Běžný provoz destilačních kolon a požadovaná kvalita destilačních produktů je zajištěna o tepelná regulace – odvod tepla v koncentrační místnosti a přívod tepla do stripovacích sekcí kolon, jakož i ohřev surovin na optimální teplotu. V procesech průmyslové destilace ropy se pro regulaci teplotního režimu po výšce kolony používají následující metody (obr. 3.8).
Odvod tepla v koncentrační části:
- použití částečného kondenzátoru;
- organizace odpařovacího (studeného) zavlažování;
- organizace neodpařovací (cirkulační) závlahy.
Přívod tepla do stripovací sekce:
- ohřev destilačního zbytku v kotli s parním prostorem;
- cirkulace části zbytku zahřátého v trubkové peci.
Částečný kondenzátor je trubkový výměník tepla (obr. 3.8а), instalované vodorovně nebo svisle v horní části sloupu. Chladicím činidlem je voda,
někdy suroviny. Páry vstupující do mezitrubkového prostoru částečně kondenzují a vracejí se zpět na horní desku ve formě závlahy a rektifikované páry jsou odváděny z kondenzátoru. Vzhledem k obtížnosti instalace a údržby a značné korozi kondenzátoru má tato metoda omezené použití (v malých instalacích a v případě potřeby k získání rektifikovaného produktu ve formě par).
Studená (akutní) irigace (obr. 3.8б). Tento způsob odvodu tepla v horní části kolony je nejrozšířenější v praxi rafinace ropy. Proud páry opouštějící horní část kolony je zcela kondenzován v kondenzátoru – lednici (voda nebo vzduch) a vstupuje do nádoby nebo separátoru, odkud je část rektifikovaného produktu čerpána zpět do rektifikační kolony jako studený odpařovací reflux a jeho zůstatková částka je odstraněna jako cílový produkt.
Cirkulační neodpařovací zavlažování (obr. 3.8в). Tato možnost odvodu tepla v koncentrační části kolony v technologii rafinace ropy se extrémně široce používá k regulaci teploty nejen v horní, ale také ve středních částech složitých kolon. Pro vytvoření cirkulačního refluxu se část refluxu (nebo bočního destilátu) odebere z určité desky kolony, ochladí se ve výměníku tepla, ve kterém odevzdává teplo surovině, a poté se pomocí čerpadla vrátí na nadložní desku. .
V moderních zařízeních na destilaci ropy se častěji používají kombinovaná schémata zavlažování. Složitá kolona pro atmosférickou destilaci ropy má tedy obvykle ostrý zpětný tok nahoře a poté několik průběžných cirkulačních zpětných toků podél výšky. Ze středních výplachů se nejčastěji používají cirkulační výplachy, obvykle umístěné pod výběrem bočního proudu nebo využívající výběr bočního proudu k vytvoření cirkulačního refluxu, přičemž druhý je přiváděn do kolony nad místem návratu par ze stripovací sekce. V koncentrační části komplexních vakuových destilačních kolon topného oleje se odvod tepla provádí především cirkulační závlahou.
Použití pouze jedné akutní irigace v destilačních kolonách je neekonomické, protože málo kvalitní teplo z hlavové části je málo využitelné pro regeneraci výměnou tepla. Navíc v tomto případě není zajištěno optimální rozložení refluxního poměru po výšce kolony: zpravidla je významný na horních patrech a nízký na spodních patrech kolony. V souladu s tím se podél výšky kolony shora dolů hodnoty účinnosti desek snižují, stejně jako koeficient relativní těkavosti a následně se zhoršuje separační schopnost spodních desek koncentrační části kolony. v důsledku toho není dosaženo požadované jasnosti oddělení. Při použití cirkulační závlahy je teplo vybraných destilátů racionálně využíváno k ohřevu oleje, zátěže jsou vyrovnávány po výšce kolony, čímž se zvyšuje produktivita kolony a zajišťují optimální provozní podmínky pro kontaktní zařízení v koncentrační sekci.
Při dodávce tepla na dno kolony pomocí kotle (obr. 3.8г) přídavný ohřev spodního produktu se provádí v externím kotli s parním prostorem (reboiler), kde se částečně odpařuje. Vzniklé páry se vracejí pod spodní desku kolony. Charakteristickým znakem této metody je přítomnost konstantní hladiny kapaliny a parního prostoru nad touto kapalinou v kotli. Z hlediska svého separačního účinku je vařák ekvivalentní jedné teoretické desce. Tento způsob dodávání tepla do paty kolony je nejrozšířenější v zařízeních pro frakcionaci souvisejících ropných a rafinérských plynů, při stabilizaci a dolévání olejů, při stabilizaci přímo destilovaných benzinů a v procesech sekundární rafinace ropy.
Při dodávání tepla do dna kolony s trubkovou pecí (obr. 3.8д) část spodního produktu se čerpá trubkovou pecí a ohřátá směs pára-kapalina (horký proud) opět vstupuje do spodní části kolony. Tato metoda se používá tam, kde je potřeba zajistit relativně vysokou teplotu na dně kolony, kdy použití konvenčních chladicích kapalin (vodní pára apod.) je nemožné nebo nepraktické (např. u kolon s nanášením oleje).
TECHNOLOGIE A ZAŘÍZENÍ PRO ZPRACOVÁNÍ ROPY A PLYNU, S. A. Achmetov, T. P. Serikov, I. R. Kuzeev, M. I. Bayazitov, 2006
Normální provoz destilačních kolon a požadovaná kvalita destilačních produktů je zajištěna regulací tepelného režimu – odvodem tepla v koncentrační části a přívodem tepla do stripovacích sekcí kolon, jakož i ohřevem surovin na optimální teplotu.
V procesech průmyslové destilace oleje se k regulaci teplotního režimu podél výšky kolony používají následující metody (obrázek 2.1):
Rýže. 2.1. Metody pro vytvoření zavlažování v destilační koloně:
а – odvod tepla částečným kondenzátorem; б – odvod tepla studenou (ostrou) závlahou; в, г – odvod tepla neodpařovací cirkulační závlahou; 1 – destilační kolona; 2 – kondenzátor-lednička; 3 – kapacita; 4 – stripovací kolona.
Částečný kondenzátor (horký reflux) je trubkový výměník tepla (obr. 2.1 а), nainstalované na horní části sloupu. Chladicím činidlem je voda. Páry vstupující do mezitrubkového prostoru částečně kondenzují a vracejí se zpět na horní desku ve formě irigace a páry jsou odváděny z kondenzátoru. Vzhledem k obtížnosti instalace a údržby, jakož i značné korozi kondenzátoru, tato metoda získala omezené použití (v malých instalacích).
Studené (ostré) zavlažování (obr. 2.1 б). Tento způsob odvodu tepla v horní části kolony je nejrozšířenější v praxi rafinace ropy. Proud páry opouštějící horní část kolony je zcela kondenzován v kondenzátoru-chladničce (voda nebo vzduch) a vstupuje do nádrže nebo separátoru, odkud je část rektifikovaného produktu čerpána zpět do rektifikační kolony jako studený odpařovací reflux a jeho zůstatková částka je odstraněna jako cílový produkt.
Cirkulační bezodpařovací závlaha (obr. 2.1 в). Tato možnost odvodu tepla je široce používána nejen pro řízení teploty v horní části, ale také ve středních částech složitých sloupů. Pro vytvoření cirkulačního refluxu se část refluxu (nebo bočního destilátu) odebere z určité desky kolony, ochladí se ve výměníku tepla, ve kterém předává teplo surovině, a poté se pomocí čerpadla vrací na nadložní desku [ 10].
Cirkulační zavlažování se často kombinuje s akutním zavlažováním. Složitá kolona pro atmosférickou destilaci ropy má tedy obvykle ostrý zpětný tok nahoře a několik průběžných cirkulačních zpětných toků podél výšky. Ty jsou obvykle umístěny pod výběrem bočního proudu (odebrány o 3 – 4 desky níže, než je výstup frakce do stripovací sekce) nebo používají výběr bočního proudu k vytvoření cirkulačního zavlažování, přičemž druhý proud je přiváděn do kolony nad bodem návratu par z stripovací část (obr. 1.1 г). V koncentrační části komplexních vakuových destilačních kolon topného oleje se odvod tepla provádí cirkulační závlahou.
Použití pouze jednoho akutního zavlažování v kolonách je neekonomické, protože teplo z hlavy je málo využitelné pro rekuperaci tepla. Navíc není zajištěno optimální rozložení refluxního poměru po výšce kolony (refluxní poměr (R) charakterizuje poměr průtoků kapaliny a páry v koncentrační části kolony:
R=L/D,
kde L a D jsou množství refluxní a rektifikované vody [10]); zpravidla je výrazný na horních a nízkých na spodních deskách sloupu. V souladu s tím, shora dolů, hodnoty účinnosti desek klesají, stejně jako relativní koeficient těkavosti (koeficient relativní volatility (?) – poměr těkavosti složek při stejné teplotě a tlaku;? = K1/NA2, kde K1 a K2 – fázové rovnovážné konstanty nízkovroucích a vysokovroucích složek) a následně se zhoršuje separační schopnost spodních pater koncentrační části kolony. Při použití cirkulační závlahy je teplo vybraných destilátů racionálně využíváno k ohřevu oleje, zatížení je vyrovnáváno po výšce kolony, čímž se zvyšuje produktivita kolony a zajišťují optimální provozní podmínky pro kontaktní zařízení v koncentrační sekci [ 10]. Množství tepla odebraného každou cirkulační závlahou je dáno požadavky na kvalitu výsledných destilátů a je regulováno teplotou páry pod výběrovou deskou těchto destilátů [5].
Pro vytvoření proudění páry směrem nahoru a také pro maximální extrakci lehčích frakcí z kapalného zbytku je teplo přiváděno do spodní části kolony. To se provádí zaváděním zejména živé páry nebo pomocí trubkové pece [4]. Podstatou posledně jmenovaného bylo, že část destilačního produktu byla čerpána přes pec a zahřátá směs pára-kapalina (horký proud) opět vstoupil na konec sloupce. Tato metoda byla použita u kolon pro doplňování oleje (K-1) [10]. Nyní byl opuštěn z následujících důvodů:
— pro zvýšení teploty dna kolony K-1 o 30–40 o C je zapotřebí velké množství cirkulujícího oleje;
— instalační schéma se stává složitějším, protože pro takový tok je žádoucí mít v pecích oddělené hady, jinak se v hadech pece vytváří zvýšený tlak a spotřeba energie se zvyšuje;
— patra stripovací části kolony jsou přetížena kapalinou, což snižuje účinnost jejich provozu;
— rozklad organické síry [13];
— v „horkém proudu“ stripované ropy je méně lehkých frakcí, které jsou stripovacím činidlem [14].
Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:
