Національний університет цивільного захисту україни

Кафедра пожежної і техногенної безпеки об'єктів та технологій

Дисципліна „Пожежна безпека виробництв”

4 Курс. 7-й семестр

Тема 12. Пожежна профілактика процесів ректифікації

ЛЕКЦІЯ 2

ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА РЕКТИФІКАЦІЙНИХ УСТАНОВОК

Мета: 1. Вивчити сутність процесу ректифікації, принцип дії

ректифікаційних колон та установок.

2. Привити навички самостійно кваліфіковано аналізувати пожежну небезпеку технологічного процесу ректифікації.

3. Показати важливість вивчення тими з метою забезпечення пожежної безпеки процесів ректифікації та розробки ефективних протипожежних заходів.

Термін: 80 хвилин

Місце проведення: аудиторія за розкладом

Матеріальне забезпечення: Плакати

Кадропроектор

Приклади пожеж

ХАРКІВ – 2012

ЛІТЕРАТУРА

1. М.В.Волков, О.М.Алексеев, Н.Ф.Шатров. Пожарная профилактика технологических процесов производств. М.: ВИПТШ.-1986. С.215-242.

2. В.С.Клубань, А.П.Петров, В.С.Рябиков. Пожарная безопасность предприятий промышленного и агропромышленного комплекса. М. “Строй-издат.-1987.-с.-152-164.

3. Г.М.Котов, О.М.Волоков, В.П.Пустомельник Противопожарные мероприятия на нефтеперерабатывающих заводах М.:Стройиздат.-1981.- с.32-37

4. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств Госгортехнадзор СРСР. 1988.- (Сб. №30).

5. Правила пожежної безпеки в Україні. Київ. -“Укрархбудинформ”.-1995. С.80.

6. Ведомственные указания по противопожарному проектированию предприятий, зданий и сооружений нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. ВУПП-88. (Сб. №31).

План лекції

Вступ 10 хв.

1. Сутність технологічного процесу ректифікації. 20 хв.

2. Пожежна небезпека ректифікаційних

колон. 40 хв.

Висновки 5 хв

Завдання на самопідготовку 5 хв.

1. Сутність технологічного процесу ректифікації

Ректифікація розчинів - складова частина майже всіх технологічних процесів хімічної, нафтохімічної, нафтопереробної і газової промисловості. Поділ розчинів приходиться здійснювати на об'єктах легкої і харчової промисловості, при переробці сільськогосподарських харчових продуктів в етиловий спирт, екстрагування жирів і олій і т.д.

Процес поділу розчинів на складові їхні рідини називається перегонкою. Перегонка є основним процесом переробки нафти на фракції /складові частини/ і заснована на різній температурі кипіння компонентів рідини. Так, якщо рідина є бінарною, тобто складається з двох компонентів, наприклад бензолу з Т_кип= 80°C і толуолу з Т_кип=110°C, то при перегонці цієї рідини пара буде містити більшу кількість низькокиплячого компонента (бензолу). Отже, у процесі перегонки рідка фаза збіднюється, а парова фаза збагачується низкокиплячим компонентом (бензолом).

Фракційну перегонку нафти звичайно проводять при атмосферному тиску і при поступовому підвищенні температури до 400⁰С.

Наприклад, основними фракціями нафти, що відбираються у визначених температурних межах при її атмосферній перегонці є :

- бензин -/40-180(C/;

- гас -/180-240(C/;

- газойль -/240-360°C /;

- мазут /залишок атмосферної перегонки нафти/.

Таким чином, перегонка – процес поділу рідких (газових, парових) сумішей шляхом випару (конденсації) частини вихідної рідкої (газової, парової) суміші. Перегонка реалізується при наявності парової (газової) і рідкої фаз у системі.

Ректифікація - найбільш розповсюджений спосіб перегонки розчинів, що дозволяє робити глибокий поділ сумішей.

Ректифікація являє собою процес поділу рідких сумішей на окремі компоненти або їх суміші (фракції) шляхом взаємодії потоків пари і рідини.

При ректифікації завжди існують дві фази – рідка і парова і відбувається багаторазовий частковий випар рідини і конденсація парів. При кожнім циклі “випар - конденсація” з рідини випаровується переважно низькокиплячий (легкокиплячий) компонент, яким збагачуються пари, а з пари конденсуються переважно висококиплячий компонент, що переходить у рідину.

Пари після конденсації в окремому апараті дають готовий продукт - ректифікат. Рідина, що виходить після часткової конденсації пари, називається флегмою , а апарати, де відбувається процес часткової конденсації - дефлегматорами.

Ректифікація здійснюється в спеціальних апаратах - ректифікаційних колонах (РК), що є основними елементами ректифікаційних установок (РУ).

РК – вертикальний циліндричний апарат зі звареним чи збірним корпусом, призначений для чіткого поділу суміші двох взаємно розчинних рідин з одержанням цільових продуктів необхідної концентрації.

Розглянемо пристрій і принцип роботи РК.

Конструктивне виконання корпусів колон залежить від їхнього призначення і режиму роботи. У залежності від тиску в процесі експлуатації колони підрозділяються на:

• атмосферні (тиск в атмосферних колонах незначний – 0,05 МПа, є результатом опору руху парів і рідини усередині колони й у комунікаціях після колони);

• вакуумні (Р=4-10 кПа, вакуум у колонах створюється за допомогою насосів або пароструминних ежекторів);

• працюючі під тиском (Р= до 4 Мпа, застосовують для поділу вуглеводневих газів (зріджених), тому що вони мають низьку температуру кипіння при атмосферному тиску, а підвищення тиску приводить до підвищення температури в колоні й отже для охолодження використовувати доступні і дешеві холодоагенти (вода, повітря), а не спеціальні дорогі холодоагенти – аміак, пропан, фреони).

Висота колон може досягати до 60 м і залежить від розмірів і конструкції внутрішніх пристроїв, можливості їхнього монтажу і ремонту, а також з урахуванням необхідності добору рідкого залишку внизу колони.

Діаметр колон досягає до 5-7 м і визначається кількістю парів, що піднімаються, і їх швидкістю руху (діаметр колони тим менше, чим більше швидкість парів. При швидкостях, що істотно перевищують розраховану, може відбутися віднесення потоком пари рідини на вищележачу тарілку. На практиці умови експлуатації прийнято вважати нормальними, якщо швидкості парів знаходяться в межах 0,5-1,2 м/с в атмосферних колонах і 1,5-3,5 м/с – у вакуумних колонах.

Колони виконують як одне ціле з опорою. Висота опори забезпечує необхідний підпір рідкого залишку в колоні на усмоктувальній лінії насоса, відкачуючого його (тому у вакуумних колон висота опори до 10 м) , а також забезпечує вільний доступ обслуговуючого персоналу до рознімних з'єднань під днищем колони для огляду і ремонту.

Оскільки в процесі ректифікації повинні брати участь два потоки парів і рідини, що складаються з тих самих компонентів, але з різними концентраціями, для забезпечення процесу ректифікації з верхньої частини колони відводять тепло, а в нижню частину підводять тепло. Підведення тепла в нижню частину колони забезпечує випар рідини й утворення парового потоку. Та частина колони, у яку вводиться сировина, називається живильною секцією. Частина колони, що знаходиться вище введення сировини, називається концентраційною або зміцнювальною, а нижче введення сировини – відгінною чи вичерпною.

У нижній частині колони мається куб, у якому відбувається кипіння рідини (кубової). Нагрівання в кубі здійснюється за допомогою глухої пари, що знаходиться в змійовику або кожухотрубчатому підігрівнику – кип'ятильнику. Невідємною частиною РК є дефлегматор, призначений для конденсації пари, що виходить з колони і представляє собою кожухотрубчатый теплообмінник, охолоджуваний холодною водою чи іншими холодоагентами. Пари з РК виходять у дефлегматор через шлемову трубу, що знаходиться у верхній частині колони.

РК, що працюють під тиском обладнують запобіжними клапанами; для поділу зріджених газів установлюють два запобіжні клапани – робочий і контрольний. Запобіжні клапани для колон вибирають по розрахунковому тиску, а встановлюють (регулюють) відповідно до робочого тиску. Пропускна здатність клапана або групи клапанів повинна бути такою, щоб тиск у колоні не перевищувався:

• при робочому тиску в колоні до 0,03 МПа – 0,05 МПа;

• при робочому тиску від 0,3 – 0,6 МПа - 15% від Р_р;

• при робочому тиску вище 6 Мпа – на 10% Р_р.

Скидання клапана повинне бути загерметизовано; ємність для скидання не повинна знаходиться під надлишковим тиском.

Додатково РК обладнаються штуцерами, патрубками, люками-лазами й іншими пристосуваннями, необхідними для експлуатації і ремонту колон.

Дифузійний процес поділу рідин ректифікацією можливий за умови, що температури кипіння цих рідин різна (температура

рідини повинна бути нижче температури пар). Для здійснення дифузії пари і рідина повинні якнайкраще контактувати між собою, рухаючись в РК назустріч один одному: рідина під власною вагою зверху вниз, пари - знизу нагору. Для забезпечення ефективного контактування фаз РК постачені внутрішніми пристроями – насадками і тарілками. У залежності від пристроїв РК називають насадочними чи тарільчатими.

У насадочних колонах здійснюється безупинне контактування фаз і застосовують ці колони в тих випадках, коли необхідно забезпечити малий час перебування рідини в колоні, невеликий перепад тиску, а також для малотоннажних виробництв.

Насадки являють собою тверді тіла різної форми (шматки заліза, порцеляни, коксу, металеві чи скляні кульки, кільця Рашига, кільця Палля, трубчасті насадки й ін.), що завантажують у корпус РК внавал чи укладають певним чином. Розвита поверхня насадок створює ефективну поверхню контакту пари і рідини.

Конструкція тарілок РК різноманітна. Назва РК збігається з назвою тарілок. Найбільше часто застосовуються ковпачкові, сітчаті і насадочні колони.

Колони з ковпачковими тарілками широко застосовуються в промисловості, забезпечують гарний контакт між парою і рідиною, ефективне перемішування на тарілці й інтенсивний масообмін між ними. За формою ковпачки можуть бути круглими, багатогранними і прямокутними, а тарілки - одно- і багатоковпачковими

Колони із сітчатими тарілками мають велику кількість отворів малого діаметра (від 0,8 до 3 мм), ці колони застосовують у тому випадку, коли колону за умовами виробництва потрібно часто зупиняти. Дуже чуттєві до забруднень (опадам).

Улаштування ковпачкової тарілки.

Тарілка має дно, герметично з'єднане з корпусом колони, патрубки колони (парові) і зливальні патрубки. Парові патрубки призначені для пропущення парів, що піднімаються з нижньої тарілки, по зливальних патрубках рідина стікає з вищележачої тарілки на нижчерозміщену. На кожен паровий патрубок монтується ковпачок, за допомогою якого пари направляються в рідину, барботируют через неї і частково конденсуються. Дно кожної тарілки обігрівається парами нижньої тарілки. За рахунок цього тепла і тепла, що виділяється при частковій конденсації пари, рідина на кожній тарілці кипить, утворює свої пари, що змішуються з парами, що надходять з нижньої тарілки. Рівень рідини на тарілці підтримується за допомогою зливальних патрубків.

Принцип роботи ректифікаційної тарілчастої колони полягає в наступному : Куб постійно підігрівається, і кубова рідина кипить. Пара, що утворюється, у кубі піднімається нагору по колоні. Попередньо нагрівається до кипіння вихідна суміш, що підлягає поділу. Вона подається на живильну тарілку, що поділяє колону на дві частини: нижню (вичерпну) і верхню (зміцнювальну). Вихідна суміш з живильної тарілки стікає на нижні тарілки, взаємодіючи на своєму шляху з парою, що нагору рухається. У результаті цієї взаємодії пара збагачується легколетучим компонентом, а стікаюча рідина збагачується труднолетучим. У нижній частині колони йде процес витягу легколетучего компонента з вихідної суміші і перехід його в пару. Деяка частина готового продукту (ректифікату) подається на зрошення верхньої частини колони. Пара, взаємодіючи з ректифікатом (флегмою) на всіх тарілках верхньої частини колони, збагачується легколетучим компонентом. Пара, що виходить з колони направляється в дефлегматор, у якому здійснюється його конденсація. Дистилят, що утворюється, поділяється на два потоки : один у виді продукту відправляється на подальше охолодження, і на склад готової продукції, другий направляється назад у колону в якості флегми.

Пристрій і робота РУ безупинної дії. Вихідна суміш, що підлягає поділу, з ємності насосом подається в напірний бак, відкіля самопливом надходить у підігрівник (трубчаста піч або теплообмінник), де нагрівається до кипіння. Далі нагріта суміш надходить у евапораційний обєм РК,(на живильну тарілку колони), відкіля перетікає на нижні тарілки на кожній з який взаємодіє з парою, що нагору піднімається. Для одержання пари використовуються убудовані в куб кип'ятильники, кип'ятильники, що виносяться або трубчасті печі. У верхній частині колони пара, що піднімається, контактує зі стікаючою флегмою, збільшує концентрацію легколетучего компонента до концентрації флегми і залишає колону, з верхньої її частини направляючись в дефлегматор через шлемову трубу. У дефлегматорі конденсується тільки частина пари, необхідна для одержання флегми, якою зрошується верхня частина колони. Ця флегма в сепараторі віддаляється від пари, що нескондесувалася, і через коліно (гідрозатвор) надходить на верхню тарілку для зрошення колони.

Пар, що нескондесувався в дефлегматорі у сепараторі відокремлюється від флегми і надходить у конденсатор-холодильник, де цілком конденсується. Ректифікат, що вийшов, прохолоджується до заданої температури і направляється в збірник готового продукту. У збірник постійно надходить і висококиплячий продукт із куба колони (кубовий залишок).

При поділі багатокомпонентних систем, коли виділяється три і більш фракції, технологічна схема ускладнюється. У цих випадках застосовується не одна, а декілька послідовно працюючих колон.

ВИСНОВОК: Процес ректифікації є складним технологічним процесом, протікає в спеціальних апаратах - колонах і необхідною умовою її роботи є наступні умови: вихідний продукт, нагрітий до температури кипіння; безупинне зрошення верхньої частини колони, підігрів нижньої. Ректифікаційні колони складні по улаштуванню, мають великі габарити, пожежовибухонебезпечні.