Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

РАМАЗАНОВА К.Р

..pdf
Скачиваний:
90
Добавлен:
12.03.2016
Размер:
9.45 Mб
Скачать

231

отличие от адсорбентов [32, 33] имеет неограниченный срок службы с интер-

валом Ткип = 180-330°С и Тзамерз ≈ -80°С, вязкость в диапазоне Т = -50÷-30ºС, слабо зависит от температуры [1а], что позволяет эффективно проводить про-

цесс физической абсорбции [1а] кумола из абгазов окисления при низких температурах и, тем более, что кумол и ПАБ имеют бесконечную взаимную растворимость.

Разработку абсорбционной технологии очистки абгазов окисления кумола проводили на основе теоретического анализа равновесия «газ-жидкость» и технологических расчётов, испытаний на лабораторных установках в стационарном и динамическом режиме [210а, 211а], пилотной [259а, 260а] и опытно-промышленной установке [261а] с внедрением в кумольное производство поликонденсационных мономеров

[34-36].

Прежде всего, для равновесной системы абгазы-кумол и из общих законов термодинамики равновесных процессов [1а] рассчитали количество кумола в абгазах в расчёте на 1 нм3 (приведены к нормальным условиям) при различных температурах и давлениях, в частности колонн окисления кумола [35]. Первичное насыщение абгазов кумолом происходит в колонне окисления [35] и при последующем охлаждении абгазов в теплообменниках-холодильниках происходит конденсация кумола со значительным снижением его содержания в абгазах.

Известно [1а], что для равновесных процессов массовая доля вещества (кумола) Y в газовой фазе над поверхностью жидкости равна отношению давления насыщенного пара Pнас. к общему давлению P0 в системе Y = P нас /P0. Мольную долю вещества Y в газовой фазе при любом давлении можно выразить через мольную долю при нормальном давлении и заданное рабочее давление P0 в виде Y = Y0 /P0. Поскольку абгазы состоят в основном из азота с молекулярной массой 28 и плотностью 1,25 кг/м3 [1а], получили выражение для вычисления массовой доли паров кумола в абгазах [кг/кг] – CK = 120NK/28N0 = 4,3Y и массового содержания кумола в абга-

зах в расчёте на 1 нм3 (г/нм3):

NГ = 1,25 CK = 1,25 4,3 Y = 5,4 Y0/P0.

(8.1)

Результаты расчёта количества кумола в абгазах NГ при разных температурах и рабочих давлениях колонны окисления кумола и холодильников [35] и равновесной доли кумола Y0 (при общем давлении 760 мм рт.ст.) по давлению насыщенного пара кумола при разных температурах приведены в табл. 8.1 и на рис. 8.1 (кр. 1-3), где с уменьшением рабочего давления в аппаратах окисления увеличивается унос кумола с абгазами окисления. Так, при рабочих параметрах в колоннах окисления (Т = 110ºС, Р = 3,5-4,0 атм.) и в холодильниках абгазов (Т = 10ºС, Р = 2 атм.) [35] содержание кумола в абгазах составляет до 338 и 6,0 г/м3 соответственно (табл. 8.1; рис. 8.1, кр. 1-3).

Сопоставление величины максимального содержания кумола в абгазах не более 5 г/м3, выбрасываемых в атмосферу после холодильников по регламентным данным [35] с результатами расчётов 6,0 г/м3 (табл. 8.1, рис.8.1, кр. 1-3) показывает, что в промышленных условиях содержание кумола в абгазах окисления существенно больше.

 

 

 

232

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.1

 

Содержание кумола в абгазах окисления на линии насыщения

 

 

 

Давление насы-

Мольная доля

 

Содержание кумола в абгазах (г/нм3) при

 

Т, ºС

щенного пара,

кумола,

 

различных давлениях (атм)

 

 

Pнас, мм рт. ст.

Y0 100

 

1,0

2,0

 

4,0

 

 

 

 

 

-20

0,14

0,02

 

1,02

0,54

 

0,25

 

-10

0,36

0,05

 

2,52

1,26

 

0,63

 

0

0,81

0,11

 

5,72

2,86

 

1,43

 

10

1,70

0,22

 

12,0

6,0

 

3,00

 

20

3,34

0,44

 

23,70

11,8

 

6,92

 

30

6,22

0,82

 

44,20

22,1

 

11,1

 

40

11,00

1,45

 

78,10

39,0

 

19,5

 

50

18,62

2,45

 

132

66

 

33

 

60

30,32

3,99

 

215

107

 

53

 

70

47,63

6,27

 

338

169

 

84

 

80

72,54

9,54

 

515

257

 

129

 

90

107,40

14,13

 

763

381

 

191

 

100

152,02

20,39

 

1101

550

 

225

 

110

218,65

28,77

 

1553

777

 

388

 

Рис. 8.1. Зависимость концентрации кумола NГ (г/нм3) на линии насыщения абгазов окисления от температуры при заданном рабочем давлении: 1 – 1,0, 2 – 2,0 и 3 – 4,0 атм; 4 – зависимость отношения β давления насыщенных паров от температуры для 1,3 – диизопропилбензола и кумола

233

Следует отметить, что малая растворимость кумола в воде не даёт ощутимого эффекта при водной отмывке абгазов в турбулентном аппарате [35].

Важным параметром для процесса абсорбции является давление насыщенных паров поглощаемого кумола 1а. Результаты расчёта давления насыщенных паров

кумола в ПАБ проведены по его компоненту 1,3-дикумолу с Ткип = 205-220ºС и кумола в температурном интервале -20÷20ºС по уравнению Антуана и справочным ко-

эффициентам 1а, а также величины β (отношения давления паров кумола к давлению паров ПАБ в интервале Т = -5÷10ºС). Параметр β увеличивается с понижением температуры, что говорит об эффективности абсорбции кумола ПАБ (табл. 8.2, рис. 8.1, кр. 4).

Таблица 8.2

Давления насыщенных паров 1,3-диизпропилбензола и кумола

Т,ºС

-20

-15

-10

-5

0

 

5

10

 

15

20

 

 

1,3 – диизопропилбензол (1,3 – дикумол)

 

 

 

 

 

 

 

Р 102,

0,30

0,55

0,97

1,68

2,8

 

4,6

7,2

 

11,3

17,2

 

 

 

 

Кумол

 

 

 

 

 

мм рт. ст.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8,8

14,4

22,9

35,6

54,2

 

80,7

118,1

 

169,7

239,9

 

 

 

β

 

 

 

21,2

19,4

 

17,5

16,4

 

 

 

Таким образом, высокая температура кипения и низкое значение давления насыщенных паров абсорбента ПАБ по сравнению с кумолом (табл. 8.1, 8.2, рис. 8.1, кр. 4) являются важным основанием возможной эффективной физической абсорбции кумола из абгазов окисления ПАБ.

Для экспериментальной проверки эффективности абсорбции паров кумола ПАБ исследования проводили на разработанных лабораторных установках в динамическом и стационарном режимах процесса [210а, 211а].

Первую серию экспериментов по очистке кумола осуществляли в барботажной поглотительной склянке, представляющей собой стеклянную колонну высотой 500 мм и диаметром 14 мм, снабжённую охладительной рубашкой и уровнемерным коленом. Для охлаждения склянки с ПАБ использовали рассол. Пробоотборник абгазов окисления производства ГПК через трёхходовой кран соединяли с лабораторной установкой. С помощью трёхходового крана абгазы подавали на газовый счётчик, где с помощью секундомера и вентиля пробоотборника отлаживался при скорости подачи газа 0,2-0,3 л/мин. Через каждые 10 мин замеряли концентрация кумола в отходящем газе и ПАБ. При Т = 30ºС было достигнута очистка до концентрацию кумола 353 мг/м3 (при содержании кумола во входящем потоке абгазов 1480 мг/м3). При этом концентрация кумола в абсорбенте ПАБ возросла на 0,2 масс.%, что указывало на принципиальную возможность очистки абгазов окисления от кумола полиалкилбензолом.

Известно [1а], что при постоянной температуре и давлении в равновесных условиях содержание более летучего компонента (кумола) в газовой фазе постоянно и зависит только от содержания его в абсорбенте. Сущность второй серии экспериментов заключалась в определении содержания кумола в газовой фазе или абгазах при низкой Т = 0°С и вариации содержания кумола в жидкой фазе при динамическом режиме. Эксперименты проводили при Т = 0°С на лабораторной установке, которая состояла из ячейки (стеклянный сосуд V=200 мл), помещённой в термостат, охла-

234

ждаемый рассолом, прибора ПУ-2П предназначенного для отбора проб воздуха с заданным объёмным расходом через поглотитель для последующего аналитического контроля, газовых пипеток и поглотителей трубки с силикагелем для осушки воздуха от водяных паров. Температуру в ячейке с пробой ПАБ при Т = 0°С поддерживали с точностью ±0,1ºС. При достижении постоянной температуры продували атмосферный воздух над поверхностью ПАБ со скоростью 5 л/мин в течение 5 мин через ячейку и газовые пипетки. По окончании продувки воздуха через ячейку с ПАБ определяли содержание кумола в газовой фазе, а массовую долю кумола в жидкой фазе (исходные ПАБ до и после продувки) – газохроматографическим методом. Искусственные пробы ПАБ с различной концентрацией кумола были приготовлены методом добавок, например, в 130 мл ПАБ вводили 1,0, 2,5 и 5 мл кумола марки х.ч. Пробы ПАБ с разной концентрацией кумола (искусственные смеси) помещали в ячейку и проводили эксперимент при заданных условиях. Данные анализов представлены в табл. 8.3.

Таблица 8.3 Содержание кумола в газовой и жидкой фазах при Т = 0°С в системе ПАБ-кумол

Подача воздуха

Кумол в газовой фазе

Кумол в жидкой фазе

Скорость,

Время,

Концентрация,

Масса,

опыта

(ПАБ), масс.%

л/мин

мин.

мг/м3

мг

1

5

5

0,8

0,020

0,23

2

5

5

3,8

0,095

1,28

3

5

5

4,8

0,120

3,18

При Т = 0°С и атмосферном давлении в динамическом режиме содержание кумола в газовой фазе или абгазах зависит от концентрации его в жидкой фазе. При массовой доле кумола 3,18 масс.% в жидкой фазе (ПАБ) содержание кумола в абгазах или газовой фазе не превышает 5 мг/м3.

Третью серию лабораторных экспериментов осуществляли в стационарном режиме в интервале Т = -4÷30ºС (табл. 8.4). Сущность эксперимента заключалась в следующем. В пробу ПАБ, не содержащую кумол, вводили расчётное количество кумола и термостатировали в течение 0,5-1 ч при Т = -4, 20 и Т = 30ºС в закрытом сосуде с резиновой и металлической крышками.

 

 

 

 

 

Таблица 8.4

 

Содержание кумола в газовой фазе при стационарном режиме

 

 

Жидкая фаза «ПАБ-кумол»

Газовая фаза

 

Т,ºС

 

Масса

Масса

Массовая доля

Концентрация кумола,

 

 

кумола, г

ПАБ, г

кумола в ПАБ, %

мг/м3

 

30

 

0,020

0,920

 

2981

 

20

 

0,018

0,857

2,08

210

 

- 4

 

0,018

0,871

 

Х

 

30

 

0,026

0,867

 

3857

 

20

 

0,028

0,920

3,04

215

 

- 4

 

0,027

0,875

 

Х

 

Примечание: Х – отсутствует.

В металлической крышке имеется небольшое отверстие для иглы шприца для отбора газовой фазы. Газохроматографическим методом анализа кумола в газовой

235

фазе установлено, что постоянная равновесная концентрация кумола в газовой фазе достигается в течение 20-30 мин. Поэтому в экспериментах пробы термостатировали в течение одного часа, где обеспечивается термодинамическое равновесие между жидкой и газовой фазами. Гравиметрическим методом готовили искусственные смеси ПАБ-кумол с содержанием кумола 2,08 и 3,04 %. Результаты газохроматографического анализа содержания кумола в газовой фазе при стационарном режиме приведены в табл. 8.4. С понижением температуры содержание кумола в газовой фазе или абгазах в системе ПАБ-кумол уменьшается до концентраций, не определяемой газохроматографическим методом (отсутствие при Т = - 4ºС).

Температуру -3,7ºС абсорбции кумола из абгазов окисления ПАБ рассчитали также из уравнения теплового баланса [1а] при расходе абгазов окисления 8500 нм/м3 (четыре колонны окисления) [11] с содержанием азота 95-97 об.%, его плотности 1,25 кг/м3, температуры абгазов Т = 2º С после существующих теплообменниковхолодильников [35], расходе ПАБ 12 м3/ч с плотностью 866,7 кг/м3 и Т = - 7ºС (реально можно обеспечить температуру ПАБ в промышленных условиях за счёт охлаждения ПАБ в теплообменнике минусовым (Т = -10°С) рассолом). Сравнение экспериментальных данных содержания кумола в газовой фазе в системе ПАБ-кумол и результаты расчёта из уравнения теплового баланса показывают, что наиболее оптимальной температурой абсорбции кумола из абгазов окисления ПАБ является диапазон низких Т = - 4ºС ÷ 0°С (табл. 8.2-8.4).

.1.1. Технологическая схема пилотной и промышленной установки очистки абгазов окисления

Для экспериментального подтверждения процесса абсорбции кумола ПАБ и определения параметров исходных данных для проектирования опытнопромышленной установки (рис. 8.2) нами разработана и смонтирована пилотная установка очистки абгазов окисления от кумола ПАБ [259а, 260а] на отметке 9600 производства ГПК [35]. Монтаж пилотной установки произведён по разработанному проекту Т-46716 ООО «Саратоворгсинтез» с инструкцией и программой по обслуживанию оборудования очистки абгазов окисления кумола в производстве ГПК [35].

8.2. Блок-схема пилотной установки непрерывного процесса очистки абгазов окисления от кумола и вредных примесей (Патент РФ № 2300412, 30.08.2005): 1 – канистра со щёлочью; 2 – каплеотбойник; 3 – абсорбер; 4 - кубовая часть абсорбера; 5 – устройство для поддержания уровня ПАБ в абсорбере («утка»); 6 – канистр свежего и циркулирующего ПАБ; 7 – насос; 8 – газовый счётчик

236

В табл. 8.5 приведена характеристика оборудования пилотной установки. Характерной особенностью опытных испытаний на пилотной установке является использование промышленных потоков абгазов окисления производства ГПК [35] и системы ПАБкумол [34].

Таблица 8.5

Характеристики основного оборудования пилотной установки

Наименование

Количество,

Техническая характеристика

оборудования

ед.

 

 

 

Вертикальный цилиндрический аппарат: диа-

 

 

метром 50 мм, высотой 1288 мм, высотой

 

 

съёмной катушки – 200 мм, количество кату-

 

1

шек – 2-5 шт. Насадка – металлическая спи-

Абсорбер с насадкой

 

раль из стали (5 витков с зазором 1 мм): диа-

 

 

метр 0,8 мм; размер 8х4,7 мм. Материал -

 

 

сталь 12Х18Н10Т

Счётчик газовый,

1

Пределы измерения: 0,02-0,6 м3/ч, температу-

тип ГСБ – 400

ра измерения расхода газа 10-15ºС.

 

Насос дозировочный

1

Расход 1,6 л/ч, 100 кг/см2. Подача и циркуля-

НД 2М 1,6/100кВ

ция ПБ в абсорбер

 

Канистры для

3

Объем 20 л

щелочи и ПАБ

 

 

Сосуд для измерения ско-

1

Стеклянный цилиндр ГОСТ 1770-74

рости подачи ПАБ

 

 

Испытания на пилотной установке проводили по отработанной нами схеме [259а]. Важно, что для поддержания температуры в рубашку абсорбера подавали рассол с Т = -3ºС÷0°С. Осуществляли контроль (табл. 8.6 и 8.7):

-температуры прямого и обратного рассола по техническому термометру (установленному в расширителях на трубопроводах);

-абсорбции внутри абсорбера; насыщенных кумолом ПАБ на выходе из кубовой части абсорбера;

-ПАБ циркуляционного контура или рецикла ПАБ (рис. 8.2).

Расход ПАБ в абсорбер 3 устанавливали регулирующим устройством дозировочного насоса 7 в пределах 100-500 мл/ч и дополнительно контролировали по наполнению ПАБ определённого объёма калибровочного сосуда за 10 часов.

Содержание кумола и вредных примесей (фенол, альдегиды, органические кислоты и др.) в абгазах окисления, компонентный состав ПАБ и содержание кумола в ПАБ на входе и выходе пилотной установки (табл. 8.6 и 8.7) осуществляли по аттестованным методикам аналитического контроля кумольного производства поликонденсационных мономеров [1а, 34-36].

Технологический режим работы пилотной установки в течение времени испытаний 241 ч и результаты анализа потоков приведены в табл. 8.6 и 8.7, где отражены содержание кумола и накопление его в ПАБ в рецикле новой порции ПАБ в течение времени, состав рециклового ПАБ, температура рассола и ПАБ на выходе из абсорбера, скорость рецикла или подачи ПАБ, давление и расход абгазов окисления, содержание в абгазах окисления кумола до и после абсорбции (на входе и выходе из абсорбера, рис. 8.2). Во время испытания на входе и выходе пилотной установки в

237

абгазах окисления также анализировали содержание альдегидов, фенола и органических кислот (в пересчёте на муравьиную кислоту). После очистки в абгазах окисления токсичные примеси альдегидов, фенола и органических кислот отсутствовали, что показывает эффективную очистку вредных примесей раствором щелочи в промывателе 1 (рис. 8.2).

Таблица 8.6 Технологический режим и содержание кумола в абгазах окисления и ПАБ

на входе и выходе из пилотной установки (давление абгазов 2,7 кгс/см2)

 

 

Технологический режим

Кумол

Кумол в ПАБ,

 

в абгазах, мг/м3

масс.%,

Время,

Рассол,

 

ПАБ,

 

 

 

 

 

рецик-

 

Абгазы

 

 

 

 

ч

выход

абсорбер

 

Вы-

 

Вы-

ла

 

Вход

Вход

 

Т,ºС

Т,ºС

 

Расход,

Расход,

ход

ход

 

 

 

 

 

 

 

 

мл/мин

м3

 

 

 

 

1

3

 

 

 

500

 

2932

18,6

0,26

0,31

1

2

27

 

 

1324

12,8

0,59

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

100

50,0

 

0,10

 

 

 

 

 

 

 

 

14

 

 

 

 

0,6

476

-

 

0,29

 

22

3

24

 

100

 

963

19,0

 

-

 

28

1

 

 

 

 

1202

 

 

0,61

 

34

0

 

 

 

 

-

48,0

отс.

-

2

-

 

 

 

300

 

656

52,0

2,08

 

 

 

 

 

 

-

1

27

 

 

 

-

71,0

 

1,25

 

40

 

 

 

0,9

863

39,0

 

1,38

 

 

 

 

 

 

 

55

 

23

 

150

1606

-

 

-

 

 

 

 

 

 

72

0

17

 

 

 

-

290

 

0,85

 

77

1

19

 

 

 

925

445

 

1,87

 

79

 

 

100

 

637

100

 

1,78

 

 

 

 

 

 

 

81

2

21

 

 

 

855

112

 

1,06

 

85

3

 

120

 

338

102

 

1,14

 

 

 

 

 

3

90

-1

 

 

 

880

95

0,77

1,66

 

 

 

 

109

18

 

102

 

813

100

2,23

 

 

 

 

 

 

114

0

 

 

108

0,6

647

100

 

2,66

 

123

 

 

 

 

662

72

 

2,78

 

 

 

 

 

 

 

 

127

2

20

 

110

 

772

76

 

3,09

4

71

-1

 

 

 

950

17

1,59

3,15

 

 

 

 

5

19

 

18

 

 

 

920

12

2,74

3,13

24

0

 

 

 

 

1130

24

3,15

 

 

 

 

 

 

По проекту смонтированный абсорбер 3 (рис. 8.2) охлаждали рассолом с температурой -3ºС÷0ºС через его рубашку. Однако такой тип охлаждения оказался явно недостаточным в жаркую летнюю погоду для охлаждения ПАБ в абсорбере 3 до необходимой для абсорбции Т = -4ºС. Поэтому температура ПАБ в абсорбере во время испытаний колебалась в соответствии с температурой окружающей среды в интервале Т = 17-27ºС (табл. 8.6). Содержание кумола в абгазах окисления на входе в пилотную установку 100-2932 мг/м3, но чаще в диапазоне 100-1500 мг/м3. Несмотря на высокую температуру абсорбции Т = 17-27ºС (табл. 8.6) при расходе ПАБ 100-150 мл/ч и абгазов окисления 0,6 м3/ч обеспечивается очистка абгазов от кумола.

238

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.7

 

Изменение содержания кумола в рецикле абсорбента ПАБ пилотной

 

 

 

 

установки очистки абгазов окисления кумола

 

 

 

 

 

 

 

Компонентный состав ПАБ, масс.%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Время,

Кумол

Бутилкумол

 

Этилкумол

 

дикумол-1,3

Алкилидены

-1,3,5 трикумол

 

1,2,3,5- тетракумол

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рецикла

сутки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0,26

отс.

 

53,17

 

25,78

11,03

3,24

 

6,52

 

1

3

0,31

отс.

 

49,79

 

25,55

11,38

3,61

 

9,36

 

1

0,59

отс.

 

49,20

 

22,31

13,85

3,66

 

10,39

 

 

 

 

 

 

 

0

отс.

1,37

 

49,25

 

22,96

13,54

2,66

 

10,22

 

 

8

отс.

1,78

 

48,73

 

23,0

13,53

2,64

 

10,32

 

 

14

0,29

1,55

 

48,60

 

22,09

13,34

2,5

 

11,63

 

 

22

0,61

1,78

 

47,67

 

22,35

14,91

2,51

 

10,17

 

2

28

1,08

1,4

 

48,77

 

22,21

13,43

2,54

 

10,57

 

34

1,25

1,81

 

48,0

 

22,55

12,51

2,54

 

11,34

 

 

 

 

 

 

 

40

1,38

1,68

 

48,34

 

21,72

12,41

2,29

 

12,18

 

 

55

0,85

2,0

 

48,14

 

21,37

11,87

2,19

 

13,58

 

 

72

1,87

1,76

 

48,58

 

21,44

10,91

2,50

 

12,94

 

 

77

1,48

1,71

 

47,09

 

21,67

12,45

2,45

 

13,15

 

 

0

0,77

1,63

 

48,2

 

22,57

12,73

2,05

 

12,05

 

 

1

1,78

1,65

 

48,3

 

21,81

12,4

2,44

 

11,62

 

 

6

1,06

1,81

 

47,26

 

21,09

12,34

2,49

 

13,95

 

 

8

1,14

1,71

 

47,22

 

21,83

12,8

2,55

 

12,75

 

3

12

1,66

1,78

 

48,41

 

21,35

11,9

2,30

 

12,6

 

 

17

2,23

1,68

 

46,9

 

21,8

12,9

2,5

 

11,99

 

 

36

2,66

1,51

 

48,4

 

21,0

12,5

2,5

 

11,43

 

 

41

2,78

1,39

 

47,76

 

21,13

12,62

2,6

 

11,72

 

 

54

3,09

1,76

 

47,9

 

21,24

12,51

2,76

 

10,74

 

4

0

1,59

1,60

 

48,3

 

20,99

12,66

2,64

 

12,22

 

71

3,15

1,66

 

47,62

 

20,19

12,27

2,55

 

12,56

 

 

 

 

 

 

5

0

2,74

1,75

 

48,47

 

20,52

11,67

2,91

 

11,94

 

19

3,13

1,75

 

47,49

 

22,79

10,33

2,50

 

12,01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итого: 100%

 

 

 

 

 

 

При увеличении подачи ПАБ от 150 мл/ч до 500 мл/ч при постоянном расходе абгазов 0,6 м3/ч в очищенных абгазах содержание кумола снижается до 20-70 мг/м3. Однако при постоянном расходе ПАБ в интервале 130-150 мл/ч и увеличении расхода абгазов с 0,6 м3/ч до 0,9 м3/ч содержание кумола в очищенных абгазах увеличивается до 290-445 мг/м3 (табл. 8.6). При высокой Т = 27°С и значительной концентрацией кумола в абгазах до 2932 мг/м3, при увеличении расхода ПАБ от 100 до 500 мл/ч содержание кумола в очищенных абгазах составляет 12,6-18,6 мг/м3 (табл. 8.6, рецикл 1).

Таким образом, при постоянном расходе абгазов, но при увеличении расхода ПАБ и уменьшении температуры абсорбции, содержание кумола в очищенных абга-

239

зах снижается. Установлено (табл. 8.6), что с увеличением времени рецикла ПАБ происходит насыщение кумолом ПАБ (табл. 8.6 и 8.7). Однако установить предельное насыщение или ёмкость абсорбента ПАБ в период испытаний нам не удалось даже при единичном продолжительном рецикле в течение 77 ч (табл. 8.6 и 8.7, рецикл 2), что говорит о большой абсорбционной ёмкости ПАБ к кумолу.

По результатам испытаний на пилотной установке рассчитали максимальное количество ПАБ для очистки абгазов окисления производства ГПК с расходом 8500 м3/ч [35]. Учитывая, что для очистки 0,6 м3/ч абгазов требуется 100-300 мл/ч ПАБ (табл. 8.6), которое составило 1,4-4,2 м3/ч. Отметим, что такое количество ПАБ (1,4- 4,2 м3/ч) требуется при однопроходной технологической схеме очистки абгазов. Однако при наличии циркуляционного контура или рецикла ПАБ (рис. 8.2) подачу свежего ПАБ нужно держать на уровне 1,5 м3/ч при работе четырёх систем окисления производства ГПК [35] с общим расходом абгазов 8500 м3/ч. В зависимости от работы одной, двух и трёх систем окисления подачу свежего ПАБ можно пропорционально сокращать от значения 1,5 м3/ч и для поддержания постоянного уровня в кубе абсорбционной колонны необходимо отводить такое количество ПАБ на переработку в производство прекурсора [34].

Для разработки проекта опытно-промышленной установки провели технологические расчёты основного оборудования.

Расчёт количества абгазов, образующихся в колоннах окисления, провели на основе количества воздуха 2500 нм3/ч, необходимого на одну колонну окисления (их четыре) [19], а также содержания кислорода, азота в воздухе и абгазах: 4 (25000,79

+ 25000,79/(100-6) = 42101,1 = 8404,4 нм3/ч или V0 = 8500 нм3/ч [35].

Диаметр абсорбера. Для гидродинамических расчётов абсорбера исходили из реального диаметра D = 1,6 м и высоты 15 м насадки колец Палля колонны, имеющиейся в производстве прекурсора [35]. Характеристики по РД 20-01-80-86 «Аппараты колонные с насадками общего применения. Метод технологического расчёта. УкрНИИХиммаш» насадки Палля (кольцевая с просечками, выполненная из металла): диаметр d = 0,035 м, удельная поверхность а = 170 м-1, свободный объем ε = 0,9, геометрический фактор насадки а/ε3 = 233,21 м-1, насыпная плотность ρ = 450 кг/м3, отношение диаметров насадки и аппарата d/D = 1/10-1/15, предельная высота насадки между перераспределительными тарелками h = (5-10)D = (5-10)1,6 = 8-16 м,

значения коэффициентов для насадки k1 =0,107, k2 =0,064, k3 =9,9, k4 =114010-8 , k5

=0,55, k6 =0,09, k7 =1. Диаметр колонны абсорбции рассчитывали методом приближения (предварительный расчёт), исходя из вида процесса, геометрического фактора насадки и окончательный расчёт производили с учётом материала и типа насадки.

Скорость газа в сечении абсорбера, соответствующая захлёбыванию абсорбера с учетом вида и геометрического фактора насадки, рассчитали по формуле в РД

20-01-80-86:

Ig[(Wз)a a ρг μж0,16/g ε3 ρж] = b - c (4/G)0,25 гж)0,125,

(8.2)

где Wз – скорость захлёбывания, м/с; g = 9,81 м/с2; ρж = 880 кг/м3 и μж= 3,5 спз – плотность и вязкость ПАБ при Т = -3,7ºС; a = 170 м-1, ε = 0,9, ρг = 1,25 кг/м3 – плот-

240

ность газа по азоту; b = 0,022 и c = 1,62 – коэффициенты при абсорбции, Lж – массовый расход жидкости, кг/с; G – массовый расход газа, кг/с.

Согласно РД 20-01-80-86 линейная скорость жидкости в абсорбере с насадкой Палля должна быть в пределах LVf = 0,0333÷0,00139 м/с, тогда объёмный расход ПАБ должен быть LV=(0,0333-0.00139)f = (0,067-0,0028)3600 = 241,2-10,1 м3/ч, где f =

0,785 D2 = 0,785 1,62 = 2,01 м2 – площадь поперечного сечения колонны.

Сучётом реального расхода ПАБ LV = 12 м3/ч проведён расчёт (обратный) значения линейной скорости ПАБ, равной 0,00166 м/с (величина которой находится в пределах LV); значения массовых расходов ПАБ Lж = LVρж =12880/3600 = 2,93 кг/ч

игаза G= V0ρг = 2,95 м/с.

Сучётом всех известных и вычисленных величин значение скорости Wз= 2,2 м/с и Wд = 0,8Wз=0,82,2=1,76 м/с – допустимой скорости газов, которую в сечении

колонны с учётом типа и материала насадки вычисляли по формуле в РД 20-01-80- 86:

Wдmax = k1 ( ρжг)0,5 (1-k2 A 60 LVf0,5) = 2,82 м/с,

(8.3)

где A=0,775+0,225 ( μж)0,25 = 1,083. Расчётная скорость газа Wр = 0,8Wдmax = 2,26

м/с, расчётный диаметр абсорбера Dр = (1,274GVk7/ Wр)0,5 = 1,15 м, где GV= V0/3600

= 2,361 м3/с, а фактическая скорость газа в абсорбере W= GV/f=1,175 м/с, которая незначительно отличается от расчётной Wр =2,26 м/с и находится в пределах скорости газа 0,9-2,52 м/с требований РД 20-01-80-86.

Фактическая скорость газа находится в пределах допустимых нагрузок, и диаметр абсорбера приняли обоснованно равным Dk =1,6 м, диаметру свободной колонны, имеющиейся в производстве прекурсора [35].

Расчёт гидравлического давления насадки Палля высотой 1 м провели со-

гласно РД 20-01-80-86 по формуле:

∆P1=k3 ρг W 10k4 Lf 3600 = 194 Па,

(8.4)

где Lf = L/f = 2,3/2,01 = 1,46, а ∆Pкп = 19415 = 2910 Па – гидравлическое сопротив-

ление 15 м слоя насадки.

Сопротивление слоя насадки из колец Рашига 1515 мм, устанавливаемого в

верхней части абсорбера в качестве каплеотбойника с высотой 0,5 м, рассчитали по формуле:

∆Pкр = λ h a W2 ρг/6 ε3 = 329 Па,

(8.5)

где λ - коэффициент сопротивления, являющиеся функцией Reг

= 4 W ρгг a =

1055,6 > 140, тогда λ = 16/Reг0,2 = 4; a = 330 м-1 – удельная поверхность насадки Рашига, ε = 0,76 м/с – свободный объем насадки Рашига, W = 1,175 м/с - скорость газа; μг = 17 спз - вязкость газа.