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: 41 из 60

Часть флегмы с верхней тарелки охлаждается в холодильнике и при температуре t_tl возвращается на верхнюю тарелку. Здесь холодная жидкость контактирует с парами Gy_K_₁₍ поднимающимися с нижележащей тарелки. При этом часть паров охлаждается и конденсируется, образуя поток флегмы g_NK, а пары ректификата D покидают колонну. Таким образом, верхняя тарелка колонны работает, как парциальный конденсатор, а пары ректификата находятся в равновесии с циркулирующей жидкостью, т. е.

h

+ D


I А

¹ N-


иЧ,


Ж


у I,

’К ¹о


•> if

'"■‘п


DtT

Составим уравнение теплового баланса для потоков, охватываемых контуром /

пли

п
/;_л) (XIV,63)

Справа имеем тепло, отводимое при парциальной конденсации, которое в данном случае отводится в холодильнике циркуляционного орошения

(XIV,64)

Следовательно

g«= <^X,V'^6S>

*D ‘С

Из уравнения (XIV, 65) видно, что масса циркуляционного неиспаряющегося орошения тем меньше, чем ниже его температура t_a.

Выбор той или иной схемы орошения определяется особенностями эксплуатации, свойствами перерабатываемой смеси и экономическими соображениями.

И. СПОСОБЫ ПОДВОДА ТЕПЛА В НИЖНЮЮ ЧАСТЬ КОЛОННЫ

Чтобы создать поток паров, в нижнюю часть колонны необходимо подводить тепло. При этом часть флегмы испаряется и создается необходимый для ректификации поток паров. В промышленности наиболее часто реализуются следующие способы подвода тепла', в подогревателе с паровым пространством (парциальном кипятильнике), в теплообменпом аппарате с последующим ОН

Рис. XIV-И. Схемы основных способов создания парового потока в колонне:

а подвод тепл а в подогреватель с паровым пространством (парциальный кипятильник);

6 — подвод тепла с горячей струей.

нагретого потока в низу колонны (горячая струя). Схемы основных способов подвода тепла в колонну даны на рис. XIV-11.

Вследствие недостаточного объема нижней части ректификационных колонн тепло обычно подводят в специальные выносные аппараты: подогреватели с паровым пространством той или иной конструкции, теплообменники, трубчатые печи.

Подвод тепла в подогреватель с паровым пространством

(рис. XIV-11, а). В этом случае жидкость, поступающая в подогреватель, нагревается до температуры кипения остатка t_w. Образовавшиеся пары (7_П находятся в равновесии с отходящим остатком W. Таким образом, данный способ подвода тепла эквивалентен по разделительному действию одной теоретической тарелке (парциальный кипятильник).

Тепловой баланс для нижней части колонны запишется следующим образом:

Qb- I- (Оо-И^'Г,- =0^+»%

или

Qb - °о [iⁿt_v - - ‘Г,.) (ХГV,6G)

Следовательно, сообщаемое в подогреватель теило расходуется на образование потока паров G₀ и на нагрев их и кубового остатка от температуры до t_w. Поскольку обычно t\> «=* t_w

(XIV,G7)

(Gfir ^117) ‘ ^исп

Подвод тепла горячей струей (рис. XlV-11,6). Этот способ подвода тепла применяют в тех случаях, когда нагрев остатка обычными теплоносителями не представляется возможным или целесообразным.

Нагретая до температуры t_a циркулирующая жидкость (горячая струя) поступает в колонну. При поступлении в колонну циркулирующий поток подвергается процессу ОИ, разделяясь на паровой и жидкостной потоки. Флегма с нижней тарелки gv и жидкость циркулирующего потока смешиваются и стекают в нижнюю часть колонны. Отсюда часть потока выводится в качестве остатка W, а другая часть g_u направляется в подогреватель. Под нижнюю тарелку поступает nap G₀, находящийся в равновесии с остатком W. Тепловой баланс для нижней части колонны будет иметь вид

Qb + (Go + ИП<7,. ^G°^+ ^Wi?-_№

откуда

Q* = GoO,V-‘'“ )+ ^WK

^(X1V'⁶⁸⁾

Процесс ОИ циркулирующего потока рассчитывают при температуре £_ц п давлении в нижней части колонны я„.

Поскольку t_w -X

	(XIV,60)
£ц (*7Ц £/ц^) ^о^исп	(XIV,70)
в - Qfl	(XIV,71)

1, — 1

Кроме того

•ц

где £* — энтальпия парожидкостного потока после испарителя.

Из уравнения (XIV.71) следует, что масса- горячей струи уменьшается с повышением ее температуры.

12. 
    РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА КОЛОННЫ
    

3230. 
      При ректификации бинарных смесей обычно для расчета температур в различных сечениях колонны могут быть использованы изобарные температурные кривые, в том числе и для случая работы колонны с вводом водяного пара. Однако следует помнить, что в колоннах, работающих под атмосферным и более низким давлением, давления в нижней я„ и верхней я_в частях колонны могут различаться в несколько раз, что обусловлено сопротивлением контактных устройств Ар_к.
      
3231. 
      я„ =■-я_в +Др_к.у (XIV,72)
      
3232. 
      Это обстоятельство необходимо учитывать, так как повышение давления приводит к росту температур в соответствующих сечениях колонны. В случае многокомпонентных и сложных смесей тина нефти и нефтепродуктов температуры определяют методом последовательных приближений при давлении в соответствующем сечении колонны.
      
3233. 
      
      прп температуре начала конденсации
      
      
      = 1
      
      
      Щ, D
      
      Pi '
      
      
      S
      
      
      щ. д
      
      Ki
      
      
      (XIV,73)
      
      
      (О
      
      На рис. XIV-12 дана^схема колонны с указанием давлений и температур в основных ее сечениях. Обычно определяют температуры верха низа t_H и ввода сырья в колонну t_F. Для определения температуры верха колонны используют уравнение изо-
      
3234. 
      В первом приближении Ki = /уя_н. Имея зависимости Ki или P_L от температуры, определяют температуру (_в методом последовательных приближений.
      
3235. 
      Температуру остатка и боковых погонов определяют, считая, что продукт находится при температуре кипения. С этой целью используют уравнение изотермы жидкой фазы:
      
3236. 
      w = ^{1 или} Yi^pi^x'i, w= ^п„ (XIV,74)
      
3237. 
      (О (О
      
3238. 
      В первом приближении Ki /Ул„.
      
3239. 
      Из уравнения (XIV,74) температуру низа колонны t_u определяют методом последовательных приближений.
      
3240. 
      Температура ввода сырья в колонну t_F, согласно уравнению (XIII, 58), определяется долей отгона сырья е'. Степень отгона сырья влияет на величину флегмового числа и поток флегмы в колонне: с увеличением доли отгона флегмовое число возрастает. Это связано с повышением расхода хладоагента, однако при этом можно несколько снизить теплоподвод в кипятильнике. Поэтому в каждом конкретном случае определяют оптимальную долю отгона сырья.
      
3241. 
      В большинстве случаев целесообразно вводить сырье при температуре кипения (е' -- 0) или при небольшой доле отгона е' = 0,05—0,15.
      
3242. 
      Когда остаток представляет собой высококипящую смесь, склонную к разложению при высоких температурах (нефть отбензиненная, мазут, гудрон), стараются работать с возможно большей долей отгона сырья, определяемой допустимой температурой его нагрева или потенциальным содержанием низкокипящих компонентов, отбираемых в виде дистиллятных потоков.
      
3243. 
      Иногда (установки каталитического крекинга, коксования и т. п.) в колонну вводят сырье в виде перегретого пара. В этом случае для обеспечения процесса ректификации перегретые пары доводят до насыщенного состояния, предусматривая циркуляцию нижнего продукта через холодильник (регенеративный теплообменник). Контактирующие с более холодной циркулирующей жидкостью перегретые пары отдают ей избыточное тепло и достигают состояния насыщения. Воспринятое циркулирующей жидкостью тепло перегрева паров Q_n отдается в регенеративном теплообменнике соответствующему технологическому потоку (рис. XIV-13). ¹⁰ пан, фреоны и т. п.). Повышение давления приводит к увеличению температур в колонне, что позволяет осуществлять конденсацию паров с использованием обычных теплоносителей. При ректификации углеводородных газов применяют давление до 4 МПа.
      
3244. 
      В случае разделения высококипящих продуктов (мазут, масляные фракции и др.) приходится понижать давление против атмосферного. Это позволяет разделять углеводороды, имеющие температуры кипения при атмосферном давлении свыше 500° С, при температурах ниже 400° С без заметного их разложения. Обычно при разделении высококипящих смесей углеводородов применяют остаточное давление --6,7 кПа и менее.
      
3245. 
      Следует иметь в виду, что при повышении давления в колонне, как правило, уменьшаются относительные летучести компонентов, что приводит к необходимости увеличивать число тарелок в колонне или расход орошения.
      
3246. 
      В общем случае при выборе давления в колонне необходимо учитывать как эксплуатационные, так и экономические показатели процесса ректификации. Однако, если нет специальных требований к процессу, следует предпочесть работу ректификационной колонны под атмосферным давлением.
      

14. 
    ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СЛОЖНЫХ КОЛОНН
    

3247. 
      В простой колонне исходная смесь разделяется на два продукта: ректификат и остаток. Однако при разделении многоком-
      
3248. 
      
      773. 
           
           
      774. 
           Рис. XIV-H. Два основных варианта схем соединения простых колонн при ректификации четырехкомпонентной смеси:
           
      775. 
           а — последовательное соединение; б — последовательно-параллельное соединение.
           
      
      
      
3249. 
      понентпых смесей этого обычно недостаточно, так как требуется определенная четкость разделения всех компонентов. Это вызывает необходимость установки нескольких простых колонн.
      
