Мұнайды алғашқы айдаудың өнімдері
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1Негізгі бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1 Мұнайды атмосфералық қысымда айдау немесе дистилляция ... ... ... ..
1.2 Ректификация процессі арқылы мұнайды бөлу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.3 Ректификациялық бағаналардың түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.4 Мұнайды алғашқы айдаудың өнімдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2 Технологиялық бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.1 ЭЛОУ-АТ қондырғысы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.2 Мұнайды алғашқы өңдеуге арналған құрама (комбинирленген) қондырғылар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.3Технологиялық сұлбаны суреттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.4 Процесті автоматтандыру ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.5 Материалдық баланс ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.6 ЭЛОУ-АТ қондырғысының негізгі аппаратын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ...
2.3 Табақшалардың гидравликалық есептеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.4 Табақшалар саны мен колонна биіктігін анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.5 ЭЛОУ - АТ қондырғысының көмекші аппаратын есептеу ... ... ... ... ... ...
3 Еңбекті және қоршаған ортаны қорғау бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... .
3.1Техника қауіпсіздігі және еңбекті қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
3.2 Қоршаған ортаны қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
4 Экономикалық бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Кіріспе
Мұнай өңдеу және мұнай өндірісінің негізгі міндеттерінің бірі - мұнайды қолдану тиімділігін арттыру, және оны ары қарай терең өңдеуді қамтамасыз етіп, белгілі қуатты реконструкция және интенсификация есебінен прогрессивті қалдықсыз өңдеу технологиясын, шығарылатын өнімнің көлемін көбейтіп, оның сапасын жоғарылату болып табылады.
Қазақстан Республикасының президенті, яғни елбасы өзінің халыққа жолдаған жолдауында, Қазақстанның мұнай-газ секторына өте үлкен көңіл бөліп отыр. Біздің елбасымыз кезінде шетелдік компанияларға сатылып кеткен акциялардың біраз бөлігін қайта мемлекет сатып алғанын айтты. Нақтырақ айтатын болсақ Қарашығынық кен орнының 10 процент акциясын, Қашаған кен орнының 12 процент акциясын, қазақмыс кен орнының акциясының біраз бөлігінң мемлекетке қайтарылғанын баяндады. Қазақстан Республикасының президенті өзінің жолдауында мұнай-газ саласының дамуы үшін төрт жағдайды көрсетті. Олар:
1. Атырау мұнай өңдеу зауытында құны 1,7 миллиард доллар болатын, мұнайды терең өңдеу комплексін салуды тапсырды. Бұл Қазақстандағы бензин өндіруді 3 есеге дейін арттырады, ал дизелдік отынмен 1,4 миллион таннаға дейін көбейтеді.
2. Құны 6,3 миллиард доллар болатын, Атырау газ-химиялық зауытын тезірек іске қосу. Оның жылдық өнімділігі 500 мың тонна полипропилен, 800 мың тонна полиэтилен. Бұл өнімдер ҚР-да бұрын өндірілмеген.
3. Жылдық өнімділігі 5 миллиард шаршы куб болатын, Қарашығанақ кен орнындағы газ өңдеу зауытының жобалауын аяқтап, құрылысын бастауды үкіметке тапсырды.
4. Орталық Қазақстанды толық газбен қамтамасыз ететін газ құбырының жобасын жасап, құрылысты бастауды үкіметке бұйырды.
Мұнай өңдеу өндірісіндегі технологиялық процестерде сапасы нашар мұнайдан мотор отындарының, майлағыш майлардың, майлағыштардың және басқа мұнай өнімдерінің ассортиментін кең көлемде шығымын жоғарылатуды қамтамасыздандыру қажет.
Ең негізгі талаптардың бірі мұнайды рационалды пайдалану, яғни отындық дистилляттарды АҚ және АВҚ қондырғыларында айдау арқылы шығымын жоғарылату болып табылады. 3500С-қа дейін қайнайтын ашық фракциялар және АҚ қондырғысындағы ашық мұнай өнімдерінің жиынтығы арасындағы потенциалдар айырмасы өңделуші мұнайдың сапасына, алынатын өнімдер ассортиментіне байланысты, және олардың қатынасы 5-7% (масс.) мұнай массасына құрайды .
Мұнай өңдеу зауытында мұнайды алғашқы өңдеу қондырғылары үлкен роль атқарады. Газды бөлу, каталитикалық крекинг, кокстеу және т.б. тазалау процестерінің тиімділігі оның жұмыс істеу көрсеткіштеріне байланысты болады.
Еңбек өнімділігін арттыру, тауар өнімдерінің құнын төмендету, энергетикалық шығындарды, металдың меншікті шығынын, капиталдық салымдар және эксплуатациялық шығындарды қысқарту қондырғылардың техника-экономикалық көрсеткіштерін жақсартады.
Алғашқы айдау қондырғыларын жинақтау құрылысы үлкен экономикалық артықшылық болып саналады. Мұнай өңдеу зауытындағы процестерді жинақтау негізгі өндіріс аумағының шағын орналасуына, технологиялық және энергетикалық коммуникациялардың санын азайтуға, жалпы зауыттық шаруашылықтың көлемін қысқартуға, қызметшілер санын азайтуға мүмкіндік береді.
Мұнайды алғашқы өңдеу процестерін ары қарай жетілдіру үшін қондырғысының тиімділігі барынша жоғары және негізгі құрал-жабдықтарды автоматтандыру қажет.
Мұнай өңдеу өнеркәсібінің дамуы, басқа сала өнеркәсіптері сияқты ғылыми-зерттеу және жобалау-конструкторлық жұмыстармен тығыз байланысты. Мұнайды зерттеудің негізгі мақсаты - өндірістік шикізат ретінде отындар, майлар, битумдар және басқа тауарлық өнімдер алу болып табылады.
1 Негізгі бөлім
1.1 Мұнайды атмосфералық қысымда айдау немесе дистилляция
Мұнай өте күрделi парафиндер, нафтендер, ароматикалы және аралас көмірсутектердің бiр-бiрiнде еритiн, молекулалық массасы және қайнау температуралары әр түрлi қоспалардан тұрады. Оны бiрегей жеке компоненттерге бөлу мүмкiн емес және ондай бөлу мұнай өнiмдерiн өндiрiсте пайдалануда қажет емес те. lс жүзiнде мұнайды көмiрсутектерiнiң фракцияларына және топтарына бөледi де, олардың химиялық құрамын өзгерту мақсатында өңдейдi. Мұнайды өңдеу алғашқы (бiрiншi) және екiншi процестерге бөледi. Алғашқы процестерiне мұнайды, қайнау шектерiмен бiр бiрiнен айырмашылығы болатын, фракцияларға бөлудi, ал екiншiге- термиялық пен термокаталитикалық өңдеу процестерiн, тағы да мұнай өнiмдерiн тазалауды жатқызады.
Мұнайды алғашқы өңдеудегi негiзгi алғашқы немесе тура айдау болып саналады, оны дитилляция мен ректификация қолданып жүргiзедi.
Дистилляция немесе айдау деп сұйықтықтардың өзара еритін қоспасын фракцияға, бiр бiрiнен және бастапқы қоспадан да қайнау температурасымен айырмашылығы болатын, бөлу процесiн айтады. Айдау процесiне қоспа қайнағанға дейiн қыздырылады, осының нәтижесiнде ол аздап буланады. Пайда болған бу бөлiнiп конденсацияланады. Айдау арқылы құрамы жағынан бастапқы қоспадан айырмашылығы бар, дистиллят және қалдық алады. Айдауды бiр қабат, көп рет немесе бiртiндеп буландырумен жѕргiзедi.
Үздіксіз жұмыс істейтін қондырғыларды өндірістік процестердің негізін бір мұнайды бір қабат және көп рет буландыру құрайды. Бір қабат буландыру мен айдауды мұнайды белгілі температураға дейін қыздырады да, бу фазасына өткен барлық фракцияны сұйық фазада бір рет сеператорда бөледі.
Сонымен мұнайды бiр рет буландырумен айдауда түзiлген бу фазасы сұйық фазамен тепе-теңдiкте болады және оларды белгiлi бiр температурада бөледi. Мұнда бу фазасымен сұйық фазасының температурасы бiрдей болады. Бiр рет айдаудағы мұнайдың фракцияға дәл бөлiнуi көп рет және бiртiндеп буландыруға қарағанда көп төмен. Мұнай құрамында атмосфералық қысымда 400-5000С және одан да жоғары температура аралығында қайнайтұғын көмiрсутектердiң болтындығы, бұл көмiрсутектердiң термиялық тұрақтылығы тек 380-4000С дейiн-ақ сақталатыны белгiлi. Одан жоғары температурада олардың ыдырау процесi көмiрсутектердiң крекингi басталады, тағы да мұнайдың жоғары қайнаушы көмiрсутектерiнiң термиялық жағынан көп төмендiгi белгiлi. Көмiрсутектердiң ыдырауын болдырмау үшiн олардың қайнау температурасын төмендету қажет.
Фазаны бөлу процесiн көп рет жүргiзуде бiр қабат буландыруды бiрнеше рет қайталайды. Мысалы, мұнайды көп рет буландыруды, ал алғашқысын одан жеңiл бензин фракциясын алатындай температураға дейiн қыздырады да, оны сұйық фазадан бөлiп алады.
Екiншi сатысында, қалған сұйық фазаны жоғарылау температурада, мысалы, 3500С қыздырып, одан ауыр бензин, реактив және дизель отындарын бөледi. Мұның қалдығын гудрон дейдi. Яғни мұнайды бiртiндеп көп рет қыздырып, буландырып, әр кезде бу фазасын сұйықтан айырады.Түзiлген бу және сұйық фазаларды колонналарда ректификациялайды. Сонымен мұнайды өндiрiстiк процестерi бiр рет пен көп рет буландыруымен айдаудың жалғасуына және бу мен сұйық фазаны одан әрi ректификациялауға негiзделген. Бiртiндеп буландыруда қыздырудың нәтижесiнде түзiлген бу айдау аппараттынан үздiксiз шығарылып отырады. Бiртiндеп буландыруды мұнайды лабораторияда колбадан, кубтан айдау тәжiрибесiнде қолданылады, ал өндiрiсте мұнайды ертеректе куб қондырғыларында қолданып келсе, қазiр оларды пайдаланбайды.
Бiр рет буландыру процесiнiң бiртiндеп буландырудан артықшылықтары бар. Бiр рет буландыруда төменгi қайнаушы фракциялар буға айналып, аппарат iшiнде қалады да, жоғары қайнаушы фракциялардың сыбағалы қысымын төмендетедi. Бұл айдауды салыстырмалы төмен температурада жүргiзуге мүмкiндiк бередi.
Бiртiндеп буландыруда керiсiнше жеңiл фракцияларды алдымен бөлiп алады, ал ауырларын соңынан бөледi. Сондықтан буға айналған және аппараттан бөлiнген жеңiл фракциялар ауыр фракциялардың қайнау температурасына әсер етпейдi. Жеңiл фракциялардың әсерi арқасында бiр рет буландыруды пайдалана отырып, бiртiндеп буландыруға қарағанда, айдалатын шикi заттың температурасын 50-1000С төмендетуге болады. Қазiр мұнайды айдау қондырғыларында бiр рет буландыруды көп пайдаланады.
Мұнай құрамында атмосфералық қысымда 400-5000С және одан да жоғары температура аралығында қайнайтұғын көмiрсутектердiң болтындығы, бұл көмiрсутектердiң термиялық тұрақтылығы тек 380-4000С дейiн -ақ сақталатыны белгiлi. Одан жоғары температурада олардың ыдырау процесi көмiрсутектердiң крекингi басталады, тағы да мұнайдың жоғары қайнаушы көмiрсутектерiнiң термиялық жағынан көп төмендiгi белгiлi. Көмiрсутектердiң ыдырауын болдырмау үшiн олардың қайнау температурасын төмендету қажет. Оған мұнайды вакуумда айдау арқылы жетедi. 450-5000С температура аралығында атмосфералық қысымда қайнайтұғын мұнай фракцияларын вакуумда (қалдық қысым 3-5кПа ) 200-2500С айдап бөлуге болады. Мұнай өңдеу тәжiрибесiнде қайнау температураны төмендету үшiн су буын да пайдаланады, оның әсерiмен көмiрсутектердiң сыбағалы қысымы төмендейдi.
Сонымен мұнайды бiр рет буландырумен айдауда түзiлген бу фазасы сұйық фазамен тепе-теңдiкте болады және оларды белгiлi бiр температурада бөледi. Мұнда бу фазасымен сұйық фазасының температурасы бiрдей болады. Бiр рет айдаудағы мұнайдың фракцияға дәл бөлiнуi көп рет және бiртiндеп буландыруға қарағанда көп төмен.
Көп рет буландыру екi немесе одан да көп мұнайдың фазалық қалпын өзгертудiң бiр рет процестерiнен тұрады, яғни бiр реттiк буландырудан. Әрбiр осындай процестерде түзiлген бу сұйық қалдықтардан бөлiнедi, соңғы одан әрi қыздырылады да, түзiлген булар тағы да сұйық фазадан бөлiнедi; сөйтiп мұнай белгiлi бiр санды қыздырылады.
1.2 Ректификация процессі арқылы мұнайды бөлу
Бiр-бiрнде жақсы еритiн сұйықтарды бiр рет буландыруда және буларды одан кейiн конденсациялағанда, құрамында төмен температурада қайнайтұғын фракциялары көп жеңiл және шикi затқа қарағанда құрамында тез қайнайтұғын фракциялары аз, ауыр екi фракция алады. Сондықтан, айдау процесiнде бiр фаза төмен қайнаушы компоненттермен байиды. Бiрақ мұнайдың компоненттердің қажеттi бөлiнуiне жету және айдау көмегiмен белгiлi бiр температура аралығында қайнайтұғын түпкiлiктi өнiм алу мүмкiн емес. Сондықтан мұнай фракцияларын бiр рет буландырудан кейiн ректификациялайды.
