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

Поэтому в промышленности наиболее часто реализуются способы подвода тепла в следующих аппаратах: подогревателе с паровым пространством (парциальный испаритель); теплообменном аппарате без парового пространства с последующим ОИ нагретого потока в низу колонны (так называемая горячая струя).

Схемы обоих способов подвода тепла в низ колонны приведены на рис. IV-25, б, в.

Для сообщения необходимого количества тепла используются специальные выносные аппараты: подогреватели с паровым пространством (ри-бойлеры), трубчатые теплообменники, трубчатые печи и др.

Подогреватель с паровым пространством. Схема этого способа подвода тепла дана на рис. IV-25, б. В этом случае д,- - жидкость, покидающая колонну (стекающая с нижней тарелки), поступает в подогреватель с паровым пространством, где ее температура увеличивается от t,. до температуры кипения остатка t. Образовавшиеся пары Gw поступают из парового пространства кипятильника в колонну, образуя восходящий поток паров. Пары Gw находятся в равновесии с уходящим из кипятильника остатком W. Таким образом, подогреватель с паровым пространством эквивалентен одной теоретической тарелке.

Для определения количества подводимого тепла Ов необходимо рассмотреть тепловой баланс для нижней части колонны:

(G+W)b,,+ob = Gh+Wh или

Ов = С„(Н - h„.) + W(h - \). (IV.50)

Таким образом, сообщаемое в подогревателе тепло расходуется на образование потока паров Gw и нагрев их и кубового остатка от температуры ty до tw

При небольшой разности температур низа колонны f,. и остатка tw вторым слагаемым в уравнении (IV.50) можно пренебречь. Тогда количество тепла, подведенного в кипятильник, определится из следующего приближенного уравнения:

Ов - Gw(h - \.). (IV.51)

Поскольку ty незначительно отличается от tw (одна теоретическая тарелка), разность энтальпий, стоящая в уравнении (IV.51) в скобках, приближенно равна скрытой теплоте испарения д„„. и величину Ов можно определить по уравнению

О в « Gwqucn-

Горячая струя. Этот способ подвода тепла (рис. IV-25, в) применяется в тех случаях, когда нагрев остатка обычными теплоносителями (водяной пар и др.) не представляется возможным или целесообразным. Для сообщения тепла Ов циркулирующему потоку жидкости дц служит теплообмен-ный аппарат той или иной конструкции (трубчатая печь, трубчатый теплообменник и т.п.).

Тепло в низ колонны подводится при помощи циркулирующей горячей струи, нагретой до определенной температуры. При этом часть жидкости дц из низа колонны при температуре tw прокачивается через тепло-

обменный аппарат, где ее температура увеличивается от до за счет подвода тепла Од. При этой температуре жидкость возвращается из теплообменника под нижнюю тарелку колонны, где происходит ее ОИ и смешение с потоком стекающей с нижней тарелки жидкости, что необходимо для образования потока паров Gw Из низа колонны часть потока жидкости выводится в качестве остатка W, а остальная часть возвращается в подогреватель. Под нижнюю тарелку поступает пар Gq, образовавшийся при смешении испарившейся части д и паров G.

В этом случае тепловой баланс для нижней части колонны будет иметь

Од + (Go + W)\ = GoH,„ + Wh, откуда

o« = Go(h,„-a,) + w(v-\).

Расчет процесса ОИ при вводе циркулирующего потока горячей струи д производится при температуре и давлении к„ в нижней части колонны.

Поскольку ty = tw » to, то

Ов »Со(я,„-Л„.)»Сод .

Соответственно Ogg,{\-h\ откуда

где п,ц - энтальпия парожидкостного потока после теплообменного аппарата.

При повышении температуры циркулирующей горячей струи t„ ее масса уменьшается.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВВОДИМОГО СЫРЬЯ НА РАБОТУ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

Нормальная работа ректификационной колонны с получением ректификата и остатка заданных составов может быть обеспечена при различных состояниях сырья, подаваемого в колонну. Сырье может быть подано как в состоянии подогретой до температуры кипения жидкостью, так и перегретыми парами. Тепловое состояние сырья существенно влияет на потоки паров и жидкости в секции питания колонны и на работу колонны в целом (см. рис. IV-8), обусловливает необходимость съема определенного количества тепла в конденсаторе О и (или) подвода тепла в кипятильнике Од.

На рис. IV-26 даны схемы потоков паров и флегмы в секции питания колонны для двух крайних случаев подачи сырья: в жидком и паровом

Рис. ГУ-2в. Схема потоков в секции питания колонны при подаче сырья в жидком (а) и паровом (б) состояниях

состояниях; аналогичную схему для парожидкостного питания см. на рис. IV-8.

При подаче в колонну жидкости, недогретой до температуры начала кипения (рис. IV-26, а), весь поток сырья {др = F) смешивается в секции питания с потоком флегмы д,, стекающей с верхней тарелки концентрационной части колонны. На верхней тарелке отгонной части колонны сырьевой поток должен нагреваться до более высокой температуры за счет конденсации части паров, поступающих на эту тарелку. При этом весь поток паров, покидающий верхнюю тарелку отгонной части колонны, поступает в концентрационную часть колонны в неизменном состоянии, т.е. Gn„ =G„ и =у„.

Если сырье поступает в колонну при температуре начала кипения, т.е. только в жидкой фазе (е = 0), то, как и в предыдущем случае, весь паровой поток из отгонной части колонны будет поступать в концентрационную часть колонны в неизменном состоянии. Однако вследствие более высокой температуры нагрева сырья степень конденсации паров на верхней тарелке отгонной части колонны будет меньше.

При вводе в колонну сырья в парожидкостном состоянии, т.е. при доле отгона О < е < 1, в секции питания колонны происходит смешение паровых и жидкостных потоков сырья как из отгонной, так и из концентрационной частей колонны (см. рис. IV-8). Поэтому при прохождении секции питания колонны происходит изменение составов как жидкости х,, стекающей с нижней тарелки концентрационной части колонны, так и паров у, поднимающихся с верхней тарелки отгонной

части колонны. В общем случае х, х„ и у, у„.

Если температура сырья, поступающего в колонну, будет равна температуре его полного однократного испарения, то все сырье будет вводиться в колонну в виде насыщенных паров при е = 1 и = F. В этом случае в отгонную часть колонны поступает флегма только из концентрационной части колонны и поэтому д, = д„ и х, = х„, а поток паров G„ состава у„ является результатом смешения (рис. IV-26, б).