Исследование нестационарного движения фаз и его реализация

Анализ зарубежных и отечественных исследований циклической подачи потоков в процессе ректификации показал, к сожалению, что полученные результаты достаточно противоречивы, а отсутствие публикаций затрудняет эффективное использование циклических режимов работы в аппаратах промышленных размеров.

В РХТУ им. Д. И. Менделеева был разработан и реализован на ряде промышленных ректификационных колонн крупнотоннажных производств новый способ нестационарного движения парожидкостных потоков. Этот способ был осуществлен в действующих тарельчатых колоннах барботажного типа (ситчатые, клапанные, колпачковые) с переливом, при этом подача сырья и флегмы в колонну производилась по строго определенному закону (циклическому), а отбор дистиллята и кубового остатка — непрерывно.

Для реализации нестационарности в движении фаз на действующих производствах не требуется конструктивных изменений в колоннах, технологической обвязке и системе регулирования.

Новый способ позволяет снизить энергозатраты и увеличить производительность колонн там, где потребителя удовлетворяет качество целевого продукта (дистиллят, куб). При неудовлетворительном качестве целевого продукта возможно улучшение его без дополнительных затрат на увеличение числа тарелок или их типа.

Так, например, длительная эксплуатация способа в промышленных ректификационных колоннах позволила снизить расход пара в кипятильник колонны при получении:

товарного ацетона — на 24−33% (с 10,5 до 7−8 т/ч);

товарного фенола — на 18% (с 11 до 9 т/ч);

бутилен-дивинильных фракций — на 25,3% (с 1,66 до 1,24 т/ч).

Рис. 4.18. Схема установки нестационарной ректификации:

I — корпус колонны; 2 — тарелки; 3 — линия подачи питания; 4, 11 — задвижки с управлением от пневмосигнала; 5, б, 8 — теплообменники; 7- линия отбора кубового остатка; 9- линия отбора дистиллята; 10- линия подачи флегмы; 12- управляющая машина При этом содержание тяжелых углеводородов в дистилляте снизилось с 0,8% до 0,4%, производительность колонны по питанию, без ее захлебывания, увеличилась с 5 до 7 т/ч (производство концентрированного этилена).

Простота реализации способа и быстрая окупаемость для действующих энергоемких колонн разделения химической, нефтехимической и смежных отраслей промышленности позволит значительно снизить энергопотребление в этих отраслях, увеличить мощность производства при минимальных капиталовложениях.

На рис. 4.18 изображена схема установки ректификации по нестационарному способу.

Разделение смесей проводят в ректификационной установке, которая содержит колонну 1, снабженную тарелками с переливом 2, линию подвода сырья 4 с пневмоклапаном 5, теплообменник для подофева сырья 3, теплообменник для подогрева кубового остатка 11, линию отбора кубового остатка 12, дефлегматор 7, линию отбора дистиллята 8, линию подачи флегмы на орошение 9 с пневмоклапаном 10.

На линиях подачи сырья и флегмы установлены регулирующие клапаны, на которые подается сигнал цикличности. В качестве генератора сигнала могут быть использованы микроЭВМ, микроконтроллеры и т. п. При этом жидкость, перетекая с тарелки на тарелку в виде потока флегмы и сырья, входит в контакт с паром, поднимающимся с нижележащих тарелок. Чередование максимального и минимального значений скорости движения жидкости по тарелкам колонны строго зависит от времени цикла и определяется в результате решения системы уравнений, описывающих процесс массопередачи в динамике (см. ниже).