Орошение и повторное испарение

Несколько дополнительных операций, происходящих вне ректификационной колонны, способствуют более успешному проведению процесса перегонки. Чтобы тяжелые продукты случайно не попали в верхнюю часть колонны вместе с легкими фракциями, пары периодически направляют в холодильник. Вещества, которые конденсируются в холодильнике, снова поступают на одну из расположенных ниже тарелок. Это своего рода орошение ректификационной колонны (рис. 3.8).

И наоборот, некоторое количество легких углеводородов может быть увлечено током жидкости в нижнюю часть колонны вместе с тяжелыми продуктами. Чтобы избежать этого, жидкость, выходящую через боковой отвод, снова пропускают через нагреватель. В результате остатки легких углеводородов отделяются и повторно поступают в ректификационную колонну в виде пара. Этот процесс называется повторным испарением. Преимущество такой схемы заключается в том, что только небольшая часть общего потока сырой нефти должна повторно перерабатываться для дополнительного возвращения продукта. Не нужно снова нагревать всю нефть, что позволяет сэкономить энергию и деньги. Орошение и повторное испарение могут с тем же успехом использоваться и в средней части колонны, что также способствует эффективному разделению. Повторно испаренная фракция, которая поступает в колонну, вносит туда дополнительное тепло, что помогает легким молекулам отправиться в верхнюю часть колонны. Точно так же орошение предоставляет тяжелым молекулам, которые случайно оказались выше, чем им положено, последний шанс сконденсироваться в жидкость. Состав некоторых сырых нефтей может быть таким, что на части тарелок в колонне не окажется достаточного количества парожидкостной смеси. В этих случаях орошение и повторное испарение позволяют регулировать потоки так, чтобы процесс ректификации (разделения) мог продолжаться. Границы кипения фракций. При анализе процесса перегонки нефти принципиально важной характеристикой являются границы кипения фракций. Так называют температуры, при которых продукты перегонки отделяются друг от друга. В частности, температура, при которой продукт (фракция, погон) начинает кипеть, называется точкой начала кипения (ТНК).Температура, при которой 100% данной фракции испарилось, называется точкой выкипания (ТВ) этой фракции.

Таким образом, каждая фракция имеет две границы —ТНК и ТВ. Если мы снова обратимся к диаграмме, изображенной на рисунке 3.3, то легко увидим, что температура выкипания нафты (лигроина) является точкой начала кипения для керосиновой фракции. То есть ТНК и ТВ двух соседних фракций совпадают, по крайней мере, номинально. Однако ТНК и ТВ могут и не совпадать — это зависит от того, насколько хорошее разделение обеспечивает процесс ректификации. Возможно, рассматривая всю эту систему тарелок и барботажных колпачков, Вы задавали себе вопрос, насколько же хорош результат. Естественно, процесс перегонки неидеален и приводит к появлению, так называемых хвостов.

Предположим, что мы анализируем нафту (лигроин) и керосин в лаборатории и для каждой из этих фракций получили кривые разгонки — такие, как изображены на рисунке 3.9. Рассмотрите их внимательно, и Вы заметите, что температура выкипания нафты около 160°С (325°F), a точка начала кипения керосина около 150°С (305°F). Рисунок 3.10 более наглядно иллюстрирует, что такое хвосты. На этом рисунке изображена зависимость температуры, но на этот раз не от общей объемной доли испарившейся нефти, а от объемной доли нефти, испарившейся именно при этой температуре (для тех, кто знаком с математическим анализом, можно сказать, что это первая производная функции, обратной изображенной на рисунке 3.9).Хвосты почти всегда появляются при перегонке. Это настолько обычное явление, что считается само собой разумеющимся. Однако чтобы не усложнять себе жизнь, пришли к компромиссу. В качестве границ фракций при 1 перегонке берут так называемые эффективные границы кипения, то есть температуры, при которых фракции условно считаются разделенными. В дальнейшем, при употреблении термина границы кипения, мы будем иметь в виду эффективные границы.