Получение этилена из нефти и газа - Клименко А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Пары этана в состоянии 0 засасываются компрессором I ступени. После сжатия в компрессоре (точка /) этан охлаждается водой в концевом холодильнике этана 5 (процесс /—//) и пропаном в конденсаторе 11 (процесс II—III). Затем жидкий этан переохлаждается в регенеративном теплообменнике 8 (процесс III—IV), расширяется в дроссельном вентиле 15 (процесс IV— V), испаряется и несколько перегревается в испарителе 9 (процесс V—VI). В испарителе нижнего каскада 9 осуществляется отвод тепла от верхнего продукта колонны 1 на температурном уровне —83° С. В регенеративном теплообменнике 8 пары этана подогреваются (процесс VI— VII); в переохладителе пропана 10 происходит дальнейший подогрев (процесс VII—0).
Работа пропанового каскада не описывается, так как схема (рис. 141) и диаграмма (рис. 142) дают о нем ясное представление.
Рис. 140. Схема каскадного цикла.
Рис. 141. Схелга двухступенчатого каскадного холодильного цикла.
Зтанобьій цим
\11а 1 рк"Ю,Вата
J, ккал/кг
Пропановий цикл
Pxir^Pxv-3 ama
J, ккал/нг
Рис. 142. Диаграмма процессов в каскадном цикле.
Многокомпонентные смеси как холодильные агенты
Потери энергии Л AL от неравновесного теплообмена могут быть весьма большими, соизмеримыми с затратами энергии на проведение теоретического цикла ALm, а иногда и превышать его (см. рис. 137). Применяемое в технике ступенчатое охлаждение с одним или несколькими холодильными агентами обеспечивает лишь частичное снижение расхода энергии на процесс охлаждения ввиду невозможности практического осуществления охлаждения в большом количестве ступеней. Снижение потерь от неравновесного теплообмена до минимума может быть осуществлено, если разности температур по всей длине теплообменного аппарата будут минимальными, но для этого необходимо, чтобы кривые Q—T для охлаждаемого вещества и холодильного агента были эквидистантными, т. е. чтобы холодильный агент в парокомпрессионном цикле испарялся при переменной температуре. Это условие может быть удовлетворено, если в качестве холодильных агентов применить бинарные либо многокомпонентные смеси, конденсирующиеся и испаряющиеся при переменных температурах.
Снижение потерь на неравновесный теплообмен в результате применения в качестве холодильных агентов смесей компонентов может привести к весьма существенному снижению общих энергозатрат в холодильном цикле.
Температурный уровень получаемого холода в цикле, осуществляемом многокомпонентной либо бинарной смесью, определяется не только давлением испарения, но также и составом смеси.
На рис. 143 приведена зависимость давления конденсации смеси метан-пропан (при температуре охлаждающей воды 20° С) и температуры начала испарения от концентрации метана в смеси. С увеличением концентрации легколетучего компонента в хладагенте снижается температурный уровень холода, получаемого в испарителе, при этом одновременно понижается и температурный уровень, при котором отводится тепло в конденсаторе; для сохранения его на прежнем уровне необходимо повысить давление конденсации.
Если дросселирование насыщенной жидкости осуществляется ит давления ра до давления рь, то состав паровой п жидкой фаз и их температура могут быть определены из уравнения постоянства энтальпии, характеризующего процесс дросселирования:
hm = xsism -f- (1 — X3) isn. (IV. 60)
где хз — количество жидкости, образовавшейся при дросселировании.
Переохлаждение многокомпонентного холодильного агента па величину А ^переохл перед дросселированием, уменьшая теплосодержание жидкости г'аж на величину с™ А ?Переохл (Ср — теплоемкость жидкости), обусловливает снижение температурного уровня получаемого холода.
Параметры точки конца дросселирования переохлажденной жидкости могут быть определены по изложенной выше методике, если
в уравнение (IV. 60) вместо І2Ж подставить (Ї2Ж—с™ А ?переохл)-Температурный уровень получаемого в испарителе холода может быть изменен не только в результате изменения концентраций данных компонентов, но и заменой их другими. При этом, чем больше разность температур кипения компонентов, тем шире диапазон изменения температур в процессах конденсации и испарения.
В качестве компонентов холодильного агента могут быть применены вещества, критическая температура которых много ниже температуры окружающей среды. Так, например, можно осуществить парокомпрессионный цикл с регенерацией на смеси метан-пропан, правда, в относительно узких пределах концентраций.
Автором с сотрудниками [119] были проведены исследования па-рокомпрессионного цикла на смеси метан-пропан. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 144. Смесь метан-пропан сжимается в компрессоре 1, частично конденсируется проточной водой в парциальном конденсаторе 2, полностью сжижается в регенеративном конденсаторе 3 обратным потоком газа из испарителя,
дросселируется в дроссельном вентиле 4 и после испарения в испарителе 5 возвращается в компрессор.
На рпс. 145 приведены результаты экспериментов по определению эффективной удельной холодопроизводительности, относящейся к минимальному значению температурного уровня. Для сравнения на этом же графике нанесены удельные холодопроизводительности парокомпрессионных циклов, осуществленных на других хладагентах [120]. Как видно из рис. 145, удельная холодопроизводитель-ность цикла при работе на указанной выше смеси на низком температурном уровне (—70 —.--80° С) значительно выше, чем при работе
