Проектирование установки непрерывной адсорбционной очистки масел
4.2 Техника безопасности при эксплуатации технологических установок 59
4.3 Влияние работы установки на окружающую среду
62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 68
ВВЕДЕНИЕ
Нефтяные масла представляют собой высококипящие вязкие фракции нефти,
очищенные от нежелательных примесей. Они используются для обеспечения
жидкостной смазки в различных машинах и механизмах и в зависимости от
области применения изготавливаются различных марок. Но независимо от
назначения все нефтяные минеральные масла получают из остатков атмосферной
перегонки - мазута. Процесс производства любых масел состоит из трех
этапов:
- подготовка сырья - получение исходных масляных фракций;
- получение компонентов масел из исходных масляных фракций;
- смешение компонентов (компаундирование), добавление присадок для
получения товарных марок масел.
Подготовка сырья заключается в разгонке мазутов под вакуумом. Фракции,
используемые для производства масел, по способу получения делят на две
группы: дистиллятные - выделяемые в виде погонов при вакуумной разгонке
мазута и остаточные получаемые из гудрона. Соответственно масла, полученные
из дистиллятных масляных фракций называются дистиллятными, масла,
полученные из гудрона - остаточными.
Производство компонентов из исходных масляных фракций сложный
многоступенчатый процесс. Основное назначение каждой ступени - полное или
частичное удаление отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства
масел. Из нефтяных фракций необходимо удалить все кислые соединения,
непредельные углеводороды, частично серосодержащие и смолистые соединения,
полициклические арены с короткими боковыми цепями, твердые алканы.
В результате очистки масляных фракций от смолистых веществ цвет масел
изменяется - они становятся светлее. Удаление смолистых веществ и
полициклических аренов с короткими боковыми цепями способствует понижению
коксуемости и повышению индекса вязкости масел. Удаление смолистых веществ
и непредельных углеводородов значительно увеличивает термоокислительную
способность. Очистка от кислых соединений снижает коррозийную активность, а
выделение из состава масел твердых углеводородов приводит к понижению
температуры застывания. Эффективность технологических процессов
производства масла и характеризуется достижением необходимых качественных
показателей масел, а также выходом целевого продукта.
Целью данного дипломного проекта является проектирование установки
непрерывной адсорбционной очистки масел. Очистка нефтепродуктов с
применением адсорбции основана на способности адсорбентов удерживать на
своей поверхности примеси, снижающие качество очищаемого продукта, и
содействовать явлениям полимеризации и конденсации непредельных
углеводородов, содержащихся в этом продукте. В качестве адсорбентов
применяют естественные активированные глины, а также синтетические
продукты: силикагель, аморфные и кристаллические цеолиты, алюмосиликаты.
Наибольшией адсорбируемостью обладает асфальто-смолистые вещества, затем
идут ароматические углеводороды; слабее адсорбируются нафтеновые и
парафиновые углеводороды. Непредельные углеводороды, особенно диолефины,
интенсивнее адсорбируются на аморфных алюмосиликатах, чем другие
углеводороды и смолы; при этом происходит их полимеризация. На
кристаллических алюмосиликатах (цеолитах) хорошо адсорбируются парафиновые
углеводороды. Ряд глин в натуральном виде не имеют отбеливающих свойств.
Некоторые из них после обработки слабой серной или соляной кислотой при 90-
95 ºС и последующей промывки водой для удаления избытка кислоты и сушки
приобретают хорошие адсорбционные свойства. Такая обработка называется
активацией. Можно подвергать активации и глины, которые используют в
натуральном виде, например гумбрин. Адсорбционные свойства глин после
повышаются в 2-4 раза. Чем больше пористость адсорбента и его удельная
поверхность, тем мельче его частицы и меньше молекулы адсорбируемого
продукта и тем выше при прочих равных условиях адсорбционная способность
адсорбента, характеризуемая количеством поглощенного вещества. Извлечение
адсорбированных веществ из пор адсорбента (десорбция) является процессом
эндотермическим. Десорбцию проводят как жидкостью (растворителем), так и
паром. При десорбции паром необходимо, чтобы адсорбированное вещество в
условиях процесса десорбции образовало летучую смесь с паром. При
использовании процесса десорбции для масляных фракций полностью извлечь
такие соединения, как смолы и полициклические ароматические углеводороды,
не удается. Их удаляют с поверхности адсорбента при помощи выжига. В
настоящее время в нефтеперерабатывающей промышленности во все уменьшающемся
объеме применяют два способа очистки нефтепродуктов глинами.
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. 1 Теоретические основы процесса
Адсорбционная очистка масел основана на способности адсорбентов
избирательно извлекать из масел смолистые и сернистые соединения,
непредельные и полициклические ароматические углеводороды, а также
органические кислоты, остатки серной кислоты и растворителей. В результате
очистки улучшаются цвет масла, его стабильность, индекс вязкости,
коксуемость. В качестве адсорбентов при очистке масел, как и при очистке
топлив применяют природные глины (отбеливающие земли) и искусственные
алюмосиликаты. Природные глины перед употреблением активируют серной или
соляной кислотой и высушивают.В технологии производства масел (и
парафинов) адсорбенты наиболее широко применяют для доочистки продуктов от
остатков нежелательных компонентов; солей нафтеновых кислот и сульфокислот,
кислых гудронов, серной кислоты, избирательных растворителей и смол.
В промышленности получили распространение следующие способы очистки:
- контактная очистка с тонко измельченным адсорбентом;
- перколяция или фильтрование через слой гранулированного адсорбента.
При контактной очистке масла смешивают с тонко измельченной
отбеливающей землей. Поскольку активность адсорбента зависит от степени его
измельчения, применяют глину очень тонкого помола. Чтобы снизить вязкость
масла и улучшить его проникновение в поры адсорбента, масло нагревают до
120-130 ºС.
Температура процесса зависит от качества сырья, природы адсорбента и
требуемой степени очистки готового продукта. На эффективность
процесса влияет также продолжительность контакта масла с глиной. Чаще всего
время контакта составляет 20-25 минут. Расход глины колеблется от 3 до 25%
в зависимости от качества адсорбента, свойств сырья и требований,
предъявляемых к качеству готового продукта.К достоинствам процесса следует
отнести возможность легко регулировать степень очистки, определяемую цветом
готового продукта, путем изменения температуры процесса и соотношения
адсорбент – масло. Сырье очищается непрерывно, вредные примеси извлекаются
все сразу. К недостаткам процесса относятся трудность регенерации
адсорбента, потери масла с адсорбентом (30-40 вес. % от адсорбента),
частичное разложение масла вследствие того, что при высоких температурах
природные алюмосиликаты проявляют крекирующую способность. Кроме того, в
ряде случаев контактная очистка не позволяет получать масла достаточно
высокого качества по цвету. Адсорбент не регенируется.
Перколяция (от лат. percolatio – процеживание через...), т. е.
процеживание экстрагента через растительный материал с целью извлечения
растворимых в экстрагенте веществ. Процесс проводится в емкостях различной
конструкции, называемых перколяторами-экстракторами. Они могут быть
цилиндрической а, в или конической б формы, с паровой рубашкой в или без
нее, опрокидывающиеся и саморазгружающиеся, изготовленные из нержавеющей
стали, алюминия, луженой меди и других материалов. В нижней части
перколятора имеется ложное дно (перфорированная сетка) 1, на которое
помещают фильтрующий материал 2 (мешковина, полотно и др.), и загружают
сырье. Цилиндрические перколяторы удобны в работе при выгрузке сырья,
конические – обеспечивают более равномерное экстрагирование.
Метод перколяции включает три последовательно протекающие стадии:
намачивание сырья (набухание сырья), настаивание, собственно перколяция.
В основе производства компонентов масляных фракций лежат методы
избирательного удаления нежелательных компонентов. Эти методы могут быть
физическими - экстракция растворителями, осаждение из растворителей при
понижении температуры; физико-химическими - адсорбция; химическими -
взаимодействие с серной кислотой, гидроочистка.
Производство остаточных масел сложнее, чем дистиллятных из-за высокого
содержания смолисто-асфальтовых веществ в гудронах. Полученный при
вакуумной разгонке гудрон подвергают прежде всего деасфальтиэации-удаляют
смолисто-асфальтеновые вещества. Деасфальтизат направляют на очистку
избирательными растворителями (селективную очистку) фенолом или фурфуролом.
Цель селективной очистки - извлечение остаточных смолисго-асфальтеновых
веществ и полициклических аренов с короткими боковыми цепями.
Из рафината селективной очистки осаждают твердые алканы при помощи
таких избирательных растворителей, как ацетон, дихлорэтан и др. Продукт
депарафинизации окончательно доводят до кондиции путем адсорбционной
очистки.
Избирательное поглощение молекул вещества поверхностью твердого
пористого адсорбента происходит вследствие воздействия на молекулы целевого
компонента неуравновешенных поверхностных сил адсорбента. Различают
физическую адсорбцию, вызываемую силами межмолекулярного взаимодействия, и
химическую (хемосорбцию), при которой молекулы поглощаемого вещества и
поверхностного слоя адсорбента вступают в химическую реакцию и поглощенные
молекулы целевого компонента не сохраняют на поверхности адсорбента своей
индивидуальности.
В отличие от практически необратимой хемосорбции процесс физической
адсорбции обратим, что важно при промышленном использовании этих процессов,
поскольку после стадии собственно адсорбции обычно требуется проведение
обратного процесса - десорбции. Это связано либо с необходимостью
регенерации адсорбента с целью его последующего использования в процессе
адсорбции, либо с желанием выделить адсорбтив в чистом виде. В промышленной
практике почти всегда применяется обратимый процесс физической адсорбции.
Адсорбцией называют процесс поглощения вещества из смеси газов, паров
или растворов поверхностью или объемом пор твердого тела-адсорбента.
Поглощаемое вещество, находящееся в объемной фазе (газе, паре или
жидкости), называется адсорбтивом, а поглощенное - адсорбатом.
Адсорбцию подразделяют на два вида: физическую и химическую. Физическая
адсорбция в основном обусловлена поверхностными вандер-ваальсовыми силами,
которые проявляются на расстояниях, значительно превышающих размеры
адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбента обычно
удерживаются несколько слоев молекул адсорбата.
Благодаря тому, что силовое поле поверхностных атомов и молекул не
уравновешено силами взаимодействия соседних частиц. По физической природе
силы взаимодействия молекул поглощаемого вещества и адсорбента относятся в
основном к дисперсионным, возникающим благодаря перемещению электронов в
сближающихся молекулах. В ряде случаев адсорбции большое значение имеют
электростатические и индукционные силы, а также водородные связи.
Заполнение адсорбатом поверхности адсорбента частично уравновешивает
поверхностные силы и вследствие этого снижает поверхностное натяжение
(свободную удельную поверхностную энергию). Поэтому адсорбция является
самопроизвольным процессом, течение которого сопровождается уменьшением
свободной энергии и энтропии системы.
Убыль свободной энергии и энтропии системы вызывает уменьшение ее
энтальпии, что равнозначно выделению тепла, т.е. процессы адсорбции
экзотермичны.
Процессы адсорбции избирательны и обратимы. Процесс, обратный
адсорбции, называют десорбцией, которую используют для выделения
поглощенных веществ и регенерации адсорбента.
В адсорбционном процессе большое значение имеют размер частиц
адсорбента (дисперсность), пористость и удельная поверхность. С увеличением
дисперсности частиц возрастает поверхность контакта адсорбента с сырьем,
что повышает эффективность процесса. Однако слишком мелкие частицы
адсорбента или замедляют фильтрование, или легко проходят через
фильтровальную ткань и трудно отделяются от очищенного масла. Для каждого
вида сырья и способа контактирования существует оптимальный размер частиц
адсорбента.
Как было сказано выше адсорбция - экзотермический процесс, и ей
благоприятствует понижение температуры. При повышенных температурах
ускоряется процесс обратный адсорбции - десорбция. При необратимой или
трудно десорбируемой адсорбции регенерацию адсорбента часто проводят путем
выжига адсорбированных компонентов. Значительное влияние на эффективность
адсорбции оказывает вязкость сырья, которая определяет скорость диффузии
адсорбируемых компонентов в поры адсорбента. Для понижения вязкости
очищаемого продукта обычно применяют растворители (например, легкие
нефтяные фракции) и повышают температуру процесса.
В процессе непрерывной адсорбционной очистки дистиллятных масел
получают два рафината: рафинат I - основной очищенный продукт и рафинат II
- десорбированный с поверхности адсорбента обессмоленный ароматизированный
концентрат. Остающиеся на адсорбенте смолистые и другие коксогенные
вещества выжигаются в процессе регенерации.
Адсорбционной очисткой на базе маловязких масляных дистиллятов
вырабатываются масла: из рафината I - трансформаторное, гидравлическое,
специальные электроизоляционные и др.; из рафинатов II - ароматизированные
масла - наполнители каучука, смягчители резиновых смесей и пр. В процессе
адсорбционной очистки трансформаторного дистиллята получают 87...89 %
рафината I и 6...8 % ароматизированного масла.
Непрерывный процесс адсорбционной очистки и доочистки масел с
использованием растворителя происходит в противотоке на движущемся
синтетическом алюмосиликатом адсорбенте с размером зерен 0,25-0,8 им.
Растворитель - бензиновая фракция 80-120 "С. содержащая 3-5 % аре нов. В
стадии адсорбции растворитель применяется для снижения вязкости масла, в
стадии промывки служит десорбентом. Адсорбент подвергается непрерывной
окислительной регенерации непосредственно на установке.
В основе производства компонентов масляных фракций лежат методы
избирательного удаления нежелательных компонентов. Эти методы могут быть
физическими - экстракция растворителями, осаждение из растворителей при
понижении температуры; физико-химическими - адсорбция; химическими -
взаимодействие с серной кислотой, гидроочистка.
Производство остаточных масел сложнее, чем дистиллятных из-за высокого
содержания смолисто-асфальтовых веществ в гудронах. Полученный при
вакуумной разгонке гудрон подвергают прежде всего деасфальтиэации-удаляют
смолисто-асфальтеновые вещества. Деасфальтизат направляют на очистку
избирательными растворителями (селективную очистку) фенолом или фурфуролом.
Цель селективной очистки - извлечение остаточных смолисго-асфальтеновых
веществ и полициклических аренов с короткими боковыми цепями.
Из рафината селективной очистки осаждают твердые алканы при помощи
таких избирательных растворителей, как ацетон, дихлорэтан и др. Продукт
депарафинизации окончательно доводят до кондиции путем адсорбционной
очистки.
Избирательное поглощение молекул вещества поверхностью твердого
пористого адсорбента происходит вследствие воздействия на молекулы целевого
компонента неуравновешенных поверхностных сил адсорбента. Различают
физическую адсорбцию, вызываемую силами межмолекулярного взаимодействия, и
химическую (хемосорбцию), при которой молекулы поглощаемого вещества и
поверхностного слоя адсорбента вступают в химическую реакцию и поглощенные
молекулы целевого компонента не сохраняют на поверхности адсорбента своей
индивидуальности.
В отличие от практически необратимой хемосорбции процесс физической
адсорбции обратим, что важно при промышленном использовании этих процессов,
поскольку после стадии собственно адсорбции обычно требуется проведение
обратного процесса - десорбции. Это связано либо с необходимостью
регенерации адсорбента с целью его последующего использования в процессе
адсорбции, либо с желанием выделить адсорбтив в чистом виде. В промышленной
практике почти всегда применяется обратимый процесс физической адсорбции.
Адсорбцией называют процесс поглощения вещества из смеси газов, паров
или растворов поверхностью или объемом пор твердого тела-адсорбента.
Поглощаемое вещество, находящееся в объемной фазе (газе, паре или
жидкости), называется адсорбтивом, а поглощенное - адсорбатом.
Адсорбцию подразделяют на два вида: физическую и химическую. Физическая
адсорбция в основном обусловлена поверхностными вандер-ваальсовыми силами,
которые проявляются на расстояниях, значительно превышающих размеры
адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбента обычно
удерживаются несколько слоев молекул адсорбата.
Силы притяжения возникают на поверхности адсорбента благодаря тому, что
силовое поле поверхностных атомов и молекул не уравновешено силами
взаимодействия соседних частиц. По физической природе силы взаимодействия
молекул поглощаемого вещества и адсорбента относятся в основном к
дисперсионным, возникающим благодаря перемещению электронов в сближающихся
молекулах. В ряде случаев адсорбции большое значение имеют
электростатические и индукционные силы, а также водородные связи.
Заполнение адсорбатом поверхности адсорбента частично уравновешивает
поверхностные силы и вследствие этого снижает поверхностное натяжение
(свободную удельную поверхностную энергию). Поэтому адсорбция является
самопроизвольным процессом, течение которого сопровождается уменьшением
свободной энергии и энтропии системы.
Убыль свободной энергии и энтропии системы вызывает уменьшение ее
энтальпии, что равнозначно выделению тепла, т.е. процессы адсорбции
экзотермичны.
Процессы адсорбции избирательны и обратимы. Процесс, обратный
адсорбции, называют десорбцией, которую используют для выделения
поглощенных веществ и регенерации адсорбента.
В адсорбционном процессе большое значение имеют размер частиц
адсорбента (дисперсность), пористость и удельная поверхность. С увеличением
дисперсности частиц возрастает поверхность контакта адсорбента с сырьем,
что повышает эффективность процесса. Однако слишком мелкие частицы
адсорбента или замедляют фильтрование, или легко проходят через
фильтровальную ткань и трудно отделяются от очищенного масла. Для каждого
вида сырья и способа контактирования существует оптимальный размер частиц
адсорбента.
Как было сказано выше адсорбция - экзотермический процесс, и ей
благоприятствует понижение температуры. При повышенных температурах
ускоряется процесс обратный адсорбции - десорбция. При необратимой или
трудно десорбируемой адсорбции регенерацию адсорбента часто проводят путем
выжига адсорбированных компонентов. Значительное влияние на эффективность
адсорбции оказывает вязкость сырья, которая определяет скорость диффузии
адсорбируемых компонентов в поры адсорбента. Для понижения вязкости
очищаемого продукта обычно применяют растворители (например, легкие
нефтяные фракции) и повышают температуру процесса.
В процессе непрерывной адсорбционной очистки дистиллятных масел
получают два рафината: рафинат I - основной очищенный продукт и рафинат II
- десорбированный с поверхности адсорбента обессмоленный ароматизированный
концентрат. Остающиеся на адсорбенте смолистые и другие коксогенные
вещества выжигаются в процессе регенерации.
Адсорбционной очисткой на базе маловязких масляных дистиллятов
вырабатываются масла: из рафината I - трансформаторное, гидравлическое,
специальные электроизоляционные и др.; из рафинатов II - ароматизированные
масла - наполнители каучука, смягчители резиновых смесей и пр. В процессе
адсорбционной очистки трансформаторного дистиллята получают 87...89 %
рафината I и 6...8 % ароматизированного масла.
Непрерывный процесс адсорбционной очистки и доочистки масел с
использованием растворителя происходит в противотоке на движущемся
синтетическом алюмосиликатом адсорбенте с размером зерен 0,25-0,8 им.
Растворитель - бензиновая фракция 80-120 "С. содержащая 3-5 % аре нов. В
стадии адсорбции растворитель применяется для снижения вязкости масла, в
стадии промывки служит десорбентом. Адсорбент подвергается непрерывной
окислительной регенерации непосредственно на установке.
1.2 Характеристика сырья, готовой продукции и вспомогательных
материалов
Основными показателями, определяющими поведение масел в эксплуатации,
являются: вязкость и ее изменение с температурой (вязкостно-температурные
свойства); подвижность при низких температурах (низкотемпературные
свойства); устойчивость против окисления кислородом воздуха (химическая
стабильность); смазочная способность; защита металлов от коррозионного
воздействия внешней среды.
Вязкость и вязкостно-температурные свойства масел зависят от их
фракционного и химического состава. С повышением температуры вязкость масел
углеводороды по-разному влияют на вязкость и ее изменение с температурой.
Парафиновые углеводороды характеризуются наименьшей вязкостью. С
разветвлением цепи их вязкость возрастает, вязкостно-температурные свойства
ухудшаются. Циклические углеводороды (нафтеновые и ароматические)
значительно более вязкие, чем парафиновые. При одинаковой структуре
вязкость нафтеновых углеводородов выше, чем ароматических. В общем случае
чем больше колец в структуре молекулы и чем разветвленное боковые цепи, тем
выше вязкость. Наибольшую вязкость имеют смолисто-асфальтеновые вещества.
Важнейшей характеристикой масел является изменение их вязкости с
температурой __ индекс вязкости (ИВ) или вязкостно-температурная
характеристика, показателем которой является коэффициент вязкости
(отношение ν50 ν 100). Чем более полога температурная кривая вязкости
(меньше коэффициент вязкости), тем выше значение ИВ и более качественно
масло (современные масла должны иметь индекс вязкости не менее 90).
Вязкостно-температурная характеристика масла зависит от типа и строения
углеводородов, входящих в его состав. Наиболее пологую вязкостно-
температурную кривую и, следовательно, наибольший ИВ имеют парафиновые
углеводороды. ИВ изопарафиновых углеводородов меньше, чем нормальных. Для
циклических углеводородов характерно улучшение вязкостно-температурных
свойств с уменьшением цикличности молекул и увеличением длины боковых
цепей. Для получения масел с хорошими вязкостно-температурными свойствами
следует полностью удалять полициклические ароматические и
нафтеноароматические углеводороды с короткими боковыми цепями и смолисто-
асфальтеновые вещества. Однако полное удаление этих углеводородов может
привести к некоторому ухудшению других свойств масел, прежде всего
стойкости к окислению. Таким образом, в общем случае, хотя индекс вязкости
и является эксплуатационным показателем, но по его значению можно судить о
химическом составе базового масла, о глубине его очистки и даже о способе
его производства.
Температура застывания масел (подвижность при низких температурах)
зависит от содержания твердых углеводородов и абсолютной вязкости масел при
минимальной температуре его применения. Выделяющимся при охлаждении масел
кристаллы твердых углеводородов образуют пространственную структуру, что
приводит к застыванию и потере маслом подвижности. Потеря подвижности (или
трудность запуска двигателя при низких температурах) может быть также
причиной высокой вязкости масла при этих температурах. Поэтому для
получения масел, подвижных при низких температурах, следует удалять из них
прежде всего твердые углеводороды, а также полициклические с короткими
боковыми цепями (с низким ИВ) и смолисто- асфальтеновые вещества.
Компрессорные масла предназначены для смазки цилиндров и клапанов
компрессоров, а также используются в качестве уплотнительного смазочного
материала для герметизации камер сжатия и штоков поршней компрессоров.
Компрессорные масла при работе нагреваются до высоких температур и
соприкасаются с различными средами(как высокотемпературными, так и
хладагентами). В связи с этим они должны обладать высокой термической и
химической стабильностью, высоким индексом вязкости и хорошей подвижностью
при низких температурах (низкой температурой застывания).
По применению различают компрессорные масла для обычных условий работы
(отсутствие агрессивных сред и давление сжатия не более 4МПа, т.е. 40
кгссм2) и для тяжелых условий работы (агрессивные среды, высокие
температуры и давления сжатия). В масла для обычных условий работы
присадки, как правило, не вводят, и они представляют собой остаточные или
компаундированные продукты. В последние годы к компрессорным маслам для
тяжелых условий работы стали добавлять различные присадки __ ингибиторы
окисления и коррозии, противоизносные и др. Ряд специфических требований,
обусловленных непрерывных контактов масла с различными хладагентами
(аммиаком, углекислотой, фреоном и др.), а также значительными изменениями
температуры и давления среды, предъявляется к компрессорным маслам для
холодильников машин. Помимо низкой температуры застывания и высокого ИВ
при подборе масла необходимо учитывать возможность химического
взаимодействия хладагента (сернистого ангидрида, фреона) с углеводородами
масла, а также взаимную растворимость и коррозионную агрессивность
образующихся смесей. Масла для компрессоров холодильных машин
(вырабатывается около 10 сортов __ ХА, ХА-23, ХФ-12, ХФ-22 и т.п.) готовят
на основе дистиллятных и остаточных базовых масел, а также их смешением. В
масла вводят антиокислительные, депрессорные и другие присадки. К
маслам для воздушных компрессоров в связи с высокими рабочими температурами
(2500С) и интенсивным воздействием кислорода воздуха на первое место
выдвигается требование высокой стабильности против окисления и минимальной
испаряемости. Практически все высококачественные компрессорные масла
получают, вводя соответствующие присадки в глубокоочищенные базовые масла.
Основным вспомогательным материалом на данной установке является
адсорбент. Для того чтобы выбрать оптимально подходящий адсорбент проведем
краткий анализ адсорбентов предлагаемых химической промышленностью.
Промышленные адсорбенты имеют очень развитую внутреннюю пористую структуру,
что позволяет им поглощать значительные количества адсорбируемого
компонента (до 0,3 кг компонентакг адсорбента). В зависимости от
поперечных размеров (эквивалентных диаметров) различают поры трех типов:
микропоры, переходные поры (мезопоры) и макропоры. Микропоры имеют диаметры
(5-15) 10"10 м, сравнимые с размерами молекул. Переходными считаются поры с
эквивалентными диаметрами от 15 10~10 до 2 10 7 м. Макропоры с размерами
более 2 10"7 м играют роль крупных транспортных артерий, по которым
поглощаемый компонент подводится к микропорам, на развитой поверхности
которых адсорбируется основное количество вещества.
В процессе адсорбции может происходить объемное заполнение микропор
(происходит соединение противоположных слоев адсорбированного вещества);
затем может начинаться капиллярная конденсация адсорбтива в переходных
порах. В крупных порах она обычно не происходит.
Используются три основные группы промышленных адсорбентов:
активированные (активные) угли и глины.
Исходя из заданных условий очистки и требуемой степени чистоты
конечного продукта в качестве адсорбента выбираем глину.
Вторым вспомогательным материалом является растворитель - бензиновая
фракция 80-120 "С. содержащая 3-5 % аренов. В стадии адсорбции растворитель
применяется для снижения вязкости масла, в стадии промывки служит
десорбентом.
Масла адсорбционной очистки в сравнении с маслами селективной очистки
содержат повышенные количества ароматических соединений и проявляют более
высокую приемистость к различным присадкам. Благодаря низкому содержанию
смолистых веществ основные масла адсорбционной очистки характеризуются
светлым цветом, низкой коксуемостью, высокими антикоррозийными свойствами,
повышенной термостабильностью.
1.3 Описание технологической схемы
Технологическую схему адсорбционной очистки масел контактным способом
можно представить следующим образом.
Сырье и растворитель смешиваются на входе в нижнюю часть адсорбера 5,
при этом раствор движется снизу вверх, а сверху в адсорбер входит
циркулирующий адсорбент и опускается вниз противотоком к раствору сырья.
Адсорбент извлекает из сырья смолы и полициклические арены. Раствор
очищенного масла (раствор рафината-1) с верха адсорбера 5 направляется на
регенерацию растворителя, осуществляемую в две ступени в колоннах 16 и 17.
Суспензия адсорбента, насыщенного извлеченными веществами, в
растворителе из адсорбера 5 поступает нисходящим потоком в десорбер 6, где
промывается восходящим потоком теплого растворителя, подаваемого в нижнюю
часть десорбера 6. Теплый растворитель вытесняет с поверхности адсорбента
ароматизированный рафинат-2. Раствор рафината-2 уходит с верха десорбера 6
и подвергается трехступенчатой отгонке от растворителя, которая про-водится
в кипятильнике 14, колоннах 20 и 28.
С низа десорбера 6 суспензия адсорбента, насыщенного смолами,
перетекает в паровую сушилку с кипящим слоем 8, где от ад¬сорбента водяным
паром отпаривается растворитель.
Высушенный адсорбент подается при помощи пневмотранспорта в сепаратор
пневмовзвеси 2, откуда стекает в ступенчато-противоточный регенератор 4. В
регенераторе смола выжигается с поверхности адсорбента. Воздух нагнетается
противотоком адсорбенту в низ регенератора 4, дымовые газы уходят с верха
регенератора 4 в котел-утилизатор.
С низа регенератора 4 регенерированный адсорбент направляется в
холодильник с кипящим слоем 7, где охлаждается в результате отвода теплоты
водой через змеевик, а также нагрева воздуха, поступающего на регенерацию
через холодильник 7 в регенератор 4. С низа холодильника 7 адсорбент при
помощи пневмотранспорта подается в сепаратор пневмовзвеси 3, откуда вновь
направляется в адсорбер 5.
1.4 Параметры процесса
Процесс адсорбции в зависимости от сырья и адсорбента должен протекать
при оптимальных температуре и времени контактирования.
Повышение температуры сверх оптимальной, увеличивая адсорбцию, ухудшает
качество и уменьшает выход целевого продукта в следствии термического
разложения (ускоряемого каталитическим воздействие алюмосиликатного
адсорбента).Термоокислительное разложение масла понижает стабильность
товарного продукта при хранении и эксплуатации.
Адсорбционную очистку масляного сырья (разделение по химическому
составу) в отличие от доочистки проводят при меньших температурах (40-600
С). Поскольку она предшествует низкотемпературной депарафинизации, во
избежание выделения кристаллов твердых углеводородов вести процесс ниже 35-
40 0С не рекомендуется. Если целью контактирования сырья с адсорбентами
является удаление остатков серной кислоты и продуктов ее взаимодействия с
углеводородами, то температура процесса составляет 50-700С. Кратность
адсорбента к сырью зависит от глубины очистки и доочистки, способа их
существования и состава (активности) адсорбента. Контактная доочистка
масел из восточных нефтей осуществляются при расходе отбеливающих земель 3-
15 % на сырье. При доочистке остаточных масел расход адсорбента больше, чем
при доочистке дистиллятных. На расход адсорбента существенно влияет
качество сырья. Кратность адсорбента к сырью при адсорбционной очистке
масел в зависимости от их фракционного состава изменяется в пределах 2-4:
1. С увеличением расхода адсорбента улучшается цвет масел, уменьшается
содержание неизвлеченных нежелательных веществ. Однако при чрезмерном
расходе адсорбента увеличиваются эксплуатационные затраты (на доставку,
регенерацию или вывоз отработанного продукта), увеличиваются потери масла и
резко возрастает загрузка фильтровального регенерационного процесса.
Процесс адсорбционной очистки (или доочистки) нефтяного сырья состоит из
следующих стадий: контактирования продукта с адсорбентом, отделение
очищенного продукта от адсорбента и последующей его регенерации (проводится
не всегда). При разбавлении высоковязкого сырья растворителем
дополнительной стадией является его удаление из масла.
1.5. Автоматизация основного блока установки
Основное назначение средств автоматического регулирования заменят труд
человека при контроле управлении различными технологическими и
производственными процессами. Принцип этой замены можно рассмотреть на
простейшим примере подержание частоты вращения электродвигателя на
заданном уровне. Чтобы выполнить эту задачу без применение автоматики
оператор должен:
- наблюдать за показателями тахометра;
- сравнивать эти показания с заданной частотой вращение;
- в случае разности между заданной и наблюдаемой величинами изменить
частоту вращения двигателя перемещением ручки реостата.
С помощью автоматики эта же задача выполняется без участие человека.
Регулируемое величина данном случае частота вращения электродвигателя
воздействует на преобразователь, где преобразуется в электрическое
напряжение. С преобразователя это напряжение подается на управляющий
орган, где она усиливается и сравнивается заданным напряжением. При
наличии расхождения управляющий орган воздействует на исполнительный,
который и восстанавливает заданное значение регулируемой величиной, данном
случи частоту вращения электродвигателя. В примере с электродвигателем,
управляющим органам может служить рэле, а исполнительным органом реостат.
Рэле управляется напряжением, полученным в результате сравнивание заданной
и измеряемой величины, и своими контактами включают и выключают отдельные
секций реостата регулируя тем самым частоту вращения двигателя. В общем
случае система автоматического управления состоит из объекта регулирования
и автоматического регулятора. Объект регулирования это
устройства, в котором происходит подлежащий регулированию процесс.
Автоматический регулятор это устройства, который без непосредственного
участия человека осуществляет контроль в управлений каким -либо процессом.
Автоматические регуляторы классифицируется по следующим признакам: в
зависимости от назначения регулятора расхода скорости, уровня жидкости
регуляторы положения объекта в пространстве; в зависимости от характера
изменения заданного значения регулированной величины регуляторы бывают
обычные, программные, Самоподстраивающиеся. Обычные регуляторы это такие, у
которых заданное значение регулированной величины в течений длительного
времени остается постоянным. Программные такие, у которых заданное значения
регулированной величины в процессе работы изменяется по определенной
программе. Самоподстраивающиеся регуляторы сами устанавливают значение
регулированной величины, чтобы процесс работы протекал наилучшим образом. В
зависимости от содержания основных элементов регуляторы могут быть
непрерывного или релейного действия. В зависимости от реакций системы
автоматического регулирования на воздействие внешних факторов различают
статические и астатические регуляторы. Статические регуляторы это такие,
которые зависят от влияния внешних факторов.
Астатические регуляторы не зависят от влияния внешних факторов.
Конечной целью автоматизации является создание полностью
автоматизированных производств, где роль человека сведется к составлению
режимов и программ технологических процессов, к контролю за работой
приборов, ЭВМ и их наладки.
Автоматизация производства – это этап машинного производства,
характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения
функций управления производственными процессами и передачей этих функций
автоматическим устройствам.
Для оптимального решения процесса и поддержания технологического режима
установки необходимо вести контроль и управление технологическим процессом.
Показателем эффективности управления процесса является получение
высокооктанового компонента бензина, являющийся ценным компонентом для
получения автобензинов.
Основными параметрами регулирования, контроля и сигнализации является
температура, давление, расход сырья, топлива, паров фракции, уровень.
Развитие автоматизации химической промышленности связано с возрастающей
интенсификацией технологических процессов и ростом производств большой
единичной мощности, усложнением технологических схем к получаемым
продуктам.
Особое значение придается вопросам автоматизации процессов химической
технологии в связи с взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ,
их агрессивностью и токсичностью, с необходимостью предотвращения вредных
выбросов в окружающую среду. Указанные особенности, высокая
чувствительность к нарушениям заданного режима, наличие большого числа
точек процесса и управление процессом, а также необходимость
своевременного и соответствующего сложившейся в данный момент обстановке
воздействия на процесс в случае отклонения от заданных по регламенту
условий протекания не позволяют даже опытному оператору обеспечить
качественное ведение процесса в ручную. Человек обладает конечной скоростью
восприятия ограниченного объема информации; ему требуется некоторое время
на ее обдумывание, принятие решения к выполнению соответствующих
мероприятий. Действия человека отличаются субъективностью. Оператор должен
непрерывно следить за процессом, с максимальной быстротой оценивать текущую
обстановку и в случае необходимости принимать решение с целью поддержания
заданного режима, что чрезвычайно сложно, а иногда и невозможно. Поэтому в
настоящее время эксплуатация процессов химической технологии без
автоматизации практически немыслима.
Основные параметры регулируются автоматически. Температура в реакторе
зависит от температуры сырья, температуры и количества циркулирующего
катализатора. Чтобы стабилизировать работу всей аппаратуры поддерживают
постоянным количеством подаваемого сырья. Режим в реакторе зависит от
температуры, давления, и степени закоксованности катализатора. Температуру
в реакторе поддерживают постоянной путем изменения подачи в змеевики
реактора воды. Расход воды поддерживается постоянным. Давление в реакторе
должно быть постоянным, хотя и не одинаковым иначе нарушается циркуляция
катализатора.
Измерение температуры по электрическому сопротивлению тел основано на
зависимости его от температуры.
Медные термометры изготовляют только технические (тип ТСМ) по ГОСТ
6651 - 78. Медную изолированную проволоку 1 диаметром 0,08 мм наматывают
обычно без каркаса бифилярно и покрывают фторо – пластовой пленкой 2.
Концы проволоки припаивают к выводам 3, которые присоединяют к зажимам
головки термометра. Медные термометры выпускают для измерения температуры
от – 50 до 180оС.
Для изготовления термопреобразователей сопротивления применяют также
полупроводники, оксиды титана, магния, железа, никеля, меди или кристаллы
некоторых металлов (например, германия). Существенным преимуществом
полупроводниковых термометров (терморезисторов) является их большой
температурный коэффициент электрического сопротивления. Поэтому из
полупроводников можно делать термометры с большим начальным сопротивлением,
что позволяет снизить до незначительных величин погрешности, вызываемые
изменением температуры соединительных проводов.
Для измерения температуры наиболее часто применяют терморезисторы типов
ММТ- 1, ММТ- 4, ММТ- 6, КМТ- 4, сопротивление которых в рабочих интервалах
температур изменяется по экспоненциальному закону.
Основными недостатками, препятствующими широкому внедрению
терморезисторов в практику систем автоматического контроля, являются низкая
воспроизводимость параметров, что исключает их взаимозаменяемость, а также
сравнительно невысокая максимальная рабочая температура (от – 60 до 180 оС
Жидкостные манометры отличаются простотой конструкций и высокой
точностью измерения. Их широко применяют как в качестве переносных, так и
технических приборов.
Переносный U- образный манометр, представляющий собой согнутую в виде
буквы U стеклянную трубку. Трубка закреплена на доске со шкалой,
расположенной между коленами трубки, и заполнена жидкостью (спиртом,водой,
ртутью). Один конец трубки соединен с полостью, в которой измеряется
давление, другой конец трубки сообщается с атмосферой. Под действием
измеряемого давления жидкость в трубке перемещается из одного колена в
другое до тех пор, пока измеряемое давление не уравновесится
гидростатическим давлением столба жидкости в открытом колене. Если давление
в полости, с которой соединен прибор, ниже атмосферного, то жидкость в
коленах переместится в обратном направлении, и высота ее столба будет
соответствовать вакууму.
Манометр заполняют жидкостью до нулевой отметки шкалы. Для определения
высоты столба жидкости необходимо сделать два отсчета(снижение в одном
колене и подъем в другом) и суммировать их величины.
2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Материальный баланс установки
Материальный баланс установки приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Материальный баланс установки
Поступило %(масса) тгод Кгч Кгс
Неочищенное 100 30 000 3472,2 0,96
масло
Итого 100 30000 3472,2 0,96
Получено %(масса) тгод Кгч Кгс
Рафинат 1 72,7 218 10 25 24,3 0,7
(конденсаторное
масло)
Рафинат 2 16,8 50 40 5 83,3 0,16
(ароматизированный
продукт)
Выжигаемые смолы 10,5 31 50 3 64,6 0,1
Итого 100 30000 3472,2 0,96
2.2 Материальный баланс основного аппарата
Материальный баланс основного аппарата приведен в таблице 2.
Таблица 2 - Материальный баланс основного аппарата
Поступило %(масса) тгод Кгч Кгс
Масло 75 22500 26 04,1 0,723
Глина 25 7500 868,0 0,24
Итого: 100 30000 3472,2 0,96
Получено %(масса) Кгч Кгс
Продолжение таблицы 2
Очищенное 72,7 21810 2524,3 0,7
масло
Легкие 16,8 5040 583,3 0,16
фракции
Потери 10,5 3150 364,6 0,1
Итого: 100 30000 3472,2 0,96
2.3 Тепловой баланс основного аппарата
Тепловой баланс основного аппарата приведен в таблице 3.
Таблица 3 - Тепловой баланс основного аппарата
Продукт t0C G,кгс I103Джкг Ф,Вт
Приход
Неочищенное 2500С 0,723 2565 1854,4
масло
Глина 2500С 0,24 1980 475,2
Итого: 0,96 - 23 29,6
Расход
Очищенное 2400С 0,7 1780 1246,0
масло
Легкие фракции2150С 0,16 785 125,6
Потери 2150С 0,1 1777,5 177,75
Итого: 0,96 - 1549,3
Энтальпию продуктов нашли по справочным данным учебника
Ф = GI 1000
(2.3.1)
2.4 Определение основных размеров основного аппарата
Оределить расход адсорбента, диаметр и высоту аппарата, при следющих
условиях: производительность установки по исходной смеси V=0,96кгс;
содержание механических примесей в исходном сырье (масле очищаемом)
ун=1,6кгм3; содержание механических примесей на выходе из адсорбционной
зоны ук=0,8 кгм3; температура процесса =2500С; насыпная плотность глины
н=750кгм3. По справочным данным учебника М.Г. Рудина, А.Е.Дробкина
Краткий справочник нефтепереработчика средний диаметр частиц по фракциям
=2,810-3мм.
Расчёт диаметра аппарата:
Скорость газового потока должна быть меньше скорости начала
псевдоожижения, которая для слоя сферических частиц может быть найдена из
соотношения:
Rео пс=
(2.4.1)
где Rео пс=пс d y y – критическое значение
модифицированного критерия Рейнольдса; пс –скорость начала
псевдоожижения, мс; d-диаметр шара того же объёма, что и
частица, м;
Ar =
(2.4.2)
– критерий Архимеда.
Свойства смеси масла при t = 2500С: =20,01кгм3; =0,017
Па
Плотность частиц находим значение
Критерия Архимеда:
Аr =
а затем критическое значение модифицированного критерия Рейнольдса:
Rео пс =
Зная Rео пс, находим пс:
(2.4.3)
Принимаем скорость газового потока равной 0,3мс и рассчитываем
диаметр аппарата:
Da===
(2.4.4)
Принимаем диаметр аппарата Da=2,6м и затем уточняем линейную скорость
парогазовой смеси:
(2.4.5)
Критическая скорость псевдоожижения ниже выбранной , что не
обеспечивает нормальные условия движения адсорбента через аппарат.
Расчёт скорости движения адсорбента Определяем скорость перемещения
адсорбента в колонне. Она должна быть равна скорости движения массопередачи
и:
(2.4.6)
где -скорость потока, отнесённая ко всему сечению адсорбера, мс;
χк - концентрация выделяемого компонента в твёрдой фазе,
равновесная с ун, кг м3;
Для движущихся зернистых слоёв . Принимаем =0,4.
u=
Расчёт длины слоя адсорбента Требуемую длину слоя адсорбента Ндв
определяют через число единиц переноса по уравнению массопередачи:
Ндв ==hэ noy
(2.4.7)
где –площадь поперечного сечения слоя, м2 ; Ку v –объёмный
коэффициент массопередачи , с-1; hэ –высота, эквивалентная единице
переноса, м; noy - число единиц переноса.
Объёмный коэффициент массопередачи определяем из соотношения:
=
(2.4.8)
Где газовой фазе, с-1;
, с-1; m-коэффициент распределения. Поскольку коэффициент
распределение m очень мал, то величиной m можно пренебречь. Тогда
Куυ. Для расчёта объёмного коэффициента массоотдачи газовой фазы
необходимо определить число Рейнольдса для зернистого слоя:
Re=4
(2.4.9)
Где -удельная поверхность зернистого слоя, м2м3. Удельная
поверхность для зернистого слоя адсорбента находим из соотношения:
d
(2.4.10)
Фактор формы Ф для промышленных гранулированных активных углей и
отбеливающих земель лежит в пределах Ф=0,9, найдём
2м2
Тогда число Рейнольдса равно:
Re =
При Re30для расчёта используют соотношение:
(2.4.11)
где
(2.4.12)
Находи значение Рŕ из выражения:
Рŕ = (2.4.13)
Коэффициент диффузии механических примесей в масле
(D=18,9×10-6 м2с) взят из справочных таблиц. Рассчитываем значение
Nú:
Nú =0,395×990,64 ×0,0450,33=2,7
Значение эквивалентного диаметра для зернистого слоя находим по
соотношению:
dэ= =
(2.4.14)
Определяем :
==46,4с-1
(2.4.15)
Принимаем ==46,4c-1
Определяем длину движущегося слоя адсорбента:
(2.4.16)
При таком соотношении диаметра аппарата и высоты движущегося слоя
возможен проскок адсорбтива вследствие колебаний скорости потока, особенно
скорости движения слоя, обеспечиваемой разгрузочными и загрузочными
устройствами.
Исходя из этого принимаем Ндв=0,6м.
Загрузочные и разгрузочные устройства адсорберов с движущим слоем
поглотителя весьма громоздки и сложны, однако от них зависит скорость и
равномерность движения слоя адсорбента. Приняв высоту установки
загрузочного устройства-1,8м, а для разгрузочного – 1,6м, получим высоту
адсорбера:
На=НДВ+Нзагр+Нразгр=0,6+1,8+1,6=4м.
(2.4.17)
Расход адсорбента определим из уравнения:
G= (2.4.18)
2.5 Определение основных размеров вспомогательного аппарата
Рассчитать реакционный змеевик трубчатой печи градиентного типа для
термического крекинга, производительность печи 3472,2 кгч.
Определим поверхность ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
4.3 Влияние работы установки на окружающую среду
62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 68
ВВЕДЕНИЕ
Нефтяные масла представляют собой высококипящие вязкие фракции нефти,
очищенные от нежелательных примесей. Они используются для обеспечения
жидкостной смазки в различных машинах и механизмах и в зависимости от
области применения изготавливаются различных марок. Но независимо от
назначения все нефтяные минеральные масла получают из остатков атмосферной
перегонки - мазута. Процесс производства любых масел состоит из трех
этапов:
- подготовка сырья - получение исходных масляных фракций;
- получение компонентов масел из исходных масляных фракций;
- смешение компонентов (компаундирование), добавление присадок для
получения товарных марок масел.
Подготовка сырья заключается в разгонке мазутов под вакуумом. Фракции,
используемые для производства масел, по способу получения делят на две
группы: дистиллятные - выделяемые в виде погонов при вакуумной разгонке
мазута и остаточные получаемые из гудрона. Соответственно масла, полученные
из дистиллятных масляных фракций называются дистиллятными, масла,
полученные из гудрона - остаточными.
Производство компонентов из исходных масляных фракций сложный
многоступенчатый процесс. Основное назначение каждой ступени - полное или
частичное удаление отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства
масел. Из нефтяных фракций необходимо удалить все кислые соединения,
непредельные углеводороды, частично серосодержащие и смолистые соединения,
полициклические арены с короткими боковыми цепями, твердые алканы.
В результате очистки масляных фракций от смолистых веществ цвет масел
изменяется - они становятся светлее. Удаление смолистых веществ и
полициклических аренов с короткими боковыми цепями способствует понижению
коксуемости и повышению индекса вязкости масел. Удаление смолистых веществ
и непредельных углеводородов значительно увеличивает термоокислительную
способность. Очистка от кислых соединений снижает коррозийную активность, а
выделение из состава масел твердых углеводородов приводит к понижению
температуры застывания. Эффективность технологических процессов
производства масла и характеризуется достижением необходимых качественных
показателей масел, а также выходом целевого продукта.
Целью данного дипломного проекта является проектирование установки
непрерывной адсорбционной очистки масел. Очистка нефтепродуктов с
применением адсорбции основана на способности адсорбентов удерживать на
своей поверхности примеси, снижающие качество очищаемого продукта, и
содействовать явлениям полимеризации и конденсации непредельных
углеводородов, содержащихся в этом продукте. В качестве адсорбентов
применяют естественные активированные глины, а также синтетические
продукты: силикагель, аморфные и кристаллические цеолиты, алюмосиликаты.
Наибольшией адсорбируемостью обладает асфальто-смолистые вещества, затем
идут ароматические углеводороды; слабее адсорбируются нафтеновые и
парафиновые углеводороды. Непредельные углеводороды, особенно диолефины,
интенсивнее адсорбируются на аморфных алюмосиликатах, чем другие
углеводороды и смолы; при этом происходит их полимеризация. На
кристаллических алюмосиликатах (цеолитах) хорошо адсорбируются парафиновые
углеводороды. Ряд глин в натуральном виде не имеют отбеливающих свойств.
Некоторые из них после обработки слабой серной или соляной кислотой при 90-
95 ºС и последующей промывки водой для удаления избытка кислоты и сушки
приобретают хорошие адсорбционные свойства. Такая обработка называется
активацией. Можно подвергать активации и глины, которые используют в
натуральном виде, например гумбрин. Адсорбционные свойства глин после
повышаются в 2-4 раза. Чем больше пористость адсорбента и его удельная
поверхность, тем мельче его частицы и меньше молекулы адсорбируемого
продукта и тем выше при прочих равных условиях адсорбционная способность
адсорбента, характеризуемая количеством поглощенного вещества. Извлечение
адсорбированных веществ из пор адсорбента (десорбция) является процессом
эндотермическим. Десорбцию проводят как жидкостью (растворителем), так и
паром. При десорбции паром необходимо, чтобы адсорбированное вещество в
условиях процесса десорбции образовало летучую смесь с паром. При
использовании процесса десорбции для масляных фракций полностью извлечь
такие соединения, как смолы и полициклические ароматические углеводороды,
не удается. Их удаляют с поверхности адсорбента при помощи выжига. В
настоящее время в нефтеперерабатывающей промышленности во все уменьшающемся
объеме применяют два способа очистки нефтепродуктов глинами.
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. 1 Теоретические основы процесса
Адсорбционная очистка масел основана на способности адсорбентов
избирательно извлекать из масел смолистые и сернистые соединения,
непредельные и полициклические ароматические углеводороды, а также
органические кислоты, остатки серной кислоты и растворителей. В результате
очистки улучшаются цвет масла, его стабильность, индекс вязкости,
коксуемость. В качестве адсорбентов при очистке масел, как и при очистке
топлив применяют природные глины (отбеливающие земли) и искусственные
алюмосиликаты. Природные глины перед употреблением активируют серной или
соляной кислотой и высушивают.В технологии производства масел (и
парафинов) адсорбенты наиболее широко применяют для доочистки продуктов от
остатков нежелательных компонентов; солей нафтеновых кислот и сульфокислот,
кислых гудронов, серной кислоты, избирательных растворителей и смол.
В промышленности получили распространение следующие способы очистки:
- контактная очистка с тонко измельченным адсорбентом;
- перколяция или фильтрование через слой гранулированного адсорбента.
При контактной очистке масла смешивают с тонко измельченной
отбеливающей землей. Поскольку активность адсорбента зависит от степени его
измельчения, применяют глину очень тонкого помола. Чтобы снизить вязкость
масла и улучшить его проникновение в поры адсорбента, масло нагревают до
120-130 ºС.
Температура процесса зависит от качества сырья, природы адсорбента и
требуемой степени очистки готового продукта. На эффективность
процесса влияет также продолжительность контакта масла с глиной. Чаще всего
время контакта составляет 20-25 минут. Расход глины колеблется от 3 до 25%
в зависимости от качества адсорбента, свойств сырья и требований,
предъявляемых к качеству готового продукта.К достоинствам процесса следует
отнести возможность легко регулировать степень очистки, определяемую цветом
готового продукта, путем изменения температуры процесса и соотношения
адсорбент – масло. Сырье очищается непрерывно, вредные примеси извлекаются
все сразу. К недостаткам процесса относятся трудность регенерации
адсорбента, потери масла с адсорбентом (30-40 вес. % от адсорбента),
частичное разложение масла вследствие того, что при высоких температурах
природные алюмосиликаты проявляют крекирующую способность. Кроме того, в
ряде случаев контактная очистка не позволяет получать масла достаточно
высокого качества по цвету. Адсорбент не регенируется.
Перколяция (от лат. percolatio – процеживание через...), т. е.
процеживание экстрагента через растительный материал с целью извлечения
растворимых в экстрагенте веществ. Процесс проводится в емкостях различной
конструкции, называемых перколяторами-экстракторами. Они могут быть
цилиндрической а, в или конической б формы, с паровой рубашкой в или без
нее, опрокидывающиеся и саморазгружающиеся, изготовленные из нержавеющей
стали, алюминия, луженой меди и других материалов. В нижней части
перколятора имеется ложное дно (перфорированная сетка) 1, на которое
помещают фильтрующий материал 2 (мешковина, полотно и др.), и загружают
сырье. Цилиндрические перколяторы удобны в работе при выгрузке сырья,
конические – обеспечивают более равномерное экстрагирование.
Метод перколяции включает три последовательно протекающие стадии:
намачивание сырья (набухание сырья), настаивание, собственно перколяция.
В основе производства компонентов масляных фракций лежат методы
избирательного удаления нежелательных компонентов. Эти методы могут быть
физическими - экстракция растворителями, осаждение из растворителей при
понижении температуры; физико-химическими - адсорбция; химическими -
взаимодействие с серной кислотой, гидроочистка.
Производство остаточных масел сложнее, чем дистиллятных из-за высокого
содержания смолисто-асфальтовых веществ в гудронах. Полученный при
вакуумной разгонке гудрон подвергают прежде всего деасфальтиэации-удаляют
смолисто-асфальтеновые вещества. Деасфальтизат направляют на очистку
избирательными растворителями (селективную очистку) фенолом или фурфуролом.
Цель селективной очистки - извлечение остаточных смолисго-асфальтеновых
веществ и полициклических аренов с короткими боковыми цепями.
Из рафината селективной очистки осаждают твердые алканы при помощи
таких избирательных растворителей, как ацетон, дихлорэтан и др. Продукт
депарафинизации окончательно доводят до кондиции путем адсорбционной
очистки.
Избирательное поглощение молекул вещества поверхностью твердого
пористого адсорбента происходит вследствие воздействия на молекулы целевого
компонента неуравновешенных поверхностных сил адсорбента. Различают
физическую адсорбцию, вызываемую силами межмолекулярного взаимодействия, и
химическую (хемосорбцию), при которой молекулы поглощаемого вещества и
поверхностного слоя адсорбента вступают в химическую реакцию и поглощенные
молекулы целевого компонента не сохраняют на поверхности адсорбента своей
индивидуальности.
В отличие от практически необратимой хемосорбции процесс физической
адсорбции обратим, что важно при промышленном использовании этих процессов,
поскольку после стадии собственно адсорбции обычно требуется проведение
обратного процесса - десорбции. Это связано либо с необходимостью
регенерации адсорбента с целью его последующего использования в процессе
адсорбции, либо с желанием выделить адсорбтив в чистом виде. В промышленной
практике почти всегда применяется обратимый процесс физической адсорбции.
Адсорбцией называют процесс поглощения вещества из смеси газов, паров
или растворов поверхностью или объемом пор твердого тела-адсорбента.
Поглощаемое вещество, находящееся в объемной фазе (газе, паре или
жидкости), называется адсорбтивом, а поглощенное - адсорбатом.
Адсорбцию подразделяют на два вида: физическую и химическую. Физическая
адсорбция в основном обусловлена поверхностными вандер-ваальсовыми силами,
которые проявляются на расстояниях, значительно превышающих размеры
адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбента обычно
удерживаются несколько слоев молекул адсорбата.
Благодаря тому, что силовое поле поверхностных атомов и молекул не
уравновешено силами взаимодействия соседних частиц. По физической природе
силы взаимодействия молекул поглощаемого вещества и адсорбента относятся в
основном к дисперсионным, возникающим благодаря перемещению электронов в
сближающихся молекулах. В ряде случаев адсорбции большое значение имеют
электростатические и индукционные силы, а также водородные связи.
Заполнение адсорбатом поверхности адсорбента частично уравновешивает
поверхностные силы и вследствие этого снижает поверхностное натяжение
(свободную удельную поверхностную энергию). Поэтому адсорбция является
самопроизвольным процессом, течение которого сопровождается уменьшением
свободной энергии и энтропии системы.
Убыль свободной энергии и энтропии системы вызывает уменьшение ее
энтальпии, что равнозначно выделению тепла, т.е. процессы адсорбции
экзотермичны.
Процессы адсорбции избирательны и обратимы. Процесс, обратный
адсорбции, называют десорбцией, которую используют для выделения
поглощенных веществ и регенерации адсорбента.
В адсорбционном процессе большое значение имеют размер частиц
адсорбента (дисперсность), пористость и удельная поверхность. С увеличением
дисперсности частиц возрастает поверхность контакта адсорбента с сырьем,
что повышает эффективность процесса. Однако слишком мелкие частицы
адсорбента или замедляют фильтрование, или легко проходят через
фильтровальную ткань и трудно отделяются от очищенного масла. Для каждого
вида сырья и способа контактирования существует оптимальный размер частиц
адсорбента.
Как было сказано выше адсорбция - экзотермический процесс, и ей
благоприятствует понижение температуры. При повышенных температурах
ускоряется процесс обратный адсорбции - десорбция. При необратимой или
трудно десорбируемой адсорбции регенерацию адсорбента часто проводят путем
выжига адсорбированных компонентов. Значительное влияние на эффективность
адсорбции оказывает вязкость сырья, которая определяет скорость диффузии
адсорбируемых компонентов в поры адсорбента. Для понижения вязкости
очищаемого продукта обычно применяют растворители (например, легкие
нефтяные фракции) и повышают температуру процесса.
В процессе непрерывной адсорбционной очистки дистиллятных масел
получают два рафината: рафинат I - основной очищенный продукт и рафинат II
- десорбированный с поверхности адсорбента обессмоленный ароматизированный
концентрат. Остающиеся на адсорбенте смолистые и другие коксогенные
вещества выжигаются в процессе регенерации.
Адсорбционной очисткой на базе маловязких масляных дистиллятов
вырабатываются масла: из рафината I - трансформаторное, гидравлическое,
специальные электроизоляционные и др.; из рафинатов II - ароматизированные
масла - наполнители каучука, смягчители резиновых смесей и пр. В процессе
адсорбционной очистки трансформаторного дистиллята получают 87...89 %
рафината I и 6...8 % ароматизированного масла.
Непрерывный процесс адсорбционной очистки и доочистки масел с
использованием растворителя происходит в противотоке на движущемся
синтетическом алюмосиликатом адсорбенте с размером зерен 0,25-0,8 им.
Растворитель - бензиновая фракция 80-120 "С. содержащая 3-5 % аре нов. В
стадии адсорбции растворитель применяется для снижения вязкости масла, в
стадии промывки служит десорбентом. Адсорбент подвергается непрерывной
окислительной регенерации непосредственно на установке.
В основе производства компонентов масляных фракций лежат методы
избирательного удаления нежелательных компонентов. Эти методы могут быть
физическими - экстракция растворителями, осаждение из растворителей при
понижении температуры; физико-химическими - адсорбция; химическими -
взаимодействие с серной кислотой, гидроочистка.
Производство остаточных масел сложнее, чем дистиллятных из-за высокого
содержания смолисто-асфальтовых веществ в гудронах. Полученный при
вакуумной разгонке гудрон подвергают прежде всего деасфальтиэации-удаляют
смолисто-асфальтеновые вещества. Деасфальтизат направляют на очистку
избирательными растворителями (селективную очистку) фенолом или фурфуролом.
Цель селективной очистки - извлечение остаточных смолисго-асфальтеновых
веществ и полициклических аренов с короткими боковыми цепями.
Из рафината селективной очистки осаждают твердые алканы при помощи
таких избирательных растворителей, как ацетон, дихлорэтан и др. Продукт
депарафинизации окончательно доводят до кондиции путем адсорбционной
очистки.
Избирательное поглощение молекул вещества поверхностью твердого
пористого адсорбента происходит вследствие воздействия на молекулы целевого
компонента неуравновешенных поверхностных сил адсорбента. Различают
физическую адсорбцию, вызываемую силами межмолекулярного взаимодействия, и
химическую (хемосорбцию), при которой молекулы поглощаемого вещества и
поверхностного слоя адсорбента вступают в химическую реакцию и поглощенные
молекулы целевого компонента не сохраняют на поверхности адсорбента своей
индивидуальности.
В отличие от практически необратимой хемосорбции процесс физической
адсорбции обратим, что важно при промышленном использовании этих процессов,
поскольку после стадии собственно адсорбции обычно требуется проведение
обратного процесса - десорбции. Это связано либо с необходимостью
регенерации адсорбента с целью его последующего использования в процессе
адсорбции, либо с желанием выделить адсорбтив в чистом виде. В промышленной
практике почти всегда применяется обратимый процесс физической адсорбции.
Адсорбцией называют процесс поглощения вещества из смеси газов, паров
или растворов поверхностью или объемом пор твердого тела-адсорбента.
Поглощаемое вещество, находящееся в объемной фазе (газе, паре или
жидкости), называется адсорбтивом, а поглощенное - адсорбатом.
Адсорбцию подразделяют на два вида: физическую и химическую. Физическая
адсорбция в основном обусловлена поверхностными вандер-ваальсовыми силами,
которые проявляются на расстояниях, значительно превышающих размеры
адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбента обычно
удерживаются несколько слоев молекул адсорбата.
Силы притяжения возникают на поверхности адсорбента благодаря тому, что
силовое поле поверхностных атомов и молекул не уравновешено силами
взаимодействия соседних частиц. По физической природе силы взаимодействия
молекул поглощаемого вещества и адсорбента относятся в основном к
дисперсионным, возникающим благодаря перемещению электронов в сближающихся
молекулах. В ряде случаев адсорбции большое значение имеют
электростатические и индукционные силы, а также водородные связи.
Заполнение адсорбатом поверхности адсорбента частично уравновешивает
поверхностные силы и вследствие этого снижает поверхностное натяжение
(свободную удельную поверхностную энергию). Поэтому адсорбция является
самопроизвольным процессом, течение которого сопровождается уменьшением
свободной энергии и энтропии системы.
Убыль свободной энергии и энтропии системы вызывает уменьшение ее
энтальпии, что равнозначно выделению тепла, т.е. процессы адсорбции
экзотермичны.
Процессы адсорбции избирательны и обратимы. Процесс, обратный
адсорбции, называют десорбцией, которую используют для выделения
поглощенных веществ и регенерации адсорбента.
В адсорбционном процессе большое значение имеют размер частиц
адсорбента (дисперсность), пористость и удельная поверхность. С увеличением
дисперсности частиц возрастает поверхность контакта адсорбента с сырьем,
что повышает эффективность процесса. Однако слишком мелкие частицы
адсорбента или замедляют фильтрование, или легко проходят через
фильтровальную ткань и трудно отделяются от очищенного масла. Для каждого
вида сырья и способа контактирования существует оптимальный размер частиц
адсорбента.
Как было сказано выше адсорбция - экзотермический процесс, и ей
благоприятствует понижение температуры. При повышенных температурах
ускоряется процесс обратный адсорбции - десорбция. При необратимой или
трудно десорбируемой адсорбции регенерацию адсорбента часто проводят путем
выжига адсорбированных компонентов. Значительное влияние на эффективность
адсорбции оказывает вязкость сырья, которая определяет скорость диффузии
адсорбируемых компонентов в поры адсорбента. Для понижения вязкости
очищаемого продукта обычно применяют растворители (например, легкие
нефтяные фракции) и повышают температуру процесса.
В процессе непрерывной адсорбционной очистки дистиллятных масел
получают два рафината: рафинат I - основной очищенный продукт и рафинат II
- десорбированный с поверхности адсорбента обессмоленный ароматизированный
концентрат. Остающиеся на адсорбенте смолистые и другие коксогенные
вещества выжигаются в процессе регенерации.
Адсорбционной очисткой на базе маловязких масляных дистиллятов
вырабатываются масла: из рафината I - трансформаторное, гидравлическое,
специальные электроизоляционные и др.; из рафинатов II - ароматизированные
масла - наполнители каучука, смягчители резиновых смесей и пр. В процессе
адсорбционной очистки трансформаторного дистиллята получают 87...89 %
рафината I и 6...8 % ароматизированного масла.
Непрерывный процесс адсорбционной очистки и доочистки масел с
использованием растворителя происходит в противотоке на движущемся
синтетическом алюмосиликатом адсорбенте с размером зерен 0,25-0,8 им.
Растворитель - бензиновая фракция 80-120 "С. содержащая 3-5 % аре нов. В
стадии адсорбции растворитель применяется для снижения вязкости масла, в
стадии промывки служит десорбентом. Адсорбент подвергается непрерывной
окислительной регенерации непосредственно на установке.
1.2 Характеристика сырья, готовой продукции и вспомогательных
материалов
Основными показателями, определяющими поведение масел в эксплуатации,
являются: вязкость и ее изменение с температурой (вязкостно-температурные
свойства); подвижность при низких температурах (низкотемпературные
свойства); устойчивость против окисления кислородом воздуха (химическая
стабильность); смазочная способность; защита металлов от коррозионного
воздействия внешней среды.
Вязкость и вязкостно-температурные свойства масел зависят от их
фракционного и химического состава. С повышением температуры вязкость масел
углеводороды по-разному влияют на вязкость и ее изменение с температурой.
Парафиновые углеводороды характеризуются наименьшей вязкостью. С
разветвлением цепи их вязкость возрастает, вязкостно-температурные свойства
ухудшаются. Циклические углеводороды (нафтеновые и ароматические)
значительно более вязкие, чем парафиновые. При одинаковой структуре
вязкость нафтеновых углеводородов выше, чем ароматических. В общем случае
чем больше колец в структуре молекулы и чем разветвленное боковые цепи, тем
выше вязкость. Наибольшую вязкость имеют смолисто-асфальтеновые вещества.
Важнейшей характеристикой масел является изменение их вязкости с
температурой __ индекс вязкости (ИВ) или вязкостно-температурная
характеристика, показателем которой является коэффициент вязкости
(отношение ν50 ν 100). Чем более полога температурная кривая вязкости
(меньше коэффициент вязкости), тем выше значение ИВ и более качественно
масло (современные масла должны иметь индекс вязкости не менее 90).
Вязкостно-температурная характеристика масла зависит от типа и строения
углеводородов, входящих в его состав. Наиболее пологую вязкостно-
температурную кривую и, следовательно, наибольший ИВ имеют парафиновые
углеводороды. ИВ изопарафиновых углеводородов меньше, чем нормальных. Для
циклических углеводородов характерно улучшение вязкостно-температурных
свойств с уменьшением цикличности молекул и увеличением длины боковых
цепей. Для получения масел с хорошими вязкостно-температурными свойствами
следует полностью удалять полициклические ароматические и
нафтеноароматические углеводороды с короткими боковыми цепями и смолисто-
асфальтеновые вещества. Однако полное удаление этих углеводородов может
привести к некоторому ухудшению других свойств масел, прежде всего
стойкости к окислению. Таким образом, в общем случае, хотя индекс вязкости
и является эксплуатационным показателем, но по его значению можно судить о
химическом составе базового масла, о глубине его очистки и даже о способе
его производства.
Температура застывания масел (подвижность при низких температурах)
зависит от содержания твердых углеводородов и абсолютной вязкости масел при
минимальной температуре его применения. Выделяющимся при охлаждении масел
кристаллы твердых углеводородов образуют пространственную структуру, что
приводит к застыванию и потере маслом подвижности. Потеря подвижности (или
трудность запуска двигателя при низких температурах) может быть также
причиной высокой вязкости масла при этих температурах. Поэтому для
получения масел, подвижных при низких температурах, следует удалять из них
прежде всего твердые углеводороды, а также полициклические с короткими
боковыми цепями (с низким ИВ) и смолисто- асфальтеновые вещества.
Компрессорные масла предназначены для смазки цилиндров и клапанов
компрессоров, а также используются в качестве уплотнительного смазочного
материала для герметизации камер сжатия и штоков поршней компрессоров.
Компрессорные масла при работе нагреваются до высоких температур и
соприкасаются с различными средами(как высокотемпературными, так и
хладагентами). В связи с этим они должны обладать высокой термической и
химической стабильностью, высоким индексом вязкости и хорошей подвижностью
при низких температурах (низкой температурой застывания).
По применению различают компрессорные масла для обычных условий работы
(отсутствие агрессивных сред и давление сжатия не более 4МПа, т.е. 40
кгссм2) и для тяжелых условий работы (агрессивные среды, высокие
температуры и давления сжатия). В масла для обычных условий работы
присадки, как правило, не вводят, и они представляют собой остаточные или
компаундированные продукты. В последние годы к компрессорным маслам для
тяжелых условий работы стали добавлять различные присадки __ ингибиторы
окисления и коррозии, противоизносные и др. Ряд специфических требований,
обусловленных непрерывных контактов масла с различными хладагентами
(аммиаком, углекислотой, фреоном и др.), а также значительными изменениями
температуры и давления среды, предъявляется к компрессорным маслам для
холодильников машин. Помимо низкой температуры застывания и высокого ИВ
при подборе масла необходимо учитывать возможность химического
взаимодействия хладагента (сернистого ангидрида, фреона) с углеводородами
масла, а также взаимную растворимость и коррозионную агрессивность
образующихся смесей. Масла для компрессоров холодильных машин
(вырабатывается около 10 сортов __ ХА, ХА-23, ХФ-12, ХФ-22 и т.п.) готовят
на основе дистиллятных и остаточных базовых масел, а также их смешением. В
масла вводят антиокислительные, депрессорные и другие присадки. К
маслам для воздушных компрессоров в связи с высокими рабочими температурами
(2500С) и интенсивным воздействием кислорода воздуха на первое место
выдвигается требование высокой стабильности против окисления и минимальной
испаряемости. Практически все высококачественные компрессорные масла
получают, вводя соответствующие присадки в глубокоочищенные базовые масла.
Основным вспомогательным материалом на данной установке является
адсорбент. Для того чтобы выбрать оптимально подходящий адсорбент проведем
краткий анализ адсорбентов предлагаемых химической промышленностью.
Промышленные адсорбенты имеют очень развитую внутреннюю пористую структуру,
что позволяет им поглощать значительные количества адсорбируемого
компонента (до 0,3 кг компонентакг адсорбента). В зависимости от
поперечных размеров (эквивалентных диаметров) различают поры трех типов:
микропоры, переходные поры (мезопоры) и макропоры. Микропоры имеют диаметры
(5-15) 10"10 м, сравнимые с размерами молекул. Переходными считаются поры с
эквивалентными диаметрами от 15 10~10 до 2 10 7 м. Макропоры с размерами
более 2 10"7 м играют роль крупных транспортных артерий, по которым
поглощаемый компонент подводится к микропорам, на развитой поверхности
которых адсорбируется основное количество вещества.
В процессе адсорбции может происходить объемное заполнение микропор
(происходит соединение противоположных слоев адсорбированного вещества);
затем может начинаться капиллярная конденсация адсорбтива в переходных
порах. В крупных порах она обычно не происходит.
Используются три основные группы промышленных адсорбентов:
активированные (активные) угли и глины.
Исходя из заданных условий очистки и требуемой степени чистоты
конечного продукта в качестве адсорбента выбираем глину.
Вторым вспомогательным материалом является растворитель - бензиновая
фракция 80-120 "С. содержащая 3-5 % аренов. В стадии адсорбции растворитель
применяется для снижения вязкости масла, в стадии промывки служит
десорбентом.
Масла адсорбционной очистки в сравнении с маслами селективной очистки
содержат повышенные количества ароматических соединений и проявляют более
высокую приемистость к различным присадкам. Благодаря низкому содержанию
смолистых веществ основные масла адсорбционной очистки характеризуются
светлым цветом, низкой коксуемостью, высокими антикоррозийными свойствами,
повышенной термостабильностью.
1.3 Описание технологической схемы
Технологическую схему адсорбционной очистки масел контактным способом
можно представить следующим образом.
Сырье и растворитель смешиваются на входе в нижнюю часть адсорбера 5,
при этом раствор движется снизу вверх, а сверху в адсорбер входит
циркулирующий адсорбент и опускается вниз противотоком к раствору сырья.
Адсорбент извлекает из сырья смолы и полициклические арены. Раствор
очищенного масла (раствор рафината-1) с верха адсорбера 5 направляется на
регенерацию растворителя, осуществляемую в две ступени в колоннах 16 и 17.
Суспензия адсорбента, насыщенного извлеченными веществами, в
растворителе из адсорбера 5 поступает нисходящим потоком в десорбер 6, где
промывается восходящим потоком теплого растворителя, подаваемого в нижнюю
часть десорбера 6. Теплый растворитель вытесняет с поверхности адсорбента
ароматизированный рафинат-2. Раствор рафината-2 уходит с верха десорбера 6
и подвергается трехступенчатой отгонке от растворителя, которая про-водится
в кипятильнике 14, колоннах 20 и 28.
С низа десорбера 6 суспензия адсорбента, насыщенного смолами,
перетекает в паровую сушилку с кипящим слоем 8, где от ад¬сорбента водяным
паром отпаривается растворитель.
Высушенный адсорбент подается при помощи пневмотранспорта в сепаратор
пневмовзвеси 2, откуда стекает в ступенчато-противоточный регенератор 4. В
регенераторе смола выжигается с поверхности адсорбента. Воздух нагнетается
противотоком адсорбенту в низ регенератора 4, дымовые газы уходят с верха
регенератора 4 в котел-утилизатор.
С низа регенератора 4 регенерированный адсорбент направляется в
холодильник с кипящим слоем 7, где охлаждается в результате отвода теплоты
водой через змеевик, а также нагрева воздуха, поступающего на регенерацию
через холодильник 7 в регенератор 4. С низа холодильника 7 адсорбент при
помощи пневмотранспорта подается в сепаратор пневмовзвеси 3, откуда вновь
направляется в адсорбер 5.
1.4 Параметры процесса
Процесс адсорбции в зависимости от сырья и адсорбента должен протекать
при оптимальных температуре и времени контактирования.
Повышение температуры сверх оптимальной, увеличивая адсорбцию, ухудшает
качество и уменьшает выход целевого продукта в следствии термического
разложения (ускоряемого каталитическим воздействие алюмосиликатного
адсорбента).Термоокислительное разложение масла понижает стабильность
товарного продукта при хранении и эксплуатации.
Адсорбционную очистку масляного сырья (разделение по химическому
составу) в отличие от доочистки проводят при меньших температурах (40-600
С). Поскольку она предшествует низкотемпературной депарафинизации, во
избежание выделения кристаллов твердых углеводородов вести процесс ниже 35-
40 0С не рекомендуется. Если целью контактирования сырья с адсорбентами
является удаление остатков серной кислоты и продуктов ее взаимодействия с
углеводородами, то температура процесса составляет 50-700С. Кратность
адсорбента к сырью зависит от глубины очистки и доочистки, способа их
существования и состава (активности) адсорбента. Контактная доочистка
масел из восточных нефтей осуществляются при расходе отбеливающих земель 3-
15 % на сырье. При доочистке остаточных масел расход адсорбента больше, чем
при доочистке дистиллятных. На расход адсорбента существенно влияет
качество сырья. Кратность адсорбента к сырью при адсорбционной очистке
масел в зависимости от их фракционного состава изменяется в пределах 2-4:
1. С увеличением расхода адсорбента улучшается цвет масел, уменьшается
содержание неизвлеченных нежелательных веществ. Однако при чрезмерном
расходе адсорбента увеличиваются эксплуатационные затраты (на доставку,
регенерацию или вывоз отработанного продукта), увеличиваются потери масла и
резко возрастает загрузка фильтровального регенерационного процесса.
Процесс адсорбционной очистки (или доочистки) нефтяного сырья состоит из
следующих стадий: контактирования продукта с адсорбентом, отделение
очищенного продукта от адсорбента и последующей его регенерации (проводится
не всегда). При разбавлении высоковязкого сырья растворителем
дополнительной стадией является его удаление из масла.
1.5. Автоматизация основного блока установки
Основное назначение средств автоматического регулирования заменят труд
человека при контроле управлении различными технологическими и
производственными процессами. Принцип этой замены можно рассмотреть на
простейшим примере подержание частоты вращения электродвигателя на
заданном уровне. Чтобы выполнить эту задачу без применение автоматики
оператор должен:
- наблюдать за показателями тахометра;
- сравнивать эти показания с заданной частотой вращение;
- в случае разности между заданной и наблюдаемой величинами изменить
частоту вращения двигателя перемещением ручки реостата.
С помощью автоматики эта же задача выполняется без участие человека.
Регулируемое величина данном случае частота вращения электродвигателя
воздействует на преобразователь, где преобразуется в электрическое
напряжение. С преобразователя это напряжение подается на управляющий
орган, где она усиливается и сравнивается заданным напряжением. При
наличии расхождения управляющий орган воздействует на исполнительный,
который и восстанавливает заданное значение регулируемой величиной, данном
случи частоту вращения электродвигателя. В примере с электродвигателем,
управляющим органам может служить рэле, а исполнительным органом реостат.
Рэле управляется напряжением, полученным в результате сравнивание заданной
и измеряемой величины, и своими контактами включают и выключают отдельные
секций реостата регулируя тем самым частоту вращения двигателя. В общем
случае система автоматического управления состоит из объекта регулирования
и автоматического регулятора. Объект регулирования это
устройства, в котором происходит подлежащий регулированию процесс.
Автоматический регулятор это устройства, который без непосредственного
участия человека осуществляет контроль в управлений каким -либо процессом.
Автоматические регуляторы классифицируется по следующим признакам: в
зависимости от назначения регулятора расхода скорости, уровня жидкости
регуляторы положения объекта в пространстве; в зависимости от характера
изменения заданного значения регулированной величины регуляторы бывают
обычные, программные, Самоподстраивающиеся. Обычные регуляторы это такие, у
которых заданное значение регулированной величины в течений длительного
времени остается постоянным. Программные такие, у которых заданное значения
регулированной величины в процессе работы изменяется по определенной
программе. Самоподстраивающиеся регуляторы сами устанавливают значение
регулированной величины, чтобы процесс работы протекал наилучшим образом. В
зависимости от содержания основных элементов регуляторы могут быть
непрерывного или релейного действия. В зависимости от реакций системы
автоматического регулирования на воздействие внешних факторов различают
статические и астатические регуляторы. Статические регуляторы это такие,
которые зависят от влияния внешних факторов.
Астатические регуляторы не зависят от влияния внешних факторов.
Конечной целью автоматизации является создание полностью
автоматизированных производств, где роль человека сведется к составлению
режимов и программ технологических процессов, к контролю за работой
приборов, ЭВМ и их наладки.
Автоматизация производства – это этап машинного производства,
характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения
функций управления производственными процессами и передачей этих функций
автоматическим устройствам.
Для оптимального решения процесса и поддержания технологического режима
установки необходимо вести контроль и управление технологическим процессом.
Показателем эффективности управления процесса является получение
высокооктанового компонента бензина, являющийся ценным компонентом для
получения автобензинов.
Основными параметрами регулирования, контроля и сигнализации является
температура, давление, расход сырья, топлива, паров фракции, уровень.
Развитие автоматизации химической промышленности связано с возрастающей
интенсификацией технологических процессов и ростом производств большой
единичной мощности, усложнением технологических схем к получаемым
продуктам.
Особое значение придается вопросам автоматизации процессов химической
технологии в связи с взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ,
их агрессивностью и токсичностью, с необходимостью предотвращения вредных
выбросов в окружающую среду. Указанные особенности, высокая
чувствительность к нарушениям заданного режима, наличие большого числа
точек процесса и управление процессом, а также необходимость
своевременного и соответствующего сложившейся в данный момент обстановке
воздействия на процесс в случае отклонения от заданных по регламенту
условий протекания не позволяют даже опытному оператору обеспечить
качественное ведение процесса в ручную. Человек обладает конечной скоростью
восприятия ограниченного объема информации; ему требуется некоторое время
на ее обдумывание, принятие решения к выполнению соответствующих
мероприятий. Действия человека отличаются субъективностью. Оператор должен
непрерывно следить за процессом, с максимальной быстротой оценивать текущую
обстановку и в случае необходимости принимать решение с целью поддержания
заданного режима, что чрезвычайно сложно, а иногда и невозможно. Поэтому в
настоящее время эксплуатация процессов химической технологии без
автоматизации практически немыслима.
Основные параметры регулируются автоматически. Температура в реакторе
зависит от температуры сырья, температуры и количества циркулирующего
катализатора. Чтобы стабилизировать работу всей аппаратуры поддерживают
постоянным количеством подаваемого сырья. Режим в реакторе зависит от
температуры, давления, и степени закоксованности катализатора. Температуру
в реакторе поддерживают постоянной путем изменения подачи в змеевики
реактора воды. Расход воды поддерживается постоянным. Давление в реакторе
должно быть постоянным, хотя и не одинаковым иначе нарушается циркуляция
катализатора.
Измерение температуры по электрическому сопротивлению тел основано на
зависимости его от температуры.
Медные термометры изготовляют только технические (тип ТСМ) по ГОСТ
6651 - 78. Медную изолированную проволоку 1 диаметром 0,08 мм наматывают
обычно без каркаса бифилярно и покрывают фторо – пластовой пленкой 2.
Концы проволоки припаивают к выводам 3, которые присоединяют к зажимам
головки термометра. Медные термометры выпускают для измерения температуры
от – 50 до 180оС.
Для изготовления термопреобразователей сопротивления применяют также
полупроводники, оксиды титана, магния, железа, никеля, меди или кристаллы
некоторых металлов (например, германия). Существенным преимуществом
полупроводниковых термометров (терморезисторов) является их большой
температурный коэффициент электрического сопротивления. Поэтому из
полупроводников можно делать термометры с большим начальным сопротивлением,
что позволяет снизить до незначительных величин погрешности, вызываемые
изменением температуры соединительных проводов.
Для измерения температуры наиболее часто применяют терморезисторы типов
ММТ- 1, ММТ- 4, ММТ- 6, КМТ- 4, сопротивление которых в рабочих интервалах
температур изменяется по экспоненциальному закону.
Основными недостатками, препятствующими широкому внедрению
терморезисторов в практику систем автоматического контроля, являются низкая
воспроизводимость параметров, что исключает их взаимозаменяемость, а также
сравнительно невысокая максимальная рабочая температура (от – 60 до 180 оС
Жидкостные манометры отличаются простотой конструкций и высокой
точностью измерения. Их широко применяют как в качестве переносных, так и
технических приборов.
Переносный U- образный манометр, представляющий собой согнутую в виде
буквы U стеклянную трубку. Трубка закреплена на доске со шкалой,
расположенной между коленами трубки, и заполнена жидкостью (спиртом,водой,
ртутью). Один конец трубки соединен с полостью, в которой измеряется
давление, другой конец трубки сообщается с атмосферой. Под действием
измеряемого давления жидкость в трубке перемещается из одного колена в
другое до тех пор, пока измеряемое давление не уравновесится
гидростатическим давлением столба жидкости в открытом колене. Если давление
в полости, с которой соединен прибор, ниже атмосферного, то жидкость в
коленах переместится в обратном направлении, и высота ее столба будет
соответствовать вакууму.
Манометр заполняют жидкостью до нулевой отметки шкалы. Для определения
высоты столба жидкости необходимо сделать два отсчета(снижение в одном
колене и подъем в другом) и суммировать их величины.
2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Материальный баланс установки
Материальный баланс установки приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Материальный баланс установки
Поступило %(масса) тгод Кгч Кгс
Неочищенное 100 30 000 3472,2 0,96
масло
Итого 100 30000 3472,2 0,96
Получено %(масса) тгод Кгч Кгс
Рафинат 1 72,7 218 10 25 24,3 0,7
(конденсаторное
масло)
Рафинат 2 16,8 50 40 5 83,3 0,16
(ароматизированный
продукт)
Выжигаемые смолы 10,5 31 50 3 64,6 0,1
Итого 100 30000 3472,2 0,96
2.2 Материальный баланс основного аппарата
Материальный баланс основного аппарата приведен в таблице 2.
Таблица 2 - Материальный баланс основного аппарата
Поступило %(масса) тгод Кгч Кгс
Масло 75 22500 26 04,1 0,723
Глина 25 7500 868,0 0,24
Итого: 100 30000 3472,2 0,96
Получено %(масса) Кгч Кгс
Продолжение таблицы 2
Очищенное 72,7 21810 2524,3 0,7
масло
Легкие 16,8 5040 583,3 0,16
фракции
Потери 10,5 3150 364,6 0,1
Итого: 100 30000 3472,2 0,96
2.3 Тепловой баланс основного аппарата
Тепловой баланс основного аппарата приведен в таблице 3.
Таблица 3 - Тепловой баланс основного аппарата
Продукт t0C G,кгс I103Джкг Ф,Вт
Приход
Неочищенное 2500С 0,723 2565 1854,4
масло
Глина 2500С 0,24 1980 475,2
Итого: 0,96 - 23 29,6
Расход
Очищенное 2400С 0,7 1780 1246,0
масло
Легкие фракции2150С 0,16 785 125,6
Потери 2150С 0,1 1777,5 177,75
Итого: 0,96 - 1549,3
Энтальпию продуктов нашли по справочным данным учебника
Ф = GI 1000
(2.3.1)
2.4 Определение основных размеров основного аппарата
Оределить расход адсорбента, диаметр и высоту аппарата, при следющих
условиях: производительность установки по исходной смеси V=0,96кгс;
содержание механических примесей в исходном сырье (масле очищаемом)
ун=1,6кгм3; содержание механических примесей на выходе из адсорбционной
зоны ук=0,8 кгм3; температура процесса =2500С; насыпная плотность глины
н=750кгм3. По справочным данным учебника М.Г. Рудина, А.Е.Дробкина
Краткий справочник нефтепереработчика средний диаметр частиц по фракциям
=2,810-3мм.
Расчёт диаметра аппарата:
Скорость газового потока должна быть меньше скорости начала
псевдоожижения, которая для слоя сферических частиц может быть найдена из
соотношения:
Rео пс=
(2.4.1)
где Rео пс=пс d y y – критическое значение
модифицированного критерия Рейнольдса; пс –скорость начала
псевдоожижения, мс; d-диаметр шара того же объёма, что и
частица, м;
Ar =
(2.4.2)
– критерий Архимеда.
Свойства смеси масла при t = 2500С: =20,01кгм3; =0,017
Па
Плотность частиц находим значение
Критерия Архимеда:
Аr =
а затем критическое значение модифицированного критерия Рейнольдса:
Rео пс =
Зная Rео пс, находим пс:
(2.4.3)
Принимаем скорость газового потока равной 0,3мс и рассчитываем
диаметр аппарата:
Da===
(2.4.4)
Принимаем диаметр аппарата Da=2,6м и затем уточняем линейную скорость
парогазовой смеси:
(2.4.5)
Критическая скорость псевдоожижения ниже выбранной , что не
обеспечивает нормальные условия движения адсорбента через аппарат.
Расчёт скорости движения адсорбента Определяем скорость перемещения
адсорбента в колонне. Она должна быть равна скорости движения массопередачи
и:
(2.4.6)
где -скорость потока, отнесённая ко всему сечению адсорбера, мс;
χк - концентрация выделяемого компонента в твёрдой фазе,
равновесная с ун, кг м3;
Для движущихся зернистых слоёв . Принимаем =0,4.
u=
Расчёт длины слоя адсорбента Требуемую длину слоя адсорбента Ндв
определяют через число единиц переноса по уравнению массопередачи:
Ндв ==hэ noy
(2.4.7)
где –площадь поперечного сечения слоя, м2 ; Ку v –объёмный
коэффициент массопередачи , с-1; hэ –высота, эквивалентная единице
переноса, м; noy - число единиц переноса.
Объёмный коэффициент массопередачи определяем из соотношения:
=
(2.4.8)
Где газовой фазе, с-1;
, с-1; m-коэффициент распределения. Поскольку коэффициент
распределение m очень мал, то величиной m можно пренебречь. Тогда
Куυ. Для расчёта объёмного коэффициента массоотдачи газовой фазы
необходимо определить число Рейнольдса для зернистого слоя:
Re=4
(2.4.9)
Где -удельная поверхность зернистого слоя, м2м3. Удельная
поверхность для зернистого слоя адсорбента находим из соотношения:
d
(2.4.10)
Фактор формы Ф для промышленных гранулированных активных углей и
отбеливающих земель лежит в пределах Ф=0,9, найдём
2м2
Тогда число Рейнольдса равно:
Re =
При Re30для расчёта используют соотношение:
(2.4.11)
где
(2.4.12)
Находи значение Рŕ из выражения:
Рŕ = (2.4.13)
Коэффициент диффузии механических примесей в масле
(D=18,9×10-6 м2с) взят из справочных таблиц. Рассчитываем значение
Nú:
Nú =0,395×990,64 ×0,0450,33=2,7
Значение эквивалентного диаметра для зернистого слоя находим по
соотношению:
dэ= =
(2.4.14)
Определяем :
==46,4с-1
(2.4.15)
Принимаем ==46,4c-1
Определяем длину движущегося слоя адсорбента:
(2.4.16)
При таком соотношении диаметра аппарата и высоты движущегося слоя
возможен проскок адсорбтива вследствие колебаний скорости потока, особенно
скорости движения слоя, обеспечиваемой разгрузочными и загрузочными
устройствами.
Исходя из этого принимаем Ндв=0,6м.
Загрузочные и разгрузочные устройства адсорберов с движущим слоем
поглотителя весьма громоздки и сложны, однако от них зависит скорость и
равномерность движения слоя адсорбента. Приняв высоту установки
загрузочного устройства-1,8м, а для разгрузочного – 1,6м, получим высоту
адсорбера:
На=НДВ+Нзагр+Нразгр=0,6+1,8+1,6=4м.
(2.4.17)
Расход адсорбента определим из уравнения:
G= (2.4.18)
2.5 Определение основных размеров вспомогательного аппарата
Рассчитать реакционный змеевик трубчатой печи градиентного типа для
термического крекинга, производительность печи 3472,2 кгч.
Определим поверхность ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
