Способы подвода тепла вниз колонны

Для проведения процесса ректификации необходимо в низ колонны подвести тепло. При этом часть жидкости, стекающей с нижней тарелки отгонной части колонны, испаряется, образуя необходимый для процесса ректификации встречный поток паров. Подвод тепла может быть осуществлен различными способами.

На установках газоразделения для подвода тепла применяют змеевики или пучки труб, вмонтированные непосредственно в корпус колонны (рисунок 4). При таком способе подвода тепла флегма g₁, имеющая температуру t₁, стекает с нижней тарелки в низ колонны, где ей сообщается тепло через поверхность, размещенную под уровнем жидкости. Подведенное тепло испаряет часть этой жидкости, образуя поток паров G_w, имеющих температуру t_w, и нагревает остаток от температуры t₁ до t_w. Пары G_w находятся в равновесии с уходящим из колонны остатком W, и поэтому работа кипятильника эквивалентна одной теоретической тарелке. Змеевики и пучки труб целесообразно применять лишь при сравнительно небольшой поверхности теплообмена и при переработке чистых и не коррозионных сред.

Рисунок 4 – Схема подвода тепла в низ колонны с использованием змеевика теплообменных труб;

Поэтому в промышленности наиболее часто реализуются способы подвода тепла в следующих аппаратах: подогревателе с паровым пространством (парциальный испаритель); теплообменном аппарате без парового пространства с последующим ОИ нагретого потока в низу колонны (так называемая горячая струя).

Для сообщения необходимого количества тепла используются специальные выносные аппараты: подогреватели с паровым пространством (рибойлеры), трубчатые теплообменники, трубчатые печи и др.

Подогреватель с паровым пространством.Схема этого способа подвода тепла дана на рисуноке 5. В этом случае g₁ — жидкость, покидающая колонну (стекающая с нижней тарелки), поступает в подогреватель с паровым пространством, где ее температура увеличивается от t₁ до температуры кипения остатка t_w. Образовавшиеся пары G_w поступают из парового пространства кипятильника в колонну, образуя восходящий поток паров. Пары G_w находятся в равновесии с уходящим из кипятильника остатком W. Таким образом, подогреватель с паровым пространством эквивалентен одной теоретической тарелке.

Рисунок 5 – Схема подвода тепла в низ колонны с использованием подогревателя с паровым пространством;

Для определения количества подводимого тепла Q_в необходимо рассмотреть тепловой баланс для нижней части колонны:

или

Таким образом, сообщаемое в подогревателе тепло расходуется на образование потока паров и нагрев их и кубового остатка от температуры до .

При небольшой разности температур низа колонны и остатка вторым слагаемым в уравнении (1) можно пренебречь. Тогда количество тепла, подведенного в кипятильник, определится из следующего приближенного уравнения:

Поскольку незначительно отличается от t_w (одна теоретическая тарелка), разность энтальпий, стоящая в уравнении (2) в скобках, приближенно равна скрытой теплоте испарения , и величину можно определить по уравнению:

Горячая струя. Этот способ подвода тепла (рисунок 6) применяется в тех случаях, когда нагрев остатка обычными теплоносителями (водяной пар и др.) не представляется возможным или целесообразным. Для сообщения тепла циркулирующему потоку жидкости служит теплообменный аппарат той или иной конструкции (трубчатая печь, трубчатый теплообменник и т.п.).

Рисунок 6 – Схема подвода тепла в низ колонны. Метод горячей струи

Тепло в низ колонны подводится при помощи циркулирующей горячей струи, нагретой до определенной температуры. При этом часть жидкости из низа колонны при температуре прокачивается через теплообменный аппарат, где ее температура увеличивается от до за счет отвода тепла . При этой температуре жидкость возвращается из теплообменника под нижнюю тарелку колонны, где происходит ее ОИ и смешение с потоком стекающей с нижней тарелки жидкости, что необходимо для образования потока паров . Из низа колонны часть потока жидкости выводится в качестве остатка W, а остальная часть возвращается в подогреватель. Под нижнюю тарелку поступает пар , образовавшийся при смешении испарившейся части и паров .

В этом случае тепловой баланс для нижней части колонны будет иметь вид:

откуда

Расчет процесса ОИ при вводе циркулирующего потока горячей струи производится при температуре и давлении в нижней части колонны.

Поскольку , то

Соответственно

откуда

где — энтальпия парожидкостного потока после теплообменного аппарата.

При повышении температуры циркулирующей горячей струи ее масса уменьшается.

Поиск по сайту: