Ректификационные колонны

РК – основной аппарат установок в нефтепереработке.

В зависимости от внутреннего устройства РК делятся на насадочные, тарельчатые и роторные.

В зависимости от давления - РК высокого давления (более 1 Мпа или 1000 кПа), атмосферные (абсолютное давление не более 0,2-0,25 МПа и вакуумные (абсолютное давление 0,003-0,010 МПа. Первые применяют при стабилизации нефтей и бензинов, на ГФУ. АТ и АВТ применяют при перегонке нефтей, остаточных н/п и дистиллятов.

Насадочные колонны – отличаются конструктивной простотой, малой стоимостью и низкими потерями давления при пленочном режиме работы. Работают в режиме противотока и прямотока.

Для равномерного распределения паров и жидкости используют насадки: пустотелые шары с отверстиями в стенках, трехгранные и многранные пирамиды и призмы кольца, седла, спирали и др. Кольца Рашига (высота=диаметру) из прессованной угольной пыли для РК имеют: наружный диаметр от 6 до 75 мм,уд. Поверхность от 690 до 62 м²/м³, свободный объем от 55 до 74 %. В зависимости от того как располагаются насадки в объеме РК различают: регулярные (уложенные в определенном порядке и более эффективные) и нерегулярные (уложенные хаотично).

Насадку укладывают на тарелки, в которых имеется два вида отверстий: два малых – для стока флегмы и два больших – для прохода паров.

Для правильной работы насадочной колонны очень важно равномерное распределение стекающей флегмы по всему поперечному сечению РК. Этому способствует однородность тела насадки, мах возможная скорость восходящего потока паров и строгая вертикальность РК.

Практика показала, что достигнутое вначале равномерное распределение жидкости по сечению нарушается по мере ее стекания, т.к. пар оттесняет жидкость к стенкам колонны и перемещается через центр насадки (это основной недостаток). Этот недостаток особенно проявляет себя при больших диаметрах. В этой связи насадку укладывают несколькими слоями высотой 1-1,5 м, разделяя их свободным пространством, где жидкость вновь перераспределяется с помощью распределительного устройства.

Массообмен на насадке зависит от ее размеров: чем меньше, тем выше к-т массопередачи между паром и флегмой, но одновременно растет гидравлическое сопротивление движению паров в колонне.

В зависимости от нагрузки колонны различают несколько режимов работы насадочной колонны: пленочный, промежуточный и эмульгирования или «захлебывания».

Пленочный – когда жидкость стекает по насадке в виде мелких капелек или тонкой пленки, достигается при небольших скоростях газа.

Промежуточный – когда жидкость покрывает насадку в виде тонкой пленки, в этом режиме значительная доля поверхности насадки остается несмоченной.

Эмульгирования (захлебывания) – когда турбулизация жидкости становится большой и происходит разрыв поверхности между паром и жидкостью (газовые вихри), при этом вся насадка затоплена и происходит выброс жидкости из РК.

Режим захлебывания определяет предельную нагрузку насадочной колонны и характеризуется скоростью инверсии фаз, т.е., кода скорость паров и жидкости одинаковы, при этом прекращается стекание жидкости и начинается ее выброс из РК. При расчетах насадочных колонн определяют скорость инверсии фаз (предельную скорость), а рабочая скорость несколько меньше W_и. W_р = (0,8-0,85)* W_и, по ней расчитывают Д.

Скорость инверсии фаз зависит от многих факторов: от свойств насадки – эквивалентного диаметра, свободного объема, удельной поверхности, от плотностей газа и жидкости, от их расходов.

W_и=(10^В/А)^0,5

Высота слоя насадки также зависит от многих факторов и расчитывается Н=h*n

h – высота единицы переноса (одна теор.тарелка), (многофакторная зависимость)м

n – число единиц переноса (n=ln(C_исх/С_кон)).

Недостаток – образование мертвых зон в насадке, через которые не проходят ни пары, ни жидкость.

Эффективны: для Д=0,5-1 м с мелкой насадкой при большой скорости паров, т.е. в режиме эмульгирования.