3250. 
      Поскольку в каждой простой колонне смесь разделяется на два продукта, для разделения смеси, состоящей из п компонентов, требуется п — 1 простых колонн. При этом колонны могут бытьсоединены различным образом, что и определяет последовательность выделения компонентов из смеси. С увеличением J числа компонентов число возможных вариантов соединения колонн быстро возрастает.
      
3251. 
      На рис. XIV-14 приведены два основных варианта схем соединения простых колонн при разделении четырехкомпонентной
      
3252. 
      Рис. XIV-15. Схема сложной колонны дл» разделения четырехкомпонентной смесн.
      
3253. 
      
      776. 
           Рис. XIV-16. Схема съема тепла промежуточным циркуляционным орошением.
           
      777. 
           
           
      
      
      
3254. 
      смеси: последовательный и последовательно-параллельный. Комбинированием приведенных двух основных вариантов можно получать различные схемы.
      
3255. 
      Из рис. XIV-14 видно, что переход от последовательного к последовательно-параллельному соединению колонн позволяет выделить в виде ректификата не только первый, но и третий компонент, что может иметь важное практическое значение. Выбор конкретного варианта определяется технологическими условиями переработки продуктов н экономическими соображениями.
      
3256. 
      Если смесь разделяют на меньшее число продуктов, чем содержится компонентов в смеси, выделяя некоторые компоненты в виде фракций, то число колонн будет меньше. Это характерно для установок АВТ, вторичной перегонки бензинов, ректификации продуктов каталитического крекинга и др.
      
3257. 
      В практике нефтепереработки нашли применение сложные колонны, реализующие один из вариантов их последовательного соединения (рис. XIV-15). Такая колонна представляет собой колонну /, на которую установлены концентрационные части последующих колонн II и III. Отгонные части колонн II и III выполнены в виде отдельных аппаратов, называемых отнарными или стриппинг-секциями, которые объединены потоками жидкости и пара с основной колонной.
      
3258. 
      Орошение подается на верх основной колонны для обеспечения необходимого флегмового числа во всех нижерасположенных секциях. Флегма с нижней тарелки каждой секции делится на две части: одна часть стекает в отпарную секцию, где от этой жидкости отделяются НК.К в результате подвода тепла или водяного пара в нижнюю часть отпарной секции; оставшаяся часть жидкости служит орошением для нижерасположенных секций сложной колонны.
      
3259. 
      Готовый продукт выводится из нижней части отпарной секции, а пары возвращаются в основную колонну. Вследствие отвода боковых погонов в отпарные секции в сложной колонне масса паров ректификата увеличивается сверху вниз, а масса орошения достигает максимума наверху.
      
3260. 
      Чтобы создать более равномерное распределение потоков паров и флегмы по высоте сложной колонны, часть тепла для образования орошения снимают промежуточным циркуляционным орошением (рис. XIV-16). Для этого с тарелки, расположенной ниже сечения отбора бокового погона, отбирают часть флегмы и прокачивают ее через теплообменник. В теплообменнике циркулирующая флегма охлаждается, отдавая часть тепла, например нефти. Охлажденная флегма подается вновь в колонну, где при контакте с парами, имеющими более высокую температуру, она вновь нагревается. Часть паров при этом конденсируется, образуя поток флегмы для расположенной ниже секции сложной колонны. Массу промежуточного циркуляционного орошения рассчитывают по уравнению (XIV, 65). Обычно для создания циркуляционного орошения используются 2—4 тарелки.
      
3261. 
      Для определения внутренних потоков паров и жидкости в различных сечениях сложной колонны составляют материальные и тепловые балансы, аналогичные ранее рассмотренным. Каждую секцию сложной колонны рассчитывают как соответствующую часть простой колонны.
      
3262. 
      Применение сложных колонн оправдано в тех случаях, когда требуется относительно невысокая четкость разделения (выделение широких фракций).
      
3263. 
      15. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ КОЛОНН
      
3264. 
      Для проведения процесса ректификации применяют аппараты различных конструкций в основном колонного типа. По типу контактных устройств различают насадочные, тарельчатые и пленочные аппараты. Область применения тех или иных аппаратов определяется свойствами разделяемых смесей, производительностью и т. д.
      
3265. 
      На рис. XIV-17 приведены схемы аппаратов основных типов.
      
3266. 
      В нефте- и газопереработке применяют главным образом тарельчатые колонные аппараты. По способу организации относительного движения контактирующих потоков жидкости и параразличают контактные устройства с противоточным, прямоточным и перекрестноточным движением фаз (рис. XIV-18). Независимо от схемы движения потоков в пределах отдельного контактного устройства (контактной ступени) в целом по аппарату, как правило, осуществляется противоток пара и жидкости.
      
3267. 
      Рис. XIV-18. Основные схемы движения потоков пара и жид- кости в контактной зоне*.
      
3268. 
      а — противоток; б — прямоток; п — перекрестный ток.
      
3269. 
      
      /;
      
      
      хА
      
      5
      
3270. 
      
      /'VSA'W^'
      
      
      /
      
      О
      
      
      о