Принципиальная схема работы ректификационной колонны

Схема работы ректификационной колонны приведена на Рисунке 2. Как видно из рисунка, в среднюю часть колонны поступает подлежащее ректификации сырье F с температурой t_F и составом х_р. При входе в колонну происходит процесс однократного испарения, в результате которого образующиеся пары G_F состава y_F и жидкость, состава x_F, находящиеся в равновесии, то есть имеющие одинаковую температуру и давление. На каждой n-й тарелке обеспечивается контакт между парами G_{n_r} поступающими на данную тарелку, и жидкостью (флегмой) g_n+1, стекающей на эту тарелку.

Рисунок 2 – Принципиальная схема работы ректификационной колонны

В результате контакта этих встречных потоков изменяются составы паровой и жидкой фаз. При этом пары обогащаются НКК, а жидкость – ВКК. Пары , уходящие с n-й тарелки, будут богаче НКК, чем пары ,а жидкостьg будет богаче ВКК по сравнению с жидкостью . Уходящие с тарелки n потоки паров и жидкости будут находиться в равновесии. При этом пары , поступающие на вышележащую тарелку n+1, вновь вступают в контакт с соответствующим потоком жидкости, поступающим с тарелки , а жидкость уходит на тарелку n-1, где вновь происходит контакт фаз. Подобное контактирование будет происходить до тех пор, пока пар наверху колонны не приобретет заданный состав по содержанию НКК , а жидкость W внизу колонны не достигнет состава .

Отбираемый с верха колонны продукт D, обогащенный НКК, называется ректификатом или дистиллятом, а снизу колонны продукт W – остатком или нижним донным продуктом.

Подобный процесс происходит в том случае, если жидкость, находящаяся на одном горизонтальном уровне с паром, например, и , содержит больше НКК, чем жидкость , равновесная с этим паром . При постоянном давлении в колонне этот уровень будет обеспечиваться, если температура жидкости будет ниже, чем температура паров , то есть если температура в колонне будет уменьшаться в направлении движения потока паров (вверх) и возрастать в направлении потока жидкости (флегмы) вниз. Самая низкая температура будет вверху колонны, а самая высокая - внизу колонны. Часть колонны, куда вводится сырье, называется секцией питания или эвапорационным пространством.

Часть колонны, находящаяся выше ввода сырья, называется концентрационной или укрепляющей, а ниже ввода – отпарной или отгонной. В обеих частях колонны протекает один и тот же процесс ректификации. Поскольку для ректификации необходимо два потока, состоящих из одних и тех же компонентов, но разного состава, из верхней части отводят тепло , а в нижней части подводят тепло . В результате при конденсации паров наверху колонны образуется поток жидкости (флегмы, орошения), а в отгонной части колонны образуется восходящий поток паров.

Различают колонны простые, для разделения сырья на два компонента (дистиллят и остаток), и сложные, для получения из того же сырья трех и более компонентов. В этом случае продукты выводятся в виде боковых погонов через отпарные секции.

К группе ректификационных колонн относятся следующие аппараты современных установок АТ и АВТ: предварительный испаритель или отбензинивающая колонна, основная ректификационная колонна, отпарные колонны, стабилизаторы, колонны вторичной перегонки, абсорберы-десорберы, вакуумные колонны и т.д.

Колонна представляет собой вертикальный стальной цилиндрический аппарат с внутренними устройствами для осуществления процесса ректификации – тарелками. Количество тарелок в каждой колонне рассчитывается в зависимости от ряда факторов: необходимого количества продуктов разделения, четкости разделения их (четкости ректификации), кратности орошения, допустимой скорости паров в колонне.

Размеры колонны зависят от заданной производительности, фракционного состава нефти, количества тарелок, давления, температуры, системы и количества орошения и других факторов.

Для строгого соблюдения режима и условий, обеспечивающих нормальный процесс ректификации, необходимо правильно эксплуатировать колонны. Важнейшими факторами режима являются: температура, давление, количество орошения и расход водяного пара в отгонной и отпарных секциях.

Температуру в колонне контролируют в нескольких точках: в зоне ввода нефти, в нижней части на выходе мазута или гудрона, в верхней части на выходе паров и в линиях отбора боковых фракций.

Постоянство температуры в зоне ввода сырья обеспечивается регулированием его нагрева в трубчатой печи. Наряду с другими точками контроля, это один из важнейших факторов, влияющих на полноту испарения и обеспечение необходимого теплового баланса всей колонны для отбора требуемых целевых продуктов.

Температура в нижней части колонны влияет на полноту отбора целевых фракций из мазута или гудрона. Ее поддерживают за счет дополнительного подвода тепла либо через термосифонные теплообменники (на газофракционирующих установках), рибойлеры (на установках вторичной ректификации бензина), либо за счет тепла «горячей струи» (в колонне атмосферной перегонки). Для снижения температуры низа колонн и одновременного обеспечения необходимой отпарки светлых или масляных компонентов из остаточного продукта вниз атмосферных и вакуумных колонн вводят перегретый водяной пар.

Заданная температура в верхней части колонн обеспечивает получение дистиллята, например, бензина определенного фракционного состава по температуре его конца кипения. Постоянство ее соблюдается за счет подачи острого орошения. Изменяя его расход или температуру, можно регулировать и температуру верхней части колонны, а, следовательно, и качество дистиллята. Температуры на тарелках отбора боковых продуктов обеспечивают заданное качество боковых продуктов: авиакеросина и дизельных фракций в атмосферных или масляных фракций в вакуумных колоннах. Поддержание необходимых температур на тарелках отбора боковых продуктов достигают за счет организации циркуляционных орошений. Изменяя их расход или температуру, можно регулировать температуры отбора боковых фракций в заданных пределах. Качество боковых погонов регулируют также использованием стриппингов.

Повышенное давление в ректификационных колоннах используют для ректификации газообразных углеводородов (пропан, бутан) при температуре верха колонн 45-55°C, чтобы конденсацию этих продуктов можно было осуществлять водой, а не специальными хладагентами, что потребовалось бы при атмосферном давлении.

При этом в колоннах для ректификации газообразных углеводородов поддерживается давление от 0,3-0,4 до 2,45 МПа. Давление в колоннах позволяет повысить их удельную производительность по парам, а, следовательно, уменьшить их диаметры. Таким образом, выбор давления в колоннах для проведения процесса ректификации требует обоснованного расчета. Давление в различных сечениях колонны зависит от гидравлического сопротивления, возникающего при прохождении паров через тарелки, то есть от конструкции тарелок. В атмосферных колоннах, оборудованных тарелками колпачкового типа или с S-образными элементами, перепад давления составляет 2-5 мм рт. ст. на каждую тарелку. Клапанные тарелки дают меньшее сопротивление. Значительное уменьшение (в 5-7 раз) сопротивления в колонне обеспечивается применением насадок. Для наблюдения за температурой, давлением, расходами орошения отбираемых продуктов и водяного пара служат контрольно-измерительные приборы, автоматические анализаторы качества. Показания этих приборов позволяют следить за ходом процесса ректификации, качеством продуктов и своевременно устранять возможные отклонения от заданного режима. [3]

Поиск по сайту: