Ректификационная переработка нефти и продукции из нее
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
количество паров высококипящего компонента и, наоборот, в кубовом остатке будет растворено некоторое количество низкокипящего компонента. Для полного или четкого разделения компонентов применяют ректификацию.
Ректификация - тепло массообменный процесс, который осуществляется в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадка, тарелки). В процессе ректификации происходит непрерывный обмен между жидкой и паровой фазой. Жидкая фаза обогащается более высококипящим компонентом, а паровая фаза - более низкокипящим. Процесс тепломассообмена происходит по всей высоте колонны между стекающим вниз дистиллятом, образующимся наверху колонны (флегмой), и поднимающимся вверх паром. Чтобы интенсифицировать процесс тепломассообмена применяют контактные элементы, увеличивающие поверхность взаимодействия фаз. В случае применения насадки, флегма стекает тонкой пленкой по ее развитой поверхности. В случае применения тарелок, пар в виде множества пузырьков, образующих развитую поверхность контакта, проходит через слой жидкости на тарелке.
Взаимодействие паров и жидкости достигается в ректификационных колоннах, снабженных контактными устройствами - ректификационными тарелками или насадкой.
Рассмотрим принцип разделения двухкомпонентной смеси ректификацией. Сырье в которое необходимо разделить на две части - высококипящую и низкокипящую, подается в среднюю часть колонны на тарелку питания. Сырье может подаваться в колонну в виде жидкости, пара или парожидкостной смеси.
Введенная в колонну жидкая смесь стекает по контактным устройствам в нижнюю часть колонны, называемую отпарной. Навстречу потоку жидкости поднимаются пары, образующиеся в результате кипения жидкости в кубе колонны.
Пары, поступающие на тарелку с нижележащей, имеют более высокую температуру, чем стекающая с вышележащей тарелки жидкость. На тарелке в результате контакта паров и жидкости (флегмы) происходит выравнивание температур. При этом из паров, которые охлаждаются, выделяется в жидкую фазу некоторое количество высококипящего компонента, а из стекающей жидкости испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, т.е. на каждой тарелке или контактном устройстве происходит теплообмен и массообмен. В парах по мере их подъема по колонне уменьшается содержание в.к.к. и соответственно возрастает концентрация н.к.к., а в опускающейся флегме возрастает концентрация в.к.к. и уменьшается концентрация н.к.к.
Пары с верха колонны отводятся в конденсатор, где они охлаждаются, частично или полностью конденсируются.
Часть сконденсированного верхнего продукта или дистиллята закачивается насосом в качестве орошения, которое, стекая с верхней тарелки, создает жидкостный поток - флегму. Избыточная часть дистиллята откачивается за пределы установки или же направляется в качестве сырья для другой колонны.
Флегма с низа колонны отводится в кипятильник (рибойлер), где она в результате подвода теплоты подвергается частичному испарению. Выделившиеся из флегмы пары из кипятильника возвращается в колонну (под нижнюю тарелку) и образуют восходящий паровой поток, что необходимо для ректификации.
В одной ректификационной колонне жидкую углеводородную смесь можно разделить на две фракции. Для разделения смеси на три фракции требуется двухколонная установка. В первой колонне выделяется одна фракция, а смесь двух других разделяется во второй колонне. Для разделения смеси на n фракций требуется n - 1 ректификационных колонн.
Число тарелок в ректификационной колонне зависит от разницы температур кипения разделяемых компонентов. Чем более близкие температуры имеют углеводороды, тем труднее разделить их смесь на составляющие компоненты, тем больше тарелок в колонне требуется для этого. Так, для разделения смеси н-бутана и н-пентана разность температур кипения при атмосферном давлении равна +36,1 - (- 0,5)= 36,6С необходима колонна с 30 тарелками.
Для разделения смеси изобутана и н-бутана, разность температуры кипения (-0,5)-(-11,1)=10,6С необходимо колонна с 80 тарелками и более, а для разделения н-пентана и изопентана, имеющих температуры кипения соответственно 36,2 и 28С, требуется колонна со 100-120 ректификационных тарелок.
Основные параметры, определяющие работу ректификационных колонн, - это давление, температуры верха, низа и ввода сырья в колонну, кратность орошения или флегмовое число. Теоретически процесс ректификации углеводородов можно проводить при широком диапазоне давлений - от глубокого вакуума до критических величин. Но оптимальное это минимальное давление, при котором конденсацию верхнего продукта можно проводить, охлаждая водой или воздухом. Следовательно, выбранная температура в емкости орошения и будет определять давление в колонне: при парциальной конденсации паров верхнего продукта - это давление точки росы, а при полной конденсации - давление насыщенных паров кипящей жидкости.
В большинстве ГФУ охлаждающим агентом является оборотная вода, температура в которой в средней полосе Казахстана поддерживается 16 - 20 зимой и 24 - 30С - летом. Исходя из этого, температуру конденсации верхнего продукта принимают равной 40С, а при использовании аппаратов воздушного охлаждения температура в емкости орошения должна быть на 10 - 12С выше максимально возможной температуры окружающего воздуха.
При такой конденсации верхнего продукта абсолютное давление в емкости орошения определяются по уравнению:
х = р,
= р, (1.1)
где х -