Применение насадки в РК позволило значительно снизить сопротивление по парам и углубить вакуум. Суммарная потеря напора на всех 3-х слоях насадки около 136 мм.вод.ст (0,013 атм) в сравнении с S-образными тарелками (потери напора на одной тарелке 2-5 мм рт.ст или 5*26=130 мм.рт.ст. или 0,17 атм)

1 – слой насадки; 2 – перераспределительная тарелка;

3 – распределитель жидкости; 4 – направляющая конус.

I – сырье; II – выход паров; III – вход орошения;

IV – выход жидкого продукта.

Рисунок - Схема насадочной колонны

а) Схема прямоточной б) Схема противоточной

насадочной колонны (абсорбер) насадочной колонны

б) уходящий очищенный газ назодится в равновесии со свежим абсорбентом –режим более эффективный

На сегодняшний день актуальна задача углубления отбора вакуумного газойля из мазута и доведение температуры конца кипения такого газойля до 580 -600 ^оС. Для этого используют новый тип ВК, их переводят на регулярные насадки с давлением сырья в зоне ввода 0,004-0,005 Мпа, а на верху ВК 0,0008-0,0015 Мпа.

Тарельчатые колонны. Основной элемент –контактное устройство (КУ) – тарелка, на которой осуществляется тепло- и массообмен. Конструкции тарелок обеспечивают контакт пара и жидкости в барботажном, струйном или вихревом режиме.

Простейшая конструкция КУ – это решетчатая провальная (ситчатая) тарелка, представляет собой полотно с геометрически упорядоченными рядами щелей (размер щели 10 х 150 мм).

Пары и жидкость в противотоке проходят через одни и теже щели в тарелках. Жидкость на тарелках удерживается подпором потока паров, избыток жидкости проваливается через щель на нижележащую тарелку. С увеличением расхода паров, растет перепад давления на тарелке и удерживается слой жидкости большей высоты.

Чувствительны к изменению нагрузок, поэтому рекомендуются в простых колоннах с устойчивым режимом и небольшим числом тарелок.

Для увеличения производительности их делают волнистыми. Слив жидкости – через отверстия в нижней части впадин. Волны на соседних тарелках расположены крест-накрест.

Их производительность в 1,8-2 раза больше, чем колпачковых, металлоемкость 40-50 кг/м2.

Ситчатые тарелки – Слой жидкости высотой 25-30 мм удерживается восходящим потоком паров, который проходит через отверстия и барботирует через слой жидкости. Избыток флегмы стекает вниз по сливным стаканам (или через те же отверстия, если стаканов нет).

1 – уровень жидкости на тарелке; 2 – отверстия тарелки;

3 – сливной стакан; 4 – стенка колонны.

Рисунок – Устройство ситчатой тарелки

Недостаток: высокое гидравлическое сопротивление и закупоривание отверстий продуктами коррозии. Тарелки чувствительны к точности горизонтальной установки и изменениям режима – снижение скорости паров вызывает «осушение» тарелки и ухудшению массопередачи на ней.

Высота сливной перегородки в ВК -13 мм, в АТ -25 мм. Чем больше высота, тем больше КПД тарелки (за счет увеличения перепада давления). Гидравлический затвор в Рк высотой до 3,6 м – 25 мм, а при диаметре 7,2 м – 38 мм. Их производительность на 30-50% выше колпачковых, рабочий диапазон уже. Металлоемкость 50-65 кг/м2.

Колпачковые тарелки. Представляет собой перфорированную пластину с патрубками 4, патрубки прикрывают колпачки 3 со щелями 5. По патрубкам и кольцевому пространству6 через щели пары вводятся под слой жидкости на тарелке. Уровень жидкости на тарелке обеспечивается подпорной перегородкой 7.Избыток флегмы по сливным стаканам 2 перетекает на нижележащую тарелку.

1 – пластина; 2 – сливной стакан; 3 – колпачок;

4 – паровой патрубок; 5 – прорези колпачка;

6 – кольцевое пространство; 7 – подпорная перегородка;

8 – стенка колонны.

Рисунок - Устройство колпачковой тарелки

Клапанные тарелки. Их применяют с 1951 года.

Скорость движения жидкости в переливном устройстве тарелке не должне превышать 0,12 м/с, а скорость движения пара в свободном сечении колонны рекомендуется для Ат – 0,9-1,4 м/с, расстояние между тарелками 0,08-0,2 м; в ВК – скорость необходимо увеличивать пропорционально уменьшению плотности пара.

Дата добавления: 2015-05-08