Получение этилена из нефти и газа - Клименко А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Для выбора оптимального распределения температур между теплообменниками можно пользоваться следующим методом. На
/2 ІЗ
Рис. 139. К выбору оптимального распределения температур прп двухступенчатом охлаждении.
рис. 139 в координатах T — S изображен процесс охлаждения (пирогаза, абсорбента и т. д.) при P = const (кривая 1-2). Пусть точка Tx представляет температуру между ступенями охлаждения. На холодных концах обоих теплообменников задана разность температур A Tx.
Приращение работы, вызванное неравновесным теплообменом, для каждого из теплообменников может быть выражено уравнением:
A AL1 = T0
Qi
Тг + АТх
Ti
/ JPj
.! т
A AL2 =Г0
'Г х
Tx+A Tx
- J %
T2
Оптимальное значение Tx может быть найдено из условия минимального приращения работы в результате неравновесного теплообмена
где
A AL = A AL1 + A AL2.
(IV.57а) (IV.576)
Для случая охлаждения в узком интервале температур жидкости или неконденсирующегося газа, когда можно пренебречь изменением теплоемкости с температурой, т. е. принять Cp = const, тогда
V
Ti+A Tx T2 +A Tx '
(IV. 58)
для предельного случая, когда температурная разность на холодном конце теплообменника ATx = O
Tx = T2 |/^. (IV. 59)
¦ При охлаждении многокомпонентной смеси с парциальной конденсацией отдельных компонентов (случай наиболее часто встречающийся в установках разделения углеводородных газов) значение интеграла JdQiT следует находить графически. Для этого рассчитывают по обычным методикам и строят графически зависимость тепловой нагрузки теплообменника от величины, обратной темпера^ тУРе Q = ф (1/jO; площадь под кривой и будет искомым интегралом.
Оптимальное значение температуры выбирают методом подбора из условий минимального значения A ALi + A ALz, учитывая при этом, что всегда
При очень большом значении разности температур Ti—Т.> (рис. 139) не удается осуществить охлаждения в двух или более секциях теплообменника одним и тем же хладагентом. В области низких температур схема двухступенчатого холодильного цикла (рис. 134), осуществленная на пропане, непригода для охлаждения, так как при температурах порядка —80 -.--100° С давление насыщения для пропана составляет 0,15—0,08 ата. Работа же при таком глубоком вакууме неприемлема в связи с тем, что в этих условиях трудно обеспечить достаточную плотность системы. В результате подсоса воздуха в систему, заполненную пропаном, не только нарушается нормальная работа системы из-за повышения давления в испарителе и увеличивается расход энергии, но и создаются условия, при которых могут быть аварии; в отдельных узлах системы (в частности, в испарителе, разделительных сосудах) могут образоваться локальные взрывоопасные концентрации смеси пропан — воздух.
Минимальное давление в холодильном цикле лимитируется перепадом давления в клапанах поршневых компрессоров (А рм™н > > 0,1 атм) и в диффузорах и выходных каналах турбокомпрессоров, (А рмТин > 0,06 атм). Кроме того, при низких давлениях (соответственно высоких значениях удельных объемов) и при больших степенях сжатия в цикле увеличивается число ступеней сжатия, габаритные размеры и веса, а следовательно, и стоимость компрессорного и теплообменяого оборудования. Поэтому снижение давления ниже атмосферного в холодильном цикле, с углеводородными газами в качестве холодильных агентов, является нежелательным. Для снижения диапазона рабочих давлений применяют каскадный холодильный цикл с двумя или более холодильными агентами (например, пропан, этилен и метан), обеспечивающими получение холода на различных температурных уровнях.
На рис. 140 представлена принципиальная схема трехпоточного каскадного цикла. Такой каскадный цикл с развитой системой регенерации холода особенно удобен для сжижения чистых газов. При полной или парциальной конденсации многокомпонентных смесей, осуществляемой при переменной температуре холодильным агентом последнего потока каскадного цикла, испаряющимся при постоянной температуре, всегда будут значительные разности температур на теплом конце конденсатора-теплообменника и обусловленные этой разностью энергетические потери на неравновесный теплообмен.
На рис. 141 изображена схема двухпоточного каскадного холодильного цикла применительно к одной из установок разделения углеводородных газов. Холодильный цикл предназначен для получения холода постоянных температурных уровней: в_ конденсаторе колонны 1 минус 78° Сив конденсаторе колонны 2 минус 10° С. В качестве хладагента нижнего каскада используется этан, верхнего — пропан. Этановый каскад состоит из двухступенчатого компрессора 3 с межступенчатым 4 и концевым 5 водяными холодильниками, конденсатора-испарителя 6, сборника жидкости 7, регенеративного теплообменника 8, испарителя-конденсатора колонны 9 и переохладителя 10. В пропановом каскаде получается холод двух температурных уровней: —15 и —35° С. Схема пропанового каскада состоит из двухступенчатого компрессора 11 с межступенчатым холодильником, конденсатора 12, сборника жидкости 13 и двух испарителей: испарителя 14, работающего под давлением 3 ата, и конденсатора-испарителя 6, в котором пропан испаряется под давлением 1,4 ата. Диаграммы процессов для обоих каскадов в р—і координатах изображены на рис. 142. Нумерация точек на схеме и диаграммах совпадает.
