Оборудование нефтеперерабатывающих предприятий и основы проектирования

Указанные недостатки, присущие и другим одноступенчатым (односекционным) массообменным аппаратам, можно в значительной мере преодолеть при использовании многосекционных аппаратов, в которых взаимодействие фаз приближается к противоточному.

В многокамерном адсорбере с кипящим слоем (рис.56) газ последовательно проходит через перфорированные тарелки (газораспределительные решетки), имеющие переточные трубы 2, по которым твердые частицы адсорбента «стекают» со ступени на ступень, противотоком к потоку газа. При псевдоожиженном адсорбенте на каждой ступени взаимодействие фаз приближается к режиму идеального смешения, в то время как для аппарата в целом это взаимодействие близко к режиму идеального вытеснения. В таких условиях газ более равномерно распределяется по площади поперечного сечения аппарата, сводится к минимуму «проскок» газа без взаимодействия с адсорбентом и увеличивается время взаимодействия фаз. В результате достигается более равномерная и полная «отработка» зерен адсорбента.

На рис. 57 приведена схема установки, в которой и адсорбция и десорбция осуществляются в псевдоожиженном слое поглотителя. Адсорбер 1 и десорбер 2 имеют цилиндрический корпус с коническим днищем. Выходящий из десорбера регенерированный поглотитель увлекается потоком исходной парогазовой смеси и подается в адсорбер по трубе 3. Скорость газа в адсорбере должна быть такой, чтобы зернистый поглотитель находился в нем в псевдоожиженном состоянии.

Непоглощенная часть  газовой смеси через сепаратор 4 и циклон 5 удаляется из аппарата. Отработанный поглотитель отводится из нижней части адсорбера, нагревается в теплообменнике 6 и поступает в трубу 7, где увлекается адсорбирующим агентом (например, перегретым водяным паром) и подается в десорбер, снабженный обогревательной рубашкой.

Адсорбент Газ

\   \

Газ и \ли перегретый пар  \

\   \

Газ Адсорбент

 

 

 

 

 

 

В десорбере  скорость десорбирующего агента должна быть такой, чтобы поглотитель находился в псевдоожиженном состоянии. Регенерированный поглотитель отводится из нижней части десорбера, охлаждается в теплообменнике 9, поступает в трубу 3 и цикл начинается снова. Смесь паров воды и десорбированных веществ выходит из десорбера через сепаратор 4 и циклон 5, поступает в качестве нагревающего агента в теплообменник 6, а затем выходит через штуцер 10 в конденсатор.

 

Вопросы для  проверок

1. Методы регенерации (десорбция) адсорбента
2. Какие вещества используются в качестве десорбирующих агентов
3. Как осуществляется десорбция острым водяным паром
4. Адсорберы с неподвижным слоем поглотителя
5. Из каких стадий состоит процесс адсорбции с неподвижным слоем поглотителя или периодический процесс
6. Типы адсорберов периодического действия (рисунки)
7. Схема промышленной углеадсорбционной установки для улавливания паров органических веществ из воздуха,описание
8. Адсорберы с движущимся слоем поглотителя,принцип работы
9. Адсорберы с кипящим слоем поглотителя,принцип работы.
10. Одно- и многокамерные абсорберы с кипящим слоем поглотителя

ЛЕКЦИЯ 12

ПРОЦЕСС РЕКТИФИКАЦИИ И АППАРАТЫ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ

 

План

1. Простая перегонка
2. Простая перегонка с дефлегмацией
3. Принцип ректификации

 

Простая перегонка

Фракционная перегонка. Перегонку проводят путем        постепенного испарения жидкости, находящейся друг в друге. В перегонном кубе. Образующиеся пары  отводятся и конденсируются. Процесс осуществляют периодическим или непрерывным  способом.

Если простая перегонка  проводится периодически, то в ходе отгонки НК содержание его в кубовой  жидкости уменьшается. Вместе с тем, изменяется во времени и состав дистиллята, который обедняется НК по мере протекания процесса. В связи с этим отбирают несколько фракций дистиллята, имеющих различный состав. Простая перегонка, проводимая с получением конечного продукта разного состава, называется фракционной, или дробной, перегонкой.

В периодически действующей  установке для фракционной перегонки (рис. 58) исходную смесь загружают в перегонный куб, снабженный змеевиком для обогрева, и доводят до кипения. Пары отводят в конденсатор-холодильник 2. Фракции дистиллята поступают через смотровой фонарь 3 в отдельные сборники 4—6. По окончании операции остаток сливают из куба, после чего в него вновь загружают разделяемую смесь.

Для составления материального  баланса простой перегонки примем, что в кубе в некоторый момент времени т содержится кг перегоняемой смеси, имеющей текущую концентрацию х (по низкокипящему компоненту). Количество НК в жидкости в этот момент равно х.

Пусть за бесконечно малый  промежуток времени     испарится    кг смеси и концентрация жидкости в кубе уменьшится на величину их. При этом образуются    кг пара, равновесного с жидкостью и имеющего концентрацию у количество НК в паре будет равно     . Соответственно остаток жидкости в кубе составит Раскрывая скобки и пренебрегая произведением      х, как бесконечно» малой величиной второго порядка, после разделения переменных получим

 

 

 

 

 

 

 

 

Раскрывая скобки и пренебрегая  произведением     , как бесконечно» малой величиной второго порядка, после разделения переменных получим.

Это дифференциальное уравнение должно быть проинтегрировано-в пределах изменения количества жидкости в кубе от начального = Р до конечного    = (где Р—количество исходной смеси, или питания, и количество остатка) и соответствующего падения ее концентрации от х_р до xv за всю операцию перегонки:

В результате интегрирования получим Для ряда значений х в пределах от х_р до х находят из диаграммы у — х равновесные им значения у  и по размеру площади под кривой, ограниченной абсциссами х_р и х^, определяют (с учетом масштабов диаграммы) величину искомого интеграла.

По уравнению (26), зная количество Р загруженной в куб смеси и ее состав х_р, агакже заданный состав остатка х^, находят количество остатками.

Количество перегнанной  жидкости составляет Р — Н7.

Средний состав ( _р)_ср получаемого дистиллята рассчитывают из уравнения материального баланса по низкокипящему компоненту:

Расчет простой перегонки  обычно имеет целью определить количество жидкости, которое необходимо перегнать  для того чтобы получить в кубе остаток заданного состава и  дистиллят требуемого среднего состава.

Простую перегонку проводят при атмосферном давлении или под вакуумом, присоединяя сборники дистиллята к источнику вакуума. Применение вакуума дает возможность разделять термически малостойкие смеси и, вследствие понижения температуры кипения раствора, использовать для обогрева куба пар более низких параметров.

Простая перегонка  с дефлегмацией. Для повышения степени разделения смеси перегонку осуществляют, дополнительно обогащая дистиллят путем дефлегмации. Пары из перегонного куба 1 (рис. 59) поступают в дефлегматор 2, где они частично конденсируются. Из пара конденсируется преимущественно В К и получаемая жидкость (флегма) сливается в куб. Пары, обогащенные НК, направляются в конденсатор-холодильник 3, где полностью конденсируются. Дистиллят собирается в сборниках 4 — 6. Окончание операции контролируют по температуре кипения жидкости в кубе, которая должна соответствовать заданному составу остатка. Последний удаляется из куба через штуцер 7.

Перегонка в  токе носителя (перегонка с водяным  паром). Понижение температуры кипения разделяемой смеси может быть достигнуто не только при перегонке под вакуумом, но также путем введения в эту смесь дополнительного компонента (носителя). Если компоненты исходной смеси не растворимы в воде, то ее используют в качестве дополнительного компонента, который вводят в куб обычно в виде острого пара.

При перегонке высококипящих  веществ, не растворимых в воде, с  водяным паром температура кипения смеси должна быть ниже температуры кипения воды при данном давлении. Таким образом, при атмосферном давлении (Р ~ 1 ат) температура перегонки будет ниже 100 °С.

Этим способом обычно разделяют (или очищают от примесей) смеси веществ, кипящих при температурах, превышающих 100 °С, что и обусловливает необходимость подачи воды в куб в виде острого перегретого пара.

Исходная смесь загружается  в куб 1, обогреваемый глухим паром через рубашку. Внутрь куба через барботер 2 подается острый пар. Пары,

образующиеся при испарении  смеси, направляются в конденсатор

холодильник 3. Образующийся здесь конденсат через смотровой фонарь 4 поступает на разделение в сепаратор 5. Снизу сепаратора через гидравли-реский затвор удаляется, например вода, а сверху — отогнанный, не растворимый в воде более легкий компонент, который сливается в сборник 6.