Ректификациялау деп қайнау температурасы бiр-бiрiмен айырмашылығы бар сұйықтардың, булар мен сұйықтардың қарама-қарсы қайта-қайта жанасуының нәтижесiнде, бөлiнуiнiң диффузиялық процесiн атайды.
Булар мен сұйықтардың жанасуы тiк цилиндр тәрiздi құралдарда-арнайы жабдықтармен жарақталған ректификациялаушы табақшалары немесе отырғыштары бар, колонна бойымен жоғары көтерiлушi бу мен төмен ағушы сұйықтар арасында өте тығыз жанасуды қамтамсыз ететiн - ректификациялық колонналарда iске асырылады .
Колоннаның орта бөлiгiнде бу, сұйық немесе бу мен сұйық қоспасы күйiнде шикi затты бередi, оны жоғары және төмен қайнаушы өнiмге бөлу қажет. Шикi затты беретiн аймақты эвапарациялық аймақ дейдi, себебi онда эвапарация пеште немесе жылу алмастырғышта қыздырылған қоспаның бу және сұйық фазаларға бiр рет буландыруы жүредi. Кейбiр жағдайларда эвапарациялық колоннадан бөлек болады да эвапарация өз алдына тұрған аппаратта жүргiзiледi. Бiрақ көпшiлiк колонналарда, сонымен қатар, алғашқы айдау қондырғыларында да, бiр рет буландыруды және ректификациялауды бiрге жүргiзедi.
Iстеп тұрған ректификациялау колоннасында әрбiр табақшадан төрт ағым өтедi: 1) жоғары табақшадан құйылатын сұйық-флегма; 2) төменгi табақшадан көтерiлетiн бу; 3) төменгi табақшаға түсетiн сұйық-флегма; 4) жоғары табақшаға көтерiлетiн бу.
Табақшаға түсетiн бу мен сұйықтық тепе-теңдiк жағдайда болмайды, бiрақ жанасу жағдайында осы қалыпқа жетуге тырысады. Жоғарғы табақшадан сұйық ағым жоғары температура аумағында түскендiктен, одан кейбiр төмен температурада қайнаушы компонет буға айналады, осының нәтижесiнде сұйықтықта оның концентрациясы азаяды. Екiншi жағынан төменгi табақшадан көтерiлетiн бу ағымы температурасы төмендеу аумаққа түскендiктен, одан жоғары қайнаушы өнiмнiң бөлiгi осы аумақта конденсацияланып сұйылады. Сонымен жоғары қайнаушы компоненттiң булардағы концентрациясы төмендейдi, ал төмен қайнайтындар көтерiледі. Булар мен сұйықтықтың фракциялық құрамы колоннаның жоғары бойы бойынша үздiксiз өзгередi.
Ректификациялау колоннасыны шикi затты беретiн орнына жоғары жағын концентрациялау, ал төменгi-айдау бөлiгi деп атайды. Колоннаның екi бөлiгiнде де бiрдей ректификациялау процесi жүредi. Концентрациялау бөлiмiнiң жоғарғы жағынан бу фазасында қажеттi тазалықтағы мақсатты өнiм-қалдық алынады.
Колоннада ректификациялау процесiн жүргiзу үшiн булар жоғарылаушы ағымын және сұйықтықтың төмендеушi ағымын iске асыру қажет. Жоғарылаушы ағым колоннаның айдау бөлiгiне жылу беру арқылы, екiншi- концентрациялау бөлiгiне берiлетiн ағының көмегiмен жасалынады.
Ректификациялау колонналары жай (толық және толық емес) және күрделi болып бөлiнедi. Жай колоннаның толық жүйесi, концентрациялау мен айдау бөлiктерiнен тұратын және өнiмдердi екi жерден-жоғарғы мен төменнен шығартын, көрсетiлген. Жоғары және төмен температураларда қайнайтын ректификациялау колоннасы - концентрациялаушы мен айдаушы бөлiктерi бар, пайдаланады. Концентрациялаушы колонаға шикi заттағы бу фазасы күйiнде төменгi табақшаның астына, ал айдаушы бөлiгiне жоғарғы табақшаға сұйық фаза ретiнде берiледi.
Егер көп компоненттi қоспаны бiрнеше жеке компоненттерге немесе фракцияларға, бiр бiрiнен қайнау температураларының шегiмен айрмашылық көрсететiн, бөлу қажет болған жағдайда, көп колоналы жүйенi қолданады, n компоненттер n-1 жай колонналар қажет. Көп колонналы ректификациялау жүйесi бензиндi екiншi ректификациялау, газды фракцияға бөлу қондырғыларында және т.б. қолданылады.
Егер өнiмдердiң тазалығына қойылытын талап аса жоғары болмаған жағдайда, күрделi колонналарды қолданады. Күрделi колонна- ол бөлiнушi затты колоннаның бойымен бiр неше жерден беретiн немесе өнiмдердi бүйiрден алатын аппарат. Күрделi колоннаны бiр неше жай колоннаның құрамасы деп қарауға болады. Аппараттың конструкциясын қарапайымдау мақсатында, оның бiреуiне колоннаның концентрациялаушы бөлiгiн жинайды, ал айдаушы бөлiгiн (төменгi колоннаның айдаушы бөлiгiнен бөлек) өз алдына секция етiп бөледi.
Дайын өнiмдер айдаушы секциялардың төменгi жағынан алынады, ал айдалған жеңiл фракциялар негiгi колоннаға жiберiледi, оның жоғарғы жағынан жеңiл дистиллят шығады.
Құбырлы қондырғылардың ректификациялау колонналарындағы қысымға байланысты, атмосфералы (АҚ), вакуумды (ВҚ) және атмосфералы- вакуумды (АВҚ) болып бөлiнедi. Булану дәрежесiнiң санына қарап, құбырлы қондырғыларды бiр, екi, үш және төрт рет буланушы деп бөледi. Бiр рет буландыру мен айдау қондырғыларында мұнайдан бiр ректификациялаушы колоннада атмосфералық қысымда барлық дистилляттарды- бензиннен бастап тұтқыр цилиндр майына дейiн алады.
Екi рет буландыру қондырғыларында гудронға дейiн айдауды екi сатыда жүргiзедi: әуелi мұнайды атмосфералық қысымда мазутқа, одан кейiн оны вакуумда гудронға дейiн айдайды. Бұл процестердi екi ректификациялаушы колонналарда iске асырады; оның бiрiншiсiнде атмосфералық қысым, екiншiсiнде- вакуум ұсталынады. Мұнайларды мазутқа дейiн буландыруда атмосфералық қысымда екi ректификациялаушы колонналарда жүргiзуге болады: бiрiншiнде тек бензиндi ғана алады және бензинсiзденген мұнай айдаудың қалдығы болады; екiншi колоннада бензинсiзденген мұнай жоғарлау температурада мазутқа дейiн алады. Мұндай екi колонналы қондырғылар атмосфералы құбырлы (АҚ) тобына жатады.
Үш рет буландыру қондырғыларында мұнайды айдауды үш колоннада жүргiзедi: екi атмосфералық және бiр вакуум колоннасында. Мұнайды үш рет буландыру қондырғысының басқа түрi болып бiр атмосфералық және екi вакуумды колонналардан тұратын АВҚ саналады. Екiншi вакуум колоннасы гудронды буландыра түсуге арналған, онда негiзгi вакуум колоннасына қарағанда, тереңдеу вакуум ұсталынады.
Төрт рет буландыру қондырғысы, АВҚ-ны бастапқы бөлiгiнде бензинсiздендiрушi атмосфералық колоннасынан және соңғы бөлiгiнде гудрон үшiн буландыра түсетiн вакуум колннасынан тұрады.
Қазiргi кезде мұнайды алғашқы айдауды атмосфералық қысымда iстейтұғын құбырлы қондырғыларда (АҚ) жүргiзiп, одан мөлдiр өнiмдер- бензин , керосин, дизель, (газойль) фракцияларын алады. Мұнай айдаудың қалдығын (өнiмнiң бастапқы қайнау температурасы 300-3600С) мазут дейдi. Егер зауытта қазан отынын көп алу қажет болған жағдайда, онда айдаушы атмосфералық қысымда жүргiзумен шектейдi. Мұнай шикi заты жеткiлiксiз жағдайда, мұндай өңдеу бағыты тиiмсiз болып саналады.
Мөлдiр мұнай өнiмдерiнiң мөлшерiн, оның мұнайдың бастапқы құрамындағыдан көп өндiру үшiн, мазутты әртүрлi термиялық және каталитикалық процестердi қолданып, терең химиялық өңдеуге салады. Мазутты терең өңдеудiң көп қолданылып жүрген жүйесi бойынша, оны дистиллятты фракцияларға және бастапқы қайнау температурасы 490-5200С жоғары тұтқырлы қалдыққа- гудронға алдын ала бөлу көзделедi. Мұндай бөлудi вакуумды құбырлы қондырғыларда (ВҚ), 5-8 кПа қалдық қысымда жүргiзедi. Алынған дистиллятты фракциялар және гудрон дара ағым күйiнде одан арғы өңеуге жiберiледi.
Гудронға дейiн айдауды, егер зауытта мұнай майларын, коксты битумды өндiру қажет болған жағдайда жүргiзедi.
Көпшiлiк зауыттарда мұнайды атмосфералық және мазутты вакуумдық айдауды бiр құрастырма қондырғыда атмосфера вакуумды құбырлы (АВҚ) қондырғыларда жүргiзедi.
Сұйық қоспаны бөлу үшін көбіне айдауды қолданады. Айдау процесі ежелден белгілі. Ол крахмал мен қантты материалдарды ашыту арқылы этил спиртін алғанда, орта ғасырларда кең қолданылған.
Қазіргі кезде айдау мен ректификация химиялық технологияда кең таралып, әр түрлі таза өнімдер алуда және сұйылтылғаннан кейін газ қоспасын бөлуде қолданылады.
Сұйық қоспаны айдау қоспа құрамындағы құрастырушылардың қайнау температураларының ерекшеліктеріне негізделеді. Осылайша екі құрастырушыдан тұратын қоспаны қарастырсақ, қайнау температурасы төмен құрастырушы бірінші болып буға айналып, ал қайнау температурасы анағұрлым жоғары құрастырушы сұйық күйінде қалады.
Сұйықтықты айдау келесі тәсілдермен жүзеге асады:
- жартылай буландыру - конденсатты бөліп алуға негізделген сұйықтықтың жартылай булануы мен алынатын будың конденсациясы;
- жартылай конденсация - конденсатты бөліп алуға негізделген айдалатын қоспаның буының жартылай конденсациясы.
Бұл екі әдістің әрқайсысын бөлек қолданса таза өнім алынбайды. Сұйықтықты айдауды екі топқа бөлуге болады:
- қарапайым айдау;
- ректификация.
Қарапайым айдау жартылай буландыру мен түзілген будың конденсациясын бір рет қолдану арқылы жүзеге асады. Ал қоспаны толық бөлу үшін аталған тәсілдерді бір мезгілде бірнеше рет қайталау қажет. Осылайша бір мезгілде бірнеше рет буландыру мен конденсацияны қайталап сұйық қоспаны бөлу әдісін ректификация деп атайды.
Ректификация процесін атмосфералық қысымда, сонымен қатар төменгі және жоғарғы қысымда да жүргізеді. Қайнау температурасы жоғары қоспаларды бөлуді вакуумда, қысымы төмен газ тәрізді қоспаларды бөлу үшін жоғары қысымды қолданады. Ал қайнау температурасы 30°С-тан 150°С-қа дейінгі қоспаларды атмосфералық қысымда айдайды.
Ректификация процесі қарама - қарсы ағынды колонналы аппараттарда жүзеге асады: айдалатын сұйықтыққа төменнен жоғары қарай бу беріледі, ал буға қарсы колоннаның жоғарғы бөлігінен төменге қарай ағады. Сұйық және бу фазалары арасында массаалмасу жүзеге асып, нәтижесінде колонна бойымен қозғалысына сәйкес бу оңай ұшқыш құрастырушымен , ал сұйықтық ұшқыштығы аз құрастырушымен байытылады. Соңында бу салыстырмалы тазартылған оңай ұшқыш құрастырушы ретінде колоннаның жоғарғы бөлігінен шығып, конденсация нәтижесінде дайын өнім - дистиллят түзеді, ал колоннаның төменгі жағынан салыстырмалы түрде таза, ұшқыштығы аз - кубтық қалдық деп аталатын құрастырушы бөлінеді.
Колоннаны бүркуге арналған сұйықтық флегма деп аталады және оны колоннаның жоғарғы бөлігінде орналасқан арнайы конденсатор - дефлегматорда будың конденсациясы арқылы алады. Бу түзілу үшін колоннаның төменгі жағын жылан тәрізді немесе құбырлы арнайы қодырғымен жабдықтап, қажетті мөлшерде жылу береді, көбіне жылу көзі ретінде су буы қолданады. Сұйық қоспа құрастырушыларының таза дистиллят пен кубтық қалдыққа бөліну дәрежесі фазалық әрекеттесу бетінің қаншалықты дамуына, флегма мөлшері мен аппараттың құрылымдық рәсімделуіне байланысты.
Ректификация процесін тәрелкелі колоннаның сызбанұсқасы бойынша қарастырсақ (1.1-сурет). Колонна көп мөлшерде тесіктері және аққыш құбырлары бар көлденеңінен орналасқан тәрелкелерден тұрады.аққыш құбырлардың жоғарғы шеті тәрелкеден 30-50 мм биікте, ал төменгі шеті сұйыққа батырылып, табақшалардағы сұйықтықтың біркелкілігін қамтамасыз етеді. Колоннаның төменгі бөлігіндегі тәрелкеге колоннаның кубынан бу, ал жоғарыдан флегма беріледі.
Сурет 1.1. Табақшалы ректификациялық колоннаның сызбанұсқасы
1, 2, 3, 4, 5, 6 - колонна табақшалары
Әр тәрелкеде сұйық және бу фазалары арасында массаалмасу жүзеге асып, нәтижесінде оңай ұшқыш құрастырушы сұйық фазадан буға, ал ұшқыштығы аз құрастырушы бу фазасынан сұйық фазаға өтеді. Егер буландыру мен конденсация процесін бірнеше рет қайталаса, яғни тәрелке санын көбейтсе колоннаның жоғарғы бөлігінен таза, бу күйіндегі оңай ұшқыш құрастырушыны, ал төменгі бөліктен ұшқыштығы аз, таза сұйықтық алуға болады.
Ректификация процесі мерзімді, әрі үздіксіз әрекетте жүзеге асуы мүмкін.
Мерзімді әрекетті (1.2-сурет) ректификациялық қондырғыларға айдалатын қоспаны куб 1 арқылы енгізіп, қайнау температурасына дейін ыстық бумен қыздырады да, қоспаның қайнау температурасын үздіксіз ұстап тұрады. Кубта пайда болатын бу колоннаға 2 жіберіліп, ректификация процесі жүзеге асады.
Тәрелкенің жоғарғы жағына көтерілген бу дефлегматорға 3 бағыт алып, конденсацияға ұшырайды да, флегма ретінде колоннаны бүрку үшін жоғарғы тәрелкеге қайта беріледі. Конденсацияға ұшырамаған бу бөлігі дефлегматордан тоңазытқышқа 4 беріліп толығымен конденсацияланып, түзілген дистиллят қажетті температураға дейін салқындайды.
Тоңазытқыштан дистиллят бақылау шам арқылы жинағышқа 5 беріледі. шамда орналасқан ареометр арқылы дистилляттың конденсациясын меншікті салмағы бойынша қадағалай отырып, айдау процесінің жылдамдығын да реттейді.
Сурет 1.2. Мерзімді әрекетті ректификациялық қондырғының сызбанұсқасы
1 - куб; 2 - колонна; 3 - дефлегматор; 4 - тоңазытқыш - конденсатор; 5 - дистиллят жинағыш
Егер айдау барысында қайнау температуралары әр түрлі бірнеше фракция алу керек болса, дистиллят жинағыштың бірнешеуін қондырып, айдау барысында әрбір фракцияны бөлек жинайды.
Мерзімді ректификация кубта қажетті қоспадағы сұйықтық алынғанша жүргізіледі. Кубты қыздыру тоқтатылғаннан соң қалдықты жинағышқа құйып, кубқа бастапқы қоспадан жаңа өлшем құйып, айдау процесі жалғастырады.
Атмосфералық қысым ректификациялық колоннада дистиллят буы қол жетімді, арзан салқындатқыш агент қатысында конденсацияға ұшырайтын немесе бөлінетін сұйықтық термиялық тұрақты болған жағдайда қолданылады. Ректификациялық колоннадан кейін орналасқан аппараттар мен құбырлардан бу ағынының өту барысында тегеурін шығынын жеңуі үшін колоннаның жоғарғы бөлігінде қысымды аздап көтеру қажет (13-40 кПа). Колоннаның төменгі бөлігінде қысым тәрелкелердің гидравликалық кедергісіне сай өседі. Атмосфералық қысымды колонналарда дистиллят буының температурасы салқындатқыш агент температурасынан 15-20°С жоғары болатындай қысым таңдалады.
Вакуумды ректификация бөлінетін қоспаға термиялық әсер етуге негізделеді. Термиялық әсер ету дәрежесі келесі екі факторға тәуелді: температура және әсер ету уақыты. Термиялық әсер ету ыдырау, конденсация, поликонденсация, шайыр түзу сияқты қажетсіз қосымша процестерді тудырады. Бұл процестерді болдырмау үшін температураны төмендету қажет, осы мақсатта ректификация процесін төменгі қысымда жүзеге асырады. Сонымен қатар вакуумды ректификацияны азеотропты қоспаларды бөлу үшін, берілген қоспаның салыстырмалы ұшқыштығын көбейту үшін, коррозия жылдамдығын төмендету үшін, қыздырғыш будың температурасын азайту үшін және т. б. жағдайларда қолданылады.
Ректификациялық колоннада төменгі қысымды қолдану мүмкіндігі әдетте түзілетін будың конденсациясын қиындататын жағдайлармен шектеледі. Салқындатқыш агент ретінде суды қолданатын жүйелерде будың шекті температурасы 45-50°С аралығында болады. Арнайы салқындатқыш агенттерді (тұзды еірітінді, хладон және т.б.) қолдану қосымша энергетикалық шығындарды талап етеді, әрі процестің техника-экономикалық көрсеткіштерін төмендетеді.
Колоннадағы қысымды төмендету бу ағынының көлемінің артуымен жүреді, нәтижесінде колонна диаметрі өсіп, процестің бағасы артады. Алайда процестің қалдық қысымын (яғни, температураны) анықтайтын негізгі факторы өңделетін заттың термотұрақтылығы болып табылады. Қалдық қысым колоннаның төменгі бөлігінде жоғарғы бөлігімен салыстырғанда гидравликалық кедергі ∆Р шамасына артық болады. Кейбір көп мөлшерлі қоспаны вакуумда бөлген кезде ректификациялық колоннаның гидравликалық кедергісі ∆Р колоннаның жоғарғы бөлігіндегі қысымнан анағұрлым үлкен болуы мүмкін. Бұл жағдайда колоннаның төменгі бөлігіндегі жұмыс температурасы жоғарғы бөліктен анағұрлым көп болады, нәтижесінде вакуумды қолдану тиімділігі азайуы мүмкін. Сондықтан вакуумды ректификацияны меншікті гидравликалық кедергісі аз колонналарда жүзеге асырған тиімдірек. Бөлінетін қоспаның термиялық әсер ету уақытын азайту үшін сұйықтықтың минималды мөлшерін ұстайтын колонна қолданған тиімді, сондықтан көпшілігіне вакуумды насадкалы колонналар қолданыс тапқан. Ең көп термиялық әсер ету кубтық - буландырғышта жүзеге асады. Сондықтан вакуумды ректификацияда минималды гидравликалық кедергіге ие буландырғыштар қолданылады. Өңделетін заттың буландырғышта болу уақыты да минималды болуы шарт. Бұл шарттарға қабықшылы буландырғыш аппараттар сай келеді.
Вакуумды ректификация жоғарғы спирттерді, этаноламиндерді, гликольдерді, полиаминдерді, майлы қышқылдарды және т.б. бөлуде қолданады.
Жоғарғы қысымды ректификация атмосфералық қысымда газтәрізді қоспаны бөлген жағдайда қолданылады. Қысым көбейген сайын, бу және сұйық фазалардың тепе-теңдік құрамы жақындайды, ал бу-сұйық жүйесінің температуралық интервалы жоғарылайды. Жүйе құрастырушыларының концентрациялар айырымы азайған сайын қажетті бөлінуді қамтамасыз ететін әсерлесу сатылары көбейеді. Колоннада қысымның өсуі салдарынан қайнатқыштағы қаныққан су буының температурасы қолдануға болмайтын дәрежеге дейін өсуі мүмкін. Бұл жағдайда органикалық жоғары температуралы жылутасымалдағыштар қолданады. Ректификациялық колоннадағы қысым жоғарыда аталған ерекшеліктерді, экономикалық тиімділігін ескере отырып таңдалады.
Кейбір жағдайда жоғары қысымды ректификация азеотропты қоспаларды бөлу үшін де қолданылады. Бұл жағдайда колоннаның қысымы айдалатын азеотропты қоспаконцентрациясының қысымға төзімділігімен анықталады.
Жоғары қысымды ректификация мұнай химиялық өндірісте пиролиз газдарын бөлуде кең қолданыс тапқан. Бұл жағдайда айдау процесі абсорбциялық - ректификациялық немесе конденсация - ректификациялық әдіс бойынша жүргізіледі.
Азеотропты ректификация салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті аз қоспаларға да, азеотроп түзуші қопаларға да қолданылады.
Экстрактивті ректификациядан айырмашылығы азеотропты ректификацияда бөлуші агент С бастапқы қоспамен салыстырғанда өзгеше концентрацияда қоспа құрастырушыларымен азеотроп түзеді. Азеотропты агент қоспа құрастырушыларымен гомоазеотроп немесе гетероазеотроп түзуі мүмкін. Екі жағдайда да қоспаның бір құрастырушысы таза күйінде бөлінеді.
Сурет 1.3 азеотропты ректификацияның принципиалды сызбанұсқасы берілген. Бұл жағдайда С бөлуші агенті А қоспасымен қайнау температурасы минималды болатын гомоазеотроп түзеді. Бөлуші агент С колоннаға 1 А+В бастапқы қоспасымен сәйкес биіктікте немесе қоспамен бірге беріледі. Колоннаның жоғарғы жағынан гомоазеотроп түрінде А+С бу қоспасы бөлініп, конденсаторда 3 конденсацияланады, ал төменгі бөлігінен кубтық қалдық ретінде таза В құрастырушысы бөлінеді. Колоннадан шыққан гомоазеотроп арнайы түйінде таза А құрастырушысы мен С бөлуші агентіне бөлінеді. Бөлуші агент қайтадан азеотропты ректификация колоннасына беріледі.
Ескеретін жайт, азеотропты ректификация сызбанұсқасында қиын, әрі энергияны көп қажет ететін азеотропты қоспаны бөлуге арналған түйін 2 болып табылады. Азеотропты қоспаны бөлуге тағы да қосымша колонна немесе арнайы бөлуші әдістер қолданулыу мүмкін.
А+В қоспасын гетероазеотроп түзуші агент арқылы бөлу жеңілірек. Гетероазеотроп әсерінен сұйықтықта қабат түзіледі.
Экстрактивті ректификация.
Қиын айырылатын бинарлы қоспадан таза құрастырушыны бөлу керек болсын. Мұндай қоспаға бір құрастырушыда (В құрастырушысы) жақсы еритін, ал екіншісінде (А құрастырушысы) аз еритін, арнайы таңдалған құрастырушы (әдетте ұшқыштығы төмен) қосады. Былайша айтқанда, жүйеге үшінші құрастырушы енгізу бинарлы қоспаның буларының серпімділік Рв° азайып, сәйкесінше салыстырмалы ұшқыштығын көбейтеді аАВ' аАВ. Бұл әдіс экстрактивті ректификация, ал қосымша құрастырушы - бөлуші немесе экстрагирлеуші агент деп аталады.
Экстрагирлеуші агенттерге талғағыштығымен қоса бірнеше шарттар қойылады:
- ол бастапқы қоспа құрастырушыларымен азеотроп түзбеуі тиіс;
- ол бастапқа қоспа құрастырушыларынан қайнау температурасымен ерекшеленуі тиіс.
Сурет 1.3. Азеотропты ректификация қондырғысының сұлбасы
1 - колонна; 2 - конденсатор; 3 - тұндырғыш; 4 - қайнатқыш
Сурет 1.4 А+В қоспасының С ұшқыштығы төмен бөлгіш агентпен экстрактивті ректификация процесінің сызбанұсқасы берілген. Бөлуші агент В құрастырушысында жақсы ериді. С құрастырушысы колоннаның жоғарғы тәрелкесіне 1 беріледі және флегмамен бірге төменге қарай ағады. С агенті В құрастырушысын өзінде ерітіп, будың упругостьін азайтады, нәтижесінде А және В қоспасын бөледі. Колоннаның жоғарғы бөлігінен 1 қажетті мөлшерде таза А құрастырушысы бөлінеді ал төменгі өнім - В+С қоспасы болады. Бұл қоспа сорап 3 арқылы колоннаға 2 беріліп, қарапайым ректификация арқылы В және С құрастырушыларына бөлінеді.
Егер экстрагирлеуші агент ұшқыш болса, яғни қайнау температурасы төмен болса, колоннаның 1 төменгі жағынан беріліп, қайну температурасы төмен А құрастырушысымен колоннаның жоғарғы бөлігінен бөлінеді. Ал қайнау температурасы жоғары В құрастырушысы колоннаның төменгі бөлігіне шығарылады. А+С қоспасы колоннада 2 бөлінеді.
Қоспа құрастырушыларының салыстырмалы ұшқыштығын қоспаға минералды тұздар немесе органикалық қышқыл не олардың ерітінділерін енгізу арқылы өзгертуге болады. Тұзды ректификация нәтижесінде экстрактивті ректификация сияқты қайнау температуралары өте жақын құрастырушылары бар қоспаны және азеотроп түзетін қоспаларды бөлуге қолданады.
Сурет 1.4. Бинарлы қоспаны бөлуге арналған экстрактивті
ректификациялық қондырғы
1 - колонна; 2 - экстрпагирлеуші агентті бөлуге арналған колонна; 3 - сорап; 4 - қайнатқыш; 5 - конденсатор
Тұзды ректификацияның қондырғысының ерекшелігі дефлегматорға түсетін флегма екі ағынға бөлінеді: біреуі колоннаның жоғарғы тәрелкесіне бағытталса, екінші бөлігі тұзды еріту үшін араластырғышы бар аппаратқа түседі. Дайын тұз ерітіндісі колоннаның жоғарыдан санағанды үшінші нетөртінші тәрелкесіне түсіп, кубтық сұйықтықпен бірге шығарылады. Тұз регенерацияланып, процеске қайта қолданылуы мүмкін.
Тұздық ректификация этил, пропил және изопропил спирттерін сусыздандыруда, сулы - формальдегидті ерітінділерді, тұз, азот, сірке қышқылдарын концентрлеуде кеңінен қолданылады. Кейбір жағдайларда бөлуші агент ретінде сілті ерітінділерін қолданады.
Ректификация процесі құрылысы әр түрлі колонналы аппараттарда жүзеге асырылады. Фазалар бетін жанастыру түріне байланысты бұл аппараттар екі үлкен топқа бөлінеді:
- фазалар бетінің жанасуы бу және сұйық ағындар арқылы жүзеге асатын аппараттар. Бұл топқа әр түрлі табақшалы барботажды (табақшалы) колонналар жатады;
- фазалар бетінің жанасуы сұйықтың арнайы насадка бетімен ағуы арқылы жүзеге асатын аппараттар. Бұл аппараттарға насадкалы колонналар жатады. Сондай-ақ вакуумды ректификацияда пленкалы және роторлы колонналар қолданылады.
Саптамалы колонналар. Бұл колонналарда әр түрлі типті саптамалар қолданылады, алайда бұл колонналарда саптама ретінде Рашига сақиналарын қолдану кең тараған. Басқа колонналармен салыстырғанда гидравликалық кедергісі аз болғандықтан саптамалы колонна вакуумды ректификацияда кең қолданыс тапқан.
Үлкен диаметрлі саптамалы колонналарда сұйықтың саптамамен қозғалуы қиын болғандықтан өндірісте қолданылатын колонналардың диаметрі 0,8-1,0 м-ден аспауы тиіс.
Пленкалы аппараттар. Бұл аппараттар термиялық тұрақтылығы аз қоспаларды вакуум астында бөлгенде қолданылады. Пленкалы ректификациялық аппараттарда гидравликалық кедергісі төмен. Пленкалы аппараттарға диаметрі 6-20 мм көлденең құбырлы колонналар жатады.
Барботажды (табақшалы) аппараттар. Эффективтілігі жоғары және кең қолданыс тапқан аппарат - табақшалы колонналы аппараттар болып табылады. Олар ішінде көлденеңінен орналасқан бірнеше бөгет - табақшалардан тұратын тік цилиндр тәрізді жасалынады. Табақшалар колонна бойымен сұйықтың жоғарыдан төменге, будың төменнен жоғарыға қозғалысын қамтамасыз етеді.
Табақшалы колонналар құйылатын құрылғысынсыз және құйылатын құрылғысымен болып бөлінеді. Ағу құрылғысы бар колонналарда сұйықтық жоғарғы табақшаға беріліп, табақшадан табақшаға ағу құрылғысы арқылы ағып, аппараттың төменгі бөлігінен шығарылады. Бу колоннаның төменгі бөлігінен беріліп, жоғары көтеріліп, әрбір табақшаға таралады.
Бу мен сұйықтың таралыу құйылу құрылғыларының конструкциясына ғана емес, сондай-ақ бу ағынының жылдамдығына да тікелей тәуелді. Будың жылдамдығы аз болған жағдайда (0,3 мс) бу сұйық қабатынан көпіршік түрінде өтеді. Фазалар бетінің жанасуы аз болғандықтан табақша жартылай қимамен жұмыс істейді. Бу таралуының бұл режимі көпіршікті деп аталады.
Бу шығыны көбейген сайын тесіктердегі жеке көпіршіктер бір ағынға бірігіп, сұйық қабатының кедергісі әсерінен көптеген көпіршіктерге бөлінеді. Бұл жағдайда табақшада бу-сұйықты дисперсті жүйе - көбік пайда болады. Алайда көбік тұрақсыз болғандықтан будың берілуі тоқтағаннан кейін жойылады. Көбікті режимде фазалар бетінің жанасуы өте жоғары.
Будың берілу жылдамдығын әрі қарай көбейтсе (1,2 мс) бу ағыны ұзарып, барботажды қабат бетіне шығып, өте көп мөлшерде шашыранды түзеді. Бұл режим ағында деп аталады, және бұл жағдайда фазалар бетінің жанасуы күрт төмендейді.
Ағу құрылғысы бар колонналарға тор тесікті, қалпақшалы, клапанды табақшалы және шарикті насадкалы аппараттар жатады.
Тор тесікті табақшалы колонналар. Тор тесікті табақшалы колонналар диаметрі 1...5 мм болатын бірнеше тесіктері бар көлденең орналасқан табақшалары бар тік цилиндрлі корпустан тұрады. Сұйықтың ағуын және оның табақшадағы деңгейін қадағалау мақсатында төменгі бөлігі қабылдағыш стаканға батырылған ағу құбырларынан тұрады. Бу табақша тесіктері арқылы сұйық қабатынан өтеді. Сұйық қабатының бйіктігі 25...30 мм құрайды және ағу құбырларының жоғарғы биіктігімен анықталады.
Бу жылдамдығы тым төмен болған жағдайда сұйық жоғарғы табақшадан төменгі табақшаға құлай ағуы мүмкін. Бұл жағдайда масса алмасу қарқындылығы күрт төмендейді. Егер бу жоғары жылдамдықпен берілсе, сұйықты өзімен бірге жоғары көтеріп кетуі мүмкін. Сондықтан бу ағына белгілі бір жылдамдықпен және сұйық қабатының қысымын жеңіп, сұйықтың табақша тесігінен ағуының алдын алу үшін белгілі бір қысыммен берілуі тиіс.
Тор тесікті табақшалардың артықшылығы: құрылғы қарапайымдылығы, тиімділігі жоғары және бу жылдамдығының үлкнен интервалына шыдамдылығы.
Жұмыс жасап тұрған ретификациялық колоннаның табақша саны мен насадка биіктігі - ең негізгі көрсеткіші. Ректификация процесінде құрастырушылардың қажетті дәрежеде бөлінуінің негізгі шарттары: колонна кубына қажетті мөлшерде жылудың берілуі, колоннаны бүркуге арналған флегманың қажетті мөлшерде берілуі. Бұл екі шарт бір бірімен тығыз байланысты. Кубқа жылу мен флегманың берілуін реттей отырып колонна жұмысын реттеуге болады.
Әдетте, құрастырушылардың бөліну дәрежесі колоннаның төменгі және жоғарғы бөліктеріндегі температурамен қадағаланады. Колоннаның төменгі бөлігіндегі температура қалдықтың қайнау температурасымен, ал жоғарғы бөлігі - дистиляттың қайнау температурасымен сай келуі тиіс.
Егер қайнау температурасы жоғары құрастырушы мөлшері дистиллятта көп болса, колоннаға флегманың берілуін көбейту керек. Алайда бұл жағдайда кубқа берілетін жылу жеткіліксіз болады, кубтағы артық флегма буланбай қалдыққа өтіп, құрамын қайнау температурасы төмен құрастырушымен байытады. Сондықтан флегманың берілуін көбейткенде колоннаның төменгі бөлігінде температура нормадан төмендеп кетпеу үшін жылу беруді де көбейту керек.
Флегманың берілуі дистиллят өлшемінің өзгеруімен қадағаланады: жартылай конденсация кезінде дефлегматорға берілетін су мөлшерін қадағалау арқылы, ал толық конденсация кезінде отборының сызығында вентиль көмегімен кубқа берілетін жылу қыздырғыш будың берілу өзгерісімен қадағаланады.
Ректификациялық процестерді реттеу берілген қоспаның құрамы мен мөлшері арқылы да жүзеге асады. Қоспа мөлшерін өзгерткен кезде қондырғының өнімділігі өзгереді де, сәйкесінше, кубқа берілетін жылу мен флегманың мөлшері реттеледі. Егер қоспадағы қайнау температурасы төмен құрастырушының мөлшері азайса, оның дистиллят мөлшері де азаяды, сәйкесінше колоннаның жоғарғы бөлігіндегі температура көбейеді.
Қалдық отборы, әдетте, кубтағы сұйық деңгейін тұрақты ұстау арқылы реттеледі. Егер қоспа берілуі көбейіп немесе оның құрамындағы қайнау температурасы жоғары құрастырушы көбейетін болса, кубтағы сұйық деңгейі көбейеді, сәйкесінше қалдық отборы көбейюі керек.
Үздіксіз әрекетті колоннада автоматты реттеуді қолданған жөн. Бұл жағдайда процесті реттеу келесі сызбамен жүзеге асады:
- дистиллят отборы колоннаның жоғарғы бөлігіндегі температура реттегішпен басқарылады;
- будың берілуі колоннаның төменгі бөлігіндегі температура реттегішпен басқарылады;
- қалды отборы кубтағы сұйықтық деңгейінің реттегішімен басқарылады.
Мерзімді әрекетті ректификация кезінде процесті реттеу дистиллят құрамы өзгермейтіндей етіп, флегма санын көбейту жолымен реттеледі.
Бұл кезде процесс жүруі барысында айдау жылдамдығы төмендейді, яғни алынатын дистиллят мөлшері азаяды.
1.3 Ректификациялық бағаналардың түрлері
Тәрелкелік қалпақты бағандар көбіне ректификациялық қондырғыларда пайдаланылады. Қалпақ құрылғысының құрылымдық схемасы және негізгі өлшемдерді белгілеу схемасы 1.5-ші суретте берілген.
Алдыңғы тәрелкедегі булар қалпақтардың булы түтіктеріне келіп түседі және сұйықтық қабаты арқылы барботаждайды. Қалпақтарда саңылаулар бар. Бу мен сұйықтық арасындағы жылу алмасу облысы көбік қабаты болып табылады. Бұл қабаттың биіктігі қалпақтардың өлшемдеріне, будың жылдамдығына, тәрелкедегі сұйықтық қабатының қалыңдығына, сұйықтықтың және т.б. физикалық қасиеттеріне байланысты. Қалпақтардың негізгі өлшемдерін есептеу мен кейбір ұсынбалар тәрелкелік қалпақты бағандарды есептеу әдістемесінде мазмұндалған.
Қалпақты тәрелкелерден басқа, клапанды және т.б. тәрелкелер қолданылатындығын атап өткен жөн. Есептеулерде тәрелкелер құрылымдарының ерекшеліктерін есепке алған жөн.
Клапанды табақшалар маңызды аралықтар кезінде жоғары тиімділікті көрсетті. Жүктемеге байланысты клапан вертикалды түрде орналасады. Саңылаулардың қиылысу ауданы 10-15 пайыз. Будың жылдамдығы 1,2 мс. Клапандарды дөңгелек және тікбұрышты қылып дайындайды.
S-түрінде жиналған тәрелкелер бу мен сұйықтықтың бір бағытта қозғалысын қамтамасыз етеді. Тәрелке қимасының ауданы 12-20 пайыз. Пластикалық тәрелкелер 4-9 градус горизонтты бұрышта орналасқан бөлек пластиналардан жиналған. Мұндай тәрелкелер жоғары өнімділікпен ерекшеленеді.ТӘрелкелердің қиылысу ауданы 15-30 пайыз шекте өзгереді. Сұйықтық пен бу әр саңылау арқылы өтеді. Тәрелкелер қарапайым құрылымымен ерекшеленеді.
Торлы тесікті бағандар (1.6 - сурет). Ең алдымен спирт пен сұйық ауа ректификациясы кезінде қолданылады. Бу мен сұйықтық арасындағы жылу алмасу белгілі бір қашықтықта жүреді. Тордың саңылауы арқылы жүретін будың қысымы мен жылдамдығы тәрелкедегі сұйықтық қабатының қысымын игеру үшін жеткілікті.Мұндай тәрелкелерді қатаң түрде көлденең орнату керек.
Сурет 1.5. Тәрелкелік қалпақты баған
Сурет 1.6. Торлы тесікті бағандар
Салынбалы бағандар өнеркәсіпте кең қолдау тапты (1.7 -сурет). Олар сұйық және бу фазаларын араластыру мен фазалық байланыстың беткі қабатын арттыру үшін сақина, щар түріндегі салынбалы бегілі бір бөлшектер түрінде инертті материалармен толтырылған цилиндрлік аппаратқа ұқсайды.
Сурет 1.7. Салынбалы бағандар
Бағандардағы жылу алмасу фазалардың физикалық қасиеттерімен анықталатын, бағанның гидродинамикалық жағдайларымен анықталатын молекулярлы диффузия құбылысымен сипатталады. Бағандағы ағынның жылдамдығына байланысты үш гидродинамикалық режим болуы мүмкін: ламинарлы, аралық және турбулентті. Турбулентті қозғалыстың әрі қарайғы қозғалысы бу мен сұйықтық арасындағы шектеулі кеңістіктің бұзылуына әкеліп соқтыруы мүмкін. Бұл жағдайда газдық құйынды сұйықтық ағынына енеді. Эмульгациялау жағдайында сұйықтық оның толық көлемін толтырады, сұйықтық тұтас фазаны құрады, ал газ дисперсті фазаны құрады да, фазалардың инверсиясы жүреді.
Зерттеулер көрсеткендей, турбулентті режимнен эмульгациялау режиміне көшу бағанның оңтайлы жағдайларына сәйкес келеді. Салынбалы бағанды оңтайлы жылдамдыққа байланысты есептеу керек. Оңтайлы жылдамдықты арттырған кезде сұйықтық қозғалысы төменнен жоғарыға қарай жүреді.
Құбырлық қабықты ректификациялық бағандар тіке құбырлардың шоғырынан тұрады. Бу кубтан құбырларға өтеді. Флегма олардың жоғары бөлігінде салқындатылатын құбырлардың ішкі беткі бөлігінде тікелей дефлегматорда пайда болады. Пайдаланылатын құбырлардың диаметрі 5-20 мм. Қабықты аппараттың жұмыс жасау тиімділігі құбырлар диаметрлерінің азаюымен артады.
Құбырлық бағандар дайындау қарапайымдылғымен сипатталады.Көп құбырлық бағандар көлемі көбіне шағын болады.
Кезеңді әсер ететін ректификациялық бағандар бастапқы қоспаны айдамалы кубқа құяды. Бу бағанға бекітілуге түседі.Дистилляттың басқа бөлігі бақылау фонары арқылы дайын өнімнің жиынтығына келіп түседі. Сұйықтық берілген құрамға жеткенге дейін ректификация жүргізіледі. Кейін ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1Негізгі бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1 Мұнайды атмосфералық қысымда айдау немесе дистилляция ... ... ... ..
