ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Элементы технологического расчета ректификационных тарелок из "Современные установки первичной переработки нефти" Процесс ректификации предназначен для разделения жидких неоднородных смесей на практически чистые компоненты или фракции, которые различаются по температуре кипения. Физическая сущность ректификации, протекающей в процессе перегонки нефти, заключается в двухстороннем массо- и теплообмене между потоками пара и жидкости при высокой турбулизации контактирующих фаз. В результате массообмена отделяющиеся от горячей жидкости пары обогащаются низкокипящими, а жидкость — высококипящими компонентами. При определенном числе контактов между парами и жидкостью можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих, и жидкость — из высококипящих компонентов. Ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осуществляется в противотоке пара и жидкости. При ректификации паров жидкое орошение создается путем конденсации части парового потока вверху колонны, а паровое орошение при ректификации жидкости — путем испарения части ее внизу колонны. [c.49] Конструкция аппаратов, предназначенных для ректификации, зависит от способа организации процесса в целом и способа контакта фаз. Наиболее простая конструкция ректификационных аппаратов при движении жидкости от одной ступени контакта к другой под действием силы тяжести. [c.49] На установках первичной перегонки нефти основным аппаратом процесса ректификации является ректификационная колонна — вертикальный аппарат цилиндрической формы. Внутри колонны расположены тарелки—одна над другой. На поверхности тарелок происходит контакт жидкой и паровой фаз. При этом наиболее легкие компоненты жидкого орошения испаряются и вместе с парами устремляются вверх, а наиболее тяжелые компоненты паровой фазы, конденсируясь, остаются в жидкости. В результате в ректификационной колонне непрерывно идут процессы конденсации и испарения. [c.49] При ступенчатом осуществлении процесса ректификации контакт пара и жидкости может происходить в противотоке, в перекрестном токе и в прямотоке. Если ректификация идет непрерывно во всем объеме колонны, то контакт пара и жидкости при движении обеих фаз может происходить только в противотоке. [c.49] На большей части действующих установок ректификация протекает нечетко. Получаемые компоненты светлых и масляных дистиллятов не соответствуют требуемому фракционному составу, наблюдается налегание фракций, часть наиболее тяжелых фракций светлых нефтепродуктов — дизельного топлива — проваливается в низ колонны, в мазут. Поэтому исследованию и анализу работы ректификационных колонн, разработке и испытанию новых типов барботажных тарелок, совершенствованию методов их расчета уделяется большое внимание. [c.50] Современные ректификационные аппараты классифицируются в зависимости от их технологического назначения, давления, способа осуществления контакта между паром и жидкостью и внутреннего устройства, обеспечивающего этот контакт. По технологическому назначению на современных комбинированных установках АВТ ректификационные аппараты делятся на колонны атмосферной перегонки нефти, вакуумной перегонки мазута, стабилизации легких фракций, абсорбции жирных газов переработки нефти, вторичной перегонки широкой бензиновой фракции и др. По проводимому процессу различают следующие ректификационные колонны атмосферные, вакуумные, стабилизаторы и др. В зависимости от давления колонны делятся на вакуумные, атмосферные и работающие под давлением. В качестве контактного устройства в колоннах применяют тарелки. Часто эти колонны именуются тарельчатыми. По способу контакта между паром (газом) и жидкостью все ректификационные аппараты на установках первичной перегонки нефти характеризуются непрерывной подачей обеих фаз. [c.50] На конструкцию ректификационной колонны оказывают влияние технологические особенности система подачи сырья, отвод боковых жидких погонов, подача орошений, пара и др. [c.50] Типовая схема работы атмосферной ректификационной колонны состоит в следующем (рис. 24). Нагретое до 340—350 °С сырье (в основном в парожидкостном состоянии) поступает в среднюю часть колонны. Сверху отбирается парогазовая смесь — продукт, обогащенный низкокипящими компонентами и содержащий водяной пар. В средней части с соответствующих тарелок отбирают боковые флегмы — компоненты светлых нефтепродуктов, а снизу остаток — мазут, обогащенный высококипящими компонентами. Часть колонны, расположенная выше ввода сырья, называется концентрационной, или укрепляющей, а расположенная ниже ввода сырья, — отгонной, или исчерпывающей. Верхняя тарелка отгонной части колонны, на которую поступает сырье, обычно называется тарелкой питания. [c.50] Отпарные колонны конструктивно выполнены в одном корпусе, но отделены друг от друга глухой перегородкой. В отпарных колоннах создается орошение водяным паром, который снижает парциальное давление нефтяных паров и способствует их испарению. [c.51] Пониженное давление в вакуумной колонне необходимо при разделении термически нестабильных смесей. Максимальная температура в вакуумных колоннах соответствует температуре вводимого в нее сырья она ограничивается возможностью термического-разложения продуктов и закоксовыванием труб в печи. Эта температура и определяет расчетное давление в колонне. Для поддержания температуры в питательной секции необходимо наверху колонны иметь глубокий вакуум. По практическим данным, остаточное давление наверху вакуумной колонны не должно превышать 40—60 мм рт. ст. Однако на большинстве действующих установок наблюдается значительное гидравлическое сопротивление на тарелках, а наверху колонн—высокие остаточные давления порядка 100—120 мм рт. ст. и более. Это является одной из причин плохой погоноразделительной способности вакуумных колонн. [c.53] На современных комбинированных установках АВТ имеются блоки стабилизации, абсорбции-десорбции и вторичной перегонки широкой бензиновой фракции. Во всех этих блоках процесс ректификации, или фракционирования, осуществляется в ректификационных колоннах. Эти технологические блоки на установках АВТ добавляются в зависимости от углеводородного состава перерабатываемой нефти и от назначения их в схеме переработки по заводу в целом. На рис. 26 приводится типовая схема технологической связи между стабилизатором и фракционирующим абсорбером на установках АВТ. [c.53] Цель расчета ректификационных колонн АВТ на заданную производительность и четкость разделения фракции—определить технологический режим аппарата, основные его размеры и внутренние устройства. Технологический режим колонны зависит от температур всех внешних материальных потоков, рабочего давления в аппарате, удельного расхода тепла на испарение остатка и конденсацию части верхнего продукта, флегмового числа или удельного расхода абсорбента. Основные размеры колонны — диаметр и высота— зависят, главным образом, от типа и числа тарелок, расстояния между ними. Основными размерами тарелки являются ее свободное сечение и размеры некоторых элементов, характерные для каждого типа тарелок. [c.54] Научно-исследовательские работы и опыт производственников позволили выявить существенный недостаток ректификационных колонн действующих промышленных установок АВТ — их малую погоноразделительную способность, а также конструктивные, технологические, экономические недостатки тарелок. Эти недостатки объясняются использованием формул и методов расчета ректификационных систем, рекомендованных в 30-х годах для маломощных установок с ограниченным количеством получаемых фракций при наличии незначительного количества технологических узлов. Кроме того, ни количество данных, требуемых для разработки методов расчета, ни опыт эксплуатации таких сложных аппаратов, как ректификационные колонны, не были в то время достаточно полными. Механический перенос устаревших данных и методов расчета на современные мощные ректификационные колонны приводит к тому, что их фактические показатели, как правило, отличаются от проектных в итоге не обеспечивается получение продуктов нужных качеств. [c.54] Большая часть колонн атмосферной перегонки ранее построенных установок имеет запас производительности 30—50%. Вакуумные же колонны часто не обеспечивают проектную производительность, в них наблюдается большое налегание фракций и ряд других недостатков. Анализ работы большого количества ректификационных колонн и обобщения этих данных показали, что на погоноразделительную способность колонн оказывают существенное влияние следующие факторы тепловой режим паровых и жидкостных потоков, материальный баланс колонны, размеры сечений контактных элементов, конструкция и число тарелок, кратность орошения, способ ввода орошения в колонну, весовая и линейная скорость паров. [c.54] Ранее все эти факторы при проектировании и строительстве маломощных установок в полной мере не учитывались и расчеты, как правило, проводились на основе практических данных и методом приближения. [c.54] Для правильного выбора при проектировании размеров основного технологического оборудования установок АВТ необходимотщательно изучить и определить следующие технологические факторы. [c.55] Давление. Давление в основной колонне атмосферной секции должно обеспечивать преодоление гидравлических сопротивлений парогазовых потоков по всей системе. Обычно избыточное давление в атмосферной колонне находится в пределах 0,7—0,8 кгс/см и не должно превышать 1, О кгс/см , т. е. оно должно приниматься минимально возможным. Практически это давление несколько колеблется в зависимости от условий эксплуатации. При двухколонной схеме работы установки давление в отбензинивающей колонне, как правило, должно быть выше, чем в основной атмосферной колонне, но его следует принять минимально возможным, лишь-достаточным для того, чтобы преодолеть сопротивление шлемовой трубы, змеевика конденсатора и коммуникации газоотводящей системы. В отбензинивающей колонне отгоняются легкие бензиновые пары и газы, а для подачи последних в газовую сеть предприятия давление в первой ректификационной колонне должно быть не ниже 3—4 кгс/см . По фактическим данным, на действующих двухколонных установках избыточное давление в большинстве случаев составляет от 1 до 3,5 кгс/см . [c.55] Остаточное давление наверху вакуумных колонн следует принимать равным 40—60 мм рт. ст. Однако на практике оно значительно выше, что ухудшает погоноразделительную способность-колонны. [c.55] Температурный режим в колонне. Температурный режим, влияющий на показатели работы колонны, зависит от качества дистиллятов и давления в колонне. Нужно определить обычным путем, температуры верха и низа колонны, боковых погонов и низа остатка. При этом следует учитывать, что в низ колонн подается водяной пар и температура внизу колонны будет определяться парциальным давлением нефтяных паров. Водяной пар оказывает существенное влияние на температурный режим колонны. Ниже приводится средний температурный режим, поддерживаемый в основных колоннах действующих АВТ (см. стр. 56). [c.55] Установлено, что перепад температуры между печью и колонной на установках АВТ составляет для атмосферной секции от 5 до 18 °С, для вакуумной 25—30 °С. В работе колонны этот фактор играет решающую роль. Однако в ранее запроектированных установках он не учитывался. В расчетах часто, определив долю отгона и температуру сырья при входе в колонну по кривой ОИ, принимают эту температуру равной температуре потока сырья на выходе из печи. Это приводит к неправильному определению количества тепла, вносимого в колонну. В среднем ошибка составляет 10—15% от общего количества тепла в колонне. [c.56] Вернуться к основной статье