Самоочистка регенераторов. Проверочный расчет на незабиваемость.

Реальные физические условия выноса влаги из регенераторов полностью обеспечивают незабиваемость насадки регенератора льдом воды до давлений воздуха в прямом потоке 1,2—1,4 МПа. Тем не менее в отдельных случаях необходима специальная тщательная проверка условий переноса влаги прямым и обратным потоками в зоне температур 205—280 К. Это касается регенераторов с насадкой и змеевиками, в которых вследствие большого объема змеевиков могут возникнуть условия, затрудняющие вынос влаги.

Основная задача проверочного расчета регенератора на незабиваемость — определение доли вымороженной и сублимированной двуокиси углерода в расчетных сечениях. При обычном содержании двуокиси углерода в воздухе (300 см³/м³) и давлении 0,6 МПа температура насыщения двуокиси углерода близка 140 К, поэтому ее вымораживание в начале теплого дутья начинается на всей поверхности насадки, имеющей температуру менее 140 К. По мере прогрева насадки в период теплого дутья в регенераторе создаются условия для ее сублимации вместе с примесями углеводородов и переноса их в более холодную зону, где они повторно вымораживаются. В связи с этим объемная доля примесей в потоке в конце теплого периода может в 4-5 раз превышать долю примесей в перерабатываемом воздухе.

Кроме доли примесей СО₂ в воздухе и обратном потоке, исходными данными при расчете процессов вымораживания и возгонки двуокиси углерода является температурное поле насадки регенератора по высоте, полученное в проверочном тепловом расчете.

Объемная доля двуокиси углерода в воздухе на входе в (n+1)-й элемент в фиксированный момент времени при Lu =1.2

(с_CO2)_n+1 = (с_CO2)_n – [(с_CO2)_n – (с_CO2^нас)_n+1] [1 – ехр(0,83a_nF_n / w_B)],    (4.12)

где с_CO2 — объемная доля насыщенных паров двуокиси углерода при средней температуре насадки (n+1)-го элемента (вычисляют по эмпирическим выражениям).

За период теплого дутья на расчетном n-м элементе насадки вымораживается следующая масса двуокиси углерода:

(dM_CO2)_n^вым == S [(с_CO2)_n - (с_CO2)_n+1] G_B t.                                          (4.13)

Расчет процесса возгонки (сублимации) двуокиси углерода в период холодного дутья начинают с холодной стороны регенератора. Объемную долю СО₂ в обратном потоке азота принимают равной нулю, а в обратном потоке кислорода — равной доле насыщенного пара СО₂ при температуре кислорода. Экспериментально установлено, что доля СО₂ в обратном потоке кислорода, выходящего из испарителя верхней колонны, существенно зависит от режимов работы регенераторов и узла ректификации. Таким образом, при расчете процесса возгонки двуокиси углерода кислородных регенераторах долю СО₂ на входе в расчетные участки принимают равной доле насыщенных паров СО₂ при температуре кислорода до тех сечений, в которых суммарная масса внесенной кислородом и сублимированной двуокиси углерода меньше массы СО₂, насыщающей кислород при температуре последнего в расчетном сечении.

За период холодного дутья на расчетном n-м элементе сублимируется следующая масса двуокиси углерода:

(dM_CO2)_n^суб == S [(с_CO2)_n+1 - (с_CO2)_n] G_B t.                                           (4.14)

Если (dM_CO2)_n^суб < (dM_CO2)_n^вым, то на этом участке накапливается двуокись углерода и возможна забивка регенератора.

Исследования процессов вымораживания двуокиси углерода и углеводородов в узлах охлаждения ВРУ, проведенные В. Ф. Густовым, показывают, что при разности температур на холодной стороне регенератора DTx < 4 К к концу периода холодного дутья все кристаллы двуокиси углерода сублимируются, и на поверхности насадки остается незначительное число кристаллов тяжелых углеводородов. При DTх > 4 на участках поверхности насадки, для которых разность локальных коэффициентов массо- и теплопередачи максимальна во время холодного и теплого периодов, остаются несублимированные кристаллы СО₂ . Такими участками насадки являются кромки дисков и прорезей, на которых толщина пограничного слоя периодически меняется от максимального до минимального значения.

Кристаллизация тяжелых углеводородов и двуокиси углерода в реальных условиях происходит одновременно в одних и тех же сечениях насадки. Это так называемая сокристаллизация, которая имеет место, несмотря на резкое различие долей этих примесей.

Повидимому, в этих условиях молекулы тяжелых углеводородов захватываются или сорбируются растущими кристаллами СО₂.

Важным фактором рабочего процесса в регенераторах, который влияет на условия работы в узле ректификации, является механический вынос кристаллов двуокиси углерода и углеводородов прямым потоком в начале периода теплого дутья. Конденсирующийся на поверхности насадки воздух уменьшает связь кристаллов, оставшихся после холодного дутья, с поверхностью, и они перемещаются в более холодную зону регенератора и частично выносятся с потоком воздуха, поэтому средняя объемная доля двуокиси углерода в воздухе, выходящем из регенератора, немного превышает 2—3 см³/м³. Степень очистки воздуха в регенераторах от тяжелых углеводородов колеблется от 70 до 95% и существенно зависит от ряда эксплуатационных параметров и, в первую очередь, от стабильности температурного режима.

Условия, при которых разность температур на холодной стороне регенераторов DTx » 4 К, можно обеспечить разными методами. Наиболее широко в настоящее время применяют метод отбора из регенератора петлевого потока воздуха (8—12%) при температуре 160—148 К с последующей его очисткой от двуокиси углерода и углеводородов в адсорберах. Уменьшение разности температур ни в коем случае не должно приводить к переохлаждению холодной стороны регенераторов, при которой возможно накопление в клапанных коробках и трубах жидкого воздуха взрывоопасными примесями.

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: