Мұнайдың ректификациясы
Аңдатпа
Дипломдық жобаның зерттеу нысаны ретінде ректификация
колонасының жоғарғы және төменгі бөлігі
қарастырылады. Мұнайдың
ректификациялау процесін зерттеу үшін зертханалық жұмыс кешенің жасау.
National Instruments компаниясының LabVIEW графикалық бағдарламалау
ортасы таңдалды. Жұмыс нәтижелері Алматы Энергетика және Байланыс
Университетінің Инженерлік кибернетика кафедрасының Автоматтандыру
және басқару мамандығының оқу үрдісінде қолданылады .
Сонымен қатар, берілген жұмыста экономика және өміртіршілік
қауіпсіздігі мәселелері қарастырылды.
Аннотация
В дипломном проекте в качестве объекта исследования рассматривается
верхная и нижная часть ректификационой колонны. Разработан комплекс
лабораторных работ для исследования процесса ректификации нефти. Для
реализации проекта выбрана среда графического программирования LabVIEW
компании National Instruments. Результаты будут использованы в учебном
процессе специальности Автоматизация и управления кафедры Инженерной
кибернетики Алматинского университета энергетики и связи.
Кроме того, выполнены задачи по экономике и безопасности
жизнедеятельности.
Мазмұны
Кіріспе
1 Бөлім. Әдеби шолу
1.1 Қысқаша тарихи мәліметтер
1.2 Мұнай мен газдарды айыру және ректификациялау жөніндегі
жалпы мәліметтер
2 Бөлім. Ректификация процесі
7
8
8
11
17
2.1
2.2
Ректификация процесінің негізгі технологиясы
Ректификация колоннасын есептеу
17
19
2.3 Ректификация колонналары және олардың түйісу жабдықтарын
жіктеу
2.3.1 Ректификация колонналарында температуралық режимді реттеу
әдістері
2.3.2 Ректификация колоннасында қысым мен температура режимін
тандау
3 Бөлім. Қондырғыларды пайдалану бойынша LabView графикалық
бағдарламалау ортасында виртуалды зертханалық жұмысын өңдеу
25
30
32
34
3.1
LabView графикалық программалау ортасының сипаттамасы
34
3.2 Виртуалды зертханалық жұмыстардың құрылымы
3.3 Интерфейс сипаттамасы
4 Бөлім. Техника - экономикалық бөлімі
38
40
46
4.1
Бизнес жоспар
46
4.1.1 Виртуалды зертханалық жұмысты өңдеуге кететін шығындар
4.1.2 Маркетинг стратегиясы
4.2 Қаржылық жоспар
4.2.1 Капиталдық салымдарды есептеу
4.2.2 Виртуалды зерханалық жұмысты өңдеу шығынын есептеу
4.2.3 Электроэнергияға кеткен шығын
4.3 Жұмысшы жалақысы
4.3.1 Әлеуметтік салық
4.3.2 Амортизациялық шығын
4.3.3 Басқа шығындар
4.4 Жасалатын жобаның келісімді бағасын анықтау
4.4.1 Жобадан түсетін пайда
4.4.2 Жобадан қаржыны қайтару есептемесі
5 Бөлім. Өміртіршілік қауіпсіздігі
5.1 Дербес компьютер операторының еңбек жағдайларын талдау
5.2 Оператор бөлмесінің ауа тазарту жүйесін есептеу
5.3 Дербес компьютерді пайдалану ережелері
5.4 Электроқауіпсіздік
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі
Кіріспе
47
47
48
48
49
49
50
50
50
51
51
52
53
53
54
56
60
61
65
66
Соңғы 10-15 жылда мұнай және газ өнеркәсіптерінде өзгерістер болып
жатыр. Мұнай газ саласында автоматтандырусыз технологиялық процесстер
жүргізілмейтіні белгілі. Шынында да негізгі технологиялық процесстерді
бақылап, басқарып, олардың ауытқуын қадағалау керек. Бөлек агрегаттарды
қашықтықтан қосып өшіріп, тиектерді ашып жауып,алдын ала есептелген
есептеулерге сүйене отырып,жұмыс режимін сақтай білу керек.
Өндіріске
микропроцессорлардың,
дербес компьютердердің,
қолданбалы программалы қамтамасыздандырулардың арқасында
автоматтандыру жүйесі түгелдей өзгерді.
Мұнай өңдеудің негізгі процесстерінің бірі болып ректификация
процессі болып табылады. Процестің негізгі мақсаты мұнайды фракцияларға
бөлу болып табылады. Электротермиялық қондырғысында (ЭТҚ)
сусыздандырылған және тұссыздандырылған мұнай насос арқылы
жылуалмастырғышқа жіберіледі. Онда мұнай 220-230 0С температураға дейін
қыздырылады да, ары қарай ректификациялық колоннаға жіберіледі.
Атмосфералық қысымда біріншілік айдау барысында мынадай өнімдер
түзіледі: негізінен пропан мен бутаннан тұратын сығылған (сұйыққа
айналдырған)газ,бензин фракциясы 30-180С аралығында айдалады,керосин
фракциясы,дизель фракциясы,мазут-мұнайды атмосфералық қысымда
айдағанда түзілетін қалдық. Бұл фракцияны кейде вакуумдық газойль деп
атайды. Гудрон-мазутты вакуумдық айдау кезінде қалатын қалдық. Оны
термиялық крекинг, кокстеу, битум мен тұтқырлығы жоғары майлар өндіруде
пайдаланады.
Дипломдық жобаның мақсаты Типтік технологиялық үрдістерді және
өндірістерді автоматтандыру пәні бойынша 5В070200- Автоматтандыру және
басқару
мамандығының студенттері үшін виртуалды зертханалық
жұмыстарды LabView графикалық бағдарламалау ортасында өңдеу
болып
табылады. Бұл лабораториялық жұмыс ректификаця процесін жетік меңгеру
үшін таптырмас шешім болып табылады. Жоғарыда айтылған мақсатқа жету
үшін келесi есептерді шешуге керек:
1. Ректификация процесінің принципиалды сұлбасымен танысу.
2. Виртуалды зертханалық жұмысты құрастыруға программа ортасын
таңдау.
3. Виртуалды зертханалық жұмыстың құрылымдық сұлбасын жасау.
4. Ректификация процесінің принципиалды сұлбасын программалық іске
асыру.
5. Виртуалды стендті программалық іске асыру.
6. Виртуалды стендте тәжірибелерді орындау.
7. Пайдаланушы нұсқауын жасау.
8. Экономикалық тиімділігін есептеу.
9. Өміртіршілік қауіпсіздік бөлімі.
1
Бөлім. Әдеби шолу
1.1 Қысқаша тарихи мәліметтер
Мұнай тау жыныстарынан бөлінуі туралы ойлар әртүрлі дәуірдегі қол
жазбаларда кездеседі. Геродот (біздің дәуірге дейінгі 5 ғасырда) Плутарх,
Плиний (біздің дәуірге дейінгі1 ғасырда) және басқа ғалымдардың
еңбектерінде мұнайдың кен орындарының Өлік теңіз жағасында, Сирияда,
Персияда, Индияда, Жерорта мен Каспий жағалауында және Амударья
жағалауында барлығы келтіріледі.
Ерте заманнан бастап мұнайды отын және жарық аллу үшін
пайдаланған. Жарық шыраққа шикі мұнай құйылатын болғандықтан оның ең
тиімдісі жеңіл мұнай болған. Уақыт өткен сайын жеңіл мұнай жетпей, ауыр
мұнайды айдап шыраққа отын ала бастады. Сондай қарапайым мұнайды айдау
қондырғылары орта ғасырларда (16-ғасыр) Закавказда, Батыс Украйнада, Ухта
өзенінің бойында пайдаланды. 1821-1823 жж. Солтүстік Кавказда Моздок
қаласының аймағында аға-інілі Дубининдер бірінші болып мұнайды айдаудың
өндірістік қондырғысын іске қосты.
Англияда мұнайды айдауды 1848 ж. бастады, ал АҚШ-та Татусвилле
қаласында (Пенсильвания штатында) бірінші айдау қондырғысы 1860 ж. іске
қосылды.
Бірінші айдау қондырғыларындағы негізгі аппарат, оқтын-оқтын
істейтін, куб болып саналады, ал алатын бірден бір мақсатты өнім жарық
керосині болды. Жеңіл бензин фракциясын және ауыр қалдықты - мазутты,
басқа пайдалану жолы болмағандықтан, жағып жіберетін. Бірінші мұнай
зауытын Бакуде кен инженері Восбоиников 1837 ж. іске қосты.
Оқтын-оқты жұмыс істейтін кубтарды 19-ғасырдың 80-жылдары орыс
инженерлері А.Ф.Инчик, В.Г. Шухов және Н.Н. Елин ойлап тауып іске
асырған үздіксіз жұмыс істетін куб батарейлері ауыстырды. 1876 ж. сұйық
отынды жағу үшін форсунканы ойлып тапты, бұл бу қазандары үшін отын
есебінде мазутты пайдалануға мүмкіндік береді. Сол жылы орыстың ұлы
ғалымы Д.И.Менделеев мазуттан майларды алудың мүмкін екендігін
дәлелдеді. Осының нәтижесінде мұнай майлары осыған дейін кейбір
салаларда пайдаланып келген өсімдік және мал майларын ығыстыра бастады
да Ресейде, АҚШ-та және басқа кейбір мемлекеттерде мұнайдан майлар
өндіретін зауыттар салына бастады.
1890ж. В.Г. Шухов және С.П. Гаврилов үздіксіз жұмыс істейті құбырлы
мұнай айдау қондырғысын жасағандарына патент алды. Бұл қондырғы отпен
қыздыратын иілген құбырдан, буландырғыштан, ректификациялаушы
колоннадан және жылу алмастырушы аппараттан тұрады. Бұл қондырғы
қазіргі мұнайды айдау қондырғысындай еді. 1910ж. кейін мұнайды үздіксіз
айдау қондырғыларын барлық елдерде де көп қолдана бастады.
ХХ ғасырдың бірінші жартысындағы мұнай өндеу технологиясының өсу
жолдары. Мұнай өндеу өндірісінің өсуінің бастапқы дәуірі мұнайды алғашқы
бірінші айдау әдістерін пайдаланумен сипатталады, мұнда мұнайдың оның
құрамындабастапқы бар заттарды ғана бөлді. Одан әрі бензин, керосин, дизель
отыны сияқты өте құнды өнімдердің шығымын арттыру үшін тағы да олардың
сапасын көтеру мақсатында, мұнай өнімдері екінші өңдеу процестеріне өткізе
бастады. Екінші процестер, мұнайды алғашқы айдаудан алынға өнімдерді
өндеуді әртүрлі термиялық және химиялық әдістерді қолданумен
сипатталады.
Дүние жүзі бойынша мұнай өндеу көлемі соңғы жылдары, оың өндіру
қарқынына пропорционады өзгеріп келді.
1960-1970 жж. жақын Шығыс және Латынамерикалық арзан
мұнайлардың көптігінен, МӨЗ-дың қуаттары дүние жүзі бойынша күшті
қарқынмен, онымен қатар мұнай өңдеу көлемі де өсті. Дүние жүзілік мұнай
өндеу саласында сандық және сапалық секірістер 1970-1980 жж. яғни мұнай
құнының күрт өзгермеумен және соның әсерінен, оны өндірудің азаюымен
байланысты болды. Мұнайды өңдеудің көлемі жағынан жетекші рөл АҚШ-қа
тән. Бұл елде мұнай өндеу терендігі өте жоғары(86) және негізінен бензин
өндіруге (47% мұнайға) бағытталған. Канаданың да
мұнай өңдеудегі
көрсеткіштері АҚШ көрсеткіштеріне ұқсас және жақы.
Бұл кездерде бұрыңғы КСРО-да мұнай (газ конденсатын) өндіру және
өндеу жоғары қарқынмен өсуде болды. Батыс Сібірде, Қазақстанда үлкен
мұнай кен орындарының іске қосылып, көп мұнай бере бсатағандығынан,
батыс және солтүстік батыс аудандарда жаңа мұнай өңдеу өндірістері -
Белоруста Жаңаполоц және Мозыр, Литвада - Мажей, Украйнада -
Кременчук, Санкт-Петербург облысында Кириш, Қазақстанда - Шымкент
және Павлодар, Түркменияда - Красновод, Чарджоу және басқа жаңа МӨЗ
іске қосылды, кейбір бұрыңғы зауыттар күрделі жаңартудан өтті. Мұнай
өңдеудегі үлкен жетістік Еділ-Орал және Қазақстандағы мұнайлы аудандарда
өндірілген күкіртті, жоғарлы шайырлы және парафинді мұнаиларды өңдеудің
жаңа технологиясын жасау және игеру болып саналады.
Мұнай өңдеуде жаңа процестер, каталитикалық кретинг, платина
катализаторын пайдаланып каталитикалық риформинг, әртүрлі дистиляттарды
гидротазалау іске асырыла бастады. Сының нәтижесінде мұнай өнімдерінің
сапасы артты, мотор отындарын және органикалық синтезге қажетті
көмірсутекті шикі зат өндіру өсті. Өндіріс көлемінде пайдаланушы мқнай
шикі заттары жасанды май қышқылдарын, жасанды спирт, полиолефиндер,
жасанды талшықтар, жсанды каучук, минералды тыңайтқыштар өндіру
мақсатында кең өріс лды. Мұнаи шикі затын пайдалану, бұрын техникалық
мақсатта қолданылып келген көп азықтық заттар (бидай, картоп, майлар), бұл
мақсаттан босады [1].
1970 жылдары мұнай өңдеуде үлкен қуатты және құрастырма
қондырғылар іске қосыла бастады. Қуаты 1-2 млн.тж мұнайда атмосфералық
айдау қондырғыларының орнына қуаты 6-8 млн.тж құрастырма, мұнайды
тұздардан айыру, алғашқы айдау және мұнай дистилляттарын екінші кезекте
өңдеуге қажетті процестері бар қондырғылар салына бастады; қуаты 300
мың т каталитикалық риформинг қондырғысы орнына 600-1000 мың тж
өңдейті қондырғылар істей бастады.
ЛК-6У құрастырма жүйесінде технологиялық процестерді
құрастырудың тиімділігі оларды пайдалануда дәлелденді. Екі ЛК-6У
жүйесінен тұратын зауыт сал, қуаты сондай, бірақ қондырғылары өз алдына
тұрған зауытпен салыстырғанда, металл шығыны 2,6 есе, ал капиталдық
салымды 24% қысқартады, еңбек өнімділігі екі есе арттырады. Осындай 8 ЛК-
6У қондырғылары алты МӨЗ құрамында салынды.
Бұрыңғы КСРО-да 1980 жылдардың ортасында мұнай өндіру деңгейі
тұрақтанды (1985ж. 595 млн. т мұнай өндірілді). Бұл қайта түзілмейтін, қоры
шектеулі, өте құндышикі заты толық және терең өңдеп пайдалануды талап
етті. Сонымен қатар, кейбір бұрын мұнайдың көп мөлшерін өңдеп келген
алқаптарда (Орал және Поволжье, Апшерон түбегі, Украина) оны өндіру
көлемі азайды, ал Батыс Сібірде тұрақтанып барып, кейін өндіру көлемі кеми
бастады. 1986-1990 жж. Каспий жағалауындағы терең су астындағы мен
континентальді шельфтердегі мұнай газ кен орындарын игере бастады. Жаңа
аудандарда мұнай өндіру қоны, әсіресе шельфте, қазіргі құнынан жоғары
болып, мұндай құнды шикі затты тиімді пайдалану қажеттігі туындайды.
Мұнай өндіру кеми бастады, өндірілген мұнайдың қымбатққа түсуі және
сұйық отын мен майларға сұраныстың артуына байланысты. Мұнай
өнімдерін өте тиімді пайдаланудың қажеттігі туындайды. Оларды
энергетикалық қондырғыларда (жылу электр станцияларында, үлкен
қазандықтарда) пайдалануды өте азайтукерек; қозғалтқыштардың
конструкцияларының, отынды және майлаушы материалдарды аз жұмсайтын,
тиімді түрін жасау қажет; мұнай және мұнай өнімдерінің шығынын өндіруші
орындарымен (мұнай кен орындарында, МӨЗ) қабат, пайдаланушыларды да
шығынын азайту керек; мұнайды өңдеуді тереңдету, әртүрлі термиялық және
химиялық әдістермен мұнайдан, оның бастапқы құрамындағы мөлшерден 1,5-
1,8 есе көп мөлдір мұнай өнімдерін өндіру қажеттігі туындайды.
Мұнайды терең өңдеу құжатын іске асыру үшін шикі затты жақсылап
дайындау, олардан катализатордың активтілігін төиендететін заттардан
(металдардан, асфальтендерден, күкірттен және басқа) тазарту қажет. Терең
өңдеуге керекті қондырғылар үшін,жоғары қысымдарда және
температураларда, сутегі және күкіртті сутегі ортасында жұмыс істеуге
есептелген арнайы құрал жабдықтар жасалуда.
Отындар мен майларды өндіру үшін мұнайдан басқа шикі зат түрлерін
пайдалану өте актуалды болып отыр. Қазіргі кезде автомобиль
қозғалтқыштарында отын есебінде бензиннің орнына сығылған табиғи газды
және сұйық газды (пропан және бутанды) көп қолдана бастады. Автомобиль
бензиндерінің компоненттері есебінде оттегі бар қосылыстарды, әсіресе метил
спирті мен изобутеленнен синтездеп алынатын метил-трет-бутил эфирін
қолданады.
1.2 Мұнай мен газдарды айыру және ректификациялау жөніндегі
жалпы мәліметтер
Айыру (дистилляция) - бұл бастапқы қоспадан қайнау температуралары
бойынша бір-бірінен ажыратылатын мұнай мен газдардың фракцияларға
физикалық бөліну процесі. Процесті өткізу әдісі бойынша қарапайым және
күрделі деп бөледі.
Қарапайым айыру
біртіндеп, бір мәрте және көп мәрте буландыру
арқылы жүзеге асырылады.
Біртіндеп буландыру арқылы айыру мұнайды бастапқы температурадан
соңғы температураға дейін біртіндеп жылытудан тұрады және процесс кезінде
пайда болған буды үздіксіз бөліп және конденсациялап отырады. Мұнайды
айырудың бұл әдісі лаборатоиялық тәжирибеде оның фракциялық құрамын
анықтау үшін қолданылады.
Бір мәртелік айыру кезінде сұйықтық (мұнай) тиісті температураға дейін
жылытылады, пайда болған және теңестірілуге жеткізілген буды сұйық фаза -
қалдықтан бір рет бөледі. Бұл әдіс біртіндеп булау арқылы айыруға қарағанда
бірдей температура мен қысым жағдайында айырудың көп үлесін қамтамасыз
етеді. Мұнай айыру тәжірибесінде бұл жақсы қасиетті, мұнай крекингін
болдырмайтын шектеулі температурада буды барынша іріктеп алу үшін
қолданылады.
Көп мәрте буландыру арқылы айырудың мәні - алдыңғы процестегі
қалдық қатынасымен салыстырғанда бір реттік айыру процесін барынша
жоғары температурада және төмен қысымда ұдайы қайталау болып табылады.
Күрделі айыру процесін дефлегмациялық және ректификациялық
процестерден ажырата қарайды [2].
Дефлегмациялы айыру кезінде пайда болған буды конденсациялайды да,
конденсаттың бір бөлігін флегма түрінде бу ағынына қарсы береді. Бу мен
сұйықтық ағынынның түйісуі нәтижесінде, жүйеден кеткен бу төмен
қайнайтын компоненттермен қосымша байиды, сөйтіп қоспалардың
ажыратылуы жақсарады.
Ректификациялы айыру - Ректификациялық колонна деп арнайы
қондырғылармен-ректификациялық табақшалармен
немесе
насадкамен-
қамтамасыз етілген вертикаль цилиндр тәріздес мұнайды айдап өндеуге
арналған аппаратты айтады (1.1 сурет). Табақшалар мен насадка колоннаның
бойымен көтерілген будын төмен қарай ағатын сұйықпен тығыз жанасуын
қамтамасыз етеді. Ректификациялық колоннаның жоғарғы жағынан төмен
жатқан тәрелкелерге үнемі сұйық (флегма) ағып түсіп жатады.
1.1 сурет - Мұнайдың ректификациясы
Дайын өнімнің бір бөлігі (ректификакт) конденсацияланғаннан кейін
байытылған сұйық (суармалау) түрінде жоғарыдағы тәрелкеге қайтарылып
отырады. Колоннаның төменгі жағынан бу үздіксіз жоғары қарай көтеріліп
отырады. Колоннада бу ағымын үнемі тудырып отыру үшін колоннадан
шығарылатын қалдықтың бір бөлігі қыздырылып буға айналдырылады да
колоннаға кері қайтарылып отырады.
Қарапайым және күрделі қоспаларды ректификациялау периодты
немесе үздіксіз жұмыс жасайтын тізбектерде іске асырылады. Мерзімді
(периодты) жұмыс жасайтын тізбектер өнімділігі төмен қондырғыларда қөп
мөлшердегі фракцияларды алу және бөлудің жоғарғы нақтылығы қажет
болған жағдайларда қолданады (1.2 сурет). Шикізат айдаушы кубқа 1 оның
диаметрінің 23 биіктігіне дейін түседі, онда тұйық газдың буымен
қыздырылады. Ректификациялық қондырғының жұмыс атқарушының бірінші
кезеңінде қоспасының ең ұшқыш компонентін шығарып алады, мысалы:
бензолдық басты одан соң ауа температурасын көтермеле отырып, қайнау
температурасы жоғарырақ компонентті алады (бензол, толуол және т.б). Өте
жоғары температурада қайнайтын қоспалар кубта қалады және кубтың
қалдығын қалыптастырады. Ректификациялау процессі аяқталғаннан кейін, ол
қайтадан шикізатпен толтырылады және ректифиуациялау қайтадан
басталады. Кезендік процесі жылудың көп шығындылығымен және
қондырғының
төмен өнімділігімен шартталады. Үздіксіз әрекеттегі
қондырғыда (1.3 сурет) аталып өткен көп кемшіліктер жоқ. Мұндай
қондырғының принципі схемасы суреттее көрсетілген. Шикізат жылу алмасу
бөлімімен 1 қыздырушы 2 түседі және әрі қарай ректификациялау тізбегінің 3
әртүрлі деңгейіне түседі. Төменгі фракцияларды 4 қайнатушыда қыздырады
және содан соң қайтадан ректификациялау тізбегіне түсіреді. Бұл жағдайда ең
ауыр бөлік қайтнатушыдан тізбектің төменгі жағына түсіріледі, және сұйық
тұнбамен бірге, әрі қарай ауыр фракцияларды өндеуге жіберіледі. Ал жеңіл
фракциялар жоғарыдан тоңазытқыш-конденсаторға түсіп, және әрі қарай 6
аккумулятордан ішінара кері тізбекке суландыру үшін түседі, ал ішінара жеңіл
фракцияларды әрі қарай өндеу үшін жіберіледі. Алынатын өнімнің санына
байланысты, ректификациялау тізбектері қарапайымды және күрделі болып
бөлінеді. Біріншіден, ректификациялауда екі өнім алынады, мысалы жанармай
және жартылай мазут. Екіншілері үш және одан да көп өнімдерді шығаруға
бағытталады. Олар бір бірімен жалғас қосылған қарапайым тізбектерді
сипаттайды, олардың әрқайсысы өзіне түсетін қоспаны екі компонентке бөліп
отырады. Айдап шығаратын немесе бумен өндейтін секция шикізатты
ендіретін жерден төмен орналасады. Бөліну үшін ыдысқа берілетін шикізат
қоректендіру ыдысы деп аталады. Айдап шығаратын секциясының мақсатты
өнімі болып,сұйық қалдық саналады. Концентрациялау немесе бекіту
секциясы қоректендіру ыдысының үстінде орналасады. Бұл секцияның
мақсатты өнімі болып ректификат буы саналады. Ректификациялау тізбегінің
концентрациялау секциясының қалыпты жұмысына суландыру және жылу
беру (қайнатушы арқылы), немесе айдап шығу секциясына өткір су буын
ендіру қажет болады.
1-айдаушы кубы, 2-ректификациялық қондырғы, 3-конденсатор-
тоңазтқыш, 4-аккумулятор, 5-тоңазтқыш, 6-сораптар.
1.2 сурет - Периодты жұмыс жасайтын қондырғының принципті
схемасы
1- жылуалмастырғыш, 2-қыздырғыш, 3-ректификациялық колонна,
4-қайнатушы, 5-конденсатор-тоңазытқыш, 6-аккумулятор.
1.3 сурет - Үздіксіз әрекеттегі қондырғының принципті схемасы
Ректификациялық колоннада әр табақша арқылы 4 ағын өтеді:
1. Жоғарыда орналасқан тәрелкеден төмен ағатын сұйық-флегма.
2. Төменде орналасқан тәрелкеден келетін бу.
3. Төменде орналасқан тарелкеге ағатын сұйық-флегма.
4. Жоғарыда орналасқан тәрелкеге көтерілетін бу.
Ректификациялық колоннаның құрылысы жоғары көтерілетін будың
жартылай конденсациялауына, сөйтіп табақшаларда жиналуына мүмкіндік
береді. Жиналған сұйық фракция арнайы ағын арқылы төмен ағып кетеді.
Қалған бу түріндегі өнімдер сұйық арқылы өтіп,жоғары көтеріледі. Көтерілу
булары мен төмен түсетін сұйық (флегмамен) арасында жанасуды қамтамасыз
ететін құрылымының ішкі құрылысына сәйкес ректификациялау тізбектері
қондырылмалы, табақшалы, роторлы және т.б болып бөлінеді. Қысымға
байланысты олар: жоғарғы қысымдық ректификациялау, атмосфералық және
вакуумдық тізбектеріне бөлінеді.
Біріншілері мұнайды және жанармайды тұрақтандыру, және оларды
крекинг қондырғыларында газофракциялауда және гидрогенизациялауда
қолданылады. Атмосфералық және вакуумдық ректификациялау тізбектері
негізінде мұнай қалдықтарын, қалдық мұнай өнімдерін және
дистилляторларды айдауда қолданылады. Бұларды және сұықтарды біркелкі
бөлу үшін қондырмалы тізбектерде қондырғы ретінде шарлар, призмалар,
пирамидалар, цилиндрлер (әртүрлі материалдардан жасалған)-әдетте
тығыздалған көмір шаңынан жасалынады, олардың сыртқы диаметрлері 6-дан
70 мм дейін және бетінің ауданның көлеміне қатынасы 500-ден бастап
жоғары. Қондырғыны себу арқылы арнаулы табақшаларға орнатады, олардың
бу және флегманың ағып өту үшін тесіктері болады. Қондырғыларды
қолданудың мақсаты болып, бірін-бірі қаныстыру үшін флегма мен булардың
бір-бірімен жанасу ауданын ұлғайту болады. Қондырмалы тізбектің дұрыс
жұмыс атқаруы үшін өте мәнді болып ағып түсетін флегма мен булардың
тізбекті көлденең кесу бойынша біркелкі таралуы болады. Бұдан жақсы әсерді
қондырғы денесінің біркелкілігі, жоғары шығатын бұлар ағымының мүмкін
болатын ең үлкен жылдамдығы, қондырғы қабаттарының біркелкі бөлінуі
және тізбектің қатаң түрдегі тіктігі тигізеді. Тәжірибеде мүмкін болған булар
мен флегмалардың алғашқы біркелкі бөлінуі бұзылады, себебі бу сұйықты
тізбек қабырғасына шығаруға және қондырғының ортасы арқылы жылжи
отыруға ұмтылады. Осыған байланысты, қондырғы бірнеше қабатқа бөлінеді,
ал қондырғылар орналасатын табақшалардың арнаулы конструкциясы
болады, олар қайтадан ағымдарды қондырғынын әрбір қабатынан кейін
біркелкі қайта бөлуге мүмкіндік жасайды. Қондырмалы тізбектерді
пайдаланудың тиімділігі өте жоғары болады, дегенмен де қолайсыздықтар да
бар: қондырғыны кезең-кезенде тізбектен шайырлық бөлшектерден бірте-
бірте оларды қамтып алатын және оның сулануын төмендететін тазарту үшін
шығарып алып отыру керек, сонымен қатар қондырмалы тізбектерді қолдану
будың белгілі бір қысымын және түсетін флегманың мөлшерін ұстай тұру
үшін өте қатаң талаптарды алға қояды [3]. Тізбекте будың қысымы
төмендеуде флегманың ағып түсуі жылдамданады және бу мен сұйықтың
бірімен-бірінің жанасу беті күрт төмендейді. Будың қысымының өсуінде
флегманың ағып түсуі баяулайды, бұл оның қондырғының жоғарғы қабатында
жинақталуына және будың тізбектің төменгі жағында жабылып қалуына
келтіреді (тізбектің булығуына). Бұл бу қысымының тізбектің төменгі
жағында одан да әрі көтерілуіне алып келеді және қиын сәтте бу флегма
арқылы тізбектің жоғарғы бөлігіне өтеді. Тізбектің булығу салдарынан бу
мен сұйықтың жанасу бетінің күрт төмендеуі орын алады. Табақшалы
тізбектерде (1.4 сурет) бу ағымымен флегманың жанасу бетін көтеру үшін
қондырғының орнына арнаулы құрылымдағы көптеген табақшаларды
қолданады. Флегма табақшадан табақшаға төмен жіберетін құбырлар арқылы
ағып түседі, бұнда аралықтар, табақшадағы сұйық қабатының тұрақты
деңгейін қамсыздандырып тұрады. Бұл деңгей қалпақтар шеттерін флегмаға
салынған жағдайда ұстап тұрады. Аралықтар келесі табақшаға ағып түсу үшін
түсетін флегманың артық мөлшерін ғана жібереді. Табақшалы тізбектің
әрекект принципі-бу мен флегманың бірін-бірінің қанықтыруы саналады бу
қысымымен флегма қабаты арқылы төменнен жоғары қарай әрбір табақшаға
өту есебінен. Будың флегмадан өте майда көпіршік ретінде өтуі есебінен
бумен сұйықтың жанасу беті өте биік болады.
1.4 сурет - Ректификациялық колоннадағы бу мен сұйықтықтың
қалпақты табақшалар арқылы контактілеу
Табақшалар құрылымы сан алуан келеді.Торлы,шарбақты,
каскадты,клапанды, инжекционды және комбинацияланған табақшалар
қолданылады. Табақшалар құрылымын нақты технологиялық талаптарға
байланысты тандайды. Қазіргі кезде мұнайды өндеу үшін пайдаланылып
жүрген қондырғыларда қарапайым колонналармен бірге күрделі колонналарда
қолданылып жүр. Күрделі колонналар бірнеше қарапайым колонналардан
құралған. Мысалы бүйірінен шығарылған айдау секцияларлы күрделі
ректификациялық колонналар (1.5 сурет).
Мұнайды өндеу бағытына қарай өндірісте ректификация процесін
күрделі колонналардың әртүрлі комбинациялары іске асады. Шикізаттардың
және арадағы өнімдердің ауысуына байланысты күрделі ректификациялық
колонналардың, мысалы тізбектелген және асылмалы түрлері болады (1.6
сурет). Тізбектелген колонналарда әрбір кейінгі колоннаның ауыр өнімі
біржолы өткен колоннаның флегмасы болып келеді (1.6 сурет, а). Асылмалы
колонналарда негізгі колоннаға оның әртүрлі деңгейлерінен тіркелген
көмектес колонналарға қосымша тазалауға дистилляттар келеді. Көмектес
колонналардың қалдықтары қайтадан негізгі колоннаға түседі. (1.6 сурет, б).
I - шикізат, II - ректификат, III, IV, V - бүйірінен шығарылған өнімдер,
VI - қалдық, VII - су буы.
1.5 сурет - Бүйірінен шығарылған айдау секциялары күрделі
ректификациялық колоннаның сұлбасы
а) колонналардың тізбектелген схема; б) асылмалы схема.
1.6 сурет - Асылмалы колонналар
2 Бөлім. Ректификация процесі
2.1 Ректификация процесінің технологиясы
Ректификация - будың конденсациялануы салдарынан сұйықтық пен бу
қоспаларының қарама-қарсы
ағысты әсерлесуі нәтижесінде біртекті
қоспаларды құрам бөліктеріне бөлу процесі. Ректификациялық бағана
бойымен жоғары қарай қозғалған бу төмен қарай қозғалған сұйықтықпен
түйісіп, будың жартылай конденсациялануы мен сұйықтықтың жартылай
булануы жүреді. Бу құрамынан жоғары температурада қайнайтын компонент,
ал сұйықтықтан төиенгі температурада қайнайтын компонент бөлінеді. Осы
процестің нәтижесінде төмен қарай қозғалған сұйықтық жоғарғы
температурада қайнайтын компонетпен, ал бу төменгі температурада
қайнайтын компонетпен байытылады. Бағананың жоғарғы бөлігінде төменгі
температурада қайнайтын сұйықтықтан тұратын бу конденсацияланып,
ректификат түрінде бөлінеді. Ректификация процесінің принципиалды
сұлбасы (2.1 суретте) көрсетілген.
Бастапқы қоспаны сыйымдылықтан-1 сорғы-2 арқылы
жылуалмастырғышқа-3 жібереді мұнда қоспа қайнау температурасына дейін
қайнатылып колоннаға жіберіледі. Колоннаның жоғарғы бөлігінде жеңіл
қоспа болады. Ректификаця
колоннасында-4
тарелкалар орналасқан.
Қайнатқыштан-5 шыққан бу төменнен жоғары қарай көтеріледі. Әр бір
тәрелкеде жеңіл қоспалардың жарым жартылай конденсациясы болады, соның
әсерінен будыңда жарым жартылай конденсациясы болады. Қайнатқыштан
шыққан бу таза жеңіл компоненттей, ол жоғары көтерілген сайын жеңіл
компонентке байыйды да колонадан таза бу ретінде шығады. Дефлегматорда-
6 бу сұйыққа айналады. Сұйықтықтын бір бөлігі дефлегматордан өнделген
өнім ретінде тоңазытқышқа-7 келіп мұздатылып, сыйымдылыққа-8. Флегма,
стекая по колонне и взаимодействуя с паром, обогащается труднолетучим
компонентом [4]. Колоннадан сорғы-9
арқылы өнделген ауыр сұйықтық
сыйымдылыққа-10 келеді.
1,8,10 -сыйымдылық; 2, 9-сорғы; 3-жылу алмастырғыш; 4-ректификациялық
колонна; 5-қайнатқыш; 6-дефлегматор; 7-тоңазытқыш.
2.1 сурет - Ректификация процесінің принципиалды сұлбасы
Процестің негізгі мақсаты мұнайды фракцияларға бөлу болып
табылады. Электротермиялық қондырғысында (ЭТҚ) сусыздандырылған
және тұссыздандырылған мұнай насос арқылы жылуалмастырғышқа
жіберіледі. Онда мұнай 220-230
температураға дейін қыздырылады да, ары
қарай ректификациялық колоннаға жіберіледі. Атмосфералық қысымда
біріншілік айдау барысында мынадай өнімдер түзіледі:
1.
Негізінен пропан мен бутаннан тұратын сығылған (сұйыққа
айналдырған)газ. Құрамында
газ мол мұнайды өндегенде пропан-бутан
фракциясы айдау қондырғысынан сұйық түрінде ғана емес, сонымен бірге газ
түрінде де бөлініп шығады.
2.
Бензин фракциясы
30-180С аралығында айдалады. Бензин
фракциясын автобензиннің компоненті ретінде, каталитикалық риформинг
қондырғысының қажетті шикізаты есебінде пайдаланады.
3. Керосин фракциясы 120-315С аралығында айдалады. Реактивті
авиация двигательдердің жанармайлары, шарық шаммайларында, тракторлық
карбюраторлық двигательдердің отыны ретінде қолданылады.
4. Дизель фракциясы 180-350С аралығында айдалады. Бұрындары
дизель фракциясын атмосфералық газойль деп атаған. Бұл фракцияны
автомобильдерде, тракторларда, тепловоздарда,теңіз және өзен кемелерде
орнатылған двигательдерінің жанармайы ретінде пайдаланылады.
5. Мазут-мұнайды атмосфералық қысымда айдағанда түзілетін қалдық.
Оның бастапқы қайнау температурасы 330-350С. Мазут термиялық крекингтің
шикізаты болып саналады және отын ретінде де пайдаланады. Мазутты
өндегенде түзілетін вакуумдық дистиллят 350-500С температурада айдалады
және каталитикалық крекинг пен гидрокрекингтің шикізаты ретінде
қолданады. Бұл фракцияны кейде вакуумдық газойль деп атайды.
6. Гудрон-мазутты вакуумдық айдау кезінде қалатын қалдық, ол 500С-
та айдалады. Гудрон тұтқырлығы жоғары, 30-40С-та қатып қалатын өнім
болып саналады. Оны термиялық крекинг, кокстеу, битум мен тұтқырлығы
жоғары майлар өндіруде пайдаланады.
2.2 Ректификация колоннасын есептеу
Материалды балансын есептеу
Ректификация колоннасының үздіксіз істеуіндегі,кіретін және шығатын
ағынды санайтын материалды баланс теңдеуі келесі түрде болады:
GF = GD +GW ,
мұнда GF - бөлінуге түсетін сұйықтықтың массасы, кгс;
GD - дистиляттың массалық шығыны, кгс;
GW - кубтық қалдықтың массалық шығыны, кгс.
GF∙ХF = GD∙ХD +GW∙ХW ,
(1)
(2)
мұнда ХD - дистилляттағы төмен қайнайтын компоненттің
концентрациясы , массалы үлесі;
ХW - кубтық қалдықтағы төмен қайнайтын компоненттің
концентрациясы , массалы үлесі;
ХF - шығатын сұйықтықтың төмен қайнайтын компоненттің
концентрациясы , массалы үлесі.
Дистилляттағы массалық шығынды ХD анықтау үшін және и ХW кубтық
қалдықтың массалы шығынын анықтау үшін мәндерді (1) және (2)
теңдеулерге саламыз .
GD +GW = 10000 ,
GD ∙ 0,995 + GW ∙ 0,3 = 10000 ∙ 0,9 ,
GD ∙ 0,995 + (1000-GD) ∙ 0,3 = 9000 ,
0,695 ∙ GD = 9000 - 3000 ,
0,695 ∙ GW = 6000 ,
GD =8633 кгcағ ,
GD = 10000 − 8633 = 1367 кгсағ.
Дистиляттың массалық шығыны: GD = 8633 кгсағ.
Кубтық қалдықтығ массалық шығыны: GW =1367 кгсағ.
Келесі есептеулер үшін дистиллятпен кубтық қалдықтың қоректенудің
концентрациясын мольды үлесте көрсетеміз.
Қоректенуде
төмен қайнайтын компоненнтің құрамын келесі
формуладан есептейміз:
,
(3)
мұнда ХF - Қоректенуде төмен қайнайтын компоненнтің
концентрациясы, мольдік үлес;
Мт - төмен қайнайтын компоненнтің мольдік массасы, кгмоль;
Мж - жоғары қайнайтын компоненнтің мольдік массасы, кгмоль.
Мж = 60 кгкмоль;
Мт = 18 кгкмоль.
Дистилляттағы төмен
қайнайтын
компоненнтің
құрамын
келесі
формуладан есептейміз:
,
(4)
мұнда
ХD - дистилляттағы төмен қайнайтын компоненттің
концентрациясы , массалы үлесі.
Кубтық қалдықтағы төмен қайнайтын компоненнтің құрамын келесі
формуладан есептейміз:
,
(5)
мұнда ХF - шығатын сұйықтықтың төмен қайнайтын компоненттің
концентрациясы массалы үлесі.
(3), (4) және (5) теңдеулерді алып алғашқы мәндерді қойып төмен
қайнайтын компоненнтің құрамын анықтаймыз:
90
ХF =
90
18
18
100 90
60
0.9677 ,
99.5
ХD =
18 60
18
30
0.9985 ,
ХW =
18 60
18
0.5882 .
Қоректенудің қатысты мольдік шығынын мына формуламен есептейміз:
F
x D xW
x F xW
,
(6)
F
0.9985 0.5882
0.9677 0.5882
1.081.
Флегманың Rmin минималды саны мына формуламен есептеледі:
Rmin
xP yF
yF xF
,
(7)
мұнда
уF* - төмен қайнайтын компоненттің будағы
концентрациясы,қоректенудің сұйықтығымен тепе-тең.
Будағы төмен қайнайтын құрамын анықтаймыз:
УF*=0.977.
Флегманың Rmin минималды санын табу үшін табылған мәнді (7)
теңдеуге қоямыз.
Rmin
0.9985 - 0.977
0.977 0.9677
2.3 .
Флегманың R жұмыс саны мына теңдеумен анықталады:
R 1.3Rmin 0.3 ,
R 1.3 2.3 0.3 3.29 .
Флегманың артылу коэффициенті:
(8)
R
Rmin
3.29
2.3
1.43 .
(9)
Жұмысшы сызықтардың теңдеуі:99.5 100 99.5
30 100 30
a) коллонаның жоғарғы жағы:
y
R
R 1
x
Xd
R 1
,
(10)
мұнда R - флегмалық сан.
y
3.29
3.29 1
x
0.9985
3.29 1
0.77 x 0.23 ,
y 0.77 x 0.23 .
б) колоннаның төменгі жағы:
y
R F
R 1
x
F 1
R 1
Xw,
(11)
мұнда F - қоректенудің қатысты мольдік шығыны.
y
3.29 1.081
3.29 1
x
1.081 1
3.29 1
0.5882 ,
y 1.019 x 0.0111.
Содан соң колоннаның төменгі және жоғарғы бөлігінің орташа
массалық шығынды анықтау керек.
Арақатнасы арқылы анықтаймыз:
Lверх Gd R
Мв
Мd
,
Lн Gd R
Мн
Мd
+ Gf Мн ,
Мf
мұнда
және
массасы;
және
- дистилятпен бастапқы сұйықтықтың мольдік
- колоннаның төменгі және жоғарғы бөлігінің
орташа мольдық массасы.
Колоннаның төменгі және жоғарғы бөлігінің орташа мольдық массасы:
в
н
с рв в 1 с рв ,
с рн в 1 с рн ,
(12)
(13)
мұнда
және
- колонаның төменгі және жоғарғы жағындағы
сұйықтықтың орташа мольдік құрамы.
X срв
X срн W
2
2
0.9985 0.9677 0.9831,
2
0.5882 0.9677 0.77795 .
2
Сонда:
Mcpв= 0.9831 18 0.0169 60 18.71 кгкмоль,
Mcpн= 0.77795 18 0.22205 60 27.33 кгкмоль.
Бастапқы сұйықтықтың мольдік массасы:
MF= 0.9677 18 0.0323 60 19.36 кгкмоль.
Дистилляттың мольдік массасы:
MD= 0.9985 18 0.0015 60 18.06 кгкмоль.
Мәндерді койып:
Lв 8633 3.29
18.71
18.06
29425 кгч,
Lн 8633 3.29
27.33
18.06
+10000
27.33
19.36
57098 кгч.
және
колоннаның жоғарғы және төменгі жақтарындағы бу
ағынынының орташа массасы:
Gв Gd (R 1)
G Gd (R 1)
М ' в
Мd
'
,
.
M'в және M'н - колоннаның жоғарғы және төменгі жақтарындағы бу
ағынынының орташа массасы:
yсрн и yсрв
орташа массасы:
M'верх = Мв yсрв + Мукс (1-yсрв), (14)
M'н= Мвyсрн + Мукс(1-yсрн). (15)
- колоннаның жоғарғы және төменгі жақтарындағы будың
xD xF
x xF
yсрв
yсрн W
2
2
0.9989 0.975 0.987 ,
2
0.5882 0.975 0.7816 .
2
yD, yF және yW жұмысшы сызығынан аламыз. Сонда:
M'cpв= 0.987 18 0.013 60 18.546 кгкмоль,
M'cpн= 0.7816 18 0.2184 60 27.173 кгкмоль.
Осыдан:
Gв 8633 (3.29 1)
Gн 8633 (3.29 1)
18.546
18.06
27.173
18.06
38032 кгсағ,
55723 кгсағ.
тарельчатый колонна ректификация дефлегматор
Дефлегматордағы су шығынын есептеу
Дефлегматордың жылулық баланысын есептегенде , дистиляттың пары
түгелдей конденсацияғы ұшырайтынын есепке аламыз. Сонда салқындатаын
судың шығыны:
Gв.д.
P (R 1) M см. P rp
Cp (t к t н )
,
(16)
мұнда P - өнімнің мольдік массасы, кмольс;
R - оптималды флегмалық саны;
Mсмp - өнімнің мольдік массасы, кгкмоль;
rp - фазалық ауысудың өзіндік жылуы, кДжкг;
Cp - судың жылу сыйымдылығы, кДжкг*К ;
Cp=4190 Джкг*К;
Tк, Tн - салқындатылған судың алғашқы және соңғы мәні , ˚C;
Tн=12˚C Tк=45˚C жалпы жағдайда осы мәндер алынады.
rР rВК xР rВК 1 xР ,
(17)
мұнда rp - нақты бір компоненттің фазалық ауысудағы өзіндік
жылусыйымдылығы, кДжкг.
rp = 90 ∙ 0.59 + 88 ∙ (1-0,59) = 53.1∙ 3608 = 191158 Джкг.
Дистилляттың мольдік концентрациясы: Xw = 0,59
rнк =90, колоннаның төменгі жағының өзіндік жылуы
rвк = 88, колоннаның жоғарғы жағының өзіндік жылуыyD yF
y yF
Mсмp = 18,549 кгкмоль.
.
2.3 Ректификация колонналары және олардың түйісу жабдықтарын
жіктеу
Мұнай және газ өңдеуге қолданылып жүрген ректификация
колонналары бөлінеді:
1. Қолданылуы бойынша арналады:
- мұнай мен газды атмосфералық және вакуумда айыру үшін;
- бензинде қайталай айыру үшін;
- мұнайды, газ конденсаттарын, тұрақсыз бензиндерді тұрақтандыру
үшін;
- мұнайзауыттық, мұнай және табиғи газдарды фракциялау үшін;
- майларды тазарту кезінде еріткіштерді қайнату үшін; мұнай
шикізаты мен газдарды және т.б. термодеструктивті және
катализдік процестері өнімдерін бөлу үшін.
2. Сұйықтықтың сатыаралық әдісі бойынша:
- қайта ағынды жабдықтарымен бірге (бір, екі және одан да көп);
- құлау типіндегі ағынсыз жабдықтармен.
3. Булы-газды және сұйық фазалармен түйістіруді ұйымдастыру әдісі
бойынша:
- тарелкалық;
- сұғындырмалық;
- роторлық.
Қолданылып жүрген түйістіру жабдықтарының ішінде тарелкалық,
сұғындырмалық, ретификациялық колонналары кең таралған. Ректификация
колоннапарында сипаты мен техникалық-экономикапық көрсеткіштері
бойынша бір-бірінен өзгеше түйісу жабдықтарының жүздеген конструкциясы
қолданылады. Қазір осы күнгі түйісу жабдықтары конструкциялары (мысалы,
науа тәрізді тарелкалар) пайдаланылғанымен олар қажетті өнімдерді алуды
қамтамасыз етсе де оларды қазіргі және келешек өндіріс үшін ұсынуға
болмайды [5]. Түйісу жабдықтарын таңдау кезінде мынадай негізгі
көрсеткіштерді басшылыққа алады:
- өнімділігі жоғары;
- гидравликалық қарсыластығы бар;
- пайдалы әрекөт коэффициенті;
- жұмыс күшін түсіру диапазоны;
- шайырлы және басқа да қалдықтардың түзілуіне бейімділігі;
- материалды кеп қажетсінуі;
- конструкциясының қарапайымдылығы;
- жасалу, монтаждау және жөндеу ыңғайлылығы.
Конструкциялардың көп түрлілігі бойынша дұрыс бағдар жасау үшін
төменде (2.2 сурет) тек тазартуда ғана емес, сондай-ақ қоспаларды бөлудің
абсорбциялық және экстракциялық процестерінде қолданылатын түйісу
жабдықтарының жіктелуін береміз. Осы жіктелуге сәйкес тарелкалы түйісу
жабдықтары былай бөлінеді:
- түйісу фазаларының ағын қозғалысын кері ағу, тура ағу, айқаспалы ағу
және қималы тура ағуды ұйымдастыру тәсілдері бойынша; фазаларының
қиылуын реттөу бойынша. Сұғындырмалы түйісу жабдықтарын екі типке:
жүйесіз және жүйелі деп беле қабылданған.
Ағынға қарсы тарелкалар сұйықтық бойынша жоғары өнімділігімен,
конструкциясының қарапайымдылығымен, металдың аз жұмсалуымен
сипатталады. Олардың негізгі кемшіліктері - тиімділігінің төмендігі, қалыпты
жұмыс аясының тарлығы, колонналардың бөліктері бойынша ағындарды
біркелкі бөлі алмайтыны - оны пайдалануды елеулі түрде шектейді.
Тура ағын тарелкалар жоғары еңбек өнімділігімен ерекшеленеді, бірақ
бөлу тиімділігі жоғары емес, гидравликалық жоғары қарсыластығы бар,
жасағанда еңбекті көп тілейді, қысыммен бөлу процестерінде қолданылу
мүмкіндігі зор.
Тарелкалардың айқаспалы ағын типіне - олардың мұнай мен газды
өңдеу технологиясында басым қолданылатын мына түрлері жатады:
1. түйісу фазаларының реттелмейтін қимасы бар тарелкалардың
мынадай конструкциялары: тор көзді, тор көзді уатқышы бар, дөңгелек,
тік бұрышты, алты қырлы 3-тәрізді, науа тәрізді қалпақтары;
2.
реттелетін қимасы бар мынадай конструкциялы тарелкалар:
капсулды, дисклі, пластинкалы, эжекциялы жапқыштары бар; балласты
жапқышы бар; біріктірілген-қалпақты-жапқышты (мысалы, 5-тәрізді, және тор
көзді жапқышы бар).
2.2 сурет - Масса алмасу процестерінің түйісу жабдықтарының жіктелуі
Айқаспалы ағын тарелкалары барынша жақсы бөлгіштік қасиетімен
сипатталады, өйткені басқа тарелкаларға қарағанда онда сұйықтықтық көбірек
тоқталады. Қалпақшалы тарелкалардың кемшілігі
- олардың үлестік
енімділігінің төмендегі, гидравликалық қарсыластығының жоғарлылығы,
металдың кәп жұмсалатын, жасаудың қиындығы және бағасының
жоғарылығы. Тор көзді уатқышы бар тарелкалардың гидравликалық
қарсыластығы төмен, енімділігі жоғары, бірақ қалпақшалы тарелкаларға
қарағанда жұмыс ауқымы тар. Көбінесе вакуумды колонналарда
пайдаланылады.
Жапқышы бар және балласты тарелакалар кейінгі кезде әсіресе газ
жылдамдығы тез өзгеретін жағдайларда кеңінен қолданыла бастады және
түсістіру жабдықтарының ескі конструкцияларын бірте-бірте өндірістен
ығыстыра бастады.
Жапқышы бар тарелкалардың жұмыс істеу приницпі сол, тарелка үстіңгі
бос жатқан әр түрлі формадағы жапқыш тарелка мен жапқыш ортасындағы
тесік аумағын газ бен будың мөлшеріне қарай автоматты түрде реттеп
отырады, сөйтіп газ жылдамдығын яғни тарелкадағы гидравликалық
қарсыласуды бірқалыпты (жапқыштың көтерілу деңгейінде) қамтамасыз етеді.
Жапқыштың көтерілу биіктігі шектегіштің (кронштейн, аяқтары) биіктігімен
шектеледі.
Балласты тарелкалар клапанды тарелкадан жасалуы бойынша жапқыш
пен шектегіш арасында жапқыштан гөрі ауыр балластың орналасуымен
өзгешеленеді. Газ бен будың аз ғана жылдамдығының өзінде жапқыш көтеріле
бастайды. Газ жылдамдығының өсуімен жапқыш балластқа тақапады да
сонымөн бірге көтеріледі. Клапанды тарелкаға қарағанда балласты тарелка
осының нәтижесінде жұмысқа едәуір бұрын қосылады, жұмыс диапазоны
аумақты ( 1 5 - 2 0 %-ға), бөлгіштік мүмкіндігі жоғары және гидравликалық
қарсыласуы төмен (10 - 15 %). Қалпақшалыға қарағанда біріктірілген
қалпақты-жапқышты тарелкалар озық әрі тиімді. Мысалы, 5-тәрізді жапқышы
бар тарелка былай жұмыс істейді. Төмен жылдамдық жағдайында газ (бу) 5-
тәрізді элементтердің ойығы арқылы барботтанады да, газ жылдамдығы едәуір
ұлғайған кезде жапқыш жұмысқа қосылады. Тарелкалардың мұндай екі
кезеңдік жұмысы тазарту колоннасының өнімділігін 25 - 30 %-ға көтереді
және жұмыс күшінің елеулі көлемі жағдайында жоғары бөлгіштікті сақтайды.
Айқаспалы - тура ағынды тарелкалар айқаспалы ағын тарелкаларынан
былайша ерекшеленеді. Ондағы газ (бу) қуаты сұйықтықтың тарелка бойынша
қозғалуын үйлестіреді, сол арқылы тарелкадағы көлденең теңсіздік және
сұйықтықтың кері алмасуы тоқтатылады, нәтижесінде колонна өнімділігі
артады. Бірақ мұнда түйісудің тиімділігі айқаспалы тарелкаларға қарағанда
елеулі түрде төмен. Жапқышы бар жаңа шыққан тарелкалар ішінде дискілі
эжекционды (айқаспалы) және пластинкалы айқаспалы-тура ағынды
тарелкаларды атап өту керек, өйткені оларды МӨЗ-да енгізу мұнай айыру
қондырғыларының техникалық-экономикалық көрсеткіштерін жақсартты [6].
Эжекционды жапқышты тарелка - тесіктері (0 90 мм) және ауыстырып
құю жабдықтары бар полотно. Тарелка полотносындағы тесіктерге иілген
диск іспетті жапқыштар орнатылады (0 110 мм), ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Дипломдық жобаның зерттеу нысаны ретінде ректификация
колонасының жоғарғы және төменгі бөлігі
қарастырылады. Мұнайдың
ректификациялау процесін зерттеу үшін зертханалық жұмыс кешенің жасау.
National Instruments компаниясының LabVIEW графикалық бағдарламалау
ортасы таңдалды. Жұмыс нәтижелері Алматы Энергетика және Байланыс
Университетінің Инженерлік кибернетика кафедрасының Автоматтандыру
және басқару мамандығының оқу үрдісінде қолданылады .
Сонымен қатар, берілген жұмыста экономика және өміртіршілік
қауіпсіздігі мәселелері қарастырылды.
Аннотация
В дипломном проекте в качестве объекта исследования рассматривается
верхная и нижная часть ректификационой колонны. Разработан комплекс
лабораторных работ для исследования процесса ректификации нефти. Для
реализации проекта выбрана среда графического программирования LabVIEW
компании National Instruments. Результаты будут использованы в учебном
процессе специальности Автоматизация и управления кафедры Инженерной
кибернетики Алматинского университета энергетики и связи.
Кроме того, выполнены задачи по экономике и безопасности
жизнедеятельности.
Мазмұны
Кіріспе
1 Бөлім. Әдеби шолу
1.1 Қысқаша тарихи мәліметтер
1.2 Мұнай мен газдарды айыру және ректификациялау жөніндегі
жалпы мәліметтер
2 Бөлім. Ректификация процесі
7
8
8
11
17
2.1
2.2
Ректификация процесінің негізгі технологиясы
Ректификация колоннасын есептеу
17
19
2.3 Ректификация колонналары және олардың түйісу жабдықтарын
жіктеу
2.3.1 Ректификация колонналарында температуралық режимді реттеу
әдістері
2.3.2 Ректификация колоннасында қысым мен температура режимін
тандау
3 Бөлім. Қондырғыларды пайдалану бойынша LabView графикалық
бағдарламалау ортасында виртуалды зертханалық жұмысын өңдеу
25
30
32
34
3.1
LabView графикалық программалау ортасының сипаттамасы
34
3.2 Виртуалды зертханалық жұмыстардың құрылымы
3.3 Интерфейс сипаттамасы
4 Бөлім. Техника - экономикалық бөлімі
38
40
46
4.1
Бизнес жоспар
46
4.1.1 Виртуалды зертханалық жұмысты өңдеуге кететін шығындар
4.1.2 Маркетинг стратегиясы
4.2 Қаржылық жоспар
4.2.1 Капиталдық салымдарды есептеу
4.2.2 Виртуалды зерханалық жұмысты өңдеу шығынын есептеу
4.2.3 Электроэнергияға кеткен шығын
4.3 Жұмысшы жалақысы
4.3.1 Әлеуметтік салық
4.3.2 Амортизациялық шығын
4.3.3 Басқа шығындар
4.4 Жасалатын жобаның келісімді бағасын анықтау
4.4.1 Жобадан түсетін пайда
4.4.2 Жобадан қаржыны қайтару есептемесі
5 Бөлім. Өміртіршілік қауіпсіздігі
5.1 Дербес компьютер операторының еңбек жағдайларын талдау
5.2 Оператор бөлмесінің ауа тазарту жүйесін есептеу
5.3 Дербес компьютерді пайдалану ережелері
5.4 Электроқауіпсіздік
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі
Кіріспе
47
47
48
48
49
49
50
50
50
51
51
52
53
53
54
56
60
61
65
66
Соңғы 10-15 жылда мұнай және газ өнеркәсіптерінде өзгерістер болып
жатыр. Мұнай газ саласында автоматтандырусыз технологиялық процесстер
жүргізілмейтіні белгілі. Шынында да негізгі технологиялық процесстерді
бақылап, басқарып, олардың ауытқуын қадағалау керек. Бөлек агрегаттарды
қашықтықтан қосып өшіріп, тиектерді ашып жауып,алдын ала есептелген
есептеулерге сүйене отырып,жұмыс режимін сақтай білу керек.
Өндіріске
микропроцессорлардың,
дербес компьютердердің,
қолданбалы программалы қамтамасыздандырулардың арқасында
автоматтандыру жүйесі түгелдей өзгерді.
Мұнай өңдеудің негізгі процесстерінің бірі болып ректификация
процессі болып табылады. Процестің негізгі мақсаты мұнайды фракцияларға
бөлу болып табылады. Электротермиялық қондырғысында (ЭТҚ)
сусыздандырылған және тұссыздандырылған мұнай насос арқылы
жылуалмастырғышқа жіберіледі. Онда мұнай 220-230 0С температураға дейін
қыздырылады да, ары қарай ректификациялық колоннаға жіберіледі.
Атмосфералық қысымда біріншілік айдау барысында мынадай өнімдер
түзіледі: негізінен пропан мен бутаннан тұратын сығылған (сұйыққа
айналдырған)газ,бензин фракциясы 30-180С аралығында айдалады,керосин
фракциясы,дизель фракциясы,мазут-мұнайды атмосфералық қысымда
айдағанда түзілетін қалдық. Бұл фракцияны кейде вакуумдық газойль деп
атайды. Гудрон-мазутты вакуумдық айдау кезінде қалатын қалдық. Оны
термиялық крекинг, кокстеу, битум мен тұтқырлығы жоғары майлар өндіруде
пайдаланады.
Дипломдық жобаның мақсаты Типтік технологиялық үрдістерді және
өндірістерді автоматтандыру пәні бойынша 5В070200- Автоматтандыру және
басқару
мамандығының студенттері үшін виртуалды зертханалық
жұмыстарды LabView графикалық бағдарламалау ортасында өңдеу
болып
табылады. Бұл лабораториялық жұмыс ректификаця процесін жетік меңгеру
үшін таптырмас шешім болып табылады. Жоғарыда айтылған мақсатқа жету
үшін келесi есептерді шешуге керек:
1. Ректификация процесінің принципиалды сұлбасымен танысу.
2. Виртуалды зертханалық жұмысты құрастыруға программа ортасын
таңдау.
3. Виртуалды зертханалық жұмыстың құрылымдық сұлбасын жасау.
4. Ректификация процесінің принципиалды сұлбасын программалық іске
асыру.
5. Виртуалды стендті программалық іске асыру.
6. Виртуалды стендте тәжірибелерді орындау.
7. Пайдаланушы нұсқауын жасау.
8. Экономикалық тиімділігін есептеу.
9. Өміртіршілік қауіпсіздік бөлімі.
1
Бөлім. Әдеби шолу
1.1 Қысқаша тарихи мәліметтер
Мұнай тау жыныстарынан бөлінуі туралы ойлар әртүрлі дәуірдегі қол
жазбаларда кездеседі. Геродот (біздің дәуірге дейінгі 5 ғасырда) Плутарх,
Плиний (біздің дәуірге дейінгі1 ғасырда) және басқа ғалымдардың
еңбектерінде мұнайдың кен орындарының Өлік теңіз жағасында, Сирияда,
Персияда, Индияда, Жерорта мен Каспий жағалауында және Амударья
жағалауында барлығы келтіріледі.
Ерте заманнан бастап мұнайды отын және жарық аллу үшін
пайдаланған. Жарық шыраққа шикі мұнай құйылатын болғандықтан оның ең
тиімдісі жеңіл мұнай болған. Уақыт өткен сайын жеңіл мұнай жетпей, ауыр
мұнайды айдап шыраққа отын ала бастады. Сондай қарапайым мұнайды айдау
қондырғылары орта ғасырларда (16-ғасыр) Закавказда, Батыс Украйнада, Ухта
өзенінің бойында пайдаланды. 1821-1823 жж. Солтүстік Кавказда Моздок
қаласының аймағында аға-інілі Дубининдер бірінші болып мұнайды айдаудың
өндірістік қондырғысын іске қосты.
Англияда мұнайды айдауды 1848 ж. бастады, ал АҚШ-та Татусвилле
қаласында (Пенсильвания штатында) бірінші айдау қондырғысы 1860 ж. іске
қосылды.
Бірінші айдау қондырғыларындағы негізгі аппарат, оқтын-оқтын
істейтін, куб болып саналады, ал алатын бірден бір мақсатты өнім жарық
керосині болды. Жеңіл бензин фракциясын және ауыр қалдықты - мазутты,
басқа пайдалану жолы болмағандықтан, жағып жіберетін. Бірінші мұнай
зауытын Бакуде кен инженері Восбоиников 1837 ж. іске қосты.
Оқтын-оқты жұмыс істейтін кубтарды 19-ғасырдың 80-жылдары орыс
инженерлері А.Ф.Инчик, В.Г. Шухов және Н.Н. Елин ойлап тауып іске
асырған үздіксіз жұмыс істетін куб батарейлері ауыстырды. 1876 ж. сұйық
отынды жағу үшін форсунканы ойлып тапты, бұл бу қазандары үшін отын
есебінде мазутты пайдалануға мүмкіндік береді. Сол жылы орыстың ұлы
ғалымы Д.И.Менделеев мазуттан майларды алудың мүмкін екендігін
дәлелдеді. Осының нәтижесінде мұнай майлары осыған дейін кейбір
салаларда пайдаланып келген өсімдік және мал майларын ығыстыра бастады
да Ресейде, АҚШ-та және басқа кейбір мемлекеттерде мұнайдан майлар
өндіретін зауыттар салына бастады.
1890ж. В.Г. Шухов және С.П. Гаврилов үздіксіз жұмыс істейті құбырлы
мұнай айдау қондырғысын жасағандарына патент алды. Бұл қондырғы отпен
қыздыратын иілген құбырдан, буландырғыштан, ректификациялаушы
колоннадан және жылу алмастырушы аппараттан тұрады. Бұл қондырғы
қазіргі мұнайды айдау қондырғысындай еді. 1910ж. кейін мұнайды үздіксіз
айдау қондырғыларын барлық елдерде де көп қолдана бастады.
ХХ ғасырдың бірінші жартысындағы мұнай өндеу технологиясының өсу
жолдары. Мұнай өндеу өндірісінің өсуінің бастапқы дәуірі мұнайды алғашқы
бірінші айдау әдістерін пайдаланумен сипатталады, мұнда мұнайдың оның
құрамындабастапқы бар заттарды ғана бөлді. Одан әрі бензин, керосин, дизель
отыны сияқты өте құнды өнімдердің шығымын арттыру үшін тағы да олардың
сапасын көтеру мақсатында, мұнай өнімдері екінші өңдеу процестеріне өткізе
бастады. Екінші процестер, мұнайды алғашқы айдаудан алынға өнімдерді
өндеуді әртүрлі термиялық және химиялық әдістерді қолданумен
сипатталады.
Дүние жүзі бойынша мұнай өндеу көлемі соңғы жылдары, оың өндіру
қарқынына пропорционады өзгеріп келді.
1960-1970 жж. жақын Шығыс және Латынамерикалық арзан
мұнайлардың көптігінен, МӨЗ-дың қуаттары дүние жүзі бойынша күшті
қарқынмен, онымен қатар мұнай өңдеу көлемі де өсті. Дүние жүзілік мұнай
өндеу саласында сандық және сапалық секірістер 1970-1980 жж. яғни мұнай
құнының күрт өзгермеумен және соның әсерінен, оны өндірудің азаюымен
байланысты болды. Мұнайды өңдеудің көлемі жағынан жетекші рөл АҚШ-қа
тән. Бұл елде мұнай өндеу терендігі өте жоғары(86) және негізінен бензин
өндіруге (47% мұнайға) бағытталған. Канаданың да
мұнай өңдеудегі
көрсеткіштері АҚШ көрсеткіштеріне ұқсас және жақы.
Бұл кездерде бұрыңғы КСРО-да мұнай (газ конденсатын) өндіру және
өндеу жоғары қарқынмен өсуде болды. Батыс Сібірде, Қазақстанда үлкен
мұнай кен орындарының іске қосылып, көп мұнай бере бсатағандығынан,
батыс және солтүстік батыс аудандарда жаңа мұнай өңдеу өндірістері -
Белоруста Жаңаполоц және Мозыр, Литвада - Мажей, Украйнада -
Кременчук, Санкт-Петербург облысында Кириш, Қазақстанда - Шымкент
және Павлодар, Түркменияда - Красновод, Чарджоу және басқа жаңа МӨЗ
іске қосылды, кейбір бұрыңғы зауыттар күрделі жаңартудан өтті. Мұнай
өңдеудегі үлкен жетістік Еділ-Орал және Қазақстандағы мұнайлы аудандарда
өндірілген күкіртті, жоғарлы шайырлы және парафинді мұнаиларды өңдеудің
жаңа технологиясын жасау және игеру болып саналады.
Мұнай өңдеуде жаңа процестер, каталитикалық кретинг, платина
катализаторын пайдаланып каталитикалық риформинг, әртүрлі дистиляттарды
гидротазалау іске асырыла бастады. Сының нәтижесінде мұнай өнімдерінің
сапасы артты, мотор отындарын және органикалық синтезге қажетті
көмірсутекті шикі зат өндіру өсті. Өндіріс көлемінде пайдаланушы мқнай
шикі заттары жасанды май қышқылдарын, жасанды спирт, полиолефиндер,
жасанды талшықтар, жсанды каучук, минералды тыңайтқыштар өндіру
мақсатында кең өріс лды. Мұнаи шикі затын пайдалану, бұрын техникалық
мақсатта қолданылып келген көп азықтық заттар (бидай, картоп, майлар), бұл
мақсаттан босады [1].
1970 жылдары мұнай өңдеуде үлкен қуатты және құрастырма
қондырғылар іске қосыла бастады. Қуаты 1-2 млн.тж мұнайда атмосфералық
айдау қондырғыларының орнына қуаты 6-8 млн.тж құрастырма, мұнайды
тұздардан айыру, алғашқы айдау және мұнай дистилляттарын екінші кезекте
өңдеуге қажетті процестері бар қондырғылар салына бастады; қуаты 300
мың т каталитикалық риформинг қондырғысы орнына 600-1000 мың тж
өңдейті қондырғылар істей бастады.
ЛК-6У құрастырма жүйесінде технологиялық процестерді
құрастырудың тиімділігі оларды пайдалануда дәлелденді. Екі ЛК-6У
жүйесінен тұратын зауыт сал, қуаты сондай, бірақ қондырғылары өз алдына
тұрған зауытпен салыстырғанда, металл шығыны 2,6 есе, ал капиталдық
салымды 24% қысқартады, еңбек өнімділігі екі есе арттырады. Осындай 8 ЛК-
6У қондырғылары алты МӨЗ құрамында салынды.
Бұрыңғы КСРО-да 1980 жылдардың ортасында мұнай өндіру деңгейі
тұрақтанды (1985ж. 595 млн. т мұнай өндірілді). Бұл қайта түзілмейтін, қоры
шектеулі, өте құндышикі заты толық және терең өңдеп пайдалануды талап
етті. Сонымен қатар, кейбір бұрын мұнайдың көп мөлшерін өңдеп келген
алқаптарда (Орал және Поволжье, Апшерон түбегі, Украина) оны өндіру
көлемі азайды, ал Батыс Сібірде тұрақтанып барып, кейін өндіру көлемі кеми
бастады. 1986-1990 жж. Каспий жағалауындағы терең су астындағы мен
континентальді шельфтердегі мұнай газ кен орындарын игере бастады. Жаңа
аудандарда мұнай өндіру қоны, әсіресе шельфте, қазіргі құнынан жоғары
болып, мұндай құнды шикі затты тиімді пайдалану қажеттігі туындайды.
Мұнай өндіру кеми бастады, өндірілген мұнайдың қымбатққа түсуі және
сұйық отын мен майларға сұраныстың артуына байланысты. Мұнай
өнімдерін өте тиімді пайдаланудың қажеттігі туындайды. Оларды
энергетикалық қондырғыларда (жылу электр станцияларында, үлкен
қазандықтарда) пайдалануды өте азайтукерек; қозғалтқыштардың
конструкцияларының, отынды және майлаушы материалдарды аз жұмсайтын,
тиімді түрін жасау қажет; мұнай және мұнай өнімдерінің шығынын өндіруші
орындарымен (мұнай кен орындарында, МӨЗ) қабат, пайдаланушыларды да
шығынын азайту керек; мұнайды өңдеуді тереңдету, әртүрлі термиялық және
химиялық әдістермен мұнайдан, оның бастапқы құрамындағы мөлшерден 1,5-
1,8 есе көп мөлдір мұнай өнімдерін өндіру қажеттігі туындайды.
Мұнайды терең өңдеу құжатын іске асыру үшін шикі затты жақсылап
дайындау, олардан катализатордың активтілігін төиендететін заттардан
(металдардан, асфальтендерден, күкірттен және басқа) тазарту қажет. Терең
өңдеуге керекті қондырғылар үшін,жоғары қысымдарда және
температураларда, сутегі және күкіртті сутегі ортасында жұмыс істеуге
есептелген арнайы құрал жабдықтар жасалуда.
Отындар мен майларды өндіру үшін мұнайдан басқа шикі зат түрлерін
пайдалану өте актуалды болып отыр. Қазіргі кезде автомобиль
қозғалтқыштарында отын есебінде бензиннің орнына сығылған табиғи газды
және сұйық газды (пропан және бутанды) көп қолдана бастады. Автомобиль
бензиндерінің компоненттері есебінде оттегі бар қосылыстарды, әсіресе метил
спирті мен изобутеленнен синтездеп алынатын метил-трет-бутил эфирін
қолданады.
1.2 Мұнай мен газдарды айыру және ректификациялау жөніндегі
жалпы мәліметтер
Айыру (дистилляция) - бұл бастапқы қоспадан қайнау температуралары
бойынша бір-бірінен ажыратылатын мұнай мен газдардың фракцияларға
физикалық бөліну процесі. Процесті өткізу әдісі бойынша қарапайым және
күрделі деп бөледі.
Қарапайым айыру
біртіндеп, бір мәрте және көп мәрте буландыру
арқылы жүзеге асырылады.
Біртіндеп буландыру арқылы айыру мұнайды бастапқы температурадан
соңғы температураға дейін біртіндеп жылытудан тұрады және процесс кезінде
пайда болған буды үздіксіз бөліп және конденсациялап отырады. Мұнайды
айырудың бұл әдісі лаборатоиялық тәжирибеде оның фракциялық құрамын
анықтау үшін қолданылады.
Бір мәртелік айыру кезінде сұйықтық (мұнай) тиісті температураға дейін
жылытылады, пайда болған және теңестірілуге жеткізілген буды сұйық фаза -
қалдықтан бір рет бөледі. Бұл әдіс біртіндеп булау арқылы айыруға қарағанда
бірдей температура мен қысым жағдайында айырудың көп үлесін қамтамасыз
етеді. Мұнай айыру тәжірибесінде бұл жақсы қасиетті, мұнай крекингін
болдырмайтын шектеулі температурада буды барынша іріктеп алу үшін
қолданылады.
Көп мәрте буландыру арқылы айырудың мәні - алдыңғы процестегі
қалдық қатынасымен салыстырғанда бір реттік айыру процесін барынша
жоғары температурада және төмен қысымда ұдайы қайталау болып табылады.
Күрделі айыру процесін дефлегмациялық және ректификациялық
процестерден ажырата қарайды [2].
Дефлегмациялы айыру кезінде пайда болған буды конденсациялайды да,
конденсаттың бір бөлігін флегма түрінде бу ағынына қарсы береді. Бу мен
сұйықтық ағынынның түйісуі нәтижесінде, жүйеден кеткен бу төмен
қайнайтын компоненттермен қосымша байиды, сөйтіп қоспалардың
ажыратылуы жақсарады.
Ректификациялы айыру - Ректификациялық колонна деп арнайы
қондырғылармен-ректификациялық табақшалармен
немесе
насадкамен-
қамтамасыз етілген вертикаль цилиндр тәріздес мұнайды айдап өндеуге
арналған аппаратты айтады (1.1 сурет). Табақшалар мен насадка колоннаның
бойымен көтерілген будын төмен қарай ағатын сұйықпен тығыз жанасуын
қамтамасыз етеді. Ректификациялық колоннаның жоғарғы жағынан төмен
жатқан тәрелкелерге үнемі сұйық (флегма) ағып түсіп жатады.
1.1 сурет - Мұнайдың ректификациясы
Дайын өнімнің бір бөлігі (ректификакт) конденсацияланғаннан кейін
байытылған сұйық (суармалау) түрінде жоғарыдағы тәрелкеге қайтарылып
отырады. Колоннаның төменгі жағынан бу үздіксіз жоғары қарай көтеріліп
отырады. Колоннада бу ағымын үнемі тудырып отыру үшін колоннадан
шығарылатын қалдықтың бір бөлігі қыздырылып буға айналдырылады да
колоннаға кері қайтарылып отырады.
Қарапайым және күрделі қоспаларды ректификациялау периодты
немесе үздіксіз жұмыс жасайтын тізбектерде іске асырылады. Мерзімді
(периодты) жұмыс жасайтын тізбектер өнімділігі төмен қондырғыларда қөп
мөлшердегі фракцияларды алу және бөлудің жоғарғы нақтылығы қажет
болған жағдайларда қолданады (1.2 сурет). Шикізат айдаушы кубқа 1 оның
диаметрінің 23 биіктігіне дейін түседі, онда тұйық газдың буымен
қыздырылады. Ректификациялық қондырғының жұмыс атқарушының бірінші
кезеңінде қоспасының ең ұшқыш компонентін шығарып алады, мысалы:
бензолдық басты одан соң ауа температурасын көтермеле отырып, қайнау
температурасы жоғарырақ компонентті алады (бензол, толуол және т.б). Өте
жоғары температурада қайнайтын қоспалар кубта қалады және кубтың
қалдығын қалыптастырады. Ректификациялау процессі аяқталғаннан кейін, ол
қайтадан шикізатпен толтырылады және ректифиуациялау қайтадан
басталады. Кезендік процесі жылудың көп шығындылығымен және
қондырғының
төмен өнімділігімен шартталады. Үздіксіз әрекеттегі
қондырғыда (1.3 сурет) аталып өткен көп кемшіліктер жоқ. Мұндай
қондырғының принципі схемасы суреттее көрсетілген. Шикізат жылу алмасу
бөлімімен 1 қыздырушы 2 түседі және әрі қарай ректификациялау тізбегінің 3
әртүрлі деңгейіне түседі. Төменгі фракцияларды 4 қайнатушыда қыздырады
және содан соң қайтадан ректификациялау тізбегіне түсіреді. Бұл жағдайда ең
ауыр бөлік қайтнатушыдан тізбектің төменгі жағына түсіріледі, және сұйық
тұнбамен бірге, әрі қарай ауыр фракцияларды өндеуге жіберіледі. Ал жеңіл
фракциялар жоғарыдан тоңазытқыш-конденсаторға түсіп, және әрі қарай 6
аккумулятордан ішінара кері тізбекке суландыру үшін түседі, ал ішінара жеңіл
фракцияларды әрі қарай өндеу үшін жіберіледі. Алынатын өнімнің санына
байланысты, ректификациялау тізбектері қарапайымды және күрделі болып
бөлінеді. Біріншіден, ректификациялауда екі өнім алынады, мысалы жанармай
және жартылай мазут. Екіншілері үш және одан да көп өнімдерді шығаруға
бағытталады. Олар бір бірімен жалғас қосылған қарапайым тізбектерді
сипаттайды, олардың әрқайсысы өзіне түсетін қоспаны екі компонентке бөліп
отырады. Айдап шығаратын немесе бумен өндейтін секция шикізатты
ендіретін жерден төмен орналасады. Бөліну үшін ыдысқа берілетін шикізат
қоректендіру ыдысы деп аталады. Айдап шығаратын секциясының мақсатты
өнімі болып,сұйық қалдық саналады. Концентрациялау немесе бекіту
секциясы қоректендіру ыдысының үстінде орналасады. Бұл секцияның
мақсатты өнімі болып ректификат буы саналады. Ректификациялау тізбегінің
концентрациялау секциясының қалыпты жұмысына суландыру және жылу
беру (қайнатушы арқылы), немесе айдап шығу секциясына өткір су буын
ендіру қажет болады.
1-айдаушы кубы, 2-ректификациялық қондырғы, 3-конденсатор-
тоңазтқыш, 4-аккумулятор, 5-тоңазтқыш, 6-сораптар.
1.2 сурет - Периодты жұмыс жасайтын қондырғының принципті
схемасы
1- жылуалмастырғыш, 2-қыздырғыш, 3-ректификациялық колонна,
4-қайнатушы, 5-конденсатор-тоңазытқыш, 6-аккумулятор.
1.3 сурет - Үздіксіз әрекеттегі қондырғының принципті схемасы
Ректификациялық колоннада әр табақша арқылы 4 ағын өтеді:
1. Жоғарыда орналасқан тәрелкеден төмен ағатын сұйық-флегма.
2. Төменде орналасқан тәрелкеден келетін бу.
3. Төменде орналасқан тарелкеге ағатын сұйық-флегма.
4. Жоғарыда орналасқан тәрелкеге көтерілетін бу.
Ректификациялық колоннаның құрылысы жоғары көтерілетін будың
жартылай конденсациялауына, сөйтіп табақшаларда жиналуына мүмкіндік
береді. Жиналған сұйық фракция арнайы ағын арқылы төмен ағып кетеді.
Қалған бу түріндегі өнімдер сұйық арқылы өтіп,жоғары көтеріледі. Көтерілу
булары мен төмен түсетін сұйық (флегмамен) арасында жанасуды қамтамасыз
ететін құрылымының ішкі құрылысына сәйкес ректификациялау тізбектері
қондырылмалы, табақшалы, роторлы және т.б болып бөлінеді. Қысымға
байланысты олар: жоғарғы қысымдық ректификациялау, атмосфералық және
вакуумдық тізбектеріне бөлінеді.
Біріншілері мұнайды және жанармайды тұрақтандыру, және оларды
крекинг қондырғыларында газофракциялауда және гидрогенизациялауда
қолданылады. Атмосфералық және вакуумдық ректификациялау тізбектері
негізінде мұнай қалдықтарын, қалдық мұнай өнімдерін және
дистилляторларды айдауда қолданылады. Бұларды және сұықтарды біркелкі
бөлу үшін қондырмалы тізбектерде қондырғы ретінде шарлар, призмалар,
пирамидалар, цилиндрлер (әртүрлі материалдардан жасалған)-әдетте
тығыздалған көмір шаңынан жасалынады, олардың сыртқы диаметрлері 6-дан
70 мм дейін және бетінің ауданның көлеміне қатынасы 500-ден бастап
жоғары. Қондырғыны себу арқылы арнаулы табақшаларға орнатады, олардың
бу және флегманың ағып өту үшін тесіктері болады. Қондырғыларды
қолданудың мақсаты болып, бірін-бірі қаныстыру үшін флегма мен булардың
бір-бірімен жанасу ауданын ұлғайту болады. Қондырмалы тізбектің дұрыс
жұмыс атқаруы үшін өте мәнді болып ағып түсетін флегма мен булардың
тізбекті көлденең кесу бойынша біркелкі таралуы болады. Бұдан жақсы әсерді
қондырғы денесінің біркелкілігі, жоғары шығатын бұлар ағымының мүмкін
болатын ең үлкен жылдамдығы, қондырғы қабаттарының біркелкі бөлінуі
және тізбектің қатаң түрдегі тіктігі тигізеді. Тәжірибеде мүмкін болған булар
мен флегмалардың алғашқы біркелкі бөлінуі бұзылады, себебі бу сұйықты
тізбек қабырғасына шығаруға және қондырғының ортасы арқылы жылжи
отыруға ұмтылады. Осыған байланысты, қондырғы бірнеше қабатқа бөлінеді,
ал қондырғылар орналасатын табақшалардың арнаулы конструкциясы
болады, олар қайтадан ағымдарды қондырғынын әрбір қабатынан кейін
біркелкі қайта бөлуге мүмкіндік жасайды. Қондырмалы тізбектерді
пайдаланудың тиімділігі өте жоғары болады, дегенмен де қолайсыздықтар да
бар: қондырғыны кезең-кезенде тізбектен шайырлық бөлшектерден бірте-
бірте оларды қамтып алатын және оның сулануын төмендететін тазарту үшін
шығарып алып отыру керек, сонымен қатар қондырмалы тізбектерді қолдану
будың белгілі бір қысымын және түсетін флегманың мөлшерін ұстай тұру
үшін өте қатаң талаптарды алға қояды [3]. Тізбекте будың қысымы
төмендеуде флегманың ағып түсуі жылдамданады және бу мен сұйықтың
бірімен-бірінің жанасу беті күрт төмендейді. Будың қысымының өсуінде
флегманың ағып түсуі баяулайды, бұл оның қондырғының жоғарғы қабатында
жинақталуына және будың тізбектің төменгі жағында жабылып қалуына
келтіреді (тізбектің булығуына). Бұл бу қысымының тізбектің төменгі
жағында одан да әрі көтерілуіне алып келеді және қиын сәтте бу флегма
арқылы тізбектің жоғарғы бөлігіне өтеді. Тізбектің булығу салдарынан бу
мен сұйықтың жанасу бетінің күрт төмендеуі орын алады. Табақшалы
тізбектерде (1.4 сурет) бу ағымымен флегманың жанасу бетін көтеру үшін
қондырғының орнына арнаулы құрылымдағы көптеген табақшаларды
қолданады. Флегма табақшадан табақшаға төмен жіберетін құбырлар арқылы
ағып түседі, бұнда аралықтар, табақшадағы сұйық қабатының тұрақты
деңгейін қамсыздандырып тұрады. Бұл деңгей қалпақтар шеттерін флегмаға
салынған жағдайда ұстап тұрады. Аралықтар келесі табақшаға ағып түсу үшін
түсетін флегманың артық мөлшерін ғана жібереді. Табақшалы тізбектің
әрекект принципі-бу мен флегманың бірін-бірінің қанықтыруы саналады бу
қысымымен флегма қабаты арқылы төменнен жоғары қарай әрбір табақшаға
өту есебінен. Будың флегмадан өте майда көпіршік ретінде өтуі есебінен
бумен сұйықтың жанасу беті өте биік болады.
1.4 сурет - Ректификациялық колоннадағы бу мен сұйықтықтың
қалпақты табақшалар арқылы контактілеу
Табақшалар құрылымы сан алуан келеді.Торлы,шарбақты,
каскадты,клапанды, инжекционды және комбинацияланған табақшалар
қолданылады. Табақшалар құрылымын нақты технологиялық талаптарға
байланысты тандайды. Қазіргі кезде мұнайды өндеу үшін пайдаланылып
жүрген қондырғыларда қарапайым колонналармен бірге күрделі колонналарда
қолданылып жүр. Күрделі колонналар бірнеше қарапайым колонналардан
құралған. Мысалы бүйірінен шығарылған айдау секцияларлы күрделі
ректификациялық колонналар (1.5 сурет).
Мұнайды өндеу бағытына қарай өндірісте ректификация процесін
күрделі колонналардың әртүрлі комбинациялары іске асады. Шикізаттардың
және арадағы өнімдердің ауысуына байланысты күрделі ректификациялық
колонналардың, мысалы тізбектелген және асылмалы түрлері болады (1.6
сурет). Тізбектелген колонналарда әрбір кейінгі колоннаның ауыр өнімі
біржолы өткен колоннаның флегмасы болып келеді (1.6 сурет, а). Асылмалы
колонналарда негізгі колоннаға оның әртүрлі деңгейлерінен тіркелген
көмектес колонналарға қосымша тазалауға дистилляттар келеді. Көмектес
колонналардың қалдықтары қайтадан негізгі колоннаға түседі. (1.6 сурет, б).
I - шикізат, II - ректификат, III, IV, V - бүйірінен шығарылған өнімдер,
VI - қалдық, VII - су буы.
1.5 сурет - Бүйірінен шығарылған айдау секциялары күрделі
ректификациялық колоннаның сұлбасы
а) колонналардың тізбектелген схема; б) асылмалы схема.
1.6 сурет - Асылмалы колонналар
2 Бөлім. Ректификация процесі
2.1 Ректификация процесінің технологиясы
Ректификация - будың конденсациялануы салдарынан сұйықтық пен бу
қоспаларының қарама-қарсы
ағысты әсерлесуі нәтижесінде біртекті
қоспаларды құрам бөліктеріне бөлу процесі. Ректификациялық бағана
бойымен жоғары қарай қозғалған бу төмен қарай қозғалған сұйықтықпен
түйісіп, будың жартылай конденсациялануы мен сұйықтықтың жартылай
булануы жүреді. Бу құрамынан жоғары температурада қайнайтын компонент,
ал сұйықтықтан төиенгі температурада қайнайтын компонент бөлінеді. Осы
процестің нәтижесінде төмен қарай қозғалған сұйықтық жоғарғы
температурада қайнайтын компонетпен, ал бу төменгі температурада
қайнайтын компонетпен байытылады. Бағананың жоғарғы бөлігінде төменгі
температурада қайнайтын сұйықтықтан тұратын бу конденсацияланып,
ректификат түрінде бөлінеді. Ректификация процесінің принципиалды
сұлбасы (2.1 суретте) көрсетілген.
Бастапқы қоспаны сыйымдылықтан-1 сорғы-2 арқылы
жылуалмастырғышқа-3 жібереді мұнда қоспа қайнау температурасына дейін
қайнатылып колоннаға жіберіледі. Колоннаның жоғарғы бөлігінде жеңіл
қоспа болады. Ректификаця
колоннасында-4
тарелкалар орналасқан.
Қайнатқыштан-5 шыққан бу төменнен жоғары қарай көтеріледі. Әр бір
тәрелкеде жеңіл қоспалардың жарым жартылай конденсациясы болады, соның
әсерінен будыңда жарым жартылай конденсациясы болады. Қайнатқыштан
шыққан бу таза жеңіл компоненттей, ол жоғары көтерілген сайын жеңіл
компонентке байыйды да колонадан таза бу ретінде шығады. Дефлегматорда-
6 бу сұйыққа айналады. Сұйықтықтын бір бөлігі дефлегматордан өнделген
өнім ретінде тоңазытқышқа-7 келіп мұздатылып, сыйымдылыққа-8. Флегма,
стекая по колонне и взаимодействуя с паром, обогащается труднолетучим
компонентом [4]. Колоннадан сорғы-9
арқылы өнделген ауыр сұйықтық
сыйымдылыққа-10 келеді.
1,8,10 -сыйымдылық; 2, 9-сорғы; 3-жылу алмастырғыш; 4-ректификациялық
колонна; 5-қайнатқыш; 6-дефлегматор; 7-тоңазытқыш.
2.1 сурет - Ректификация процесінің принципиалды сұлбасы
Процестің негізгі мақсаты мұнайды фракцияларға бөлу болып
табылады. Электротермиялық қондырғысында (ЭТҚ) сусыздандырылған
және тұссыздандырылған мұнай насос арқылы жылуалмастырғышқа
жіберіледі. Онда мұнай 220-230
температураға дейін қыздырылады да, ары
қарай ректификациялық колоннаға жіберіледі. Атмосфералық қысымда
біріншілік айдау барысында мынадай өнімдер түзіледі:
1.
Негізінен пропан мен бутаннан тұратын сығылған (сұйыққа
айналдырған)газ. Құрамында
газ мол мұнайды өндегенде пропан-бутан
фракциясы айдау қондырғысынан сұйық түрінде ғана емес, сонымен бірге газ
түрінде де бөлініп шығады.
2.
Бензин фракциясы
30-180С аралығында айдалады. Бензин
фракциясын автобензиннің компоненті ретінде, каталитикалық риформинг
қондырғысының қажетті шикізаты есебінде пайдаланады.
3. Керосин фракциясы 120-315С аралығында айдалады. Реактивті
авиация двигательдердің жанармайлары, шарық шаммайларында, тракторлық
карбюраторлық двигательдердің отыны ретінде қолданылады.
4. Дизель фракциясы 180-350С аралығында айдалады. Бұрындары
дизель фракциясын атмосфералық газойль деп атаған. Бұл фракцияны
автомобильдерде, тракторларда, тепловоздарда,теңіз және өзен кемелерде
орнатылған двигательдерінің жанармайы ретінде пайдаланылады.
5. Мазут-мұнайды атмосфералық қысымда айдағанда түзілетін қалдық.
Оның бастапқы қайнау температурасы 330-350С. Мазут термиялық крекингтің
шикізаты болып саналады және отын ретінде де пайдаланады. Мазутты
өндегенде түзілетін вакуумдық дистиллят 350-500С температурада айдалады
және каталитикалық крекинг пен гидрокрекингтің шикізаты ретінде
қолданады. Бұл фракцияны кейде вакуумдық газойль деп атайды.
6. Гудрон-мазутты вакуумдық айдау кезінде қалатын қалдық, ол 500С-
та айдалады. Гудрон тұтқырлығы жоғары, 30-40С-та қатып қалатын өнім
болып саналады. Оны термиялық крекинг, кокстеу, битум мен тұтқырлығы
жоғары майлар өндіруде пайдаланады.
2.2 Ректификация колоннасын есептеу
Материалды балансын есептеу
Ректификация колоннасының үздіксіз істеуіндегі,кіретін және шығатын
ағынды санайтын материалды баланс теңдеуі келесі түрде болады:
GF = GD +GW ,
мұнда GF - бөлінуге түсетін сұйықтықтың массасы, кгс;
GD - дистиляттың массалық шығыны, кгс;
GW - кубтық қалдықтың массалық шығыны, кгс.
GF∙ХF = GD∙ХD +GW∙ХW ,
(1)
(2)
мұнда ХD - дистилляттағы төмен қайнайтын компоненттің
концентрациясы , массалы үлесі;
ХW - кубтық қалдықтағы төмен қайнайтын компоненттің
концентрациясы , массалы үлесі;
ХF - шығатын сұйықтықтың төмен қайнайтын компоненттің
концентрациясы , массалы үлесі.
Дистилляттағы массалық шығынды ХD анықтау үшін және и ХW кубтық
қалдықтың массалы шығынын анықтау үшін мәндерді (1) және (2)
теңдеулерге саламыз .
GD +GW = 10000 ,
GD ∙ 0,995 + GW ∙ 0,3 = 10000 ∙ 0,9 ,
GD ∙ 0,995 + (1000-GD) ∙ 0,3 = 9000 ,
0,695 ∙ GD = 9000 - 3000 ,
0,695 ∙ GW = 6000 ,
GD =8633 кгcағ ,
GD = 10000 − 8633 = 1367 кгсағ.
Дистиляттың массалық шығыны: GD = 8633 кгсағ.
Кубтық қалдықтығ массалық шығыны: GW =1367 кгсағ.
Келесі есептеулер үшін дистиллятпен кубтық қалдықтың қоректенудің
концентрациясын мольды үлесте көрсетеміз.
Қоректенуде
төмен қайнайтын компоненнтің құрамын келесі
формуладан есептейміз:
,
(3)
мұнда ХF - Қоректенуде төмен қайнайтын компоненнтің
концентрациясы, мольдік үлес;
Мт - төмен қайнайтын компоненнтің мольдік массасы, кгмоль;
Мж - жоғары қайнайтын компоненнтің мольдік массасы, кгмоль.
Мж = 60 кгкмоль;
Мт = 18 кгкмоль.
Дистилляттағы төмен
қайнайтын
компоненнтің
құрамын
келесі
формуладан есептейміз:
,
(4)
мұнда
ХD - дистилляттағы төмен қайнайтын компоненттің
концентрациясы , массалы үлесі.
Кубтық қалдықтағы төмен қайнайтын компоненнтің құрамын келесі
формуладан есептейміз:
,
(5)
мұнда ХF - шығатын сұйықтықтың төмен қайнайтын компоненттің
концентрациясы массалы үлесі.
(3), (4) және (5) теңдеулерді алып алғашқы мәндерді қойып төмен
қайнайтын компоненнтің құрамын анықтаймыз:
90
ХF =
90
18
18
100 90
60
0.9677 ,
99.5
ХD =
18 60
18
30
0.9985 ,
ХW =
18 60
18
0.5882 .
Қоректенудің қатысты мольдік шығынын мына формуламен есептейміз:
F
x D xW
x F xW
,
(6)
F
0.9985 0.5882
0.9677 0.5882
1.081.
Флегманың Rmin минималды саны мына формуламен есептеледі:
Rmin
xP yF
yF xF
,
(7)
мұнда
уF* - төмен қайнайтын компоненттің будағы
концентрациясы,қоректенудің сұйықтығымен тепе-тең.
Будағы төмен қайнайтын құрамын анықтаймыз:
УF*=0.977.
Флегманың Rmin минималды санын табу үшін табылған мәнді (7)
теңдеуге қоямыз.
Rmin
0.9985 - 0.977
0.977 0.9677
2.3 .
Флегманың R жұмыс саны мына теңдеумен анықталады:
R 1.3Rmin 0.3 ,
R 1.3 2.3 0.3 3.29 .
Флегманың артылу коэффициенті:
(8)
R
Rmin
3.29
2.3
1.43 .
(9)
Жұмысшы сызықтардың теңдеуі:99.5 100 99.5
30 100 30
a) коллонаның жоғарғы жағы:
y
R
R 1
x
Xd
R 1
,
(10)
мұнда R - флегмалық сан.
y
3.29
3.29 1
x
0.9985
3.29 1
0.77 x 0.23 ,
y 0.77 x 0.23 .
б) колоннаның төменгі жағы:
y
R F
R 1
x
F 1
R 1
Xw,
(11)
мұнда F - қоректенудің қатысты мольдік шығыны.
y
3.29 1.081
3.29 1
x
1.081 1
3.29 1
0.5882 ,
y 1.019 x 0.0111.
Содан соң колоннаның төменгі және жоғарғы бөлігінің орташа
массалық шығынды анықтау керек.
Арақатнасы арқылы анықтаймыз:
Lверх Gd R
Мв
Мd
,
Lн Gd R
Мн
Мd
+ Gf Мн ,
Мf
мұнда
және
массасы;
және
- дистилятпен бастапқы сұйықтықтың мольдік
- колоннаның төменгі және жоғарғы бөлігінің
орташа мольдық массасы.
Колоннаның төменгі және жоғарғы бөлігінің орташа мольдық массасы:
в
н
с рв в 1 с рв ,
с рн в 1 с рн ,
(12)
(13)
мұнда
және
- колонаның төменгі және жоғарғы жағындағы
сұйықтықтың орташа мольдік құрамы.
X срв
X срн W
2
2
0.9985 0.9677 0.9831,
2
0.5882 0.9677 0.77795 .
2
Сонда:
Mcpв= 0.9831 18 0.0169 60 18.71 кгкмоль,
Mcpн= 0.77795 18 0.22205 60 27.33 кгкмоль.
Бастапқы сұйықтықтың мольдік массасы:
MF= 0.9677 18 0.0323 60 19.36 кгкмоль.
Дистилляттың мольдік массасы:
MD= 0.9985 18 0.0015 60 18.06 кгкмоль.
Мәндерді койып:
Lв 8633 3.29
18.71
18.06
29425 кгч,
Lн 8633 3.29
27.33
18.06
+10000
27.33
19.36
57098 кгч.
және
колоннаның жоғарғы және төменгі жақтарындағы бу
ағынынының орташа массасы:
Gв Gd (R 1)
G Gd (R 1)
М ' в
Мd
'
,
.
M'в және M'н - колоннаның жоғарғы және төменгі жақтарындағы бу
ағынынының орташа массасы:
yсрн и yсрв
орташа массасы:
M'верх = Мв yсрв + Мукс (1-yсрв), (14)
M'н= Мвyсрн + Мукс(1-yсрн). (15)
- колоннаның жоғарғы және төменгі жақтарындағы будың
xD xF
x xF
yсрв
yсрн W
2
2
0.9989 0.975 0.987 ,
2
0.5882 0.975 0.7816 .
2
yD, yF және yW жұмысшы сызығынан аламыз. Сонда:
M'cpв= 0.987 18 0.013 60 18.546 кгкмоль,
M'cpн= 0.7816 18 0.2184 60 27.173 кгкмоль.
Осыдан:
Gв 8633 (3.29 1)
Gн 8633 (3.29 1)
18.546
18.06
27.173
18.06
38032 кгсағ,
55723 кгсағ.
тарельчатый колонна ректификация дефлегматор
Дефлегматордағы су шығынын есептеу
Дефлегматордың жылулық баланысын есептегенде , дистиляттың пары
түгелдей конденсацияғы ұшырайтынын есепке аламыз. Сонда салқындатаын
судың шығыны:
Gв.д.
P (R 1) M см. P rp
Cp (t к t н )
,
(16)
мұнда P - өнімнің мольдік массасы, кмольс;
R - оптималды флегмалық саны;
Mсмp - өнімнің мольдік массасы, кгкмоль;
rp - фазалық ауысудың өзіндік жылуы, кДжкг;
Cp - судың жылу сыйымдылығы, кДжкг*К ;
Cp=4190 Джкг*К;
Tк, Tн - салқындатылған судың алғашқы және соңғы мәні , ˚C;
Tн=12˚C Tк=45˚C жалпы жағдайда осы мәндер алынады.
rР rВК xР rВК 1 xР ,
(17)
мұнда rp - нақты бір компоненттің фазалық ауысудағы өзіндік
жылусыйымдылығы, кДжкг.
rp = 90 ∙ 0.59 + 88 ∙ (1-0,59) = 53.1∙ 3608 = 191158 Джкг.
Дистилляттың мольдік концентрациясы: Xw = 0,59
rнк =90, колоннаның төменгі жағының өзіндік жылуы
rвк = 88, колоннаның жоғарғы жағының өзіндік жылуыyD yF
y yF
Mсмp = 18,549 кгкмоль.
.
2.3 Ректификация колонналары және олардың түйісу жабдықтарын
жіктеу
Мұнай және газ өңдеуге қолданылып жүрген ректификация
колонналары бөлінеді:
1. Қолданылуы бойынша арналады:
- мұнай мен газды атмосфералық және вакуумда айыру үшін;
- бензинде қайталай айыру үшін;
- мұнайды, газ конденсаттарын, тұрақсыз бензиндерді тұрақтандыру
үшін;
- мұнайзауыттық, мұнай және табиғи газдарды фракциялау үшін;
- майларды тазарту кезінде еріткіштерді қайнату үшін; мұнай
шикізаты мен газдарды және т.б. термодеструктивті және
катализдік процестері өнімдерін бөлу үшін.
2. Сұйықтықтың сатыаралық әдісі бойынша:
- қайта ағынды жабдықтарымен бірге (бір, екі және одан да көп);
- құлау типіндегі ағынсыз жабдықтармен.
3. Булы-газды және сұйық фазалармен түйістіруді ұйымдастыру әдісі
бойынша:
- тарелкалық;
- сұғындырмалық;
- роторлық.
Қолданылып жүрген түйістіру жабдықтарының ішінде тарелкалық,
сұғындырмалық, ретификациялық колонналары кең таралған. Ректификация
колоннапарында сипаты мен техникалық-экономикапық көрсеткіштері
бойынша бір-бірінен өзгеше түйісу жабдықтарының жүздеген конструкциясы
қолданылады. Қазір осы күнгі түйісу жабдықтары конструкциялары (мысалы,
науа тәрізді тарелкалар) пайдаланылғанымен олар қажетті өнімдерді алуды
қамтамасыз етсе де оларды қазіргі және келешек өндіріс үшін ұсынуға
болмайды [5]. Түйісу жабдықтарын таңдау кезінде мынадай негізгі
көрсеткіштерді басшылыққа алады:
- өнімділігі жоғары;
- гидравликалық қарсыластығы бар;
- пайдалы әрекөт коэффициенті;
- жұмыс күшін түсіру диапазоны;
- шайырлы және басқа да қалдықтардың түзілуіне бейімділігі;
- материалды кеп қажетсінуі;
- конструкциясының қарапайымдылығы;
- жасалу, монтаждау және жөндеу ыңғайлылығы.
Конструкциялардың көп түрлілігі бойынша дұрыс бағдар жасау үшін
төменде (2.2 сурет) тек тазартуда ғана емес, сондай-ақ қоспаларды бөлудің
абсорбциялық және экстракциялық процестерінде қолданылатын түйісу
жабдықтарының жіктелуін береміз. Осы жіктелуге сәйкес тарелкалы түйісу
жабдықтары былай бөлінеді:
- түйісу фазаларының ағын қозғалысын кері ағу, тура ағу, айқаспалы ағу
және қималы тура ағуды ұйымдастыру тәсілдері бойынша; фазаларының
қиылуын реттөу бойынша. Сұғындырмалы түйісу жабдықтарын екі типке:
жүйесіз және жүйелі деп беле қабылданған.
Ағынға қарсы тарелкалар сұйықтық бойынша жоғары өнімділігімен,
конструкциясының қарапайымдылығымен, металдың аз жұмсалуымен
сипатталады. Олардың негізгі кемшіліктері - тиімділігінің төмендігі, қалыпты
жұмыс аясының тарлығы, колонналардың бөліктері бойынша ағындарды
біркелкі бөлі алмайтыны - оны пайдалануды елеулі түрде шектейді.
Тура ағын тарелкалар жоғары еңбек өнімділігімен ерекшеленеді, бірақ
бөлу тиімділігі жоғары емес, гидравликалық жоғары қарсыластығы бар,
жасағанда еңбекті көп тілейді, қысыммен бөлу процестерінде қолданылу
мүмкіндігі зор.
Тарелкалардың айқаспалы ағын типіне - олардың мұнай мен газды
өңдеу технологиясында басым қолданылатын мына түрлері жатады:
1. түйісу фазаларының реттелмейтін қимасы бар тарелкалардың
мынадай конструкциялары: тор көзді, тор көзді уатқышы бар, дөңгелек,
тік бұрышты, алты қырлы 3-тәрізді, науа тәрізді қалпақтары;
2.
реттелетін қимасы бар мынадай конструкциялы тарелкалар:
капсулды, дисклі, пластинкалы, эжекциялы жапқыштары бар; балласты
жапқышы бар; біріктірілген-қалпақты-жапқышты (мысалы, 5-тәрізді, және тор
көзді жапқышы бар).
2.2 сурет - Масса алмасу процестерінің түйісу жабдықтарының жіктелуі
Айқаспалы ағын тарелкалары барынша жақсы бөлгіштік қасиетімен
сипатталады, өйткені басқа тарелкаларға қарағанда онда сұйықтықтық көбірек
тоқталады. Қалпақшалы тарелкалардың кемшілігі
- олардың үлестік
енімділігінің төмендегі, гидравликалық қарсыластығының жоғарлылығы,
металдың кәп жұмсалатын, жасаудың қиындығы және бағасының
жоғарылығы. Тор көзді уатқышы бар тарелкалардың гидравликалық
қарсыластығы төмен, енімділігі жоғары, бірақ қалпақшалы тарелкаларға
қарағанда жұмыс ауқымы тар. Көбінесе вакуумды колонналарда
пайдаланылады.
Жапқышы бар және балласты тарелакалар кейінгі кезде әсіресе газ
жылдамдығы тез өзгеретін жағдайларда кеңінен қолданыла бастады және
түсістіру жабдықтарының ескі конструкцияларын бірте-бірте өндірістен
ығыстыра бастады.
Жапқышы бар тарелкалардың жұмыс істеу приницпі сол, тарелка үстіңгі
бос жатқан әр түрлі формадағы жапқыш тарелка мен жапқыш ортасындағы
тесік аумағын газ бен будың мөлшеріне қарай автоматты түрде реттеп
отырады, сөйтіп газ жылдамдығын яғни тарелкадағы гидравликалық
қарсыласуды бірқалыпты (жапқыштың көтерілу деңгейінде) қамтамасыз етеді.
Жапқыштың көтерілу биіктігі шектегіштің (кронштейн, аяқтары) биіктігімен
шектеледі.
Балласты тарелкалар клапанды тарелкадан жасалуы бойынша жапқыш
пен шектегіш арасында жапқыштан гөрі ауыр балластың орналасуымен
өзгешеленеді. Газ бен будың аз ғана жылдамдығының өзінде жапқыш көтеріле
бастайды. Газ жылдамдығының өсуімен жапқыш балластқа тақапады да
сонымөн бірге көтеріледі. Клапанды тарелкаға қарағанда балласты тарелка
осының нәтижесінде жұмысқа едәуір бұрын қосылады, жұмыс диапазоны
аумақты ( 1 5 - 2 0 %-ға), бөлгіштік мүмкіндігі жоғары және гидравликалық
қарсыласуы төмен (10 - 15 %). Қалпақшалыға қарағанда біріктірілген
қалпақты-жапқышты тарелкалар озық әрі тиімді. Мысалы, 5-тәрізді жапқышы
бар тарелка былай жұмыс істейді. Төмен жылдамдық жағдайында газ (бу) 5-
тәрізді элементтердің ойығы арқылы барботтанады да, газ жылдамдығы едәуір
ұлғайған кезде жапқыш жұмысқа қосылады. Тарелкалардың мұндай екі
кезеңдік жұмысы тазарту колоннасының өнімділігін 25 - 30 %-ға көтереді
және жұмыс күшінің елеулі көлемі жағдайында жоғары бөлгіштікті сақтайды.
Айқаспалы - тура ағынды тарелкалар айқаспалы ағын тарелкаларынан
былайша ерекшеленеді. Ондағы газ (бу) қуаты сұйықтықтың тарелка бойынша
қозғалуын үйлестіреді, сол арқылы тарелкадағы көлденең теңсіздік және
сұйықтықтың кері алмасуы тоқтатылады, нәтижесінде колонна өнімділігі
артады. Бірақ мұнда түйісудің тиімділігі айқаспалы тарелкаларға қарағанда
елеулі түрде төмен. Жапқышы бар жаңа шыққан тарелкалар ішінде дискілі
эжекционды (айқаспалы) және пластинкалы айқаспалы-тура ағынды
тарелкаларды атап өту керек, өйткені оларды МӨЗ-да енгізу мұнай айыру
қондырғыларының техникалық-экономикалық көрсеткіштерін жақсартты [6].
Эжекционды жапқышты тарелка - тесіктері (0 90 мм) және ауыстырып
құю жабдықтары бар полотно. Тарелка полотносындағы тесіктерге иілген
диск іспетті жапқыштар орнатылады (0 110 мм), ... 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