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

Из уравнения (11.32) следует, что относительный расход отпаривающего агента тем меньше, чем меньше его мольная масса.

Во втором случае, когда в жидкой фазе присутствует только один компонент, например, компонент а, а пары другого компонента z являются перегретыми, выбор внешнего давления к при заданной температуре равноценен выбору парциального давления р„ так как = к - р,, = к - Ра-

При выбранных значениях температуры и давления состав паровой фазы и расход отпаривающего агента Z (водяной пар, азот, двуокись углерода и др.) могут быть вычислены по уравнениям (11.30), (11.31) и (11.32).

Аналогично решается задача при выбранных температуре системы и составе паровой фазы. В этом случае из уравнений (11.30) и (11.32) определяют величины внешнего давления системы п = р„ к парциального давления р.

РАВНОВЕСИЕ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ СМЕСИ В ПРИСУТСТВИИ ВОДЯНОГО ПАРА (ИНЕРТНОГО ГАЗА)

Рассмотрим многокомпонентную систему, состоящую из (л -I--I- 1) компонента, из которых л полностью взаимно растворимы, а компонент Z не растворяется в остальных компонентах. Такой случай часто встречается в нефтепереработке при перегонке и ректификации углеводородов в присутствии водяного пара.

Для рассматриваемой системы возможны два случая: с насыщенным и перегретым компонентом z.

Когда система находится в присутствии насыщенного компонента z, число степеней свободы такой системы L = (л -I- 1) -I- 2 - 3 = л, т.е. равно числу взаимно растворимых компонентов в системе.

Поскольку система имеет л степеней свободы, необходимо задать, например, давление, температуру и (л - 2) концентрации в одной из фаз, чтобы определить все другие параметры системы (в данном случае (л -I- 2) концентрации].

Состав паровой фазы такой системы можно характеризовать либо относительно всех (л -I- 1) компонентов, входящих в систему, либо по отношению к л взаимно растворимым компонентам. В последнем случае равновесная концентрация любого компонента у, будет определяться всеми концентрациями х„ i = 1, 2, л взаимно растворимых компонентов, находящихся в жидкой фазе.

В подобных системах процессы перегонки и ректификации осуществляются с целью разделения взаимно растворимых компонентов, а водяной пар играет вспомогательную роль, понижая температуру процесса. Поэтому удобнее относить концентрации х, и у, к сумме взаимно растворимых компонентов.

Общее давление насыщенных паров такой системы равно сумме давлений насыщенных паров взаимно растворимых компонентов (углеводородной смеси) р„ и насыщенного водяного пара р т.е.

Phz = Рн + Pz •

Для взаимно растворимых компонентов, образующих идеальный раствор,

« 1-1

где fx; =1. 1-1

Следовательно, j-l

Для равновесной системы, состоящей из паровой и жидкой фаз, давление насыщенных паров р„ равно внешнему давлению к, т.е.

Если величину р перенести в левую, часть равенства, то получим, что

Таким образом, уравнение изотермы жидкой фазы может быть записано так же, как и для взаимно растворимых жидкостей (см. уравнение (11.11)], если за величину внешнего давления принять к - р. Поэтому процессы перегонки и ректификации, осуществляемые в присутствии насыщенного водяного пара, протекают так же, как и при снижении общего давления системы на величину р.

Из объединенного закона Рауля и Дальтона можно записать, что

Pi х; =р„у, =(jc-p,)y, , откуда

у/ =-5-х/ =-5-х.

Следовательно, расчет равновесных составов паровой и жидкой фаз может быть выполнен по уравнениям (11.13) и (11.14) при давлении к - р

В системе с перегретым водяным паром или инертным газом имеются только две фазы - жидкая и паровая. Поэтому число степеней свободы такой системы L = п + I, т.е. равно общему числу компонентов в системе. Для расчета такой системы могуг быть использованы вышеприведенные уравнения, в которых р - давление перегретого водяного пара (инертного газа) при заданной температуре процесса (.

Поскольку парциальное давление насыщенного водяного пара больше, чем перегретого, более выгодно применять насыщенный водяной пар. Однако, чтобы исключить образование конденсата в системе, применяют перегретый водяной пар или инертный газ.

ГЛАВА III ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССОВ ИСПАРЕНИЯ И КОНДЕНСАЦИИ

Испарение - процесс перехода вещества из жидкого или твердого состояния в парообразное (газообразное). Испарение твердых тел - процесс непосредственного перехода при нагревании твердого тела в парообразное, минуя жидкое состояние, называют возгонкой или сублимацией.

Испарение лежит в основе многих процессов нефтегазопереработки при разделении веществ (например, ректификация, перегонка, нагрев сырья в трубчатых печах, регенерация растворителей), ре газификации сжиженных газов, сушке.

Испарение может происходить с поверхности жидкости и в ее объеме, последнее называют кипением. Процесс испарения интенсифицируется с повышением температуры и понижением давления. Для отрыва молекул от жидкой фазы и перехода их в паровую или газовую необходимо затратить энергию, называемую скрытой теплотой испарения. Теплота испарения по своей величине равна теплоте конденсации и зависит от температуры и давления процесса, уменьшаясь с приближением их к критическим величинам. При испарении в адиабатических условиях тепло отбирается от испаряющейся жидкости, вследствие чего происходит ее охлаждение. Испарение в закрытой емкости происходит до тех пор, пока насыщенные пары вещества не заполнят пространство над жидкостью.

Конденсация - процесс перехода вещества из парообразного состояния в жидкое; осуществляется путем охлаждения или сжатия и охлаждения пара при температурах ниже критических для данного вещества, при этом процесс сопровождается выделением теплоты конденсации. При конденсации резко уменьшается объем среды и образуется вакуум. Это обстоятельство обусловило использование конденсаторов для создания вакуума. Конденсация применяется для: получения в жидком виде продуктов, выводимых из аппаратов в парообразном состоянии; сжижения природных, попутных газов, паров хладагентов в холодильных установках и т.п.

Процесс частичного испарения жидкости или конденсации паров, проводимый для получения одного из продуктов обогащенного НКК или высококипящим ВКК, называется перегонкой. Образующийся при этом отгон в паровой фазе, обогащенный НКК, подвергают в дальнейшем конденсации.

Испарение жидкости или конденсацию паров осуществляют различными способами: однократным, многократным и постепенным.

Однократное испарение (СИ) и однократная конденсация (ОК). Эти

процессы характеризуются тем, что образовавшиеся паровая и жидкая фазы не разделяются до окончания процесса, а при достижении конечной температуры их разделяют в один прием, однократно. При этом принимают, что образовавшиеся паровая и жидкая фазы находятся в состоянии равновесия. Примером процесса ОИ является частичное испарение жидкого сырья, поступающего в ректификационную колонну из трубчатой печи.

Многократное нспаренне н многократная конденсация. Эти процессы состоят в неоднократном повторении процессов ОИ или ОК для более полного разделения исходной смеси. Так, многократное испарение состоит из повторяющегося процесса однократного испарения. Образовавшиеся