Классификация и конструкция теплообменного, реакторного, колонного и ёмкостного оборудования (стр. 9 )

Жидкий хладогент поступает сверху через штуцер, проходит по трубкам холодильника и, испарившись, выходит из аппарата. Сырье вводится в нижнюю часть аппарата, а серная кислота-в верхнюю. Для интенсивного перемешивания углеводородов с кислотой и улучшения теплосъема служит пропеллерный насос производительностью 10000 м3. Циркуляция осуществляется сверху вниз по межтрубному пространству холодильника через насос и затем снизу вверх по кольцевому пространству между корпусом аппарата и циркуляционным кожухом. Последний имеет продольные ребра, предотвращающие вращательное движение жидкости в кольцевом пространстве.

Схема каскадного реактора приведена на рис. 42. Пространство внутри корпуса аппарата разделено L-образными перегородками на несколько секций, в каждой из которых установлен цилиндрический контактор с пропеллерным насосом» Циркулирующие изобутан и серная кислота поступают слева и последовательно проходят все секции.

Горизонтальный каскадный реактор сернокислотного алкилирования

Рис. 42

I - ввод кислоты и циркулирующего изобутана; II - ввод охлаждающего изобутана; III - вывод паров; IV - ввод сырья; V - вывод циркулирующих кислоты и изобутана; VI - вывод продуктов реакции; 1 - перегонка; 2 - пропеллерный насос; 3 - отстойная зона; 4 - труба реакционная; 5 - сепарационная зона

Охлаждение обеспечивается испарением части углеводородов, которые выводятся из аппарата сверху и после сжатия и охлаждения вновь поступают в аппарат и смешиваются с основным потоком. Сырье поступает несколькими параллельными потоками в каждый контактор, где смешивается с основным циркулирующим потоком. Из последней секции поток выводится в отстойную зону, из которой выводятся продукты реакции и поток циркулирующей серной кислоты и изобутана. Этот поток возвращается в аппарат, смешиваясь с сырьем.

Вопросы к размышлению:

1.  Как могут быть выполнены реакторы сернокислотного аккилирования?

2.2.10. Реакционная камера установки коксования

Камера для коксования представляет собой пустотелый цилиндрический аппарат внутренним диаметром 7 м и более с верхним полушаровым и нижним коническим днищами. На верхнем днище имеется горловина, через которую в камеру вводится оборудование для разбуривания кокса. Горловина имеет штуцера, через которые выводятся пары в ректификационную колонну во время коксования и подаются пары из другой камеры в период разогрева. В верхней части корпуса предусмотрены четыре форсунки для впрыскивания антипенной присадки. В нижнем коническом днище находится люк для выгрузки кокса.

Камера коксования работает периодически по следующему циклу: разогрев, реакция, пропаривание, охлаждение, выгрузка кокса. Длительность цикла около 48 ч. Во время реакции коксования камера примерно на 3/4 высоты заполняется нагретым до 460—510°С сырьем. Рабочее давление составляет 0,4-0,6 МПа.

В конце реакции коксования для снижения содержания летучих продуктов в коксе предусмотрена циркуляция через камеру газойля, нагретого в печи до 530 °С. Пары нефтепродуктов удаляют из кокса пропаркой водяным паром. Кокс охлаждают, подавая в камеру воду.

Над камерой, смонтированной на постаменте высотой 20 м, находится установка для гидравлической резки кокса. При удалении кокса из камеры её вскрывают, разбуривают гидравлически центральную скважину и затем гидравлически режут слой кокса, выгружая куски его через центральную скважину и нижний люк.

Вопросы к размышлению:

1.  Какие циклы работы имеет камера коксования?

2.2.11. Основы расчета реакционных устройств

В зависимости от проводимого в реакторе химического процесса приходится учитывать соответствующие особенности процесса при выборе рабочих параметров, скоростей движения фаз, способов подвода и отвода тепла, материалов и т. п. Однако для любого реакционного аппарата необходимо выполнить ряд следующих основных расчетов:

1) термодинамический расчет, в результате которого определяют наиболее выгодные условия (давление, температуру и др.) протекания процесса и степень превращения сырья;

2) кинетический расчет для определения величины реакционного объема аппарата;

3) тепловой расчет, необходимый для нахождения величины теплоотвода или теплоподвода, расхода теплоносителя, величины поверхности теплообмена;

4) гидравлический расчет аппарата, определяющий затраты энергии на перемещение потоков и размеры отдельных узлов;

5) механический расчет аппарата и его узлов с их конструктивной проработкой.

В зависимости от типа реакционного процесса и конструкции аппарата объем и детализация расчетов каждого вида существенно различаются.

2.3. Теплообменные аппараты

В большинстве процессов нефтеперерабатывающей промышленности используется нагрев исходного сырья, а также применяемых при его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и др. Полученные в результате того или иного технологического процесса целевые продукты или полуфабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможны их хранение и транспорт,

На современном нефтеперерабатывающем заводе, где осуществляется глубокая переработка нефти, на изготовление аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30 % общего расхода металла на все технологические установки. Высокая эффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтому изучению устройства и работы этих аппаратов, а также освоению методов их расчета необходимо уделять особое внимание.

2.3.1. Классификация теплообменных аппаратов

В аппаратах, где идет нагрев или охлаждение, происходит теплообмен между двумя потоками, при этом один из них нагревается, другой охлаждается. Поэтому их называют теплообменными аппаратами вне зависимости от того, что является целевым назначением аппарата: нагрев или охлаждение, какие потоки обмениваются теплом, происходит ли при этом только нагрев и охлаждение или же теплообмен сопровождается испарением или конденсацией.

Применительно к нефтеперерабатывающей промышленности, теплообменные аппараты классифицируются по таким основным признакам, как 1) способ передачи тепла и 2) назначение.

1. В зависимости от способа передачи тепла аппараты делятся на следующие группы.

Поверхностные теплообменные аппараты, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами осуществляется через поверхность, разделяющую эти среды.

Аппараты смешения, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами происходит путем их соприкосновения. Для изготовления теплообменных аппаратов смешения требуется, как правило, меньше металла; кроме того, во многих случаях они обеспечивают более эффективный теплообмен. Однако, несмотря на эти преимущества, аппараты смешения часто нельзя использовать вследствие недопустимости прямого соприкоснове­ния теплообменивающихся потоков.

2. В зависимости от назначения аппараты делятся на следующие группы.

Теплообменники, в которых один поток нагревается за счет использования тепла другого, получаемого в процессе и подлежащего охлаждению. В таких теплообменниках нагрев одного и охлаждение другого потока позволяет сократить расход подводимого извне тепла (сократить расход топлива, греющего водяного пара и т. д.) и охлаждающего агента.

К этой группе аппаратов относятся теплообменники для нагрева нефти на нефтеперерабатывающей установке, осуществляемого за счет использования тепла отходящих с установки дистиллятов, остатка, а также промежуточного циркуляционного орошения. Сюда относятся также котлы-утилизаторы, где получают водяной пар за счет использования тепла нефтепродуктов, дымовых газов или катализатора на установках каталитического крекинга. К этой группе относятся и регенераторы холода.

Нагреватели, испарители, кипятильники, в которых нагрев или нагрев и частичное испарение осуществляется за счет использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов и специальных теплоносителей (водяной пар, пары даутерма и др.).

В таких аппаратах нагрев или испарение одной среды является целевым процессом, тогда как охлаждение горячего потока является побочными и обусловливается необходимостью нагрева исходного холодного потока.

Примером аппаратов этой группы могут служить нагреватели сырья, использующие тепло водяного пара, кипятильники, при помощи которых в низ ректификационной колонны подводится тепло, необходимое для ректификации, и т. д.

Холодильники и конденсаторы, предназначенные для охлаждения жидкого потока или конденсации и охлаждения паров с использованием специального охлаждающего агента (вода, воздух, испаряющийся аммиак, пропан и др.). Охлаждение и конденсация в этих аппаратах являются целевыми процессами, а нагрев охлаждающего агента - побочным. К таким аппаратам относятся холодильники и конденсаторы любой нефтеперерабатывающей установки, предназначенные для охлаждения и конденсации получаемых продуктов.

При регенерации тепла того или иного продукта его окончательное охлаждение до температуры, требуемой для безопасного транспорта и хранения, обычно завершается в холодильниках.

Кристаллизаторы, предназначенные для охлаждения соответствующих жидких потоков, сопровождающегося выделением кристаллов вещества. В зависимости от температурного режима кристаллизации в этих аппаратах в качестве охлаждающего агента используются вода и специальные хладоагенты в виде охлажденных рассолов, испаряющихся аммиака, пропана и др.

В нефтепереработке кристаллизаторы используются при депарафинизации масел, обезмасливании парафинов и др.

Поверхностные теплообменные аппараты классифицируются в зависимости от их конструкции. К их числу относятся следующие.

Кожухотрубчатые аппараты с неподвижными трубными решетками (рис. 43). Такие аппараты имеют цилиндрический кожух 1, в котором расположен трубный пучок 2; трубные решетки 3 с развальцованными трубками крепятся к корпусу аппарата. С обоих концов теплообменный аппарат закрыт крышками 4.