книги из ГПНТБ / Автоматизация переработки каменноугольной смолы

димый для преодоления давления газов в реакторе, оп­ ределяется из уравнения

у — удельный вес пека;

hr— необходимый столб пека над уровнем его в ре­ акторе, уравновешивающий давление газов.

Максимальный расход пека при истечении по трубе, опущенной в реактор

над уровнем пека в реакторе должна быть больше сум­ мы напоров, определенных выше

Например, при максимальном расходе пека, посту­ пающего в реактор, 15 т/ч, удельном весе 1120 кгс/м3, диаметре трубы 0,076 м и максимальном давлении газов в реакторе 0,2 кгс/см2 величина /іг=1,79 м и кс=0,09м. Откуда высота установки расходомера должна быть не менее

Ла > 1,79 + 0 , 0 9 = 1,88 м.

Обычно чіа практике рассчитанную высоту установки расходомера увеличивают на 0,5 м. Таким образом, Іг2 = = 1,88+0,5=2,38 м.

Так как высота hi (рис. 108) для первого реактора технологической цепи равна 1,05 м, высота установки

235

щелевого расходомера над верхом реактора равна 2,38—1,05=1,33 м.

Щелевые расходомеры применяют также для изме­ рений расходов нагретой пековой смолы и высокотемпе­ ратурного пека.

ДАТЧИКИ КАЧЕСТВА КАМ ЕН Н О УГО ЛЬН О ГО ПЕКА

с раковистым изломом. При переходе из твердого состо­ яния в жидкое наблюдается определенный интервал размягчения. Химический состав каменноугольных пеков до настоящего времени еще мало изучен. Ряд авто­ ров полагают, что пек в основном состоит из многоколь­ чатых конденсированных ароматических соединений [59—62].

Вследствие сложности химического состава пеки ха­ рактеризуют групповым составом, определяемым мето­ дом разделения растворителями на отдельные фракции. Наиболее распространенный метод определения группо­ вого состава состоит в том, что сначала обрабатывают

К применяемым показателям качества пека относят­

родного кокса, но она целиком определяется только зольностью исходного сырья и не зависит от технологи­ ческого режима производства высокотемпературного пека.

Между показателями качества и групповым соста­ вом существует следующая зависимость: с повышением температуры размягчения пека выход летучих веществ сокращается, а групповой состав его изменяется в сто­ рону увеличения выхода веществ, нерастворимых в бен­ золе. По сравнению со среднетемпературным высоко­

236

температурный пек содержит более конденсированные ароматические соединения [44, 63]. Выход фракций при определении группового состава зависит не только от свойств пека, но и от методов его получения [61, 64].

При одном и том лее количестве веществ, нераствори­ мых в бензоле, температура размягчения пеков может быть различной. Это объясняется следующими причи­ нами:

1) для среднетемпературных пеков, полученных при фракционировании каменноугольной смолы и являю­ щихся исходным сырьем для производства высокотемпе­ ратурного пека, — непостоянством качества каменно­ угольной смолы и режима ее фракционирования (темпе­ ратуры нагрева, давления, продолжительности терми­ ческого воздействия). Чем ниже температура нагрева и меньше термическое воздействие, тем меньше образу­ ется в пеке продуктов уплотнения;

2) для пеков, полученных обработкой воздухом в ре­

воздуха и продолжительности обработки в реакторах). Однако несмотря на отсутствие точной зависимости наблюдается явно выраженная тенденция роста темпе­ ратуры размягчения с увеличением в пеке продуктов уплотнения, которая может быть выражена следующи­

что между температурой размягчения пека и количест­ вом a -фракции имеется довольно тесная связь. Анализ коэффициентов регрессии (1,75 и 3,05) в приведенных уравнениях говорит о том, что рост температуры раз­ мягчения зависит от природы исходного сырья. Для пе­

237

ковой смолы рост температуры размягчения с увеличе­ нием в ней содержания продуктов уплотнения почти в два раза меньше, чем для средиетемпературиого пека.

Таким образом, в процессе обработки исходного сырья до получения высокотемпературного пека группо­ вой состав меняется в сторону увеличения содержания продуктов уплотнения, при этом температура размягче­ ния пека также увеличивается, а выход летучих веществ сокращается. Величина изменений этих показателей ка­ чества пека зависит от свойств исходного сырья и режи­ ма его обработки.

Если групповой состав пеков и выход летучих ве­ ществ можно считать более явными характеристиками качества пека как сырья для коксования, то температу­ ра размягчения является косвенным показателем. Ис­ пользование температуры размягчения как показателя качества пека объясняется, по-видимому, тем, что из всех рассмотренных анализов последний является наи­ менее трудоемким. Однако для непрерывного контроля качества пека в потоке ни один из этих показателей ие пригоден.

К параметру автоматического измерения качества предъявляют в основном два требования: а) чтобы он достаточно полно характеризовал качество пека и б) был удобен для разработки на его основе простой и надежной конструкции датчика.

Выше показано, что производство высокотемпера­ турного пека в основном базируется на процессе кон­ денсации — полимеризации исходного сырья, связанно­ го со структурированием и повышением молекулярной массы находящихся в пеке продуктов. Из физических показателей наилучшими характеристиками для таких процессов служат вязкость, плотность и электропровод­ ность или удельное сопротивление производимых про­ дуктов [66].

Ниже рассмотрена возможность использования этих физических параметров для автоматического контроля качества пека.

Вязкость пека. Вязкость каменноугольного пека за­ висит от его температуры нагрева и свойств, особенно от температуры размягчения и группового состава [38]. С увеличением температуры размягчения пека и коли­ чества продуктов уплотнения в нем вязкость пека повы­ шается. Однако в еще большей степени она зависит от

238

температуры нагрева пека. Изменение вязкости от темпёратуры нагрева имеет гиперболический характер. Рез­ кое ее падение происходит в области температур, превы­ шающих температуру размягчения на 100 град. В диа­ пазоне рабочих температур 300—370° С значения вязкости пеков с различной температурой размягчения очень близки и отличаются при этих температурах для разных пеков настолько незначительно, что оказывают­ ся сравнимыми с ошибками приборов. Это обстоятель­ ство и является одной из основных причин, препятству­ ющих построению датчика качества на принципе изме­ рения его вязкости.

Плотность каменноугольного пека. Плотность камен­ ноугольных пеков при 20° С находится в пределах 1250—1370 кгс/м3. Так же, как и вязкость, она зависит от температуры нагрева пека и показателей качества. Зависимость плотности от температуры нагрева имеет линейный характер. С повышением температуры она понижается. При изменении качества пека линейный ха­ рактер зависимости плотности от температуры не нару­ шается. Однако температурный коэффициент изменения плотности для высокотемпературных пеков несколько ниже. Если для среднетемпературных пеков он состав­ ляет в среднем 0,53 кгс/(м3-град), то для высокотемпе­ ратурных он равен 0,48 кгс/(м3-град). Это объясняет­ ся, по-видимому, большим количеством в высокотемпе­ ратурном пеке продуктов уплотнения, имеющих более низкий коэффициент термического расширения.

На основании исследования каменноугольных пеков установлено, что плотность пека очень тесно связана с изменениями его показателей качества. Характер этих зависимостей описывается следующими уравнениями связи между плотностью и показателями качества пека при температуре нагрева 370° С:

239

Величина коэффициента корреляции в приведенных уравнениях подтверждает существенную зависимость плотности пека от показателей его качества. Макси­ мальное значение его в уравнении (Ѵ-49) указывает на то, что наиболее тесная связь имеется между плотно­ стью пека и степенью его уплотнения, характеризуемой выходом веществ, нерастворимых в бензоле. Отсутст­ вие строгой зависимости изменений плотности пека от его показателей качества можно объяснить непостоянст­ вом соотношения компонентов исходного сырья и само­ го среднетемпературного пека, а также колебаниями технологического режима.

Так как плотность пека тесно связана с количеством в нем продуктов уплотнения, увеличение содержания которых приводит к росту выхода кокса, она также яв­ ляется характеристикой пека как сырья для коксования [65]. Анализ зависимостей плотности от температуры нагрева пека и его качества показывает, что качество оказывает более действенное влияние. Так, из уравне­ ния (Ѵ-51) следует, что при увеличении температуры размягчения пека на 1 град плотность его повышается на 0,94 кгс/м3, при увеличении же температуры нагрева на 1 град — всего на 0,48 кгс/м3, почти вдвое меньше.

Таким образом, рассмотренные свойства плотно­ сти пека показывают, что этот параметр в достаточ­ ной степени характеризует его качество и удобен для построения на принципе его измерения датчика каче­ ства.

Плотность жидких сред можно измерять разными методами (пьезометрическим, гидростатическим, изме­ рением веса постоянного объема жидкости, ультразву­ ковым и пр.). Наиболее приемлемым является метод из­ мерения плотности определением выталкивающей силы, действующей на погруженный в пек чувствительный элемент постоянного объема. Структурная схема изме­ рения плотности пека приведена на рис. 109. Так как плотность пека зависит от качества и температуры на­ грева, схема имеет два чувствительных элемента. Один предназначен для измерения плотности пека, другой — температуры его нагрева. В качестве чувствительного элемента 1 для измерения плотности пека используется буек постоянного объема. Усилие, действующее па буек, равно

F = р - у Ѵ .

240

Заменив значение удельного веса пека его выраже­ нием через плотность y = dg, получим

где Р — вес буйка;

V — объем буйка;

g — ускорение свободного падения; d— плотность пека.

Так как вес буйка и его объем постоянны, изменение усилия, действующего на погруженный в пек буек, за-

Рис. 109. Структурная схема датчика плотности пека

висит только от плотности пека. С увеличением плотно­ сти усилие F уменьшается. Усилие, действующее на чув­ ствительный элемент /, преобразуется в блоке 2 в пнев­ матический сигнал и подается в блок суммирования 4.

Сигнал от чувствительного элемента Г температуры пека в виде э. д. с. термопары преобразуется блоком 3 в пневматический сигнал, пропорциональный изменению плотности пека при отклонении его температуры от тем­ пературы приведения; этот сигнал также подается в блок суммирования. В результате алгебраического суммирования указанных двух сигналов на выходе бло­ ка 4 получается сигнал, пропорциональный плотности пека, приведенной к постоянной тёмпературе, и завися­ щий только от изменений его качества.

Выходной сигнал блока 4 регистрируется вторичным прибором 5, шкала которого для удобства пользования

на рис. ПО. Пек поступает в корпус датчика 3 снизу че­

рез входной конус 1 и, пройдя через него, вытекает че­ рез боковой штуцер 6. Чувствительные элементы: буек 4 и термопара 5 расположены в корпусе таким образом, чтобы они хорошо омывались пеком. Буек на тросике подвешен к пневмопреобразователю 7, который крепит­

ся на верхнем фланце датчика.

в эксплуатации), датчик установлен на общей линии по­ дачи пека до разветвления в реакторы. Кроме того, схема установки датчика обеспечивает возможность его отклю­ чения для ревизии без прекращения подачи исходного пека в технологическую цепь.

Для измерения качества высокотемпературного пека датчик устанавливают на линии выхода из последнего реактора технологической цепи. Конструкция преду-

242

сматривает возможность, эксплуатации датчика как на линии свободного стока высокотемпературного пека из технологической цепи в пекоприемиик, так и в схеме по­ дачи пека из последнего реактора прямо в загрузочные устройства печи.

Рис. 111. Схема установки датчика для измерения плотности сред­ нетемпературного пека:

/ — датчик качества; 2 — щелевоіі расходомер пека; 3, '/ — реакторы № 1 и 2

Рис. 112. Схема установки датчика качества (/) высокотемпе­ ратурного пека на выходе из последнего реактора (2)

Установка датчика для второй схемы дама на рис. 112. Так как в данном случае датчик находится под давлением, равным напору столба пека в реакторе, то предъявляют более повышенные требования к его гер­ метичности.

Для устранения попадания пека или газов к пневмо­ преобразователю датчика соединение буйка с прибором осуществляется через разделительный сильфон. В каче­ стве пневмопреобразователя для датчиков плотности используются стандартный прибор типа УБ-ПА или го­ ловки пневматических компенсационных дифманометров, имеющих разделительный сильфон.

Удельное электросопротивление пека. Удельное электросопротивление жидкостей связано с их химиче­ ским составом и строением молекул. Поэтому удельное электросопротивление пека имеет существенное значе­ ние для оценки его качества. Анализ зависимости удель­ ного электросопротивления пека от температуры пока­ зывает, что она имеет экспоненциальный характер и мо­

зависимость электросопротивления высокотемператур­ ных пеков разного качества от температуры.

244