Способ разделения многокомпонентной смеси
Изобретение относится к способам разделения смеси и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности и позволяет повысить качество продуктов разделения. Подвод тепла по ступеням испарения и отвод тепла из ступеней конденсации осуществляют по экспоненциальной зависимости, возрастающий подвод и отвод тепла осуществляют по всем ступеням и в ступенях обогащения пара низкокипящими компонентами величина отвода тепла превышает величину подвода тепла, в ступенях обогащения жидкости высококипящими компонентами величина подвода тепла превышает величину отвода тепла. 5 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (19) (11) (51)5 В 01 П 3/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4395416/31-26 (22) 23.03.88 (46) 30.04.90. Бюл. М 16 (71) Уфимский нефтяной институт (72) Т.Г.Умергалин, А.P.Кафизов и Л.N.теляшева (53) 66.015.23(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
1!! 822839, кл. В 01 D 3/00, 1981. (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИНОГОКОМПОНЕНтной СМЕСИ (57) Изобретение относится к способам разделения смесей и может быть использовано в нефтяной, нефтепереИзобретение относится к способам разделения смесей и может быть исполь зовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности.
Целью изобретения является повышение качества продуктов разделения.
Способ реализуют следующим образом.
Разделение, многокомпонентной смеси осуществляют путем взаимодействия пара и жидкости на ступенях контакта в аппарате. После взаимодействия пара и жидкости производят смешивание сконденсированной части пара с неиспарившейся частью жидкости и испарившейся части жидкости с несконденсированной частью пара. B процессе разделения из ступеней конденса2 рабатывающей и нефтехимической про" мьппленности и позволяе,повысить качество продуктов разделения. Подвод тепла по ступеням испарения и отвод тепла из ступеней конденсации осуществляют по экспоненциальной зависимости, возрастающий подвод и отвод тепла осуществляют по всем ступеням и в ступенях обогащения пара низкокипящими компонентами величина отвода тепла превышает величину под;вода тепла, в ступенях обогащения жидкости высококипящими компонентами величина подвода тепла превышает величину отвода тепла. 5 табл. ции отводят тепло, в ступени испарения подводят тепло. В ступенях обо 1 гащения пара низкокипящими компонентами отводят тепло в большей степени, чем подводят тепло, в ступенях обогащения жицкости высококипящими компонентами подводят тепла больше, чем отводят.
Согласно способу теплоотвод и теплоподвод осуществляют.по всей длине аппарата, причем теплоподвод возрастает в направлении движения высококипящего компонента (ВКК), а теплоотвод возрастает в направлении движения низкокипящего компонента (НКК)
С целью повышения качества продуктов разделения величину теплоподвода з ю
Я, в -ю ступень испарения осуществляют по следующей зависимости:
1560253
=Ц . ехр (- ° --), i I,...,N, (I) где i — номер i-й секции, изменяющийся от I до Н включительно;5
N — количество секций;
t — температура кипения НКК, С;
tq — температура кипения ВКК, С; — количество теплоподвода, ха6 о 10 рактериэующее тип разделяе" мой смеси и качество продук8 тов разделения ккал/ч;
Q — количество тенлоподвода в
i-ю секцию ккал/ч.
f5
Величина теплоотвода Я,. из i-й ступени конденсации рассчитывается по формуле д d t< И-i+1 ((1 ехр,(— ††-), 1=1 N, (2)
О tt N 20 д где — количество теплоотвода, характеризующее тип. разделяемой смеси и качества продуктов разделения, ккал/ч1 25
Ц. — количество теплоотвода из ! ъ-й секции, ккал/ч.
Проведены расчеты процесса разделения смеси по известному и предлагаемому способу при различных соста- 30 вах исходной смеси гексана:гептана.
Принятые составы смеси приведены в табл.1.
Расход смеси во всех вариантах равен 100 т/ч, суммарный теплоподвод в ступени испарения равен суммарному теплоотводу из ступеней и равен
6000 ккал/ч Давление в аппарате принято равным 0,1 Mla.
Пример 1 (по прототипу) » Раз- 40 деление осуществляется в аппарате, состоящем из одной ступени конденсации. Между ступенями установлены эле- менты массообменного контактирования.
Исходная смесь вводится в свободное 45 пространство под элементы контактирования. В .расчетах элементы контакти- . рования рассматривались как теорети- ческая ступень контакта.
Пример 2 (по известному спо.50 . собу). Разделение осуществляется в .аппарате, состоящем из 6 ступеней неадиабатической конденсации - испарения. Здесь в каждой ступени количество отведенного тепла равно количеству подведенного тепла. Паровая фаза исходной смеси вводится в третью ступень, жидкая фаза — в четвертуЬ..
В каждой ступени испарившнйся паро вой поток после контакта смешивается с паровым потоком из предыдущей ступени.
Пример 3 (по предлагаемому способу). Рассмотрено шесть вариантов работы аппарата по этому способу.
Первые четыре варианта †. способ реализуется в аппарате при различных величинах теплоотвода из ступеней конденсации и теплоотвода в ступени ис" парения при наличии в ступенях элементов массообменного контакта.В пятом варианте теплоподвод и теплоотвод соответствуют варианту 3, однако в ступенях отсутствуют элементы массообменного контакта. В шестом варианте теплоотвод и теплоподвод по длине аппарата рассчитаны по экспоненциальной зависимости (1) и (2), Исходная смесь, как в примере. 2, вводится между третьей и четвертой ступенями
Величины теплоотвода и теплоподвода по ступеням конденсации и испарения приведены в табл.2.
Основные режимные параметры работы по предлагаемому способу для различных составов смеси приведены s табл.
3, 4и5.
Цз представленных данных следует, что при одинаковых суммарных тепловых затратах качество продуктов разделения в предлагаемом способе siaue, чем в известных способах.
Процесс одноступенчатой конденсации и испарения в примере 1 (прототип) менее эффективен, чем многоступенчатой в примере 3 (предлагаемый способ) - Однако при равном теплоотводе и теплоподводе в ступени, соответствующем процессу неадиабатической ректификации в примере 2, разделение смеси осуществляется также неэффективно.
С ф . йроцесс разделения смеси улучшается, если в ступенях конденсации и испарения величина теплоотвода не соответствует величине теплоподвода, причем в ступенях обогащения пара ниэкокнпящими компонентами величина теплоотвода:превышает величину теплоподвода (пример 3). Укаэанная разность отвода и подвода тепла тем больше, чем ближе располагается ступень конденсации и испарения к концу аппара-,: та., из которого выводится низкокипяI
53 6 аоба сохраняются, Так, несмотря на отсутствие элементов массообменного контактирования качества продуктов разделения в примере 3,5 лучше, чем в примерах 1 и 2.
Из приведенных в табл. 2 — 5 данных видно, что наиболее оптимальными являются величины теплоподвода и теплоотвода, рассчитанные по экспоненциальным зависимостям (1) и (2).Разделением многокомпонентной смеси в этом случае достигается лучшее качество по сравнению с известными способами и-прототипом.
Исследования, проведенные на смеси гептан:толуол,также показали эффективность разделения смеси при теплоподводе и теплоотводе, рассчитанным по формуле (1) и (2).
15602 щий продукт разделения D,, Аналогично в ступенях обогащения жидкости высококипящими компонентами величина подвода тепла превышает величину от5 вода тепла. При этом разность подвода и отвода тепла тем больше, чем ближе располагается ступень испарения и конденсации к концу аппарата, из которого выводится высококипящий про10 дукт разделения Р .
Однако черезмерное увеличение разности между теплоподводом и теплоотводом нежелательно. Как.показали дополнительные расчеты, при подводе и отводе тепла в ступени конденсации и испарения по аналогии со способом термодинамически обратимой ректификации, при котором в ступенях обогащения пара низкокипящими компонентами отсутст- 20 вовал теплоподвод и в ступенях обогащения жидкости высококипящими компонентами отсутствовал теплоотвод, качества продуктов разделения были хуже, чем в предлагаемом способе. Такой вы- 25 вод можно сделать также по результатам расчета примера 3, 4. В этом примере величина теплоотвода в ступе- Ф о р м у л а н з о б р е т е н и я нях обогащения пара низкокипящими компонентами много больше величины тепло- 30 подвода и наоборот на противоположю ной половине аппарата намного преобладает величина. теплоподвода. Качества продуктов разделения в этом примере хуже, чем в примерах 3.2, 3.3 и 3.6.
Из данных расчета примера 3, 4 следует также, что черезмерная концентрация теплоотвода и теплоподвода на концах аппарата нежелательна. В этом 40 случае предлагаемый способ будет близок к прототипу (пример 1), который менее эффективен. С другой стороны, из данных расчета примера 3.1 следует, что уменьшение разности меж- 45 ду теплоотводом и теплоподводом по длине аппарата приводит к ухудшению разделения смеси. В этом случае способ будет близок к известному способу примера 2, который также менее эффективен. В зависимости от свойств разделяемой смеси указанная разность между подводом и отводом тепла будет различаться.
Как видно из проведенных исследований, использование предлагаемого способа разделения многокомпонентной смеси обеспечивает повышение качества продуктов разделения.
Как следует из данных расчета примера 3.5, даже при отсутствии в аппарате элементов массообменного контакта преимущества предлагаемого споСпособ разделения многокомпонентной смеси, включающий стадии много-. ступенчатой конденсации пара и многоступенчатого испарения жидкости, смешение после контакта сконденсированной части пара с неиспарившейся частью жидкости и испарившейся части жидкости с несконденсированной частью пара, возрастающий в направлении движения пара отвод тепла из ступеней конденсации, возрастающий в направлении движения жидкости подвод тепла в ступени испарения, ступени обогащения пара низкокипящими компонентами и жидкости высококипящими компонентами, отличающийся тем, что, с целью повышения качества продуктов разделения, подвод тепла по ступеням испарения и отвод тепла из ступеней конденсации осуществляют по экспоненциальной зависимости и возрастающий подвод и отвод тепла осуществляют по всем ступеням и в ступенях обогащения пара низкокипящими компонентами величина отвода тепла превышает величину подвода тепла,в ступенях обогащения жидкости высококипящими компонентами величина подвода тепла превышает величину отвода тепла.
1560253
Таблица 1
Компоненты Смесь, мас.Х
2 3
Гексан 25
Гептан 75
Таблица 2;
Пример (2 . >1
Ступени
-1754
-1З42
602
-l0I4
768
"768
1014
-602
1342
-520
1754
-!ооо ооо
-iooo
1ООО
-!ооо ооо
-!ооо ооо
-iooo !
Ооо
-!ооо
iooo
-6000
6000
Таблица 3 ((L
Параметры ер
> 2 (э > ТЗ 4 ) » »
21,1
78,9
21>0
79,0
21,2
78,В
21,8
78,2
2I,0
79,0
2!,1
78,9
21,2
78,8
21,1
78,9
88,9
80,9
91,9
88,9
8l,7
9!,6
88,9
82,9
91,2
88,9
82,1
9I,5
88,9
88,9
В8,9
88,9
82,4
91,4
88,9
81,3
91,7
88,9
8l,l
91,8
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
0,22
0>22
2649
3851
2679
3821
2664
3836
2657
3848
2807
3693
2673
3829
3855
2638
3862
65,69, 66,28 бз,iз 64,32
67,25
60,61 . 39, 18
62,22
85 00
86,00 85,21 85,51 86,23
84,59
85,85
76>95
Таблица 4
Параметры
Пример
1 Т Т
1 1 г
Э. I
3.6
49,9
50,1
100 1ОО 100 100 100
49>4 49>4 49>4 49>4 49>3
50,6 .- 50,6 50;Ь 50,6 50,7
49,5
50,5
49,5
50,5
82,7
79,0
86,5
82,7 82,7
78,8 82,7
88,7 82,7
82,7
78,2
87,3
62,7
77,9
67,1
82,7
78,3
87,2
82,7
78,3
87,2
82,8
77,9
87,7
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
8500 8500 8500 8500
6157 6144 6159 6158
2343 2356 2341 2342
6176
2324
6304
2!96
6185 231 7
6141
2359
Расход, т/ч сырья потока D, потока D„ - о
Температура, . С сырья потока П потока D
Доля отгона сырья (мас.)
Теплосодержание>
Икал/ч сырья потока D> потока D2
Концентрация гексана в потоке D !, мас.й
Концентрация гелтана в потоке Па> мас.Z
Расход,т/ч, сырья потока D> потока О
Температура, оС сырья потока D> потока 02
Доля отгона сырья (мас.Z)
Теплосодерканне, Икал/ч сырья потока D> потока D2
-!208
792
- I I 25
-1042
958
-958
1042
-875
-792
1208
-1377
-!!71 во!
-1007
Вв
-884 !
ОО7
"80I ,1171
-760 !
З77
-2!29
zei
-!514
404
-!О21
651
-651
1021
-404
15!4
-гв!
2129
-1754
-1342
602
-10!4
768
-768
1014
-602
1342
-520
1754
-l 3 1 3
508
-1168
-1039
8 I8
-925
1038 -823 ! з!в
-732
1673
1560253
Продолжение табл.4
Пример
Параметры
Концентрация гексана в потоке 0 > мас.Х
Концентрация гелтана в потоке 0 „ мас.Х
76,36
76,32 g4 ° 99 75, 12
75>19
72, 94
61> 16
73,4&
75,67
75>66 74,4! 74,53
74,59
72,50
72,98 61,11
Пример
3.1 3.2 3.3 3.4
Параметры
1 1 2
3.5
3.6
100 100 100 100
77,1 77,1 77>1 77,1
22,9 22,9 22,9 22,9
77,1
22;9
77,1
22,9
77,2
22,8
77,1
22,9
76,8
76,8
76,8
76,8
74,2
83,5
76,8
74>0
84,3
76,8
74,0
84,1
76,8
74,3
83,2
76,8
74,1
83,8
76,8
74,5
82,8
76,8
74,8
82,0
077 077 077 077
0,77
0,77
0,77
0,77
9507
993
9572
928
10500 10500 10500 10500
9479 9491 9487 9475 !
021 1009 1013 1025
9482
1018
9497
1003
79,36
86,79 . 87,02 86, IS 86,48 87,13
85,80
84,98
64,69 65,42 62,67 .63,64 65,74
39,72 61,44
58,63
Составитель С.Три4онов .Редактор Е.Копча Техред Л.Сердюкова Корректор МЛожо Заказ 937 Тираж 552 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101
Расход, т/ч сырья потока D потока 0 ао
Температура, С сырья потока О> потока П доля отгона сырья (мас.Х)
Теплосодеркание, икал/ч
- сырья потока DI потока D
Концентрацня гексана в потоке D, мас.Х
Концентрация гептана в потоке D, мас Л
2 > 1 1 3 2 Г > 3 1 > 4 1 3 > Г >.>
t * 4 >
1 Таблнца 5
