Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о

• Название: процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
• Анкор: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Дата: 05.05.2018
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Тип: Документы; #18896
• страница: 36 из 60

У — ^х


0 — if

/п _ ,ж

ч ч


(XIII,49)

(XIII,50)

Следовательно, отрезок WC (или wc) пропорционален массе отгона D. Соответственно отрезок CD (или cd) пропорционален массе жидкого остатка. Длина коноды WD (или wd) пропорциональна массе сырья F.

При дальнейшем повышении температуры до t₂ система полностью перейдет в парообразное состояние. Состав образовавшегося пара у₂ соответствует точке D₂ (или d₂), при этом у₂ = x_F. Состав и энтальпия последней порции жидкости определяются точками W₂ и w₂. Повышение температуры системы до t₃ (точка Fj) приводит к однофазной системе перегретого пара состава x_F. При понижении температуры от t_a до t_F будет происходить охлаждение паров и, начиная с точки D₂ (или d₂), их конденсация. Степень конденсации

(XIII,51)

Многократное испарение (конденсация) бинарной смеси. Процессы многократного испарения (конденсации) включают несколько повторяющихся один за другим процессов ОИ (ОК) (см. рис. XIII-9). Получающиеся после каждой ступени пары (жидкость) выводятся из системы.

Процесс многократного испарения (конденсации) бинарной смеси можно наглядно проанализировать на изобарных feMnepa- турных кривых или при их совмещении с энтальпийной диаграммой, если определяют тепловые потоки.

На рис. X111-11 рассмотрен процесс многократного испарения бинарной смеси. Пусть многократному испарению подвергается смесь состава x_F, находящаяся при температуре t_F (точка F). В первой ступени ОИ исходную смесь нагревают до температуры t₁ и осуществляют разделение образовавшейся парожидкост- пой смеси (точка Cj). При этом доля отгона в первой ступени составит

„ ^XF ^xi WjCy

а относительное количество жидкого остатка

'г
i/_l — x_F C₁D₁

^?1== У!-*1 " ад

р C_ID₁

'ад


"Д = Fr_x

750. 
     р Hi

F

УI — ^xi

Соответственно масса остатка после первой ступени ОИ будет равна

Жидкий остаток первой ступени W_x подвергают процессу ОИ в о второй ступени при t₂ (точка С₂). Образовавшиеся при этом паровая D₂ и жидкая W₂ фазы будут иметь составы у₂ и х₂. Доля отгона во второй ступени ОИ будет равна

Соответственно доля неиспарившейся жидкости

_ I У г — ^xi С ₂Р₂

^{2 2} \h- 4VX.

Масса остатка второй ступени ОН составит

\¥'

¹ r₂D₂

«7„ = W,r₂ = U7, ^

^{1 1} Уг-х-2

Заменяя соответствующим выражением для первой ступени ОИ, получим

Ц7₂ =Д_Г1г₂ =F(I-_Cl)(l—€„) (XIII,52)

Поскольку л_; = 1 —e_i < 1, увеличение числа ступеней ОН приводит к прогрессивному уменьшению массы остатка в каждой последующей ступени.

Рис. X1II-11. Многократное испарение бинарной смеси.

Рис. XI1I-12. Многократная конденсация бинарной смеси.

Из рис. XIII-11 видно, что осуществление процесса ОИ исходной смеси при более высокой температуре t_0и > позволяет получить долю отгона е = 1 (сырье полностью испарено), хотя / ои < 4- Тогда как нагрев исходной смеси до температуры t₂ приводит не только к ее полному испарению (е = 1), но и к перегреву образовавшихся паров (точка FJ. Поэтому для получения одинаковой доли отгона при ОИ необходима более низкая температура, чем в случае многократного испарения. При этом жидкий

остаток одинаковой массы будет содержать в случае ОИ больше НКК, чем при многократном испарении.

Процесс многократного испарения может быть проведен вплоть до температуры кипения ВКК t_w. Однако выход достаточно чистого ВК.К будет весьма мал.

Аналогично можно рассмотреть процесс многократной конденсации (рис. ХШ-12). При охлаждении паров от температуры

t_F (точка F) до t_l часть паров конденсируется. Масса остатка


парового


А


г Ур^Х1

У1 — Ч


= F


WiC i

U/iDi


A =G_l


Hi ^хг _ w₂c₂ у₂-х₃ - ¹ г-А


w₂d₂

Во второй ступени паровой остаток G₃ охлаждается от температуры до t₂. При этом остаток паров С₂ будет равен

Сопоставляя между собой многократную и однократную конденсации, можно заключить, что при одинаковой конечной температуре охлаждения масса образовавшегося конденсата больше при однократном процессе, чем при многократном (точки F_x и W₂).

Процесс постепенной конденсации может проводиться вплоть до температуры кипения НКК t_a, однако выход достаточно чистого НК.К будет мал.

Однократное испарение многокомпонентных смесей. В нефте- и газопереработке приходится разделять сложные и многокомпонентные смеси. При разделении таких смесей однократным испарением (ОИ) любой компонент будет распределяться в определенном соотношении между паровой и жидкой фазами. Материальный баланс процесса ОИ для любого компонента запишется аналогично уравнению (XIII,42)

(XIII, 53)

*i.r=^e'y\ + (¹ -О*;

Образовавшаяся паровая фаза состава y'i находится в равновесии с жидким остатком состава х\, т. е. к ним применимо уравнение (XIII,19). Тогда уравнение (XIII, 53) можно записать в следующем виде:

^x't.F =^еХл + (1 - «'К

откуда

(XIII,54)

1+е' (А- 1)

Просуммировав
концентрации по всем компонентам, получим

(XIII,55)

1+е' (Ki -1)

Из уравнения (XIII,55) методом последовательных приближений можно определить долю отгона е' при заданных температуре и давлении. При полном испарении смеси е' = 1 и

V! ^хс.р , (XIII,56)

Zj Kt -

i

Уравнение (XIII,56) позволяет определить температуру начала конденсации паров при заданном давлении я и называется уравнением изотермы паровой фазы.

Если в уравнении (XIII,53) выразить х'с через у\ согласно уравнению равновесия, то

^x‘i.F =^e'y'i + (l-^e')y't/^!

или


(XIII,57)

' %l^Xi,F

Сложив составы всех компонентов паровой фазы,


1+е' №-1)


= 1


получим (XIII,58)

752. 
     2;-2
     

^Ul l+e'(Ki-\)

Полученное уравнение также можно использовать для определения доли отгона смеси е'. Оно дает большую точность, чем уравнение (XIII,55), при малых долях отгона. Из уравнения (XIII,58) можно найти температуру кипения смеси при е' = О

%^Kl^x'i,F = 1 (XIII,59)

Это уравнение называется уравнением изотермы жидкой фазы.

Кривые однократного испарения нефтепродуктов. Уравнения (XIII,55) и (XI 11,58) позволяют построить кривую ОИ сложной смеси (нефти и ее фракций). Для этого надо задать ряд температур и найти соответствующие им доли отгона. По этим данным можно построить кривую ОИ сложной смеси.

Кривую ОИ нефти и нефтяных фракций можно также построить, используя приближенные методы, в которых кривую ОИ считают прямой линией. Для построения такой прямой ОИ необходимо располагать кривой разгонки нефтепродукта. Определяют средний наклон кривой разгонки (в°С/% отгона)

продукты рассматривают состоящими из некоторого числа (обычно 10 и более) узких по температурам кипения фракций, отождествляемых с индивидуальными компонентами. В координатах х'—у' каждому такому компоненту (фракции) отвечает своя кривая равновесия. Графическая интерпретация равновесия сложных смесей в значительной степени теряет ту наглядность, которая характерна для бинарных смесей. В этой связи равновесные составы для нефти и ее фракций рассчитывают по уравнениям (ХГП,54) и (XIII,57), определяя константу равновесия согласно уравнению (XIII,20).

Перегонка в присутствии водяного пара. В нефтепереработке для понижения температуры процесса в систему вводят водяной пар, обычно перегретый водяной пар, чтобы исключить конденсацию его при перегонке. Для простоты рассмотрим систему, состоящую из двух углеводородов и водяного пара.

Согласно правилу фаз Гиббса, такая система обладает L = = 3 + 2 — 2 = 3 степенями свободы. Следовательно, для определения равновесного состояния системы надо задать температуру, давление и концентрацию одного компонента или темпера- туру (давление) и концентрации двух компонентов. В соответствии ■с законом Дальтона общее давление системы равно

Л ^Р₂-\-Ра+Pw --=Pz\-Paw (XIII,60)

где Paw — парциальное давление смеси углеводородов.

Отсюда получим, что

Длш=я— р₂ (XIII,61)

т. е. смесь углеводородов можно считать находящейся под давлением, меньшем, чем давление системы, на величину парциального давления водяного пара. Для двух взаимно растворимых компонентов (углеводородов)

753. 
     Paw = Ра + Pw =PaX^,Jr Pw{ 1 — *') Paw ““ Pw (л Рг) Pw
     

(XIII,62)

отсюда

Pa — P w Pa Pw

Согласно закону Рауля—Дальтона

Р_ах' =Pawy' =(n—p_z) lj'

РдХ' РдХ'

Paw ⁷¹ —Pz
X' =-

(XIII,63)

Откуда

(XIII,63а)

Полученные уравнения аналогичны ранее выведенным уравнениям для случая отсутствия водяного пара, если заменить давление системы л парциальным давлением углеводородов р_аш. Такой же результат можно получить, снижая давление в системе на величину р_г,

Уравнение кривой равновесия фаз аналогично уравнению для системы без водяного пара. Расход водяного пара можно определить из следующих соображений.

Согласно закону Дальтона, парциальные давления водяного пара и углеводородов равны

_Рг =ni,; =-п(1 -(4_а) ^n-p_aw и

Paw ^ntJaw

тогда

Pz Рг 71 Paw Gz! M_z

Paw У aw Paw Gaw/Maw

Следовательно, расход водяного пара G_z равен

(XIII,64)


(XIII,65)

Р р M_z Pz p M_z К paw

^иг ^Uuw j-j — — ^uaw n r

‘"aw Paw Maw Paw

Удельный расход водяного пара

Cz М _z Рг М_г 71 Paw

Oaw Maw Paw Maw Paw

Из последнего уравнения следует, что удельный расход отпаривающего агента тем меньше, чем меньше его молекулярная масса М_г.

В тех случаях, когда ввод водяного пара в систему исключен по соображениям химической активности компонентов смеси, применяют азот, диоксид углерода и т. п.