ЛР № 4. Моделирование процесса ректификации газа

Лабораторная работа № 4
«МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ ГАЗА»
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследование процесса ректификации газа в полной колонне.
Общие сведения
Перегонка (дистилляция) — это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), отличающиеся друг от друга и от исходной смеси
по температурным пределам (или температуре) кипения.
Перегонка с ректификацией – наиболее распространенный в химической и
нефтегазовой технологии тепломассообменный процесс, осуществляемый в аппаратах – ректификационных колоннах – путем многократного противоточного
контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости
может производиться либо непрерывно (в насадочных колоннах), либо ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах).
Ректификационная колонна – аппарат, предназначенный для разделения
жидких смесей, компоненты которых имеют различную температуру кипения.
Классическая колонна представляет собой вертикальный цилиндр с контактными
устройствами внутри.
Применяемые в нефте- и газопереработке ректификационные колонны подразделяются:
1) по назначению:
 для атмосферной и вакуумной перегонки нефти и мазута;
 вторичной перегонки бензина;
 стабилизации нефти, газоконденсатов, нестабильных бензинов;
 фракционирования нефтезаводских, нефтяных и природных газов;
 отгонки растворителей в процессах очистки масел;
 разделения продуктов термодеструктивных и каталитических процессов переработки нефтяного сырья и газов и т. д.
2) по способу межступенчатой передачи жидкости:
 с переточными устройствами (с одним, двумя или более);
 без проточных устройств провального типа.
3) по способу организации контакта парогазовой и жидкой фаз:
 тарельчатые;
 насадочные;
 роторные.
Принцип работы колонны
Исходная смесь, нагретая до температуры питания в паровой, парожидкостной
или жидкой фазе, поступает в колонну в качестве питания. Зону, в которую подаётся
питание, называют эвапорационной, так как там происходит процесс эвапорации –
однократного отделения пара от жидкости.
Для создания восходящего потока паров в нижней – кубовой зоне ректификационной колонны часть кубовой жидкости направляют в теплообменник, образовавшиеся пары подают обратно под нижнюю тарелку колонны. В верхней –
укрепляющей зоне колонны противотоком движутся пары из кубовой зоны, и стекает жидкость сверху вниз. Стекая вниз по тарелкам, кубовая жидкость обогаща-
ется высококипящими компонентами, а отводимый с верха колонны продукт - дистиллят обогащаются легкокипящими компонентами. Часть паров дисстилята
поднимаются в верхнюю часть колонны, охлаждаются, конденсируются в холодильнике-конденсаторе и подаются обратно на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения. Часть дистиллята, сконденсированного в холодильнике и возвращённого обратно в колонну, называют орошением или флегмой.
Рис. 3.1. Внешний вид ректификационной колонны
Показателями качества работы ректификационных колонн являются:
1. Четкость погоноразделения — основной показатель эффективности работы ректификационных колонн – характеризует их разделительную способность. В
нефтепереработке, например, в качестве критерия достаточно высокой разделительной способности колонн перегонки нефти на топливные фракции считается
налегание температур кипения соседних фракций в пределах 10…30 °С.
2. Флегмовое число (R) – соотношение жидкого и парового потоков в концентрационной части колонны (R = L/D; L и D – количество флегмы и ректификата).
Флегма – часть дистиллята, возвращаемая на верхнюю тарелку ректификационной колонны для её орошения.
3. Паровое число (П) – отношение контактируемых потоков пара и жидкости
в отгонной секции колонны (П = G/W; G и W – количество соответственно паров и
кубового остатка).
4. Число тарелок (N) колонны (или высота насадки) определяется числом
теоретических тарелок (ТТ) (NТ), обеспечивающим заданную четкость разделения
при принятом флегмовом (или паровом) числе, а также эффективностью контактных устройств (обычно КПД реальных тарелок или удельная высота насадки, соответствующая одной ТТ).
Порядок выполнения работы:
1. Ознакомиться с интерфейсом, назначением и возможностями программы
"Система технологического моделирования нефтегазоконденсатных смесей
GIBBS".
2. Произвести моделирование процесса ректификации газа в полной колонне:
a) создаем новый проект;
b) устанавливаем единицы измерения величин в меню Исходные данные» пункт «Единицы измерения для проектов» в меню «Исходные данные»;
c) в меню «Исходные данные» в пункте «Свойствах варианта данных»
выбираем компонент «HC columns». Состав компонента можно посмотреть в «Базе данных компонентов» в меню «Исходные данные»;
d) собираем модель процесса ректификации газа;
e) задаем количественный весовой состав компонентов, температуру
T = 20 °С и давление газовой смеси (питание) p = 1 Bar на входе в колонну. Отмечаем отображение на схеме параметров потока. На остальных потоках задаем
ТОЛЬКО название «Верхний продукт» «Нижний продукт» и отмечаем отображение на схеме параметров потока. Расход, давление и температура в данных линиях рассчитываются АВТОМАТИЧЕСКИ;
f) задаем параметры колонны:
начальное количество тарелок – 5:
g) помечаем все сигналы для расчета: «Расчет -> Пометить все»;
h) произвести расчет схемы.
3. Получить значения процентного содержания пропана в верхнем продукте
ректификации P%:
4. Вычислить значения процентного содержания пропана в верхнем продукте ректификации P%, изменяя количество тарелок колонны N от 5 до 25 с шагом 5
и флегмовое число R от 1 до 5 с шагом 1.
5. Построить график зависимости процентного содержания пропана P% от
N и R в программном комплексе Matlab.
6. По полученным зависимостям определить рациональное число тарелок N.
1.
2.
3.
4.
5.
Содержание отчета:
Номер, название и цель работы.
Картинка модели процесса ректификации газа.
Таблицы с результатами расчета.
График зависимости P% = f(N; R).
Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Что такое перегонка углеводородного сырья?
2. В чем отличие простой перегонки от перегонки с ректификацией?
3. Что такое ректификационная колонна и каков принцип её работы?
4. Какие колонны различают по способу организации контакта парогазовой и
жидкой фаз.
5. Назовите показатели качества работы ректификационных колонн и поясните их суть.
6. Что понимается под «Питанием» колонны?
7. Что такое флегма?