Файл: Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие..pdf

центрационная секция располагается выше ввода сырья. Целевым продуктом этой секции являются пары ректификата, которые кон­ денсируются в конденсаторе-холодильнике. Для нормальной рабо-

ты ректификационной колонны обязательна подача орошения в верхнюю часть концентрационной секции и ввод тепла (через кипя­ тильник) или острого водяного пара в отгонную секцию, что соз­ дает в колонне надлежащий температурный режим.

В результате частичного испарения исходного сырья, а также жидкой фазы в низу колонны образуется восходящий поток паров. Тесный контакт между этим потоком паров и нисходящим пото­ ком жидкости (флегмы) обусловливается конструкцией тарелок, насадок и других устройств. В зависимости от конструкции внут­ реннего устройства, обеспечивающего контакт между паром и жид­ костью, различают несколько видов колонн, главными из которых являются тарельчатые и насадочные.

22

Для разделения нефти или мазута обычно применяют сложные колонны (рис. 3). Фактически такая колонна состоит из несколь­ ких простых колонн, поставленных одна над другой. Преимущест­ вом такой конструкции является компактность. Подачу и отвод циркулирующего орошения ведут в нескольких сечениях по высоте колонны.

Конструкции тарельчатых ректификационных колонн крайне разнообразны. Известны колонны с ситчатыми, решетчатыми, кас­ кадными и колпачковыми тарелками. Значительное распростране­ ние имеют ректификационные колонны с колпачковыми тарелками ' различных конструкций.

Рис. 4. Устройство колпачковой ректификационной тарелки:

/ —корпус колонны; 2 —сливной стакан; 3 -колпачок; 4-прорези колпачка;

5-паровой патрубок.

Устройство колпачковой тарелки с круглыми колпачками пока­ зано на рис. 4. В такой колонне жидкость, стекающая с вышележа­ щей тарелки, не находится в равновесии с восходящим потоком па­ ров, поднимающихся с нижележащей тарелки. Пары при контакте

сжидкостью, имеющей более низкую температуру, охлаждаются

ичастично конденсируются. В образующемся конденсате концент­ рация высококипящего компонента выше, чем в исходном паре. Та­ ким образом паровая фаза обогащается низкокипящими компо­

нентами, а жидкая — высококипящпми. В насадочных колоннах для равномерного распределения паров и жидкости применяют на­ садки из пустотелых шаров с отверстиями в стенках, трехгранных

имногогранных призм и пирамид, керамических колец Рашига. Насадку укладывают на тарелки, снабженные отверстиями двух

23

видов: малыми — для стока флегмы и большими— для прохода па­ ров. Для правильной работы насадочной колонны очень важно рав­ номерное распределение стекающей флегмы по всему поперечному сечению колонны. Это обеспечивается за счет однородности насад­ ки, повышения скорости восходящего потока паров и строгой верти­ кальной колонны. Кроме того, слой насадки разбивают на несколь­ ко маленьких слоев высотой 1—1,5 м, разделенных свободным про­ странством (рис. 5). Основной недостаток насадочных колонн за­ ключается в возможности образования «мертвых» зон в насадке, через которые не проходят ни пары, ни флегма, что ухудшает эф­ фективность разделения продуктов. Обычно применяют насадоч­ ные колонны небольшого диаметра (0,5—1 м) с мелкой насадкой, которые при большой скорости паров работают весьма эффективно.

Вакуумные колонны (рис. 6) применяют для ректификации вы-

Ш

24

сококипящих смесей углеводородов при вакууме свыше 700 мм рт. ст. и при температуре до 430° С. Высота колонны 15—30 м, а диаметр достигает 12 м. В отгонной части диаметр корпуса колон­ ны в 1.5—2 раза меньше, чем в концентрационной. Это объясняет­ ся меньшим объемом восходящего потока нефтяных паров и стрем­ лением уменьшить разложение гудрона, снизив время его пребыва­ ния в зоне высоких температур.

Над вводом сырья в колоннах устанавливают отбойные тарелки из спрессованной проволочной сетки. Тарелка орошается флегмой, что уменьшает проникновение капель гудрона через сетку в кон­ центрационную часть колонны. В гудроне концентрируются метал­ лоорганические соединения ванадия, никеля и железа, попадание которых в дистилляты ухудшило бы качество смазочных масел.

Вакуум в колонне создают поршневыми и ротационными ва­ куум-насосами, эжекторами и барометрическими конденсаторами. Барометрический конденсатор имеет вертикальную трубу длиной 12 м с гидравлическим затвором. Вакуум в конденсаторе создается за счет конденсации паров воды, выходящих из колонны.

Трубчатые печи. Трубчатые печи являются основным типом огневых подогревателей на большинстве технологических устано­ вок нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Впервые их конструкция была предложена русскими инженерами В. Г. Шу­ ховым и С. П. Гавриловым.

Основными частями трубчатых печей являются змеевик, каркас и ограждение. Змеевик из цельнотянутых труб выполняют из раз­ личных сталей:

— для нагрева сырья, не содержащего коррозионно-агрессив­ ные компоненты, до 450° С под давлением ниже 60 а г— из углеро­ дистой стали марок 10 и 20;

—для нагрева такого же сырья в этих же условиях — из стали, содержащей хром, марганец, кремний, молибден;

—в печах пиролиза, где сырье нагревается до 800° С, исполь­ зуют трубы длиной 18 м из жаропрочных сталей, содержащих i8— 25% хрома или 8—20% никеля. Трубы испытывают на растяжение, твердость и расширение концов.

Отдельные трубы соединяются в непрерывный змеевик с по­ мощью двойников. Двойник — это литая или кованая стальная камера с четырьмя отверстиями. В первые два отверстия ввальцовывают нагревательные трубы, через вторые отверстия производят вальцовку труб, а в дальнейшем и чистку их от кокса.

Металлический каркас поддерживает нагревательные трубы по­

толочного и боковых экранов, подвесной потолок, крышу печи, а иногда и ее стены.

Ограждения выполняются из огнеупорного кирпича.

На рис. 7 показана двухкамерная трубчатая печь с восходящим потоком газов и с горизонтальным расположением труб змеевика. В таких печах основную часть тепла нагреваемый продукт полу­ чает путем радиации через трубы боковых и потолочного экранов.

25

Продукты сгорания, пройдя потолочный экран, поступают в кон­ векционную камеру, расположенную над трубами потолочного

экрана. Эти трубы перекрыты огнеупорными плитами соответству­ ющей формы, что обеспечивает равномерное распределение дымо­ вых газов.

В последнее время получают распространение более совершен­ ные и экономичные трубчатые печи с излучающими стенками из беспламенных панельных горелок и двухсторонним облучением труб змеевика (рис. 8). Эти печи работают на газообразном топ­ ливе, которое сжигается в горелках, выполненных в виде керами­ ческих призм, являющихся одновременно и сборными элементами стен печи. При сжигании газа в туннелях керамические плигки на­ каливаются и интенсивно излучают тепло на поверхность радиант­ ных труб, расположенных в шахматном порядке на расстоянии 0,6—1 м от плиток.

26

Печи с излучающими стенками помимо высоких теплотехниче­ ских показателей обладают меньшими габаритами, требуют мень­ ше металла и огнеупорных материалов.

К показателям, характеризующим работу трубчатых печей, от­ носят напряженность поверхности теплопередачи, температурный режим и к. п. д. Максимально допустимая напряженность тепло­ передачи определяется видом сырья и технологией процесса, обыч­ но она лимитируется началом интенсивного процесса коксообразования и составляет 25 000—45000 в ккал/м2ч для печей атмосфер­ ных установок, 20 000—30 000 для печей вакуумных установок. Меньшая теплонапряженность печей вакуумных установок . обус­ ловливается большей склонностью сырья к коксообразованию.

Температурный режим печи контролируют по температуре вы­ хода сырья из печи, температуре газов, покидающих конвекцион­ ную камеру, и по температуре дымовых газов над перевальной стен­ кой, Особенно тщательно контролируется температура над пере­ вальной стенкой, которая обычно не превышает 850—900° С.

Коэффициент полезного действия определяется отношением по­ лезно используемого тепла (на нагрев и испарение сырья, химиче­ ские реакции и на перегрев водяного пара при наличии паропере­ гревателя) к общему количеству тепла, поступающему в печь. Обычно к. п. д. составляет 0,65—0,88.

Теплообменные аппараты. Теплообменные аппараты в зависи­ мости от назначения подразделяются на две основные группы: ре­ генераторы тепла, собственно теплообменники; конденсаторы и хо­ лодильники, после которых продукты, получившие тепло (вода или воздух), не используются для технологических целей.

Теплообменники «труба в трубе» представляют собой две трубы, концентрически расположенные одна в другой, что обеспечивает высокую скорость движения теплообмениЕающихся сред, а следо­ вательно, и высокие коэффициенты теплопередачи. Такие тепло­ обменники применяют главным образом для регенерации тепла высоковязких и легкозастывающих гудронов и крекинг-остатков. Горячий теплоноситель прокачивается по внутренней трубе, более доступной для очистки от механических загрязнений или от пробок застывшего продукта. Однотрубные теплообменники «труба в тру­ бе» металлоемки, громоздки и сравнительно дороги, поэтому их конструкция усовершенствована; при этом сохранено концентриче­ ское расположение труб, но эти трубы собраны в пучок с камерами для перетока теплоносителя.

Помимо указанных теплообменников, широко используются ко­ жухотрубчатые теплообменники, состоящие из тонкостенного ци­ линдрического корпуса (кожуха) с отъемными днищами и пучка труб, концы которых плотно завальцованы в плоских трубных ре­ шетках. В тех случаях, когда температуры трубного пучка и кор­ пуса аппарата отличаются не более чем на 50° С, применяют тепло­ обменники с неподвижными трубными решетками.

27

При большем перепаде температур используют теплообменники с плавающей головкой (рис. 9). Особенностью таких аппаратов является возможность свободного осевого перемещения одной из трубных решеток в корпусе, что компенсирует температурные удли­ нения корпуса и труб. Конструкция позволяет вынимать трубный пучок и чистить межтрубное пространство от отложений.

Конденсаторы предназначены для конденсации паров, а холо­ дильники— для охлаждения продуктов до заданной температурыЭти аппараты выполняют в виде змеевиков из гладких или ребри­ стых труб либо в виде одно- и многоходовых кожухотрубных аппа­ ратов.

Широкое распространение на нефтеперерабатывающих заводах получили погружные конденсаторы и холодильники секционного типа, а в последние годы и аппараты воздушного охлаждения. По­ гружные конденсаторы и холодильники выполняют в виде змееви­ ков из гладких и ребристых труб, помещенных в ящик с проточной водой. Устанавливают их либо на крышах насосных зданий, либо на отдельных бетонных основаниях.

Дефицит воды, высокие капитальные затраты на систему водо­ снабжения и канализации, большие габариты и значительные энер­ гозатраты на перекачку воды вызывают все возрастающее приме­ нение аппаратов с воздушным охлаждением. Эти аппараты по сравнению с водяными конденсаторами и холодильниками удоб­ нее в эксплуатации, так как их внешняя поверхность не загрязня­ ется илистыми отложениями и накипью, что ухудшает передачу

28