авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Моделирование процесса экстракции для совершенствования установок селективной очистки масляных фракций

-- [ Страница 2 ] --

 Зависимость показателя-16

Рисунок 4 –Зависимость показателя преломления рафината от числа теоретических ступеней

В шестой главе рассмотрено математическое моделирование гидродинамической структуры потоков в процессе селективной очистки масел.

При исследовании селективной очистки масел в экстракционных колоннах одним из важнейших элементов работы аппаратов является формирование структуры потоков, обеспечивающей увеличение поверхности раздела фаз, так как в силу близких плотностей растворителя и очищаемого масла движущая сила процесса сепарации, обеспечивающая противоточное движение рафинатных и экстрактных растворов в колонне, невелика, что приводит к низкой относительной скорости движения фаз.

Моделирование структуры потоков выполнялось в два этапа.

На первом этапе решения задачи было рассмотрено влияние диаметра капель, расхода одной из фаз, изменения физических свойств фаз (вязкость, плотность) на межфазную поверхность в процессе экстракции и скорость движения одиночных капель путем математического моделирования гидродинамики процесса на основе классических представлений о движении одиночной капли в сплошной среде по методу Лященко.

Были рассчитаны гидродинамические режимы движения капель в зависимости от диаметра отверстий распределителя легкой фазы. Движение в ламинарной области соответствует диаметрам капель от 0,1 до 0,4 мм, в переходной области – 0,4-5,5 мм; в турбулентной области – от 5,5 мм и выше (базовый вариант).

Увеличение расхода дисперсной фазы при фиксированном диаметре капель приводит к пропорциональному росту межфазной поверхности до определенного предела – перехода капельного режима всплытия капель в струйный режим. На границе этих режимов наблюдается неустойчивый экстремум межфазной поверхности, связанный с преобразованием поверхности раздела фаз из полисферической дискретной капельной в цилиндрическую струйную (рисунок 5).

На втором этапе с применением метода конечных элементов была исследована структура потоков в экстракторе. Система представляла собой объем, заполненный легкой фазой, сверху через распределитель в нее подавалась тяжелая фаза. Физические свойства жидкостей - плотность и вязкость - соответствовали промышленному деасфальтизату (легкая фаза) и N-метилпирролидону (тяжелая фаза).

I – зона капельно-раздельного движения дисперсной фазы, II - зона капельно-слитного движения дисперсной фазы, III – зона струйного движения

Рисунок 5 – Качественная зависимость поверхности раздела фаз от диаметра капель при различных расходах и характерах движения дисперсной фазы

Было исследовано три варианта экстракционной системы: отсутствие насадки, насадка в виде вертикальных сеток, насадка РН-ИМПА-02, включающая вертикальные сетки и турбулизирующие элементы в виде горизонтальных пластин.

Моделирование структуры потоков в пустотелой колонне с истечением дисперсной фазы в объем колонны (система 1) показало, что при этом формируется хаотичный поток дисперсной фазы в виде локальных капельных и объемных (удлиняющихся по ходу потока) фрагментов, осаждающихся расширяющейся по высоте колонны зоной, при этом ширина зоны возрастает с увеличением продолжительности процесса, увеличиваясь в 2,5 раза по сравнению с шириной потока, выходящего из распределителя (рисунок 6, а).

Анализ структуры потоков в вертикально расположенном пакете сетчатой насадки (система 2) показал, что на центральной сетке постепенно формируется пленочный режим течения, сопровождающийся срывом с сетки фрагментов струй.

а

б

в

1 – при текущем времени процесса 10 с; 2 – при текущем времени процесса

19 с.; а– при струйно-капельном диспергировании растворителя; б– при пленочно-струйном стекании дисперсной фазы по пленкообразующим элементам без турбулизаторов; в- с турбулизаторами (в)

Рисунок 6 – Расширение зоны осаждения дисперсной фазы относительно ширины распределителя Z по высоте фрагмента колонны (Н)

Эти фрагменты струй располагаются в основном в пространстве между центральной и двумя смежными сетками. Кроме того, наблюдается постепенное дробление фрагментов струй на отдельные капли. Ширина зоны капельного диспергирования практически не зависит от увеличения продолжительности процесса (рисунок 6, б).

Характерно, что по мере формирования пленочного режима течения практически не наблюдается выход дисперсной фазы за пределы контактного устройства (рисунок 6, б).

Моделирование структуры потоков в вертикально расположенном пакете сетчатой насадки с пластинчатыми турбулизаторами РН-ИМПА-02 показало, что в данном случае формируется развитый пленочный режим течения дисперсной фазы не только на центральной и двух смежных сетках, но и на крайних сетках.

Подобное распределение дисперсной фазы объясняется работой турбулизаторов, обеспечивающих локальное перераспределение потоков между сетками. Наблюдается срыв части дисперсной фазы в капельной форме в пространство между сетками, что интенсифицирует процесс массообмена между сплошной и дисперсной фазами.

Анализ особенностей формирования двухфазной структуры потоков в экстракционной колонне в динамических условиях при диспергировании одной из фаз показал, что в экстракционной колонне с контактными устройствами в виде пакетов сетчатой насадки с турбулизаторами РН-ИМПА-02 формируется структура потоков с наиболее развитой поверхностью раздела сплошной и дисперсной фаз.

В седьмой главе приведены материалы по совершенствованию процесса селективной очистки масляных фракций и деасфальтизата при использовании новой регулярной насадки пленочного типа.

Была проведена модернизация экстракторов 3К-307А ОАО “Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез“ и К1А ОАО “Ангарская нефтехимическая компания“, выполненных предприятием ООО «ИМПА Инжиниринг» с участием автора.

В результате проведенного исследования эффективности работы колонны 3К-307А селективной очистки деасфальтизата N-метилпирролидоном секции С200 комплекса производства масел КМ-2 ОАО “Славнефть-Ярославнефте­оргсинтез” выявлена низкая эффективность существующей насадки в колонне. В связи с этим была осуществлена реконструкция внутренних устройств в колонне, заключающаяся в замене насадки “Зюльцер мелапак“ на регулярную насадку РН-ИМПА-02. Высота колонны 23,7 м, диаметр –2,4 м.

Сравнение показателей работы колонны до и после модернизации при выходе секции С200 на стационарный режим свидетельствует о существенном их улучшении, в частности наблюдается следующее:

  1. увеличение отбора рафината на 6,5 – 15,8 % при улучшении показателей рефракции и группового химического состава рафината и одновременное снижение кратности Nметил­пир­ролидона к сырью на 15 – 29 % (таблица 3);
  2. рост чёткости разделения сырья: содержание смол в рафинате снижается с 2,8 до 1,9 %, потеря ценных масляных компонентов (парафино-нафтеновых углеводородов) с экстрактом уменьшается с 37,6 до 19,8 %;
  3. расчетный экономический эффект, оцененный на основе снижения расходов энергоресурсов на регенерацию N-метилпирролидона, за счет уменьшения кратности растворителя к сырью, составил 8 991 тыс. руб. в год (в ценах

2005 г.).

Таблица 3 – Параметры процесса до и после модернизации колонны

Параметры процесса Значения
1 Загрузка экстрактора по сырью (деасфальтизат) 16,5 м3/ч
2 Кратность растворителя (N-метилпирролидон) к сырью – до модернизации – после модернизации 2,8 : 1,0 об. 1,8 : 1,0 об.
3 Снижение количества циркулирующего МП 16,5 м3/ч

После модернизации колонны 3К-307 были проведены фиксированный промышленный пробег, анализ технологических показателей работы экстрактора и лабораторное моделирование процесса с определением достигнутой эффективности экстрактора. На исследованном режиме (при загрузке по сырью 16,5 м3/ч) эффективность работы колонны 3К-307А с контактными устройствами «ИМПА Инжиниринг» эквивалентна 5,3 теоретических ступеней

(рисунок 7), то есть, для сопоставимого режима отмечено двукратное увеличение числа теоретических ступеней очистки.

Режимы 1-4 –до реконструкции, режим 5 –после реконструкции

Рисунок 7 – Экспериментальные кривые зависимости показателя преломления
рафината от числа теоретических ступеней экстракции для определения эффективности экстрактора 3К-307А

В соответствии с программой развития производства масел ОАО “Ангарская нефтехимическая компания” (АНХК) предприятием ООО «ИМПА Инжиниринг» была проведена модернизация контактных устройств колонны К-1А второго блока установки селективной очистки масляных фракций фенолом А-37/3 цеха № 101 НПЗ. Модернизация заключалась в замене насадки из колец Рашига на регулярную насадку РН-ИМПА-02 ООО “ИМПА Инжиниринг”.

Колонна К-1А имеет общую высоту 38,7 м при диаметре 4,0 м. В колонне до реконструкции размещалось 8 насадочных тарелок из колец Рашига, в том числе 5 тарелок в зоне выше ввода сырья (экстракционной зоне) и 3 тарелки в промывной зоне. В ходе модернизации внутренних устройств колонны было смонтировано 20 слоев блоков насадки РН-ИМПА-02.

Обследование работы установки А-37/3 АНХК цеха 101 НПЗ показало, что при переработке маловязкого дистиллята кратность растворителя к сырью и соответственно энергозатраты после модернизации снизились в среднем на 28%, при этом отбор рафината за анализируемый период составляет 59,4 % при рефракции рафината 1,4652 (при норме 1,4680).

При переработке вязкого дистиллята кратность растворителя к сырью и соответственно энергозатраты после модернизации снизились в среднем на

30 %. При этом отбор рафината за анализируемый период составляет 56,3 % при рефракции рафината 1,4722 (при норме 1,4760) (таблица 4).

Таблица 4 – Основные показатели узла экстракции К-1А до и после модернизации при переработке вязкого дистиллята

Показатели При загрузке
21 м3/ч 25 м3/ч 28 м3/ч 45 м3/ч
До модернизации
Кратность растворитель: сырье 3,58 3,15 2,92 -
Отбор рафината, % масс. 55,3 -
Рефракция рафината 1,4713 -
После модернизации
Кратность растворитель: сырье 2,44 2,28 2,07 2,07
Отбор рафината, % масс. 56,3 54,3
Рефракция рафината 1,4722 1,4750

Эффективность работы контактных устройств в колонне К1А после модернизации на повышенной загрузке сырьем 45 м3/ч сопоставима с эффективностью работы, показанной на первом и втором этапе пробега при загрузке от 20 до 35 м3/ч.

Проведённый пробег на установке А-37/3 АНХК продемонстрировал, что эффективность работы узла экстракции с контактными устройствами плёночного типа в колонне К-1А после модернизации на повышенной загрузке 45 м3/ч также выше, чем до модернизации:

а) при переработке маловязкого дистиллята с отбором рафината за анализируемый период 55,6 % значения рефракции рафината находились в диапазоне 1,4660 – 1,4672 (при норме не более 1,4680), средняя кратность растворителя к сырью составляла 2,1 (таблица 5);

б) при переработке вязкого дистиллята величины рефракции рафината находились в диапазоне 1,4740 – 1,4760 (при норме не более 1,4780), средняя кратность растворителя к сырью составляла 2,07. При этом отбор рафината за анализируемый период составлял 54,3 %.

Таблица 5 Основные показатели узла экстракции К-1А до и после модернизации при переработке маловязкого дистиллята

Показатели До модернизации После модернизации
при загрузке
30 – 35 м3/ч
при загрузке
30 – 35 м3/ч
при загрузке
45 м3/ч
Кратность растворителя 2,52 – 3,00 1,89 – 2,02 1,99 – 2,26
Отбор рафината, % 55,3 58,7 – 60,2 54,4 – 57,1
Рефракция рафината 1,4649 – 1,4659 1,4648 – 1,4659 1,4660 – 1,4672


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.