Материал: 2465
2.УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМОВ
ВОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОЛОННЕ
2.1.Технологическая схема окисления гудрона в битумы
Наибольший объем окисленных битумов получают в аппаратах колонного типа [11, 13, 18], которые представляют собой вертикальные пустотелые цилиндрические сосуды, работающие по схеме непрерывного действия. В колонне поддерживают определенный уровень окисляемого жидкофазного материала. Воздух на окисление подают в нижнюю часть колонны через маточник. Барботаж воздуха через слой жидкости приводит к ее практически полному
вводить реагирующие фазы – прямоточно илиИпротивоточно. Обычно сырье подают под уровень разделаАфаз, а битум откачивают с низа колонны, при этом твердые осадки в колонне не накапливаются.
перемешиванию, что подтверждается равенством температур по всей
высоте зоны реакции и одинаковыми свойствами продукта. Таким
образом, по структуре потока жидкой фазы колонна близка к аппарату идеального смешения. В Дэтих условиях безразлично как
В ряде случаев ббитум откачивают из колонны через
уравнительную емкость, наличие которой облегчает поддержание постоянства откачиваемогоипотока, что важно для обеспечения работы системы ут л зац тепла битума (рис. 2.1). Во избежание перегрева колонны в результате выделения теплоты реакции окисления в газовоеСпространство подают воду, которая, испаряясь, понижает температуру в колонне и разбавляет газы окисления. Если такого разбавления недостаточно для снижения концентрации кислорода до безопасной, в колонну вводят также водяной пар, вырабатываемый в парогенераторе за счет избыточного тепла сырья и продукта. Для поддержания теплового равновесия процесса применяют также циркуляциючастибитума через выносные холодильники.
При выборе технологической схемы установки сравниваются технико-экономические показатели работы периодических, полунепрерывных и непрерывных установок, их достоинства и недостатки. На основании анализа производят выбор наиболее рационального способа получения окисленных битумов.
На этой стадии приводят краткую характеристику выбранного варианта, определяют основные преимущества и недостатки, оформляют принципиальную технологическую схему процесса получения окисленных битумов.
21
|
И |
Рис. 2.1. Схема окисления в колонне с утилизацией тепла: |
|
1– кипятильники; 2 – уравнительная емкость; 3 – окислительная колонна; |
|
4 – парогенератор; 5 – сепаратор с циклономД; 6 – огнепреградитель; 7 – печь; |
|
8 – компрессор; 9 – насосы |
|
А |
|
На основе л тературных и практических данных (или |
|
результатов экспер ментаб) выбираются основные параметры ведения
процесса: температураСи, расход воздуха, давление, число дней работы установки в году и другие параметры. Затем дается описание технологической схемы проектируемой установки.
К исходным данные для проектирования относятся:производительность по сырью;
качество сырья (плотность, температура размягчения по методу КиШ, условная вязкость, температура вспышки);
ассортимент и качество получаемых битумов (марка по ГОСТ, где определены такие основные эксплуатационные характеристики, как температуры размягчения и хрупкости, пенетрация, дуктильность, адгезия к минеральному материалу, плотность битума), а также их применение;
условия процесса окисления (температура, давление, расход воздуха, выход битума).
22
Варианты заданий для практических расчётов приведены в прил. 1.
В табл. 2.1 приведены условия процесса получения из гудрона окисленных битумов с температурой размягчения в интервале 47 – 53 С, при температуре 250 С и давлении 0,1–0,3 МПа. В табл. 2.2 приведены значения выхода битума из гудрона с плотностью 985 кг/м3 в зависимости от степени окисления.
Таблица 2.1
Условия для получения дорожных битумов в окислительных колоннах
Марка битума |
|
w, ч-1 |
gвозд, м3/т |
возд, м3/с |
tразм, оС |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
БНД – 40/60 |
|
0,25 |
|
66 |
|
0,080 |
53 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
БНД – 60/90 |
|
0,30 |
|
45 |
И |
50 |
|
||
|
|
|
0,065 |
|
|||||
БНД– 90/130 |
|
0,35 |
|
Д |
0,051 |
47 |
|
||
|
|
30 |
|
|
|||||
Примечание. w |
– |
объемная скорость подачи гудрона; gвозд – удельный расход |
|||||||
воздуха; возд |
– |
линейная скорость воздуха; |
tразм – температура размягчения |
||||||
битума. |
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для остаточных итумов выход можно рассчитать по эмпири- |
|||||||||
ческим зависимостям. Если окислению подвергается гудрон с |
|||||||||||
добавками, |
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
||
то выход |
тума Аудет определяться экспериментально |
||||||||||
или приниматься на 1 2 % масc. |
ольше или меньше, в зависимости |
||||||||||
от вида добавки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
Выход битума |
|
|
Таблица 2.2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Выход битума , % масс. |
|
99 |
98 |
97 |
96 |
94 |
92 |
85 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tразм. битума, |
|
|
|
40 |
45 |
48 |
52 |
70 |
90 |
120 |
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На основании анализа данных по работе окислительных колонн непрерывного действия можно при расчетах принимать удельные расходы воздуха на окисление сырья, приведенные в табл. 2.3.
По данным [13], расход воздуха на окисление составляет 50 – 400 м3/т сырья, в зависимости от марки получаемого битума.
23
Таблица 2.3
Нормы расхода воздуха м3/м3 для колонн окисления в зависимости от перерабатываемого сырья
|
Нефть |
Дорожный битум |
Строительный битум |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Смесь ухтинских нефтей |
|
32 |
|
|
72 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ромашкинская нефть |
|
40 |
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Смесь западно-украинских нефтей |
|
90 |
|
|
135 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Смесь западно-сибирских нефтей |
|
125 |
|
|
225 |
|
|
|
|
|
|||
|
2.2. Определение производительности установки |
|||||
|
|
|
|
И |
|
|
|
Для расчёта подбирают следующие исходные данные: |
|||||
|
|
|
Д |
|
||
производительность колонны по сырью GF, т/год; |
||||||
|
марка получаемого битума, его температура размягчения tразм, С; |
|||||
|
|
А |
|
|
|
|
качество сырья: температура размягчения tразм, С; плотность 420, |
||||||
кг/м3; |
|
|
|
|
на сырьё, м3/кг; |
|
|
б |
|
|
|
||
условия процесса: удельный расход воздуха gвозд |
||||||
температура t, С; давление Р, МПа; объёмная скорость подачи сырья
w. |
и |
|
|
|
Производительность колонны в час , кг/ч, [13] |
|
|
|
С |
Gf= GF 103 /(n 24), |
(2.1) |
|
|
||
где n число рабоч х дней установки в году. Выход готового продукта
(2.2)
где выход битума, % масс.
Значение берется в зависимости от температуры размягчения готового продукта.
2.3. Расчёт материального баланса окислительной колонны
Цель технологического расчета окислительной колонны – определение ее размеров, материальных и тепловых потоков.
Если установка предусматривает производство нескольких марок окисленных битумов, то для составления материального баланса установки необходимо рассчитать материальный баланс
24
каждой колонны в отдельности, |
|
|
Таблица 2.4 |
||||||||||
в зависимости от ее производи- |
Материальный баланс установки, |
||||||||||||
тельности. |
|
|
|
|
|
|
производящей дорожные и |
||||||
|
В |
табл. |
2.4 |
приводится |
строительные битумы окислением |
||||||||
|
|
смешанного сырья |
|
||||||||||
материальный баланс установки, |
|
|
|||||||||||
Показатель |
% |
Масса, |
|||||||||||
производящей |
дорожные |
|
и |
||||||||||
|
(масс.) |
кг/ч |
|||||||||||
строительные |
битумы |
окисле- |
Взято: |
|
|
||||||||
нием смешанного сырья. |
|
|
|
Гудрон |
|
100 |
16 000 |
||||||
|
Общий расход воздуха, |
|
|
Воздух |
|
12,9 |
2069 |
||||||
кг/ч, [18] |
|
|
|
|
|
|
|
Итого |
112,9 |
18 069 |
|||
Gвозд=gвозд Gf ρвозд ⁄ 1000, |
(2.3) |
|
|
|
|
||||||||
Получено: |
|
|
|||||||||||
где |
gвозд |
|
удельный |
расход |
|
|
|||||||
Битум |
|
97,0 |
15 540 |
||||||||||
воздуха, м3/т |
сырья; |
ρвозд |
|
|
|
||||||||
|
Азот |
|
10,0 |
1593 |
|||||||||
плотность воздуха, кг/м3. |
|
|
|
Кислород |
0,6 |
103 |
|||||||
|
Азот и инертные газы не |
Диоксид углерода |
1,0 |
154 |
|||||||||
участвуют в процессе окисле- |
Д |
1,7 |
273 |
||||||||||
Вода |
|
||||||||||||
ния, |
поэтому |
количество |
азота |
Углеводородные |
2,0 |
320 |
|||||||
равно суммарному |
|
|
|
|
|
газы |
И |
||||||
|
|
|
|
А |
0,6 |
86 |
|||||||
количеству |
Отгон |
||||||||||||
азота и инертных газов, по- |
|
|
|
|
|||||||||
ступающих в колонну с возду- |
|
Итого |
112,9 |
18069 |
|||||||||
хом, то есть 0,77 % масс., кг/ч, |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
||||||||||
[13] |
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
С |
GN |
2 |
= 0,77 Gвозд . |
|
|
(2.4) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Количество подаваемогобна окисление кислорода, кг/ч, |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
GO |
|
= 0,23 Gвозд. |
|
|
(2.5) |
|||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Содержание свободного кислорода в газах окисления зависит от высоты слоя гудрона в колонне, расхода воздуха и температуры. Эти зависимости приведены на рис. 2.2 и 2.3.
Количество остаточного кислорода в газах окисления |
|
|||
GO/ |
gвозд |
, |
(2.6) |
|
100 |
||||
2 |
|
|
||
|
|
|
||
где α содержание свободного кислорода в газах окисления (% объёма) определяется из графика 2.3. Для этого необходимо размерность расхода воздуха из кг/ч перевести в м3/ч.
Рассчитываются количество и состав побочных продуктов окисления, выходящих из колонны. Принимают, что на образование СО2 расходуется 30 % масс. кислорода, а на образование Н2О – 65 % масс. Образование других окислов несущественно.
25