pdf.php@id=6125

Лекция 11. Основное оборудованиеректификационной колонны

Классификация РК и их КУ. Применяемые в нефте-

игазоперераб. РК подразделяются:

1)по назначению:

—для АП и ВП нефти и мазута;

—ВПБ;

—стабилизации нефти, г. кон-тов, нестабильных бензинов;

—фракционирования нефтезаводских, нефт. и прир. газов;

—отгонки растворителей в процессах очистки масел;

— разделения продуктов ТП и КП перераб. нефт. сырья

и газов и т.д.;

2)по способу межступенчатой передачи жид-ти:

—с переточными устр-вами (с одним, двумя или более);

—без переточных устр-в (провального типа);

3) по способу организации контакта парогазовой и жидкой фаз:

—тарельчатые;

—насадочные;

—роторные.

По типу применяемых КУ наиб, распространение полу­ чили тарельчатые, а также насадочные РК.

В РК применяются сотни разл. конструкций КУ, сущес­ твенно различающихся по своим характеристикам и техни- ко-экон. показателям. При этом в экспл. находятся, наряду с самыми совр. конструкциями, КУ таких типов (наир., же­ лобчатые тарелки и др.), к-рые, хотя и обеспечивают полу­ чение целевых продуктов, но не могут быть рекомендованы для совр. и перспективных произ-в.

При выборе типа КУ обычно руководствуются след, по­ казателями: произв-стью; гидравлическим сопротивлением; КПД; диапазоном рабочих нагрузок; возможностью работы на средах, склонных к обр-ю смолистых или др. отложений; мат-лоемкостью; простотой конструкции, удобством изго­ товления, монтажа и ремонта.

Чтобы легче ориентироваться во всем многообразии имеющихся конструкций, на рис. 4.2 мы приводим класси­ фикацию КУ.

Применяемые не только в ректификационных, но и аб­ сорбционных и экстракционных процессах разделения сме­ сей тарельчатые КУ подразделяются:

—по способу организации относительного движения пото­ ков контактирующих фаз — на противоточные, прямо­ точные, перекрестноточные и перекрестнопрямоточные;

—по регулируемости сечения контактирующих фаз — на

тарелки с нерегулируемым и регулируемым сечениями. Насадочные КУ принято подразделять на нерегулярные

и регулярные.

Противоточные тарелки характ-ся высокой произв-тью по жидкости, простотой конструкции и малой металлоемкос­ тью. Осн. их недостаток — низкая эффективность и узкий диапазон устойчивой работы, неравномерное распределение потоков по сечению колонны, что существенно ограничивает их применение.

Прямоточные тарелки отличаются повышенной про­ изв-тью, но умеренной эффективностью разделения, повы­ шенным гидравлическим сопротивлением и трудоемкостью изготовления, они предпочтительны для применения в про­ цессах разделения под давл.

Кперекрестноточным типам тарелок, получившим

вперераб. нефти и газа преим. применение, относятся:

1)тарелки с нерегулируемым сечением контактирующих фаз: сетчатые, сетчатые с отбойниками, колпачковые с круглыми, прямоугольными, шестигранными, S-об­ разными, желобчатыми колпачками (рис. 4.3а-д);

2)тарелки с регулируемым сечением: клапанные с капсуль­ ными, дисковыми, пластинчатыми, дисковыми эжекционными клапанами; клапанные с балластом; комб.

колпачково-клапанные (наир., S-образные и сетчатые с клапаном) (рис. 4.3е-к) и др.

Перекрестноточные тарелки (за исключением сетчатых) характ-ся наиб, разделительной способностью, поскольку время пребывания жид-сти на них наиб, по ср. с др. типами тарелок. К недостаткам колпачковых тарелок следует от­ нести низкую удельную произв-сть, относительно высокое гидравлическое сопротивление, большую металлоемкость, сложность и высокую стоимость изготовления.

Рис. 4.3. Типы нек-рых колпачков и клапанов:

колпачки: а — круглый; б — шестигранный; в — прямоугольный; г — желобчатый; д — S-образный; клапаны: е — прямоугольный; ж — круглый с нижним ограничителем; з — то же с верхним ограничителем; и — балластный; к — дисковый эжекционный перекрест­

ноточный; л — пластинчатый перекрестно-прямоточный; м — S-образный колпачок с клапаном; 1 — диск тарелки; 2 — клапан; 3 — ограничитель; 4 — балласт

Ситчатые тарелки с отбойниками имеют относительно низкое гидравлическое сопротивление, повышенную произвсть, но более узкий рабочий диапазон по ср. с колпачковыми тарелками. Применяются преим. в ВК.

Клапанные и балластные тарелки получают в последнее время все более широкое распространение, особенно для ра­ боты в условиях знач. меняющихся скоростей газа, и посте­ пенно вытесняют старые конструкции КУ. Принцип дейст­ вия тарелок с клапанами различной формы состоит в том, что свободно лежащий над отверстием в тарелке клапан автоматически регулирует величину площади зазора между клапаном и плоскостью тарелки в зависимости от газопаро­ вой нагрузки и тем самым поддерживает постоянной (в пре­ делах высоты подъема клапана) скорость газа и, следователь­ но, гидравлическое сопротивление тарелки в целом. Высота подъема клапана ограничивается высотой ограничителя (кронштейна, ножки).

Балластные тарелки отличаются по устр-ву от клапан­ ных тем, что в них между легк. клапаном и ограничителем установлен более тяжелый, чем клапан, балласт. Клапан на­ чинает приподниматься при небольших скоростях газа или пара. С дальнейшим увеличением скорости газа клапан упи­ рается в балласт и затем поднимается вместе с ним. В рез-те балластная тарелка, по ср. с чисто клапанной, знач. раньше вступает в работу, имеет более широкий рабочий диапазон, более высокую (на 15...20%) эффективность разделения и пониженное (на 10... 15%) гидравлическое сопротивле­ ние.

Более прогрессивны и эффективны, по ср. с колпачковы­ ми, комб. колпачково-клапанные тарелки. Так, S-образная та­ релка с клапаном работает след, образом: при низких скорос­ тях газ (пар) барботирует преим. через прорези S-образных элементов, и при достижении нек-рой скорости газа вклю­ чается в работу клапан. Такая двухстадийная работа тарелки позволяет повысить произв-ть РК на 25...30% и сохранить высокую эффективность разделения в широком диапазоне рабочих нагрузок.

Перекрестно-прямоточные тарелки отличаются от пере­ крестноточных тем, что в них энергия газа (пара) используется

Насадок, полностью удовлетворяющих всем указанным требованиям, не существует, поскольку нек-рые из требо­ ваний противоречивы. При нормальной экспл. насадочных колонн массообмен происходит в осн. в пленочном режиме на смоченной жид-стью поверхности насадок. Естественно, чем больше удельная поверхность насадки, тем эффективнее массообменный процесс. Однако насадки с высокой удель­ ной поверхностью характ-ся повышенным гидравлическим сопротивлением. В хим. пром-сти и нефтегазоперераб. при­ меняют разнообразные по форме и размерам насадки, из­ готавливаемые из разл. мат-лов (керамика, фарфор, сталь, пластмассы и др.) (рис. 4.5).

Осн. недостаток нерегулярных (насыпных) насадок, ог­ раничивающий их применение в крупнотоннажных произ- в-вах, — неравномерность распределения контактирующих потоков по сечению аппарата. Регулярные насадки, изготав­ ливаемые из сетки, перфорированного метал, листа, много­ слойных сеток и т.д., обеспечивают более однородное, по ср. с традиционными насадками из колец и седел, распределе­ ние жид-сти и пара (газа) в колоннах. Они обладают исклю­ чительно важным достоинством — низким гидравлическим сопротивлением — в пределе до 1... 2 мм рт. ст. (130... 260 Па) на 1 теор. тарелку. По этому показателю они знач. превос­ ходят любой из типов тарельчатых КУ. В этой связи в пос­ ледние годы за рубежом и в нашей стране начата широкая науч.-иссл. разработка самых эффективных и перспективных конструкций регулярных насадок и широкому применению их в крупнотоннажных произв-вах, в т. ч. в таких процессах нефтеперераб., как вакуумная и ГВП мазутов. На НПЗ ряда развитых капиталистических стран ВК установок перегон­ ки нефти в наст, время оснащены регулярными насадками, что позволяет обеспечить глубокий вакуум в колоннах, существенно увеличить отбор ВГ и достичь tKK до 600 °С.

КВСС. Заданная глубина вакуума в ВК создается с по­ мощью КВСС установок АВТ путем конденсации паров, уходящих с верха колонн, и эжектирования неконденсирующихся газов и паров (в.п., H2S, С 02, легк. фр-и и продукты термического распада сырья и воздух, поступающий через неплотности КВСС).

КВСС совр. установок АВТ состоит из системы кон­ денсации, системы вакуумных насосов, БТ, газосепаратора и сборника конд-та.

Для конденсации паров на практике применяются след, два способа:

1)конденсация с ректификацией в верхней секции ВК по­ средством:

—верхнего ЦО;

—ОО;

2)конденсация без рект-ии вне колонны в выносных конд- торах-холодильниках :

—поверхностного типа (ПКХ) теплообменом с водой или воздухом;

—баром, типа (БКС) смешением с водой или газойлем, вы­ полняющим роль хладоагента и абсорбента;

—в межступенчатых конд-торах, устанавливаемых непос­ редственно в ПЭК, — водой.

Для создания достаточно глубокого вакуума в колонне

не обязательно использование одновр. всех перечисленных выше способов конденсации. Так, не обязательно включение

вКВСС обоих способов конденсации паров с ректификацией

вверхней секции колонны: для этой цели вполне достаточно одного из них. Однако верхнее ЦО знач. предпочтительнее и находит более широкое применение, поскольку по ср. с ОО позволяет более полно утилизировать тепло конденсации па­ ров, поддерживать на верху ВК оптимально низкую t в пре­ делах 60...80°С, тем самым знач. уменьшить объем паров и газов. Из способов конденсации паров без рект-ии вне ко­ лонны на установках АВТ старых поколений применялись преим. БКС, характеризующиеся низким гидравлическим со­ противлением и высокой эффективностью теплообмена, кро­ ме того, при этом отпадает необходимость в использовании газосепаратора. Существенный недостаток БКС — загрязне­ ние нефтепр-том и серов-дом оборотной воды при использо­ вании последней как хладоагента. В этой связи более перс­ пективно использование в кач-ве хладоагента и одновр. аб­ сорбента охлажденного ВТ. По экологическим требованиям

вКВСС совр. высокопроизводительных установок АВТ, как правило, входят только ПКХ в сочетании с газосепаратором.