Задачи для решения

1. Определить расход водяного пара в испарителях масляного раствора на установке деасфальтизации гудрона жидким пропаном производитель­ностью 500 т/сутки. Плотность сырья (гудрона) 948 кг/м³, отношение веса пропана к весу гудрона равно 4:1, температура верха экстракционной колонны 55° С, давление в колонне 32 am. Выход деасфальтизата составляет 64% вес., на гудрон. Масляный раствор, отводимый с верха экстракционной колонны, состоит из 85% вес. пропана и 15% вес. деасфальтизата (масла). Плотность масла =920 кг/м³.

На установке имеется четыре испарителя масляного раствора, в которых поддерживается следующий режим:

в первом испарителе t = 80° С, р == 26 am (абс.)

во втором » t — 100° С, р = 22 » »

в третьем * » t — 120° С, р — 20 » »

в четвертом » t — 150° С, р — 18 » »

В трубный пучок испарителя вводится насыщенный водяной пар при абсо­лютном давлении 17 ат. Молекулярный вес деасфальтизата 420.

2. Определить расход водяного пара в испарителях масляного раствора на установке деасфальтизации гудрона жидким пропаном производитель­ностью 15300 кг/ч. Плотность сырья (гудрона) 960 кг/м³, отношение веса пропана к весу гудрона равно 5:1, температура верха экстракционной колонны 65° С, давление в колонне 32 am. Выход деасфальтизата составляет 64% вес., на гудрон. Масляный раствор, отводимый с верха экстракционной колонны, состоит из 85% вес. пропана и 15% вес. деасфальтизата (масла).

3. Определить весовую концентрацию пропана в масляном рас­творе при температуре 60° С и давлении 15 am, если молекулярный вес масла (деасфальтизата) равен 600.

Практическое занятие №4 Тема: Процесс экстракции и расчет экстракционных колонн очистки масел избирательными растворителями (3 часа)

Экстракцией называется процесс разделения смеси компонентов при помощи растворителя избирательно растворяющего только извлекаемые компоненты. При экстракции тех или иных компонентов из твердого вещества, путем обработки его растворителем, образуется система твердое тело – жидкость.

В нефтепереработке распространен в основном процесс экстракции в системе жидкость — жидкость, который будет рассмотрен ниже.

Процесс экстракции масляных дистиллятов избирательными растворителями основан на способности растворителя избирательно растворять различные компоненты масел. Растворимость компо­нентов смазочных масел в избирательных растворителях зависит от свойств последних, отношения объема растворителя к объему масла и температуры, при которой ведется процесс.

При комнатной температуре небольшие количества избиратель­ных растворителей полностью растворяются в смазочном масле. С увеличением количества растворителя при определенном объемном соотношении образуются две жидкие фазы. Верхняя фаза предста­вляет собой масло с небольшой примесью растворителя, а нижняя — раствор нежелательных компонентов масла в избирательном раство­рителе. Верхняя жидкая фаза называется рафинатным раствором, а нижняя — экстрактным раствором.

При больших соотношениях объемов избирательного растворителя и масла объем экстрактного раствора возрастает; по достижении определенного соотношения масло полностью растворяется в изби­рательном растворителе и система из двух жидких фаз превращается в однофазную.

С повышением температуры системы, состоящей из рафинатного и экстрактного растворов, объем последнего возрастает за счет уменьшения объема рафинатного раствора, и по достижении опре­деленной температуры масло полностью смешивается с избиратель­ным растворителем. Температура, при которой происходит такое сме­шение, называется критической температурой растворения. Крити­ческие температуры растворения зависят от углеводородного состава смазочного масла, соотношения объемов масла и избирательного рас­творителя и свойств последнего.

На нефтеперерабатывающих заводах в качестве избирательных растворителей для очистки дистиллятов смазочных масел применя­ются фурфурол, фенол, крезол, нитробензол и хлорекс.

Избирательную очистку масляного дистиллята при помощи растворителя можно вести в основном тремя способами: однократ­ным прямоточным, многократным прямоточным и противоточным. При однократном прямоточном способе масляный дистиллят приво­дится в тесный контакт со всем количеством избирательного растворителя; при этом образуются две фазы — экстрактная и рафинатная, между которыми распределяется извлекаемое вещество по закону равновесного распределения. Этот закон гласит, что отношение объем­ных концентраций извлекаемого вещества в двух образовавшихся фазах при данной температуре есть величина постоянная и не зави­сящая от количества этого вещества.

Обозначая объемные концентрации извлекаемого вещества в ра-финатной фазе через c_l в экстрактной фазе — через с₂, получим следующее математическое выражение закона равновесного распре­деления извлекаемого вещества:

(4.1)

где k — коэффициент распределения.

Этот закон справедлив для процесса экстрагирования, когда рас­творитель и масло взаимно не растворимы или мало растворимы. Обычно такое допущение принимают при расчетах экстракции нефтяного сырья.

При многократном прямоточном способе экстрагирования рас­творитель смешивают с масляным дистиллятом в несколько приемов, отделяя в каждой ступени экстрактный раствор. С увеличением числа ступеней подачи отдельных порций растворителя (при одном и том же расходе) эффективность избирательной очистки повышается, в результате чего увеличивается выход и улучшается качество рафината. При противоточном способе экстрагирования происходит массообмен извлекаемого вещества между двумя встречными потоками — растворителя и масляного дистиллята, в результате чего постепенно нежелательные компоненты переходят в экстрактный раствор. Противоток избирательного растворителя и масляного дистиллята осуществляется или в аппаратах ступенчатой экстракции, состоящих из ряда смесителей и отстойников (рис. 4.1), или в экстракцион­ных колоннах (рис. 4.2).

Диаметр экстракционной колонны D определяется по формуле, аналогично формуле (4.1)

м (4.2)

где G_c - производительность установки по сырью в кг/ч;

ρ_c - плотность сырья при температуре экстрагирования в кг/м³;

G_р — количество избирательного растворителя, вводимого в экст­ракционную колонну, в кг/ч;

ρ_р — плотность избирательного растворителя в кг/м³;

V — скорость потока смеси в экстракционной колонне в м³/м² • ч.

Часовое количество избирательного растворителя, в экстракционную колонну, определяется формулой

Gp = nG_c, (4.3)

где п — соотношение количеств избирательного растворителя и сырья, определяемое эксперимен­тальным путем (п=1,8÷3,5).

Рисунок 4.1. Принципиальная схема четырехступенча­того противоточного процесса экстракции.