Тепловой баланс процесса ректификации

Допущения:

1. Тепло подводится с «глухим» паром.

2. Исходная смесь предварительно подогревается до температуры кипения соответствующей тарелке питания, и подается в жидком виде.

3. Флегма из дефлегматора поступает в колонну при температуре кипения.

Приход тепла:

1.

2.

3.

Расход тепла:

1.

2.

3.

+ = + +

(  ) + = (  ) + .

= ( + + .

Тепло, подводимое в куб, расходуется на:

1. Испарение флегмы.

2. Испарение дистиллята.

3. Нагревание кубового остатка.

4. Компенсацию потерь тепла.

Расход греющего водяного пара в кипятильнике:

r w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>">  Исправить!   G _к на Q _к

Возможности рационального использования тепла:

1. Тепло кубового остатка на практике можно использовать для подогрева исходной сырьевой смеси.

2. Конденсат греющего водяного пара также можно использовать для подогрева исходной сырьевой смеси.

3. Перед теплообменником исходная сырьевая смесь может проходить дефлегматор, где будет нагреваться, охлаждая и конденсируя дистиллят.

Тепловой баланс дефлегматора

При полной конденсации (полный конденсатор):

=()  = W

 ;

Расход охлаждающей воды: W=

При частичной конденсации (парц. конд.):

 W

W=

Ректификация многокомпонентных смесей

 

Задача разделения многокомпонентных смесей на практике на НПЗ встречается гораздо чаще, чем разделение бинарных смесей.

Периодическое разделение многокомпонентных смесей проводится путём последовательного (во времени) отбора отдельных фракций. Однако при этом получается и большое количество промежуточных фракций.

Для непрерывной ректификации многокомпонентных смесей применяют установки, состоящие из нескольких последовательно соединенных простых колонн. Количество простых колонн должно быть на единицу меньшечисла компонентов в исходной смеси.

Преимущество: возможность создания благоприятных условий (температуры и флегмового числа) для разделения каждого компонента в каждой колонне.

Недостатки: громоздкость установки и необходимость большого количества насосов для перекачивания жидкости из колонны в колонну, а также флегмы в верх колонн.

 

На НПЗ широкое применение в этих целях получили сложные колонны.

Они занимают значительно меньше места и требуется только один насос для подачи флегмы на верхнюю тарелку.

Схема сложной колонны

на примере  разделения четырехкомпонентной смеси:

I – III – контуры, выделяющие отдельные части сложной колонны

В сущности она представляет собой простую колонне с наращенными на неё концентрационными частями последующих колонн. Отгонные части колонн выполнены в виде самостоятельных аппаратов, называемых отпарными или стриппинг-секциями.

Процесс протекает следующим образом: флегма, полученная при конденсации паров вверху колонны (III), последовательно перетекает по тарелкам концентрационной части колонны (III). Достигнув последней тарелки этой колонны часть флегмы стекает дальше в колонну (II), а оставшаяся часть отбирается в отпарную секцию.

Пары из этой секции возвращаются обратно в колонну (III), а компонент W ₂ отводится в виде бокового продукта. Аналогичная картина наблюдается и в колонне (II).

Недостатки:

1. Значительное возрастание общей высоты колонны.

2. Ухудшение четкости разделения компонентов (вследствие сложности регулирования флегмового числа в каждой части колонны).

Это не так важно для нефтепродуктов, т.к. они отбираются в виде довольно широко выкипающих фракции.

Экстрактивная и азеотропная ректификации

Эти виды ректификации используются для разделения компонентов с очень близкими летучестями (температурами кипения), а также для разделения азеотропных смесей. В обоих случаях к исходной смеси добавляется « разделяющий агент ».

Сущность метода экстрактивной ректификации заключается в том, что к исходной смеси прибавляется « разделяющий агент » с высокой температурой кипения, в котором один из разделяемых компонентов растворим хорошо, а другой – либо нерастворим, либо труднорастворим.

Присутствие экстрагирующего компонента приводит к уменьшению сил притяжения частиц нерастворимого компонента в растворе по отношению к остальным частицам и, в результате, к увеличению его относительной летучести в системе. Резкое изменение летучести значительно облегчает разделение исходных компонентов, а растворитель удаляется с кубовым остатком.

 

При азеотропной ректификации применяют разделяющий агент, образующие с одним из компонентов новую азеотропную смесь с минимальной температурой кипения.

На рисунке показано влияние добавки разделяющего агент на изменение относительной летучести компонентов бинарной смеси: