книги из ГПНТБ / Автоматизация переработки каменноугольной смолы

20

◄

21

Как показал опыт работы Запорожского коксохимического н Ново-Липецкого металлургического заводов, трубчатые камерные печи системы Гнпрококса имеют один и тот же недостаток: количе­ ство тепла, подводимого в конвекционную секцию печи (тепло от­ ходящих дымовых газов), значительно превышает количество тепла, необходимого для нагрева смолы в I ступени до нужной темпера­ туры. Устранить этот недостаток можно перераспределением по­ верхности змеевиков в конвекционной и радиантной секциях таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая температура нагрева

так как облегчает регулировку процесса нагрева смолы и создает предпосылки для автоматизации трубчатых печей, что дает возмож­ ность сделать этот процесс более экономичным, поскольку снижает­

пример, на Запорожском коксохимическом заводе в отделении пекоподготовки процесс нагрева смолы осуществляется на двух пе­

эксплуатация этой установки показала хорошие технологические и экономические результаты.

В последнее время находят применение трубчатые печи бес­ пламенного горения. Так, одноколонные агрегаты смолоперерабаты­

в I ступени; поэтому при большой влажности сырой смолы ( — 10%) ухудшается ее обезвоживание в испарителе I ступени. Кроме того, беспламенные панельные горелки более эффективно работают при больших давлениях подаваемого на обогрев газа 0,5— 1,5 кгс/см2, чего невозможно обеспечить на коксохимических производствах, так как давление коксового газа после регулятора не превышает 300—- 350 мм вод. ст.

Ректификационная колорна имеет по сравнению с фракционной большее число тарелок и предназначена для разделения паров дис­ тиллята на четыре жидких фракции и пары легкого масла. Несмот­ ря на сравнительно небольшой градиент температур на участке рав­ номерного падения кривой (рис. 7 ), лежащий в пределах 3—4 град, что является нормой для колони, оборудованных тарелками с тун­ нельными колпачками, разделённо несколько хуже, чем во фракци­ онных колоннах, предназначенных для разделения паров дистилля­ та на три жидких н одну паровую фракции (двухколонный агрегат). Это объясняется более жестким флегмовый режимом, поскольку число тарелок между отборами поглотительной и нафталиновой фракций уменьшено. Изменение качества или количества отбора одной из фракций существенно влияет на качество соседних выше или нижележащих фракций. Регулирование режима такой колонны более сложно, так как изменение одного из регулирующих воздей­ ствий (отбора фракций или орошения) приводит к изменению ре­ жима почти по всей высоте колонны.

22

Поэтому технологический режим одноколонных трубчатых аг­ регатов несколько отличается от технологического режима двухко­ лонных трубчатых агрегатов. Режимная карта работы одноколон­ ных трубчатых агрегатов представлена ниже:

Давление паров в ректификационной аппаратуре, кгс/см2:

ства поглотительной фракции, в которой содержание нафталина со­ ставляет 12— 15%, т. е. превышает норму на 2— 3% .

4. ОТДЕЛЕНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИЙ НАФТАЛИНА

Отделение кристаллизации предназначено для пере­ работки нафталиновой фракции, получаемой при ректи­ фикации каменноугольной смолы, на твердую (нафталин) и жидкую фазы. Нафталиновая фракция представ­ ляет собой насыщенный раствор нафталина в каменно­ угольных маслах с незначительной примесью других ве­ ществ. Охлаждение нафталиновой фракции приводит к уменьшению растворимости этих веществ, что вызыва­ ет переход раствора в неустойчивое, пересыщенное со­ стояние с последующим выделением кристаллов [3].

23

Растворимость нафталина в каменноугольных маслах с достаточной точностью может быть определена по фор­ муле Шредера-ле-Шателье

Т— температура, °К;

Та — температура плавления чистого вещества, °К.

Кроме того, растворимость нафталина в нейтральных маслах с температурами кипения 180—250° С можно оп­ ределить по уравнению

угольных маслах, найденные экспериментально и вычис­ ленные по формуле (1-1) для сопоставления, приведены

в табл. 1.

Таблица 1

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ([) И РАСЧЕТНЫЕ (И) ДАННЫЕ ПО РАСТВОРИМОСТИ НАФТАЛИНА В- МАСЛАХ, % (ПО МАССЕ)

Кристаллизация раствора происходит в две стадии: образование центров кристаллизации (зародышей) и рост кристаллов в результате отложения на их поверх­ ности избытка твердых веществ, находящихся в растворе в пересыщенном состоянии. Остальные некристаллизующиеся компоненты образуют жидкую фазу, которая за­ полняет все пространство между кристаллами.

Если нафталиновую фракцию охлаждать быстро, то скорость образования центров, кристаллизации опережа­

24

ет рост кристаллов, что ведет к образованию мелкокри­ сталлической структуры. При медленном охлаждении происходит обратное явление — скорость роста кристал­ лов становится больше скорости образования зародышей, и получается гетерогенная система с крупнокристалли­ ческим строением, что особенно важно для последующе­ го процесса — разделения твердой фазы (кристалличе­ ского нафталина) и жидкой фазы (масел).

Чем больше кристаллы, тем меньше их общая поверх­ ность, а следовательно, меньше и суммарные силы взаи­ модействия между маслом и нафталином, что облегчает их разделение. Крупность кристаллов, помимо скорости охлаждения, зависит и очень значительно от концентра­ ции нафталиновой фракции. Таким образом, концентра­ ция нафталина и крупность его кристаллов предопреде­ ляют способ дальнейшей переработки нафталиновой фракции.

При переработке нафталиновой фракции с содержа­ нием нафталина до 70% механическое удаление масел после кристаллизации осуществляют последовательно центрифугированием и прессованием. При концентрации нафталина больше 80% откристаллизовавшаяся масса сразу поступает на пресс.

По данным Б. Н. Вольфсона [4], толщину слоя кри­ сталлов на охлаждаемой поверхности можно определить по формуле

25

At — разность температур расплава и охлаждающей жидкости, град;

/ — скрытая теплота кристаллизации, ккал/кг; р— плотность слоя кристаллов, кг/м3.

Приведенная формула раскрывает физическую сущ­ ность процесса кристаллизации и позволяет сделать его

регулируемым воздействием па величину — t . В дам­ ок/ р

ном случае эта величина является тепловым критерием процесса кристаллизации. Этой формулой, хотя она вы­ ведена для кристаллизации из расплава чистого вещест­ ва при его температуре кристаллизации, можно пользо­ ваться для практических расчетов процессов кристалли­ зации высококонцентрироваипых фракций, перегретых до температуры, не намного выше температуры кристалли­ зации.

С усовершенствованием аппаратуры для кристалли­ зации нафталина и освоением всеми коксохимическими заводами получения высококонцентрированной нафтали­ новой фракции, содержащей 80—85% нафталина, стало возможным осуществлять во всех отделениях кристалли­ зации переработку нафталиновой фракции по схеме ба­ рабанный кристаллизатор — пресс.

Одним из первых на такую схему переработки нафта- - линовой фракции перешел Днепродзержинский коксохи­ мический завод, применив для кристаллизации нафтали­ на высокоэффективный барабанный кристаллизатор собственной конструкции и автоматический с увеличен­ ной производительностью пресс Д0-140А, разработанный новосибирским заводом «Тяжстанкогидропресс». Приме­ нение усовершенствованного оборудования и высококопцентрированной нафталиновой фракции позволило зна­ чительно увеличить коэффициент извлечения нафталина и улучшить его качество.

Технологический процесс переработки нафталиновой фракции по схеме барабанный кристаллизатор — пресс приведен на рис. 8.

Нафталиновая фракция при 85—95° С из сборников отделения дистилляции перекачивается насосом в напор­ ные баки, а при избытке часть ее передается в хранили­ ща, откуда по мере необходимости также перекачивается в напорные баки 1.

Из напорных баков после частичного охлаждения фракции подаются в ванны барабанных кристаллнзато-

26

ров 2, где происходит интенсивная кристаллизация наф­ талина в виде корки по наружной поверхности вращаю­ щегося барабана, охлаждаемого водой, так как при кри­ сталлизации происходит выделение тепла. Необходимая

Рис. 8. Технологическая схема барабанный кристаллиза­ тор — пресс:

температура фракции в ванне поддерживается подачей горячей воды.

С поверхности барабанов корка нафталина снимает­ ся специальными ножами и подается на скребковый кон­ вейер 3, питающий мешалки 5. Для нагрева шихты до нужной температуры в мешалки прессов подается горя­ чая нафталиновая фракция из напорных' баков. Затем

27

эта масса перемешивается и подается на прессование в пресс 4 типа Д0-140А. Спрессованные брикеты нафта­ лина выталкиваются на течку 10 и конвейером 11 пода­ ются на склад.

Оттеки прессования из фильтров прессов, содержа­ щие 50% нафталина, поступают в сборник прессовых от­ теков 6, откуда насосом 7 перекачиваются в механиче­ ские кристаллизаторы периодического действия 8. Отте­ ки после кристаллизации подаются в центрифуги 9, которые также работают периодически.

После центрифуг кристаллическая масса через элева­ тор поступает на скребковый конвейер 3, где шихтуется с нафталином после барабанных кристаллизаторов, а за­ тем подается в мешалки прессов 5. Отфугованиое масло из центрифуг поступает в сборники.

Показатели технологического режима основных ап­ паратов при получении технического (прессованного) нафталина по схеме кристаллизатор — пресс приведены ниже:

28

Как видно из описания технологического процесса получения прессованного нафталина и режимной карты работы основных аппаратов, полнота извлечения нафта­ лина от его ресурсов в смоле определяется, с одной сто­ роны, степенью сосредоточения нафталина в нафталино­ вой фракции на стадии ректификации и, с другой сторо­ ны, эффективностью переработки этой фракции в прессованный нафталин. Последнее обстоятельство ха­ рактеризуется потерями нафталина с отфугованными маслами.

Для оценки степени извлечения нафталина от его ре­ сурсов в смоле по методу кристаллизации применяют формулу, которая выводится из материального баланса

Показатели качества прессованного нафталина сле­ дующие:

В практике работы цехов для контроля качества прес­ сованного нафталина в процессе его производства поль­ зуются основным показателем — температурой кристал­ лизации, определяющей, как содержание нафталина, так

истепень его чистоты.

5.КЛАССИФИКАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ОБЪЕКТОВ АВТОМАТИЗАЦИИ

Свнедрением комплексной автоматизации намечаются тенден­ ции к разработке типовых схем автоматизации самых различных производств. Стремление к созданию типовых решений обусловле­

29