Схема ректифікації кам'яновугільної смоли
Схема одноколонної атмосферно-вакуумної ректифікації з багаторазовим підведенням тепла. Технологічна схема ректифікації кам’яновугільної смоли в одноколонному агрегаті. Аналіз методу розрахунку складу фаз і числа теоретичних тарілок фракційної колони.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 18.06.2014 |
| Размер файла | 1,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Зміст
- Вступ
- 1. Аналітична частина
- 1.1 Схема ректифікації кам'яновугільної смоли з двома колонами
- 1.2 Схема ректифікації кам'яновугільної смоли з однією колоною
- 1.3 Схема одноколонної атмосферно-вакуумної ректифікації з багаторазовим підведенням тепла
- 2. Основна частина
- 2.1 Технологічна схема ректифікації кам'яновугільної смоли смоли в одноколонному агрегаті
- 3.1 Метод розрахунку складу фаз і числа теоретичних тарілок фракційної колони
- 4. Екологічна частина
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
Смола високотемпературного коксування являє собою чорну, маслянисту в'язку рідину, що володіє запахом нафталіну. Щільність смоли коливається в межах 1120 - 1220 кг/м3. Утворюється вона в основному при пірогенетичному розкладанні первинної смоли в процесі коксування. Це складна суміш органічних сполук. Головними компонентами кам'яновугільної смоли є вуглеводні ароматичного ряду та гетероциклічні, сірко-, кисень- і азотовмісні сполуки.
Якість смоли характеризується щільністю, виходом фракцій, змістом фенолів, нафталіну, а також вмістом речовин, нерозчинних в толуолі, вологістю.
Щільність - один з найважливіших показників, що характеризують якість смоли та її фракцій. Підвищення або зниження щільності смоли в значній мірі визначається вмістом в ній речовин, нерозчинних в толуолі або ксилолі. Чим більше в смолі цих речовин, тим вище її щільність і тим менше вихід масел і фенолів при її переробці. Молекулярна маса смоли, яка характеризує тільки частину розчинну в толуолі, знаходиться в межах 210-235.
Процес переробки кам'яновугільної смоли здійснюється в смолопереробних цехах і включає наступні основні стадії: підготовка смоли до переробки; остаточне зневоднення; ректифікація (або дистиляція) з отриманням фракцій; переробка фракцій; хімічна очистка фракцій і масел від фенолів і піридинових основ; обробка середньотемпературного пеку; отримання високотемпературного пеку та його коксування; отримання очищеного нафталіну, антрацену і інших продуктів.
ректифікація фракційна колона смола
1. Аналітична частина
1.1 Схема ректифікації кам'яновугільної смоли з двома колонами
Ректифікація кам'яновугільної смоли здійснюється в безперервному процесі на трубчастих агрегатах з однією або двома колонами одиничною потужністю 50, 100 або 200 тис. тонн смоли в рік при атмосферному тиску.
У реалізованих схемах використовується метод одноразового випаровування смоли перед ректифікацією. Нагрівання смоли виробляється в трубчастих печах.
Після екстракції фенолів нейтральну частину фенольної фракції піддають ректифікації з передачею нафталінової фракції на виробництво нафталіну, важкого сольвенту - на виробництво інден-кумаронових смол, сольвенту або лаків.
Нафталінову фракцію промивають розчином лугу для екстракції фенолів і направляють на виробництво нафталіну.
Поглинальну фракцію промивають розчинами лугу для видалення фенолів. Мите поглинальне масло використовується для виробництва різних технічних масел, зокрема, для уловлювання бензольних вуглеводнів з коксового газу, а також отримання ряду індивідуальних речовин - метилнафталіном, індолу, аценафтена, флоурена та ін.
Перша антраценова фракція може використовуватися для отримання, що містяться в ній антрацену, фінантрену і карбазолу, а також для виробництва технічного вуглецю, дубителів, змішаного барвника хакі, флотаційних, опалювальних масел.
Другу антраценову фракцію повністю використовують для приготування технічного вуглецю і для опалювальних цілей.
Кам'яновугільний пек - товарний продукт, застосовується в якості сполучного для електродів, у виробництві малозольного електродного коксу і як сировину для електродної і алюмінієвої промисловості.
На рисунку 1.1 представлена ??схема ректифікації кам'яновугільної смоли з двома колонами.
З витратного резервуару усереднену кам'яновугільну смолу насосом подають у першу (конвекційну) ступінь трубчастої печі для нагріву до 120-130° С. З цією температурою смола надходить у випарник першого ступеня. Пари води і легкого масла проходять через конденсатор-холодильник. Конденсат надходить у сепаратор, в якому надсмольна вода відділяється від легкого масла. Зневоднена смола стікає в видатковий збірник, звідки її насосом подають у другу (радіантну) ступінь трубчастої печі для нагріву до 380 - 400° С. З цією температурою смола надходить у випарник другого ступеня, де пари відділяються від пеку. Пари надходять на пекову колону, з якої шляхом бічного відбору відводяться дві антраценові фракції. Пекову колону зрошують поглинальною фракцією.
Пари з пекової колони надходять на 3 - 5-ту тарілку (знизу) фракційної колони.
Донним продуктом фракційної колони є поглинальна фракція. Для регулювання її складу за змістом легкокиплячих компонентів і нафталіну під фракційну колону подається перегріта водяна пара. З фракційної колони шляхом бічного відбору відводяться нафталінова і фенольна фракції. Пари з колони охолоджуються в конденсаторі. Отриманий конденсат розділяється в сепараторі на легке масло і воду. Відбираються фракції прохолоджуються і направляються в збірники.
Малюнок 1.1 - Схема ректифікації кам'яновугільної смоли з двома колонами.
1 - трубчаста піч ГС; 2 - плунжерні насоси: 3 - дозуючий насос для розчину соди; 4,9,11 - збірники для розчину соди, сепараторної води і зневодненої смоли відповідно; 5 - продуктові насоси; 6-рефлюксні баки; 7-рефлюксні насоси; 8-приймачі фракцій; 10-змішувач; 12-випарник першого ступеня; 19-конденсатор пари; 14-випарник другого ступеня; 15 - сепаратор; 16-холодильник фракцій; 17 - пекового колона; 18 - фракційна колона. Технологічні потоки: а - вода на охолодження; б - рефлюкс.
1.2 Схема ректифікації кам'яновугільної смоли з однією колоною
На малюнку 1.2 представлена схема ректифікації кам'яновугільної смоли з однією колоною.
Смола з витратного резервуару подається насосом в трубчасту піч, в якій вона нагрівається до 120 - 130° С. З трубчастої печі смола надходить у випарник першого ступеня. Пари легкого масла і води охолоджуються в конденсаторі, а отриманий конденсат розділяється в сепараторі на легке масло і воду. Зневоднена смола самопливом надходить у збірник, з якого насосом подається в трубчасту піч. У печі смола нагрівається до 380 - 400° С. З цією температурою смола надходить у випарник другого ступеня, в якому пек відділяється від парів фракцій. Пек самопливом надходить в резервуар, пари фракцій відводяться під фракційну колону. Колона зрошується легким маслом. Шляхом бічного відбору відводяться дві антраценових, поглинальна, нафталінова і фенольна фракції. Пари з колони охолоджуються в конденсаторі. Отриманий конденсат розділяється в сепараторі на легке масло і воду.
Для запобігання корозії апаратури і комунікацій до смоли, що надходить на остаточне зневоднювання, додають 5 - 10% -ний розчин кальїнірованної соди в кількості, що забезпечує pH водної витяжки смоли 7,5 - 8. Витрата сухої соди при нормальних умовах становить 0,05 - 0,06% від кількості смоли.
Продуктивність трубчастих агрегатів розраховується виходячи з тривалості роботи 330 днів у році. Робота може допускатися з відхиленням від розрахункової годинної продуктивності в межах ± 15%. Періодичність і тривалість ремонтних зупинок і ревізій трубчастих агрегатів та їх апаратури встановлюється технологічним регламентом, затвердженим головним інженером підприємства.
Малюнок 1.2 Схема ректифікації кам'яновугільної смоли з однією колоною.
1 - резервуар сирої смоли; 2 - резервуар збезводненої смоли; 3 - випарник першого ступеня; 4 - випарник другого ступеня; 5 - збірник збезводненої смоли; 6 - конденсатор пари; 7 - змішувач; 8 - сепаратор; 9 - холодильники фракцій; 10 - ректифікаційна колона; 11-рефлюксної насоси; 12-рефлюксні баки; 13 - продуктовий насос; 14-збірники фракцій; 15-збірник розчину соди; 16-насос для розчину соди; 17 - сировинні насоси; 18 - трубчаста піч.
Технологічні потоки: а - вода на охолодження, б - перегріта пара
1.3 Схема одноколонної атмосферно-вакуумної ректифікації з багаторазовим підведенням тепла
За кордоном застосовуються різні схеми переробки смоли. Різноманіття схем пояснюється особливостями економіки країн, кон'юнктурою ринку та інтересами окремих фірм, що спеціалізуються на випуску того або іншого продукту. Для забезпечення максимального виходу масел застосовується вакуум. Збільшення виходу пеку досягається рециркуляцією гарячої смоли та пеку, а також двократним випаровуванням смоли.
Загальним для більшості схем є: максимальне використання вторинного тепла і висока концентрація цільових продуктів у фракціях, хороша керованість процесом, додатковий ввід тепла. За способом ректифікації установки можна розділити на групи, що працюють при зниженому тиску, комбінованому (атмосферно-вакуумному) і атмосферному тиску. Розрізняються схеми також по кратності випару, числу колон, характером використання вакууму і інш.
Схеми переробки смоли із застосуванням вакууму володіють певними перевагами: знижуються витрати тепла для ведення процесу, збільшується вихід висококиплячих фракцій (якщо в них є необхідність), знижується ступінь термічної дії на пек. При цьому зменшується вихід пеку та ускладнюються умови експлуатації обладнання.
