Перегонка нефти и нефтяных фракций с однократным и многократным испарением

Перегонка нефти и нефтяных фракций с однократным испарением (ОИ) представляет собой однократный процесс нагрева сырья в змеевиках печи до определенной температуры (180–240 °С; 330–360 °С; 400–420 °С) и испарение его в адиабатическом испарителе (без теплообмена с окружающей средой). При этом паровая фаза отделяется от жидкой и выводится сверху колонны, охлаждается и конденсируется в конденсаторе-холодильнике, и поступает в отдельный приемник (сборник). Жидкая фаза выводится снизу испарителя и также поступает в соответствующий приемник.

Перегонка с многократным испарением состоит из двух, трех и более однократных испарений, при каждом из которых образовавшиеся пары в один прием (однократно) отделяются от жидкой фазы.

Процесс перегонки с многократным испарением, по сравнению с однократным, обеспечивает более высокую четкость погоноразделения, однако характеризуется меньшей долей отгона при той же температуре нагрева.

Рассмотрим диаграмму состояния двухкомпонентной системы, состоящей из компонентов А и В с температурой t ₀ (рис. 6.1). Пусть концентрация низкокипящего компонента (В) в сырье равна a. Тогда исходная смесь на диаграмме характеризуется точкой L ₀. Если смесь нагреть до температуры t ₁ (температура начала кипения смеси), то смесь будет характеризоваться точкой L ₁. Если температуру поднять до t ₂ (температура конца кипения смеси), то ее состав будет характеризоваться точкой D ₂ (вся смесь находится в паровой фазе).

Рис. 6.1. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы:

I – область жидкости; II – область паров.

В случае многократного испарения, смесь первоначально нагревают до температуры t. В результате будем иметь смесь паров и жидкости, которая характеризуется точкой L. Доля паров (е) в такой парожидкостной смеси будет равна отношению длин отрезков R - L и R - D.

, (6.1)

где x и y – концентрация компонента В при температуре t в жидкой и паровой фазах соответственно.

Следовательно, количество жидкости (G_R), оставшейся после однократного испарения равно:

G_R = G ₀ (1 – e), (6.2)

где G ₀ – количество исходного сырья;

е – доля отгона (доля паров) при температуре t.

Если пары отделить от жидкости, а последнюю нагреть до температуры t ₂, то система будет характеризоваться точкой (L₂), а количество жидкости будет составлять:

G_R2 = G ₀ (1 – e ₁)(1 – е ₂), (6.3)

где е ₁ – доля отгона при первичном нагреве сырья до температуры t;

е ₂ – доля отгона при вторичном нагреве жидкости, оставшейся после первичного нагрева, до температуры t ₂.

Таким образом, при однократном нагреве до температуры t ₂ вся смесь переходит в паровую фазу, а при двухкратном нагреве до этой же температуры, часть сырья в количестве G_R2 остается в жидком состоянии.

Следовательно при использовании ОИ для полного испарения сырья необходим нагрев до меньшей температуры, чем при многократном испарении. С другой стороны, при многократном испарении жидкость содержит значительно меньшее количество легкокипящего компонента В (точка R ₂ с составом x ₀), чем при однократном (точка R с составом x), т.е. четкость разделения компонентов при многократном испарении выше.

Аналогичная картина наблюдается и при анализе кривых ИТК и ОИ нефти (рис. 6.2).

На рисунке видно, что температура начала кипения на кривой ОИ выше, а конца кипения – ниже, чем на кривой ИТК (которая характеризует многократное испарение).

Следовательно, важным преимуществом процесса ОИ при разгонке нефти является высокая доля отгона при одной и той же температуре нагрева, что позволяет проводить процесс разделения при более низких температурах и избежать разложения сырья в результате перегрева. Для повышения же четкости погоноразделения метод ОИ применяют в сочетании с ректификацией (многократным контактированием пара и жидкости на специальных распределительных устройствах (тарелках или насадке), при котором протекают процессы, аналогичные многократному испарению).