Способы подвода тепла в низ колонны
Для проведения процесса ректификации необходимо в низ колонны подвести тепло. При этом часть жидкости, стекающей с нижней тарелки отгонной части колонны, испаряется, образуя необходимый для процесса ректификации встречный поток паров. Подвод тепла может быть осуществлен различными способами.
На установках для подвода тепла применяют змеевики или пучки труб, вмонтированные непосредственно в корпус колонны.. Змеевики и пучки труб целесообразно применять лишь при сравнительно небольшой поверхности теплообмена и при переработке чистых и некоррозионных сред.
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).
Подогреватель с паровым пространством.Схема этого способа подвода тепла дана на рис. 2.13, г. При подводе тепла в низ колонны кипятильником (рибойлером) осуществляется дополнительный подогрев кубового продукта в выносном кипятильнике, где он частично испаряется. Образовавшиеся пары возвращаются под нижнюю тарелку колонны. Характерной особенностью этого способа является наличие в кипятильнике постоянного уровня жидкости и парового пространства над этой жидкостью. По своему разделительному действию кипятильник эквивалентен одной теоретической тарелке. Тепло, подводимое в нижнюю часть колонны ограничено температурой теплоносителя, в случае использования водяного пара температура не превышает 180оС, если в качестве теплоносителя используется высококипящие масла, то температура может достигать 250оС.Этот способ подвода применяется на установках фракционирования газов, при стабилизации бензинов. При высокой температуре низа колонны подвод тепла через кипятильник в целом ряде случаев требует применения специальных высокотемпературных теплоносителей
Горячая струя.Этот способ подвода тепла (рис. 2.13,д) применяется в тех случаях, когда нагрев остатка обычными теплоносителями (водяной пар и др.) не представляется возможным или целесообразным. При подводе тепла в низ колонны трубчатой печью часть кубового продукта прокачивается через трубчатую печь, и подогретая парожидкостная смесь (горячая струя) вновь поступает в низ колонны ..
Этот способ применяют при необходимости обеспечения сравнительно высокой температуры низа колонны., например при перегоне нефти или мазута.
Дата добавления: 2019-10-16 ; просмотров: 778 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
12 Способы подвода тепла в низ колонны
Для проведения процесса ректификации необходимо в низ колонны подвести тепло. При этом часть жидкости, стекающей с нижней тарелки отгонной части колонны, испаряется, образуя необходимый для процесса ректификации встречный поток паров. Подвод тепла может быть осуществлен различными способами.
На установках для подвода тепла применяют змеевики или пучки труб, вмонтированные непосредственно в корпус колонны.. Змеевики и пучки труб целесообразно применять лишь при сравнительно небольшой поверхности теплообмена и при переработке чистых и некоррозионных сред.
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).
Подогреватель с паровым пространством. Схема этого способа подвода тепла дана на рис. 11,г. При подводе тепла в низ колонны кипятильником (рибойлером) осуществляется дополнительный подогрев кубового продукта в выносном кипятильнике, где он частично испаряется. Образовавшиеся пары возвращаются под нижнюю тарелку колонны. Характерной особенностью этого способа является наличие в кипятильнике постоянного уровня жидкости и парового пространства над этой жидкостью. По своему разделительному действию кипятильник эквивалентен одной теоретической тарелке. Тепло, подводимое в нижнюю часть колонны ограничено температурой теплоносителя, в случае использования водяного пара температура не превышает 180оС, если в качестве теплоносителя используется высококипящие масла, то температура может достигать 250оС.Этот способ подвода применяется на установках фракционирования газов, при стабилизации бензинов. При высокой температуре низа колонны подвод тепла через кипятильник в целом ряде случаев требует применения специальных высокотемпературных теплоносителей
Горячая струя. Этот способ подвода тепла (рис. 11,д) применяется в тех случаях, когда нагрев остатка обычными теплоносителями (водяной пар и др.) не представляется возможным или целесообразным. При подводе тепла в низ колонны трубчатой печью часть кубового продукта прокачивается через трубчатую печь, и подогретая парожидкостная смесь (горячая струя) вновь поступает в низ колонны ..