У технологічних схемах, розроблених фірмами "Проабд" (Франція) та "Вілтон" (Англія), пари другого ступеня випаровування направляються в другу колону ректифікації і після виділення антраценової і поглинальної фракцій повертаються на першу колону разом з парами першого ступеня випаровування.
Багаторазове випаровування смоли і переробка отриманих дистилятів здійснюється також фірмами "Рютгерсверке" на заводах Дуйсбург-Майдер (Німеччина) та "Юнайтед Стейтс Стіл" в Клертоне (США).
Атмосферно - вакуумна ректифікація заснована на використанні тепла, яке залишаеться після атмосферної колони. В основному використовується тепло пеку, яке передається через охолоджуючу рубашку воді, яка нагрівається і збирається у зборнику під тиском. Зневоднена смола подається в атмосферну колону де використовується атмосферний тиск, за рахунок чого виділяється легка, фенольна, нафталінова і частина поглинальної фракції. Друга частина поглинальної фракції а також антраценові фракції та пек утворюються під вакуумом. Особливістю схеми являється двократне випарювання смоли з наступну ректифікацією парів.
2. Основна частина
2.1 Технологічна схема ректифікації кам'яновугільної смоли смоли в одноколонному агрегаті
Безперервна схема переробки смоли в трубчатих установках безперервної дії має такі переваги:
високу продуктивність агрегатів при компактності апаратури і малих площах її розміщення (10-20% від площі кубової установки періодичної дії тієї ж продуктивності).
сталість режиму ректифікаційних пристроїв, позволяє отримувати чіткі фракції і головний продукт - легке масло.
скорочення періоду термічного впливу на смолу, що приводить до підвищення виходу фракцій.
можливість автоматизації контролю і управління технологічним процесом.
меншу пожеже небезпечність так як в зоні нагріву одночасно перебуває в сто разів менше смоли, ніж при періодичній дистиляції (при тій же продуктивності).
Нині розподіл смоли на фракції здійснюється головним чином методом ректифікації в трубчастих установках безперервної дії. Залежно від досконалості вживаної апаратури ректифікації і встановленого технологічного режиму отримують певний кількісний вихід фракцій і різну їх якість.
На відміну від ректифікації сирого бензолу, яке здійснюється за принципом послідовного випарюванні його окремих компонентів, при ректифікації кам'яновугільної смоли використовується принцип одноразового випару і фракційної конденсації.
На першому ступені переробки смоли в трубчастих агрегатах здійснюється одноразовий випар смоли, який визначає вихід і склад парової і рідкої фаз, що отримуються в процесі одноразового випару, роботу колон ректифікації, міру і якість переходу у фракції найважливіших індивідуальних компонентів смоли. На другому ступені здійснюється ректифікація отриманого дистиляту для розподілу його на вузькі фракції.
Зміст принципу одноразового випарювання полягає в тому, що смолу швидко нагрівають в змійовиках трубчастої печі до температури кипіння. При цьому протягом всього часу підігрівання смоли пари від рідини не відділяються. Після закінчення підігрівання смола зі змійовика поступає у випарник, в якому в результаті різкого зниження тиску пари відразу відділяються від рідини.
Температурою одноразового випару вважається та температура рідини і пара, яка встановлюється у випарнику після того, як випар закінчився і між рідиною і парою існує стан рівноваги. Температура одноразового випару завжди нижче за температуру нагріву смоли в трубчастій печі. Чим вище температура одноразового випару, тим більше вихід дистиляту і менше вихід пека. Оптимальна температура одноразового випару знаходиться в межах 370-380°С. При вищій температурі одноразового випару дистилят стає важчим, а пек отримуємо з температурою розм'якшення більше 65-70°С. В трубчастій печі смола нагрівається до 380-400°С.
Пари дистиляту, що утворився, з випарника поступають в фракційну колону, де конденсуються залежно від їх температури кипіння з отриманням вузьких фракцій. Таким чином в колоні ректифікації протікає фракційна конденсація. Спочатку, знизу колони, конденсуються висококиплячі фракції - антраценова, потім поглинювальна, нафталінова, фенольна, які в рідкому стані бічним відбором виводяться з колони. У пароподібному стані з верхньої частини колони виводиться легка фракція.
Одноколонні агрегати, що використовуються на КХЗ мають одну принципову схему фракціонування кам'яновугільної смоли при її одноразовому випарі в трубчастому агрегаті безперервної дії, забезпеченому однією колоною ректифікацій. Ці установки дозволяють отримати нафталінову фракцію, що містить 70-80 % (і більше) нафталіну від його ресурсів у смолі.
Технологічна схема установки приведена на малюнку 2.1.
Малюнок 2.1 - Схема ректифікації кам'яновугільної смоли з однією колоною.
1 - резервуар сирої смоли; 2 - резервуар збезводненої смоли; 3 - випарник першого ступеня; 4 - випарник другого ступеня; 5 - збірник збезводненої смоли; 6 - конденсатор пари; 7 - змішувач; 8 - сепаратор; 9 - холодильники фракцій; 10 - ректифікаційна колона; 11-рефлюксної насоси; 12-рефлюксні баки; 13 - продуктовий насос; 14-збірники фракцій; 15-збірник розчину соди; 16-насос для розчину соди; 17 - сировинні насоси; 18 - трубчаста піч.
Технологічні потоки: а - вода на охолодження, б - перегріта пара
Сира смола зі змістом вологи 3 - 3,5% відстоюється в сховищах при температурі 40-50? С, при цьому виділяють 1 - 1,5% вологи. Потім з сховища смолу подають на перший ступінь трубчастої печі, де вона нагрівається до 120? С, а потім під тиском 5 атмосфер її подають в спеціальний відстійник для виділення вологи до 2,5%. З відстійника смола подется в пековый теплообмінник, де нагрівається до 150? С, а потім поступає у випарник першого ступеня. У верхній частині цього випарника є три тарілки, на які для зрошування подається легке масло. Обезводжену смолу з випарника першого ступеня подають на другу трубчастій печі, де вона підігрівається до температури 380? С. З нижньої частини випарника другого ступеня відбирається піна. У верхній частині випарника встановлено три відбійні тарілки і три тарілки з ковпачками. З випарника пари фракції поступають в нижню частину ректифікаційної колони, в якій відбирають наступні фракції (з низу вгору): другу антраценову, першу антраценову, поглинальну, нафталінову, фенольну і згори легке масло. Для запобігання корозії апаратури і комунікацій до смоли, що надходить на остаточне зневоднювання, додають 5 - 10% -ний розчин кальїнірованної соди в кількості, що забезпечує pH водної витяжки смоли 7,5 - 8. Витрата сухої соди при нормальних умовах становить 0,05 - 0,06% від кількості смоли.
Продуктивність трубчастих агрегатів розраховується виходячи з тривалості роботи 330 днів у році. Робота може допускатися з відхиленням від розрахункової годинної продуктивності в межах ± 15%. Періодичність і тривалість ремонтних зупинок і ревізій трубчастих агрегатів та їх апаратури встановлюється технологічним регламентом, затвердженим головним інженером підприємства. Загальна кількість тарілок ректифікацій в колоні 52 - 54 шт [2-10].
3. Розрахункова частина
3.1 Метод розрахунку складу фаз і числа теоретичних тарілок фракційної колони
Для розрахунку складу рідинної фази на тарільці живлення багатокомпонентну суміш парів, які надходять на цю тарілку, пріймаємо як трьохкомпонентну, в якій середньокиплячим компонентом (СК) є нафталінова фракція. Усі компоненти, що киплять нижче і вище середнього, приймаємо як "узагальнені" низькокиплячий (НК) і висококиплячий (ВК) компоненти.
Продукти, що киплять нижче температури кипіння нафталінової фракції, називаються узагальненими низькокиплячими компонентами і складаються з легкої, залишку фенольної та нафталінової фракції і складають.
Сумарна кількість нафталіну у фракції (СК) складае 1343,6 кг/год. Молярна маса компонента 128. Продукти, які киплять вище нафталіну, складаються з залишку поглинальної фракції (основної і зрошення) і являють собою висококиплячий компонент (ВК) у кількості 4090 кг/год. Середня молярна маса його 150.
Таблиця 3.1 - Склад парів, які надходять на розподіл у фракційну колону.
|
Найменування фракції |
Витрата парів, кг/год |
Вміст нафталіну у фракціях |
Вага фракції без нафталіну, кг |
||
|
% |
кг/год |
||||
|
Легка |
70 |
- |
- |
70 |
|
|
Фенольна |
308 |
20 |
65,6 |
245 |
|
|
Нафталінова |
1318 |
75 |
778 |
300 |
|
|
Поглинальна |
4400 |
7 |
500 |
4090 |
|
|
РАЗОМ |
6094 |
- |
1343,6 |
4705 |
Вміст компонентів у суміші парів, які надходять до фракційної колони (%):,,.
Переводячи вагові % у молярні частки, отримали концентрацію цих трьох компонентів у вихідній паровій суміші:
Температуру однократної конденсації на тарілці живлення приймаємо рівною 246,3. Цій температурі відповідають пружності парів узагальнених компонентів (відповідно до мал.2.4) [1],,. Загальний тиск в зоні тарілки живлення П = 114105 Па.
Для визначення складу рідинної і рівноважної з нею парової фази на тарілці живлення необхідно попередньо розрахувати частину парів l, які залишились на цій тарілці в несконденсованому виді. Величина l визначається шляхом рішення рівняння (2.15) [1].
Визначимо значення коєфіцієнтів А, В і С:
А·Б·С·?І=1,8·0,63·(-0,24) ·?І=-0,272·?І.
[А·Б·(1-?(вк))+А·С·(1-?(вк))+Б·С·(1-?(вк))]·?=
=[1,8·0,63·(1-0,628)+1,8·(0,24)·(1-0,246)+0,63·(-0,24)·(1-0,246)]·?=-0,036·?.
А·?(вк)+Б·?(вк)+С·?(вк)=1,8·0,126+0,63·0,246+(-0,24·0,628)=0,231
Таким чином квадратне рівняння приймає вид:
0,272·?І-0,036·?+0,231=0
або після ділення на (-0,272)
?І+0,132·?-0,85=0
Тоді склад рідинної фази на тарілці живлення після однократної конденсації на ній частини парів складе (мол. часток):
Склад рівноважний з рідиною парової фази на тій же тарілці живлення відповідно до закону Рауля складе (мол. часток):
Перерахуємо склад рідинної фази на тарілці живлення з мол. часток у вагові %
Розрахунок теоретичної кількості тарілок фракційної колони ведеться методом "від тарілки до тарілки". Розрахунок починається з верха колони з відомого складу дистиляту вниз до тарілки живлення. У межах тарілки розрахунок контролюється рівнянням балансу. Наявність подібної рівності підтверджує правильність обраних температур. У межах секції правильність розрахунку підтверджується збігом розрахованого складу рідинної фази на тарілці бокового відбору з заданим складом, а в межах усієї колони - збігом розрахованого і фактичного складів парів на тарілці живлення.
В основу розрахунку фракційної колони береться рівняння робочої лінії для кожного компонента в межах кожної секції. При цьому від тарілки живлення (місця введення парів з антраценової колони і до верха колони, де в паровій фазі виводиться легка фракція) фракційна колона поділяється на три секції: нижня - нафталінова, середня - фенольна, верхня - легка. За аналогією з розрахунком складу фаз на тарілці живлення розрахунок числа теоретичних тарілок у кожній зі згаданих секцій фракційної колони ведеться на основі умовної заміни багатокомпонентної системи трьохкомпонентною. При цьому, для верхньої секції як низько киплячий компонент вибирається ресурсна суміш бензольних вуглеводнів, середньо киплячого - ресурсна суміш фенолів і крезолів, а як високо киплячий - нафталін.
Для фенольної секції, укладеної між фенольним і нафталіновим добором, як НК приймається ресурсна суміш НК і СК верхньої секції, як СК - нафталін, а як ВК - ресурсна суміш ізомерів метилнафталіна.
Для третьої секції (нижньої), яка знаходиться між нафталіновим відбором і тарілкою живлення, приймаються ті ж узагальнені компоненти, що були прийняті при розрахунку складу рідини на тарілці живлення.
На малюнку 4.1 [1] наведені криві кружностей парів умовних узагальнених компонентів верхньої секції, а на малюнку 4.2 [1] - середньої секції фракційної колони.
Рівняння робочої лінії, яка укріплює частини колони і знаходиться між конденсатором і довільною n-ною тарілкою (рахунок тарілок зверху вниз), може бути описано таким чином
(3.1)
Відповідно до закону Рауля тоді рівняння робочої лінії, яка укріплює частини колони, буде мати наступний вид
(3.2)
Вирішуючи це рівняння відносно, отримаємо
, (3.3)
де - концентрація і-того компонента в рідині на п+1 тарілці, мол. часток,
Пп+1 - загальний тиск парів на п+1 тарілці, Па;
- пружність парів і-того компонента на п+1 тарілці, Па;
R - флегмове число (відношення звороту флегми до кількості дистиляту).
Так як в колонах з боковим відбором величина R змінюється по висоті колони, її доцільно замінити на величину ? (мол. частка відгону). Так як, а , то, зробивши ряд перетворень, можна отримати, що . Значення g з рівняння буде дорівнювати. Підставивши це значення g в рівняння отримаємо:
Так як молярна концентрацiя СК (нафталiну) на тарiлцi живлення склада? в рiдиннiй фазiВ паровiй фазi (розраховано ранiше), а на тарiлцi нафталiнового бокового вiдбору бажано отримати Х (ск) =У (ск) =0,82 (тобто у фракцiї повинно бути не менше 80% нафталiну), то перепади концентрацiй у рiдиннiй i паровiй фазах вiд тарiлки живлення до тарiлки нафталiнового вiдбору складуть:
Користуючись спiввiдношенням , знаходимо флегмове число
Приймаємо флегмове число R=5,75, що відповідає розрахованого з рівняння . В цьому випадку наведене вище рівняння (3.3) буде таким:
(3.4)
Користуючись рівнянням (3.2.5), розраховуємо склади фаз від тарілки до тарілки (починаючи з верхньої). Загальний тиск в області верхньої тарілки (першої) П=101308Па. Тиск на кожній нижчій тарілці на 400Па більше тиску на вищій тарілці. Рівноважна температура на верхній тарілці 149°С.
Приймаємо, що легка фракція, яка є верхнім продуктом фракційної колони, має наступний склад (мол. часток): Х (нк) =0,964; Х (ск) =0,035; Х (вк) =0,001.
Отже, такий же склад будуть мати і пари, що виходять з рідини верхньої тарілки колони, які потім конденсуються в конденсаторі.
Користуючись законом Рауля, знаючи склад парової фази першої тарілки, можна розрахувати рівноважний склад рідинної фази, що стікає з верхньої (першої) тарілки на другу.
При t°=149°С пружності парів узагальнених компонентів на верхній тарілці складуть (див. мал.4.1) [1];
Р (нк) =110372Па, Р (ск) =32925Па, Р (вк) =15863Па. Тоді
Це і буде склад рівноважної рідинної фази, що стікає з верхньої тарілки колони на другу (нижню) тарілку.
На другій тарілці температура буде вище і нехай буде дорівнювати 154°С. Правильність обраної температури перевіряється дотриманням рівності. При t°=154°С із графіка (мал.4.1); Р (нк) =126635Па, Р (ск) =38657Па, Р (вк) =17996Па. Загальний тиск на другій тарілці більше і дорівнює 101708Па. Ці умови визначають зміну складу рідинної фази на тарілці п+1 (тобто іншій тарілці), що розраховується з рівняння (4.5). При цьому Хп+1 молярна концентрація низько-, середньо - і висококиплячого компонентів у рідинній фазі на другій тарілці; Хп - молярна концентрація кожного з цих компонентів на першій тарілці; Хп-1 - молярна концентрація цих компонентів у дистиляті, склад яких дорівнює складу парів, що переходять з верхньої тарілки в конденсатор.
Розрахуємо склад рідинної фази на другій тарілці (мол. часток):
,
,
Склад парової фази на другій тарілці:
Розраховуємо третю тарілку. На третій тарілці приймаємо температуру 166°С. Пружність парів узагальнених компонентів Р (нк) =102108Па, Р (ск) =55986Па, Р (вк) =27327Па. Загальний тиск на тарілці П=102108Па. Використовуючи рівняння (4.5) при розрахунку отримаємо:
Склад рівноважної парової фази на третій тарілці:
Склад нижнього продукту верхньої секції (тобто фенольної фракції, отриманої боковим відбором) характеризується наступними даними (мол. часток): Х (нк) =0,50; Х (ск) =0,40; Х (вк) =0,1. Ці показники близькі до до розрахункового на третій тарілці: Х (нк) =0,488; Х (ск) =0,417; Х (вк) =0,095. Отже, верхня секція може забезпечити чітку ректифікацію парів при наявності в рій трьох теоретичних тарілок.
Отримані дані з розрахунку складу рідинної і рівноважної їй парової фази на тарілках верхньої секції зведені в таблицю 3.2
Таблиця 3.2 - Склад парової і рідинної фаз на тарілках верхньої секції фракційної колони.
|
№ таріл-ки |
П, Па |
t°С |
Р (НК), Па |
Р (СК), Па |
Р (ВК), Па |
Х (НК) |
Х (СК) |
Х (ВК) |
У (НК) |
У (СК) |
У (ВК) |
|
|
МОЛ. ЧАСТОК |
МОЛ. ЧАСТОК |
|||||||||||
|
1 |
101308 |
149 |
110372 |
32925 |
15863 |
0,887 |
0,107 |
0,006 |
0,964 |
0,035 |
0,001 |
|
|
2 |
101708 |
154 |
126635 |
38657 |
17996 |
0,720 |
0,251 |
0,029 |
0,897 |
0,097 |
0,005 |
|
|
3 |
102108 |
166 |
155961 |
55986 |
27327 |
0,488 |
0,417 |
0,095 |
0,745 |
0,230 |
0,025 |
4. Екологічна частина
Запропонований УХІНом для умов коксохімічного заводу процес отримання прожареного пекового голчастого коксу методом уповільненого коксування вирішує дві проблеми: забезпечення електродної промисловості України вкрай дефіцитним вуглецевим матеріалом для виробництва графітованих електродів, які допускають високі струмові навантаження, та істотно покращують екологію в смолопереробному і пекококсовому цехах.
Валові викиди шкідливих речовин смолопереробному і пекококсовому цехів в загальних викидах складає близько 7%. Однак, об'єм викидів особливо шкідливих речовин, в першу чергу бензопірену, складає більше 90%. Основними джерелами викидів в СПЦ являються димові труби трубчатих печей та ємкості для прийому та зберігання фракцій кам'яновугільної смоли. В ПКЦ основними джерелами являються димова труба, пекококсові печі (стояки, відкриті прорізи дверей), гасильний вагон та гасильна башта. Слід мати на увазі, що в загальному об'ємі викидів бензпірену в ПКЦ доля стояків пекококсових печей складає близько 68 %, доля дверного господарства і гасильного вагону - 15-16 %.
В даний час в СПЦ реалізується обширна програма природоохоронних заходів, що привело до значного скорочення джерел викидів і відповідно кількість викидів в атмосферу. На сховищах та збірниках складу смоли і відділення дистиляції встановлені дихальні клапани, вони підключені до газопроводу коксового газу. Повітряники напірних баків пеку підключені до трубчатої печі, повітряники резервуарів складу масел підключені до системи аспірації під санітарним вакуумом з подальшим знешкодження їх шляхом уловлення ароматичних вуглеводнів в скруберах. В табл.6.4 наведено кількість викидів (т/год) шкідливих речовин смолопереробного та пекококсового цехів, заміри виконані в другому кварталі 1992 року. В СПЦ кількість викидів в поточному році в порівнянні з 1991 роком знизились приблизно на 45 %.
Нам видається, що в СПЦ можливо практично повністю ліквідувати викиди органічних сполук в атмосферу. При розробці технологічного завдання (ТЛЗ) на проектування процесу виробництва прожареного пекового голчастого коксу пропонується закласти більш вдосконалену систему аспірації, уловлювання та знешкодження продуктів з використанням апаратів каталітичного допалювання.
Таблиця 4.1 - Кількість викидів шкідливих речовин в атмосферу
|
Компонент викиду |
Смолопереробний цех |
Пекококсовий цех |
Всього |
|
|
Пил (пекового коксу) Діоксид сірки Оксид сірки Оксид азоту Сірководень Ціаністий водень Феноли Бензол Нафталін Бенз (а) пірен Всього |
Ні 110,15 37.60 10,53 0,051 0,059 0,559 2,61 1,21 Ні 164,49 |
40, 19 102,80 43,79 9,39 0,011 0,004 0,031 0,02 0,84 6,30 197,08 |
40, 19 212,95 81,39 19,92 0,062 0,063 0,590 2,63 2,05 6,30 361,57 |
При отриманні у відділенні дистиляції м'якого пеку (сировини коксування) запропоновано в процесі одноразового випаровування очищеної смоли замість традиційних фракцій (легка, фенольна, нафталінова і поглинальна) отримувати широкий дистилят. Це дозволить, по-перше, виключити зі схеми відділення дистиляційні колони і таким чином усунути одне з можливих джерел викидів. По-друге, більш ніж в два рази скоротити кількість резервуарів для прийому і зберігання фракцій і технічних товарних сумішей.
Таблиця 4.2 - Порівняльна оцінка величини викидів бензпірену.
|
Запропонований процес |
Існуюче пекококсове виробництво |
|||||
|
Без природоохоронних заходів |
З природоохоронними заходами |
|||||
|
Джерело викидів |
Кількість, кл/год |
Джерело викидів |
Кількість, кл/год |
Джерело викидів |
Кількість, кл/год |
|
|
Газові викиди при уповільненому коксуванні м'якого пека |
Нема |
Стояки пекококсових печей |
4,30 |
Стояки дверей після відсосу і очистки викидів |
0,05 |
|
|
Газові викиди після пропарки і охолодження кокса (після очистки) |
Нема |
Відкриті прорізи дверей |
1,04 |
Тушильний вагон |
0,29 |
|
|
Газові викиди при прожарці кокса |
0,16 |
Тушильний вагон |
0,96 |
Тушильна башня |
0,03 |
|
|
Тушильна башня |
0,03 |
|||||
|
Всього |
0,16 |
6,33 |
0,37 |
Необхідно відмітити, що при відкритті люків реактора для проведення операцій, пов'язаних з відвантаженням кокса, не виключено утворення залпових викидів обмеженого об'єму парогазових продуктів, вміщуючих в своєму складі бензопірену. Наявність викида, його кількість і концентрація шкідливостей тісним чином пов'язана з дотриманням режима охолодження і пропарки коксу. Фактична їхня кількість може бути визначена тільки при освоєнні технології.
Приведені в таблиці 4.2 дані дозволяють зробити попередній висновок про те, що викиди бензопірену при впровадженні запропонованої технології можуть бути знижені в 40 разів.
Отже, при виробництві прожареного пекового голкового коксу в якості джерел викидів можуть розглядатися димові труби трубчатих печей та установки прожарки коксу.
Висновки
Склад парової і рідинної фаз на тарілках верхньої секції фракційної колони визначені нами за вихідними даними приведені в таблиці 3.2.
Щодо фракційної колони, то для розрахунку складу фаз на тарілках наступної секції, яка знаходиться між фенольним і нафталіновим відборами, необхідно визначити пружності парів у залежності від молярних мас умовних узагальнених компонентів. У цій секції як НК буде сума ксилолів і феноло-кризолів; СК - нафталінова фракція; ВК - сума компонентів, які мають температуру кипіння вище нафталіну (метилнафталін, аценафтен та ін.). Значення пружностей парів цих узагальнених компонентів визначається з графіка залежності температури кипіння від молярної маси (мал.2.3) [1], потім залежністю пружності парів від знайдених температур (мал.4.1 та мал.4.2) [1].
При розрахунку складу рідинної і парової фаз на четвертій тарілці необхідно виходити зі складу рідинної і парової фаз на третій тарілці, що дорівнює Х (НК) = 0,488+0,417-0,905; Х (СК) =0,095; Х (ВК) =0.
Далі розрахунок наступних тарілок аналогічний розрахунку третьої тарілки.
