ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчеты процессов испарения й конденсации многокомпонентных и непрерывных смесей из "Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчета и основы конструирования. Изд.3" Технологический расчет процессов ректификации и абсорбции и аппаратов проводится с целью определения технологического режима, обеспечивающего заданное разделение смеси, — давления, температур потоков, расхода орошения (абсорбента), затрат холода на конденсацию верхнего продукта и создание орошения и тепла на нагрев остатка и создание парового орошения. В результате технологического расчета определяются также полные составы получаемых продуктов. [c.24] Рассмотрим некоторые общие вопросы технологического расчета исходную систему уравнений математического описания процессов ректификации и абсорбции, число степеней свободы проектирования процессов и аппаратов и выбор независимых переменных при их расчете. Указанные вопросы достаточно полно раскрывают основное содержание и порядок технологического расчета. [c.24] Система уравнений процесса разделения включает уравнения материального и теплового балансов для всех тарелок колонны, а также парциального конденсатора и испарителя (при ректификации) выражения эффективности тепло-массопередачи уравнения фазового равновесия и ограничения по составу или уравнения суммирования потоков. [c.24] Уравнения материального и теплового балансов могут быть записаны не только для каждой тарелки, но и для группы тарелок, например, для концентрационной и отгонной частей колонны соответственно от верха и низа до промежуточного сечения. В этом случае уравнения материального баланса называются уравнениями рабочих линий. [c.25] Отметим, что приведенные выше уравнения описывают работу колонн без учета межтарельчатого уноса и провала жидкости. [c.26] Процессы ректификации и абсорбции в насадочных колоннах в принципе могут быть описаны теми же уравнениями, если в качестве контактной ступени принять слой насадки сравнительно небольшой высоты ( 1 м). [c.26] При разделении идеальных смесей константы равновесия /с,,, и энтальпии потоков Яп/, и п являются функциями температур потоков на каждой тарелке, а при разделении неидеальных смесей они зависят также и от состава смеси. Коэффициенты эффективности тепло-массопередачи Емуп зависят от еще большего числа факторов, к которым относится также состав смеси, и определяются термодинамическими, кинетическими и гидродинамическими условиями проведения процесса. Указанные обстоятельства и являются причиной сильной нелинейности общей системы уравнений, затрудняющей не только аналитическое, но и численное ее решение при разделении многокомпонентных смесей. [c.26] В настоящее время технологический расчет процессов и аппаратов выполняется как на основе точного (наиболее полного), так и приближенного математического описания процессов разделения. В связи с этим далее будут описаны как точные, так и приближенные методы расчета процессов ректификации и абсорбции. [c.26] Вопрос о необходимой полноте математического описания процессов решается дифференцированно в зависимости от целей и задач проектирования. Так, при выборе схемы разделения целесообразно использовать приближенное математическое описание процессов при определении технологического режима и параметров разделения по отдельным аппаратам в большинстве случаев бывает достаточно применения точных термодинамических расчетов, т. е. методов расчета, основанных.на решении системы уравнений материального и теплового балансов и фазового равновесия. Кинетический расчет аппаратов, учитывающий влияние реальной. гидродинамической обстановки и конечных скоростей тепло-массопередачи на эффективность процесса, целесообразно использовать при таких условиях разделения, когда применение других методов расчета приводит к незначительным расхождениям с фактическими данными о работе промышленных колонн, например, при разделении сильно неидеальных смесей, при необходимости точного определения содержания примесных компонентов в продуктах, при уточнении нагрузок по сечениям колонны и т. д. [c.26] Последовательность выполнения технологического расчета на основе их наиболее полного математического описания в первую очередь зависит от принятого метода решения общей системы уравнений. Подробно этот вопрос рассматривается в соответствуюш ем разделе данной главы. При выполнении технологического расчета процессов ректификации бинарных и многокомпонентных смесей на основе приближенного математического описания рекомендуется такая последовательность расчета выбор рабочего давления в колонне, расчет материального баланса колонны по внешнему контуру, определение флегмового числа и числа теоретических тарелок, составление теплового баланса колонны, определение внутренних материальных потоков в колонне. Поскольку выбор рабочего давления в колонне является общим для всех методов расчета процессов разделения, этот вопрос (наряду с выбором независимых переменных) также рассматривается в данном параграфе. [c.27] При выполнении проектных расчетов в исходных данных принимают заданное разделение компонентов в продуктах, используя, однако, не