Нефть. От первых скважин до новой эпохи - Глеб Олегович Трухин

являются ситчатые тарелки. Они представляют собой устройства, устанавливаемые поперек диаметра колонны, с отверстиями диаметром до 20 миллиметров. Принцип работы заключается в прохождении паров через эти отверстия без сильного сопротивления и контакте с жидкой фазой.

Тарелки колпачкового типа устроены аналогично, но их отверстия снабжены паровыми патрубками, над которыми установлены колпачки с прорезями. Для создания необходимого уровня жидкости на тарелке последнюю снабжают сливной перегородкой. Принцип работы такого устройства заключается в том, что жидкость поступает и заполняет тарелку на высоту сливной перегородки. Прорези колпачков находятся под слоем жидкости. Пар проходит через паровые патрубки, щели колпачков и барботирует сквозь слой жидкости.

В отличие от колпачковой, клапанная тарелка работает иначе: клапаны автоматически регулируют площадь проходного сечения в зависимости от паровой нагрузки, обеспечивая постоянную скорость пара и высокую эффективность разделения.

Чешуйчатая тарелка представляет собой лист, на котором выдавлены плоские или полукруглые язычки. Чешуи бывают арочными и лепестковыми, их располагают на тарелке в шахматном порядке. В них пар подается в направлении потока жидкости. Чешуйчатые тарелки работают наиболее эффективно при струйном режиме, возникающем при скорости пара в чешуях свыше 12 м/с. Основные виды тарелок показаны на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4. Ситчатая тарелка

Рисунок 5. Колпачковые тарелки

Насадочные тарелки представляют собой элементы специальной формы, загружаемые или устанавливаемые в корпусе колонны для создания развитой поверхности контакта фаз. Насадки могут размещать в колонне по-разному – загружать аппарат без определенного порядка, навалом (нерегулярное размещение) и устанавливать в виде упорядоченных пакетов или блоков (регулярное размещение). Насадки бывают разных видов: кольца Рашига, спирально-призматические, насадка Панчекова. Некоторые виды насадок можно рассмотреть на рисунках ниже.

Теперь поговорим о проблеме, с которой сталкиваются при разделении близкокипящих компонентов. Возьмем, к примеру, пропан и пропилен. Колонна для такой задачи должна быть выше ста метров, а число контактных устройств – превышать две сотни. А теперь вопрос: что же делать в таких случаях?

Рисунок 6. Насадка Пачекова

Рисунок 7. Насадка спиральнопризматическая

Рисунок 8. Кольца Рашига

Ответ достаточно прост. Можно прибегнуть к помощи азеотропов. Азеотропная смесь – это смесь, в которой компоненты связываются при определенной концентрации и выкипают при определенной температуре. Такую смесь нельзя разделить ректификацией.

Азеотропная ректификация происходит в присутствии разделяющего агента, образующего с компонентами разделяемой смеси один или несколько азеотропов, которые преимущественно отбираются в виде ректификата. В качестве кубового остатка отбирается один компонент или смесь компонентов с минимальным содержанием разделяющего агента.

При экстрактивной ректификации применяется разделяющий агент, относительная летучесть которого низка по сравнению с компонентами разделяемой смеси. Так, в этом процессе практически весь разделяющий агент отводится с кубовым продуктом. В ректификат обычно переходит незначительное количество разделяющего агента.

Чтобы не произошло значительного загрязнения ректификата разделяющим агентом, необходимо избежать образования азеотропных смесей разделяющего агента с компонентами разделяемой смеси. Процесс образования такой азеотропной смеси, разделяющего агента с компонентом, отбираемым в ректификат, которая затем легко разделяется, например расслаиванием, получил название азеотропно-экстрактивной ректификации. Выбор способа ректификации в промышленности определяется в основном экономическими показателями процесса. Эксплуатационные затраты на ректификацию с разделяющим агентом в значительной степени зависят от относительного количества разделяющего агента, циркулирующего в системе, и затрат на его регенерацию.

Разделяющий агент, используемый при азеотропной и экстрактивной ректификации, должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Обеспечивать возможность повышения коэффициента относительной летучести разделяемых компонентов.

2. Сравнительно легко регенерироваться.

3. Хорошо растворять разделяемые компоненты, чтобы исключить расслаивание жидкой фазы при температурном режиме в колонне, поскольку это может привести к ухудшению процесса разделения.

4. Быть термически стабильным, не вступать в химическую реакцию с компонентами смеси, не вызывать коррозии аппаратуры, не быть токсичным, иметь невысокую стоимость.

Применяемые в промышленности разделяющие агенты только в той или иной степени удовлетворяют перечисленным требованиям. При разделении парафиновых и ароматических углеводородов с помощью азеотропной ректификации в качестве разделяющего агента применяют метанол, этанол, метилэтилкетон и др., а при экстрактивной ректификации – фенол, фурфурол и др.

Итак, мы снова встретились с ректификацией, но теперь изучили ее детальнее: разобрались в устройстве колонн, сути процесса и влияющих на него факторах. Кроме того, мы коснулись основы тонкой ректификации – азеотропного способа.

Абсорбция и десорбция

Абсорбция – это процесс поглощения жидким компонентом фракции из смеси. Отличается этот процесс своей избирательностью по отношению к извлекаемому компоненту. Так, отдельный поглотитель (абсорбент) подбирается под определенные цели. Абсорбция бывает двух видов: физическая и химическая. В первом случае процесс протекает благодаря взаимной растворимости компонентов друг в друге. Во втором случае – основываясь на химическом взаимодействии веществ.

Процесс абсорбции обратимый, поэтому он используется не только для получения растворов газов в жидкостях, но и для разделения газовых смесей. При этом после поглощения одного или нескольких компонентов газа из газовой смеси необходимо произвести выделение из абсорбента поглощенных компонентов, т. е. десорбцию.

В нефтяной промышленности его применяют для очистки от кислых примесей, извлечения углеводородных газов, а также в процессах очистки газа пиролиза при разделении фракций крекинга.

Движущей силой процесса абсорбции (десорбции) является разность парциальных давлений поглощаемого компонента в газовой и жидкой фазах, который стремится перейти в ту фазу, где его концентрация меньше требуемой по условию равновесия. Уточним новое понятие. Парциальное давление – это давление, которое оказывал бы газ, входящий в смесь, если бы он один занимал весь объем смеси при той же температуре.

Давайте разберем стандартную схему абсорбции на примере рисунка 9.

Рисунок 9. Схема абсорбции

Сырье поступает в низ абсорбционной колонны, сверху идет подача свежего абсорбента. С головы колонны выходит очищенный продукт, а насыщенный абсорбент поступает в теплообменник и нагревается потоком регенерированного (свежего) абсорбента из десорбера. Затем насыщенный реагент сам поступает в десорбер, к которому подведено тепло. В этом аппарате происходит его регенерация, после чего он отводится снизу аппарата и поступает через теплообменник назад в колонну. С верха десорбера отводится извлекаемая фракция и газовая составляющая.

Сами абсорберы – это аппараты колонного типа, которые снабжены контактными устройствами, на которых происходит процесс диффузии. Процесс абсорбции во многом схож с ректификацией, но имеет важные отличия. Во-первых, он требует дополнительного регенеративного блока и периодической замены абсорбента (отвод отработанного и подача свежего). Во-вторых, отличается движущей силой и избирательностью (селективностью) поглощения компонентов.

В качестве абсорбентов при разделении углеводородных газов используют бензиновые или