Этот способ применяют при необходимости обеспечения сравнительно высокой температуры низа колонны., например при перегоне нефти или мазута.
13 Особенности перегонки с водяным паром
Для подвода дополнительного тепла в низ атмосферной и вакуумной колонн промышленных установок перегонки нефти такие способы, как кипятильник с паровым пространством или «горячая струя», неприемлемы по причине низкой термостабильности кубовых остатков — мазута и гудрона. В этой связи для создания требуемого парового орошения в отгонной секции этих колонн, также испарения (отпаривания) низкокипящих фракций нефти на практике широко применяют перегонку с подачей водяного перегретого пара.
При вводе водяного пара в отгонную секцию парциальное давление паров снижается и создаются условия, при которых жидкость оказывается как бы перегретой, что вызывает ее испарение (то есть действие водяного пара аналогично вакууму). При этом теплота, необходимая для отпаривания паров, отнимается от самой жидкости, в связи с чем она охлаждается. Испарение жидкости, вызванное водяным паром, прекращается, когда упругость паров жидкости при понижении температуры снизится настолько, что станет равным парциальному давлению. Таким образом, на каждой теоретической ступени контакта установится соответствующее этим условиям равновесие фаз.
Количество водяного пара определяется по формуле
;
где Z- количество водяного пара,
G- масса паров углеводородов,
π — внешнее давление в системе,
Р — давление насыщенных паров,
MG — молекулярная масса углеводородов.
Поскольку величина Р зависит от состава жидкости и ее температуры, то при постоянном расходе водяного параZмасса перешедших в парообразное состояние углеводородов будет тем больше, чем больше содержится НКК в жидкости и чем выше ее температура.
Наибольший эффект испаряющего влияния перегретого водяного пара проявляется при его расходе, равном 1,5 — 2,0 % масс, на исходное сырье. Общий расход водяного пара в атмосферные колонны установок перегонки нефти составляет 1,2 — 3,5, а в вакуумные колонны для перегонки мазута — 5-8 % масс, на перегоняемое сырье.
Поэтому вносимое водяным паром тепло также мало и заметной роли в образовании потока паров в нижней части колонны не играет. Однако важно, чтобы водяной пар был перегретым или сухим насыщенным, так как вследствие значительной теплоты испарения влаги наличие даже небольшого ее количества приведет к сильному охлаждению остатка и уменьшению массы паров.
При малом расходе водяного пара масса углеводородных паров будет мала, рабочая линия будет крутой, а необходимое число теоретических тарелок значительно возрастет. С увеличением расхода водяного пара число тарелок уменьшится, однако вследствие увеличения общего объема паров возрастет диаметр колонны. Кроме того, увеличится поверхность конденсатора и расход хладагента.
Необходимо указать на следующие недостатки применения водяного пара в качестве испаряющего агента:
увеличение затрат энергии (тепла и холода) на перегонку и конденсацию;
повышение нагрузки колонн по парам, что приводит к увеличению диаметра аппаратов и уносу жидкости между тарелками;
ухудшение условий регенерации тепла в теплообменниках;
увеличение сопротивления и повышение давления в колонне и других аппаратах;
обводнение нефтепродуктов и необходимость их последующей сушки;
усиление коррозии нефтеаппаратуры и образование больших количеств загрязненных сточных вод.
Рассмотренные выше особенности работы колонны с вводом водяного пара остаются справедливыми, если вместо водяного пара использовать газ, который при условиях ведения процесса не содержится в жидкой фазе, например азот, двуокись углерода, метан и др.
В этой связи в последние годы в мировой нефтепереработке проявляется тенденция к существенному ограничению применения водяного пара и к переводу установок на технологию сухой перегонки.
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Источник
Способы регулирования температурного режима ректификационных колонн
Нормальная работа ректификационных колонн и требуемое качество продуктов перегонки обеспечиваются путем регулирования теплового режима – отводом тепла в концентрационной и подводом тепла в отгонной секциях колонн, а также нагревом сырья до оптимальной температуры. В промышленных процессах перегонки нефти применяют следующие способы регулирования температурного режима по высоте колонны (рис. 3.8).
