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

где х„ - средний состав флегмы, поступающей из секции питания в нижнюю часть колонны:

9f + 9l 9m

(IV. 16)

Поток жидкости g,, состава x,, образуется при смешении жидкого остатка, получающегося при ОИ сырья, и потока флегмы д,, стекающей в секцию питания из концентрационной части колонны.

При смешении в секции питания потоков жидкости с различной температурой не происходит простого их суммирования, оно сопровождается небольшим частичным испарением. Поэтому допущение о том, что количество жидкости д„ равно суммарным количествам смешивающихся потоков др и д, не вполне точно. Однако с учетом того, что в небольших пределах по концентрациям кривые испарения на изобарных кривых и энтальпийной диаграмме близки к прямолинейному очертанию, можно практически пренебречь степенью испарения при смешивании одноименных потоков в секции питания.

В общем случае в координатах х, у уравнения (IV. 13) и (IV. 14) представляет собой кривую линию, так как масса паров G может изменяться по высоте нижней части колонны. Если масса паров в нижней части колонны не изменяется (П = const или G = const), то уравнение рабочей линии является уравнением прямой.

На диаграмме х-у рабочая линия нижней части колонны проходит через следующие характерные точки (см. рис. IV-7). Одна из этих точек (W) находится на диагонали (х = у = х), и ее положение не зависит от потока паров и флегмы. Другая точка (С) определяется при у = 1, тогда

x. = ii.

Положение точки С зависит от величины парового числа U = G/W. При увеличении П точка С перемещается вправо, а рабочая линия приближается к диагонали. В пределе, т. е. при П <» (или G <»), рабочая линия сольется с диагональю OA. Таким образом, диагональ графика является линией концентраций при бесконечно большом значении парового числа.

Для нижней части колонны, так же как и для верхней, любая точка

Рис. IV-7. Рабочая линия для нижней части колонны на диаграмме х-у: 1 - кривая равновесия фаз; 2 - рабочая линия

лежащая на кривой равновесия фаз, связывает составы жидкости стекающей с данной (п-й) тарелки, и равновесных паров у„., покидающих ту же тарелку. Рабочая же линия связывает неравновесные жидкую и паровую фазы, и каждая ее точка (например, F, ) характеризует жидкость х„,, стекающую на данную п-ю тарелку с вышележащей, и пары у„,, поднимающиеся с данной тарелки.

При изменении массы паров (флегмы) по высоте нижней части колонны уравнение рабочей линии можно построить в координатах х, у, воспользовавшись свойствами энтальпийной диаграммы.

Общий вид уравиеиия рабочей линии для верхней и нижней частей колонны. Уравнения рабочих линий (IV.7) и (IV. 14) соответственно для верхней и нижней частей колонны имеют разные формы записи. Однако их можно привести к одному виду, если ввести величину Ф = g/G, т.е. отношение масс потоков флегмы и паров, или внутреннее флегмовое число. Очевидно, что для верхней части колонны Ф < 1, так как G > g, а для нижней Ф < 1, так как G < д. Случай Ф = 1 соответствует работе колонны с бесконечными флегмовым и паровым числами при выполнении равенства потоков жидкости и пара для любого сечения колонны д = G.

Приняв во внимание выражение (IV.3), уравнение (rv.6) можно записать в следующем виде:

9 С - 9 ИЛИ, введя Ф, получим

у = Фх + (1-ф)ус. (IV. 17)

Аналогично уравнение (IV.IS) рабочей линии нижней части колонны с учетом выражения (IV.IO) можно записать так:

9 Я - С

у = х--х,

ИЛИ, введя Ф, получим

у = Фх-н (l - ф)хи,. (IV.18)

Обозначив составы продуктовых потоков через Хр, можно записать: Хр = Ур для верхней части колонны и х = х, для нижней; тогда уравнение рабочей линии в общем виде для обеих частей колонны будет выглядеть так:

у = Фх + (1-ф)хр . (IV.19)

Для каждой части колонны внутреннее флегмовое число берется с учетом сделанного выше замечания.

Сопоставив между собой уравнения (rV.7) и (rV.17), а также уравнения (rV.14) и (IV.IB), получим, что для верхней части колонны

Ф = -<1, R + 1

а для нижней части колонны

ф =-> 1.

Уравнение (IV. 19) позволяет совершенно однотипно решать целый ряд задач для верхней и нижней частей колонны.

РАСЧЕТ СОСТАВОВ ПОТОКОВ В СЕКЦИИ ПИТАНИЯ

Схема потоков в питательной секции колонны представлена на рис. IV-8. В секции питания встречаются потоки сырья после процесса ОИ [др и Gp составов х и ур), флегмы из концентрационной части колонны (д, состава х,) и паров из отгонной части колонны (G, состава у, ). При смешении потоков флегмы др и g получается поток флегмы д„ состава х„ [см. уравнение (IV.16)], который стекает в отгонную часть колонны. При смешении потоков паров Gp и G образуется поток паров G„ состава у„ [см. уравнение (VI.9)], поступающий в концентрационную секцию колонны. Все эти потоки и составы взаимосвязаны.

Для нормального проведения процесса ректификации должны выполняться неравенства

X, > х„ > х; (IV.20)

< у. < у; (iv.21)

Из материального баланса процесса ОИ сырья следует, что

Xp=(l-e)xp+eyp

yp = -Lxp + . (IV.22)

где е = Gp/p - доля отгона при вводе сырья в колонну.

Уравнение (IV.22) называется линией сырья. Оно дает связь между составами жидкой хр и паровой ур частей сырьевого потока при входе в колонну и представляет прямую, проходящую через точки G, Н, F и Е (рис. IV-9), тангенс угла наклона которой равен (l - е)/е.Точка Н дает составы

парового и жидкостного потоков сырья после ОИ. Чтобы установить взаимосвязь между потоками и их составами при прохождении зоны питания, рассмотрим материальный баланс для всей верхней части колонны (см. рис. IV-5, контур II). При этом составы паров у и

жидкости X, будем рассматривать как переменные у и х. Тогда