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

При нагреве сырья выше температуры полного однократного испарения произойдет перегрев паров. Как и в предыдущем случае, потоки будут характеризоваться схемой, приведенной на рис. IV-26, б. Отличие будет состоять в том, что тепло перегрева паров должно быть снято в верхней части колонны при их контактировании с более холодной флегмой, стекающей по тарелкам концентрационной части колонны. Очевидно, чтобы не допустить чрезмерного повышения температуры флегмы, стекающей с нижней тарелки концентрационной части колонны, необходимо увеличить массу этой флегмы или понизить температуру флегмы в вышележащих сечениях концентрационной части колонны.

Рассмотренные особенности работы колонны при различных температурах вводимого сырья существенно влияют на размеры самой колонны, конденсатора и кипятильника, а также на расход и параметры теплоносителя и хладагента (температуру и давление). Поэтому для каждого случая должны быть выбраны оптимальные условия.

Из материального и теплового балансов колонны имеем

e = £ = mL= - =const<l. Отсюда

Л, = еЯ; + (1-е)л;=еН,+(1-е)Л+е-(1-е). Кроме того,

hp = 9± = const. (IV.52)

При изменении температуры вводимого сырья будет изменяться его энтальпия hp, что потребует соответствующего изменения величин и Од. Как следует из приведенных выражений, с повышением температуры сырья (hp увеличивается) количество отбираемого в конденсаторе тепла должно также увеличиваться. При этом возрастает поток флегмы в концентрационной части колонны, а количество подводимого в кипятильнике тепла О в уменьшается в соответствии с уравнением (IV.52). Однако величина не может быть меньше количества тепла, соответствующего минимальному паровому числу согласно уравнению (IV.24).

Аналогично при подаче более холодного сырья величина будет уменьшаться, приводя к уменьшению потока флегмы в концентрационной части колонны. Однако этот поток не может быть меньше, чем определяемый по уравнению (IV.23). Соответственно теплоподвод Ов в кипятильнике должен возрасти.

Таким образом, с увеличением температуры вводимого в колонну сырья масса орошения в концентрационной части колонны также увеличивается.

Поэтому наименьшим поток орошения будет при питании колонны жидкостью, недогретой до начала кипения, а наибольшим - при питании колонны перегретым паром.

При увеличении доли отгона (температуры) сырья увеличивается общий расход тепла, особенно на нагрев и испарение сырья, хотя и уменьшается количество тепла, подводимого в кипятильнике.

Обычно при выборе доли отгона сырья принимают режим, который с учетом как работы самой колонны, так и других факторов является в некотором смысле оптимальным.

Так, например, поскольку температура сырья меньше температуры низа колонны, то для его нагрева в целом ряде случаев можно использовать менее высокотемпературный, а следовательно, и более дешевый теплоноситель. В случае же использования одинакового теплоносителя, например в трубчатой печи, для передачи одного и того же количества тепла сырью и остатку нагрев сырья может потребовать меньшей поверхности теплообмена вследствие большей разности температур.

Необходимо учитывать также возможность регенерации части тепла отходящих с установки потоков, что может обусловить целесообразность работы ректификационной колонны при е > 0.

На таких установках, как каталитический крекинг и замедленное коксование, пары из реактора в перегретом состоянии подают непосредственно в ректификационную колонну.

Таким образом, для выбора оптимального режима ректификационной колонны требуется всесторонний анализ, учитывающий ряд факторов: расход тепла и холода, наличие соответствующих теплоносителей и хладагентов, требуемые поверхности кипятильника, нагревателя сырья и конденсатора, размеры колонны и др.

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ

НА ПРОЦЕСС РЕКТИФИКАЦИИ

Выбор давления в ректификационной колонне обусловлен главным образом необходимым температурным режимом: давление в колонне повышается по сравнению с атмосферным, когда необходимо повысить температуру в колонне, или понижается путем создания вакуума, когда температура в колонне должна быть снижена.

Необходимость повышения температуры, а следовательно, и давления в ректификационных колоннах возникает при разделении компонентов с низкими температурами кипения, например, при ректификации таких низкомолекулярных углеводородов, как пропан, бутан, изобутан, пентан и др.

Путем подбора соответствующего давления в ректификационной колонне обеспечивают такой температурный режим, при котором для конденсации паров ректификата в качестве охлаждающих агентов можно использовать дешевые и легко доступные хладагенты - воду и атмосферный воздух. Так, например, при получении в качестве ректификата пропана при работе колонны под атмосферным давлением температура верха колонны будет равна -42 °С, тогда как при повышении давления до 1,9 МПа она возрастет до -1-55 °С, что позволит использовать в конденсаторе воду.

Увеличение температуры верха колонны при соответствующем повышении в ней давления приводит к уменьшению поверхности конденсатора вследствие роста средней разности температур между конденсирующимися парами ректификата и охлаждающим агентом.

Вместе с тем при повышении давления в колонне увеличивается и температура остатка, отбираемого из низа колонны. Это приводит к увеличению поверхности кипятильника вследствие уменьшения средней разности температур между теплоносителем и нижним продуктом колонны или к необходимости применения более высокотемпературного и более дорогого теплоносителя.

Кроме того, давление в ректификационной колонне может быть обусловлено также работой других аппаратов технологической установки, а также сопротивлением аппаратов и коммуникаций, расположенных после ректификационной колонны.

Понижение давления в ректификационной колонне путем создания вакуума позволяет снизить температуру в колонне, что бывает необходимо при разделении компонентов, обладающих высокими температурами кипения или термической нестабильностью. Так, например, благодаря созданию вакуума можно при температурах менее 400 "С осуществить ректификацию масляных дистиллятов, температуры кипения которых при атмосферном давлении могут превышать 500 °С, обеспечивая ведение процесса без заметного разложения. В случае ректификации с водяным паром применение вакуума позволяет существенно сократить расход водяного пара.

Как было отмечено ранее, давление системы влияет также на коэффициенты относительной летучести компонентов смеси. Для большинства смесей эта характеристика с понижением давления увеличивается. Однако, в некоторых случаях может наблюдаться и обратная зависимость. Увеличение коэффициента относительной летучести благоприятно сказывается на процессе ректификации, позволяя снизить количество орошения, уменьшить число тарелок в колонне или повысить четкость разделения компонентов.

Наиболее значительно ухудшаются условия ректификации в области высоких давлений, близких к критическому. В этом случае кривая равновесия фаз становится пологой, так как величина коэффициента относительной летучести приближается к еденице.

Давление в ректификационной колонне влияет также на ее производительность. С увеличением давления удельная производительность колонны растет. Однако при этом необходима большая толщина стенки корпуса колонны, кроме того, увеличиваются затраты на перекачку сырья, орошения и др.

Из вышеизложенного следует, что величина давления в ректификационной колонне существенно влияет на ряд показателей ее работы, приводя к улучшению одних и ухудшению других. Поэтому при выборе давления в колонне в каждом конкретном случае необходимо проводить всесторонний анализ. При этом основным критерием, как правило, является обеспечение благоприятного режима.

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУР В РАЗЛИЧНЫХ СЕЧЕНИЯХ КОЛОННЫ

В случае ректификации бинарных смесей, включая работу колонны с вводом водяного пара, для расчета температур могут быть использованы изобарные температурные кривые.

Однако следует иметь в виду, что давления в различных сечениях