Основы расчета нефтезаводских процессов и аппаратов - Эмирджанов Р.Т.
Скачать (прямая ссылка):
В случаях же, когда разделению подвергаются высокомолекулярные углеводороды, при желании работать при давлениях, близких к атмосферному, температуры в колонне и, особенно в кипятильнике, могут оказаться настолько высокими, что приходится опасаться возможности термического разложения углеводородов. В таких случаях, в целях понижения температуры процесса ректификации приходится поддерживать в колонне вакуум, либо процесс вести с вводом острого водяного пара.
Пример 9. В колонне для разделения пропана и н.-бутана, состав дистиллата yD = 0,98. Орошение холодное, острое (см. фиг. 40). Охлаждение-водяное. Определить давление р, которое необходимо поддержать в прием-пике.
Решение. Примем температуру продукта в приемнике t = 40° С. Продукт находится в приемнике в жидкой фазе, поэтому давление найдем методом попыток, с использованием уравнения изотермы жидкой фазы
(IV, 47).
Зададимся предполагаемым значением р = 13.5 ата. По графикам (см. приложения находим константы равновесия пропана и бутана (при /=40° С и р = 13,5 ата)—Къ = 1,02 и Л*4 = 0,36, тогда
«:=Я3>'о +^ (1-)-0)= 1,02-0,98 + 0,36-0,02 = ]|0.
Так как E Zf1(Xj получилось равным единице, то следовательно, давление /? — 13,5 ата было принято правильно и пересчет не требуется.
Давление наверху колонны будет несколько выше—на величину гидравлических сопротивлений на пути движения потока от колонны до приемника.
1
147
L
13. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ КОЛОННЫ
Диаметр колонны. Сечение колонны, а, следовательно, и ее диаметр, определяются с помощью уравнения
« = —, м\ (V, 78)
где V— максимальный объем паров, поднимающихся по колонне, м*/сек;
да—допустимая линейная скорость паров в свободном сечении колонны, М/СЄК.
С увеличением скорости парового потока улучшаются условия контакта паров и жидкости на тарелке, но при сравнительно больших скоростях эффективность тарелки падает за счет уноса парами частиц жидкости с нижележащих тарелок на вышележащие. Для подсчета оптимальной скорости паров, при которой обеспечивается наилучшая эффективность работы тарелок, предложено много эмпирических, полуэмпирических и теоретических формул (см. например [4, 27 и 39]). Ниже приводится формула С. Н. Обрядчикова и Н. А. Хохрякова для колпачковых колонн, выведенная теоретически из условия падения капель в токе поднимающихся паров.
да = 0,03341/ м/сек, (V, 79)
V Tn
где Тж и Тп— удельные веса жидкого и парового потоков,
кГ/м*.
Следует иметь в виду, что в данной формуле не учитывается влияние ряда факторов—расстояния между тарелками, поверхностного натяжения жидкости, конструкции тарелки и т. д.
Для расчета используются также и практические средние данные о линейных скоростях паров:
а) в атмосферных колоннах—0,4—0,9 м/сек;
б) в вакуумных колоннах —1,5—3,5 м/сек;
в) в колоннах, работающих под давлением—0,2—0,7 м/сек. Расстояние между тарелками. При выборе расстояния между тарелками надо иметь в виду следующие соображения:
1) в местах расположения люков, необходимых для осмотра и производства ремонтных работ, расстояния между тарелками должны выбираться из условия удобства работы;
2) расстояния между тарелками должны обеспечивать соответствующий подпор жидкости в сливных трубах, обеспечивающий нормальный сток жидкости по ним [27];
3) с увеличением расстояния между тарелками уменьшается возможность уноса жидкости;
148
4) с увеличением расстояния между тарелками увеличивается
общпн высота колонны.
Практически в атмосферных колоннах расстояние между Tflptviким и можно принять, приблизительно, равным линейной скорої"! и паров в свободном сечении колонны [4], т. е. в пределах 0,4—0,9 м.
Сечение шлемовых труб. Сечение шлемовых труб подсчи-тыимется, исходя из скорости паров, которая может быть принята равной 12—20 MJceK для атмосферных колонн и 30—60 м/сек—для вакуумных.
14. РЕКТИФИКАЦИЯ С ПЕРЕГРЕТЫМ ВОДЯНЫМ ПАРОМ
Острый перегретый водяной пар подается в колонну в двух случаях: 1) для создания так называемого парового „ороше-
ния в отгонной секции колонны, когда по каким-либо причинам невозможно или нежелательно устанавливать кипятильник и 2) для понижения температуры процесса с целью предохранения от разложения термически неустойчивых компонентов сырья.
Особенности ректификации с перегретым водяным паром рассмотрим на примере отгонной колонны (фиг. 52).
Материальные и тепловой балансы для контура ниже произвольного сечения выглядят следующим образом
tfin =Gn + # (V1 80)
ffit+l •Xn+I =On
(V, 81)
- Gn Qa+RqR+ ZL .(V,82)
В этих уравнениях индекс n относится к потокам, уходящим с произ-
j
t
г к
і;
Фиг. 52. Схема отгонной колонны, работающей с кипятильником и с вводом острого
перегретого водяного пара.
1 і
149
больной n-ой тарелки, а индекс л+1 — к потокам, уходящим сп + 1 тарелки (счет тарелок—снизу вверх).
Как видим, в отличие от колонн, работающих без перегретого водяного пара, в данном случае в уравнении теплового баланса появляются дополнительные члены ZiHa4 и Zin, что в
некоторой степени усложняет расчеты.
С другой стороны появление третьего компонента—водяного пара (Z), присутствующего только в паровой фазе, согласно правилу фаз, увеличивает число степеней свободы для равновесных систем с двух до трех. Это означает, что любая равновесная система, например, состоящая из жидкого и парового потоков, уходящих с какой-либо теоретической тарелки, окажется вполне определенной, если известны не два, а. три независимых параметра. В качестве этих независимых параметров, обычно, используются любые три интенсивные свойства системы: общее давление системы (р) температура системы (t), составы паровой (у) и жидкой (х) фаз, парциальное давление водяных паров (р2), относительное содержание водяного пара в паровой фазе ^"^"j и т- д*
