т.е. по площади сегмента NMC.
В этом случае формула (4.3) дает нам величину не Sr, a Sc, т.е. необходимую площадь сегмента, пересчитать которую на внутренний диаметр можно по формуле
. (4.7)
4.2. Определение высоты отстойника
Высоту отстойника с газовой подушкой рассчитывают следующим образом.
1. Вначале находят высоту зоны отстоя (Нот), задаваясь длительностью отстоя (τ) – из опытных данных τ обычно принимают исходя из диапазона 20-60 мин:
. (4.8)
Высота h1 обычно принимается равной примерно 0,7Нот, а величину h'l находят из уравнения
h'1=Hот-h1. (4.9)
2. Высоту уровня водяной подушки (Нв) можно принять равной 0,5-0,6 м, если имеется автоматический регулятор её уровня; при его отсутствии Hв ≥1м.
3. Высоту расположения штуцера вывода воды (h2) можно принять равной 0,3-0,4 м.
4. Высоту слоя чистой нефти (Нн) необходимо принимать такой, чтобы предотвратить попадание в неё капель воды:
, (4.10)
где Gк – массовый расход конденсата;
ρк – плотность конденсата.
Обычно этот расчет не проводят, а просто принимают Нн ≥ 0,5 м.
5. Высоту h3 определяют исходя из 10 минутного количества орошения.
6. Высоту h4 обычно принимают равной 0,4-0, 5 м. При выводе нефти самотеком h4 = 0.
7. Высоту h5 обычно принимают равной 0,4 м; а высоту h6 равной 0,6 м (для предотвращения переброса жидкости через сливную перегородку).
8. Высоту свободного пространства под отбойником h7 находят по уравнению
. (4.11)
Обычно этого расчета не проводят, а просто принимают h7≥0,5 м.
9. Высота h8 зависит от конструкции аппарата. Если ставят отбойные тарелки, то h8 зависит от их числа (n) и расстояния между ними (а), т.е.
h8=n·(a-1). (4.12)
Если тарелок нет, то обычно принимают h8 = 0,6 м.
10. Высоту свободного пространства над отбойником h9 обычно принимают равной 0,5 м.
Общая высота цилиндрической части отстойника (Н):
Н = Нот + Нв + Нн + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 + h7 + h8 + h9. (4.13)
Если газовая подушка отсутствует, то обычно принимают
Нн = 0,8 м.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Химическая энциклопедия. Т.3. М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. 1245 с.
2. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. М.: Недра, 1979. 319 с.
3. Лутошкин Г.С., Дунюшкин И.И.. Сборник задач по сбору и подготовке нефти, газа и воды на промыслах. М.: Недра, 1985. 135 с.
4. Адельсон С.В., Белов П.С. Примеры и задачи по технологии нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1978. 191 с.
5. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К.. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1982. 583 с.
6. Хуревич И.Л.. Общие свойства и первичные методы переработки нефти и газа. М.: Химия, 1972. 359 с.
7. Сарданашвили А.Г., Львова А.И.. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М.: Химия, 1980. 254 с.
8. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1981. 560 с.
9. Кузнецов А.А., Судаков Е.Н. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов. М.: Химия, 1983. 223 с.
Оглавление
1. Общие сведения [1, 2] 3
1.1. Классификация и основные свойства отстаивающихся систем. 3
1.1.1. Суспензии (взвеси) 3
1.1.2. Эмульсии. 6
1.1.3. Пены.. 13
1.1.4. Пыли и туманы.. 14
1.2. Теоретические основы гравитационного разделения фаз [5,8] 16
1.2.1. Осаждение одиночной сферической твердой частицы
в неподвижной жидкости. 16
1.2.2. Осаждение несферической одиночной твёрдой частицы
в неподвижной жидкости. 20
1.2.3. Осаждение одиночной твёрдой частицы в двигающейся жидкости. 21
1.2.4. Осаждение сообщества одинаковых сферических твёрдых частиц
в неподвижной жидкости. 21
1.2.5. Осаждение полидисперсных твердых частиц
в неподвижной жидкости. 24
2. Конструкции отстойных аппаратов [3, 4, 6] 30
2.1. Двухфазные отстойники. 30
2.1.1. Гравитационные аппараты.. 30
2.1.2. Центробежные аппараты.. 41
2.1.3. Коагуляция, флокуляция и осветление во взвешенном слое осадка. 48
2.2. Трёхфазные отстойники. 54
2.2.1. Аппараты для разделения системы газ – нефть – вода. 54
2.2.2. Аппараты для разделения системы
нефть – вода – механические примеси. 67
3. Технологический расчет отстойной аппаратуры [7, 9] 72
3.1. Расчет пропускной способности. 72
3.1.1. Прикидочный (приближенный расчет) 72
3.1.2. Точный расчет (на примере горизонтального отстойника
с подачей эмульсии под водяную подушку) 74
4. Расчет геометрических размеров отстойников. 80
4.1. Определение диаметра (на примере вертикального отстойника. 80
4.2. Определение высоты отстойника. 83
Библиографический список. 85
Учебное издание
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 227; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!