1.2 Ректификация процессі арқылы мұнайды бөлу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.3 Ректификациялық бағаналардың түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.4 Мұнайды алғашқы айдаудың өнімдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2 Технологиялық бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.1 ЭЛОУ-АТ қондырғысы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.2 Мұнайды алғашқы өңдеуге арналған құрама (комбинирленген) қондырғылар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.3Технологиялық сұлбаны суреттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.4 Процесті автоматтандыру ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.5 Материалдық баланс ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.6 ЭЛОУ-АТ қондырғысының негізгі аппаратын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ...
2.3 Табақшалардың гидравликалық есептеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.4 Табақшалар саны мен колонна биіктігін анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.5 ЭЛОУ - АТ қондырғысының көмекші аппаратын есептеу ... ... ... ... ... ...
3 Еңбекті және қоршаған ортаны қорғау бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... .
3.1Техника қауіпсіздігі және еңбекті қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
3.2 Қоршаған ортаны қорғау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
4 Экономикалық бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Кіріспе
Мұнай өңдеу және мұнай өндірісінің негізгі міндеттерінің бірі - мұнайды қолдану тиімділігін арттыру, және оны ары қарай терең өңдеуді қамтамасыз етіп, белгілі қуатты реконструкция және интенсификация есебінен прогрессивті қалдықсыз өңдеу технологиясын, шығарылатын өнімнің көлемін көбейтіп, оның сапасын жоғарылату болып табылады.
Қазақстан Республикасының президенті, яғни елбасы өзінің халыққа жолдаған жолдауында, Қазақстанның мұнай-газ секторына өте үлкен көңіл бөліп отыр. Біздің елбасымыз кезінде шетелдік компанияларға сатылып кеткен акциялардың біраз бөлігін қайта мемлекет сатып алғанын айтты. Нақтырақ айтатын болсақ Қарашығынық кен орнының 10 процент акциясын, Қашаған кен орнының 12 процент акциясын, қазақмыс кен орнының акциясының біраз бөлігінң мемлекетке қайтарылғанын баяндады. Қазақстан Республикасының президенті өзінің жолдауында мұнай-газ саласының дамуы үшін төрт жағдайды көрсетті. Олар:
1. Атырау мұнай өңдеу зауытында құны 1,7 миллиард доллар болатын, мұнайды терең өңдеу комплексін салуды тапсырды. Бұл Қазақстандағы бензин өндіруді 3 есеге дейін арттырады, ал дизелдік отынмен 1,4 миллион таннаға дейін көбейтеді.
2. Құны 6,3 миллиард доллар болатын, Атырау газ-химиялық зауытын тезірек іске қосу. Оның жылдық өнімділігі 500 мың тонна полипропилен, 800 мың тонна полиэтилен. Бұл өнімдер ҚР-да бұрын өндірілмеген.
3. Жылдық өнімділігі 5 миллиард шаршы куб болатын, Қарашығанақ кен орнындағы газ өңдеу зауытының жобалауын аяқтап, құрылысын бастауды үкіметке тапсырды.
4. Орталық Қазақстанды толық газбен қамтамасыз ететін газ құбырының жобасын жасап, құрылысты бастауды үкіметке бұйырды.
Мұнай өңдеу өндірісіндегі технологиялық процестерде сапасы нашар мұнайдан мотор отындарының, майлағыш майлардың, майлағыштардың және басқа мұнай өнімдерінің ассортиментін кең көлемде шығымын жоғарылатуды қамтамасыздандыру қажет.
Ең негізгі талаптардың бірі мұнайды рационалды пайдалану, яғни отындық дистилляттарды АҚ және АВҚ қондырғыларында айдау арқылы шығымын жоғарылату болып табылады. 3500С-қа дейін қайнайтын ашық фракциялар және АҚ қондырғысындағы ашық мұнай өнімдерінің жиынтығы арасындағы потенциалдар айырмасы өңделуші мұнайдың сапасына, алынатын өнімдер ассортиментіне байланысты, және олардың қатынасы 5-7% (масс.) мұнай массасына құрайды .
Мұнай өңдеу зауытында мұнайды алғашқы өңдеу қондырғылары үлкен роль атқарады. Газды бөлу, каталитикалық крекинг, кокстеу және т.б. тазалау процестерінің тиімділігі оның жұмыс істеу көрсеткіштеріне байланысты болады.
Еңбек өнімділігін арттыру, тауар өнімдерінің құнын төмендету, энергетикалық шығындарды, металдың меншікті шығынын, капиталдық салымдар және эксплуатациялық шығындарды қысқарту қондырғылардың техника-экономикалық көрсеткіштерін жақсартады.
Алғашқы айдау қондырғыларын жинақтау құрылысы үлкен экономикалық артықшылық болып саналады. Мұнай өңдеу зауытындағы процестерді жинақтау негізгі өндіріс аумағының шағын орналасуына, технологиялық және энергетикалық коммуникациялардың санын азайтуға, жалпы зауыттық шаруашылықтың көлемін қысқартуға, қызметшілер санын азайтуға мүмкіндік береді.
Мұнайды алғашқы өңдеу процестерін ары қарай жетілдіру үшін қондырғысының тиімділігі барынша жоғары және негізгі құрал-жабдықтарды автоматтандыру қажет.
Мұнай өңдеу өнеркәсібінің дамуы, басқа сала өнеркәсіптері сияқты ғылыми-зерттеу және жобалау-конструкторлық жұмыстармен тығыз байланысты. Мұнайды зерттеудің негізгі мақсаты - өндірістік шикізат ретінде отындар, майлар, битумдар және басқа тауарлық өнімдер алу болып табылады.
1 Негізгі бөлім
1.1 Мұнайды атмосфералық қысымда айдау немесе дистилляция
Мұнай өте күрделi парафиндер, нафтендер, ароматикалы және аралас көмірсутектердің бiр-бiрiнде еритiн, молекулалық массасы және қайнау температуралары әр түрлi қоспалардан тұрады. Оны бiрегей жеке компоненттерге бөлу мүмкiн емес және ондай бөлу мұнай өнiмдерiн өндiрiсте пайдалануда қажет емес те. lс жүзiнде мұнайды көмiрсутектерiнiң фракцияларына және топтарына бөледi де, олардың химиялық құрамын өзгерту мақсатында өңдейдi. Мұнайды өңдеу алғашқы (бiрiншi) және екiншi процестерге бөледi. Алғашқы процестерiне мұнайды, қайнау шектерiмен бiр бiрiнен айырмашылығы болатын, фракцияларға бөлудi, ал екiншiге- термиялық пен термокаталитикалық өңдеу процестерiн, тағы да мұнай өнiмдерiн тазалауды жатқызады.
Мұнайды алғашқы өңдеудегi негiзгi алғашқы немесе тура айдау болып саналады, оны дитилляция мен ректификация қолданып жүргiзедi.
Дистилляция немесе айдау деп сұйықтықтардың өзара еритін қоспасын фракцияға, бiр бiрiнен және бастапқы қоспадан да қайнау температурасымен айырмашылығы болатын, бөлу процесiн айтады. Айдау процесiне қоспа қайнағанға дейiн қыздырылады, осының нәтижесiнде ол аздап буланады. Пайда болған бу бөлiнiп конденсацияланады. Айдау арқылы құрамы жағынан бастапқы қоспадан айырмашылығы бар, дистиллят және қалдық алады. Айдауды бiр қабат, көп рет немесе бiртiндеп буландырумен жѕргiзедi.
Үздіксіз жұмыс істейтін қондырғыларды өндірістік процестердің негізін бір мұнайды бір қабат және көп рет буландыру құрайды. Бір қабат буландыру мен айдауды мұнайды белгілі температураға дейін қыздырады да, бу фазасына өткен барлық фракцияны сұйық фазада бір рет сеператорда бөледі.
Сонымен мұнайды бiр рет буландырумен айдауда түзiлген бу фазасы сұйық фазамен тепе-теңдiкте болады және оларды белгiлi бiр температурада бөледi. Мұнда бу фазасымен сұйық фазасының температурасы бiрдей болады. Бiр рет айдаудағы мұнайдың фракцияға дәл бөлiнуi көп рет және бiртiндеп буландыруға қарағанда көп төмен. Мұнай құрамында атмосфералық қысымда 400-5000С және одан да жоғары температура аралығында қайнайтұғын көмiрсутектердiң болтындығы, бұл көмiрсутектердiң термиялық тұрақтылығы тек 380-4000С дейiн-ақ сақталатыны белгiлi. Одан жоғары температурада олардың ыдырау процесi көмiрсутектердiң крекингi басталады, тағы да мұнайдың жоғары қайнаушы көмiрсутектерiнiң термиялық жағынан көп төмендiгi белгiлi. Көмiрсутектердiң ыдырауын болдырмау үшiн олардың қайнау температурасын төмендету қажет.
Фазаны бөлу процесiн көп рет жүргiзуде бiр қабат буландыруды бiрнеше рет қайталайды. Мысалы, мұнайды көп рет буландыруды, ал алғашқысын одан жеңiл бензин фракциясын алатындай температураға дейiн қыздырады да, оны сұйық фазадан бөлiп алады.
Екiншi сатысында, қалған сұйық фазаны жоғарылау температурада, мысалы, 3500С қыздырып, одан ауыр бензин, реактив және дизель отындарын бөледi. Мұның қалдығын гудрон дейдi. Яғни мұнайды бiртiндеп көп рет қыздырып, буландырып, әр кезде бу фазасын сұйықтан айырады.Түзiлген бу және сұйық фазаларды колонналарда ректификациялайды. Сонымен мұнайды өндiрiстiк процестерi бiр рет пен көп рет буландыруымен айдаудың жалғасуына және бу мен сұйық фазаны одан әрi ректификациялауға негiзделген. Бiртiндеп буландыруда қыздырудың нәтижесiнде түзiлген бу айдау аппараттынан үздiксiз шығарылып отырады. Бiртiндеп буландыруды мұнайды лабораторияда колбадан, кубтан айдау тәжiрибесiнде қолданылады, ал өндiрiсте мұнайды ертеректе куб қондырғыларында қолданып келсе, қазiр оларды пайдаланбайды.
Бiр рет буландыру процесiнiң бiртiндеп буландырудан артықшылықтары бар. Бiр рет буландыруда төменгi қайнаушы фракциялар буға айналып, аппарат iшiнде қалады да, жоғары қайнаушы фракциялардың сыбағалы қысымын төмендетедi. Бұл айдауды салыстырмалы төмен температурада жүргiзуге мүмкiндiк бередi.
Бiртiндеп буландыруда керiсiнше жеңiл фракцияларды алдымен бөлiп алады, ал ауырларын соңынан бөледi. Сондықтан буға айналған және аппараттан бөлiнген жеңiл фракциялар ауыр фракциялардың қайнау температурасына әсер етпейдi. Жеңiл фракциялардың әсерi арқасында бiр рет буландыруды пайдалана отырып, бiртiндеп буландыруға қарағанда, айдалатын шикi заттың температурасын 50-1000С төмендетуге болады. Қазiр мұнайды айдау қондырғыларында бiр рет буландыруды көп пайдаланады.
Мұнай құрамында атмосфералық қысымда 400-5000С және одан да жоғары температура аралығында қайнайтұғын көмiрсутектердiң болтындығы, бұл көмiрсутектердiң термиялық тұрақтылығы тек 380-4000С дейiн -ақ сақталатыны белгiлi. Одан жоғары температурада олардың ыдырау процесi көмiрсутектердiң крекингi басталады, тағы да мұнайдың жоғары қайнаушы көмiрсутектерiнiң термиялық жағынан көп төмендiгi белгiлi. Көмiрсутектердiң ыдырауын болдырмау үшiн олардың қайнау температурасын төмендету қажет. Оған мұнайды вакуумда айдау арқылы жетедi. 450-5000С температура аралығында атмосфералық қысымда қайнайтұғын мұнай фракцияларын вакуумда (қалдық қысым 3-5кПа ) 200-2500С айдап бөлуге болады. Мұнай өңдеу тәжiрибесiнде қайнау температураны төмендету үшiн су буын да пайдаланады, оның әсерiмен көмiрсутектердiң сыбағалы қысымы төмендейдi.
Сонымен мұнайды бiр рет буландырумен айдауда түзiлген бу фазасы сұйық фазамен тепе-теңдiкте болады және оларды белгiлi бiр температурада бөледi. Мұнда бу фазасымен сұйық фазасының температурасы бiрдей болады. Бiр рет айдаудағы мұнайдың фракцияға дәл бөлiнуi көп рет және бiртiндеп буландыруға қарағанда көп төмен.
Көп рет буландыру екi немесе одан да көп мұнайдың фазалық қалпын өзгертудiң бiр рет процестерiнен тұрады, яғни бiр реттiк буландырудан. Әрбiр осындай процестерде түзiлген бу сұйық қалдықтардан бөлiнедi, соңғы одан әрi қыздырылады да, түзiлген булар тағы да сұйық фазадан бөлiнедi; сөйтiп мұнай белгiлi бiр санды қыздырылады.
1.2 Ректификация процессі арқылы мұнайды бөлу
Бiр-бiрнде жақсы еритiн сұйықтарды бiр рет буландыруда және буларды одан кейiн конденсациялағанда, құрамында төмен температурада қайнайтұғын фракциялары көп жеңiл және шикi затқа қарағанда құрамында тез қайнайтұғын фракциялары аз, ауыр екi фракция алады. Сондықтан, айдау процесiнде бiр фаза төмен қайнаушы компоненттермен байиды. Бiрақ мұнайдың компоненттердің қажеттi бөлiнуiне жету және айдау көмегiмен белгiлi бiр температура аралығында қайнайтұғын түпкiлiктi өнiм алу мүмкiн емес. Сондықтан мұнай фракцияларын бiр рет буландырудан кейiн ректификациялайды.