Отвод тепла в концентрационной секции путем:
- использования парциального конденсатора;
- организации испаряющегося (холодного) орошения;
- организации неиспаряющегося (циркуляционного) орошения.
Подвод тепла в отгонной секции путем:
- нагрева остатка ректификации в кипятильнике с паровым пространством;
- циркуляции части остатка, нагретого в трубчатой печи.
Парциальный конденсатор представляет собой кожухотрубный теплообменный аппарат (рис. 3.8а), установленный горизонтально или вертикально наверху колонны. Охлаждающим агентом служит вода,
иногда исходное сырье. Поступающие в межтрубное пространство пары частично конденсируются и возвращаются на верхнюю тарелку в виде орошения, а пары ректификата отводятся из конденсатора. Из-за трудности монтажа и обслуживания и значительной коррозии конденсатора этот способ получил ограниченное применение (в малотоннажных установках и при необходимости получать ректификат в виде паров).
Холодное (острое) орошение (рис. 3.8б). Этот способ отвода тепла наверху колонны получил наибольшее распространение в практике нефтепереработки. Паровой поток, уходящий с верха колонны, полностью конденсируется в конденсаторе – холодильнике (водяном или воздушном) и поступает в емкость или сепаратор, откуда часть ректификата насосом подается обратно в ректификационную колонну в качестве холодного испаряющегося орошения, а балансовое его количество отводится как целевой продукт.
Циркуляционное неиспаряющееся орошение (рис. 3.8в). Этот вариант отвода тепла в концентрационной секции колонны в технологии нефтепереработки применяется исключительно широко для регулирования температуры не только наверху, но и в средних сечениях сложных колонн. Для создания циркуляционного орошения с некоторой тарелки колонны выводят часть флегмы (или бокового дистиллята), охлаждают в теплообменнике, в котором она отдает тепло исходному сырью, после чего насосом возвращают на вышележащую тарелку.
На современных установках перегонки нефти чаще применяют комбинированные схемы орошения. Так, сложная колонна атмосферной перегонки нефти обычно имеет вверху острое орошение и затем по высоте несколько промежуточных циркуляционных орошений. Из промежуточных орошений чаще применяют циркуляционные орошения, располагаемые обычно под отбором бокового погона или использующие отбор бокового погона для создания циркуляционного орошения с подачей последнего в колонну выше точки возврата паров из отпарной секции. В концентрационной секции сложных колонн вакуумной перегонки мазута отвод тепла осуществляется преимущественно посредством циркуляционного орошения.
Использование только одного острого орошения в ректификационных колоннах неэкономично, так как низкопотенциальное тепло верхнего погона малопригодно для регенерации теплообменом. Кроме того, в этом случае не обеспечивается оптимальное распределение флегмового числа по высоте колонны: как правило, оно значительное на верхних и низкое на нижних тарелках колонны. Соответственно по высоте колонны сверху вниз уменьшаются значения КПД тарелок, а также коэффициента относительной летучести и, следовательно, ухудшается разделительная способность нижних тарелок концентрационной секции колонны, в результате не достигается желаемая четкость разделения. При использовании циркуляционного орошения рационально используется тепло отбираемых дистиллятов для подогрева нефти, выравниваются нагрузки по высоте колонны и тем самым увеличивается производительность колонны и обеспечиваются оптимальные условия работы контактных устройств в концентрационной секции.
При подводе тепла в низ колонны кипятильником (рис. 3.8г) осуществляют дополнительный подогрев кубового продукта в выносном кипятильнике с паровым пространством (рибойлере), где он частично испаряется. Образовавшиеся пары возвращают под нижнюю тарелку колонны. Характерной особенностью этого способа является наличие в кипятильнике постоянного уровня жидкости и парового пространства над этой жидкостью. По своему разделительному действию кипятильник эквивалентен одной теоретической тарелке. Этот способ подвода тепла в низ колонны наиболее широко применяется на установках фракционирования попутных нефтяных и нефтезаводских газов, при стабилизации и отбензинивании нефтей, стабилизации бензинов прямой перегонки и вторичных процессов нефтепереработки.
При подводе тепла в низ колонны трубчатой печью (рис. 3.8д) часть кубового продукта прокачивается через трубчатую печь, и подогретая парожидкостная смесь (горячая струя) вновь поступает в низ колонны. Этот способ применяют при необходимости обеспечения сравнительно высокой температуры низа колонны, когда применение обычных теплоносителей (водяной пар и др.) невозможно или нецелесообразно (например, в колоннах отбензинивания нефти).
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА, С. А. Ахметов, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов, 2006
Источник
Способы подвода тепла в колонну.
Ректификация- процесс многократного противоточного контактирования встречных неравновесных потоков пара и жидкости с целью разделения жидких гомогенных смесей на фракции. Абсорбция – процесс избирательного поглощения компонентов газовой смеси жидким поглотителем – абсорбентом. Экстракция- процесс избирательного извлечения компонентов из жидкой смеси (или из твердого вещества) жидким экстрагентом. Адсорбция – процесс избирательного поглощения компонентов газовой или жидкой смеси твердым поглотителем – адсорбентом. Сушка – процесс удаления жидкости (влаги) из твердых материалов Мембранные процессы – избирательное извлечение компонентов смеси или их концентрирование с помощью полупроницаемой перегородки- мембраны. Ответы:
Признаки массообменных процессов
Массообменные или диффузионные процессы применяются для разделения гомогенных смесей.
2.Движущей силой массобменных процессов является разность концентраций.
3.В массобменных процессах перенос вещества осуществляется за счет равновесия фаз.
4.Молекулярная диффузия протекает в направлении уменьшения концентрации распределяемого компонента.
5.Конвективная диффузия протекает в турбулентных средах.
6.Основное уравнение массопередачи 
7. Ректификация — процесс многократного противоточного контактирования встречных неравновесных потоков пара и жидкости с целью разделения жидких гомогенных смесей на фракции.
8.Постепенное испарение это способ осуществления перегонки (дистилляции).
9.Формула Антуана
10. Изобарной температурной кривой называется зависимость между температурой системы и составом жидкой фазы.
11.Кривая равновесия
Рис.2.3 Изобарные температурные кривые бинарной смеси.
Энтальпийные кривые пара и жидкости.
Энтальпия (или теплосодержание) жидкости равна количеству тепла, необходимого для нагрева жидкости от 0 о С до заданной температуры. Энтальпия пара равна количеству тепла, необходимого для нагрева вещества от 0 о С до заданной температуры учетом тепла испарения и перегрева паров.
Величина энтальпии жидкости и пара определяется эмпирически по таблицам или по приближенным формулам: 
На энтальпийной диаграмме приведены кривые энтальпии кипящей жидкости и энтальпии насыщенных паров в зависимости от концентрации.
Рис.2.5 Представление процесса ОИ (ОК) бинарной смеси на энтальпийной диаграмме и изобарных температурных кривых
2. Принцип многократного испарения (конденсации) реализуется в одном аппарате.
3. Принцип однократного испарения (конденсации) реализуется: в газосепараторе
4.Пар в процессе ректификации непрерывно обогащается низкокипящим (труднолетучим).
5.Жидкость в процессе ректификации непрерывно обогащается высококипящим (труднолетучим).
6.Нижняя часть колонны называется, базой, служащая для опирания на фундамент.
7.Верхняя часть колонны называется концентрационной секцией.
8. Кубовый остаток это остаток ректификационного кремнийорганического процесса — негостируемый продукт.
9. Циркуляционное орошение необходимо для отвода тепла в концентрационной секции колонны в технологии нефтепереработки применяется исключительно широко для регулирования температуры не только наверху, но и в средних сечениях сложных колонн.
10. Способы отвода тепла. Для образования потока флегмы в верхней части колонны необходимо отводить тепло, обеспечивая конденсацию соответствующего количества паров. В промышленности получили применение следующие три основных способа отвода тепла: парциальным конденсатором, холодным испаряющимся орошением и циркуляционным неиспаряющимся орошением.
Способы подвода тепла в колонну.
Для проведения процесса ректификации необходимо в низ колонны подвести тепло. При этом часть жидкости, стекающей с нижней тарелки отгонной части колонны, испаряется, образуя необходимый для процесса ректификации встречный поток паров. Подвод тепла может быть осуществлен различными способами.
На установках для подвода тепла применяют змеевики или пучки труб, вмонтированные непосредственно в корпус колонны.. Змеевики и пучки труб целесообразно применять лишь при сравнительно небольшой поверхности теплообмена и при переработке чистых и некоррозионных сред.
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).
12. Для создания потока флегмы в колонне необходимо.
Для образования потока флегмы в верхней части колонны необходимо отводить тепло, обеспечивая конденсацию соответствующего количества тепла.
13. Материальный баланс колонны
На основе материального баланса процесса производится расчет и подбор оборудования. При установившемся режиме массы потоков остаются неизменными и уравнение материального баланса ректификационной колонны выглядит так
F=D+W,
Для бинарной смеси по НКК
Где xf — доля НКК в сырье,
yd -доля НКК в дистилляте
xw — доля НКК в остатке,
Преобразуем
W=F-D
14. Тепловой баланс колонны
Тепловой баланс ректификационной колонны:
где Qf –количества тепла вносимого с сырьем,
Qн -количество тепла, вносимого нагревателем,
Qd -количество тепла, уходящего с дистиллятом,
Qw – количество тепла, уносимого с остатком,
Qх -количество тепла, снимаемого холодильником-конденсатором.
При заданных составах и отборах дистиллята и остатка величины
Qd и Qw –постоянная величина.
Преобразуем предыдущее уравнение:
При неизменной температуре и составе сырья Qf=const, тогда величина
Исходя из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1)Разность между Qd и Qw –постоянная величина
2)При увеличении количества тепла, вносимого с сырьем, необходимо уменьшать нагрев.
Тепловые потоки должны быть увязаны с материальными потоками и качеством получаемых продуктов.
15. Число реальных тарелок равно…
16. Тарелки по способу контактирования подразделяются
Перекрестноточные тарелки характеризуются в целом (за исключением ситчатых) наибольшей разделительной способностью, поскольку время пребывания жидкости на них наибольшее по сравнению с другими типами тарелок. Перекрестноточным типам тарелок, получившим в современной технологии переработки нефти и газа преимущественное применение, относятся:
i. тарелки с нерегулируемым сечением контактирующих фаз следующих конструкций: ситчатые, ситчатые с отбойниками, колпачковые с круглыми, прямоугольными, шестигранными, S-образными, желобчатыми колпачками (рис. 2.23, а–д);
ii.
 |
тарелки с регулируемым сечением следующих конструкций: клапанные с капсульными, дисковыми, пластинчатыми, дисковыми эжекционными клапанами; клапанные с балластом; комбинированные колпачково-клапанные (например, S- образные и ситчатые с клапаном) (рис. 2.23 , е–к) и др.
Перекрестно-прямоточные тарелки отличаются от перекрестноточных тем, что в них энергия газа (пара) используется для организации направленного движения жидкости по тарелке, тем самым устраняется поперечная неравномерность и обратное перемешивание жидкости на тарелке и в результате повышается производительность колонны. Однако эффективность контакта в них несколько меньше, чем в перекрестноточных тарелках.
Противоточные тарелкихарактеризуются высокой производительностью по жидкости, простотой конструкции и малой металлоемкостью. Основной их недостаток — низкая эффективность и узкий диапазон устойчивой работы, неравномерное распределение потоков по сечению колонны, что существенно ограничивает их применение.
Прямоточные тарелкиотличаются повышенной производительностью, но умеренной эффективностью разделения, повышенным гидравлическим сопротивлением и трудоемкостью изготовления, они предпочтительны для применения в процессах разделения под давлением.
Для повышения производительности тарелки используют для контактирования фаз прямоток, а для повышения эффективности взаимодействия фаз предпочитают перекрестный ток или противоток.
17. При увеличении давления в ректификационной колонне четкость увеличивается и температура остатка, отбираемого из низа колонны
18. 100 % чистота в колонне достигается при бесконечном числе тарелок.
19. При увеличении флегмового числа четкость ректификации улучшается
20. Чем больше разность температур кипения при ректификации, тем, быстрее паровая фаза обогащается легкокипящим компонентом, тем легче разделить такую смесь.
Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 1852 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник
