что обеспечивает четкость ректификации в колоннах на установках авт
Влияние основных параметров на процесс ректификации
Основными параметрами, влияющими на процесс ректификации газовых смесей, являются: давление, температура, количество теоретических тарелок в колонне и флегмовое число.
Повышение давления при ректификации приводит к увеличению температур кипения и конденсации компонентов разделяемых смесей, возможности применения более дешевых хладоагентов в конденсаторах-холодильниках ректификата и уменьшения их теплопередающей поверхности, уменьшению необходимого диаметра колонны или к росту ее производительности при одном и том же диаметре, однако с повышением давления уменьшается коэффициент относительной летучести компонентов и ухудшается четкость ректификации, увеличивается теплопередающая поверхность рибойлера и затраты на нагрев сырья и подвод тепла в колонну, а при термолабильности продуктов возможна их деструкция из-за повышения температур. Максимальное давление не должно приближаться к критическому для разделяемой смеси во всех сечениях колонны.
От температурного режима колонны, который определяется давлением зависит фазовое состояние сырья на входе в колонну, а также ректификата, остатка и продуктов в других сечениях колонны. Температурный режим тем выше, чем выше давление в колонне.
Принципы технологического расчета ректификационных
Колонн ГФУ
Целью технологического расчета ректификационных колонн для разделения газовых смесей является определение технологического режима ее работы (давление, температуры, расходы орошения и др.) и основных геометрических размеров (диаметра и высоты). Методика технологического расчета подобных колонн достаточно подробно изложена в специальной литературе [17,19,20] и поэтому в настоящем учебном пособии изложена лишь последовательность укрупненного расчета, которая заключается в следующем:
1. Задаются производительность колонны по сырью F, его состав и требования к качеству получаемых продуктов.
2. Определяют количество ректификата колонны (Д) по формуле:
Д = 
, моль/ч (8.4)
(определяется по названию ректификата колонны) в
сырье, ректификата и остатка.
4. Задаются давлением и кратностью острого орошения в колонне и определяют ее температурный режим, после чего составляют ее тепловой баланс и определяют количество тепла, подводимого в рибойлере.
5. По практическим данным принимается число реальных или теоретических тарелок в колонне и с помощью коэффициента полезного действия переходят от теоретических тарелок к реальным или наоборот.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Четкость ректификации определяется содержанием фракций. [1]
Четкость ректификации зависит от ряда факторов и в том числе от давления в колонне. [3]
Четкость ректификации и надежность систем автоматического регулирования заметно повышаются, если в схемах используют анализаторы качества на потоке в качестве управляющего или корректирующего параметра. [5]
Четкость ректификации продуктов характеризуется температурными пределами кипения фракций, выводимых из колонны. Например, если температура конца кипения одного более легкого продукта равна или ниже температуры начала кипения следующего за ним более тяжелого продукта, то ректификация произведена достаточно четко. [8]
На четкость ректификации кроме числа тарелок и количества орошения влияют скорость движения паров в колонне и расстояние между тарелками. [9]
На четкость ректификации кроме количества тарелок и подачи орошения влияют скорость движения паров в колонне и расстояние между тарелками. [11]
Степень четкости ректификации зависит от количества тарелок в колонне и от количества подаваемого орошения. [13]
При малой четкости ректификации итоги расчета по обоим методам близки. Повышение четкости приводит к более заметному различию в итогах расчета. Это объясняется тем, что происходит сужение пределов выкипания фракции, относящейся к распределяемой части исходного сырья. Поэтому для повышения точности расчетов по мере увеличения четкости разделения на все более узкие фракции должна разбиваться часть смеси, с обеих сторон примыкающей к границе деления. [14]
Установка первичной перегонки нефти (АВТ)
Оглавление
1. 6.html
6.1 Блок атмосферной перегонки нефти
6.2 Принципиальная схема блока АТ установки ЭЛОУ-АВТ-6
Нефть с блока ЭЛОУ через группу рекуперационных теплообменников поступает в отбензиневающую колонну 1. В этой колонне из нефти отделяются растворенные газы и фракция легкого бензина, которые конденсируются и разделяются в конденсаторе и сепараторе. Часть конденсата подается на верх колонны 1 в качестве орошения (флегмы), а часть откачивается на склад. Тепло для организации разделения вносится в колонну «горячей» струей.
Отбензиненная нефть из колонны 1 прокачивается через печь и с температурой 340 о С поступает в основную сложную фракционирующую колонну 2. С верха этой колонны отбирается фракция тяжелого бензина, а сбоку через отпарные секции 3 выводятся топливные фракции (180-220), (220-280) и (280-350). Из низа К-2 отводится мазут. Отпарка более легких углеводородов из отбираемых фракций (куб К-2 и отпарные колонны 3) производится за счет подачи перегретого водяного пара. В колонне предусмотрены также 2 (иногда 3) циркуляционных орошения для снятия избыточного тепла из потока парового орошения для организации внутренней конденсации целевых фракций. Мазут из К-2 направляется на дальнейшее разделение в блок вакуумной ректификации мазута (установка АВТ ), или после охлаждения – на склад (схема АТ).
Рис. 6.1. Принципиальная схема блока атмосферной перегонки нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6:
В процессе предусмотрена глубокая рекуперация тепла отводимых материальных потоков за счет установки специальных высокотемпературных трубчатых теплообменников типа ТП для подогрева исходного потока сырья (на схеме не показаны).
Примерный мат. баланс блока приведен в табл. 4.1.
Табл. 6.1. Материальный баланс блока АТ
Газ и нестабильный бензин (н.к. — 180°С)
Табл. 6.2. Технологический режим работы блока AT
Колонна частичного отбензинивания нефти
в ёмкости орошения
Кратность острого орошения, кг /кг
Кратность острого орошения, кг /кг
Табл. 6.3.Характеристика ректификационных колонн
Колонна частичного отбензинивания нефти
6.3. Принцип работы сложной колонны
Рис. 6.2. Цепочка простых колонн для разделения 5-ти компонентой смеси
Рис. 6.3. Разделение 5-ти компонентой смеси в сложной колонне
Каждая простая РК состоит из 2-х секций (укрепляющей и исчерпывающей). Общее число секций составит при этом 8. В сложной колонне на верх секции 1 (первая колонна) последовательно устанавливаются укрепляющие секции следующих колонн (3, 5, 7), а исчерпывающие секции выносятся из сложной колонны и устанавливаются рядом (рис. 5.3). Поток жидкого орошения из секции 3 частично выводится из СРК боковым погоном и направляется в отпарную секцию 4, установленную рядом с основной колонной, а часть жидкого потока возвращается в секцию 1 (жидкое орошение). В паровом потоке, отходящем из секции 1, самый тяжелый компонент ( VII ) практически отсутствует (он отделен от сырья в секциях I и II ). Поэтому в жидком потоке, отходящем из секции 3 и направляемом в выносную секцию 4, присутствует следующий тяжелый компонент VI и более легкие компоненты. В отпарной колонне (секция 4) легкие компоненты отпариваются и возвращаются в СРК, а тяжелый компонент VI выводится из колонны. Подобным образом работают и остальные выносные секции ( стрипинги ). В качестве отпаривающего агента в низ СРК, а также в отпарные секции вводится водяной пар.
Использование СРК взамен цепочки простых колонн позволяет существенно сократить неравномерность гидравлических нагрузок по отдельным секциям колонны и за счет этого улучшить характеристики оборудования (табл. 5.3).
Особенности конструирования сложных колонн
1. Важнейшим признаком СК является наличие нескольких уровней ввода и вывода материальных потоков. Кроме того, само распределение внутренних материальных потоков (и пара, и жидкости) по высоте колонны характеризуется неравномерностью. Поэтому в СРК используется принцип применения тарелок с различным числом потоков по жидкости и с различным живым сечением по пару для разных секций колонны.
2. Для тарелок вывода жидких материальных потоков используются тарелки с увеличенным объемом сливных устройств, что обеспечивает большую устойчивость работы насосов (запас по жидкости). Ввод рецикловых потоков (холодное орошение) с этой же целью осуществляют выше тарелки отбора.
3. Ввод материальных потоков осуществляют через съемные телескопические трубопроводы, что позволяет перед ремонтом колонны извлекать эти устройства и проводить осмотр внутреннего пространства колонны.
4. Все секции снабжаются люк-лазами (как правило – не менее 2-х).
6.4. Блок вакуумной перегонки мазута
В вакуумной колонне стремятся создать условия, обеспечивающие высокую долю отгона (перехода в паровую фазу) вводимого сырья и его минимальное разложение. Для этого необходимо уменьшать время пребывания мазута в печи, снижать гидравлические сопротивления во всех элементах системы и применять вакуумсоздающие системы, обеспечивающие поддержание минимального давления в колонне (30 ¸ 50 мм. Hg ).
Рис. 6.4. Принципиальная схема блока вакуумной перегонки мазута установки ЭЛОУ-АВТ-6:
Мазут из АТ ( I ) прокачивается через печь 2, где он нагревается до 425 ° С и вводится в нижнее сечение укрепляющей секции в виде парожидкостной смеси (доля отгона сырья достигает 0,5). Поднимающиеся пары подвергаются разделению за счет их взаимодействия со стекающим потоком жидкого орошения, который формируется за счет создания в укрепляющей секции 2-х холодных циркуляционных орошений (верхнее орошение формируется конденсатором). Целевые масляные фракции отбирают из колонны в виде боковых погонов : легкий вакуумный газойль ( II ), вакуумный газойль ( III ), затемненную фракцию ( IV ), а в качестве остатка из колонны выводят гудрон ( V ).
Несконденсированные углеводороды, газы разложения и подсосанный из атмосферы воздух эвакуируются из системы вакуумсоздающей системой.
6.5. Аппаратурное оформление вакуумного блока
6.5.1. Вакуумные колонны
ВК имеют специфическую форму – «перевернутая бутылка». Это связано с тем, что в кубовой части колонны процесс разложения углеводородов протекает наиболее активно. Поэтому поперечное сечение в данной зоне максимально снижают для уменьшения времени пребывания гудрона в этой зоне:
Традиционно в вакуумных колоннах установок АВТ использовались желобчатые тарелки (рис. 5.4), недостатки которых известны (малая эффективность, большое гидравлическое сопротивление, большая металлоемкость, …).
Рис.6.5. Желобчатая тарелка
На смену им пришли клапанные и ситчатые тарелки. Однако и этим тарелкам присущи существенные недостатки, главным из которых является высокое гидравлическое сопротивление.
(6.2)
Рис. 6.6. Принципиальная конструкция противоточной насадочной колонны фирмы «Грима» (ФРГ):
I — мазут; II — легкий вакуумный дистиллят; III — глубоковакуумный газойль; IV — гудрон; V — водяной пар; VI — газы и пары к вакуумсоздающей системе
Рис. 6.7. Принципиальная конструкция перекрестноточной насадочной колонны АВТ-4 ПО « Салаватнефтеоргсинтез ».
1-телескопическая трансферная линия; 2-горизонтальный отбойник; 3-блок перекрестноточной регулярной насадки квадратного сечения;
(6.3)
Для насадочных колонн этот фактор, естественно, равен 1. Для ПТН прямоугольного сечения:
(6.4), 
(6.5), 
(6.6), где H – высота блока, а B – его ширина.
Как видим, у конструктора появляется возможность управлять этим соотношением в любых пределах, а значит обеспечивать оптимальные характеристики блока при любых нагрузках и по пару, и по жидкости. В настоящее время эти насадки промышленно освоены и широко используются на НПЗ. Удельное гидравлическое сопротивлении ПТН в 5 раз меньше, чем у клапанных тарелок, что позволяет за счет увеличения числа блоков повысить четкость погоноразделения или снизить затраты на разделение.
Схема вакуумной колонны с ПТН для четкого разделения мазута на фракции приведена на рис. 6.8.
Особенности конструирования ВК
2. Особая форма корпуса («перевернутая бутылка») определяет и конструкцию опорного устройства. Традиционная конструкция (опорная обечайка) оказывается недостаточно устойчивой. Поэтому опорное кольцо выполняют внизу верхней обечайки и опирают его на специальной металлоконструкции, расположенной над фундаментом.
Рис. 6.8. Вакуумная перекресточная насадочная колонна для четкого фракционирования мазута на масляные дистилляты
Сопоставление ТЭП вакуумной перекресточной насадочной колонны для четкого фракционирования мазута на масляные дистилляты
Что обеспечивает четкость ректификации в колоннах на установках авт
2. Некоторые факторы, влияющие на ректификацию
Несмотря на широкое применение ректификации в промышленности и на большое число работ, посвященных теории и практике этого метода разделения веществ, влияние многих факторов на течение процесса ректификации, особенно в насадочных колоннах, до сих пор недостаточно выяснено и весьма мало освещено в литературе.
Необходимо при этом учитывать, что данные, приводимые в зарубежных журналах, не всегда отвечают истине, а часто публикуются лишь с целью рекламы той или иной детали прибора, изготовляемой данной фирмой. Между тем систематическое изучение влияния отдельных факторов на процесс ректификации при различных конструкциях приборов могло бы сильно способствовать разработке новых, более совершенных колонок, а также уяснению сущности процесса.
Ниже приводится краткий обзор влияния некоторых факторов на процесс ректификации.
При небольшом флегмовом числе переход от работы на колонке незначительной эффективности к работе на колонке с большим числом теоретических тарелок сравнительно мало отражается на результатах. При большом же флегмовом числе результаты, полученные на колонках разной эффективности, сильно расходятся друг с другом. С другой стороны, при большом численном значении относительной летучести (т. е. при большой разнице температур кипения компонентов смеси) влияние флегмового числа сравнительно невелико. Чем ближе точки кипения компонентов и чем, следовательно, меньше величина α, тем сильнее влияет флегмовое число на точность разгонки и тем большее значение имеет наличие головки.
Метод отбора дестиллата. Отбор дестиллата может осуществляться или непрерывно в процессе перегонки или периодически небольшими порциями (в последнем случае в промежутках между отбором дестиллата колонка работает с полным возвратом). Теоретический расчет 41 показывает, что непрерывный отбор дестиллата обеспечивает более четкое разделение, нежели периодический. Сравнительно недавно опубликована работа (ссылку на эту работу см. в обзорной статье 8 ), в которой приведено исследование разгонки смеси равных весовых количеств α- и β-пинена на колонках трех различных типов. По данным этой работы периодический отбор дает лучшие результаты, нежели непрерывный. Такой же точки зрения придерживаются автор книги и некоторые другие исследователи. Однако этот вопрос нуждается еще в подробном изучении.
Пропускная способность. Пропускная способность колонки определяется аэро- и гидродинамическими условиями ректификации. В первую очередь она зависит от свободного объема насадки и диаметра колонки. С увеличением этих обоих параметров пропускная способность колонки увеличивается, а следовательно, появляется возможность увеличить орошение и ускорить отбор дестиллата при прежней величине флегмового числа.
Таким образом, пропускная способность колонки определяет, при прочих равных условиях, продолжительность разгонки смеси. В известной мере пропускная способность зависит от формы, материала насадки и физических свойств смеси, как, например, вязкость, удельный вес.
Тепловой режим. Тепловой режим ректифицирующей части колонки оказывает сильное влияние на ее эффективность. На сколько это влияние велико, видно из того факта, что лабораторная колонка, обладающая при хорошей теплоизоляции эффективностью в 100 ТТ, при недостаточной теплоизоляции может стать эквивалентной всего лишь 12 ТТ (см. обзорную статью 8 ).
В производственных ректификационных колоннах, благодаря большим массам вещества и значительному теплосодержанию, тепловой режим ректифицирующей части устанавливается сам собой. В лабораторных колонках тепловой режим большей частью приходится устанавливать с помощью специальных приспособлений для обогрева, компенсирующих потерю тепла центральной трубкой, или с помощью высоковакуумной теплоизоляции, почти полностью прекращающей теплообмен центральной трубки с атмосферой.
Теплоизолирующее устройство явилось вторым по значению после конструкции насадки фактором, определившим эффективность современных лабораторных колонок. Влияние теплового режима на эффективность колонки тем сильнее, чем меньше относительная летучесть смеси, чем меньше диаметр центральной ректифицирующей трубки (т. е. чем больше отношение внешней поверхности трубки к ее объему), чем длиннее ректифицирующая трубка и чем больше число теоретических тарелок колонки.
С точки зрения современной теории ректификация должна лучше всего протекать при адиабатических условиях, т. е. при полном отсутствии теплообмена колонны с окружающей средой. В этом случае количество флегмы равно количеству орошения и не изменяется по высоте колонны. Рабочая линия, следовательно, в адиабатических условиях прямая (рис. 15,2).
Если к колонне подвести тепло из окружающей среды, т. е. подогревать ректифицирующую часть, то флегма по мере ее стекания будет испаряться. Иначе говоря, флегмовое число на разных уровнях колонны будет уменьшаться по направлению к кубу, и рабочая линия превратится в кривую 1. При охлаждении колонны часть паров будет конденсироваться в ней (дефлегмация), количество же флегмы будет увеличиваться по мере ее стекания. Тогда рабочая линия будет выражена кривой 3.
Из рис. 15 видно, что для получения дестиллатов с одинаковым содержанием нижекипящего компонента, равным хд, при перегреве колонки в кубе должна находиться смесь, более богатая нижекипящим компонентом (х1), нежели при ректификации в адиабатических условиях. Это означает, что колонка при перегреве работает с меньшим эффектом. Из рисунка следует далее, что при охлаждении центральной трубки (дефлегмация) колонка должна работать лучше.
Однако при этом надо учитывать, что для каждой колонки имеется оптимальный режим работы. При дефлегмации или нижняя, или верхняя часть оказывается вне этого оптимального режима, что снижает эффективность колонки в целом. Перегрев значительно сильнее влияет на уменьшение эффективности колонки, нежели охлаждение.
Задержка и орошение. Задержкой называется перегоняемое вещество в виде жидкости и пара в центральной трубке и головке колонки или в заводской колонне и конденсаторе. Обычно различают:
1) статическую задержку, т. е. жидкость, которая задерживается в колонке после перегонки;
* ( Под «захлебыванием» понимают явление, при котором флегма скапливается над насадкой или в самом слое насадки. Захлебывание может быть вызвано и чрезмерной дефлегмацией в центральной трубке из-за недостаточного обогрева.)
Влияние величины орошения на эффективность насадочных колонн является довольно сложной функцией, зависящей, в числе различных факторов, от типа насадки. Поскольку сущностью ректификации является обмен компонентами между паровой и жидкой фазами, эффективность этого процесса определяется в первую очередь величиной поверхности раздела фаз. Кроме того, на ректификацию большое влияние оказывает характер движения потоков жидкости и пара (ламинарное или турбулентное движение), а также толщина слоев жидкости и пара. При очень малой величине орошения задержка относительно невелика, и флегмы нехватает для того, чтобы смочить всю поверхность насадки. Поэтому вначале с ростом орошения увеличивается активная площадь пленки флегмы (особенно у насадок из сетки), а движение потоков жидкости и пара при этом становится все более и более турбулентным, что улучшает перенос веществ к поверхности раздела фаз. Несмотря на увеличение задержки, эффективность колонки при этом все же повышается. После того как насадка полностью покрывается стекающей флегмой, дальнейшее усиление орошения, в большинстве случаев из-за увеличения задержки, уменьшает эффективность колонки; кроме того, при этом одновременно увеличивается толщина жидкой пленки, что затрудняет перенос вещества к поверхности раздела фаз и уменьшает активную поверхность пленки. Особенно сильно влияет орошение на эффективность колонок с насадкой из сетки. Влияние орошения на колонки из концентрических трубок и роторные несколько слабее; в наименьшей же степени это влияние испытывают колонки с насадкой из одиночных витков (см. гл. III).
Рис. 16. Зависимость объема промежуточной фракции от размера и эффективности колонки
С известным приближением можно сказать, что абсолютный объем промежуточной фракции равен величине задержки, приходящейся на одну теоретическую тарелку, умноженной на число теоретических тарелок, необходимых для разделения данной смеси. Точность разделения примерно прямо пропорциональна отношению задержки к загрузке. Если для колонки 1 взять загрузку, пропорционально большую, чем для колонок 2 или 5, то хотя абсолютная величина промежуточной фракции в первом случае больше, но относительная ее величина (выраженная, например, в процентах к загрузке) и, следовательно, точность разгонки для всех трех колонок будут одинаковы. На практике встречаются случаи, когда, несмотря на то что число теоретических тарелок в работающей колонке больше, чем это необходимо для выделения вещества из смеси, из-за влияния задержки выделить данное вещество не удается. Это влияние задержки показано графически на рис. 17.
Если равное количество этой смеси разгонять на колонке той же эффективности, что и в первом случае, но с большей величиной задержки, то промежуточные фракции увеличатся в объеме.
Это значит, что количество индивидуальных веществ, которые могут быть выделены в чистом виде, уменьшится (кривая 2). Наконец, задержка колонки может оказаться настолько большой, что горизонтальные участки кривой совсем исчезнут (кривая 3), так как индивидуальные вещества целиком попадают в промежуточные фракции. Из сказанного ясно, что при прочих равных условиях следует отдавать предпочтение колонкам с малой величиной задержки.