Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Производство окисленных битумов. Учебное пособие
.pdf
По данным Н.Н. Черножухова [19], расход воздуха на окисление составляет 50–400 м3/т сырья в зависимости от марки получаемого битума.
Таблица 2.2. Нормы расхода воздуха для колонн окисления в зависи-
мости от перерабатываемого сырья
Норма расхода воздуха, м3/м3 сырья Нефть
Для дорожного битума
Смесь ухтинских нефтей 32 72
Ромашкинская нефть 40 90
Для строительного
битума
Смесь западно-
украинских нефтей
Смесь западно-сибирских
нефтей
2.5. Технологические расчеты
Целью технологического расчета окислительной колонны является
определение ее размеров, материальных и тепловых потоков.
2.5.1. Материальный баланс установки
Если установка предусматривает производство нескольких марок
окисленных битумов, то для составления материального баланса установки
необходимо рассчитать материальный баланс каждой колонны в отдельности
в зависимости от ее производительности.
В табл. 2.3 приводится материальный баланс установки, производящей дорожные и строительные битумы окислением смешанного сырья.
90 135
125 225
41
Таблица 2.3. Материальный баланс установки, производящей дорожные и
строительные битумы окислением смешанного сырья
Поступило % мас. Получено % мас.
Гудрон 23,7
Асфальт деасфаль тизации гудрона 15,0
Экстракт селективной очистки 32,9
Поверхностно-активные вещества 3,7
Всего 100,0
Воздух 12,28
Итого 112,28
Битумы дорожные 74,2
БНД200/300
,
БНД 130/200 15,7
БНД 90/130 15,0
БНД 60/90 28,5
Битумы
строительные 23,1
БН- 1V 11,9
БН- V 11,2
Отгон 1,3
Газы окисления 13,68
Всего 112,28
2.5.2. Материальный баланс колонны окисления1
Подбирают исходные данные, необходимые для расчета:
- производительность колонны по сырью, GF, т/год;
- марку получаемого битума, его температуру размягчения, t
- качество сырья: температуру размягчения, t
, оС, плотность ρ
разм.
разм.
, оС;
20
4
кг/м3;
-условия процесса: удельный расход воздуха (g
температуру t, оС; давление (Р), МПа; объемную скорость подачи сырья (w),
-1
ч
.
) на сырье, м3/т;
возд.
При числе рабочих дней работы установки в году, равном значению
«n», производительность колонны в кг/ч равна
,
Gf = GF · 103 ⁄ (n · 24), кг/ч. (2.2)
Выход готового продукта:
Gб = γ ·
1
В случае процесса Битурокс в материальном балансе следует учесть коли-
Gf ⁄ 100, кг/ч. (2.3)
чество технологической воды, подаваемой для поддержания заданной температуры в реакторе: Gвод = (α × Gf ) / 100; Gf – п
роизводительность реактора
(кг/ч); α принимаем 3 – 4,8 % на сырье, в зависимости от расхода сырья и
условий протекания процесса.
42
Значение «γ» берется в зависимости от температуры размягчения го-
тового продукта (стр. 51).
Общий расход воздуха:
G
= g
возд.
·· Gf · ρ
возд .
⁄ 1000, кг/ч. (2.4)
возд.
где g
– удельный расход воздуха, м3/т сырья; ρ
возд.
– плотность воздуха,
возд
кг/м3.
Азот и инертные газы не участвуют в процессе окисления, поэтому
количество азота равно суммарному количеству азота и инертных газов, поступающих в колонну с воздухом, то есть 0,77% мас.:
G
= 0, 77• G
N 2
,кг/ч. (2.5)
возд.
Количество подаваемого на окисление кислорода:
= 0,23 • G
Gо
2
, кг/ч. (2.6)
возд.
Содержание свободного кислорода в газах окисления зависит от высоты слоя гудрона в колонне, расхода воздуха и температуры. Эти зависимости приведены на рис. 2.1 и 2.2.
43
Рис. 2.1. Содержание свободного кислорода в газах окисления, отходящих из
аппарата.1 – окисление в трубчатом реакторе при 270 оС; 2 – окисление в ко-
лонне при 270 оС; 3 – окисление в кубе при 270 оС; 4 – окисление в кубе при
250 оС
Количество остаточного кислорода в газах окисления:
Значение «α», то есть содержание свободного кислорода в газах
окисления (% об.) определяется из графика 2.2. Для этого необходимо размерность расхода воздуха в «кг/ч» перевести в «м3/ч».
44
Р
ис. 2.2. Зависимость содержания свободного кислорода
в газах окисления от расхода воздуха в окислительной колонне при
получении дорожных битумов
Рассчитываются количество и состав побочных продуктов окисления,
выходящих из колонны. Принимают, что на образование СО
расходуется 30
2
% мас. кислорода, а на образование Н2О – 65 % мас. Образование других
окислов несущественно.
Количество израсходованного кислорода:
G//о2 = Gо2 – G/о2, кг/ч. (2.8)
Количество образующегося СО2:
Количество образующейся воды:
где: Мсо2, Мо2, Мн2о – молекулярные массы соответственно СО2, О2 и Н2О.
45
Количество гудрона, пошедшее на образование СО2 и Н2О:
G = (Gсо2 –0,3 • G//о2) + (Gн2о– 0,65 •· G//о2), кг/ч, (2.11)
что составляет (G/ Gf) · 100 % (мас. от сырья).
Количество углеводородных газов и паров соляра в отходящих газах
процесса окисления зависит от температуры окисления, содержания легких
фракций в сырье, расхода воздуха. Количество углеводородных газов, образующихся в процессе, принимают равным 1–2 % мас., что составит
G
= К1 •· Gf /100, кг/ч. (2.12)
у.г.
Расчет жидких продуктов в составе отгона производится с учетом
соблюдения материального баланса:
= К2 •· Gf /100, кг/ч. (2.13)
G
ж
Физико-химические характеристики некоторых веществ приведены в
табл. 2.4
Таблица 2.4. Физико-химические характеристики некоторых веществ
Соединение
Н
2
N
2
Молекулярная масса
Плотность,
20
ρ
, кг/м3
4
t-ра ки-
пения, оС
Критическая
t- ра, К
Крити-
ческое Р,
МПа
2,016 0,09 -252,8 33,3 1,294
28,0 1,25 -195,8 126,3 3,398
СО 28,0 1,25 -191,58 132,9 3,489
СО
44,0 1,96 -78,5 304,3 7,381
2
Н
S 34,1 2,56 -60,3 373,6 9,007
2
О
2
32,0 1,43 -18 154,8 5,08
SО2 64,0 2,86 -10 430,6 7,893
Н
О 18,0 1000 100 647,4 22,12
2
46
Черный
соляр 1
Черный
соляр 2
быточного тепла, которое необходимо отводить циркуляционным орошением
или подбором необходимой температуры ввода сырья в колонну.
180 758 250 681,4 1,66
210 794 560 721,8 1,54
2.5.3. Тепловой баланс окислительной колонны.
Целью расчета теплового баланса колонны является определение из-
Приход тепла:
1. Тепло с сырьем определяется по формуле
Qс = Gf ··
где: с – теплоемкость гудрона, кДж/(кг • К); t – температура сырья на входе в
колонну, оС
2. Тепло, выделяющееся при окислении гудрона:
Qр = I · Gf , кДж/ч, (2.15)
где I – энтальпия окисления гудрона, кДж/кг.
Энтальпия окисления гудрона определяется из графика. 2.3, зная
температуру размягчения получаемого битума и температуру процесса
окисления.
t · c, кДж/ч, (2.14)
47
Рис. 2.3. Зависимость теплового эффекта окисления гудрона от достигае-
мой температуры размягчения битума при различной температуре окисле-
ния гудрона: 220, 225, 250, 275, 300оС.
3. Тепло с воздухом на окисление:
Q
возд = Gвозд
Температура воздуха, идущего на окисление –
Теплоемкость воздуха при
t
возд
· с
,
· t
возд
кДж/кг К
возд.
0
t
возд
С
,
Всего приход тепла: 2
Q
= Qс + Qр + Q
приход
2
лучае процесса Битурокс формула будет иметь вид: Qприход = Qс +
В с
Q
+ Q
р
Q
= G
вод
ной температуры в реакторе воды, кг/ч, с
воды при t
+ Q
возд
вод
вод
· с
· t
вод
0С, кДж/кг К; t
вод
: Q
вод
– тепло, приходящее с технологической водой;
вод
: G
- количество подаваемой для поддержания задан-
вод
-
температура технологической воды, идущей
вод
, кДж/ч. (2.17)
возд
- т
еплоемкость технологической
вод
в воздухопроводы, оС.
48
(2.16)
Расход тепла:
1. Тепло с битумом:
Qб= G
·· t ·· c, кДж/ч, (2.17а)
б
где: с – теплоемкость битума, кДж/(кг · К); t – температура процесса окисления, оС.
2. тепло, уходящее с газами окисления и с отгоном
:
Q
= ΣG
· с
г,о
·· t, (2.18)
i
i
где: Gi – количество отдельных составляющих газов окисления, кг/ч; сi – теплоемкость отдельных составляющих газов окисления, кДж/(кг · К); t – температура процесса окисления,
о
С; или
по формуле
Q
= ΣG
г,о
· I
, (2.19)
i
i
где Ii – энтальпия отдельных составляющих газов окисления, кДж/кг.
Энтальпия составляющих вычисляется по формуле
Ii = (а + b · t) · t. (2.20)
Коэффициенты «а» и «b» даны в таблице 2.5.
Таблица 2.5. Коэффициенты для расчета энтальпии составляющих газов
окисления
Вещество
а в ·104
Кислород 0,909 1,5
Азот 1,014 1,21
Углекислый газ 0,845 3,93
Водяной пар 1,944 1,00
Э
нтальпия углеводородов (отгона) Iув (кДж/кг) определяется при
температуре верха колонны и плотности отгона по уравнениям:
Энтальпия жидких нефтепродуктов, кДж/кг:
49
20
где ρ
– плотность жидкости при температуре 20 оС, отнесенная к плотности
4
воды при 4 оС; t – температура, при которой определяется энтальпия, оС.
Для углеводородных газов и паров при невысоких давлениях:
Iп = (210 + 0,457 • t + 0,000584 • t2) · (4,013 – ρ4) –309. (2.22)
Потери тепла в окружающую среду (Q
) принимаются в количестве
пот
5–10 % от количества тепла, приходящего в колонну
3
Всего расход тепла составляет
Q
= Qб + Q
рас.
г.о.
+ Q
, кДж/кг. (2.23)
пот
Определение температуры сырья на входе в колонну
Температура сырья на входе в колонну вычисляется, исходя из равенст-
ва прихода и расхода тепла, то есть по формуле
Q
= Q
прих.
(Gf·• t•c) + Qр = Qб +Q
Если имеет место избыток тепла (Q
рас.;
+ (0,05÷0,1)• (Gf·• t•·c) +Q
г.о
= Q
изб
прих.–Qрас
(2.24)
р.
), то его можно снять
разными способами:
1. Циркуляционным орошением. Количество циркуляционного оро-
шения вычисляется по формуле
3
В случае процесса Битурокс формула будет иметь вид Q
Q
пот
r × G
+ Q
; Q
вод
: r – теплота испарения воды (кДж / кг); G
вод
– тепло, снимаемое испаряющейся водой, кДж /ч; Q
вод
– количество технологи-
вод
= Qб + Q
рас.
г.о.
вод
+
ческой воды, подаваемой для поддержания заданной температуры в реакторе, кг / ч.
50
=
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]