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

р У/. -У/.-1

Уп-Уп-l

Об эффективности тарелки можно также судить по степени изменения концентраций жидкости на реальной тарелке по сравнению с теоретической. Состав жидкости, уходящей с л-й теоретической тарелки паров, будет X* (абсцисса точки С) и изменение концентраций на двух смежных тарелках составит х„+, - х*. В случае реальной тарелки стекающая с п-й тарелки жидкость не достигнет состояния равновесия и будет иметь более высокую концентрацию х„ (абсцисса точки К). На реальной тарелке фактическое изменение концентрации жидкости характеризуется меньшей величиной, равной х„+, - х„.

Отношение фактического изменения концентраций жидкости к имеющему место на теоретической тарелке называется эффективностью тарелки по жидкости:

Значения эффективности по парам Eq и жидкости Е определяются схемой движения и структурой потоков на тарелке и могуг быть как меньше, так и больше единицы.

Часто для перехода от числа теоретических тарелок к числу реальных тарелок Nд пользуются так называемым КПД тарелки tj, который всегда меньше единицы. Поэтому реальное число тарелок в ректификационной колонне будет больше найденного числа теоретических тарелок:

Для расчета величины Е, Е, tj,. в литературе имеются эмпирические зависимости.

СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ ОРОШЕНИЯ В КОЛОННЕ

Для обеспечения нормальной работы ректификационной колонны необходимо на верху ее отводить определенное количество тепла для конденсации части паров и образования потока флегмы (орошения).

В промышленной практике получили распространение три основных способа отвода тепла: поверхностный парциальный конденсатор, холодное испаряющееся орошение и циркуляционное неиспаряющееся орошение.

Схемы указанных способов создания орошения даны на рис. IV-24.

Парциальшой конденсатор. Данный способ отвода тепла (см. рис. IV-24, а) заключается в том, что пары G, уходящие с верхней тарелки концентрационной части колонны, поступают в парциальный конденсатор, где частично конденсируются. Образовавшийся при этом поток флегмы д, возвращается самотеком на верхнюю тарелку колонн в качестве орошения, а пары ректификата D отводятся из конденсатора. При таком способе образования орошения принимают, что пары ректификата D и поток флегмы

Рис. IV-24. Схемы основных способов создания орошения в колонне:

а - парциальный конденсатор; б - холодное испаряющееся орошение; в - циркуляционное неиспаряющееся орошение: /, II - контуры для составления балансов

Qp, стекающий из парциального конденсатора, находятся в равновесии, т.е. парциальный конденсатор эквивалентен одной теоретической тарелке.

Для нахождения количества тепла О, отводимого в парциальном конденсаторе, составим тепловой баланс для верха колонны (контур I):

(9d + D)H, = gh, + DH, + 0„ откуда

(IV.43)

Первое слагаемое в уравнении (IV.43) определяет количество тепла, которое выделяется при охлаждении и конденсации паров в количестве, равном массе образовавшейся флегмы д; второе слагаемое соответствует количеству тепла, которое необходимо для охлаждения паров ректификата от температуры t, до to-

Поскольку (д, незначительно отличается от (одна теоретическая тарелка), вторым слагаемым в уравнении (IV.43) можно пренебречь. Тогда количество тепла, отводимое в парциальном конденсаторе, определится из приближенного уравнения

(IV.44)

При небольшом различии в температурах tf и tp разность энтальпий, стоящая в уравнении (IV.44) в скобках, приближенно равна скрытой теплоте конденсации qr,,,. Тогда величину Оа можно определить по уравнению

Парциальный конденсатор для отвода тепла на верху ректификационных колонн обычно используют при небольшой их производительности.

наличии паров с небольшим корродирующим действием и при сравнительно невысоких температурах верха колонны.

Такое ограничение обусловлено трудностями размещения теплообменного аппарата большой поверхности на верху колонны. Применение парциального конденсатора при ректификации коррозионного сырья, а также при повышенной температуре верха колонны, когда возможно интенсивное отложение накипи на поверхности конденсатора, нецелесообразно из-за необходимости частого ремонта конденсатора и чистки труб от накипи. Осуществление этих работ на большой высоте также затруднено.

Холодное испаряющееся орошение. Этот способ отвода тепла получил наибольшее распространение на нефте- и газоперерабатывающих заводах. Схема варианта с отводом тепла в верху колонны дана на рис. IV-24, б.

Поток паров с верхней тарелки концентрационной части колонны в количестве D + направляется в конденсатор, где в отличие от парциальной конденсации полностью конденсируется и охлаждается до температуры t. Образовавшаяся холодная жидкость делится на поток ректификата D и поток холодного (или острого) орошения д, возвращаемого на верхнюю тарелку колонны. Эта холодная жидкость, состав которой равен составу ректификата = у, контактирует с парами G, ,, поступающими с нижележащей тарелки. В результате этого контакта пары охлаждаются от температуры t до температуры tj = и, частично конденсируясь, образуют поток горячего орошения д, количество которого и определяет процесс ректификации. Холодное орошение д, поступившее в колонну, полностью испаряется и вместе с парами ректификата поступает в конденсатор, где отводится тепло О. Таким образом, холодное испаряющееся орошение непрерывно циркулирует между верхней тарелкой и конденсатором, являясь переносчиком тепла.

Изменяя массу холодного орошения д, и его температуру t, можно воздействовать на количество отводимого в конденсаторе тепла О и тем самым на поток горячего орошения д.

Чтобы рассчитать количество тепла О, составим уравнение теплового баланса для потоков паров и жидкости, охватываемых контуром /:

К + дК, , = ДЧ + ffNV + О.*.

откуда

Прибавив и вычтя в правой части уравнения (IV.45) выражение DH,, получим

откуда

Таким образом, тепло, отнимаемое в конденсаторе в случае холодного