Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Совершенствование работы установок подготовки нефти

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 128 9 10 11 12 > Следующая >>>

Оригинальная конструкция лепестков для струйно-направленных тарелок представлена на рис. 2.16д. Каждый лепесток выполнен из трех частей: средняя – по форме плоского кругового сектора; а боковые – по форме конической поверхности. Выходящий из-под лепестков газовый поток формируется в виде трех струй, одна из которых движется по тарелке в направлении потока жидкости, а две другие – под углом к нему.

Для предотвращения сдувания жидкости к одной из сторон тарелки и более равномерного распределения газа направляющие пластины перегородок повернуты в противоположные стороны. Особенно эффективны такие тарелки в аппаратах, работающих с большими нагрузками по газу и жидкости. Более совершенную конструкцию имеют тарелки с поперечными перегородками (рис. 2.16ж), направляющие пластины которых выполнены в виде лопаток, соединенных между собой по вертикали. Плоскости смежных лопаток развернуты одна относительно другой и расположены симметрично относительно направления движения жидкости.

При встрече с лопатками газожидкостной поток делится по высоте на отдельные слои, движущиеся в перекрещивающихся направлениях и взаимодействующие на границах соприкосновения, турбулизируя сплошную фазу, и тем самым, повышая процесс массопередачи [39].

Не так давно стали предлагать высокопроизводительные тарел- ки центробежного типа (рис. 2.17), хотя идея использования закрученного газового потока была предложена русскими учеными в начале 60-х годов прошлого столетия.

Основание центробежной тарелки состоит из полотен коробового типа с выштампованными на них лопастными завихрителями и полукруглыми окнами для размещения переточных труб. На полотнах соосно с лопастными завихрителями устанавливаются с помощью специальных фиксаторов сепарационные обечайки, внутрь которых вставляется переточная труба с закрепленным на ней отражателем.

Рис. 2.17. Центробежная тарелка: а – детали центробежной тарелки и порядок их сборки; б – общий вид тарелки; 1 – полотно; 2 – завихритель; 3 – полукруглое окно; 4 – сепарационная обечайка; 5 – отражатель; 6 – переточная труба.

Работа центробежной тарелки заключается в том, что жидкость

с помощью специального распределителя направляется через переливные трубы в центр каждого элемента и через щель между концом трубы и основанием тарелки поступает на лопастной завихритель. Газ проходит через завихритель снизу и, поднимаясь, закручивается, подхватывая жидкость и отбрасывая ее на сепарационную обечайку. На внутренней поверхности последней жидкость под действием центробежной силы выделяется через вертикальные щели, перетекает в межэлементное пространство, а затем через переточные трубы – на нижерасположенную тарелку.

С увеличением скорости газа в центре завихрителя понижается

давление и увеличивается пропускная способность переточной трубы. Таким образом, в центробежной тарелке одновременно повышается производительность по газовой и жидким фазам.

Предлагается применять центробежные тарелки в секциях наи-

более нагруженных по пару и жидкости, например, в зоне циркуляционных орошений или в секции разделения керосиновой и легкой дизельной фракций [40].

К тому же, преимущество предложенной конструкции состоит в

том, что перепад давления значительно меньше, чем в обычных цен-

тробежных тарелках, так как здесь используются два завихрителя, а следовательно, на второй завихритель поступает поток пара, уже закрученный на первом. В итоге общий перепад давления ниже, а нагрузка по жидкости больше [41].

Обычно гидравлическое сопротивление тарелок в вакуумных колоннах составляет 1–2 мм рт. ст. (133,3–266,6 Па). В атмосферных – 6–10 мм. рт. ст. (0,8–1,3 кПа). КПД тарелок – 30–40 % и 60–80 % соответственно для вакуумных и атмосферных колонн. В вакуумных колоннах тарелки работают в перекрестно-прямоточном (струйном) режиме при малом времени контакта фаз; для уменьшения уноса капель жидкости над полотном тарелок монтируются отбойники. Низкая эффективность является основной причиной замены тарелок в вакуумных колоннах на регулярную насадку. Тарелки же в атмосферных колоннах обычно работают в перекрестно-точном режиме с большим временем контакта фаз, значительным запасом жидкости на тарелке и лучшей организацией барботажа. Однако при высоком гидравлическом сопротивлении высота жидкости в кармане тарелки может превысить межтарельчатое расстояние с захлебыванием колонны.

