Последовательность расчета испарителя
ВВЕДЕНИЕ
Для разделения смеси газов на индивидуальные компоненты или пригодные для дальнейшей переработки технические фракции применяются следующие процессы: конденсация, компрессия абсорбция ректификация адсорбция. На газофракционирующих установках (ГФУ) эти процессы комбинируются в различных. Конденсация - первая стадия разделения газов.
С помощью конденсации газ превращается в двухфазную систему, которую затем механически разделяют на газ и жидкость. В качестве охлаждающего агента, прежде всего, используют воду или воздух. В этом случае температура конденсации составляет 35-40. Чтобы увеличить число конденсирующихся компонентов необходимо понизить температуру конденсации. Этого добиваются, применяя в качестве охлаждающих агентов испаряющийся аммиак, хладон, этан, пропан. При использовании в качестве хладагента пропана аммиака температуру конденсации можно понизить до-35с, при использовании этана до-80Компрессия - применяется в схемах разделения газов совместно с конденсацией. При повышении давления газов создаются наиболее благоприятные условия конденсации углеводородов. Из скомпримированного газа и первую очередь конденсируются наиболее тяжелые компоненты.
Абсорбция - это процесс поглощения отдельных компонентов газа с жидкостью (абсорбент), вступающей с ним в контакт. Эффективность абсорбции зависит от температуры, давления, при котором проводится процесс, физико-химических свойств газа и применяемого абсорбента, скорости движения адсорбируемого газа, количества подаваемого абсорбента, Определенный газовый компонент абсорбируются тогда, когда парциальное давление этого компонента в газовой фазе превышает его парциальное давление в парах, равновесных с жидкостью, являющейся абсорбентом и вступающей в контакт с газом.
Влияние давления на процесс абсорбции определяется законом Генри. Согласно этому закону растворимость газа пропорционально его парциальное давление в парах, равновесных с жидкостью являющейся абсорбентами вступающей в контакт с газом. Следовательно, интенсивность, с которой будет поглощаться абсорбентом извлекаемый из газа компонент, пропорциональна разности этих парциальных давлений. Количество того, количество поглощенного компонента пропорционально времени и поверхности контакта жидкой и газовой фаз. Влияние давления на процесс абсорбции определяется законом Генри. Согласно этому закону растворимость газа в жидкости пропорционально его парциальному давлению в парах над жидкостью. Если, не изменяя температуры, повысить давления над раствором, то в жидкость перейдут новые количество газа. При повышении температуры растворимость газа в жидкости уменьшается, абсорбция замедляется и может совсем прекратиться. На технологических установках при извлечении из газа пропана и бутана поддерживается температура не выше 35t,выбор абсорбента зависит от свойств абсорбируемого газа. Углеводородные газы наилучшим образом извлекается близкими им построению и молекулярной массе жидкими углеводородами легкого бензина. Поскольку легкий абсорбент обладает высоким давлением паров, он в значительной степени увлекается уходящим из абсорбера газом.
Одним из эффективных способов повышения степени излечения целевых компонентов является охлаждения абсорбента и газа перед подачей их в абсорбер до температуры ниже рабочей. Съем теплоты абсорбции осуществляется в промежуточных выносных холодильниках. Насыщенный абсорбент, взятый с вышележащей тарелки, пропускается самотеком или прокачивается насосом через холодильники, а затем возвращается нижележащую тарелку.
Для охлаждения сырья и циркулирующего абсорбента применяют не только воду, но и искусственные хладагенты: пропан аммиак, Адсорбционный метод разделение газов мало распространен промышленности. Он основан на способности некоторых твердых веществ с развитой поверхностью (активного угля, силикагеля и др.) избирательно поглощать различные компоненты газа. Подобно жидким поглотителям (абсорбентам) твердые адсорбенты более интенсивно поглощают тяжелые углеводороды. Подобрав определенный режим адсорбции, можно получить достаточно сухой газ.
Адсорбцию применяют для извлечения целевых компонентов из смесей, в которых содержания извлекаемых углеводородов не превышает 50мг/м, а также из газов, содержащих воздух. Ректификация является завершающей стадией разделения газовых смесей. Она применяется для получения индивидуальных углеводородов высокой чистоты. Поскольку разделение на компоненты смеси газов проводить затруднительно при существующих схемах газоразделения на ректификацию подают жидкость, выделенную из газа конденсационно-компрессионным или абсорбционным методом.
Ректификация сжиженных газов отличаются повышенным давлением в колоннах, поскольку для создания орошения необходимо сконденсировать верхние продукты ректификационных колонн в обычных воздушных и водяных холодильниках, не прибегая к искусственному холоду. Схема ректификационной установки и последовательность выделения отдельных компонентов зависят от состава исходной смеси, требуемой чистоты продуктов и количество получаемых фракций.
ИСПАРИТЕЛЬ
Рассчитать испаритель пропановой колонны газофракционирующей установки (ГФУ) при следующих исходных данных: производительность колонны сырья G=12000 кг/ч; молекулярная масса сырья 44; давление внизу колонны (абсолютное) 1,47*106 Па.
Количества, составы и температуры потоков, поступающих в испаритель и уходящих из него, приведены в таблице 1.1
| Поток | Обозна- чение | Состав | Число молей на 100 кмоль сырья | Т, К | |
| компо- ненты | мольная доля | ||||
| Флегма из колонны в испаритель Нижний продукт колонны (остаток из испарителя) Пары из испарителя в колонну | R+VR R VR | C3H8 C4H10 C5H12 C3H8 C4H10 C5H12 C3H8 C4H10 C5H12 | 0,078 0,719 0,203 0,040 0,665 0,295 0,105 0,758 0,137 | 158,4 63,4 95,0 |
Таблица 1.1
Горячим теплоносителем в испарителе, как правило, является водяной пар.
В результате расчета испарителя необходимо определить его поверхность теплообмена и количество греющего пара. Исходные данные к расчету испарителя получаются в результате расчета ректификационной колонны, которую он обслуживает.
Параметры греющего пара должны быть выбраны так, чтобы обеспечить в испарителе достаточно высокий температурный напор.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА ИСПАРИТЕЛЯ
1. Определяют тепловую нагрузку испарителя.
2. Определяют расход греющего пара, причем предварительно принимают его параметры и коэффициент удержания тепла в испарителе.
3. Определяют средний температурный напор в испарителе.
4. Рассчитывают коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей флегмы. В результате расчета этот коэффициент выражают как функцию теплонапряжения поверхности нагрева испарителя.
5. Рассчитывают коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующего водяного пара. В результате расчета этот коэффициент выражают как функцию теплонапряжения поверхности нагрева.
6. Определяют коэффициент теплопередачи в испарителе с учетом теплового сопротивления стенки трубы и загрязнения обеих ее поверхностей.
Так как коэффициенты теплоотдачи со стороны обоих теплоносителей являются функциями теплонапряжения поверхности нагрева, которая пока неизвестна, расчет ведется далее методом постепенного приближения по следующей схеме:
а) задаются тремя – четырьмя различными значениями теплонапряжения поверхности нагрева и для каждого из них находят коэффициенты теплоотдачи и коэффициент теплопередачи;
б) по соответствующим значениям теплонапряжения и коэффициента теплопередачи определяют величину температурного напора;
в) строят график зависимости теплонапряжение - температурный напор, называемый нагрузочной характеристикой испарителя;
г) зная для данного аппарата средний температурный напор, по графику находят теплонапряжение его поверхности нагрева;
д) делением полученного значения теплонапряжения на средний температурный напор определяют для данного аппарата коэффициент теплопередачи.
7. Рассчитывают поверхность теплообмена и по существующим нормалям набирают типовой испаритель.
8. Определяют скорости технологических потоков в штуцерах типового испарителя.
РАСЧЕТ