Ректификация в процессах первичной перегонки нефти

    Ректификация – массообменный процесс, осуществляемый в ректификационных колоннах, путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости.

Контактирование потоков может производиться:

- непрерывно (в насадочных колоннах);

- ступенчато (в тарельчатых колоннах) [10].

    Упомянем ректификационные колонны, на конструкцию которых оказывают влияние технологические особенности: система подачи сырья, отвод боковых жидких погонов, подача орошений, пара и др. Так, для ректификации многокомпонентных смесей на установках АТ и АВТ применяются сложные ректификационные колонны. В них исходную смесь разделяют более чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн, именуемых стриппингами [10].

    В этих колоннах происходит отпарка легких фракций водяным паром, так получают дистилляты, отвечающие требованиям ГОСТа по температурам вспышки, начала кипения, вязкости и другим свойствам [3].

    Отпарные колонны конструктивно выполняются в одном корпусе, но отделены друг от друга глухой перегородкой [9].

    Итак, для осуществления ректификации в колонне необходимо создать восходящий поток паров и нисходящий поток жидкости, а также надлежащий температурный режим. Первый поток образуется за счет тепла, вводимого в нижнюю (отгонную) часть колонны в результате испарения исходного сырья, а также введением острого водяного пара, второй – вводом холодного орошения, подаваемого в верхнюю (концентрационную) часть колонны [4]. Место же ввода в ректификационную колонну нагретого сырья называют питательной зоной, где осуществляется однократное испарение [10].

    Необходимо также, чтобы жидкость, стекающая с вышележащей тарелки, не находилась в равновесии с восходящим потоком паров, поднимающихся с нижележащей тарелки. Только в этом случае в результате контакта таких паров и жидкости пары частично охладятся, сконденсируются и обогатятся низкокипящим компонентом, а жидкость частично нагреется, часть ее испарится, и она насытится высококипящим компонентом [4].

    Ректификационную тарелку, на которой устанавливается равновесие между жидкой (стекающей с данной тарелки) и паровой (поднимающейся с тарелки) фазами, именуют теоретической, или идеальной; состав уходящих фаз в точности соответствует условиям равновесия для данной температуры (фазы принимают какую-то общую среднюю температуру) при данном давлении. В колоннах с реальными тарелками достичь равновесного состояния между фазами на каждой тарелке невозможно [3]. Происходит это потому, что при прохождении через тарелку паров продолжительность их соприкосновения с жидкостью недостаточна для установления равновесия.     Температура паров при выходе из жидкости остается более высокой, нежели температура жидкости. Пары поэтому богаче вышекипящим компонентом, а жидкость – нижекипящим по сравнению с тем, что должно быть при полном равновесии. Число, показывающее во сколько раз практическая тарелка работает хуже теоретической, называется коэффициентом полезного действия тарелки (КПД); его величина обычно равна 0,6–0,8. Это значит, что для получения нужной степени фракционировки надо ставить в 1,5–2 раза больше реальных тарелок, чем требовалось теоретических.

    В насадочной колонне состав фаз меняется непрерывно по высоте колонны, а не ступенчато – от тарелки к тарелке. Здесь под теоретической тарелкой подразумевают такую высоту слоя насадки, которая дает степень ректификации, одинаковую с теоретической колпачковой тарелкой [2].

    Конструкция аппаратов, предназначенных для ректификации, зависит от способа организации процесса в целом и способа контакта фаз. Наиболее простая конструкция ректификационных аппаратов при движении жидкости от одной ступени контакта к другой под действием силы тяжести.

    При ступенчатом осуществлении процесса ректификации контакт пара и жидкости может происходить в противотоке, в перекрестном токе и в прямотоке [9].

    На большей части действующих установок ректификация протекает нечетко. Получаемые компоненты светлых дистиллятов не соответствуют требуемому фракционному составу, наблюдается налегание фракций, часть наиболее тяжелых фракций светлых нефтепродуктов – дизельного топлива – проваливается в низ колонны, в мазут, гудрон.

    Поэтому, чтобы снизить данные проблемы, необходимо рационально выбирать схему отдельных узлов, правильно использовать энергетические потоки, разрабатывать наиболее эффективные контактные устройства [9].