Тарілки ректифікаційних колон смолоперегонки мають низький к. к. д., 0,33-0,44. Тому практична кількість тарілок буде більше теоретичної на величину
Перелік посилань
1. Кутовий П.М. Хімічна технологія переробки кам'яновугільної смоли та методи розрахунку основних апаратів: Навч. посібник. - Дніпропетровськ НМетАУ 2002. - 56с.
2. Гребенюк О.Ф., Коробчанський В.І., Власов Г.О., Кауфман С.І. Вловлювання хімічних продуктів коксування: Навч. посібник. - ч.1. - Донецьк: "Східний видавничий дім". 2002. - 228 с.
3. Справочник коксохимика: В 6 т. / Под общ. ред. д-ра техн. Наук Е.Т. Ковалева. - Харьков: Издательский Дом "ИНЖЭК". - 2009. - Т.3: Улавливание и переработка химических продуктов коксования. - 432 с.
4. Гоголева Т.Я., Шустиков В.И. Химия и технология переработки каменноугольной смолы. - М,: Металургия, 1992. - 256 с.
5. Белоножко А.М. Новые производства и продукты в коксохимической промышлености. - М.: Металлургия, 1977. - 256 с.
6. Зыков Д.Д., Пац Б.М. Нафталин коксохимический. - М.: Металлургия, 1981. - 224 с.
7. Лазорин С.Н., Скрипник Е.А. Каменноугольная смола (Получение и переработка). - М.: Металлургия, 1985. - 118 с.
8. Башлай З.И., Волков Е.Л., Горелик Я.Л. и др. Оборудование цехов улавливания и переработки продуктов коксования. Справочник. - М.: Металлургия, 1992. - 256 с.
9. Брон А.Я., Сатановский С.Я. трубчатые агрегаты для перегонки каменноугольной смолы. - Х: Металлургиздат, 1961. - 231 с.
10. Ковалев Е.Т. Научные основы и технология переработки высококипящих фракций каменноугольной смолы с получением полициклических углеводородов. - Х.: Контраст, 2001. - 216 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Технологічні схеми і режим переробки сирого бензолу. Очищення його від неграничних і сірчистих з'єднань та каталітичне гідроочищення. Технологія й устаткування відділення ректифікації смоли і виробництва пеку та переробка фракцій кам'яновугільної смоли.
реферат [3,7 M], добавлен 06.03.2009Загальна технологічна схема переробки прямого коксового газу. Технологічна схема двоступінчастого охолодження газу в апаратах повітряного охолодження і в скруберах Вентурі. Методи очищення газу від смоли. Розрахунок матеріального балансу коксування.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 13.11.2014Перегонка як спосіб розділення рідких сумішей, її розподіл на просту перегонку (дистиляцію) і ректифікацію. Розрахунок кінетичних параметрів процесу ректифікації. Особливості процесу ректифікації, його основні змінні. Розрахунок ректифікаційної установки.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 26.11.2012Короткий опис технологічного процесу ректифікації, його головні етапи. Обґрунтування методів вимірювання і вимірювальних комплектів для контролю основних параметрів технологічного процесу ректифікації. Опис схеми автоматичного контролю та сигналізації.
курсовая работа [50,2 K], добавлен 06.04.2015Принципи ректифікації як складної багаторазової перегонки в протитечійному потоці. Характеристика основних процесів перегонки, а також виробництво спирту з крохмалевмісної сировини. Особливості роботи брагоректифікаційних установок непрямої дії.
курсовая работа [142,7 K], добавлен 24.08.2014Експлуатація промислових насадкових колон. Фізико–хімічні основи процесу ректифікації. Розрахунок основного обладнання. Матеріальний баланс ректифікаційної колони. Розрахунок та вибір кожухотрубного теплообмінника–холодильника кубового залишку.
курсовая работа [629,7 K], добавлен 15.11.2015Огляд методів виробництва вінілацетату. Побічні продукти синтезу вінілацетату та методи їх використання. Вибір та опис технологічного вузла ректифікації. Розрахунок ректифікаційної колони. Гідравлічний опір колони, розрахунок насоса та дефлегматора.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 19.07.2014Схема та принцип роботи ректифікаційної установки періодичної дії, вибір тиску і температурного режиму. Матеріальний та тепловий розрахунок установки. Визначення флегмового числа і побудова діаграм рівноваги. Гідравлічний розрахунок ситчатих тарілок.
курсовая работа [770,1 K], добавлен 30.04.2014Технологічна схема виробництва вершків. Схема гомогенізації рідини. Технічні характеристики трубчастих пастеризаторів. Ємності для зберігання. Початкова і кінцева температури молока. Обладнання для розливання, дозування та пакування молочних продуктів.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 28.11.2014Значення та розповсюдження механізації та електрифікації процесу доїння. Порівняльний аналіз та принципи роботи деяких видів доїльного агрегату, умови їх використання. Технологічна схема вакуумної установки. Механічна характеристика вакуум-насоса.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 22.02.2011
