Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 [ 105 ] 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

3.= Y.

Рис. K-IO. Расчет числа ступеней противоточной экстракции на диаграмме X-Y: АВ - рабочая линия; ОС - равновесная кривая

же С уменьшением содержания извлекаемого компонента y, в выходящем из аппарата потоке рафината. Кроме того, чтобы уменьшить расход растворителя, в исходном потоке , следует обеспечить по возможности более низкое содержание извлекаемого компонента Хд,4., (в идеальном случае Х;+, 0).

Рассмотрим материальный баланс по извлекаемому компоненту для части аппарата, расположенной выше тарелки с номером /:

Pj у, + hfyXffi = Рд,Уд, + L,.,x,,,

Отсюда получаем уравнение рабочей линии для противоточной экстракции:

Yj =-Х,,.+

(IX. 12)

В координатах X -y уравнение (DC.12) характеризует прямую, проходящую через точки А (Х„ и В (Х;+„ yJ. При y, = Уо и Х,+, = X, из уравнения (DC. 12) получим уравнение (DC.И). Наклон рабочей линии определяется удельным расходом растворителя L,, / Pg .

На диаграмму X -y необходимо нанести также равновесную кривую ОС, отвечающую определенной температуре экстракции (рис. IX-19).

Расчет ступеней экстракции может бьпъ начат, например, от точки Л положение которой определяется концентрациями встречных неравновесных потоков в нижнем сечении аппарата. Уходящие с первой тарелкн потоки рафината Р, и растворителя L, находятся в равновесии, и концентрации в них извлекаемого компонента определяются точкой 1, находящейся на равновесной кривой. Между первой и второй тарелками движутся встречные потоки Р, и Lj, концентрации извлекаемого компонента в которых отвечают точке 2 на рабочей линии. Абсцисса точки 2 дает состав растворителя Х, стекающего со второй тарелки. Со второй тарелки уходит поток рафината, находящегося в равновесии с потоком растворителя, покидающего ту же тарелку (точка 3 на кривой OQ. Продолжив аналогичные построения, получим концентрации х,, и которые отвечают точке В на рабочей линии. В результате для изменения состава рафината в заданных пределах потребовалось три теоретические ступени контакта.

Увеличение удельного расхода растворителя L„.,/Pj обусловливает поворот рабочей линии вокруг точки В и ее удаление от равновесной кривой. В итоге это приводит к уменьшению числа контактных ступеней, необходимых для заданного разделения.

ЭКСТРАКТОРЫ

Для эффективного осуществления процесса экстракции должно быть обеспечено интенсивное взаимодействие контактирующих фаз. Эффект их взаимодействия зависит от гидродинамических факторов, конструкции аппарата, способа контактирования фаз.

В промышленности применяется большое число различных конструкций экстракционных аппаратов; их можно подразделить на две основные группы: по способу смешения фаз и способу разделения фаз.

1. Ло способу смешения фаз экстракторы делятся на подгруппы:

1) аппараты ступенчатого типа, имеющие определенное число ступеней (типа смеситель-отстойник), в каждой из которых происходит контактирование и последующее разделение фаз. В целом в системе осуществляется противоточное движение фаз за счет соответствующего соединения ступеней по потокам рафинатных и экстрактных растворов (см. рис. IX-13);

2) аппараты колонного типа с непрерывно изменяющимся составом фаз. Колонные аппараты могут быть пустотелыми, насадочными и тарельчатыми. Противоточное движение фаз в аппаратах колонного типа осуществляется главным образом за счет разности плотностей сырья и растворителя или соответственно рафинатных и экстрактных растворов.

П. По способу разделения фаз экстракторы делятся на подгруппы:

1) аппараты отстойного типа;

2) центробежные аппараты.

В свою очередь в каждой группе аппаратов процессы смешения и разделения фаз могут быть реализованы либо за счет энергии самих потоков фаз, либо за счет подвода ее извне с помощью специальных устройств (сообщение вибрации, ультразвука и т.д.). Наибольшее применение в нефтегазопереработке нашли аппараты колонного типа.

Ниже рассмотрены некоторые конструкции экстракционных аппаратов, получивших распространение в нефтегазоперерабатывающей промышленности.

Аппараты типа смеситель-отстойник. Для смешения контактирующих фаз применяют смесители различных типов, в том числе пропеллерные насосы, которые одновременно с перемешиванием обеспечивают транспортирование взаимодействующих легкой и тяжелой фаз. Из контактной зоны образовавшаяся смесь выводится в отстойную зону, где происходит разделение легкой и тяжелой фаз, поступающих затем в соответствующие ступени аппарата.

Схема одной ступени аппарата типа смеситель-отстойник приведена на рис. IX-20. Раствор легкой фазы из смежной ступени экстракции по трубопроводу 1, а раствор тяжелой фазы по трубопроводу 4 поступают на прием пропеллерного насоса 5. Сюда же по трубопроводу 10 и кольцевому каналу 3 поступает эмульсия из верхнего и нижнего слоя отстойного пространства. Уровень установки трубы 10 и канала 3 определяет долю рециркулирующей легкой и тяжелой фазы. Пройдя камеру смешения 7, смесь легкой и тяжелой фаз попадает в кольцевую камеру 9, а оттуда - в отстойное пространство И. Тяжелая фаза из низа отстойника выводится по трубе 12 в следующую ступень экстрактора. Легкая фаза выводится из верхней части отстойной зоны через коллектор 6.

Аппараты колонного типа. Колонные экстракторы различаются по

3 2

Рис. IX-20. Схема ступени (секции) экстрактора типа смеситель-отстойник: 1 - трубопровод ввода легкой фазы; 2 - смесительная труба; 3 - кольцевой канал для рециркуляции эмульсин; 4 - трубопровод ввода тяжелой фазы; 5 - пропеллерный насос; б - коллектор для вывода легкой фазы; 7 - камера смешения; 8 - привод- 9 - кольцевая камера; W - трубопровод рециркуляции эмульсин; - отстойное пространство; 12 - трубопровод вывода тяжелой фазы. Потоки: 1 - легкая фаза; Я - тяжелая фаза

типу применяемых контактных устройств: насадок или тарелок различных конструкций. В настоящее время в нефтегазопереработке наиболее часто применяют насадочные экстракционные колонны.

В промышленности используют колонные аппараты диаметром свыше 5 м и высотой до 40 м при атмосферном или более высоком давлении. Так, в колоннах деасфальтизации масел жидким пропаном давление составляет около 5 МПа. Сравнительно высокое давление обусловливается необходимостью поддерживания пропана при температуре 70 - 90 °С в жидкой фазе.

На рис. IX-21 представлена экстракционная колонна для очистки масел фурфуролом, в которой контактирование фаз осуществляется в объеме насадки из колец Рашига размером 25 х 25 мм. Насадка укладывается секциями 2 высотой от 1,2 до 3 м, число секций 8-10. Между секциями насадки имеются распределительные тарелки 1, способствующие более равномерному распределению потоков по сечению колонны. Распределительная тарелка имеет основание с патрубками диаметром до 100 мм для прохода легкой фазы и отверстия или патрубки диаметром до 10 мм для прохода тяжелой фазы.

Вывод экстрактного раствора на охлаждение осуществляют с глухих тарелок 3. Растворитель и охлажденный раствор вводятся в колонну на распределительные тарелки 1 или через специальные маточники.

Большое распространение получили также тарельчатые экстракционные колонны с ситчатыми, жалюзийными тарелками и тарелками других типов.