Практически перегонка  с водяным паром протекает  в неравновесных условиях. В данном процессе острый пар играет двоякую  роль — тепло- вид функции у =(х) определяется формой кривой равновесия и не может быть установлен аналитически для каждого конкретного случая перегонки. Поэтому интегрирование правой части уравнения (26) проводят графически — путем построения зависимости (у— х) от х носителя и агента, снижающего температуру кипения. Поэтому пар надо вводить в количестве, большем его теоретического расхода на процесс собственно отгонки выделенного вещества.

Процесс можно  рассматривать как перегонку  в токе носителя — водяного пара, которая может проводиться периодически (как показано на рис. 60) или непрерывно. Общий расход тепла при перегонке с водяным паром больше, чем при простой перегонке на количество тепла, удаляющееся с носителем (водяным паром).

Перегонка с  инертным газом. При перегонке смесей, вместо водяного пара, иногда используют инертные газы, например азот, двуокись углерода и др. Перегонка в токе неконденсирующегося инертного газа позволяет более значительно снизить температуру испарения разделяемой смеси, чем при перегонке в токе водяного пара, где это снижение ограничено температурой его конденсации. Вместе с тем, присутствие инертного газа в парах, поднимающихся из куба, приводит к резкому уменьшению коэффициента теплоотдачи в конденсаторе-холодильнике и соответственно — к значительному возрастанию поверхности теплообмена. Кроме того, конденсация парогазовых смесей часто сопровождается туманообразованием. Это весьма затрудняет разделение смесей и вызывает заметный унос конечного продукта с инертным газом.

 

 

 

 

 

Теоретический расход водяного пара или инертного газа может быть найден из соотношения (27). Обычно пар полностью не насыщается извлекаемым компонентом. Поэтому, учитывая степень насыщения пара (газа), которая определяется коэффициентом насыщения ф = 0,5—0,9, расход носителя рассчитывают по уравнению где все обозначения величин те же, что и в уравнении (27).

Уравнением (28) не учитывается расход носителя, который требуется для нагревания смеси до температуры перегонки, испарения смеси и компенсации потерь тепла в окружающую среду. Чтобы избежать чрезмерно большого расхода носителя и разбавления им паров, тепло для указанных выше целей подводят в куб с помощью глухого пара или другого теплоносите.

Температуру перегонки  с инертным газом или водяным  паром можно определить, пользуясь графиком зависимости давления паров чистых компонентов от температуры (рис.61). Нанося на график кривую давления паров р_в носителя (например, водяного пара) «обращение», т. е. не от нуля, а от давления, равного атмосферному, вниз и находят точку, а пересечения кривых давлений насыщенных паров носителя и соответствующей жидкости. Абсцисса точки пересечения указывает искомую температуру перегонки.

Равновесная перегонка. Этот вид перегонки применяется, например в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в основном для предварительного (перед ректификацией) разделения сложных смесей, содержащих летучие компоненты.

Исходная смесь нагревается  и однократно испаряется в трубчатой  печи , показанной на рис. 62 (О — количество пара, остальные обозначения — прежние). Да конца процесса пары длительно соприкасаются с неиспарившейся жидкостью и приходят в равновесие с ней. После достижения конечной температуры смесь пара и жидкости через дроссельный вентиль 2 направляется в сепаратор 3, где образовавшиеся¹ пары отделяются от неиспарившейся жидкости. В таком процессе не достигается четкого разделения смеси. Поэтому получаемые продукты обычно подвергаются последующей ректификации.

 

 

 

Рис. 61. К определению температуры  перегонки  с  водяным  паром.

Рис.  62.  Схема  установки для  равновесной  перегонки:

1 — трубчатая   печь;  2 — дроссельный  вентиль; 3 — сепаратор.

 

 

Молекулярная  перегонка 

Для извлечения дорогостоящих  компонентов из смесей, где они  содержатся в небольших количествах, или для тщательной очистки термически нестойких смесей от примесей используют молекулярную перегонку, проводимую' в условиях глубокого вакуума. Этот процесс отличается специфическими особенностями, требует применения специальной аппаратуры и будет рассмотрен ниже.

  Ректификация

Принцип ректификации. Как отмечалось, достаточно высокая степень разделения однородных жидких смесей на компоненты может быть достигнута путем ректификации. Сущность процессов, из которых складывается ректификация, и получаемые при этом результаты можно-проследить с помощью I — х — у - диаграммы (рис.63).