более половины числа степеней свободы, остальные степени свободы, предназначаются для тех же параметров, что и в поверочном расчете. Например, при изложении расчета ректификации многокомпонентных смесей в простой колонне приняты такие сочетания параметров хт. В, или жвг, хууи р. [c.28] Для процесса абсорбции в простой колонне также характерно наличие четырех степеней свободы проектирования. В поверочном варианте расчета обычно Задаются расходом сухого газа, количеством тощего абсорбента, числом тарелок в колонне и положением тарелки питания. В проектном расчете одну из переменных (обычно расход абсорбента) заменяют заданным извлечением целевого компонента. [c.28] Давление в колонне является одним из основных параметров технологического режима. При выборе давления в ректификационных колоннах обычно исходят из минимальных затрат на разделение смеси. Изменение давления существенным образом влияет на процесс разделения. Так, увеличение давления в первую очередь приводит к пойышению температур кипения и конденсации разделяемой смеси. Это позволяет применять более дешевые хладоагенты или уменьшать поверхнорть теплообмена конденсатора, однако при этом может возникнуть необходимость применения специальных теплоносителей для нагрева низа колонны. При увеличении давления уменьшается относительная летучесть компонентов смеси и поэтому для заданного разделения требуется большее число тарелок или увеличенный расход орошения. Повышение давления в колонне приводит к увеличению ее производительности или к уменьшению диаметра колонны. Таким образом, при оценке и выборе давления в ректификационной колонне необходимо анализировать довольно сложную зависимость приведенных затрат на разделение от целого ряда факторов с учетом возможных технологических ограничений. [c.28] Многолетний опыт ректификации нефтей, нефтяных фракций и углеводородных газов позволяет высказать следующие соображения относительно выбора рабочего давления в колоннах. [c.28] При полной конденсации паров верхнего продукта часто используют переохлажденную флегму — так называемое холодное орошение. В этом случае в емкости орошения принимается давление несколько большее, чем давление насыщенных паров дистиллята при выбранной температуре, что и обеспечивает переохлаждение флегмы в этих условиях. [c.29] Для высококипяш,их углеводородов и нефтяных фракций (Се и выше) давление насыщенных паров верхнего продукта при температуре конденсации обычно оказывается меньше атмосферного. В связи с этим разделение высококипящих смесей производится при избыточном давлении в емкости орошения несколько большем атмосферного (порядка 0,01—0,06 МПа), если при этом нет необходимости специально уменьшать давление вследствие возможного термического разложения продуктов. В редких случаях необходимость понижения давления до величицы более низкой, чем атмосферное. Или превышения расчетного значения определяется условиями предыдущего либо последующего технологических процессов. [c.29] В практике нефтегазопереработки в настоящее время наиболее часто используется воздушное охлаждение вместо широко применявшегося ранее водяного. Однако при необходимости получения давления, близкого к атмосферному при невысокой температуре паров, уходящих с верхней тарелки колонны, применяется смешанное -охлаждение — сначала воздушное (примерно до 50 °С) и затем водяное (до 30 °С). [c.29] При ректификации легких углеводородных газов, главным образом при выделении из смеси метана и этана, оптимальное давление может изменяться в довольно широких пределах, так как оно связано не только с составом смеси, но и с технологической схемой установки, определяющей возможность использования дешевых хладоагентов, получаемых непосредственно из исходного сырья. При выборе давления необходимо также иметь в виду, что максимальное его значение не должно приближаться к критическому давлению смеси в нижней части колонны и что разделяемая смесь не должна подвергаться химическому разложению. [c.29] При десорбции и отпарке понижение давления и повышение температуры улучшает процесс извлечения компонентов и уменьшает расходы тепла, отпаривающего агенты или потребное число тарелок. Если нет необходимости конденсировать отпариваемые фракции, то давление в аппарате принимается минимальным, в противном случае оно определяется условиями конденсации верхнего продукта. [c.30] В промышленной практике сравнительно редко встречаются бидарные смеси без примесей более легких или более тяжелых компонентов. Тем не менее, технологический расчет многих процессов и аппаратов может быть выполнен на основе представления разделяемой смеси в виде бинарной. В практике нефтегазопереработки и нефтехимии к таким процессам относятся разделение смеси легких непредельных углеводородов с соответствующими предельными углеводородами — этана с этиленом и пропана с пропиленом разделение смесей бутанов или пентанов получение ароматических углеводородов из смесей бензола и толуола, этил-бензола и ксилолов и т. д. Кроме того, на основе бинарных смесей ключевых компонентов рассчитывается также разделение многокомпонентных смесей (см. п. 5 данной главы). [c.30] Вернуться к основной статье