Сущность процессов испарения и конденсации

Общая часть

В нефтепереработке и нефтехимии широко используются процессы испарения жидкого и конденсации газообразного видов сырья.

Процесс частичного испарения жидкости или конденсации паров, проводимый для получения одного из продуктов, обогащенного НКК или ВКК, называется перегонкой. Образующийся при перегонке отгон в паровой фазе, обогащенный НКК, подвергают конденсации. Испарение жидкости или конденсацию паров можно осуществить однократным, многократным и постепенным способами.

На установках нефтепереработки процессы полного или частичного испарения нефтяной смеси (многокомпонентная сложная смесь) производят в основном однократным способом, т.к. при одной и той же конечной температуре частичное однократное испарение (ОИ) дает больше отгона, а частичная однократная конденсация (ОК) – больше конденсата, чем процессы осуществляемые многократным и постепенным способами.

Испарение – процесс перехода вещества из жидкого или твердого состояния в парообразное (газообразное). Испарение твердых тел – процесс непосредственного перехода при нагревании твердого тела в парообразное, минуя жидкое состояние, называют возгонкой или сублимацией.

Испарение лежит в основе многих процессов нефтегазопереработки при разделении веществ (например, ректификация, перегонка, нагрев сырья в трубчатых печах, регенерация растворителей), регазификации сжиженных газов, сушке.

Испарение может происходить с поверхности жидкости и в ее объеме, последнее называют кипением. Процесс испарения интенсифицируется с повышением температуры и понижением давления. Для отрыва молекул от жидкой фазы и перехода их в паровую или газовую необходимо затратить энергию, называемую скрытой теплотой испарения. Теплота испарения по своей величине равна теплоте конденсации и зависит от температуры и давления процесса, уменьшаясь с приближением их к критическим величинам. При испарении в адиабатических условиях тепло отбирается от испаряющейся жидкости, вследствие чего происходит ее охлаждение. Испарение в закрытой емкости происходит до тех пор, пока насыщенные пары вещества не заполнят пространство над жидкостью.

Конденсация – процесс перехода вещества из парообразного состояния в жидкое; осуществляется путем охлаждения или сжатия и охлаждения пара при температурах ниже критических для данного вещества, при этом процесс сопровождается выделением теплоты конденсации. При конденсации резко уменьшается объем среды и образуется вакуум. Это обстоятельство обусловило использование конденсаторов для создания вакуума. Конденсация применяется для: получения в жидком виде продуктов, выводимых из аппаратов в парообразном состоянии; сжижения природных, попутных газов, паров хладагентов в холодильных установках и т.п.

Процесс частичного испарения жидкости или конденсации паров, проводимый для получения одного из продуктов обогащенного НКК или высококипящим ВКК, называется перегонкой. Образующийся при этом отгон в паровой фазе, обогащенный НКК, подвергают в дальнейшем конденсации.

Испарение жидкости или конденсацию паров осуществляют различными способами: однократным, многократным и постепенным.

Однократное испарение (ОИ) и однократная конденсация (ОК). Эти процессы характеризуются тем, что образовавшиеся паровая и жидкая фазы не разделяются до окончания процесса, а при достижении конечной температуры их разделяют в один прием, однократно. При этом принимают, что образовавшиеся паровая и жидкая фазы находятся в состоянии равновесия. Примером процесса ОИ является частичное испарение жидкого сырья, поступающего в ректификационную колонну из трубчатой печи (рисунок 1а, рисунок 1б).

а) б)

а – однократное испарение (ОИ); б – однократная конденсация (ОК);

1, 1`— испарители; 2,2`,5,5` — сепараторы; 3,3`— конденсаторы; 4 —приемники.

Рисунок 1 – Схемы процессов однократного испарения (ОИ) и однократной конденсации (ОК)

Многократное испарение и многократная конденсация. Эти процессы состоят в неоднократном повторении процессов ОИ или ОК для более полного разделения исходной смеси. Так, многократное испарение состоит из повторяющегося процесса однократного испарения. Образовавшиеся при испарении пары отделяют в несколько ступеней. Причем во второй ступени осуществляется ОИ жидкой фазы, образовавшейся в первой ступени, а в третьей ступени – ОИ жидкой фазы, поступающей из второй ступени разделения, и т.д. Соответственно при многократной конденсации на последующую ступень разделения поступают пары, оставшиеся после отделения от них конденсата на предшествующей ступени разделения (рисунок 2а, рисунок 2б).

а) б)

Рисунок 2 – Схемы процессов многократного испарения и многократной конденсации

а – многократное испарение (двукратное); б – многократная конденсация (двукратная);

1, 1`— испарители; 2,2`,5,5` — сепараторы; 3,3`— конденсаторы; 4 —приемники.

Постепенное испарение и постепенная конденсация. Эти процессы осуществляются так, что пары, образовавшиеся при испарении (или жидкость при конденсации), удаляются из системы непрерывно в момент их образования. Образовавшиеся в системе паровая и жидкая фазы всегда находятся в состоянии равновесия. Процессы постепенного испарения и конденсации можно рассматривать как предельный случай многократного процесса при бесконечно большом числе ступеней разделения. Примером процесса постепенного испарения является перегонка из куба периодического действия (рисунок 3а, рисунок 3б).

а) б)

Рисунок 3 – Схемы процессов постепенного испарения и постепенной конденсации

а – постепенное испарение; б – постепенное конденсация;

1, 1`— испарители; 2,2`,5,5` — сепараторы; 3,3`— конденсаторы; 4 —приемники.

В промышленных установках процессы испарения и конденсации проводятся при изобарных или близких к ним условиях. На рисунке 1 приведены схемы основных видов процессов испарения и конденсации.

Поиск по сайту: