Энергосбережение в процессах ректификации бинарных и многокомпонентных смесей (1091408), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Примером использования системы с тепловым насосом можетслужить пропан-пропиленовая колонна в некоторых установках полученияэтилена и пропилена.Системы с теплообменом между конденсирующимися и испаряющимисяпотоками различных ректификационных колонн целесообразно (рис. 1.5а)использовать при достаточной положительной разности температур междуверхом одной колонны и низом другой.Системы с промежуточным подводом тепла и холода (рис. 1.5б) инесколькими вводами сырья при различных изотермах и составах фаз (рис. 1.5в)не только снижают внешние термодинамические потери, связанные с подводомтепла и холода, но и оказывают влияние на сам процесс ректификации.Термодинамический выигрыш от использования таких систем получается за счетприближения процесса ректификации в отдельной колонне к термодинамическиобратимому процессу, для которого внутренние потоки пара и жидкостиизменяются в каждой точке по высоте колонны.19Рис.

1.5. Схемы некоторых видовректификационныхрекуперациейтепласистемсистермодинамически выгодным подводоми отводом тепла: а – система степлообменоммеждуконденсирующимися и испаряющимисяпотокамиразличныхректификационных колонн; б – системас промежуточным подводом тепла ихолода; в – система со ступенчатойконденсациейсырьяинесколькимивводами в колонну; 1, 2, 3, 4 – продуктыВ системах с промежуточными подводами тепла и холода и с конечнымчислом ступеней разделения наилучшее приближение к термодинамическиобратимому процессу ректификации можно получить, если подводить тепло илихолод в каждую ступень разделения.При промежуточных подводах тепла и холода (рис.

1.5б) суммарные потокитепла и холода могут быть такими же, как и при адиабатической ректификации,однако тепло подводится при более низких, а холод при более высокихтемпературах. Это позволяет рекуперировать потоки при меньших затратах.В ряде случаев тот же эффект уменьшения затрат теплоты на разделениеможет быть достигнут путем ступенчатой конденсации (например, в узледеметанизации установок получения этилена) или ступенчатого испарения сырья(например, на установках первичной перегонки нефти) и ввода его в колонну внескольких точках (рис.

1.5в).При этом также, как и при промежуточных подводах тепла и холода вколонну, тепло подводится при более низких, а холод при более высокихтемпературах по сравнению с их подводом в кипятильник и дефлегматор.20Ступенчатый подогрев сырья без сепарации и ввод его в ректификационнуюколонну в нескольких точках также приводят к уменьшению энергетическихзатрат на разделение в дефлегматоре и кипятильнике. Так, проведенныерасчетные исследования колонны частичного отбензинивания установок АВТпоказали, что при одном и том же отборе бензина с верха этой колонны и одном итом же суммарном теплосодержании сырья переход к двум вводам питанияприводит к уменьшению нагрузки на печь на 6-12% [4].Эвристическими признаками целесообразности использования систем спромежуточным подводом тепла и холода и с несколькими вводами сырья присинтезе оптимальных схем разделения являются большие энергозатраты наразделение и большая разность температур между верхом и низом колонны.Следует иметь в виду, что применение этих систем приводит к некоторомууменьшению движущих сил процесса.

Следовательно, для получения продуктов стой же чистотой, что и при обычной ректификации, необходимо большее числоступеней разделения.При большой разнице температур между питанием и верхом колонныцелесообразно использовать промежуточные холодильники и, наоборот, прибольшой разнице температур между питанием и низом колонны – промежуточныенагреватели.Если исходное состояние сырья – пар, а температура верха колонны низка,рекомендуется использовать ступенчатую конденсацию и множественный вводсырья. Если исходное состояние сырья – жидкость, а температура низа колоннывысока, целесообразно использовать ступенчатое испарение и множественныйввод сырья.Во всех рассмотренных выше случаях системы с рекуперацией теплапозволяют главным образом снизить энергозатраты на разделение за счетопределенного усложнения технологии. Поэтому их использование экономическиоправдано только в тех случаях, когда соответствующий разделительный элементявляется«узкимместом»существенные затраты.схемыразделения,тоестьимеетнаиболее21Особым случаем применения систем с промежуточным подводом тепла илихолода является их использование для преодоления термодинамическихограничений при ректификации азеотропных смесей.

Если процесс разделенияпри бесконечной флегме невозможен (продуктовые точки принадлежат разнымобластям ректификации), а при обратимой ректификации возможен (продуктоваяточка и точка питания лежат в одной области обратимой ректификации дляданной секции), то в некоторых случаях реальный процесс ректификациивозможен только при промежуточном подводе тепла или холода. Очевидно, что вданном случае применение системы с промежуточным подводом энергииявляется вполне оправданным [11].1.3.Другие энергосберегающие схемы разделения методом ректификацииНесмотря на термодинамические достоинства, процессы неадиабатическойректификации сравнительно редко применяются в промышленности приразделении газовой смеси.Противоточная конденсация применяется при выделении легколетучегокомпонента, например гелия, из газовой смеси, все остальные компонентыкоторой конденсируются.

Этот процесс используется также в некоторыхустановках разделения газов пиролиза (например, фирмы «Линде») в узледеметанизации пирогаза [22].Что касается противоточного испарения, то в промышленных условиях этотпроцесс для получения труднолетучего компонента почти не применяется. Такоеположениеможнообъяснитьнедостаточнойизученностьюпроцессаитрудностями, обусловленными созданием системы подвода и отвода тепла,обеспечивающей изменение температуры хладоагента и теплоносителя взависимости от количества переданного тепла.

Дело в том, что в промышленныхусловиях используется в основном паровой холодильный цикл, включающийкомпрессию пара, его конденсацию и дросселирование, а также изобарическое22испарение хладоагента. Поэтому при переменной температуре хладоагентатребуется сложная многоступенчатая схема холодильной установки.Реализация теоретически наивыгоднейшего способа с противоточнойконденсацией и противоточным испарением затруднительна, однако возможенряд сравнительно простых решений, позволяющих осуществить приближение кнему.Ниже рассматриваются и анализируются некоторые применяемые впромышленности энергоэкономичные схемы, а также новые схемы, в которых взначительной мере возможно уменьшение энергозатрат в процессе ректификации.1.3.1. Ступенчатый отвод и подвод теплаПростейшим вариантом схемы, улучшающей условиямассообмена,является ректификационная колонна, оборудованная, помимо кипятильника идефлегматора, промежуточным конденсатором в укрепляющей секции ипромежуточным испарителем— в исчерпывающей [22].

Эта схема изображена нарис. 1.6.Рис. 1.6. Схема ректификации с промежуточнымитеплообменниками (ступенчатая ректификация)Вреальныхпромежуточныхусловияхтемпературныхдвауровняподвода и отвода тепла могут быть созданыбез значительного усложнения схемы. Приразделении смесей легких углеводородов(газы пиролиза, природные газы) обычноприменяетсямногоступенчатыйхолодильный цикл; одна из ступеней цикламожет быть использована для отбора теплав промежуточном конденсаторе.231.3.2. Разрезные колонныПри ректификации многокомпонентных смесей в обычной колоннеисточником потерь от термодинамической необратимости, помимо процессамассопередачи, является процесс смешения (в районе ввода питания) парапитания с отгонным паром и жидкости питания с извлеченной жидкостью.

Длямногокомпонентной ректификации характерно значительное различие в составахсмешивающихся потоков даже в случае оптимального ввода питания в колоннупри равенстве температур жидкостей питания и на тарелке.Значительное уменьшение потерь от необратимости при массообменеможет быть достигнуто в схеме, предусматривающей отвод части теплаконденсации из промежуточного сечения исчерпывающей секции и подвод теплак промежуточному сечению укрепляющей секции (рис. 1.7).Дляуменьшениятермодинамическихпотерь,обусловленных смешением потоков,имеющихразличныесоставы,процесс ректификации необходимопроводить таким образом, чтобы пар,поднимающийся из исчерпывающейсекции, не смешивался с паромпитания, а жидкость питания несмешиваласьсжидкостью,стекающей из укрепляющей секции.Выполнениеуказанныхусловий совместно с осуществлениемпромежуточного ввода орошения и Рис.

1.7. Схема разрезной колонны. спараприводитксхеметак конденсацией отгонных паров.24называемой разрезной колонны [22].При работе по этой схеме с тарелкипитания отбираются отгонный пар иизвлеченная жидкость, которые послеизменения их агрегатного состоянияиспользуютсявдополнительныхкачествепотоковпитанияколонны. Пирогаз, охлажденный вхолодильнике, поступает в колонну ввиде парожидкостной равновеснойсмеси.

Тарелка питания колоннывыполнена глухой для того, чтобыотгонный пар не смешивался с паром Рис 1.8. Схема разрезной колонны сиспарением извлеченной жидкости.питания.Из верхней части исчерпывающей секции отгонный пар поступает вдополнительныйконденсатор.Полученнуювнемжидкостьвместеснескондесировавшимся паром направляют в среднюю часть укрепляющей секции.Отгонный пар может отбираться полностью или частично. Концентрацияводорода в отгонных парах незначительна, поэтому для их конденсации требуетсяболее высокая температура, чем температура конденсации орошения вдефлегматоре колонны. Экономия энергии в схеме с конденсацией отгонного парадостигается в результате переноса части тепловой нагрузки в холодильном циклес низкого (в конденсаторе) на более высокий температурный уровень.Есливсмеси,подлежащейразделению,содержитсязначительноеколичество компонентов более тяжелых, чем тяжелый ключевой компонент(например, при стабилизации продуктов нефтепереработки), то для уменьшениятермодинамических потерь при ректификации может быть применена схема,приведенная на рис.

Характеристики

Список файлов диссертации