Равномерность барботажа по площади тарелки определяет ее эффективность и зависит от точности горизонтальной установки полотна тарелки. Неравномерность барботажа вдоль движения жидкости связана с градиентом уровня жидкости на тарелке от точки ввода до сливного кармана. Градиент уровня жидкости зависит от плотности орошения тарелки – часового объема жидкости, отнесенного к длине

сливной перегородки (обычно не более 50

). Для перекрестно-

⋅

точных тарелок барботаж паров также является дополнительным сопротивлением движению жидкости. Допустимый градиент жидкости составляет 1–2 мм/м длины полотна тарелки, при его повышении барботажная зона смещается в направлении сливного кармана, где высота жидкости меньше. При этом со стороны ввода жидкости на тарелку пар не барботирует, что приводит к провалу части жидкости и снижению эффективности. В зоне интенсивного барботажа часть паров не успевает отделиться и увлекается жидкостью в сливной карман; плотность парожидкостной смеси в кармане уменьшается, что приводит к увеличению высоты слоя жидкости в нем и заливу тарелки. Поэтому

для лучшей сепарации фаз необходима успокоительная зона перед сливным карманом; а при очень больших расходах жидкости с целью лучшей ее дегазации применяют сегментные переливы с наклонными планками.

Для уменьшения плотности орошения применяют тарелки с двумя или четырьмя сливными перегородками. Тарелки с высокой жидкостной нагрузкой также монтируют с уклоном по ходу движения жидкости. В этом случае движущей силой потока жидкости является геометрическая разность высот точек вывода и ввода жидкости на тарелке, а высота слоя жидкости остается постоянной на всем протяжении ее движения [29].

Необходимо учитывать, что величины жидкостных и паровых потоков внутри ректификационных колонн различны по высоте и меняются в очень широких пределах. Например, паровой фактор (F =

1/2

(w⋅p)

, где w – скорость пара, м/с; p – плотность пара, кг/м3) в от-

парной части атмосферной колонны в 10 раз меньше, чем в зонах циркуляционных орошений, и в 9 раз выше, чем на тарелках, расположенных непосредственно над вводом сырья в колонну. Как следствие, в некоторых колоннах, где во всех сечениях колонны применялись одинаковые КУ, тарелки оказывались перегруженными или недогруженными по жидкости или пару, поэтому, для каждой секции колонны желательно подбирать наиболее рациональные виды КУ [42].

Следует отметить, что универсальных конструкций тарелок, эффективно работающих «всегда и везде», не существует. При выборе конкретного типа из множества вариантов следует отдать предпочтение той конструкции, основные показатели эффективности которой в наибольшей степени удовлетворяют требованиям, предъявляемым исходя из функционального назначения ректификационных колонн. Например, в вакуумных колоннах предпочтительно применение КУ, имеющих как можно меньшее гидравлическое сопротивление [10].

2.6. Вакуумная перегонка мазута в насадочных колоннах

2.6.1. Общие сведения

Проблема интенсификации работы ректификационных колонн

существовала всегда и, надо полагать, будет существовать, поскольку

меняется

сырье, производительность установок и решаемые задачи.

Ранее реконструкция колонного оборудования сводилась к замене устаревших тарелок на новые, более совершенные. Но со временем ужесточаются требования к качеству получаемых продуктов, возрастает интерес к новым конструкциям ректификационных колонн [43].

В последние годы в мировой нефтепереработке все более широкое распространение при вакуумной перегонке мазута получают насадочные контактные устройства регулярного типа, обладающие, по сравнению с тарельчатыми, наиболее важным преимуществом – весьма низким гидравлическим сопротивлением на единицу теоретической тарелки. Это достоинство регулярных насадок позволяет конструировать вакуумные ректификационные колонны, способные обеспечить либо более глубокий отбор газойлевых (масляных) фракций с температурой конца кипения вплоть до 600 оС, либо при заданной глубине отбора существенно повысить четкость фракционирования масляных дистиллятов [10].

Применяемые в настоящее время высокопроизводительные вакуумные колонны с регулярными насадками по способу организации относительного движения контактирующих потоков жидкости и пара можно подразделить на следующие два типа: противоточные и перекрестно-точные [10].

В насадочных контактных устройствах, в отличие от тарельчатых, процесс тепло-, массообмена осуществляется не за счет организации интенсивного перемешивания взаимодействующих фаз, а за счет увеличения поверхности границы раздела фаз. Для этого используются пористые, сетчатые материалы или просечно-вытяжные листы из нержавеющей стали. Главное, создать большую удельную поверхность. Например, у насадки Зульцер в 1 м3 объема площадь контакта (общая поверхность насадки) достигает порядка 400–500 м2 [44].

В регулярных насадках элементы распологаются в определенном геометрическом порядке и, тем самым они создают упорядоченные каналы для прохода паров [25], но по мере стекания по насадке жидкость потоком пара оттесняется от центра колонны к ее стенкам, что приводит к снижению эффективности насадки, поэтому между слоями жидкость перераспределяют с помощью специальных устройств [29].

К насадкам предъявляются следующие требования:

• большая удельная поверхность;

• хорошая смачиваемость жидкостью;

• малое гидравлическое сопротивление;

• равномерность распределения жидких и газовых потоков;

• высокие химическая стойкость и механическая прочность;

• низкая стоимость.

Наиболее привлекательные характеристики новых насадочных колонн:

• малый перепад давления, то есть минимальное гидравлическое сопротивление на одну теоретическую тарелку 133,3–266,6 Па или 1–2 мм рт. ст.;

• широкий диапазон устойчивой работы;

• увеличение КПД [37].

• из-за низкого гидравлического сопротивления регулярных насадок

в вакуумную колонну можно «вместить» в 3–5 раз больше теоретических тарелок, а это позволяет осуществлять процесс с пониженной температурой нагрева или без подачи водяного пара [10].

.6.2. Применение противоточных насадок

Противоточные вакуумные колонны с регулярными насадками конструктивно мало отличаются от традиционных малотоннажных насадочных колонн. Только вместо насадок насыпного типа устанавливаются блоки или модули из регулярной насадки и устройства для обеспечения равномерного распределения жидкостного орошения по сечению колонны. В сложных колоннах число таких блоков (модулей) равно числу отбираемых фракций мазута [10].

Достоинства противоточных насадок:

• высокая производительность по мазуту;

• возможность получения глубоковакуумного газойля с температу-

рой конца кипения более 550

С;

• пониженная (на 10–15 оС) температура нагрева мазута в печи;

• более чем в два раза снижение потери давления в колонне;

• существенное снижение расхода водяного пара на отпарку [10].

Минусы прямоточных насадок:

• в колоннах диаметром более двух метров наблюдается избира- тельность при движении потоков пара и жидкости, что требует более частого их перераспределения;

• насадка занимает все поперечное сечение колонны;

• при переходе к другому ассортименту продукции необходимо сек-

цию разделить на несколько частей, что сопряжено с дополнительными затратами [43].

Отечественная насадка «Вакупак» (рис. 2.18а) превосходит западные аналоги «Меллапак» (Швейцария) и «Гемпак» (США).

Она представляет собой пакет вертикальных пластин, параллельных оси колонны. Пластины состоят из просечно-вытяжного листа с горизонтальными гофрами. На гофрах имеются отогнутые и направленные вниз выступы с отверстиями. Эти выступы обеспечивают определенное расстояние между пластинами. Жидкость стекает по гофрам в виде пленки (такое движение сохраняется при любой нагрузке по пару и жидкости). Газ движется снизу вверх в зазорах между гофрированными листами. Выступы гофров обеспечивают интенсивное внутреннее перемешивание жидкости и пара [45].

Часто для реализации процессов четкого разделения без наращивания высоты колонны необходима более эффективная насадка с малой высотой эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ). Для этого была разработана насадка «Кедр» (рис. 2.18б). Насадка представляет собой пакет вертикальных листов с двунаправленным гофрированием, обеспечивающим обеим фазам возможность перехода в смежные каналы, образованные гофрами. Для улучшения смачивания насадки и создания более равномерной пленки жидкости на поверхности листов перед гофрированием наносят мелкое рифление [46].

Для сравнения ВЭТТ «Вакупак» составляет 0,5–1,1, а «Кедр» -

0,3–0,5.

В настоящее время предлагается вихревая пакетная насадка (рис. 2.18д). Насадка состоит из множества вихревых ячеек, в которых

происходит процессы тепло- и массообмена. Конфигурация стенок ячеек насадки такова, что при взаимодействии газовой и жидкой фаз внутри них развивается вихревое движение [47].

в г

Рис. 2.18. Регулярные насадки: а – насадка «Вакупак»; б – насадка «Кедр»; в – насадка Зульцер; г – насадка Гудлоу; д – вихревая насадка.

Насадка Зульцер (рис. 2.18в) состоит из перемежающихся слоев

гофрированной сетки или перфорированного металлического листа,

причем гофры в соседних слоях повернуты в противоположную сторону.

Насадка Гудлоу (рис. 2.18г) представляет собой свернутую спи-

раль из сетчатого чулка, в колонну укладывается послойно и пар проходит в щелях между сетчатыми слоями [29].

2.6.3. Применение перекрестно-точных насадок

Такие насадки заменяют только часть поперечного сечения ко-

лонны (в виде различных геометрических фигур: кольцо, треугольник, четырехугольник, многоугольник). Изготавливаются из плетеной металлической сетки, просечно-вытяжных листов, пластин. Насадка проницаема для паров в горизонтальном направлении, а для жидкости – в вертикальном. Она разделена распределительной плитой на несколько секций (модулей), представляющих собой единую совокупность элемента регулярной насадки с распределителем жидкостного орошения. В пределах каждой секции организуется поперечное контактирование фаз, то есть жидкость и пар проходят различные независимые сечения (жидкость движется сверху вниз, а пар – в горизонтальном направлении), площадь которых можно регулировать, что дает проектировщику свободу. Такой контакт позволяет регулировать в оптимальных пределах плотности жидкости и пара изменением толщины и площади поперечного сечения насадочного слоя, тем самым повышая почти на порядок скорость паров.

Достоинства перекрестноточных насадок:

1) устраняют дефекты (захлебывание, образование байпасных потоков, брызгоунос, характерный для противоточных насадочных и тарельчатых колонн);

2) те же плюсы, что и при применении противоточных насадок;

3) насадочный слой занимает только часть горизонтального сечения площадью на порядок меньшt, чем противоточные насадки [10];

4) с применением перекрестно-точных насадок в одной вакуумной

колонне возможна перегонка мазута с получением узких масляных дистиллятов [10].

Расчеты показали, что контактные устройства в зоне циркуля-

ционного орошения должны быть с КПД не менее 0,85. Обеспечить

высокий КПД на тарелках очень сложно, так как в зоне конденсации широко применяются гидродинамические нагрузки, поэтому лучше использовать насадочные блоки. Устанавливать их следует раньше, чем в зоне ректификации, и реконструировать эту зону нужно в первую очередь после реконструкции зоны питания.

Как описывалось ранее, при циркуляционном орошении жид-

кость подается на тарелку, расположенную выше места вывода ее из колонны. На эту же тарелку поступает также орошение с вышерасположенной тарелки. Обе жидкости имеют различный состав. Если колонна тарельчатая, то эти две жидкости смешиваются и полученная смесь контактирует с паровой фазой.

Использование регулярных перекрестно-точных насадочных

устройств позволяет организовать более рациональную схему контактирования пара с указанными жидкостями. Паровую фазу можно контактировать вначале, на первом блоке насадочного устройства, с жидкостью более тяжелого фракционного состава. При этом конструктивно отдельные блоки перекрестно-насадочных устройств могут быть установлены друг над другом или расположены рядом на одном уровне, что сокращает общую высоту насадочных блоков в колонне.

Исследования показали, что в вакуумных колоннах, в которых в

качестве боковых погонов отбираются тяжелое дизельное топливо и вакуумный дистиллят, пар при контактировании на насадочном устройстве, установленном над зоной ввода сырья, контактирует сначала с более тяжелой жидкостью, а затем с более легкой – стекающей с вышерасположенной тарелки. Качество вакуумного газойля выше, чем при контакте пара со смесью двух указанных жидкостей. Улучшается отпарка легких фракций из тяжелой жидкости [48].

В одном из патентов предложено оборудовать отгонную сек-

цию вакуумной колонны перекрестно-точными насадками. В этом случае с низа колонны выводят дополнительный поток в виде высококипящей дистиллятной фракции. Предотвращают смешение тяжелого кубового продукта, поступающего с питанием, с потоком жидкости, стекающей с нижнего контактного устройства укрепляющей секции. Это обеспечивается за счет разделения контактного устройства на две части непраницаемой для прохода жидкости вертикальной перегородкой. Схема движения потоков приведена на рис. 2.19 [49].

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 128 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]