Эффективность тарелок на УСК

Установка стабилизации конденсата УСК состоит из двух технологических ниток.

Разделение выветренного конденсата на фракции путем перегонки (дистилляции) основано на различии температур кипения ее компонентов. При нагревании компоненты с более низкой температурой кипения переходят в пары, а компоненты с высокой температурой кипения остаются в жидкости. Пары после конденсации образуют дистиллят, неиспарившаяся жидкость – остаток. Такой процесс называется простой перегонкой.

При простой перегонке в дистиллят увлекается значительное количество легкокипящих компонентов, а в остатке накапливаются высококипящие компоненты. Для четкого разделения сложной смеси применяют перегонку с ректификацией.

Процесс ректификации – это процесс многократного испарения и конденсации на тарелках (или насадках) по всей высоте колонны. Необходимым условием нормального процесса ректификации является наличие необходимого количества восходящего потока паров и необходимого количества нисходящего потока флегмы.

Процесс ректификации заключается в следующем. Поскольку в процессе ректификации должны участвовать два потока паров и жидкости, состоящие из одних и тех же компонентов, но с разными их концентрациями, для обеспечения условий ректификации в верхней части колонны отводят тепло, а в нижней части подводят тепло. При конденсации части паров в верхней части колонны образуется поток жидкости (орошения, флегмы), перетекающей с тарелки на тарелку. Подвод тепла в нижнюю часть колонны обеспечивает испарение части жидкости и образование парового потока. Горячие пары, поднимаясь по колонне, контактируют с более холодной жидкостью, стекающей вниз. Происходит охлаждение паров, конденсация и переход в жидкость наиболее высококипящих компонентов. Одновременно жидкость нагревается, низкокипящие компоненты испаряются. Иначе говоря, между парами и жидкостью происходит тепломассообмен. Эффективность контакта обеспечивается ректификационными тарелками или насадкой.

В колоннах деэтанизаторах 1,2К-301 установлены однопоточные тарелки SUPERFRAC с клапанами типа VG-0 в верхней части, двухпоточные тарелки FLEXITRAY с клапанами типа «А» в нижней части, в колоннах стабилизаторах 1,2К-302 установлены однопоточные тарелки SUPERFRAC с клапанами типа VG-0 в верхней части, двухпоточные тарелки SUPERFRAC с клапанами типа VG-0 в нижней части – фирмы KOCH-GLITCH.

При расчетах процесса ректификации обычно пользуются понятием теоретической тарелки. Под теоретической тарелкой понимают такую, на которой массообменивающиеся фазы приходят к полному равновесию. Это допущение условно. Практически даже на тарелках самой совершенной конструкции невозможно достигнуть полного равновесия фаз, поэтому число реальных тарелок всегда больше числа теоретических, поэтому введено понятие коэффициента полезного действия тарелки (КПД). Он зависит от конструкции и условий эксплуа-тации и обычно колеблется в пределах 0,4-0,8. Фактически отношение числа реальных тарелок в колонне к числу теоретических тарелок, необходимых для разделения исходной смеси, отражает коэффициент полезного действия реально установленных тарелок.

Работа тарелки нарушается если:

- недостаточное количество паров;

- недостаточное количество флегмы, в этом случае происходит срыв уровня на тарелке, то есть прорыв паров.

Принцип работы двухпоточной тарелки клапанного типа SUPERFRAC, FLEXITRAY (рисунок 1).

Рисунок 1 – Принцип работы двухпоточной тарелки клапанного типа SUPERFRAC, FLEXITRAY

1 – корпус колонны, 2 – сливной карман, 3 – полотно тарелки, 4 –отверстие в полотне тарелке, 5 – перегородка, регулирующая уровень на тарелке, 6 – клапан фиксированный типа VG-0, типа А, 7 – горячие пары с низа колонны, 8 – уровень жидкости на тарелке, 9 – пары обогащенные низкокипящими компонентами, 10 – флегма (жидкость, обогащенная высококипящими компонентами), 11 – гидрозатвор, 12 – устройство, равномерно распределяющее слой жидкости по полотну нижерас-положенной тарелки.

За счет стекающей флегмы (10), на полотне тарелки (3) образуется уровень жидкости (8). Уровень на тарелке удерживается перегородкой (5). Перегородка устанавливается высотой не менее двух сантиметров. Пары (9) продукта, поступающие с низа колонны, поднимаются к тарелке проходят через клапана (6) и барботируют через слой жидкости, находящейся на тарелке. Проходя через слой жидкости, пары охлаждаются, происходит конденсация и переход в жид-кость высококипящих компонентов, одновременно жидкость нагревается и низкокипящие компоненты испаряются, то есть на тарелке происходит тепломассообмен между парами и жидкостью. Такой тепломассообмен происходит на каждой тарелке по всей колонне. На каждой тарелке формируются свои температуры кипения и конденсации. Для исключения прохождения паров вне слоя жидкости на каждой тарелке смонтирован гидрозатвор (11). Отличительной особенностью тарелок SUPERFRAC является наличие устройства, равномерно распределяю-щее слой жидкости по полотну нижерасположенной тарелки.

До …. в колоннах деэтанизаторах К-301/1, К-301/2 и стабилизаторах К-302/1 К-302/2 использовались ситчатые тарелки.

Принцип работы ситчатой тарелки (рисунок 2).

Рисунок 2 – Принцип работы ситчатой тарелки

1 – корпус колонны, 2 – карман в тарелке, 3 – полотно тарелки, 4 – отверстие в тарелке, 5 – перегородка, регулирующая уровень на тарелке, 6 – горячие пары с низа колонны, 7 – уровень жидкости на тарелке, 8 – поток флегмы.

За счет стекающей флегмы (8), на полотне тарелки (3) образуется уровень жидкости (7). Уровень на тарелке удерживается перегородкой (5). Перегородка устанавливается высотой не менее 2-х сантиметров. Пары (6) продукта, поступающие с низа колонны, поднимаются к тарелке и барботируют через слой жидкости, находящейся на тарелке. Проходя через слой жидкости, пары охлаждаются, происходит конденсация и переход в жидкость высококипящих компонентов, одновременно жидкость нагревается и низкокипящие компоненты испаряются, т.е. на тарелке происходит тепломассообмен между парами и жидкостью. Такой тепломассообмен происходит на каждой тарелке по всей колонне. На каждой тарелке свои температуры кипения и конденсации.

Обычно диаметр отверстий в ситчатых тарелках принимается от 2 мм до 25 мм. При этом достигается большая производительность при высокой эффективности. Но при больших нагрузках по пару унос жидкости становится больше, чем на тарелках с меньшим диаметром.

Недостатком ситчатых тарелок является то, что они могут работать лишь при сравнительно высокой скорости пара. При снижении скорости пара жидкость будет стекать в отверстия, и режим колонны нарушится. Следовательно такая колонна не может работать с низкой производительностью.

Отличительной особенностью клапанных тарелок является увеличение их свободного сечения по мере увеличения скорости газа. Благодаря этому скорость газа при его выходе в слой жидкости остается постоянной вплоть до полного открытия клапана. Перекрытие отверстий тарелки саморегулирующимися клапанами позволяет расширить интервал рабочих нагрузок. Клапанные тарелки имеют меньшую склонность к загрязнениям, повышенную пропускную способность, более высокую эффективность массопередачи в широком диапазоне нагрузок по газу (пару) и жидкости.