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 Q_H – 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 (d_min).

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 Q_э:

. (3.19)

Подставим в уравнение (3.18) значение w_ср 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 φ_ср и d_ч на d_min 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 <φ_ср) можно найти по выражению

. (3.25)

А модуль второго слагаемого можно выразить следующим образом:

. (3.26)

Величина w_ос 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 d_min .

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 (D_в-h₁-h₂) используется D_в.

Если водонефтяная эмульсия подается выше водяной подушки, то вместо выражения (D_в-h₁-h₂) используется выражение (D_в-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 (Q_г):

_, (4.2)

где Т – температура в отстойнике, К;

Р – давление в системе, МПа;

G_i – массовый расход i-того компонента, кг/ч;

M_i – 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 Q_э – объёмный расход эмульсия;

u_э – предельно допустимая скорость жидкостного потока.

При этом

. (4.5)

Обычно u_э 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 S_r, a S_c, 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 (Н_от), задаваясь длительностью от­стоя (τ) – из опытных данных τ обычно принимают исходя из диапазона 20-60 мин:

r w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> . (4.8)

Высота h₁ обычно принимается равной примерно 0,7Н_от, а величину h'_l находят из уравнения

h'₁=H_от-h₁. (4.9)

2. Высоту уровня водяной подушки (Н_в) можно принять равной 0,5-0,6 м, если имеется автоматический регулятор её уровня; при его отсутствии H_в ≥1м.

3. Высоту расположения штуцера вывода воды (h₂) можно принять равной 0,3-0,4 м.

4. Высоту слоя чистой нефти (Н_н) необходимо принимать такой, чтобы предотвратить попадание в неё капель воды:

, (4.10)

где G_к – массовый расход конденсата;

ρ_к – плотность конденсата.

Обычно этот расчет не проводят, а просто принимают Н_н ≥ 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 = Н_от + Н_в + Н_н + h₂ + h₃ + h₄ + h₅ + h₆ + h₇ + h₈ + h₉. (4.13)

Если газовая подушка отсутствует, то обычно принимают

Н_н = 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.