Ректификациялау деп қайнау температурасы бiр-бiрiмен айырмашылығы бар сұйықтардың, булар мен сұйықтардың қарама-қарсы қайта-қайта жанасуының нәтижесiнде, бөлiнуiнiң диффузиялық процесiн атайды.
Булар мен сұйықтардың жанасуы тiк цилиндр тәрiздi құралдарда-арнайы жабдықтармен жарақталған ректификациялаушы табақшалары немесе отырғыштары бар, колонна бойымен жоғары көтерiлушi бу мен төмен ағушы сұйықтар арасында өте тығыз жанасуды қамтамсыз ететiн - ректификациялық колонналарда iске асырылады .
Колоннаның орта бөлiгiнде бу, сұйық немесе бу мен сұйық қоспасы күйiнде шикi затты бередi, оны жоғары және төмен қайнаушы өнiмге бөлу қажет. Шикi затты беретiн аймақты эвапарациялық аймақ дейдi, себебi онда эвапарация пеште немесе жылу алмастырғышта қыздырылған қоспаның бу және сұйық фазаларға бiр рет буландыруы жүредi. Кейбiр жағдайларда эвапарациялық колоннадан бөлек болады да эвапарация өз алдына тұрған аппаратта жүргiзiледi. Бiрақ көпшiлiк колонналарда, сонымен қатар, алғашқы айдау қондырғыларында да, бiр рет буландыруды және ректификациялауды бiрге жүргiзедi.
Iстеп тұрған ректификациялау колоннасында әрбiр табақшадан төрт ағым өтедi: 1) жоғары табақшадан құйылатын сұйық-флегма; 2) төменгi табақшадан көтерiлетiн бу; 3) төменгi табақшаға түсетiн сұйық-флегма; 4) жоғары табақшаға көтерiлетiн бу.
Табақшаға түсетiн бу мен сұйықтық тепе-теңдiк жағдайда болмайды, бiрақ жанасу жағдайында осы қалыпқа жетуге тырысады. Жоғарғы табақшадан сұйық ағым жоғары температура аумағында түскендiктен, одан кейбiр төмен температурада қайнаушы компонет буға айналады, осының нәтижесiнде сұйықтықта оның концентрациясы азаяды. Екiншi жағынан төменгi табақшадан көтерiлетiн бу ағымы температурасы төмендеу аумаққа түскендiктен, одан жоғары қайнаушы өнiмнiң бөлiгi осы аумақта конденсацияланып сұйылады. Сонымен жоғары қайнаушы компоненттiң булардағы концентрациясы төмендейдi, ал төмен қайнайтындар көтерiледі. Булар мен сұйықтықтың фракциялық құрамы колоннаның жоғары бойы бойынша үздiксiз өзгередi.
Ректификациялау колоннасыны шикi затты беретiн орнына жоғары жағын концентрациялау, ал төменгi-айдау бөлiгi деп атайды. Колоннаның екi бөлiгiнде де бiрдей ректификациялау процесi жүредi. Концентрациялау бөлiмiнiң жоғарғы жағынан бу фазасында қажеттi тазалықтағы мақсатты өнiм-қалдық алынады.
Колоннада ректификациялау процесiн жүргiзу үшiн булар жоғарылаушы ағымын және сұйықтықтың төмендеушi ағымын iске асыру қажет. Жоғарылаушы ағым колоннаның айдау бөлiгiне жылу беру арқылы, екiншi- концентрациялау бөлiгiне берiлетiн ағының көмегiмен жасалынады.
Ректификациялау колонналары жай (толық және толық емес) және күрделi болып бөлiнедi. Жай колоннаның толық жүйесi, концентрациялау мен айдау бөлiктерiнен тұратын және өнiмдердi екi жерден-жоғарғы мен төменнен шығартын, көрсетiлген. Жоғары және төмен температураларда қайнайтын ректификациялау колоннасы - концентрациялаушы мен айдаушы бөлiктерi бар, пайдаланады. Концентрациялаушы колонаға шикi заттағы бу фазасы күйiнде төменгi табақшаның астына, ал айдаушы бөлiгiне жоғарғы табақшаға сұйық фаза ретiнде берiледi.
Егер көп компоненттi қоспаны бiрнеше жеке компоненттерге немесе фракцияларға, бiр бiрiнен қайнау температураларының шегiмен айрмашылық көрсететiн, бөлу қажет болған жағдайда, көп колоналы жүйенi қолданады, n компоненттер n-1 жай колонналар қажет. Көп колонналы ректификациялау жүйесi бензиндi екiншi ректификациялау, газды фракцияға бөлу қондырғыларында және т.б. қолданылады.
Егер өнiмдердiң тазалығына қойылытын талап аса жоғары болмаған жағдайда, күрделi колонналарды қолданады. Күрделi колонна- ол бөлiнушi затты колоннаның бойымен бiр неше жерден беретiн немесе өнiмдердi бүйiрден алатын аппарат. Күрделi колоннаны бiр неше жай колоннаның құрамасы деп қарауға болады. Аппараттың конструкциясын қарапайымдау мақсатында, оның бiреуiне колоннаның концентрациялаушы бөлiгiн жинайды, ал айдаушы бөлiгiн (төменгi колоннаның айдаушы бөлiгiнен бөлек) өз алдына секция етiп бөледi.
Дайын өнiмдер айдаушы секциялардың төменгi жағынан алынады, ал айдалған жеңiл фракциялар негiгi колоннаға жiберiледi, оның жоғарғы жағынан жеңiл дистиллят шығады.
Құбырлы қондырғылардың ректификациялау колонналарындағы қысымға байланысты, атмосфералы (АҚ), вакуумды (ВҚ) және атмосфералы- вакуумды (АВҚ) болып бөлiнедi. Булану дәрежесiнiң санына қарап, құбырлы қондырғыларды бiр, екi, үш және төрт рет буланушы деп бөледi. Бiр рет буландыру мен айдау қондырғыларында мұнайдан бiр ректификациялаушы колоннада атмосфералық қысымда барлық дистилляттарды- бензиннен бастап тұтқыр цилиндр майына дейiн алады.
Екi рет буландыру қондырғыларында гудронға дейiн айдауды екi сатыда жүргiзедi: әуелi мұнайды атмосфералық қысымда мазутқа, одан кейiн оны вакуумда гудронға дейiн айдайды. Бұл процестердi екi ректификациялаушы колонналарда iске асырады; оның бiрiншiсiнде атмосфералық қысым, екiншiсiнде- вакуум ұсталынады. Мұнайларды мазутқа дейiн буландыруда атмосфералық қысымда екi ректификациялаушы колонналарда жүргiзуге болады: бiрiншiнде тек бензиндi ғана алады және бензинсiзденген мұнай айдаудың қалдығы болады; екiншi колоннада бензинсiзденген мұнай жоғарлау температурада мазутқа дейiн алады. Мұндай екi колонналы қондырғылар атмосфералы құбырлы (АҚ) тобына жатады.
Үш рет буландыру қондырғыларында мұнайды айдауды үш колоннада жүргiзедi: екi атмосфералық және бiр вакуум колоннасында. Мұнайды үш рет буландыру қондырғысының басқа түрi болып бiр атмосфералық және екi вакуумды колонналардан тұратын АВҚ саналады. Екiншi вакуум колоннасы гудронды буландыра түсуге арналған, онда негiзгi вакуум колоннасына қарағанда, тереңдеу вакуум ұсталынады.
Төрт рет буландыру қондырғысы, АВҚ-ны бастапқы бөлiгiнде бензинсiздендiрушi атмосфералық колоннасынан және соңғы бөлiгiнде гудрон үшiн буландыра түсетiн вакуум колннасынан тұрады.
Қазiргi кезде мұнайды алғашқы айдауды атмосфералық қысымда iстейтұғын құбырлы қондырғыларда (АҚ) жүргiзiп, одан мөлдiр өнiмдер- бензин , керосин, дизель, (газойль) фракцияларын алады. Мұнай айдаудың қалдығын (өнiмнiң бастапқы қайнау температурасы 300-3600С) мазут дейдi. Егер зауытта қазан отынын көп алу қажет болған жағдайда, онда айдаушы атмосфералық қысымда жүргiзумен шектейдi. Мұнай шикi заты жеткiлiксiз жағдайда, мұндай өңдеу бағыты тиiмсiз болып саналады.
Мөлдiр мұнай өнiмдерiнiң мөлшерiн, оның мұнайдың бастапқы құрамындағыдан көп өндiру үшiн, мазутты әртүрлi термиялық және каталитикалық процестердi қолданып, терең химиялық өңдеуге салады. Мазутты терең өңдеудiң көп қолданылып жүрген жүйесi бойынша, оны дистиллятты фракцияларға және бастапқы қайнау температурасы 490-5200С жоғары тұтқырлы қалдыққа- гудронға алдын ала бөлу көзделедi. Мұндай бөлудi вакуумды құбырлы қондырғыларда (ВҚ), 5-8 кПа қалдық қысымда жүргiзедi. Алынған дистиллятты фракциялар және гудрон дара ағым күйiнде одан арғы өңеуге жiберiледi.
Гудронға дейiн айдауды, егер зауытта мұнай майларын, коксты битумды өндiру қажет болған жағдайда жүргiзедi.
Көпшiлiк зауыттарда мұнайды атмосфералық және мазутты вакуумдық айдауды бiр құрастырма қондырғыда атмосфера вакуумды құбырлы (АВҚ) қондырғыларда жүргiзедi.
Сұйық қоспаны бөлу үшін көбіне айдауды қолданады. Айдау процесі ежелден белгілі. Ол крахмал мен қантты материалдарды ашыту арқылы этил спиртін алғанда, орта ғасырларда кең қолданылған.
Қазіргі кезде айдау мен ректификация химиялық технологияда кең таралып, әр түрлі таза өнімдер алуда және сұйылтылғаннан кейін газ қоспасын бөлуде қолданылады.
Сұйық қоспаны айдау қоспа құрамындағы құрастырушылардың қайнау температураларының ерекшеліктеріне негізделеді. Осылайша екі құрастырушыдан тұратын қоспаны қарастырсақ, қайнау температурасы төмен құрастырушы бірінші болып буға айналып, ал қайнау температурасы анағұрлым жоғары құрастырушы сұйық күйінде қалады.
Сұйықтықты айдау келесі тәсілдермен жүзеге асады:
- жартылай буландыру - конденсатты бөліп алуға негізделген сұйықтықтың жартылай булануы мен алынатын будың конденсациясы;
- жартылай конденсация - конденсатты бөліп алуға негізделген айдалатын қоспаның буының жартылай конденсациясы.
Бұл екі әдістің әрқайсысын бөлек қолданса таза өнім алынбайды. Сұйықтықты айдауды екі топқа бөлуге болады:
- қарапайым айдау;
- ректификация.
Қарапайым айдау жартылай буландыру мен түзілген будың конденсациясын бір рет қолдану арқылы жүзеге асады. Ал қоспаны толық бөлу үшін аталған тәсілдерді бір мезгілде бірнеше рет қайталау қажет. Осылайша бір мезгілде бірнеше рет буландыру мен конденсацияны қайталап сұйық қоспаны бөлу әдісін ректификация деп атайды.
Ректификация процесін атмосфералық қысымда, сонымен қатар төменгі және жоғарғы қысымда да жүргізеді. Қайнау температурасы жоғары қоспаларды бөлуді вакуумда, қысымы төмен газ тәрізді қоспаларды бөлу үшін жоғары қысымды қолданады. Ал қайнау температурасы 30°С-тан 150°С-қа дейінгі қоспаларды атмосфералық қысымда айдайды.
Ректификация процесі қарама - қарсы ағынды колонналы аппараттарда жүзеге асады: айдалатын сұйықтыққа төменнен жоғары қарай бу беріледі, ал буға қарсы колоннаның жоғарғы бөлігінен төменге қарай ағады. Сұйық және бу фазалары арасында массаалмасу жүзеге асып, нәтижесінде колонна бойымен қозғалысына сәйкес бу оңай ұшқыш құрастырушымен , ал сұйықтық ұшқыштығы аз құрастырушымен байытылады. Соңында бу салыстырмалы тазартылған оңай ұшқыш құрастырушы ретінде колоннаның жоғарғы бөлігінен шығып, конденсация нәтижесінде дайын өнім - дистиллят түзеді, ал колоннаның төменгі жағынан салыстырмалы түрде таза, ұшқыштығы аз - кубтық қалдық деп аталатын құрастырушы бөлінеді.
Колоннаны бүркуге арналған сұйықтық флегма деп аталады және оны колоннаның жоғарғы бөлігінде орналасқан арнайы конденсатор - дефлегматорда будың конденсациясы арқылы алады. Бу түзілу үшін колоннаның төменгі жағын жылан тәрізді немесе құбырлы арнайы қодырғымен жабдықтап, қажетті мөлшерде жылу береді, көбіне жылу көзі ретінде су буы қолданады. Сұйық қоспа құрастырушыларының таза дистиллят пен кубтық қалдыққа бөліну дәрежесі фазалық әрекеттесу бетінің қаншалықты дамуына, флегма мөлшері мен аппараттың құрылымдық рәсімделуіне байланысты.
Ректификация процесін тәрелкелі колоннаның сызбанұсқасы бойынша қарастырсақ (1.1-сурет). Колонна көп мөлшерде тесіктері және аққыш құбырлары бар көлденеңінен орналасқан тәрелкелерден тұрады.аққыш құбырлардың жоғарғы шеті тәрелкеден 30-50 мм биікте, ал төменгі шеті сұйыққа батырылып, табақшалардағы сұйықтықтың біркелкілігін қамтамасыз етеді. Колоннаның төменгі бөлігіндегі тәрелкеге колоннаның кубынан бу, ал жоғарыдан флегма беріледі.
Сурет 1.1. Табақшалы ректификациялық колоннаның сызбанұсқасы
1, 2, 3, 4, 5, 6 - колонна табақшалары
Әр тәрелкеде сұйық және бу фазалары арасында массаалмасу жүзеге асып, нәтижесінде оңай ұшқыш құрастырушы сұйық фазадан буға, ал ұшқыштығы аз құрастырушы бу фазасынан сұйық фазаға өтеді. Егер буландыру мен конденсация процесін бірнеше рет қайталаса, яғни тәрелке санын көбейтсе колоннаның жоғарғы бөлігінен таза, бу күйіндегі оңай ұшқыш құрастырушыны, ал төменгі бөліктен ұшқыштығы аз, таза сұйықтық алуға болады.
Ректификация процесі мерзімді, әрі үздіксіз әрекетте жүзеге асуы мүмкін.
Мерзімді әрекетті (1.2-сурет) ректификациялық қондырғыларға айдалатын қоспаны куб 1 арқылы енгізіп, қайнау температурасына дейін ыстық бумен қыздырады да, қоспаның қайнау температурасын үздіксіз ұстап тұрады. Кубта пайда болатын бу колоннаға 2 жіберіліп, ректификация процесі жүзеге асады.
Тәрелкенің жоғарғы жағына көтерілген бу дефлегматорға 3 бағыт алып, конденсацияға ұшырайды да, флегма ретінде колоннаны бүрку үшін жоғарғы тәрелкеге қайта беріледі. Конденсацияға ұшырамаған бу бөлігі дефлегматордан тоңазытқышқа 4 беріліп толығымен конденсацияланып, түзілген дистиллят қажетті температураға дейін салқындайды.
Тоңазытқыштан дистиллят бақылау шам арқылы жинағышқа 5 беріледі. шамда орналасқан ареометр арқылы дистилляттың конденсациясын меншікті салмағы бойынша қадағалай отырып, айдау процесінің жылдамдығын да реттейді.
Сурет 1.2. Мерзімді әрекетті ректификациялық қондырғының сызбанұсқасы
1 - куб; 2 - колонна; 3 - дефлегматор; 4 - тоңазытқыш - конденсатор; 5 - дистиллят жинағыш
Егер айдау барысында қайнау температуралары әр түрлі бірнеше фракция алу керек болса, дистиллят жинағыштың бірнешеуін қондырып, айдау барысында әрбір фракцияны бөлек жинайды.
Мерзімді ректификация кубта қажетті қоспадағы сұйықтық алынғанша жүргізіледі. Кубты қыздыру тоқтатылғаннан соң қалдықты жинағышқа құйып, кубқа бастапқы қоспадан жаңа өлшем құйып, айдау процесі жалғастырады.
Атмосфералық қысым ректификациялық колоннада дистиллят буы қол жетімді, арзан салқындатқыш агент қатысында конденсацияға ұшырайтын немесе бөлінетін сұйықтық термиялық тұрақты болған жағдайда қолданылады. Ректификациялық колоннадан кейін орналасқан аппараттар мен құбырлардан бу ағынының өту барысында тегеурін шығынын жеңуі үшін колоннаның жоғарғы бөлігінде қысымды аздап көтеру қажет (13-40 кПа). Колоннаның төменгі бөлігінде қысым тәрелкелердің гидравликалық кедергісіне сай өседі. Атмосфералық қысымды колонналарда дистиллят буының температурасы салқындатқыш агент температурасынан 15-20°С жоғары болатындай қысым таңдалады.
Вакуумды ректификация бөлінетін қоспаға термиялық әсер етуге негізделеді. Термиялық әсер ету дәрежесі келесі екі факторға тәуелді: температура және әсер ету уақыты. Термиялық әсер ету ыдырау, конденсация, поликонденсация, шайыр түзу сияқты қажетсіз қосымша процестерді тудырады. Бұл процестерді болдырмау үшін температураны төмендету қажет, осы мақсатта ректификация процесін төменгі қысымда жүзеге асырады. Сонымен қатар вакуумды ректификацияны азеотропты қоспаларды бөлу үшін, берілген қоспаның салыстырмалы ұшқыштығын көбейту үшін, коррозия жылдамдығын төмендету үшін, қыздырғыш будың температурасын азайту үшін және т. б. жағдайларда қолданылады.
Ректификациялық колоннада төменгі қысымды қолдану мүмкіндігі әдетте түзілетін будың конденсациясын қиындататын жағдайлармен шектеледі. Салқындатқыш агент ретінде суды қолданатын жүйелерде будың шекті температурасы 45-50°С аралығында болады. Арнайы салқындатқыш агенттерді (тұзды еірітінді, хладон және т.б.) қолдану қосымша энергетикалық шығындарды талап етеді, әрі процестің техника-экономикалық көрсеткіштерін төмендетеді.
Колоннадағы қысымды төмендету бу ағынының көлемінің артуымен жүреді, нәтижесінде колонна диаметрі өсіп, процестің бағасы артады. Алайда процестің қалдық қысымын (яғни, температураны) анықтайтын негізгі факторы өңделетін заттың термотұрақтылығы болып табылады. Қалдық қысым колоннаның төменгі бөлігінде жоғарғы бөлігімен салыстырғанда гидравликалық кедергі ∆Р шамасына артық болады. Кейбір көп мөлшерлі қоспаны вакуумда бөлген кезде ректификациялық колоннаның гидравликалық кедергісі ∆Р колоннаның жоғарғы бөлігіндегі қысымнан анағұрлым үлкен болуы мүмкін. Бұл жағдайда колоннаның төменгі бөлігіндегі жұмыс температурасы жоғарғы бөліктен анағұрлым көп болады, нәтижесінде вакуумды қолдану тиімділігі азайуы мүмкін. Сондықтан вакуумды ректификацияны меншікті гидравликалық кедергісі аз колонналарда жүзеге асырған тиімдірек. Бөлінетін қоспаның термиялық әсер ету уақытын азайту үшін сұйықтықтың минималды мөлшерін ұстайтын колонна қолданған тиімді, сондықтан көпшілігіне вакуумды насадкалы колонналар қолданыс тапқан. Ең көп термиялық әсер ету кубтық - буландырғышта жүзеге асады. Сондықтан вакуумды ректификацияда минималды гидравликалық кедергіге ие буландырғыштар қолданылады. Өңделетін заттың буландырғышта болу уақыты да минималды болуы шарт. Бұл шарттарға қабықшылы буландырғыш аппараттар сай келеді.
Вакуумды ректификация жоғарғы спирттерді, этаноламиндерді, гликольдерді, полиаминдерді, майлы қышқылдарды және т.б. бөлуде қолданады.
Жоғарғы қысымды ректификация атмосфералық қысымда газтәрізді қоспаны бөлген жағдайда қолданылады. Қысым көбейген сайын, бу және сұйық фазалардың тепе-теңдік құрамы жақындайды, ал бу-сұйық жүйесінің температуралық интервалы жоғарылайды. Жүйе құрастырушыларының концентрациялар айырымы азайған сайын қажетті бөлінуді қамтамасыз ететін әсерлесу сатылары көбейеді. Колоннада қысымның өсуі салдарынан қайнатқыштағы қаныққан су буының температурасы қолдануға болмайтын дәрежеге дейін өсуі мүмкін. Бұл жағдайда органикалық жоғары температуралы жылутасымалдағыштар қолданады. Ректификациялық колоннадағы қысым жоғарыда аталған ерекшеліктерді, экономикалық тиімділігін ескере отырып таңдалады.
Кейбір жағдайда жоғары қысымды ректификация азеотропты қоспаларды бөлу үшін де қолданылады. Бұл жағдайда колоннаның қысымы айдалатын азеотропты қоспаконцентрациясының қысымға төзімділігімен анықталады.
Жоғары қысымды ректификация мұнай химиялық өндірісте пиролиз газдарын бөлуде кең қолданыс тапқан. Бұл жағдайда айдау процесі абсорбциялық - ректификациялық немесе конденсация - ректификациялық әдіс бойынша жүргізіледі.
Азеотропты ректификация салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті аз қоспаларға да, азеотроп түзуші қопаларға да қолданылады.
Экстрактивті ректификациядан айырмашылығы азеотропты ректификацияда бөлуші агент С бастапқы қоспамен салыстырғанда өзгеше концентрацияда қоспа құрастырушыларымен азеотроп түзеді. Азеотропты агент қоспа құрастырушыларымен гомоазеотроп немесе гетероазеотроп түзуі мүмкін. Екі жағдайда да қоспаның бір құрастырушысы таза күйінде бөлінеді.
Сурет 1.3 азеотропты ректификацияның принципиалды сызбанұсқасы берілген. Бұл жағдайда С бөлуші агенті А қоспасымен қайнау температурасы минималды болатын гомоазеотроп түзеді. Бөлуші агент С колоннаға 1 А+В бастапқы қоспасымен сәйкес биіктікте немесе қоспамен бірге беріледі. Колоннаның жоғарғы жағынан гомоазеотроп түрінде А+С бу қоспасы бөлініп, конденсаторда 3 конденсацияланады, ал төменгі бөлігінен кубтық қалдық ретінде таза В құрастырушысы бөлінеді. Колоннадан шыққан гомоазеотроп арнайы түйінде таза А құрастырушысы мен С бөлуші агентіне бөлінеді. Бөлуші агент қайтадан азеотропты ректификация колоннасына беріледі.
Ескеретін жайт, азеотропты ректификация сызбанұсқасында қиын, әрі энергияны көп қажет ететін азеотропты қоспаны бөлуге арналған түйін 2 болып табылады. Азеотропты қоспаны бөлуге тағы да қосымша колонна немесе арнайы бөлуші әдістер қолданулыу мүмкін.
А+В қоспасын гетероазеотроп түзуші агент арқылы бөлу жеңілірек. Гетероазеотроп әсерінен сұйықтықта қабат түзіледі.
Экстрактивті ректификация.
Қиын айырылатын бинарлы қоспадан таза құрастырушыны бөлу керек болсын. Мұндай қоспаға бір құрастырушыда (В құрастырушысы) жақсы еритін, ал екіншісінде (А құрастырушысы) аз еритін, арнайы таңдалған құрастырушы (әдетте ұшқыштығы төмен) қосады. Былайша айтқанда, жүйеге үшінші құрастырушы енгізу бинарлы қоспаның буларының серпімділік Рв° азайып, сәйкесінше салыстырмалы ұшқыштығын көбейтеді аАВ' аАВ. Бұл әдіс экстрактивті ректификация, ал қосымша құрастырушы - бөлуші немесе экстрагирлеуші агент деп аталады.
Экстрагирлеуші агенттерге талғағыштығымен қоса бірнеше шарттар қойылады:
- ол бастапқы қоспа құрастырушыларымен азеотроп түзбеуі тиіс;
- ол бастапқа қоспа құрастырушыларынан қайнау температурасымен ерекшеленуі тиіс.
Сурет 1.3. Азеотропты ректификация қондырғысының сұлбасы
1 - колонна; 2 - конденсатор; 3 - тұндырғыш; 4 - қайнатқыш
Сурет 1.4 А+В қоспасының С ұшқыштығы төмен бөлгіш агентпен экстрактивті ректификация процесінің сызбанұсқасы берілген. Бөлуші агент В құрастырушысында жақсы ериді. С құрастырушысы колоннаның жоғарғы тәрелкесіне 1 беріледі және флегмамен бірге төменге қарай ағады. С агенті В құрастырушысын өзінде ерітіп, будың упругостьін азайтады, нәтижесінде А және В қоспасын бөледі. Колоннаның жоғарғы бөлігінен 1 қажетті мөлшерде таза А құрастырушысы бөлінеді ал төменгі өнім - В+С қоспасы болады. Бұл қоспа сорап 3 арқылы колоннаға 2 беріліп, қарапайым ректификация арқылы В және С құрастырушыларына бөлінеді.
Егер экстрагирлеуші агент ұшқыш болса, яғни қайнау температурасы төмен болса, колоннаның 1 төменгі жағынан беріліп, қайну температурасы төмен А құрастырушысымен колоннаның жоғарғы бөлігінен бөлінеді. Ал қайнау температурасы жоғары В құрастырушысы колоннаның төменгі бөлігіне шығарылады. А+С қоспасы колоннада 2 бөлінеді.
Қоспа құрастырушыларының салыстырмалы ұшқыштығын қоспаға минералды тұздар немесе органикалық қышқыл не олардың ерітінділерін енгізу арқылы өзгертуге болады. Тұзды ректификация нәтижесінде экстрактивті ректификация сияқты қайнау температуралары өте жақын құрастырушылары бар қоспаны және азеотроп түзетін қоспаларды бөлуге қолданады.
Сурет 1.4. Бинарлы қоспаны бөлуге арналған экстрактивті
ректификациялық қондырғы
1 - колонна; 2 - экстрпагирлеуші агентті бөлуге арналған колонна; 3 - сорап; 4 - қайнатқыш; 5 - конденсатор
Тұзды ректификацияның қондырғысының ерекшелігі дефлегматорға түсетін флегма екі ағынға бөлінеді: біреуі колоннаның жоғарғы тәрелкесіне бағытталса, екінші бөлігі тұзды еріту үшін араластырғышы бар аппаратқа түседі. Дайын тұз ерітіндісі колоннаның жоғарыдан санағанды үшінші нетөртінші тәрелкесіне түсіп, кубтық сұйықтықпен бірге шығарылады. Тұз регенерацияланып, процеске қайта қолданылуы мүмкін.
Тұздық ректификация этил, пропил және изопропил спирттерін сусыздандыруда, сулы - формальдегидті ерітінділерді, тұз, азот, сірке қышқылдарын концентрлеуде кеңінен қолданылады. Кейбір жағдайларда бөлуші агент ретінде сілті ерітінділерін қолданады.
Ректификация процесі құрылысы әр түрлі колонналы аппараттарда жүзеге асырылады. Фазалар бетін жанастыру түріне байланысты бұл аппараттар екі үлкен топқа бөлінеді:
- фазалар бетінің жанасуы бу және сұйық ағындар арқылы жүзеге асатын аппараттар. Бұл топқа әр түрлі табақшалы барботажды (табақшалы) колонналар жатады;
- фазалар бетінің жанасуы сұйықтың арнайы насадка бетімен ағуы арқылы жүзеге асатын аппараттар. Бұл аппараттарға насадкалы колонналар жатады. Сондай-ақ вакуумды ректификацияда пленкалы және роторлы колонналар қолданылады.
Саптамалы колонналар. Бұл колонналарда әр түрлі типті саптамалар қолданылады, алайда бұл колонналарда саптама ретінде Рашига сақиналарын қолдану кең тараған. Басқа колонналармен салыстырғанда гидравликалық кедергісі аз болғандықтан саптамалы колонна вакуумды ректификацияда кең қолданыс тапқан.
Үлкен диаметрлі саптамалы колонналарда сұйықтың саптамамен қозғалуы қиын болғандықтан өндірісте қолданылатын колонналардың диаметрі 0,8-1,0 м-ден аспауы тиіс.
Пленкалы аппараттар. Бұл аппараттар термиялық тұрақтылығы аз қоспаларды вакуум астында бөлгенде қолданылады. Пленкалы ректификациялық аппараттарда гидравликалық кедергісі төмен. Пленкалы аппараттарға диаметрі 6-20 мм көлденең құбырлы колонналар жатады.
Барботажды (табақшалы) аппараттар. Эффективтілігі жоғары және кең қолданыс тапқан аппарат - табақшалы колонналы аппараттар болып табылады. Олар ішінде көлденеңінен орналасқан бірнеше бөгет - табақшалардан тұратын тік цилиндр тәрізді жасалынады. Табақшалар колонна бойымен сұйықтың жоғарыдан төменге, будың төменнен жоғарыға қозғалысын қамтамасыз етеді.
Табақшалы колонналар құйылатын құрылғысынсыз және құйылатын құрылғысымен болып бөлінеді. Ағу құрылғысы бар колонналарда сұйықтық жоғарғы табақшаға беріліп, табақшадан табақшаға ағу құрылғысы арқылы ағып, аппараттың төменгі бөлігінен шығарылады. Бу колоннаның төменгі бөлігінен беріліп, жоғары көтеріліп, әрбір табақшаға таралады.
Бу мен сұйықтың таралыу құйылу құрылғыларының конструкциясына ғана емес, сондай-ақ бу ағынының жылдамдығына да тікелей тәуелді. Будың жылдамдығы аз болған жағдайда (0,3 мс) бу сұйық қабатынан көпіршік түрінде өтеді. Фазалар бетінің жанасуы аз болғандықтан табақша жартылай қимамен жұмыс істейді. Бу таралуының бұл режимі көпіршікті деп аталады.
Бу шығыны көбейген сайын тесіктердегі жеке көпіршіктер бір ағынға бірігіп, сұйық қабатының кедергісі әсерінен көптеген көпіршіктерге бөлінеді. Бұл жағдайда табақшада бу-сұйықты дисперсті жүйе - көбік пайда болады. Алайда көбік тұрақсыз болғандықтан будың берілуі тоқтағаннан кейін жойылады. Көбікті режимде фазалар бетінің жанасуы өте жоғары.
Будың берілу жылдамдығын әрі қарай көбейтсе (1,2 мс) бу ағыны ұзарып, барботажды қабат бетіне шығып, өте көп мөлшерде шашыранды түзеді. Бұл режим ағында деп аталады, және бұл жағдайда фазалар бетінің жанасуы күрт төмендейді.
Ағу құрылғысы бар колонналарға тор тесікті, қалпақшалы, клапанды табақшалы және шарикті насадкалы аппараттар жатады.
Тор тесікті табақшалы колонналар. Тор тесікті табақшалы колонналар диаметрі 1...5 мм болатын бірнеше тесіктері бар көлденең орналасқан табақшалары бар тік цилиндрлі корпустан тұрады. Сұйықтың ағуын және оның табақшадағы деңгейін қадағалау мақсатында төменгі бөлігі қабылдағыш стаканға батырылған ағу құбырларынан тұрады. Бу табақша тесіктері арқылы сұйық қабатынан өтеді. Сұйық қабатының бйіктігі 25...30 мм құрайды және ағу құбырларының жоғарғы биіктігімен анықталады.
Бу жылдамдығы тым төмен болған жағдайда сұйық жоғарғы табақшадан төменгі табақшаға құлай ағуы мүмкін. Бұл жағдайда масса алмасу қарқындылығы күрт төмендейді. Егер бу жоғары жылдамдықпен берілсе, сұйықты өзімен бірге жоғары көтеріп кетуі мүмкін. Сондықтан бу ағына белгілі бір жылдамдықпен және сұйық қабатының қысымын жеңіп, сұйықтың табақша тесігінен ағуының алдын алу үшін белгілі бір қысыммен берілуі тиіс.
Тор тесікті табақшалардың артықшылығы: құрылғы қарапайымдылығы, тиімділігі жоғары және бу жылдамдығының үлкнен интервалына шыдамдылығы.
Жұмыс жасап тұрған ретификациялық колоннаның табақша саны мен насадка биіктігі - ең негізгі көрсеткіші. Ректификация процесінде құрастырушылардың қажетті дәрежеде бөлінуінің негізгі шарттары: колонна кубына қажетті мөлшерде жылудың берілуі, колоннаны бүркуге арналған флегманың қажетті мөлшерде берілуі. Бұл екі шарт бір бірімен тығыз байланысты. Кубқа жылу мен флегманың берілуін реттей отырып колонна жұмысын реттеуге болады.
Әдетте, құрастырушылардың бөліну дәрежесі колоннаның төменгі және жоғарғы бөліктеріндегі температурамен қадағаланады. Колоннаның төменгі бөлігіндегі температура қалдықтың қайнау температурасымен, ал жоғарғы бөлігі - дистиляттың қайнау температурасымен сай келуі тиіс.
Егер қайнау температурасы жоғары құрастырушы мөлшері дистиллятта көп болса, колоннаға флегманың берілуін көбейту керек. Алайда бұл жағдайда кубқа берілетін жылу жеткіліксіз болады, кубтағы артық флегма буланбай қалдыққа өтіп, құрамын қайнау температурасы төмен құрастырушымен байытады. Сондықтан флегманың берілуін көбейткенде колоннаның төменгі бөлігінде температура нормадан төмендеп кетпеу үшін жылу беруді де көбейту керек.
Флегманың берілуі дистиллят өлшемінің өзгеруімен қадағаланады: жартылай конденсация кезінде дефлегматорға берілетін су мөлшерін қадағалау арқылы, ал толық конденсация кезінде отборының сызығында вентиль көмегімен кубқа берілетін жылу қыздырғыш будың берілу өзгерісімен қадағаланады.
Ректификациялық процестерді реттеу берілген қоспаның құрамы мен мөлшері арқылы да жүзеге асады. Қоспа мөлшерін өзгерткен кезде қондырғының өнімділігі өзгереді де, сәйкесінше, кубқа берілетін жылу мен флегманың мөлшері реттеледі. Егер қоспадағы қайнау температурасы төмен құрастырушының мөлшері азайса, оның дистиллят мөлшері де азаяды, сәйкесінше колоннаның жоғарғы бөлігіндегі температура көбейеді.
Қалдық отборы, әдетте, кубтағы сұйық деңгейін тұрақты ұстау арқылы реттеледі. Егер қоспа берілуі көбейіп немесе оның құрамындағы қайнау температурасы жоғары құрастырушы көбейетін болса, кубтағы сұйық деңгейі көбейеді, сәйкесінше қалдық отборы көбейюі керек.
Үздіксіз әрекетті колоннада автоматты реттеуді қолданған жөн. Бұл жағдайда процесті реттеу келесі сызбамен жүзеге асады:
- дистиллят отборы колоннаның жоғарғы бөлігіндегі температура реттегішпен басқарылады;
- будың берілуі колоннаның төменгі бөлігіндегі температура реттегішпен басқарылады;
- қалды отборы кубтағы сұйықтық деңгейінің реттегішімен басқарылады.
Мерзімді әрекетті ректификация кезінде процесті реттеу дистиллят құрамы өзгермейтіндей етіп, флегма санын көбейту жолымен реттеледі.
Бұл кезде процесс жүруі барысында айдау жылдамдығы төмендейді, яғни алынатын дистиллят мөлшері азаяды.
1.3 Ректификациялық бағаналардың түрлері
Тәрелкелік қалпақты бағандар көбіне ректификациялық қондырғыларда пайдаланылады. Қалпақ құрылғысының құрылымдық схемасы және негізгі өлшемдерді белгілеу схемасы 1.5-ші суретте берілген.
Алдыңғы тәрелкедегі булар қалпақтардың булы түтіктеріне келіп түседі және сұйықтық қабаты арқылы барботаждайды. Қалпақтарда саңылаулар бар. Бу мен сұйықтық арасындағы жылу алмасу облысы көбік қабаты болып табылады. Бұл қабаттың биіктігі қалпақтардың өлшемдеріне, будың жылдамдығына, тәрелкедегі сұйықтық қабатының қалыңдығына, сұйықтықтың және т.б. физикалық қасиеттеріне байланысты. Қалпақтардың негізгі өлшемдерін есептеу мен кейбір ұсынбалар тәрелкелік қалпақты бағандарды есептеу әдістемесінде мазмұндалған.
Қалпақты тәрелкелерден басқа, клапанды және т.б. тәрелкелер қолданылатындығын атап өткен жөн. Есептеулерде тәрелкелер құрылымдарының ерекшеліктерін есепке алған жөн.
Клапанды табақшалар маңызды аралықтар кезінде жоғары тиімділікті көрсетті. Жүктемеге байланысты клапан вертикалды түрде орналасады. Саңылаулардың қиылысу ауданы 10-15 пайыз. Будың жылдамдығы 1,2 мс. Клапандарды дөңгелек және тікбұрышты қылып дайындайды.
S-түрінде жиналған тәрелкелер бу мен сұйықтықтың бір бағытта қозғалысын қамтамасыз етеді. Тәрелке қимасының ауданы 12-20 пайыз. Пластикалық тәрелкелер 4-9 градус горизонтты бұрышта орналасқан бөлек пластиналардан жиналған. Мұндай тәрелкелер жоғары өнімділікпен ерекшеленеді.ТӘрелкелердің қиылысу ауданы 15-30 пайыз шекте өзгереді. Сұйықтық пен бу әр саңылау арқылы өтеді. Тәрелкелер қарапайым құрылымымен ерекшеленеді.
Торлы тесікті бағандар (1.6 - сурет). Ең алдымен спирт пен сұйық ауа ректификациясы кезінде қолданылады. Бу мен сұйықтық арасындағы жылу алмасу белгілі бір қашықтықта жүреді. Тордың саңылауы арқылы жүретін будың қысымы мен жылдамдығы тәрелкедегі сұйықтық қабатының қысымын игеру үшін жеткілікті.Мұндай тәрелкелерді қатаң түрде көлденең орнату керек.
Сурет 1.5. Тәрелкелік қалпақты баған
Сурет 1.6. Торлы тесікті бағандар
Салынбалы бағандар өнеркәсіпте кең қолдау тапты (1.7 -сурет). Олар сұйық және бу фазаларын араластыру мен фазалық байланыстың беткі қабатын арттыру үшін сақина, щар түріндегі салынбалы бегілі бір бөлшектер түрінде инертті материалармен толтырылған цилиндрлік аппаратқа ұқсайды.
Сурет 1.7. Салынбалы бағандар
Бағандардағы жылу алмасу фазалардың физикалық қасиеттерімен анықталатын, бағанның гидродинамикалық жағдайларымен анықталатын молекулярлы диффузия құбылысымен сипатталады. Бағандағы ағынның жылдамдығына байланысты үш гидродинамикалық режим болуы мүмкін: ламинарлы, аралық және турбулентті. Турбулентті қозғалыстың әрі қарайғы қозғалысы бу мен сұйықтық арасындағы шектеулі кеңістіктің бұзылуына әкеліп соқтыруы мүмкін. Бұл жағдайда газдық құйынды сұйықтық ағынына енеді. Эмульгациялау жағдайында сұйықтық оның толық көлемін толтырады, сұйықтық тұтас фазаны құрады, ал газ дисперсті фазаны құрады да, фазалардың инверсиясы жүреді.
Зерттеулер көрсеткендей, турбулентті режимнен эмульгациялау режиміне көшу бағанның оңтайлы жағдайларына сәйкес келеді. Салынбалы бағанды оңтайлы жылдамдыққа байланысты есептеу керек. Оңтайлы жылдамдықты арттырған кезде сұйықтық қозғалысы төменнен жоғарыға қарай жүреді.
Құбырлық қабықты ректификациялық бағандар тіке құбырлардың шоғырынан тұрады. Бу кубтан құбырларға өтеді. Флегма олардың жоғары бөлігінде салқындатылатын құбырлардың ішкі беткі бөлігінде тікелей дефлегматорда пайда болады. Пайдаланылатын құбырлардың диаметрі 5-20 мм. Қабықты аппараттың жұмыс жасау тиімділігі құбырлар диаметрлерінің азаюымен артады.
Құбырлық бағандар дайындау қарапайымдылғымен сипатталады.Көп құбырлық бағандар көлемі көбіне шағын болады.
Кезеңді әсер ететін ректификациялық бағандар бастапқы қоспаны айдамалы кубқа құяды. Бу бағанға бекітілуге түседі.Дистилляттың басқа бөлігі бақылау фонары арқылы дайын өнімнің жиынтығына келіп түседі. Сұйықтық берілген құрамға жеткенге дейін ректификация жүргізіледі. Кейін ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz