Установка утилизации шламов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Экологию, взаимосвязь природы и общества должны знать все, так как общество вступило в противоречие с природой. Выход из экологического кризиса возможен только через экологическое образование всего населения России.

Богатство природы, ее способность поддерживать развитие общества и возможности самовосстановления оказались не безграничными. Возросшая мощь экономики стала разрушительной силой для биосферы и человека. Общество, используя огромное количество технологий, разрушающих экосистемы, не предложило, по сути, ничего, что могло заменить регулирующие механизмы биосферы. Возникла реальная угроза жизненно важным интересам будущих поколений человечества.

В ближайшие годы резко возрастает опасность возникновения крупных техногенных аварий и экологических катастроф. Это связано с колоссальным износом промышленного, транспортного и очистного оборудования. На многих предприятиях этот износ достигает 80 - 90%.

Растет число отходов, в том числе токсичных.

Их захоронение и утилизация организованы крайне неудовлетворительно. Поэтому решающее значение для разрешения противоречий между экономикой и природой имеет формирование устойчивого типа экономического развития. Сейчас главной причиной критической экологической ситуации является сложившийся техногенный, природоразрушающий тип.

Направлением решения экологических проблем является развитие малоотходных и ресурсосберегающих технологий. Цель развития таких технологий - создание замкнутых технологических циклов, с полным использованием поступающего сырья и не вырабатывающих отходы, выходящих за их рамки. Малоотходная технология решает двуединую задачу: эффективного использования природного сырья и продуктов его переработки с одной стороны, и охраны окружающей среды от различного рода загрязнений, отходов - с другой.

С декабря 1998 г. действует «Закон об отходах производства и потребления в Самарской области». Ежегодно в области образуется около 4 млн. м³ ТБО, около 360 га дефицитных пригородных земель отводится для размещения полигонов ТБО. Захоронение промышленных отходов производится на 72-х объектах по размещению отходов.

Из общего количества образующихся в области отходов 69% приходится на Тольяттинский промузел, 15% на г. Самару. На Сызрань, Нефтегорск, Новокуйбышевск и другие приходится 16% образующихся отходов. Общая площадь организованных хранилищ токсичных отходов составляет 2512 га.

Переработка твердых, жидких и газообразных отходов расширяет сырьевые ресурсы и уменьшает загрязнение окружающей среды. Для выбора наиболее приемлемого метода обезвреживания и утилизации надо знать их количественный и качественный состав, степень токсичности.

Сдерживающим фактором при использовании отходов является отсутствие данных по объему их образования, использования, обезвреживания и захоронения.

В своих работах академик Н.Н. Моисеев объясняет проблему отходов так: «Летучая фраза экологов «ни один живой вид не может существовать в среде, созданной из собственных отходов», приобретает реальное и грозное содержание».

В решении вопросов экологической безопасности промышленного производства одной из важнейших задач является охрана окружающей среды от вредного воздействия отходов производства.

Перспективы внедрения малоотходных технологий требуют разработки гибких технологических комплексов, способных перестраиваться за счет смены модулей в зависимости от вида отхода и условий его переработки. Они могут входить как в состав нефтеперерабатывающих заводов, дающих значительное количество органоминеральных отходов и имеющих установки по их первичной переработке, так и размещаться географически самостоятельно с условиями необходимого энергетического обеспечения и транспорта получаемой продукции. Чаще всего природоохранные технологии являются затратными, а в случае организации переработки однотипных отходов с получением целевых продуктов они могут стать экономически выгодными.

1. Литературный обзор по проблемам и перспективам производства алкилсалицилатных и других видов присадок

шлам мазут алкилсалицилатный присадка

Современные нефтепродукты содержат в своем составе различные присадки и их композиции, которые в основном и определяют как экономичность использования данного продукта, так и его экологические свойства.

Моторные масла (ММ) являются наиболее сложными и по составу, и по условиям применения продуктами, поэтому проблема использования присадок в современных условиях касается именно моторных масел.

Концепция развития присадок собственного производства и разработка пакетов присадок именно на отечественных составляющих эффективно осуществляется на «Новокуйбышевском заводе масел и присадок» (НЗ МП). Этому способствует наличие в схеме завода процессов по получению как алкилсалицилатных, так и сульфонатных присадок.

Развитие производства алкилсалицилатных присадок

На комплексе АСП - 1,2,3, вырабатываются высокоэффективные многофункциональные алкилсалицилатные присадки к смазочным маслам.

Детергентно-диспергирующие присадки (ДД-присадки).

ДД-присадки являются обязательными компонентами всех без исключения моторных масел. Эти присадки многофункциональны: они имеют нейтрализующие, моющие, диспергирующие, а некоторые из них также антиокислительные, антикоррозийные и противоизносные свойства.

Детергенты представляют собой зольные присадки - они обеспечивают чистоту двигателя при высокотемпературных режимах работы. К ним относятся, в основном, алкилфенольные, сульфонатные и алкилсалицилатные присадки. Наиболее эффективны и многофункциональны из ДД-присадок являются алкилсалицилатные присадки. Они составляют 10% в объеме производства присадок. К ним относятся; алкилсалицилат кальция АСК и многозольный алкилсалицилат кальция (МАСК), а также бариевой аналог АСК - алкилсалицилат бария (АСБ). Алкилсалицилатные присадки представляют собой концентраты кальциевых солей алкилсалицилатных кислот в масле разбавителя, эффективно улучшающие моющие свойства моторных масел.

Дисперсанты - беззольные ДД-присадки - уменьшают загрязнение двигателя шламом при низкотемпературном режиме за счет диспергирующих и стабилизирующих свойств.

В настоящее время разработаны присадки нового поколения, в том числе многофункционального действия.

Уменьшение доли алкилфенолятов в производстве зольных ДД-присадок обусловлено постепенным сокращением объема их производств - из-за их невысокой щелочности. Низкая щелочность определяет недостаточный уровень нейтрализующих свойств алкилфенольных присадок.

Сверхщелочные алкилфеноляты, в состав которых входят карбонат и алкилфенолят, по уровню нейтрализующих свойств значительно превосходят нейтральные алкилфеноляты за счет резерва щелочности. Антикоррозийные и противоизносные свойства обусловлены наличием в них сульфидной серы. Органические сульфиды - вещества, эффективно снижающие коррозию металлов - за счет образования на поверхности металла защитных пленок в результате адсорбции и хемосорбции молекул присадок.

Однако диспергирующие и некоторые другие свойства у сверхщелочных алкилфенолов выражены слабее, чем у других ДД-присадок. В настоящее время выявлены и отрицательные свойства алкилфенольных присадок - их малая гидролитическая стабильность, способность к загустеванию при получении сверх - и гиперщелочных фенолятов.

На заводе масел и присадок сырьем для алкилсалицилатов являются олигомеры этилена (фракция С₁₆ - С₁₈). Очевидно, что алкилирование фенола более высокомолекулярным сырьем обеспечивает большую длину углеводородного радикала в молекуле алкилсалицилата, чем фенолята. Этим во многом объясняется, что диспергирующие и моющие свойства высокощелочных присадок выражены слабее, чем у алкилсалицилатных.

При сравнении сверхщелочного алкилсалицилата «Детерсол-300» и сверхщелочного фената В-7120, видно, что щелочное число первого составляет по факту 300 - 320 мг КОН/г, что в 1,5 раза выше, чем у алкилфенольной присадки.

В 1998 г. освоено промышленное производство сверхщелочной алкилфенольной присадки В-7420, представляющей собой карбонатированный серосодержащий алкилфенолят кальция с щелочным числом более 200 мг КОН/г. эта присадка предназначена прежде всего для применения в моторных маслах высоких серий, а также в маслах для судовых дизельных двигателей, работающих на высокосернистом топливе.

Кроме того, при использовании присадки В-7120 затраты на производство широкого ассортимента моторных масел ниже, чем при использовании даже присадки В-714 (или ВПИИ НП-714), представляющие собой карбонатированный серосодержащий алкилфенолят кальция с щелочным числом М 140 - 170 мг КОН/г.

Сейчас на заводе масел и присадок производятся наиболее эффективные и многофункционального действия присадки:

Детерсол-50 - нейтральный алкилсалицилат кальция

Детерсол-140 - среднещелочной детергент

Детерсол-180 - высоконещелочной детергент

Детерсол-300 - сверхнещелочной детергент

Комплексал-100 или250 - салицилатно-сульфатный

Тетрасал - многофункциональный детергент, обладающий свойствами полута салицилатно-фенатный детергент с улучшенными антикоррозийными свойствами.

Цифры соответствуют величине щелочности присадок в мгКОН/г.

Комплексал-Д - салицилатно-депрессорная присадка

нейтрального сульфоната кальция - присадка для экологически чистых дизельных топлив.

Напросал - эмульгатор для СОЖ.

Производсто алкилсалицилатных присадок ведется на единственной в России установке АСП - 1,2,3 на Новокуйбышевском заводе масел и присадок.

На установках ПМС - 1,2 вырабатываются сульфонатные присадки, используемые в качестве моюще-диспергирующих нейтрализующих компонентов моторных масел.

В состав установки ПМС-1 входит отделение приготовления пакета присадок «Самойл-7311», «Самойл-7321», представляющих собой сбалансированное сочетание присадок различного функционального действия и предназначенный для обеспечения эксплуатационных свойств моторных масел различных групп.

Действие сульфонатных присадок основано на способности нейтролизовать кислые продукты сгорания топлива и окисления масла, препятствовать осаждению на деталях двигателей цилиндро-поршневой группы углеродистых отложений, образующихся в процессе работы двигателя внутреннего сгорания.

В 1989 г. завод приступил к освоению присадок КНД - нефтяной детергент кальция со щелочным числом 120 - 150 мг КОН/г. В 90-х годах были освоены технологии по производству нейтрального сульфоната кальция (НСК), синтетического сульфоната кальция (ССК), нейтрального сульфоната натрия (НСNа). Кроме выпуска хорошо зарекомендовавшей себя присадки КНД, решаются вопросы по производству расширенного ассортимента перспективных сульфонатных присадок. Сюда входят: высокощелочной сульфонат кальция (С-300), высокощелочной сульфонат магния (С-300М) концентрированный нейтральный сульфонат кальция.

На стадии внедрения находится антидымный компонент «Комплексал-Т», являющийся аналогом пакета присадок «Лубризол-8288». Это кальциевая соль алкилсалициловых кислот с уровнем щелочности 300 мг КОН/г. Присадка позволяет существенно снизить загрязнение окружающей среды благодаря снижению дымности отработанных газов, и помимо этого, обладает моющими свойствами. Перспективной является комплексная салицилатно-сульфатная присадка «Комплексал-100», которая прошла испытания и допущена к производству в составе масла М-10ДМ, а также высокощелочная салицилатно-сульфатная присадка «Комплексал-250».

Перспективной позицией является освоение и совершенствование технологий сверхнещелочного детергента Детерсол-300, а также разработка многофункционального пакета присадок «Самойл-7321» на его основе. В 2000 г. на заводе масел и присадок была получена пробная партия. На одной из стадий алкилсалициловые кислоты подвергались доочистке специальным химическим агентом. При этом щелочное число карбонатированного продукта легко достигало уровня 350 - 370 мг КОН/г, что является перспективным направлением в производстве гиперщелочных алкилсалицилатных присадок со щелочным числом 400 - 500 мг КОН/г.

Одним из наиболее перспективных направлений сегодня является разработка и внедрение магнийсодержащих сверхщелочных алкилсалицилатных присадок и создание на их основе полифункциональных пакетов.

Литературный обзор по способам утилизации шламов производства присадок

Рациональное природоиспользование диктует переход к широкому применению вторичных материальных ресурсов - отходов промышленного комплекса. Большинство процессов производства присадок сопровождается образованием поточных продуктов или отходов, не находящих квалифицированного применения. При этом на многих стадиях производства образуется значительное количество высокоминерализованных токсичных сточных вод.

Исходя из химико-минералогического состава и агрегатного состояния, определены основные целевые функции органоминеральных шламов.

Масло- и нефтешламы в виде разбавленных эмульсий эффективны в качестве активаторов наполнителей и заполнителей асфальтобетонов, пропиточных составов щебеночного основания и насыпи автодорог. В виде высококонцентрированных эмульсосуспензий органоминеральные шламы рекомендуются в холодные битумные пасты и мастики. Они положительно влияют на процессы эмульгирования битума, улучшая их реологические и структурно-механические свойства. Масло- и нефтешламы в виде гидрофобных порошков целесообразны в качестве наполнителей горячих мастик, модификаторов битумов различного назначения, улучшающих их смачиваемость, адгезионно-конзионные и упруго-эластичные свойства, замедляющих процессы старения.

Внедрение масло- и нефтешламов по перечисленным направлениям сдерживается отсутствием дифференцированного сбора отходов, усреднение их в процессе хранения, контроля за качеством и однородностью.

Авторами работы [] на основании фундаментальных исследований установлено, что активация таких неблагоприятных грунтов, как суглинки, органоминеральные шламы значительно уменьшают энерго- и трудозатраты на их переработку. Энзиматические сочетания суглинка и ОМШ снижает связанность грунта, облегчает получение рыхлой однородной массы, легко смешивающейся с вяжущими. ОМШ оказывают пролонгированное действие - интенсифицируют процессы структурообразования грунтобетона во времени, повышая их качества и долговечность. В результате база дорожного основания становится прочнее, качество верхних слоев одежды дорожных и аэродромных покрытий - надежнее, а стоимость и материалоемкость снижается на 40 - 60%.

На соотношении между структурой ОМШ и активностью его составляющей построена концепция их укрепления минеральными вяжущими. Направленное формирование в цементном и известешламобетонах каогуляционно-кристаллезационных структур, способных к компенсации внутренних напряжений, возникающих при перепадах температур, позволяет с их применением обходиться в дорожных покрытиях без трещинопрерывающих прослоек. Разработанные составы грунтобетонов рекомендуются для оснований аэродромов и покрытий со слоем износа.

Авторы работы [] проводили исследования в области активации положительно или отрицательно заряженных комплексов. Так как шламы, как продукты, полученные химическим осаждением, обладают комплексом физико-химических свойств: определенным потенциалом ионизации, поверхностной активности, высокой адсорбционной способностью.

Отрицательным кинетическим потенциалом обладают органоминеральные (масло и нефтешламы) и гидроксидные гальваношламы. Положительно заряжены карбонатные и алюминатные шламы. При активации важную роль играет полярное электрическое взаимодействие. С увеличением полярности материала повышается адгезия. Таким образом, прочные адгезионные связи формируются при использовании для модификации поверхности минеральных веществ шламов с противоположным знаком заряда. Это свойство используют в производстве керамзитобетона, что увеличило его прочность в 1,5 раза и снизило расслаиваемость смеси. Используя активацию кварцевого песка карбонатным шламом (наиболее простой способ его активации - совместный помол песка и шлама) можно повысить прочность ячеистых бетонов в 2 раза, морозостойкость в несколько раз.

Одним из возможных направлений использования нефтешламов является его объемная гидрофобизация газобетонов.

С введением одного процента нефтешлама водопоглощение газосиликатных образцов уменьшается в среднем в 2,5 -3 раза.

Результаты исследований, проведенных авторами работы [], показали высокую эффективность нефтешламов в качестве газообразующей добавки в производстве керамзита, и на их основе формирование комплексного воздействия химического состава шихты и каталитических процессов газификации углеводородсодержащих компонентов оказывает влияние гранул. В основу каталитического газогенерирования были положены реакции паро-кислородной конверсии углеводородов органических шламов, позволяющие создать восстановительную среду (СО и Н₂) в процессе обжига гранул.

Подбор комплексных добавок позволяет решить две задачи: повысить качество пористых заполнителей и получить материал плотностью 300-400 кг/м³, повысить энергетическую эффективность тепловой схемы агрегатов по производству керамзитового гравия.

Авторами выдвинута концепция гибкой многовариантной экологически безопасной технологии утилизации шламов.

Основным побочным продуктом синтеза ДД-присадок к смазочным маслам являются шламы, получаемые при механической очистке сульфонатных присадок центрифугированием. Шламы поликомпонентны.

Авторы работ [] проводили исследование шламов от очистки присадки ПМС, тремя способами:

Разделение шлама центрифугированием, и экстракцией хлороформом;

Отгонка растворителей и экстракция их изопропанолом и толуолом;

Шлам последовательно экстрагировали изопропанолом и толуолом.

По результатам исследования выявлено, что водная фаза представлена водорастворимыми сульфонатами и собственно водой, углеводородная - бензином, маслом и маслорастворимыми сульфонатами, твердая - карбонатом и гидроксидом кальция. Карбонат кальция характеризуется большой полидисперсностью, различными степенью гидрофобизации и структурой упорядоченности. Низкая седиментационная стабильность шлама обусловлена грубодисперсным состоянием большей части его дисперсной фазы. Однако значительное содержание гидрофобизованного карбоната кальция, углеводородной фазы и водо-маслорастворимых компонентов обеспечивает баланс молекулярных взаимодействий на границе раздела фаз вода-масло-твердая поверхность. Авторы рекомендуют использовать шламы в качестве основы для получения инертных поверхностно-активных систем, обеспечив эффективное вскрытие продуктивных углеводородосодержащих пластов, качественный ремонт и закачивание скважин в нефтегазодобывающей промышленности.

Авторы работы [] предлагают консервационный состав на основе отходов очистки сульфонатной присадки С-150. В процессе очистки сульфонатных присадок от механических примесей образуются шламы, которые состоят их присадки (20-35%), растворителя (30-40%), воды (3-5%) и минеральной части (30-45%).

При подготовке проб для исследования шлам смешивали с 5 об. ч. растворителя, после отстаивания жидкую часть отделяли, растворитель испаряли на часовом стекле. Операцию повторяли до отсутствия на стекле следов органических соединений. Экстракцию органической части из шлама проводили последовательно бензином, четыреххлористым углеродом, ацетоном. Органическая часть полностью извлекается из шлама после 8 ступеней экстракции бензином, четырех ступеней - ССl₄ и одноразовой экстракции ацетоном.

Бензином из шламов экстрагируют в основном нефтяные углеводороды-парафина, нафтеновые ароматические и частично-сульфонатная присадка. По анализу спектров обнаружили, что идентичность спектров органической части шлама после экстракции ацетоном и спектров сульфоната кальция подтверждает наличие в шламах адсорбированной на минеральных веществах сульфонатной присадки, тогда как при экстракции ацетоном сульфонатная присадка разрушается до сульфоната кальция.

Таким образом, поверхность минеральных частиц обладает активностью и способностью адсорбировать наиболее полярные поверхностно-активные вещества ПАВ из раствора сульфонатной присадки в масле. По этой причине шлам сульфонатной присадки был использован в качестве компонента консервационного состава для защиты металла от атмосферной коррозии. Органическая часть шлама пригодна в качестве ингибитора коррозии, минеральная часть вместе с абсорбированными на ее поверхности сульфонатами выполняет роль активного наполнителя. По результатам этих исследований, шлам обладает лучшими защитными свойствами, чем присадка и модельная система.

Товарное обозначение разработанного консервационного состава - ВРПС-150, он предназначен для защиты от коррозии металлоизделий, хранящихся в складских помещениях. Это маслянистая жидкость светло-коричневого цвета, вязкость при 20?С 300 - 450 мм²/с, температура застывания 20?С. применение ВРПС-150 при расходе 20 г./м² обеспечивает эффективную защиту от атмосферной коррозии внутренних и наружных поверхностей металлоизделий.

С целью утилизации присадок и обезвреживания твердых отходов производства сотрудники МИНП им. И.М. Губкина [] предложили способ переработки шлама. Отходы экстрагируют бензином «калоша» до полного отделения органической части. Остаток после отгонки растворителя представляет собой присадку МНИ ИП-22к в масле. Твердый остаток состоит из неорганической части: оксида, гидроксида и карбоната кальция, элементной серы и механических примесей. Твердый осадок предлагается обрабатывать 10% раствором соляной кислоты с получением нейтрального водного раствора хлорида кальция.

На основе исследований составов отходов производства присадок [] было выявлено, что вовлечение в битумные составы отходов от очистки нефтяного сульфоната кальция в качестве ингибитора коррозии и активного наполнителя, значительно улучшает защитные свойства покрытий. ИКСТ - кальциевая соль кислого гидроната (сульфонат). С использованием отходов производства присадок КСК и РСК, разработаны на битумной основе и внедрены в промышленное производство пленкообразующий ингибированный нефтяной состав (ПИНС) «ИНГИБИТ-С» []. Твердая фаза отходов мелкодисперсные частицы СаО и СаСО₃ выполняют в этом продукте функции активного наполнителя [].

Жидкая фаза отходов - раствор присадок КСК и РСК в непрореагировавшей части масла М-6, вместе с частицами СаО и СаСО₃, серо- и серокислородсодержащих продуктами играет в битумном составе роль ингибитора коррозии.

Для промышленного производства ПИНС «ИНГИБИТ-С» полностью использованы отходы производства сульфоната кальция на Рязанском НПЗ.

ПИНС «ИНГИБИТ-С» используется в качестве защитного покрытия подвижного состава железнодорожного транспорта, металлоконструкций, мостов, сооружений.

Эколого-экономическая эффективность достигается за счет повышения качества и экономии природных ресурсов, а так же реабилитации территорий, загрязненных органоминеральными шламами.

2. Проектные исследования по подбору режимов стадии отгонки воды и бензина-растворителя

Целью исследования является получение данных по температуре начала и конца кипения для смеси заданного состава при температурах от 120 до 160?С и давлениях 380 мм рт. ст. и 480 мм рт. ст. Получение количества и состава паровой и жидкой фазы. При этом оценивалось остаточное количество воды после отгонки основного количества воды и количество масла, уходящего с паровой фазой.

Выбраны наиболее оптимальные условия процесса отгонки воды и бензина для РПИ-1 и РПИ-2. Распечатка состава сырья, паровой и жидкой фазы получены с использованием программы «POSISS».

Распечатка материального баланса по программе «POSISS» дана в таблице 8.

Распечатка материального баланса остальных стадий процесса дана в приложении.

2.1 Анализ возможности вовлечения шламов с установки АСП и ПМС в мазут марки М-100

Усредненный состав шламов, получаемых на комплексах АСП и ПМС

Наименование показателей	Шлам АСП, % масс	Шлам ПМС, % масс	Смесь шламов АСП и ПМС (1: 2,25)
Массовая доля воды	40	60	53,8
Массовая доля бензина	4,8	8	7,0
Массовая доля твердой фазы	15,2	28	24
Массовая доля масляной фазы	40	4,0	15,2
Зольность	12,0	22,4	19,2

Средние показатели качества товарного мазута марки М-100

Наименование показателей	Норма, %	Фактически, %
Массовая доля воды	не более 1	отс.
Массовая доля механических примесей	не более 1	0,132
Массовая доля серы	0,5 ч 3,5	2,0
Зольность	не более 0,14	0,05

По приведенным данным, мазут имеет запас качества, что позволяет вводить в его состав определенное количество шламов.

Вариант 1. Анализ возможности вовлечения шлама АСП в мазут марки М-100.

На комплексе АСП получают в среднем 12 т/сетки шлама, что составляет 0,27% от всей выработки товарного мазута марки М-100; за сутки вырабатывается 4500 тонн мазута.

Ограничивающим фактором в шламе является зольность и максимально возможное количество шлама АСП, которое можно добавить в качестве компонента в товарный мазут М-100 составляет 0,75% масс или

(4500 ? 99,25) • 0,75 = 34,0 т/сутки.

Минимальное количество мазута, в которое возможно вовлекать весь получаемый на АСП шлам (12 т/сутки), составляет:

(4500 ? 34) • 12 = 1588 т/сутки.

Вариант 2. Анализ возможности вовлечения шлама ПМС в мазут марки М-100.

На комплексе ПМС получают в среднем 27 т/сутки шлама, что составляет 0,6% от всей выработки товарного мазута, т.е.

27 • 100 ? 4500 = 0,6%.

Ограничивающим фактором в шламе является зольность и максимально возможное количество шлама ПМС, которое можно вовлекать в товарный мазут в качестве компонента составляет 0,4% масс или

(4500 ? 99,6) • 0,4 = 18,0 т/сутки,

что составляет (18 ? 27) • 100 = 66,6% от всего шлама ПМС. Значит, при вовлечении в мазут только шлама ПМС, максимально возможное количество утилизируемого шлама составит 18 т/сутки, или 66,6% от общей его выработки.

Вариант 3. Анализ возможности вовлечения в мазут М-100 усредненного состава шламов АСП и ПМС в массовом соотношении 1: 2,25.

На комплексах АСП и ПМС получают в среднем суммарно 39 т/сутки шламов, что составляет (39 ? 4500) • 100 = 0,87% от всей выработки товарного мазута марки М-100.

Ограничивающим фактором по этому варианту является зольность смеси шламов и максимально возможное их количество, которое можно вовлекать в мазут марки М-100, составляет 0,47% масс, или

(4500 ? 99,53) • 0,47 = 21,2 т/сутки,

что составляет (22,2 ? 39) • 100 = 54,4% от общего количества шламов АСП и ПМС. Значит, при условии вовлечения смеси шламов в мазут марки М-100, максимально - возможное количество утилизируемых шламов составит 21,2 т/сутки, или 54,4% от общей выработки шламов.

Вариант 4. Анализ возможности вовлечения в мазут марки М-100 всего количества шлама АСП и частично шлама ПМС.

В расчете по варианту 1 видно, что для вовлечения всего шлама АСП (12 т/сутки) мазута необходимо в количестве 1588 т/сутки.

При этом остается (4500 - 1588) = 2912 т/сутки мазута, в которые можно добавлять 0,4% масс шлама ПМС (из расчета по варианту 2), что составляет:

(2912 ? 100) • 0,4 = 11,6 т/сутки шлама ПМС.

Тогда суммарное количество шламов АСП и частично ПМС составит:

12 + 11,6 = 23,6 т/сутки

или (23,6 ? 39) • 100 = 60,5% масс от общего количества шламов АСП и ПМС.

Таким образом, вариант 4 является наиболее приемлемым с точки зрения максимально-возможного количества утилизируемых шламов АСП и ПМС в мазут марки М-100.

Так как качественный состав шламов меняется в зависимости от технологического процесса получения присадок на комплексах АСП - 1,2,3 и ПМС - 1,2, то требуется постоянный анализ и корректировка расчетного количества шламов при загрузке в аппарат.

3. Разработка технологической схемы утилизации шлама присадок АСП и ПМС, расчет материального и теплового балансов и аппаратурного оформления основного оборудования процесса

3.1 Состав исходного шлама и получаемого продукта

В качестве сырья используется:

дистиляторный экстракт селективной очистки по СТП-98 вязкость кинематическая х = 7 - 8 мм²/с.

усредненный состав шлама производства присадок АСП и ПМС.

Соотношение шлам - экстракт 1: 1.

Производительность установки по шламу 45 т/сутки.

Исходный состав:

вода - 20%, бензин - 15%, масло - 53%, твердая фаза - 12%.

Добавка к топливу «Седиментал-Т» - продукт, полученный при утилизации маслошламов от очистки присадок «КНД» и «Детерсол».

Состав добавки: карбонат кальция, смесь алкилсалицилата и сульфоната кальция, вода, масло-разбавитель.

По физико-химическим показателям добавка к топливу «Седиментал-Т» должна соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице

Физико-химические показатели добавки «Седиментал-Т»

Наименование показателя	Норма	Метод контроля
1. Внешний вид	Коричневая вязкая жидкость	Визуально
2. Массовая доля воды, %	Не более 5	По ГОСТ 2477
3. Зольность	Не более 30	По ГОСТ 1461
4. Массовая доля серы, %	Не более 20	По ГОСТ 1437
5. Температура вспышки определяемая в открытом пе, ?С	Не ниже 120	По ГОСТ 4333
6. Температура застывания, ?С	Не выше 25	По ГОСТ 20287-91

Шлам нефтяной образуется в процессе производства сульфонатных и салицилатных присадок в соответствии с технологическими регламентами

По физико-химическим показателям шлам нефтяной должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.

Физико-химические показатели шлама, нормы и требования

Наименование показателя	Норма для шлама, %	Метод контроля
	с АСП-3	с ПМС-2
Массовая доля воды, не менее	10	50	По ГОСТ 2474-65
Массовая доля бензина, не более	20	20	По СТП 448-98
Массовая доля твердой фазы, в пределах	20 ч 40	10 ч20	По СТП 453-2001
Массовая доля органической фазы, в пределах	30 ч 40	10 ч 20	По СТП 471-2001

Химический состав экстракта селективной очистки масел, % масс

Парафино-нафтеновые углеводороды	Легкие углеводороды	Средние углеводороды	Тяжелые углеводороды	Смолистые соединения	Сера
35,42	5,04	15,55	42,02	4,94	1,8 ч 2,5

Физические свойства экстракта УСОМ.

Плотность Г/см3	Коэффициент Преломления	Температура застывания, оС	Зольность % масс	Вязкость Мм2/с
0,966-0,979	1,5410-1,5440	+26	0,01	7 - 8

3.2 Описание технологического процесса и технологической схемы получения добавки к топливу «Седиментал-Т»

Шлам с установок ПМС-2 и АСП-3 привозится в автобойлерах, из которых насосом Н-2/1 (Н-2/2) расчетное количество шлама закачивается в мешалку М-1.

Экстракт селективной (фенольной) очистки с цеха №23 по трубопроводу закачивается в приемные емкости Е-2 (Е-3, Е-4, Е-5) объемом 46м³ каждая. Уровень экстракта селективной (фенольной) очистки в Е-2 (Е-3, Е-4, Е-5) регистрируется.

Температура в емкостях Е-2 - Е-5 регистрируется.

Расчетное количество экстракта селективной (фенольной) очистки из емкости Е-2 (Е-3, Е-4, Е-5) насосом Н-1/1 (Н-1/2) закачивается в мешалку М-1. Для поддержания температуры в мешалке М-1 в пределах 40-50?С в рубашку аппарата подается водяной пар.

Температура смеси в мешалке М-1 регистрируется.

Смесь продуктов интенсивно перемешивается в мешалке М-1 в течение 1-2 часов.

Из мешалки М-1 смесь шлама и экстракта насосами Н-3/1 (Н-3/2) перекачивается в промежуточную емкость Е-6. Уровень в емкости Е-6 регистрируется.

Из емкости Е-6 смесь шлама и экстракта подается в подогреватель Т-1, где нагревается до температуры 110-120^?С за счет подачи пара в межтрубное пространство подогревателя Т-1.

Расход смеси продуктов от насоса Н-4/1 (Н-4/2) в подогреватель Т-1 регулируется.

Для предотвращения отстаивания смеси в емкости Е-6 насосом Н-4?1 (Н-4?2) осуществляется постоянная ее циркуляция по схеме:

Е-6 > Н-4/1 (Н-4/2) > Е-6

Из подогревателя Т-1 смесь продуктов поступает в роторный испаритель И-1/1 (И-1/2).

Температура смеси продуктов на выходе из подогревателя Т-1 регистрируется. Отгонка паров бензина и воды из смеси продуктов осуществляется в роторных испарителях И-1/1 (И-1/2) при температуре 120-140^оС, которая обеспечивается подачей в рубашку аппаратов водяного пара, и при остаточном давлении 250-300 мм. рт. ст. или (60-70%), которое создается вакуум-насосом Н-9/1 (Н-9/2).Снижение глубины вакуума сигнализируется.

Температура и остаточное давление в испарителях И-1/1 (И-1/2) регистрируется.

Пары бензина и воды из роторных испарителях И-1/1 (И-1/2) поступают в конденсаторы Х-2/1 (Х-2/2), охлаждаемые промышленной водой, в которых конденсируются. Сконденсировавшиеся вода и бензин из конденсатора Х-2/1 (Х-2/2) стекают в емкость Е-8/1 (Е-8/2).

Температура конденсата из Х-2/1 (Х-2/2) регистрируется.

Уровень и давление в емкости Е-8/1 (Е-8/2) контролируются приборами.

Из емкости Е-8/1 (Е-8/2) конденсат самотеком поступает в емкость-отстойник Е-9. Водный слой из отстойника Е-9 по уровню раздела фаз выводится в канализацию.

Бензин по уровню в емкости Е-9 насосами Н-7/1 (Н-7/2) откачивается в резервуар Т-101 установки ПМС.

Уровень раздела фаз в емкости Е-9 регулируется прибором, клапан которого установлен на линии слива водного слоя из Е-9 в канализацию.

Уровень бензина в емкости Е-9 регистрируется.

Схемой предусмотрена возможность работы испарителей И-1 (И-2) в две ступени.

При работе в две ступени отгонки смесь шлама и экстракта из испарителя И-1/1 стекает в промежуточную емкость Е-7, из которой насосом Н-5/1 (Н-5/2) смесь в постоянном количестве подается на II ступень отгонки в испаритель И-1/2. Уровень в емкости Е-7 регистрируется. Расход смеси на испаритель И-1/2 регулируется.

Сконцентрированная смесь шлама и экстракта после II ступени отгонки из испарителя И-1/2 с температурой 120-140^?С стекает в мешалку М-2, в рубашку которой подается охлаждающая вода. Перемешивание смеси шлама и экстракта осуществляется пропеллерной мешалкой.

Температура, давление и уровень в мешалке М-2 регистрируются приборами.

В случае полной отгонки бензина и воды из смеси шлама и экстракта в испарителе И-1/1 имеется возможность работы, минуя II ступень отгонки.

При работе на одном испарителе сконцентрированная смесь шлама и экстракта из емкости Е-7 насосом Н-5/1 (Н-5/2) подается в мешалку М-2.

Из мешалки М-2 насосом Н-6/1 (Н-6/2) сконцентрированная смесь шлама и экстракта через холодильник Х-3/1 (Х-3/2) подается в дезинтегратор Д-1/1 (Д-1/2) для измельчения механических примесей и гомогенизации смеси.

Температура смеси на выходе из холодильника Х-3/1 (Х-3/2) регистрируется.

Давление смеси на приеме дезинтегратора Д-1/1 (Д-1/2) регулируется прибором.

Из дезинтегратора Д-1/1 (Д-1/2) готовый продукт - добавка к топливу «Седиментал-Т», самотеком сливается в емкость Е-11 (Е-12, Е-13). Температура и уровень продукта в Е-11 (Е-12, Е-13) регистрируются приборами.

Готовый продукт из Е-11 (Е-12, Е-13) насосом Н-8/1 (Н-8\2) откачивается в резервуар товарного парка цеха №8 Р-4а или в трубопровод вывода шлама с цеха №42.

Газообразная фаза из аппаратов М-1, М-2, Е-6, Е-7 поступает в конденсатор Х-4/1, охлаждаемый оборотной водой, откуда сконденсировавшиеся пары стекают в мешалку М-1.

	Потоки
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	кг/ч	% мас.	кг/ч	% мас.	кг/ч	% мас.	кг/ч	% мас.	кг/ч	% мас.	кг/ч	% мас.	кг/ч	% мас.	кг/ч	% мас.	кг/ч	% мас.	Кг/ч	% мас.
Экстракт УСОМ	2233	100			2233	53			2233	70			2233	72					2233	72
Шлам, в т.ч.			2600	100	2100	47			618	30			595	28					595	28
Бензин			648,2	17	648,2	15			20	0,9	15	60	5	0,5					5	0,25
Вода			865,6	22,7	865,6	20			11,8	0,5	8	40	3,8	0,2					3,8	0,1
«Сидиментал-Т»
Бензин							628	42,2									644	996
Вода																	644	99,6
Отходы (вода+сл. бенз)															854	100
Итого:	2233	100	2100	100	4333	100	1482	100	2851	100	23	100	2828	100	854	100	651	100	2828	100

3.3 Материальный баланс стадии процесса

На основе расчетов были получены данные, которые легли в основу расчета материального баланса процесса, представленного в таблице.

3.4 Расчет теплофизических свойств компонентов шлама и бензина - растворителя

Целью расчета является получение данных по физико-химическим свойствам компонентов для расчета теплового баланса и оборудования.

Свойства для компонентов бензиновой фракции, которая представлена гептаном и октаном, находятся по справочным данным.

Свойства для компонентов масла представлены в виде суммы трех индивидуальных компонентов - фенантрена, эйкозана, гексадициклопентана, в соотношениях, в которых находятся эти соединения в масле.

Исходные данные для расчета физико-химических свойств индивидуальных компонентов масла

Соединение	Молярная масса, г?моль	Ткрит., К	Коэффициенты в уравнение для вязкости
			VISB	VISTO
Фенантрен	178	878	513,28	405,81
Эйкозан	282,556	764	811,29	401,67
ГДЦП	294,567	791	977,42	412,29

1. Плотность

Плотность гептана и октана находим по справочным данным. [13]

Плотности компонентов масла рассчитываються по модифицированному уравнению Гольдгаммера. [33]

с = с_n + с₁(1-ф)^0,3,

где с_n - плотность пара, [кг/м³];

с₁ - модифицированный коэффициент, с₁=1;

ф - условное время контакта, с^-1.

lq (с ? с_n.к.) = 5 (ф -1),

где с_n.к. - плотность парового конденсата, [кг/м³]

с_{n.к. =} М ? 82,06 · Т_к; ф = Т ? Т_крит.,

где Т_крит. - критическая температура;

Т_к - температура кипения, К.

с = (1-Т ? Т_крит.)^0,3, [г/см³].

Расчет плотности индивидуальных компонентов

Соединение	Ткрит., К	фс-1ґ	Температура, К
			303	323	343	363	383	403	423	443
Гептан	537,2	0,367	681	660	640	620	605	590	550	520
Октан	568,8	0,398	702	680	600	650	630	610	600	570
Фенантрен	878	0,424	880	870	861	852	842	831	821	810
Эйкозан	764	0,486	860	848	837	825	812	799	786	772
ГДЦП	791	0,471	865	854	843	831	819	807	794	781

Коэффициенты динамической вязкости

Соединение	Температура, К
	303	323	343	363	383	403	423	443
Гептан	0,4	0,3	0,23	0,21	0,18	0,16	0,13	0,12
Октан	0,55	0,41	0,35	0,28	0,26	0,21	0,18	0,15
Фенантрен	2,628	2,276	1,838	1,520	1,253	1,00	0,99	0,98
Эйкозан	2,89	2,03	1,81	1,43	1,099	1,00	0,88	0,79
ГДЦиклопентан	2,859	2,011	1,789	1,391	1,05	0,95	0,76	0,75

2. Вязкость

Вязкость гептана и октана находится по справочным данным [33].

Вязкость компонентов масла рассчитывается по уравнению:

lq м = VISB[(1 ? Т) - VISТО)]•[сП] [13],

где м - динамическая вязкость, Па•с•10³.

3. Теплоемкость

Теплоемкость гептана и октана находим по справочным данным [13]. Теплоемкость компонентов масла рассчитывается по формулам:

Расчет Ср₂₉₃ по методу Шоу-Брайта:

Ср₂₉₃ = (Р_сh + В) ? (А•R_р),

где А = 19,8; В = 8.

Расчет по методу Сегдена:

Р_сh - сумма атомных и структурных составляющих.

Расчет мольной рефракции:

R_r = [(n² - 1) ? (n² + 2)]: м ? с.

Определение коэффициента «В» в управлении Ватсона находится по известному или рассчитанному значению С_р²⁹³.

Итоговое уравнение:

Ср = В• 4180 ? (0,1745 - 0,083ф)^2,8, [Дж/(кг•К)] [33]

Теплоемкость индивидуальных компонентов

Соединение	Температура, К
	303	323	343	363	383	403	423	443
Гептан	2262	2346	2388	2430	2514	2555	2594	2639
Октан	2178	2304	2346	2388	2430	2514	2555	2597
Фенантрен	1276,3	1322,3	1372,6	1426,6	1492,3	1559,7	1603,3	1667,6
Эйкозан	2266	2367	2469	2585	2740	2831	2963	3118
ГДЦП	2203	2294	2398	2500	2610	2731	2855	2991

Теплопроводность

Теплопроводность гептана и октана находится по справочным данным [32]. Теплопроводность компонентов масла рассчитывается по методу Смита:

л = 1,29?Ср•с??с ? м, [33]

где л - теплопроводность, Вт/(м•К)•10⁴.

Теплопроводность индивидуальных компонентов

Соединение	Температура, К
	303	323	343	363	383	403	423	443
Гептан	1226	1162	1098	1034	970	906	842	778
Октан	1260	1200	1140	1080	1020	960	900	840
Фенантрен	1540	1504	1468	1432	1396	1360	1324	1288
Эйкозан	2284	2230	2176	2124	2069	2015	1964	1970
ГДЦП	4940	4723	4563	4382	4216	4066	3905	3766

Теплота испарения

Теплота испарения индивидуальных компонентов

Соединение	Температура, К
	303	323	343	363	383	403	423	443
Гептан	167,6	180,3	196,3	203,8	264,8	293,1	323,4	345,7
Октан	170,1	190,4	201,2	208,4	281,9	301,2	343,7	368,1
Фенантрен	356,6	374,2	392,8	409,7	425,6	441,3	455,6	469,1
Эйкозан	356,6	373,9	390,2	404,4	419,6	432,6	444,6	455,2
ГДЦП	370,4	389,4	407	423	437,6	452,7	465,8	477,4

Теплота испарения гептана и октана находится по справочным данным. [32]

Теплота испарения компонентов масла рассчитывается по методу Ватсона:

L_исп. = L_исп.к.?[(1 - ф) ? (ф - ф_к)]^0,38 [33]

где L_исп. - теплота испарения, [кДж/кг]

Все расчеты приведены в интервале температур Т = 303 ч 443 К.

3.5 Тепловой баланс РПИ

Стадия обезвоживания и отгонки бензина

Тепловой баланс стадии

Приход	Q, кВт	Расход	Q, кВт
С насыщенным водяным паром в рубашку	903,4	На нагрев исходного шлама	196,6
		На испарение воды и углеводородной фракции	576,8
		На нагрев обезвоженного шлама (масло+твердая фаза)	130
Итого:	903,4		903,4

Стадия обезвоживания и отгонки бензина

Определение количества тепла на нагрев исходного шлама до температуры начала кипения 85?С

Q₁ = G_шл•C_шл • (85 - 20),

где G_шл - массовый расход шлама, кг

С_шл - удельная теплоемкость шлама, кДж/(кг К).

С_шл = Х_воды•С_воды + Х_бенз•С_бенз + Х_мас•С_мас+ Х_тв.ф.•С_тв.ф.,

где Х_воды, Х_бенз, Х_мас - массовые доли компонентов,

С_бенз, С_мас, С_тв.ф. - удельные теплоемкости компонентов шлама.

С_шл = 0,2 С_воды + 0,15С_бенз + 0,53 С_масл + 0,12 С_тв.ф.;

С_бенз = Х_гепт•С_гепт + Х_окт•С_окт = 0,5 • 2,304 • 0,5 • 2,346 = 2,3255 кДж/(кг•К)

С_масл = Х_ф•С_ф + Х_эйк•С_эйк + Х_ГДСП•С_ГДЦП =

0,1 • 1,3726 + 0,3 • 2,4689 + 0,6 • 2,3985 = 2,317 кДж/(кг•К)

Тогда С_шл = 0,2 • 4,19 + 0,15 • 2,3255 + 0,53 • 2,317 + 0,12 • 0,812 =

2,5124 кДж/(кг•К)

Находим Q₁ = 4333 • 2,5124 • (85 - 20) = 707604,9 кДж

или Q₁ = 707604,9 ? 3600 = 196,6 кВт

Определение расхода тепла на испарение воды и бензина растворителя

Q₂ = G₂•r_cм,

где Q₂ - состав и количество паровой фазы, кг

r_cм - удельная теплота парообразования смеси, кДж/кг,

r_см = Х_в·r_в + X_бен·r_бен + X_мас·r_мас,

где X_в, X_бен, Х_мас - массовые доли компонентов смеси.

r_см = X_в·r_в + X_гепт·r_гепт + X_окт·r_окт + X_ф·r_ф + Х_эйк·r_эйк + Х_гдуп·r_гдуп =

= 0,558 · 2264 + 0,208 · 196,3 + 0,203 · 201,2 + 0,011 · 392,8 + 0,011 · 390,2 + 0,0091·407 = 1357,8 кДж/кг.

Тогда Q₂ = 1529,4 • 1357,8 = 2076619,3 кДж

или Q₁ = 2076619,3 ? 3600 = 576,8 кВт.

Определение количества тепла на нагрев обезвоженного шлама

Q₃ = G₃•C_шл (160 - 85),

G₃ - массовый расход обезвоженного шлама, кг.

C_шл = Х_в•С_в + Х_бен•С_бенз + Х_тв.ф.•С_тв.ф.,

где С_шл = 0,0042 • 4,25 + 0,002 • 2,514 + 0,005 • 2,43 + 0,0754 • 1,493 +0,24 • 2,715 + 0,4874 • 2,616 + 0,186 • 0,812 = 2,2252 кДж/(кг•К)

тогда Q₃ = 2803,6 • 2,2252 (160 - 85) = 467892,8 кДж

или Q₃ = 467892,8 ? 3600 = 130 кВт.

Определение общего количества тепла стадии:

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃

Q = 196,6 + 576,8 + 130 =903,4 кВт

3.6 Выбор конструкций и расчет основных аппаратов

Расчет роторно-пленочного испарителя

Расчет площади поверхности теплопередачи:

F = Q_исп ? К_пр•_?t_ср,

где Q_исп - количество тепла на испарение, кВт

К_пр - принимаемый коэффициент теплопередачи, Вт/(м²•К)

_?t_ср, - средняя разность температур горячего и холодного теплоносителя, К.

_?t_ср, = (_?t_б - _?t_м) ? ln [_?t_б ? _?t_м] = (95 - 20) ? ln [95 ? 20] = 48,1?С

Тогда F = 576800 ? 960 • 48,1 = 14,5 м².

Принимаем F = 16 м².

Расчет коэффициента теплоотдачи в рубашке б₁:

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара в рубашке рассчитывается по формуле:

б₁ = 0,943 [(л_к³?с_к?(с_к - с_n)?q?r ? м_к(t_n - t_r.ст.)•Н)]^0,25,

где л_к - теплопроводность конденсата, л_к¹⁸⁰ = 0,675 Вт ? (м•К);

с_к - плотность конденсата, с_В¹⁸⁰ = 887 кг/м³;

с_n - плотность пара с_в.п.¹⁸⁰ = 5,145 кг/м³;

м_к - динамическая вязкость конденсата, м_к = 0,000153 Па•с;

r - удельная теплота конденсации r_в.п.¹⁸⁰ = 2021000 Дж/кг;

q = 9,8 м/с²;

t_n = 180?С;

t_r.ст = 172?С;

Н = 9,5 м.

Тогда б₁ = 0,943 [0,675³ • 887 (887 - 5,145) 9,8 •2021000? 0,153 • 10^-3(180 - 72) 9,5]^0,25= 7559,7 Вт/(м²•К)

Расчет коэффициента теплоотдачи б₂

Коэффициента теплоотдачи б₂ рассчитывается по формуле:

б₂ = Nu ? л ? у,

где Nu - критерий Нуссельта,

л - коэффициент теплопроводности, Вт ? (м•К);

у - толщина пленки, м.

Nu = 0,089•(Г/м)^0,04 • R_ец^0,6 • Р_r^0,33 •(_?R ? R)^-0,12 • Z^0,05,

где Г - плотность орошения, кг/(м•ч);

м - динамическая вязкость, Па•с;

Rе_ц - центробежный критерий Рейнольдса;

Рr - критерий Прандля;

_?R - зазор между лопастью и корпусом аппарата, [0,6 ч 2 мм];

R - радиус аппарата, м;

Z - число лопастей.

Плотность орошения Г рассчитывается по формуле:

Г = 0,059 • 10⁹ ? у_х^3,6 ? м_х^0,49

Г = 0,059 • 10⁹ • (17,3 • 10^-3)^3,6 • (0,25 • 10^-3)^0,49 = 0,47 кг/(м•с) = 1692 кг/(м•ч)

Центробежный критерий Рейнольдса рассчитывается по формуле:

Rе_ц = (d² ? n ? с) ? м,

где d - диаметр ротора, м;

n - частота вращения

Rе_ц = (0,7² • 0,017 • 890) ? (0,25 • 10^-3) = 29654,8

Критерий Прандля рассчитывается по формуле:

Рr = с • м ? л,

где с - удельная теплоемкость, Дж/(кг•К).

л - коэффициент теплопроводности, Вт/(м•К).

Рr = 1927 • 0,25 • 10^-3 ? 0,093 = 5,2

Nu = 0,089 •(1692 ? 0,25 • 10^-3)^0,04 • 29654,8^0,6 • 5,2^0,33•(2 • 10^-3 ?0,7)^-0,12 • 10^0,05 = 0,089 • 1,876 • 482,23 • 1,72 • 1,962 • 1,122 = 304,9

Тогда б₂ = 304,9 • 0,093 ? 0,0011 = 25778 Вт/(м²•К)

Расчет коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле:

К = 1 ? 1? б₁ + ?r_ст + 1? б₂),

где б₁ и б₂ - коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя соответственно, Вт ? м²•К;

?r_ст = сумма теоретических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений.

К = 1 ? (1? 7559,7 + 0,013? 46,5 + 1? 5800 + 1? 2900 + 1? 25778) = 975,2 Вт/м²•К)

Тогда площадь поверхности теплообмена по расчету:

F_расч. = Q_исп.? К •_?t_ср

F_расч. = 576800 ? 975,2 • 48,1 = 14,0 м².

Так как F_р < F_пр, то аппарат проходит по конструкции.

(F - F_р ? F_р) • 100 = (16 - 14) ? 14 •100 = 15%.

Расчет штуцеров

Диаметр штуцера для ввода водяного пара:

d_в.п. = vV_в.п. ? 0,785•W = vG_в.п. ? с_в.п. ? 0,789•W

d_в.п. = v0,151 ? 5,145 ? (0,789 • 10) = 0,145 м.

По ГОСТ 3555-67 принимаем d_в.п. = 150 мм.

Диаметр штуцера для вывода конденсата:

d_конд. = vG_в.п. ? с_конд. ? (0,785•W) = v0,151 ? 889 ? 0,785 • 0,3 = 0,065 м.

Принимаем по ГОСТ 355-67 d_конд. = 70 мм.

Диаметр штуцера для загрузки сырья:

d_загр. = vV_см. ? (0,785•W) = vG_см ? с_см ? (0,785•W_см)

d_загр. = v0,3813 ? 870 ? (0,785 • 1) = 0,115 м.

Принимаем по ГОСТ 355-67 d_загр. = 135 мм.

Диаметр штуцера для вывода паров воды и бензина.

D_вывода = vV_п ? (0,785•W) = v0,425 ? 0,31 ? 0,785 • 10 = 0,120 м.

Принимаем по ГОСТ 355-67 d_выв. = 125 мм.

Диаметр штуцера для подачи масляной фракции:

d_под. = vG_т ? с_т ? (0,785•W) = v1,2 ? 890 ? (0,785 • 2) = 0,125

Принимаем по ГОСТ 355-67 d_под. = 125 мм.

Расчет конденсатора паров воды и бензина

Расчет тепловой нагрузки при конденсации

Q₁ = G₁•r_см,

r_см = 1357,8 кДж/кг.

Тогда Q₁ = (1529,4 ? 3600) • 1357,8 = 576,8 • 10³ Вт.

Расход тепла на охлаждение конденсата до 40?С

t_нк конденсации t_кк Q_охл = G₂•С_ж•(85 - 30)

160 > 85 85 > 40

40 < t_х t_х < 20

Q_конд = 576,8 • 10³ Вт С_ж = 2,3255 кДж ? кг•К

Тогда Q_охл = (1529,4 ? 3600) • 2,3255 • (85 - 40) = 54,3 • 10³ Вт.