Адсорбция процесі

Пән: Мұнай, Газ
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 26 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны
Кіріспе
І Технологиялық бөлім
1. Адсорбция
2. Адсорбенттің сипаттамалары және түрлері.
3. Адсорбциядағы тепе – теңдік
4. Адсорберлердің түрлері
5. Адсорбциялық қондырғылардың тәсімдері
1.6. Ионалмасу процестері
1.7. Ионалмасу тәсімдері.Ионалмасу аппараттары.
1.8. Адсорбция және катализ
ІІ Технологиялық есептер
2.1. Адсорберлердің есебі
ІІІ Қауіпсіздік техникасы
ІV Қолданылған әдебиеттер

КІРІСПЕ

Қазіргі заманғы дүниежүзілік экономикада мұнай мен газдың алатын орны
ерекше. Бүгінгі таңда миллиардтаған адамдар есептеп жатпастан мұнай мен
газды күн сайын, сағат сайын қолданады. Күнделікті тіршілігіміздің өзінде
қаншама мұнай мен газды пайдаланамыз. Үйімізде шам жанып тұрады, машинамен,
қоғамдық көлікпен, ұшақпен, кемелермен жүреміз. Ракеталар да барлығы мұнай
мен газды пайдаланады. Әлемнің ең ірі кен орындарында бүгінгі таңда мың
және бес мың метр тереңдікке дейін мыңдаған, он мыңдаған мұнайдың
скважиналары бұрғыланған. Миллиондаған бұрғылаушы және компрессорлық
станциялар жер қыртысындағы мұнай мен газды жер астынан тартып, сорып,
мұнай өнімдерінің құбырлары мен газ құбырлары дамыған елдер территориясына
еніп тірі организмдегі қан тамырлары сияқты әртүрлі мемлекеттер мен
континенттерді біріктіре байланыстыруда. Көмірсутек шикізаттары тиелген
танкерлер қазіргі заманғы жүк таситын көліктің қатаң графигінде
Дүниежүзілік мұхит акваториясында бағыт алуда. Үшінші мың жылдыққа аяқ баса
отырып, адамзат қазір де мұнай мен газдың көмегімен өзінің ең қажетті жер
бетіндегі және космостағы проблеммаларын шешуге тырысуда. Бір жарым ғасыр
бұрынғыдай ақылды адам планета миллиард жылдар бойы тұрғызып, сақтаған
мұнай мен газ қорын тоқтаусыз қолдануда, мұнай мен газ дүниежүзілік жылу
энергетикалық шаруашылығында алдыңғы орындарды алады. Ресурстарды жалпы
тұтынудағы олардың үлесі: 1900 ж. 3%-тен, ал 2006 ж. 50%-тен асып, үздіксіз
өсуде. Жыл сайын көмірсутектерді дүниежүзінде өндіру 320 миллион тонна
мұнайға және 580 миллиард куб метр газға артуда. Жалпы алғанда, бүгінгі
таңда мұнайдың дүниежүзілік шығарылатын қоры мынандай сандармен (млрд.т)
бағаланады:
- Газ конденсаты – 1,0-1,5 (шығарылатыны – 1,0);
- Кәдімгі мұнай – 220-280 (шығарылатыны – 100);
- Өте ауыр мұнай – 650-730 (шығарылатыны – 350).
Қазіргі қарқынмен мұнайды өндіру көлемінің осы қоры қырық жылдан артық
уақытқа жетуі керек. Барлық дүниежүзілік қордың көп бөлігі 60%-ға жуығы –
Таяу және орта Шығысқа келеді. Екінші орында 15% үлесіне тиетін Оңтүстік
және Солтүстік Америкада. ТМД елдері мен Қытайдың үлесінде - 12%, Африкада
- 8%, қалған елдерде 5%-ке жуық.
Мұнайға ең бай мемлекет – Сауд Аравиясы (дәлелденген дүниежүзілік
қордың 25%), Ирак (10,8%), ОАЭ (9,3%), Кувейт (9,2%), Иран (8,6%) және
Венесуэла (7,3%) – бұлардың барлығы МЭЕҰ (мұнайды экспортқа шығаратын елдер
ұйымы ОРЕС) мүшелері болып табылады, олардың үлесіне дүниежүзілік қордың
78% келеді. Аса ауыр мұнайдың қоры негізінен Канадада, Венесуэлада және ТМД
елдерінің территориясында шоғырланған.
Қазақстан әлемнің байырғы мұнай шығаратын елдерінің бірі болып
табылады, оның табиғи байлықтары орасан зор, атап айтқанда табиғи жанғыш
қазбалар қорлары: мұнай, газ және көмірге өте бай мемлекет. Қазақстанның
көмірсутек потенциалы мамандардың айтуына қарағанда әлемдік қордың жалпы
көлемі бойынша Қазақстан әлемнің алдыңғы елдерінің қатарына кіреді. Мұнай
мен газ Қазақстанның барлық аудандарында дерлік кездеседі. Қазақстандағы
көмірсутек шикізаттарының алынатын қорлары 30 млрд. баррель немесе 4 млрд.
тонна мұнайды және 3 трлн. куб метрге жуық газды құрайды. Мұнай қоры
бойынша Қазақстан көптеген мұнай өндіретін елдерден асып түседі.
Республикада барланған мұнай және конденсат қорлары – 2,8 миллиард тонна,
газ қоры – 1,9 триллион куб метр.

І Технологиялық бөлім
1.1. Адсорбция
Газ қоспаларынан газды буды немесе ерітіндіден еріген затты кеуекті
қатты заттармен адсорбентпен сіңіру процесі адсорбция деп аталады.
Сіңірілетін зат адсорбтив немесе адсорбент деп аталады. Адсорбция процесі
сұрыптаушылығы және қайтымдылығымен ерекшеленеді. Әрбір сіңіргіш қатты зат
белгілі бір заттарды сіңіріп, ал қалғандарын сіңірмейтін немесе өте аз
мөлшерде сіңіреді қасиетке ие болуы оның сұрыптаушылығын анықтайды.
Сіңірілген зат барлық уақытта десорбция процесі арқылы сіңіргіштен
ажыратылып алыну қасиеті оның қайтымдылығын анықтайды.
Адсорбция процесі өндірісте газдарды құрғатуда және тазалауда,
ерітінділерді тазалауда және мөлдірлендіруде, буды немесе газды қоспаларды
ажыратуда мысалы, ауадағы ұшқыш еріткіштерді немесе газдарды және т.б.
кеңінен қолданылады.
Адсорбция процесі химия өндірісінде аммиакты тазалауда, табиғи газды
құрғатуда, синтетикалық каучук өндірісінде мономерлерді тазалауда және
ажыратуда, коксты газдан ароматты көмірсутектерін бөліп алуда және т.б.
мақсаттарда пайдаланылады.
Адсорбция екі түрлі болады: физикалық және химиялық хемосорбция.
Физикалық адсорбция адсорбат және адсорбент молекулаларының арасындағы
Ван-дер-ваальс күші әсерінен өзара тартылуы нәтижесінде өтеді де, химиялық
әрекеттеспейді.
Химиялық адсорбцияда сіңірілетін зат молекулалары мен сіңіргіштің беттік
молекулалары арасында химиялық байланыс болады.
Бұлар сіңірілгенде адсорбент кеуектері будың конденсатымен сұйықпен
толтырылады капиллярлық конденсация.

1.2. Адсорбенттің сипаттамалары және түрлері.
Адсорбент ретінде заттың массасының бірлігінде үлкен меншікті бетке ие
болатын кеуекті қатты заттар пайдаланылады. Адсорбенттің кеуектерінің
капиллярлық каналдарының диаметрі бойынша макро кеуектер (d2·10-4 мм),
өтпелі кеуектер (d=6·10-6 + 2·10-4 мм) және микро кеуектер (d6·10-6 мм)
болып бөлінеді. Адсорбция процесі кеуектер өлшемдерімен анықталады.
Макрокеуектердің меншікті беті аз, сондықтан олардың қабырғасына өте аз
зат сіңіріледі. Олар сіңірілетін молекулалар үшін тасымалдау канал ролін
атқарады.
Өтпелі кеуектердің өлшемдері сіңірілетін молекулалар өлшемінен үлкен
болады және адсорбция процесінде сіңірілген заттың қабаттары пайда болады.
Қабаттың қалыңдығы бір молекулаға мономолекулалық адсорбция немесе
бірнеше молекулаға полимолекулалық адсорбция тең болуы мүмкін.
Микрокеуектердің өлшемдері сіңірілетін заттың молекуласына жақын болады
және адсорбцияда олардың көлемі толтырылады. Осының салдарынан
микрокеуектердің бетінде сіңірілген заттың қабаты болады деген болжамның
мәні болмайды.
Адсорбенттер олардың масса немесе көлем бірлігіндегі адсорбтивтің
концентрациямен анықталатын, сіңіргіштік қабілетімен активтігімен
сипатталады.
Сіңіргіштік қабілеті температураға, қысымға және сіңірілетін заттың
концентрациясына байланысты болады.
Адсорбенттер статикалық және динамикалық сіңіргіштікпен сипатталады.
Біраз уақыт жұмыс істегеннен кейін адсорбент сіңірілетін затты толығымен
сіңіре алмайды. Сондықтан адсорбент қабатынан сіңірілетін заттың өтуі
байқала бастайды. Осы сәттен бастап сіңірілетін заттың аппараттан шығатын
газды қоспадағы концентрациясы тепе – теңдік орныққанға дейін көбейеді.
Адсорбция басталғаннан сіңірілетін заттың өтуіне дейінгі уақыт аралығында
адсорбенттің масса немес көлем бірлігімен сіңірілген заттың мөлшері, оның
динамикалық сіңіргіштігін анықтайды.
Адсорбция басталғаннан тепе – теңдік орныққанша дейінгі уақыт аралығында
адсорбенттің масса немесе көлем бірлігімен сіңірілген заттың мөлшері,
оның статистикалық сіңіргіштігін анықтайды.
Динамикалық сіңіргіштік барлық уақыт статистикалық сіңіргіштен аз болады,
сондықтан адсорбент мөлшері динамикалық сіңіргіштігі бойынша анықталады.
Өндірісте кеңінен қолданылатын адсорбенттер:
Силикагель кремний қышқылының гелі. Меншікті беті – 400 + 700 м2г;
Түйіршіктер өлшемі 0,2+7 мм; Үйінді тығыздығы 100+800 кгм3;
Силикагель негізінен газдарды құрғату үшін қолданылады. Артықшылығы:
жанбайтындығы, механикалық беріктігі.
Активті әрекетті көмір – құрамында көмірі бар заттарды қазынды
көмір, ағаш, сүйектер және т.б. құрғақ айдау жолымен алады. Меншікті беті
600+1700м2г; түйіршіктер өлшемі – 1+5 мм; үйіндісінің тығыздығы – 350+450
кгм3. Әрекетті көмірлер органикалық заттарды жақсы сіңіреді. Кемшілігі:
жанғыштығы, сондықтан жоғары температураларда пайдалануға болмайды.
Цеолиттер. Адсорбент ретінде негізінен синтетикалық жасанды
цеолиттер қолданылады. Цеолиттердің кеуектері жұқа оның қимасы молекула
өлшеміне жақын болады, кеуектердің өлшемі біркелкі. Цеолиттердің сулы
сіңіргіштік қабілеті жоғары, сондықтан, газдарды және сұйықтарды құрғатуда,
тазалауда қолданылады. Түйіршіктер өлшемі – 2-5 мм.

1.3. Адсорбциядағы тепе - теңдік
Тепе – теңдік орныққанда адсорбенттің масса немесе көлем бірлігімен
сіңірілген заттың мөлшері температураға және сіңірілетін заттың газды
қоспадағы немесе ерітіндідегі концентрациясына байланысты болады:
X* = f ( y, T )
(1.1)
Немесе тұрақты температурада:
X* = f ( y )
(1.2)
Мұнда Х* - адсорбтивтің газды немесе сұйық фазадағы концентрациясына
тепе – теңдіктегі адсорбтивтің адсорбенттегі салыстырмалы концентрациясы
кг.адсорбтив кг.адсорбент; У – газды немесе сұйық фазадағы адсорбтивтің
салыстырмалы концентрациясы кг.адсорбтив кг.газды қоспа немесе ерітінді.
Сіңірілетін заттың концентрациясы у оның газды қоспадағы парциалдық
қысымымен ауыстыруға болады:
Х* = f (Р) (1.2
а)
1.2 және 1.2 а - теңдеулер адсорбциядағы тепе – теңдік сызығының
теңдеулері немесе изотермалы деп аталады.
Адсорбция изотермалары тәжірибелі жолмен анықталады. Изотермалардың түрі
төмендегі факторларға байланысты: адсорбенттің меншікті бетіне, кеуектер
көлеміне, кеуектердің өлшеміне, сіңірілетін заттың қасиетіне, процестің
температурасына. Мысал ретінде 1.1а – сурет әртүрлі заттардың изотермалары,
ал 1.1 ә - суретте көміртегі оксидінің әртүрлі температурадағы адсорбция
изотермалары келтірілген.

1.1 – сурет. Әртүрлі газдардың көміртегі адсорбция изотермалары:
а) - әртүрлі газдардың изотермалары; б) – көміртегі оксидінің әртүрлі
температурадағы изотермасы.
1.1 ә - суреттен температура көбейген сайын тепе – теңдік концентрацияның
азаятындығын, ал қысым көбейгенде оның көбейетіндігі көрініп тұр.

4. . Адсорберлердің түрлері
Адсорбция процестерін өткізуге арналған адсорберлердің төмендегі түрлері
болады:
1) адсорбент қабаты қозғалмайтын;
2) адсорбент қабаты қозғалмалы жылжымалы;
3) адсорбент қабаты жалған сұйылған.
Адсорбент қабаты қозғалмайтын адсорберлердің құрылымы: қарапайым болып
мерзімді әрекетті жұмыс істейді. Олар цилиндр пішінді болады да, тік 1.2 а
- сурет немесе горизонталь 1.2 ә - сурет орналасады. Адсорбентті
регенерациялағанда қоршаған ортаға таралатын жылу мөлшерін азайту
мақсатында адсорберлердің сыртқы беті жылулық оқшаулағышпен қапталады.
Адсорбер ішіне тор бетіне адсорбент қабаты 2 жүктеледі. Булы – газды
қоспа адсорбент қабатынан өтіп, аппараттан келте құбыр арқылы шығарылады.
Адсорбентті регенерациялау үшін барбатер 3 арқылы су буы беріледі.
Мұндай аппараттар мерзімді әрекетті жұмыс істейді және процесс төрт
сатыдан құралады: 1) адсорбция; 2) десорбция адсорбентті су буымен
регенерациялау; 3) адсорбентті құрғату ыстық ауамен; 4) адсорбентті
суыту суық ауамен.
Үздіксіз әрекетті қондырғы кемінде екі аппараттан құралады: біреуінде
адсорбция, ал екіншісінде – десорбция өткізіледі. Аппараттарды ауыстырып
қосу автоматтандырылған.
Егер адсорбция сұйық фазадан болса, онда адсорбер ретінде сүзу
аппараттарын пайдалануға болады.
Адсорбент қабаты қозғалмалы адсорберлер 1.3-сурет ішіне суытқыш 1
ысытқыш 7 және таратқыш табақша 2 орнатылған колоннадан құралады.
Аппаратқа берілген адсорбент жоғарыдан төмен қарай қозғалады. Оның
жылдамдығы төменде орнатылған шығарғыш қақпа жәрдемімен реттеледі.
Адсорбент алдымен суытқыштың 1 құбырларында суытылады да, сосын келте
құбырмен 5 кіретін булы – газды қоспамен әрекеттеседі. Булы газды
қоспаның сіңірілмеген бөлігі келте құбырмен 12 шығарылады. Одан кейін
адсорбент десорбциялық секцияның құбырлы ысытқышында 12 ысытылып, төмен
қарай түседі де, келте құбыр 15 арқылы берілетін өткір бумен
әрекеттеседі. Регенерацияланған адсорбент шығарғыш қақпа 8 арқылы
аппараттан шығарылады. Десорбцияда адсорбенттен бөлінген газ бу өткір
бумен бірге келте құбырмен 11 шығарылады. Таратқыш табақша адсорбция
және десорбция секцияларындағы булы-газды ағындарының араласпауын
қамтамасыз етеді.
Адсорбция сұйық фазадан болса, онда адсорбент механикалық тасымалдау
тесікті шнек және т.б. арқылы қозғалады.
Адсорбент қабаты жалған сұйылған адсорберлер бір сатылы және көп сатылы
болады.
Бір сатылы адсорбер 1.4а-сурет ішіне шаңұстағыш циклон 3 және
газ таратқыш тор 2 орнатылған цилиндр пішінді корпустан 1 құрылған.

1.2-сурет. Адсорбент қабаты қозғалмайтын 1.3-сурет. Адсорбент қабаты
адсорбер:
қозғалмалы адсорбер:
а) тік; ә) горизонтальды.
1–суытқыш; 2–таратқыш табақша;
1-корпус; 2-адсорбент қабаты; 3-барбатер. 3 – адсорбциялық
табақша
4-
булы-газды қоспаны таратқыш;

5-
булы-газды қоспа берілетін

келте құбыр;

6,10-жылутасымалдағыш кіретін

және шығатын келте құбыр;
7-
десорбциялық секцияның

ысытқышы; 8-адсорбентті

шығарғыш қақпа;
9-
өткір буды таратқыш;
11-
десорбция өнімін шығаратын

келте құбыр;
12-
булы-газды қоспаны

шығаратын келте құбырлар;

13,14-суытатын су берілетін және

шығарылатын келте құбырлар;
15-
өткір бу берілетін келте құбыр.

Адсорбент жоғарыдан құбыр арқылы беріліп, төменгі жағынан шығарылады.
Булы-газды қоспа аппаратқа төменгі келте құбырмен кіріп, жоғарғы жағынан
шығарылады.

1.4-сурет. Бір сатылы жалған 1.5-сурет. Көп сатылы жалған сұйылу

сұйылу қабатындағы адсорбер: қабатындағы адсорбер:
1-корпус; 1-колонна;
2-таратқыш тор;
2-газ таратқыш тор; 3-құйылғы құбыр;
3-шаңұстағыш циклон. 4-шығарғыш қақпа.

1.5-суретте көп сатылы жалған сұйылу қабатындағы адсорбердің тәсімі
көрсетілген. Колонна 1 ішіне құйылғы құбыры 3 бар газ таратқыш торлар
2 орнатылған .құйылғы құбыр 3 газ ағынына қақпа рөлін атқарады, яғни
газ тек бір тор тесіктерінен өтіп, адсорбентті жалған сұйылдырады. Газды
қоспа төменгі келте құбырмен беріліп, жоғарыдан шығарылады.
Адсорбент аппараттың жоғарғы жағынан беріліп, сатыдан сатыға төмен қарай
құйылған құбырлармен қозғалады. Адсорбент ең төменгі сатыдан шығарғыш қақпа
4 жәрдемімен шығарылады.
Көп сатылы адсорбер бір сатылыға қарағанда процесті қарама – қарсы ағынды
тәсім бойынша өткізуге және қозғаушы күшті тиімді пайдалануға мүмкіндік
береді. Көп сатылы аппарат идеалды ығыстырғыш аппаратқа жақындау.

5. Адсорбциялық қондырғылардың тәсімдері.
1) Мерзімді әрекетті адсорбциялық қондырғы. 1.6-суретте газ қоспаларынан
бензолды ажыратуға арналған қондырғының тәсімі көрсетілген. Бастапқы қоспа
адсорберге 1 беріледі. Аппараттан шығатын газды қоспаның құрамында бензол
пайда бола бастаған кезде, бастапқы қоспаны адсорберге 2 береді, ал
адсорберде 1 десорбция процесі өткізіледі.

1.6- сурет. Мерзімді әрекетті адсорбциялық қондырғы тәсімі:
1,2-адсорберлер; 3 – конденсатор суытқыш; 4 – тұндырғыш; 5 – желдеткіш;
6 – ауа ысытқыш; І, І1 – бастапқы және аппараттан шыққан газды қоспалар;
ІІ, ІІ1 – бастапқы және пайдаланылған ауа; ІІІ - өткір су буы;
ІV – суытатын сұйық; V - өнім бензол.
Десорбция процесін өткізу үшін адсорберге су буы беріледі. Су буы мен
бензолдың қоспасы адсорберден 1 конденсатор – суытқышқа 3 беріліп,
конденсацияланады және суытылады. Конденсат су мен бензолдың қоспасынан
құралады да, тұндырғышта 4 бензолға өнім және суға ажыратылады.
Десорбциядан кейін адсорбент желдеткш 2 жәрдемімен ауа ысытқышқа 5
ысытылған ыстық ауа жіберіп, оны құрғатады. Бұдан кейін бастапқы газды
қоспа бензол буымен адсорберге 1 қайта беріледі, ал адсорберде 2
десорбция басталады. Осылайша бір немесе бірнеше мерзімді адсорберлерді
кезегімен қосу арқылы қондырғы үздіксіз жұмыс істейді.
2) Үздіксіз әрекетті адсорбциялық қондырғы 1.7-суретте көрсетілген
тәсімде де, газды қоспадан бензолдың буын ажыратуға арналған қондырғы
көрсетілген. Бұл қондырғыда 1.3-суретте көрсетілген адсорбент қабаты
қозғалмалы адсорбер орнатылған. Газды қоспа адсорбердің 1 адсорбциялық
секциясына беріледі. Одан кейін адсорбент төмен қарай десорбцияға беріліп,
онда өткір су буымен әрекеттеседі де, одан бензол ажыратыларды.
Регенерацияланған адсорбент шығарғыш қақпа 2 арқылы пневмотасымалдау
жүйенің құрылғысына 3 беріледі. Сосын ол пневмотасымалдау құбыры арқылы
тасымалданған газ көмегімен сепараторға 4 беріледі. Сепараторға адсорбент
тасымалдағыш газдан ажыратылып, адсорберге қайтадан беріледі.
Су буы мен бензолдың қоспасы десорбциялық секцияның жоғарғы жағынан
конденсатор – суытқышқа 5 беріліп, онда конденсацияланады. Конденсат
үздіксіз әрекетті тұндырғышта 6 бензолға және суға ажыратылады. Бензол
тұндырғыштан 6 жинағышқа 7 беріледі.

1.7-сурет. Үздіксіз әрекетті адсорбциялық қондырғының тәсімі:
1-адсорбер; 2–шығарғыш қақпа; 3–пневмотасымалдау жүйенің жіктеу
құрылғысы; 4-сепаратор; 5–конденсатор–суытқыш; 6 – тұндырғыш;
7-жинағыш; І–тасымалд ау газы; ІІ – суытатын ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.