Выбор технологических схем производства является одной из основных задач при проектировании промышленных предприятий, так как именно технологическая схема позволяет определить последовательность операций, их длительность и режим, а так же определяют место подачи вспомогательных компонентов, специй и тары, позволяет при достаточно полной загрузке оборудования обеспечивать сокращение длительности технологического цикла, увеличить выход изделий и снизить потери на отдельных стадиях обработке, исключить ухудшение качества сырья в процессе обработке. При этом следует учитывать современные направления в технологии изготовления отдельных групп изделий и внедрение нового прогрессивного оборудования.

Технологическая схема производства - это последовательный перечень всех операций и процессов обработки сырья, начиная с момента его приема и заканчивая выпуском готовой продукции, с указанием принятых решений обработки (длительность операций или процесса, температура, степени измельчения и т.д.)

На проектируемом предприятии, в соответствии с заданием, выпускаются цельномышечные и реструктурированные изделия, колбаса жареная и полуфабрикат мясокостный.

Сырье может поступать на производство в охлажденном и замороженном состоянии. Предпочтительнее использовать охлажденное мясо, так как оно обладает более высокими функционально-технологическими свойствами. При использовании замороженного мяса, его необходимо предварительно разморозить. С этой целью на предприятии предусмотрены камеры размораживания. Размораживание сырья проводят ускоренным способом, паровоздушной смесью, что позволяет снизить потери массы, а это, в свою очередь, позволяет уменьшить потери мясного сока и, как следствие, водорастворимых белков, витаминов, азотистых экстрактивных веществ, минеральных компонентов, а также сократить продолжительность процесса.

Для перемещения туш из камер размораживания и накопления в сырьевое отделение используются подвесные пути, что позволяет облегчить транспортировку сырья. Подвесной путь также используется на операциях зачистки и разделки, что также позволят облегчить труд рабочих, а также снизить обсемененность сырья, и, следовательно, улучшить качество готовых изделий.

Вместо площадки для разделки туш в сырьевом отделении предусмотрено размещение подвесного пути параллельно столам для выделения анатомических частей. Это позволит сократить время и усилия на транспортирование сырья рабочим, выполняющим разделку.

Посол деликатесной продукции производят инъецированием рассола внутрь продукта на многоигольчатом шприце PSM 12-4.5 I. Шприцевание рассола позволяет сократить время посола, улучшить микробиологическое состояние, получить сочный продукт. А использование данного инъектора обусловлено высокой скоростью шприцевания, а также равномерностью распределения рассола внутри продукта за счет большого количества игл, кроме того на инъекторе PSM 12-4.5 I, возможно шприцевание рассолов с повышенной вязкостью.

Затем нашприцованное сырье подвергают массированию. Процесс массирования является разновидностью интенсивного перемешивания и основан на трении кусков мяса друг о друга и о внутренние стенки аппарата.

Операция массирования позволяет сократить время посола, способствует более полному распределению посолочных ингредиентов внутри продукта, и, следовательно, улучшаются функционально-технологические свойства сырья, а значит и качество готового продукта.

Для реализации процесса массирования, на проектируемом предприятии предусмотрено оборудование: VM–750, MK–600, УВМ–400, которое позволяет вести процесс массирования в среде вакуума, с глубиной до 80%, а это увеличивает положительный эффект процесса, применение пульсирующего вакуума, вызывает дополнительное сокращение/расслабление мышечных волокон.

Ветчины представляют собой реструктурированный продукт. Сырье предварительно измельчают в виде шрота (16-25 мм) на волчке ЩФМЗ–ФВ–120, при механическом измельчении происходит частичное разрушение клеточных структур мышечных волокон, что способствует дальнейшему увеличению межмолекулярного взаимодействия мышечных белков и посолочных ингредиентов.

Затем сырье обрабатывают в массажере Eller Vacomat–750 с добавлением рассола и дальнейшим массированием. Изготавливаемые ветчины – продукт с повышенным выходом. Это возможно благодаря входящим в составрассольного препарата соевого белка, позволяющих повысить водосвязывающие, гелеобразующие и адгезионные способности. Соевый белок также позволяет улучшить нежность, сочность, текстуру, консистенцию, цвет и стабильность свойств изделий при хранении.

Массирование мелких кусочков позволяет сократить процесс массирования и созревания, а также дает возможность использование обрезков и остатков от крупных кусков сырья. Для того чтобы во время массирования не образовывалась пена, используется вакуумный массажер, который также оказывает положительное влияние на цвет, консистенцию.

Фарш полукопченых (жареных) колбас с посолом готовят в фаршемешалке SAP IMP 301 , с малой мощностью и энергопотреблением, что способствует снижению энергозатрат.

Для формовки батонов колбасы жареной, ветчин «Онежской», «В оболочке» и Ореха «Особенного», используют Универсальный вакуумный шприц (полуавтомат) V–159 Ideal. Применение вакуума в процессе формовки позволяет предотвратить дополнительную аэрацию сырья, обеспечить необходимую плотность набивки, что обусловливает высокие органолептические показатели готового продукта, исчезает вероятность окисления жира и повышается стойкость продукта при хранении.

Формовку ветчин осуществляют в искусственную оболочку «Амифлекс», что позволяет избежать появление недоваренных или переваренных батонов. Благодаря равномерности калибра, высокая эластичность дает возможность получить батон с гладкой поверхностью, отсутствием потерь при термообработке и хранении; прекрасный товарный вид (отсутствует морщинистости) готовой продукции на протяжении всего – срока годности; возможность нанесения типографическим способом маркировки, клипсования, широкий выбор по цветовой гамме.

Применение клипсаторов КОРУНД-КЛИП 1-2,5 и ICH "TECHNOCLIPPER" дает возможность увеличить производительность труда снизить долю ручного труда, возможность дозирования по длине, обеспечение требуемой плотности набивки батонов.

Термическая обработка ветчин и деликатесной продукции производится в универсальных термокамерах ЭлСи ЭТОМ, снабженных дымогенераторами. Преимущество данного оборудования в том, что камера может работать в широком диапазоне температур (до 180 0 С), позволяя производить термообработку практически для любых изделий. Также камеры оснащены программным управлением, набором стандартных программ обработки и возможностью их корректировки.

Для нарезки кости и полуфабрикатов, получаемых от разделки, применяется ленточная пила ПМ–ФПЛ–460, она имеет небольшую установленную мощность, что позволяет снизить затраты электроэнергии.

Все оборудование в технологических схемах современное, позволяет во много раз сократить время технологического процесса, за счет функциональности, повысить качество продукции и улучшить производительность.

Процесс получения каучука включает следующие основные стадии:

Стадию подготовки шихты;

Стадию подготовки каталитического комплекса (к/к);

Непрерывную полимеризацию.

Полимеризацию проводят в стадии из двух последовательно соединенных полимеризаторов, охлаждаемых рассолом. Полимеризатор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат емкостью 20 м3, снабженный рубашкой, через которую циркулирует хладагент (энтальпия полимеризации 1050 кДж/кг), и спиралевидной мешалкой м лопастями и скребками, обеспечивающими непрерывное перемешивание и очистку от полимера всей внутренней поверхности аппарата . Предварительно охлажденный растворитель смешивается в заданном соотношении с мономером (изопреном) в специальном смесителе и дозировочным насосом подается в первый аппарат полимеризационной батареи. Технологическая схема процесса изображена на рисунке 2. Концентрация изопрена в растворе 16-18% по массе. В этот же аппарат непрерывно поступает заранее приготовленный каталитический комплекс. В качестве катализатора используется катализатор Циглера-Натта на основе титана. Образование каталитического комплекса протекает с высокой скоростью и выделением 251,4 кДж/моль тепла. Все компоненты каталитического комплекса, а именно, четыреххлористый титан (ТiCl4), триизобутилалюминий (ТИБА), а также модификаторы дифинилоксид (дипроксид) смешиваются в определенном соотношении в специальном смесителе. Далее смесь в теплообменном аппарате доводится до температуры 70 єС и дозировочным насосом подается в трубопровод для шихты непосредственно перед введением ее в полимеризационную батарею. В этот же трубопровод поступает водород дозировкой 0,1 м3 /т. Продолжительность процесса полимеризации составляют 2-6 часов, конверсия изопрена может достигать 95 %. Принципиальная схема стадии полимеризации процесса получения изопренового каучука представлена на рисунке 3.

П1, П2 - полимеризаторы.

Рисунок 3 - Принципиальная технологическая схема стадии полимеризации

Заключительными стадиями технологического процесса являются дезактивация катализатора, а также выделение каучука из раствора методом водной дегазации и сушка каучука.

Архитектуры систем дистанционного доступа

Современные системы дистанционного исследования и моделирования строятся по принципу клиент-серверной архитектуры. Это обеспечивает им ряд преимуществ относительно файл-серверных приложений. Клиент-серверная система характеризуется наличием двух взаимодействующих самостоятельных процессов - клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться на разных компьютерах, обмениваясь данными по сети. По такой схеме могут быть построены системы обработки данных на основе СУБД, почтовые и другие системы. Мы будем говорить, конечно, о базах данных и системах на их основе. И здесь удобнее будет не просто рассматривать клиент-серверную архитектуру, а сравнить ее с другой - файл-серверной.

В файл-серверной системе данные хранятся на файловом сервере (например, Novell NetWare или Windows NT Server), а их обработка осуществляется на рабочих станциях, на которых, как правило, функционирует одна из, так называемых, "настольных СУБД" - Access, FoxPro, Paradox и т.п.

Приложение на рабочей станции "отвечает за все" - за формирование пользовательского интерфейса, логическую обработку данных и за непосредственное манипулирование данными. Файловый сервер предоставляет услуги только самого низкого уровня - открытие, закрытие и модификацию файлов, подчеркну - файлов, а не базы данных. База данных существует только в "мозгу" рабочей станции.

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается несколько независимых и несогласованных между собой процессов. Кроме того, для осуществления любой обработки (поиск, модификация, суммирование и т.п.) все данные необходимо передать по сети с сервера на рабочую станцию (рисунок 4).

Рисунок 4 - Файл-серверная модель системы

автоматизированный обучающий система проектирование

В клиент-серверной системе функционируют (как минимум) два приложения - клиент и сервер, делящие между собой те функции, которые в файл-серверной архитектуре целиком выполняет приложение на рабочей станции. Хранением и непосредственным манипулированием данными занимается сервер баз данных, в качестве которого может выступать Microsoft SQL Server, Oracle, Sybase и т.п.

Формированием пользовательского интерфейса занимается клиент, для построения которого можно использовать целый ряд специальных инструментов, а также большинство настольных СУБД. Логика обработки данных может выполняться как на клиенте, так и на сервере. Клиент посылает на сервер запросы, сформулированные, как правило, на языке SQL. Сервер обрабатывает эти запросы и передает клиенту результат (разумеется, клиентов может быть много).

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается один процесс. При этом обработка данных происходит там же, где данные хранятся - на сервере, что исключает необходимость передачи больших объемов данных по сети (рисунок 5)

Рисунок 5 - Клиент-серверная модель системы

Какие же качества привносит клиент-сервер в информационную систему:

Надежность. Сервер баз данных осуществляет модификацию данных на основе механизма транзакций, который придает любой совокупности операций, объявленных как транзакция, следующие свойства:

· атомарность - при любых обстоятельствах будут либо выполнены все операции транзакции, либо не выполнена ни одна; целостность данных при завершении транзакции;

· независимость - транзакции, инициированные разными пользователями, не вмешиваются в дела друг друга;

· устойчивость к сбоям - после завершения транзакции, ее результаты уже не пропадут.

Механизм транзакций, поддерживаемый сервером баз данных, намного более эффективен, чем аналогичный механизм в настольных СУБД, т.к. сервер централизованно контролирует работу транзакций. Кроме того, в файл-серверной системе сбой на любой из рабочих станций может привести к потере данных и их недоступности для других рабочих станций, в то время как в клиент-серверной системе сбой на клиенте, практически, никогда не сказывается на целостности данных и их доступности для других клиентов.

Масштабируемость - это способность системы адаптироваться к росту количества пользователей и объема базы данных при адекватном повышении производительности аппаратной платформы, без замены программного обеспечения.

Общеизвестно, что возможности настольных СУБД серьезно ограничены - это пять-семь пользователей и 30-50 Мб, соответственно. Цифры представляют собой некие средние значения, в конкретных случаях они могут отклоняться как в ту, так и в другую сторону. Что наиболее существенно, эти барьеры нельзя преодолеть за счет наращивания возможностей аппаратуры.

Системы же на основе серверов баз данных могут поддерживать тысячи пользователей и сотни ГБ информации - дайте им только соответствующую аппаратную платформу.

Безопасность. Сервер баз данных предоставляет мощные средства защиты данных от несанкционированного доступа, невозможные в настольных СУБД. При этом права доступа администрируются очень гибко - до уровня полей таблиц. Кроме того, можно вообще запретить прямое обращение к таблицам, осуществляя взаимодействие пользователя с данными через промежуточные объекты - представления и хранимые процедуры. Так что администратор может быть уверен - никакой слишком умный пользователь не прочитает то, что ему читать не положено.

Гибкость. В приложении, работающем с данными, можно выделить три логических слоя:

· пользовательского интерфейса;

· правил логической обработки (бизнес-правил);

· управления данными (не следует только путать логические слои с физическими уровнями, о которых речь пойдет ниже).

Как уже говорилось, в файл-серверной архитектуре все три слоя реализуются в одном монолитном приложении, функционирующем на рабочей станции. Поэтому изменения в любом из слоев приводят однозначно к модификации приложения и последующему обновлению его версий на рабочих станциях.

В двухуровневом клиент-серверном приложении, показанном на рисунке 1.4, как правило, все функции по формированию пользовательского интерфейса реализуются на клиенте, все функции по управлению данными - на сервере, а вот бизнес-правила можно реализовать как на сервере используя механизмы программирования сервера (хранимые процедуры, триггеры, представления и т.п.), так и на клиенте. В трехуровневом приложении появляется третий, промежуточный уровень, реализующий бизнес-правила, которые являются наиболее часто изменяемыми компонентами приложения (рисунок 6).

Рисунок 6 - Трехуровневая клиент-серверная модель

Наличие не одного, а нескольких уровней позволяет гибко и с минимальными затратами адаптировать приложение к изменяющимся требованиям. Если необходимо внести изменения в логику работы программы, то:

1) В файл-серверной системе мы "просто" вносим изменения в приложение и обновляем его версии на всех рабочих станциях. Но это "просто" влечет за собой максимальные трудозатраты.

2) В двухуровневой клиент-серверной системе, если алгоритмы обработки данных реализованы на сервере в виде правил, его выполняет сервер бизнес-правил, реализованный, например, в виде OLE-сервера, и мы обновим один из его объектов, ничего не меняя ни в клиентском приложении, ни на сервере баз данных.

Таким образом, клиент-серверная архитектура является более перспективной и менее затратной в эксплуатации, однако первоначальные затраты на её разработку больше, чем при использовании файл-серверной архитектуры системы. Кроме того, обработка данных на сервере и передача результатов на клиент является необходимым условием для построения дистанционных систем.


Аппаратурное и технологическое оформление процессов

первичной переработки нефти

Ректификация простых и сложных смесей осуществляется в ко­лоннах периодического или непрерывного действия.

Колонны периодического действия применяют на установках малой производительности при необходимости отбора большого числа фракций и высокой четкости разделения. Составными частями одной из таких установок являются (рис. 1) перегонный куб 1, ректификационная колонна 2 , конденсатор 3, холодильник 5 и ем­кости. Исходное сырье заливают в куб на высоту , равную 2 /з его диаметра. Подогрев ведут глухим паром. В первый период работы ректификационной установки отбирают наиболее летучий компонент смеси, например бензольную головку, затем компоненты с более высокой температурой кипения (бензол, толуол и т. д.). Наиболее высококипящие компоненты смеси остаются в кубе, образуя кубовый остаток. По окончании процесса ректификации этот остаток охла­ждают и откачивают. Куб вновь заполняют сырьем и ректификацию возобновляют. Периодичностью процесса обусловлены больший рас­ход тепла, меньшая производительность труда и менее эффективное использование оборудования.

Установки с колоннами непрерывного действия лишены этих недостатков. Принципиальная схема такой установки для разделения смеси пентанов представлена на рис. 2. Установка состоит из подо­гревателя сырья 1, ректификационной колонны 2, теплообмен­ников 3 , конденсатора-холодильника 4 и кипятильника 5. Нагретое сырье вводится в ректификационную колонну, где разделяется на жидкую и паровую фазы. В результате ректификации сверху колонны отбирается изопентан как головной продукт и снизу ко­лонны - н -пентан как остаток.

В зависимости от числа получаемых продуктов при разделении многокомпонентных смесей различают простые и сложные ректифи­кационные колонны. В первых при ректификации получают два продукта, например бензин и полумазут. Вторые предназначены для получения трех и более продуктов. Они представляют собой последовательно соединенные простые колонны, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на два компонента.

В каждой простой колонне имеются отгонная и концентрационная секции. Отгонная, или отпарная, секция расположена ниже ввода сырья. Тарелка, на которую подается сырье для разделения, назы­вается тарелкой питания. Целевым продуктом отгонной секции является жидкий остаток. Концентрационная, или укрепляющая, секция расположена над тарелкой питания. Целевым продуктом этой секции являются пары ректификата. Для нормальной работы ректификационной колонны обязательны подача орошения наверх концентрационной секции колонны и ввод тепла (через кипятильник) или острого водяного пара в отгонную секцию.

В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между восходящими парами и нисходящей жидкостью (флегмой), ректификационные колонны делятся на насадочные, та­рельчатые, роторные и др. В зависимости от давления они делятся на ректификационные колонны высокого давления, атмосферные и вакуумные. Первые применяют в процессах стабилизации нефтей и бензинов, газофракционирования на установках крекинга и гидро­генизации. Атмосферные и вакуумные ректификационные колонны в основном применяют при перегонке нефтей, остаточных нефтепро­дуктов и дистиллятов.

Выбор тарелок для ректификационных колонн

На вопрос о том, какая из тарелок является наилучшей, не может быть однозначного ответа. В каждом конкретном случае выбор типа тарелки требует тщательного обоснования. Ректификационная ко­лонна должна удовлетворительно работать с учетом возможного колебания нагрузки по сырью и обеспечить заданную четкость погоноразделения при минимуме эксплуатационных затрат и удель­ных капиталовложений.

В нефтеперерабатывающей промышленности колпачковые тарелки получили наибольшее распространение, об их работе накоплены значительные данные, поэтому они обычно служат эталоном для сравнения с тарелками других конструкций. Сравнительная харак­теристика различных тарелок приведена ниже

Эти данные показывают, что колпачковые тарелки по ряду пока­зателей хуже других тарелок. Поэтому на многих строящихся и дей­ствующих установках тарелки новых типов вытесняют колпачковые. Преимуществом решетчатых, ситчатых и клапанных тарелок являются не только меньшая стоимость, но и большая производи­тельность, низкие гидравлические сопротивления, меньший унос капелек жидкости восходящим потоком паров и другие важные факторы.

Опубликованные в литературе данные показывают, что относи­тельная стоимость изготовления (без монтажа) 1 м 2 поверхности тарелок составляет: колпачковых 100%; тарелок с круглыми клапа­нами 70%; ситчатых, решетчатых и с S-образными элементами 50%.

Виды орошения

Отвод тепла сверху колонны для образования орошения осуще­ствляется одним из следующих методов: горячим орошением (при помощи парциального конденсатора); испаряющимся циркуляцион­ным (холодным) орошением; неиспаряющимся циркуляционным орошением.

Горячее орошение подается при помощи парциального конденса­тора - трубчатого или змеевикового, его устанавливают над ректи­фикационной колонной или внутри нее (рис. 3, а). Охлаждающим агентом служит вода или иной хладагент , реже - сырье. Поступа­ющие в межтрубное пространство пары частично конденсируются и возвращаются на верхнюю тарелку в виде горячего орошения.

Из-за трудности монтажа и ремонта парциального конденсатора этот метод создания орошения получил ограниченное применение, главным образом на установках небольшой производительности при ректификации неагрессивного сырья.

Холодное орошение организуют по схеме (рис. 3, б). Пары выходят сверху колонны 1 и проходят через конденсатор-холодильник 2. Конденсат собирается в емкость 3, откуда частично насосом подается обратно в ректификационную колонну в качестве холодного орошения, а балансовое количество ректификата отводится как готовый продукт.

Циркуляционное неиспаряющееся орошение (рис. 3, в) с пер­вой или со второй тарелки прокачивается через теплообменник 4 и холодильник 5 на верхнюю тарелку. Тепловоспринимающей средой в теплообменнике обычно является исходное сырье, которое таким образом подогревается.


Циркуляционное орошение иногда комбинируют с холодным испаряющимся. Количество последнего в таких случаях ограничи­вают и используют его главным образом для более точной регули­ровки температуры наверху колонны. На установках прямой перегонки нефти с использованием сложных колонн циркуляционное орошение организуют в двух-трех промежуточных сечениях. Про­межуточное циркуляционное орошение позволяет разгрузить ректи­фикационную колонну в вышерасположенпых сечениях, а также усилить предварительный подогрев сырья и снизить тепловую нагрузку печей.

Внедрение циркуляционного орошения позволило значительно увеличить производительность установок по перегонке нефти. Для его осуществления необходимы более мощные насосы для перекачки большего количества жидкостей. Перекачка сопровождается не­сколько повышенным расходом энергии, что, однако, с избытком компенсируется экономией топлива и воды.

Подвод тепла вниз колонны

В промышленной практике его осуществляют при помощи пучка труб, вмонтированного непосредственно в колонну (рис. 4, а), теплообменника - обычного или с паровым пространством (рис. 4, б, в) или циркулирующей через трубчатую печь горячей струи (рис. 4, г). Подводимое вниз колонны тепло испаряет часть жидкости, образуя необходимый для ректификации поток паров, и нагревает остаток до температуры более высокой, чем на нижней тарелке отгонной секции.


Рис. 4. Способы подвода тепла вниз колонны: а - пучок теплообменных труб, вмонтированных в колонну; б - выносной вертикальный кипятильник; в - кипятильник с паровым пространством; г - горячая струя.

Применение пучка труб внутри колонны возможно только при наличии относительно небольшой поверхности теплообмена, коррозионно­неагрессивной среды и чистого теплоносителя.

Наиболее распространенным способом подвода тепла являет­ся применение стандартных горизонтальных или вертикальных теплообменников и кипятильников. В случае применения первых (см. рис. 4, б) необходимо, чтобы жидкость двигалась в них снизу вверх, предупреждая образование паровых пробок. При подводе тепла из кипятильника с паровым пространством (см. рис. 4, в) жидкость снизу колонны поступает в кипятильник, пройдя который через перегородку перетекает в левую секцию аппарата и оттуда выводится как конечный продукт. При прохождении между трубками теплообменника жидкость частично испаряется, нагреваясь от темпе­ратуры на нижней тарелке отгонной секции до температуры на вы­ходе из кипятильника. Образующиеся в нем пары возвращаются в ректификационную колонну, под нижнюю тарелку. Постоянный уровень жидкости за перегородкой кипятильника поддерживается регулятором уровня.

При подводе тепла при помощи горячей струи (см. рис. 4, г) жидкость с нижней тарелки прокачивается через трубчатую печь, где ей сообщается необходимое количество тепла Q . Из печи смесь образовавшихся паров и нагретой жидкости возвращается в колонну.

Температурный режим ректификационной колонны

Температурный режим является одним из основных параметров процесса, изменением которого регулируется качество продуктов ректификации. Важнейшими точками контроля являются темпера­туры поступающего сырья и продуктов ректификации, покидающих ректификационную колонну.

При расчете ректификационных колонн для разделения нефтей и нефтяных фракций темпера­турный режим определяют при помощи кривых однократного испарения (ОИ). Чем легче перегоняемая нефть, чем более полога кривая ОИ и чем меньше давление в испа­рителе и заданная доля отгона, тем ниже температура нефти на входе в колонну. Как показала практика работы трубчатых установок, перегонка нефти при атмосферном давлении ведется при температу­рах на входе сырья в ректификационную колонну 320-360° С. Перегонка мазутов ведется в вакууме и при температуре на выходе из печи не выше 440° С. Температура нагрева мазута в печи лими­тируется его возможным разложением и ухудшением качества полу­чаемых масляных дистиллятов (вязкости) температуры вспышки, цвета и др.).

Методы построения кривых ОИ .

Кривая ОИ для нефти или нефтепродукта может быть построена либо аналитическим мето­дом, разработанным профессором А. М. Трегубовым для много­компонентной смеси, либо при помощи эмпирических графиков, предложенных рядом авторов. Аналитический метод дает более точные результаты, но требует сравнительно сложных и длительных расчетов. Эмпирические методы построения кривой ОИ просты и удобны в расчетной практике, но менее точны, особенно для нефтей и нефтяных остатков. Основой эмпирических методов являются графики зависимости наклона кривых ИТК или Энглера (ASTM) от наклона кривой ОИ. Сюда относятся методы Пирумова, Нельсона, Обрядчикова и Смидовпч и др. Заслуженное распространение получил метод Обрядчикова и Смидович, базирующийся на применении графика, изображенного на рис. 5. Порядок построения кривой ОИ следующий. Вычисляют наклон кривой ИТК по уравнению:

и находят температуру 50% отгона. По графику из точки, отвечающей наклону кривой ИТК, опускают и восстанав­ливают перпендикуляр до пересечения с кривыми соответ­ствующими темпера­турам 50% отгона исследу­емого нефтепро­дукта по ИТК. Из точек пересечения с названными кри­выми проводят горизонтали, которые отсекают на оси ординат величины отгона (в %) по
кривой ИТК, соответствующие темпе­ратурам начала и конца однократного испарения.

Рис.5

Определение основных размеров колонны. Число тарелок.

Методы определения числа теоретических тарелок в колонне делятся на аналитические и графические. Аналитические методы дают более точные результаты, но трудоемки, в современных условиях использование этих методов облегчается применением ЭВМ. Графические методы менее точны, но удобны и наглядны, из них широкое применение получил метод Мак-Кабе и Тили.

Требуемое число теоретических тарелок зависит от ряда пара­метров, главным образом от: разности температур кипения разделя­емых компонентов смеси (величины коэффициента относительной летучести); четкости погоноразделения, т. е. от состава получаемых ректификата и остатка; флегмового числа, т. е. от кратности ороше­ния к ректификату. Чем меньше разность температур кипения раз­деляемых компонентов смеси, тем более полога кривая равновесия и тем больше требуется тарелок.

Связь между температурами кипения разделяемых компонентов смеси и числом теоретических тарелок характеризуется графиком Брега и Люиса (рис. 6), в основе которого лежит уравнение:


Для увеличения четкости погоноразделения необходимо увеличить число теоретических тарелок, и наоборот. Труднее всего получать продукты высокой чистоты. Необходимое число теоретических тарелок зависит также от кратности орошения: чем больше кратность орошения к ректификату, тем меньше требуется тарелок, и наоборот. При увеличении числа тарелок увеличивается высота ректификационной колонны, а следовательно, ее стоимость, тогда как увеличение количества орошения повышает эксплуатационные затраты , связанные с расходом тепла в кипятильнике и воды в конденсаторе. Оптимальным является такое количество орошения, при котором общие затраты минимальны.

Теплообменные аппараты в нефтехимии

Теплообменные аппараты являются составной частью практи­чески всех технологических установок на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах. Их стоимость составляет в среднем 15% от общей стоимости оборудования технологических установок. Тепло­обменные аппараты используют для нагрева, испарения, конден­сации, охлаждения, кристаллизации, плавления и затвердевания участвующих в процессе продуктов, а также как парогенераторы или котлы утилизаторы.

Среды, используемые для подвода или отвода тепла, называются соответственно теплоносителями и хладагентами. В качестве тепло­носителей могут быть применены нагретые газообразные, жидкие или твердые вещества. Дымовые газы как греющий теплоноситель обычно применяют непосредственно на установках, где сжигается топливо, так как их транспортирование на дальние расстояния затруднительно. Горячий воздух как теплоноситель также при­меняется для многих нефтехимических процессов. Существенным недостатком обогрева дымовыми газами и горячим воздухом является громоздкость теплообменной аппаратуры из-за свойственного им сравнительно низкого коэффициента теплопередачи.

Водяной пар как теплоноситель используется главным образом в насыщенном состоянии, как высокого давления, так и отрабо­танный от паровых машин и насосов. Преимуществом насыщен­ного водяного пара является его высокая теплота конденсации, поэтому для передачи даже большого количества тепла требуется сравнительно немного теплоносителя. Высокие коэффициенты тепло­передачи при конденсации водяного пара позволяют иметь относи­тельно малые поверхности теплообмена. Кроме того, постоянство температуры конденсации облегчает эксплуатацию теплообменни­ков. Недостатком водяного пара является значительный рост давле­ния, связанный с повышением температуры насыщения, что ограни­чивает его применение конечной температурой нагрева вещества 200-215° С. При более высоких температурах требуется высокое давление пара, и теплообменные аппараты становятся металлоемкими и дорогими.

В нефтеперерабатывающей промышленности в качестве тепло­носителей широко применяют высоконагретые дистилляты и остатки перегонки, а также нефтяные пары. В ряде случаев используют высоконагретые сыпучие твердые тела, в том числе твердые ката­лизаторы и кокс, а также специальные жидкие теплоносители: ди­фенил, дифенилоксид, силиконы и высокоперегретую (под давлением 220 am ) воду. Все эти теплоносители позволяют вести нагрев лишь до 250° С. Выше этой температуры передачу тепла осуществляют - при помощи огневых нагревателей - трубчатых печей. Для нагрева до высоких температур применяют иногда жидкие сплавы с высокой температурой кипения: сплав NaN 0 2 (40%) + KN 0 3 (53%) + NaN 0 3 (7%) с температурой кипения 680°С, сплав NaCl + AlCl 3 + FeCl 3 в молекулярном соотношении 1:1:1с температу­рой кипения 800° С.

Классификация теплообменных аппаратов в технологии нефти

По способу действия теплообменные аппараты подразделяют на поверхностные и аппараты смешения. К первой группе относятся теплообменные аппараты, в которых тепло обменивающиеся среды разделены твердой стенкой. В теплообменниках смешения теплопередача происходит без разделяющей перегородки путем непосредственного контакта между тепло обменивающимися средами. Примером может служить конденсатор смешения (скруббер), заполненный насадкой. Жидкость стекает сверху вниз, пары или газ двигаются противотоком к ней. На нефтеперерабатывающих заводах преимущественное применение получили поверхностные теплообменники. По конструктивному оформлению они делятся на змеевиковые, типа «труба в трубе» и кожухотрубчатые - с неподвижными
трубными решетками, с U-образными трубками и с плавающей
головкой.

По способу монтажа различают вертикальные, горизонтальные и наклонные теплообменные аппараты. Вертикальные теплообменники занимают меньше места, но они менее удобны при очистке. На нефтеперерабатывающих заводах наибольшее распространение получили горизонтальные теплообменники.

Конденсаторы и холодильники в технологии нефти

П
ервые предназначены для конденсации паров , а вторые – для охлаждения продуктов до заданной температуры. Эти аппараты выполняют в виде змеевиков из гладких или ребристых труб либо в виде одно- и многоходовых кожухотрубчатых аппаратов. Широкое распространение на нефтеперерабатывающих заводах получили погружные конденсаторы и холодильники секционного типа, реже - оросительные холодильники, в последние годы все чаще применяют аппараты воздушного охлаждения. Используют также конденсаторы смешения (скрубберы).

Трубчатые печи в технологии нефти.

Трубчатые печи являются ведущей группой огневых нагревателей на большинстве технологических установок нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Первые трубчатые печи были кострового типа с восходящим потоком дымовых газов. В этих печах верхние ряды труб змеевика были недогружены в тепловом отношении, тогда как нижние ряды перегружены и часто прогорали; к. п. д. этих печей также был низок.

На смену печам кострового типа пришли печи конвекционные,
в которых змеевик труб отделен от камеры сгорания перевальной
стеной. Экранированием топочной камеры и увеличением ее объема были созданы нормальные условия для работы змеевика.

На нефтеперерабатывающих и особенно на газоперерабатывающих
заводах нашли применение вертикальные цилиндрические печи
с трубами, расположенными по поверхности цилиндра (рис. 8). Этим достигается равномерная тепловая нагрузка труб. Такие печи компактны и транспортабельны, напряженность их топочного пространства достигает 75000 ккал/(м 3 *ч). Вверху огневого нагревателя подвешен конус из жароупорной стали, способствующей
равномерному нагреву сырья по длине труб в результате повышения
скорости потока дымовых газов в верхней части печи.

Промышленные установки по первичной переработке нефтей и мазутов

Первичной переработкой (прямой перегонкой) называют процесс
получения нефтяных фракций, различающихся по температуре кипения, без термического распада компонентов, составляющих дистиллят. Этот процесс можно осуществлять на кубовых или трубчатых установках при атмосферном и повышенном давлениях или в вакууме.

На современном этапе нефтепереработки трубчатые установки
входят в состав всех нефтеперерабатывающих заводов и служат
поставщиками, как товарных нефтепродуктов, так и сырья для вторичных процессов (каталитического крекинга, риформинга, гидрокрекинга, коксования, изомеризации и др.).

Получившие широкое распространение вторичные методы переработки нефти повысили требования к четкости погоноразделения, к более глубокому отбору средних и тяжелых фракций нефтей. В связи с этими требованиями на нефтезаводах стали совершенствовать конструкции ректификационных колонн, увеличивая в них
число тарелок и повышая их эффективность, применять вторичную
перегонку, глубокий вакуум, брызгоотбойные средства, противопенные присадки и т. д. Наряду с повышением мощности установок по первичной переработке нефтей стали комбинировать этот процесс с другими технологическими процессами, прежде всего с обезвоживанием и обессоливанием, стабилизацией и вторичной перегонкой
бензина (с целью получения узких фракций), с каталитическим
крекингом, коксованием и др. Производительность некоторых установок по первичной переработке нефтей достигает 200 тысяч тонн в год.

В зависимости от давления в ректификационных колоннах трубчатые установки подразделяются на атмосферные (АТ), вакуумные (ВТ) и атмосферно-вакуумные (АВТ). По числу ступеней испарения различают трубчатые установки
одно-, двух-, трех- и четырехкратного испарения. На установках однократного испарения из нефти в одной ректификационной колонне при атмосферном давлении получают все дистилляты - от бензина. Остатком перегонки является гудрон. На установках двухкратного испарения перегонка до гудрона осуществляется в две ступени: сначала при атмосферном давлении нефть перегоняется до мазута, который затем перегоняется в вакууме до получения в остатке гудрона. Эти процессы осуществляются в двух ректификационных колоннах; в первой из них поддерживается атмосферное давление, во второй - вакуум. Двухкратное испарение нефтей до мазута может также осуществляться при атмосферном давлении в двух ректификационных колоннах; в первой отбирают только бензин и остатком перегонки является отбензиненная нефть; во второй отбеизиненная нефть, нагретая до более высокой температуры, перегоняется до мазута. Подобные двухколонные
установки относятся к группе атмосферных (АТ).

На установках трехкратного испарения перегонка нефти осуществляется в трех колоннах: двух атмосферных и одной вакуумной. Разновидностью установки трехкратного испарения нефти является установка АВТ с одной атмосферной и двумя вакуумными колоннами. Вторая вакуумная колонна предназначена для доиспарения
гудрона, в ней поддерживается более глубокий вакуум, чем в основной вакуумной колонне.

Установка четырехкратного испарения представляет собой установку АВТ с отбензнивающей атмосферной колонной в головной части и доиспарительной вакуумной колонной для гудрона к концевой части.

Рассмотрим более подробно схемы трубчатых установок.

Атмосферные, вакуумные и атмосферно-вакуумные трубчатые установки

Установки однократного испарения нефти

На этих установках стабилизированная и обессоленная нефть (рис. 9) прокачивается через теплообменники 4 и змеевик трубчатой печи 1 в ректификационную колонну 2; вниз колонны подается перегретый водяной пар. Из колонны отбирают различающиеся по температуре кипения фракции: бензиновую, лигроиновую, керосиновую, газойлевую, соляровую и другие.

Низкокипящие компоненты из лигроиновой фракции отгоняются в отпарной колонне 5, снабженной кипятильником. Установка перерабатывает до 1000 т/сутки легкой нефти. Выход фракций составляет: бензиновой 26-30%, лигроиновой
7-14%, керосиновой 5-8%, газойлевой и соляровой 19-20%,
легкого и тяжелого парафинистого дистиллятов 15-18%, остальное - гудрон.

Положительными особенностями одноступенчатой трубчатой установки являются меньшее число аппаратов и, как следствие, меньшая
длина коммуникационных линий; компактность; меньшая площадь,
занимаемая установкой; более низкая температура нагрева сырья в печи; отсутствие вакуумных устройств; меньший расход топлива и водяного пара. К недостаткам таких установок относятся высокие гидравлические сопротивления потоку сырья в теплообменниках и трубах печи и, как следствие, повышенный расход энергии для привода сырьевого насоса; повышенное противодавление в трубах и кожухе теплообменной аппаратуры и, в связи с этим, вероятность попадания нефти в дистилляты при нарушении герметичности теплообменников.

Установки двухкратного испарения нефти до мазута

Для этих установок характерно предварительное частичное испарение нефти
перед поступлением в трубчатую печь. Испарение может происходить в испарителе (пустотелой колонне), либо в ректификационной колонне с тарелками. Испаритель применяют в тех случаях, когда в качестве сырья служит стабилизированная (дегазированная), слегка обводненная и не содержащая сероводорода нефть. Нефти же, содержащие растворенные газы (включая сероводород), воду и соли,
направляют в отбензинивающую ректификационную колонну.

Большое распространение имеют установки двухкратного испарения, в которых вместо испарителя установлена отдельная ректификационная колонна. На таких установках (рис. 10) нефть I несколькими параллельными потоками прокачивается через группу теплообменников 7 в среднюю часть колонны предварительного испарения 2. Пары бензина и воды вместе с растворенными в нефти углеводородными газами и сероводородом проходят через конденсатор-холодильник 6 в газосепаратор 5. Газ III из газосепаратора направляется на газофракционирующую установку, а бензин частично подается в колонну в качестве орошения, остальное его количество подается в стабилизационную колонну 4. Головным продуктом этой колонны, работающей под давлением , является сжиженный газ IV, также направляемый на газофракционирующую установку.

Отбензиненная нефть II из колонны 2 прокачивается по змеевику печи 1 в основную колонну 3 под 7-ую тарелку, считая снизу. Всего в колонне 40 тарелок. Ее головным продуктом является тяжелый бензин V, пары которого, пройдя конденсатор-холодильник 6, поступают в газосепаратор 5, а оттуда частично на орошение в колонну 3, а остальное количество после выщелачивания и промывки водой на компаундирование со стабильным бензином VI из
колонны 4. На установке отбираются также фракции VII авиационного керосина, дизельного топлива и снизу колонны 3 мазут.

Вакуумные установки для перегонки мазута

При перегонке в вакууме из мазута получают масляные дистилляты, различающиеся по температурам кипения, вязкости и другим свойствам,
в качестве остатка - полугудрон или гудрон. Вакуумные установки
(ВТ) делятся на топливные и масляные. На топливных установках
из мазута отбирают широкую фракцию до 550° С - вакуумный газойль, который используют в качестве сырья для каталитического крекинга или гидрокрекинга.

Требования к четкости погоноразделения при отборе широкой фракции менее строгие, чем при отборе масляных дистиллятов: необходимо главным образом предотвратить попадание мельчайших капелек гудрона в вакуумный газойль, чтобы в нем не повысилось содержание металлоорганических соединений, отравляющих катализатор, и чтобы при крекинге не увеличилось коксообразование.
Для этого применяют противопенные присадки типа силиконов и устанавливают над местом ввода сырья отбойные устройства из прессованной или гофрированной металлической сетки.

Для более четкого разделения масляных фракций мазут перегоняют на двухколонных установках. По одному из вариантов в первой вакуумной колонне отбирают широкую масляную фракцию, а во второй вакуумной колонне с большим числом тарелок эту фракцию разделяют на более узкие фракции. По другому варианту двухколонной перегонки мазут перегоняют в двух последовательно соединенных вакуумных колоннах. В первой колонне отбирают более легкие дистилляты и полугудрон, который поступает во вторую колонну для получения вязких дистиллятов и гудрона.

Примером первого варианта является схема вакуумной установки (рис. 11). На этой установке в первой вакуумной колонне 2 как головной продукт отбирается дистиллят II (

Атмосферно-вакуумные установки

Вакуумные трубчатые установки обычно сооружают в едином комплексе с атмосферной ступенью перегонки нефтей. Комбинирование процессов атмосферной
и вакуумной перегонки на одной установке имеет следующие преимущества: сокращение коммуникационных линий; меньшее число промежуточных емкостей; компактность; удобство обслуживания; возможность более полного использования тепла дистиллятов и остатков; сокращение расхода металла и эксплуатационных затрат; большая производительность труда.

На рис. 12 представлена технологическая схема атмосферно-вакуумной установки топливного профиля, предназначенной для переработки сернистой нефти. Газойль, отбираемый сверху вакуумной колонны, представляет собой широкую фракцию и используется как исходное сырье для каталитического крекинга.

Комбинированные установки

Все возрастающая мощность строящихся и проектируемых нефтеперерабатывающих заводов требует комплектования их минимальным
числом технологических установок , что снижает капиталовложения,
сокращает сроки строительства заводов. Решение этой задачи достигается как повышением производительности технологических установок, так и комбинированием процессов на одной установке.

Возможны различные комбинации процессов на одной установке:
ЭЛОУ - АВТ; АВТ - вторичная перегонка широкой бензиновой
фракции; первичная перегонка нефти - каталитический крекинг
вакуумного газойля - деструктивная перегонка гудрона; первичная перегонка нефти - коксование мазута в кипящем слое кокса.

Установки ЭЛОУ - АВТ

Технологическая схема комбинированной установки ЭЛОУ - АВТ приведена на рис.13. Подогретая в теплообменниках 5 нефть I с температурой 120-140° С в дегидраторах 1 подвергается термохимическому и электрообезвоживанию
и обессоливанию в присутствии воды, деэмульгатора и щелочи.

Подготовленная таким образом нефть дополнительно подогревается
в других теплообменниках и с температурой 220° С поступает в колонну 2. Сверху этой колонны отбирается фракция легкого бензина XV. Остаток III снизу колонны 2 подается в печь 7, где нагревается до 330° С, и поступает в колонну 3. Часть нефти из печи 7 возвращается в колонну 2 в качестве горячей струи. Сверху колонны 3
отбирается тяжелый бензин XVII, а сбоку через отпарные колонны
11 фракции VI (140-240, 240-300 и 300-350° С). Мазут IV снизу
колонны 3 подается в печь 15, где нагревается до 420° С, и поступает
в вакуумную колонну 4, работающую при остаточном давлении
60 мм рт. ст. Водяные пары, газообразные продукты разложения и легкие пары XIV сверху колонны 4 поступают в барометрический конденсатор 12, несконденсировавшиеся газы отсасываются эжектором 1.3. Боковыми погонами колонны 4 являются фракции VII, остатком - гудрон VIII. Бензины IV и XVII, получаемые из колонн 2 и 5, смешивают и отводят в стабилизатор 5. Газ из газосепараторов 10 после компримироваиия подается в абсорбер 6, орошаемый стабильным бензином V. Сухой газ XII сбрасывается к форсункам печей. Головной
продукт стабилизации колонны 5 направляется на ГФУ. Стабильный бензин подвергается защелачиванию.


Пример: Получение никотиновой кислоты из β-пиколина в производстве лекарственной субстанции никотиновой кислоты мощностью 100 т/год НИКОТИНОВАЯ КИСЛОТА - витамин РР, а также промежуточный продукт для производства многих лекарственных препаратов и амида никотиновой кислоты (витамина В). 2Лесина Ю.А. Химическая схема синтеза


Описание процесса: Стадия окисления β-пиколина протекает в 10.5%-ном водном растворе перманганата калия при перемешивании и нагревании до 60°С в течение 8 часов с выходом 90%. Соотношение реагентов следующее: на 1 моль β- пиколина берут 2 моль перманганата калия. По окончании реакционную массу фильтруют в течение часа в горячем виде, при этом отделяется шлам диоксида марганца (потери продукта при фильтрации составляют 15 %, влажность осадка 15%). Раствор калиевой соли никотиновой кислоты охлаждают в течение 4 часов до 18-20°С и нейтрализуют соляной кислотой, прибавляя ее в течение часа (2.02 моль НСl на 1 моль соли) в виде 10%-ного водного раствора, при этом достигается 100%-ная нейтрализация. Далее после часовой выдержки выпавшие кристаллы никотиновой кислоты фильтруют 20 мин., промывают водой из расчета 10 л на 50 кг продукта, потери при этом составляют 2%. Влажный продукт (содержание влаги 15%) сушат 2 часа до остаточного содержания влаги 2 %, выход 97 %. Состав сырья: Наименование сырья Содержание основного вещества, % β-пиколин 98.0 KMnO Соляная кислота 33.0 Мощность производства-100 т/год. 3Лесина Ю.А. Химическая схема синтеза Технологическая схема




Факторы, определяющие выбор схемы синтеза: число стадий синтеза и их длительность; число стадий синтеза и их длительность; выходы и селективность по стадиям; выходы и селективность по стадиям; патентная чистота метода синтеза; патентная чистота метода синтеза; технологичность процесса; технологичность процесса; сравнительное качество продуктов, получаемых по различным методам и их стабильность при хранении; экологические характеристики процесса (токсичность, взрыво- и пожароопасность используемых веществ, состав сточных вод и выбросов в атмосферу); сравнительное качество продуктов, получаемых по различным методам и их стабильность при хранении; экологические характеристики процесса (токсичность, взрыво- и пожароопасность используемых веществ, состав сточных вод и выбросов в атмосферу); доступность и стоимость всех видов сырья; доступность и стоимость всех видов сырья; вопросы механизации и автоматизации процесса; вопросы механизации и автоматизации процесса; ориентировочная оценка возможного аппаратурного оформления процесса, износа (коррозии) аппаратуры в предполагаемых условиях эксплуатации; ориентировочная оценка возможного аппаратурного оформления процесса, износа (коррозии) аппаратуры в предполагаемых условиях эксплуатации; учет возможностей предполагаемого места реализации в промышленном масштабе разрабатываемого синтеза. учет возможностей предполагаемого места реализации в промышленном масштабе разрабатываемого синтеза. 1 5Лесина Ю.А.


Прежде, чем приступить к технологическим расчетам необходимо четко представлять систему и ее структуру 6Лесина Ю.А. Формы представления структуры Вербальное (словесное) описание В текстовых документах Графические схемы Функциональные (технологическая схема) операторныеструктурныеаппаратурные




Условные обозначения на технологических схемах технологический процесс (операция) отходы твердые получаемый на стадии промежуточныйпроду кт или готовая продукция отходы жидкие сырье, используемое в процессе промежуточный продукт, загружаемыйв технологический процесс отходы газообразные(выброс ы в атмосферу) технологический, химический и микробиологический контроль Кт, Кх, Км 8Лесина Ю.А. Технологическая схема


Условные обозначения стадий (индексы): «ВР» стадии вспомогательных работ; «ВР» стадии вспомогательных работ; «ТП» стадии основного технологического процесса; «ТП» стадии основного технологического процесса; «ПО» стадии переработки используемых отходов; «ПО» стадии переработки используемых отходов; «ОБО» - стадии обезвреживания отходов; «ОБО» - стадии обезвреживания отходов; «ОБВ» стадии обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов в атмосферу; «ОБВ» стадии обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов в атмосферу; «УМО» стадии упаковки, маркировки, отгрузки готового продукта. «УМО» стадии упаковки, маркировки, отгрузки готового продукта. 9Лесина Ю.А. Технологическая схема


Операторная схема: элементы – технологические операторы, объединенные в систему материальными связями. схема дает наглядное представление о физико- биохимической сущности технологических процессов, используемых системой для последовательного превращения сырья в готовый продукт. схема дает наглядное представление о физико- биохимической сущности технологических процессов, используемых системой для последовательного превращения сырья в готовый продукт. Технологические операторы: Основные: а - биохимического превращения; 6 - смешения; в - разделения; г межфазного массообмена; Вспомогательные: д нагрева или охлаждения; е сжатия или расширения; ж изменения агрегатного состояния вещества 10Лесина Ю.А.


Структурная схема Составляется на основе операторной, при этом операторы заменяются конкретными аппаратами, наиболее соответствующими требованиям той технологической операции, для которой предназначен аппарат (реактор, смеситель, теплообменник и т.п.) Составляется на основе операторной, при этом операторы заменяются конкретными аппаратами, наиболее соответствующими требованиям той технологической операции, для которой предназначен аппарат (реактор, смеситель, теплообменник и т.п.) Горизонтальные линии схемы изображают материальные связи, вертикальные – энергетические. Используют для составления аппаратурной схемы и составления тепловых балансов. Горизонтальные линии схемы изображают материальные связи, вертикальные – энергетические. Используют для составления аппаратурной схемы и составления тепловых балансов. 11Лесина Ю.А.


Аппаратурная схема является графическим отображением технологического процесса и представляет собой, расположенных в строгой последовательности по ходу технологического процесса, и соединенных между собой соответствующими (трубопроводами, транспортными средствами и т.п.). Аппаратурная схема является графическим отображением технологического процесса и представляет собой условное изображение машин и аппаратов, расположенных в строгой последовательности по ходу технологического процесса, и соединенных между собой соответствующими линиями связи (трубопроводами, транспортными средствами и т.п.). Аппаратурная схема производства Лесина Ю.А.


Алгоритм разработки аппаратурной схемы Принципиальная (предварительный выбор основного и вспомогательного оборудования как объектов для последующего расчета, оснащение схемы материальными и энергоресурсами, средствами автоматизации и управления). Комплекс технохимических расчетов (количество сырья и отходов, тип и основные параметры аппаратов, их количество, расход всех видов энергии). (уточнение) аппаратурной схемы с учетом расчетных данных. Доработка (уточнение) аппаратурной схемы с учетом расчетных данных. Лесина Ю.А.13


Основные требования к составлению аппаратурной схемы Расположение единиц оборудования на схеме должно соответствовать последовательности технологического процесса независимо от размещения оборудования в производственных помещениях; На схеме отображается уровень размещения оборудования; Все позиции оборудования нумеруются по ходу технологического процесса. В спецификации оборудования и пояснительной записке эта нумерация должна строго соблюдаться. На схеме должна быть приведена работоспособная конструкция установки, обеспечивающая оптимальный ход технологического процесса и его безопасность; Лесина Ю.А.14


Основные требования к составлению аппаратурной схемы На схеме отображаются материальные линии, связывающие оборудование в единую систему; На линиях трубопроводов (материальных, энергетических в соответствии с требованиями ЕСТД отображается трубопроводная арматура, необходимая для ручной или автоматической регулировки потоков и безопасной транспортировки жидкостей и газов (вентили, краны, клапаны, смотровые фонари, огнепреградители и т.п.); Общезаводское и общецеховое оборудование (общецеховые хранилища сырья, сборники общецеховых отходов, установки по переработке и регенерации растворителей и утилизации отходов производства) на чертеже не приводятся, но условными обозначениями или словами указывается откуда поступают и куда напрвляются вещества, отходы и т.п. производства; Лесина Ю.А.15


Основные требования к составлению аппаратурной схемы На чертеже не приводятся схемы энергообеспечения установок и трубопроводы с общезаводскими энергоносителями (вода, пар, сжатый воздух, хладагенты и т.п.), но условными обозначениями указывается обеспеченность аппаратов энергоносителями, места их ввода и вывода; Если в производстве имеется несколько идентичных технологических линий (параллельных ниток) или несколько однотипных аппаратов (установок), выполняющих один и тот же вид работы, то на чертеже отображается лишь одна технологическая линия или аппарат, а их количество указывается в спецификации к чертежу; При выборе аппаратуры следует максимально использовать стандартные установки, реакторы, их оснастку и лишь в случае необходимости включать в схему уникальное нестандартное оборудование. Лесина Ю.А.16




Аппаратурная схема должна содержать: условные и буквенно-цифровые изображения основного и вспомогательного оборудования (хранилища-сборники, мерники, аварийные емкости, насосы и т.д.), основных и вспомогательных трубопроводов и трубопроводной арматуры, обеспечивающих технологический процесс; условные и буквенно-цифровые изображения основного и вспомогательного оборудования (хранилища-сборники, мерники, аварийные емкости, насосы и т.д.), основных и вспомогательных трубопроводов и трубопроводной арматуры, обеспечивающих технологический процесс; приборы, средства автоматизации и управления, изображаемые условными обозначениями, а также линии связи между ними; приборы, средства автоматизации и управления, изображаемые условными обозначениями, а также линии связи между ними; технические характеристики установки; технические характеристики установки; экспликацию оборудования и таблицу с условными обозначениями трубопроводов; экспликацию оборудования и таблицу с условными обозначениями трубопроводов; основную надпись. основную надпись. 18Лесина Ю.А.


Масштаб Чертеж аппаратурно-технологической схемы выполняется с. При очень малых габаритах аппаратуры (например, пилотная установка) допустим примерный масштаб 1:25. Чертеж аппаратурно-технологической схемы выполняется с примерным соблюдением масштаба 1:50. При очень малых габаритах аппаратуры (например, пилотная установка) допустим примерный масштаб 1:25. Допускается изображать элементы и устройства на схеме без масштаба, но с соблюдением соотношения габаритов. Допускается изображать элементы и устройства на схеме без масштаба, но с соблюдением соотношения габаритов. 19Лесина Ю.А.


Изображение и обозначения элементов и устройств В фармацевтической промышленности рекомендовано использование «флажкового» метода изображения технологического оборудования (в зависимости от основных условий работы) а) при атмосферном давлении; б) повышенном; в) пониженном; г) повышенном и пониженном Все элементы и устройства изображаются в виде условных графических обозначений, установленных ОСТ – для технологического оборудования химико- фармацевтической промышленности и стандартами ЕСКД Не допускается пересекать изображения аппаратов линиями трубопроводов Лесина Ю.А.


Изображение и обозначения элементов и устройств Элементам и устройствам, показанным на схеме, присваивают: буквенное обозначение (реактор – Р; компрессор – К; вентилятор – В; насос – Н; мерник – М) номер, соответствующий порядку упоминания в тексте описания технологического процесса (М1, Р3). Буквенное обозначение аппаратов, машин и механизмов проставляется непосредственно на их изображении, а при малом масштабе – в непосредственной близости от изображения (на полках линий-выносок, проводимых от изображения); для арматуры – рядом с её изображением. 22Лесина Ю.А.


Линии связи и их обозначения ГОСТ ЕСКД Линии связи и их обозначения ГОСТ ЕСКД Передачу материальных потоков из одного аппарата в другой изображают в виде линий связи Лесина Ю.А.


К технологическим трубопроводам относятся трубопроводы в пределах промышленных предприятий, по которым транспортируется сырье, полуфабрикаты и готовые продукты, пар, вода, топливо, реагенты и другие вещества, обеспечивающие ведение технологического процесса и эксплуатацию оборудования, а также межзаводские трубопроводы, находящиеся на балансе предприятия. Они непосредственно предназначенны для транспортирования газообразных, парообразных и жидких сред в диапазоне от остаточного давления (вакуум) 0,001 МПа до условного давления 320 МПа и рабочих температур от -196 до 700 град.. 24Лесина Ю.А.










Линии связи Направление материального потока обозначают. Направление материального потока обозначают стрелками. Стрелки указываются на каждом трубопроводе - в начале и в конце любого трубопровода, проведённого на схеме, в том числе и магистрального - у места отвода трубопровода от магистрального - у места отвода от машины или аппарата. Стрелки указывают и: Стрелки указывают и вид среды: светлые (незаштрихованные) – газообразные среды, тёмные (заштрихованные) – жидкие среды Лесина Ю.А.


Основные требования к обозначению линий связи: Изображают в виде горизонтальных и вертикальных отрезков с наименьшим количеством изломов и пересечений; Изображают в виде горизонтальных и вертикальных отрезков с наименьшим количеством изломов и пересечений; Не допускается пересекать изображения аппаратов и др.оборудования линиями трубопроводов; Не допускается пересекать изображения аппаратов и др.оборудования линиями трубопроводов; Расстояние между смежными параллельными линиями должны быть не менее 5 мм; Расстояние между смежными параллельными линиями должны быть не менее 5 мм; Допускается обрывать линии связи. Обрывы заканчивают стрелками, у которых указывают место подключения. Например, Допускается обрывать линии связи. Обрывы заканчивают стрелками, у которых указывают место подключения. Например, На сушку Лесина Ю.А.


Основные требования к обозначению линий связи: Для отличия на схеме линий связи (трубопроводов) различного назначения применяют цифровые обозначения, проставляемые в их разрыве. Число проставленных цифровых обозначений на линиях трубопроводов должно быть минимальным, но обеспечивающим понимание чертежа и удобство пользования им. При значительной длине линий связи цифровые обозначения (номера) проставляют через каждые мм. В соответствии с ГОСТ для обозначения транспортируемой среды установлено 10 укрупнённых групп веществ Лесина Ю.А.


Основные требования к обозначению линий связи: На линиях материальных потоков указывают размещение основной арматуры, определяющей направление движения потоков (вентили, краны), а также контрольно-измерительные приборы, систему автоматизации. Арматуру и приборы изображают на схемах стандартными условными обозначениями. На линиях материальных потоков указывают размещение основной арматуры, определяющей направление движения потоков (вентили, краны), а также контрольно-измерительные приборы, систему автоматизации. Арматуру и приборы изображают на схемах стандартными условными обозначениями Лесина Ю.А.



Описание аппаратурной схемы Описание (по ОСТ «изложение процесса») должно в точности соответствовать чертежу аппаратурной схемы, включая обозначения оборудования и КИП Лесина Ю.А.

Основной аппарат технологической схемы – окислительная колонна. Она представляет собой цилиндр с расширенной верхней частью, играющей роль брызгоуловителя, высотой 12 метров и диаметром 1 метр. Колонна изготовлена из алюминия или хромоникелевой стали, мало подверженных коррозии в уксуснокислой среде. Внутри колонна имеет полки, между которыми расположены змеевековые холодильники для отвода реакционного тепла и несколько труб для подачи кислорода.

Глава 9. Производство этилбензола.

Области применения этилбензола: используется в производстве стирола, важного сырья для получения ряда полимеров, полистерола, применяемого в автомобилестроении, электро-радиотехнической промышленности, при изготовлении бытовых товаров и упаковок, при производстве ионообменных смол- катализаторов процесса получения кислородсодержащих добавок при производстве реформулированных бензинов и т.д.

В промышленности этилбензол получают взаимодействием бензола с этиленом:

C 6 H 6 + C 2 H 4 = C 6 H 5 C 2 H 5 (9.1.)

Одновременно с основной протекает ряд побочных реакций. Наибольшее значение имеют реакции последовательного алкилирования:

C 6 H 5 C 2 H 5 + C 2 H 4 = C 6 H 4 (C 2 H 5) 2 (9.2.)

C 6 H 4 (C 2 H 5) 2 + C 2 H 4 = C 6 H 3 (C 2 H 5) 3 (9.3.)

C 6 H 3 (C 2 H 5) 3 + C 2 H 4 = C 6 H 2 (C 2 H 5) 4 (9.4.)

Для подавления побочных реакций (2-4) процесс проводят в избытке бензола (мольное отношение этилен:бензол = 0,4:1), при температуре около 100 0 С и давлении – 0,15 МПа.

Для ускорения основной реакции (1) процесс проводят в присутствии селективного катализатора. В качестве катализатора используют комплексное соединение AlCl 3 и HCl с ароматическими углеводородами, который находится в жидкой фазе.

Процесс гетерогенно-каталитический, лимитирующая стадия:

диффузия этилена через пограничную пленку каталитического комплекса хлорида алюминия. Реакция алкилирования идет очень быстро.

При выбранных условиях конверсия этилена составляет 98-100%, основная реакция (1) –необратима, экзотермична.

Для увеличения степени использования сырья организован рецикл по бензолу.

Катализатор на основе хлорида алюминия способствует протеканию реакции переалкилирования диэтилбензола:

C 6 H 4 (C 2 H 5) 2 + C 6 H 6 = 2C 6 H 5 C 2 H 5 (9.5.)

Поэтому небольшие количества диэтилбензола возвращают в реактор-алкилатор на переалкилирование.

Реакция переалкилирования способствует практически полному превращению этилена и бензола в этилбензол.

На процессы алкилирования и переалкилирования оказывают влияния следующие главные факторы: концентрация катализатора (хлористый алюминий), промотора (соляная кислота), температура, время контактирования, мольное соотношение этилена и бензола, давление.

Технологическая схема производства этилбензола.

Рис 9.1. Технологическая схема производства этилбензола с использованием катализатора на основе AlCl 3 .

1,3,15-17 - ректификационные колонны, 2- флорентийский сосуд, 4-реактор приготовления катализатора, 6- конденсатор, 7- сепаратор жидкость-жидкость, 8,9,11,13- скрубберы, 10,12- насосы, 14- подогреватель, 18- вакуум-приемник, 19- холодильник полиалкилбензолов, I – этилен, II – бензол, III- диэтилбензолы, IV- раствор щелочи, V- этилбензол, VI- полиалкилбензолы, VII- к вакуумной линии, VIII- вода, IX- газы на факел, X- этилхлорид и хлорид алюминия, XI- сточные воды.

В двухколонном агрегате гетероазеотропной ректификации, состоящем из ректификационной колонны 1, отгонной колонны 3 и флорентийского сосуда 2, происходит осушка исходного бензола. Из куба колонны 1 выводится обезвоженный бензол, часть которого поступает в аппарат 4 для приготовления катализаторного раствора, а остальная часть в качестве реагента,- в реактор 5. В колонну 1 поступает как свежий, так и рециркулирующий бензол. Верхние паровые потоки колонн 1 и 3 представляют гетероазеотропные смеси бензола и воды. После конденсации в конденсаторе и расслаивания во флорентийском сосуде 2 верхний слой – обводненный бензол, поступает в колонну 1, а нижний слой-вода, содержащяя бензол, направляется в колонну 3.

Каталитический комплекс готовится в аппарате с мешалкой 4, в который подают бензол, а также хлорид алюминия, этиленхлорид и полиалкилбензолы. Реактор заполняют катализаторным раствором, а затем в ходе процесса для подпитки подают катализаторный раствор, так как он частично выводится из реактора для регенерации, а также с реакционной водой.

Реактором алкилирования служит колонный аппарат 5, отвод тепла реакции в котором осуществляется за счет подачи охлажденного сырья и испарения бензола. Катализаторный раствор, осушенный бензол и этилен подают в нижнюю часть реактора 5. После барботажа из реактора выводят непрореагировавшую парогазовую смесь и направляют ее в конденсатор 6, где прежде всего конденсируется бензол, испарившейся в реакторе. Конденсат возвращают в реактор, а несконденсированные газы, содержащие значительные количества бензола и HCl поступают в нижнюю часть скруббера 8, орошаемого полиалкилбензолами для улавливания бензола. Раствор бензола в полиалкилбензолах направляют в реактор, а несконденсированные газы поступают в скруббер 9, орошаемый водой для улавливания соляной кислоты. Разбавленную соляную кислоту направляют на нейтрализацию, а газы – на утилизацию тепла.

Катализаторный раствор вместе с продуктами алкилирования поступает в отстойник 7, нижний слой которого (катализаторный раствор) возвращается в реактор, верхний слой (продукты алкилирования) с помощью насоса 10 направляется в нижнюю часть скруббера 11. Скрубберы 11 и 13 предназначены для отмывки хлороводорода и хлорида алюминия, растворенных в алкилате. Скруббер 11 орошается раствором щелочи, который перекачивается насосом 12. Для подпитки в рециркуляционный поток щелочи подают свежую щелочь в количестве, необходимом для нейтрализации HCl. Далее алкилат поступает в нижнюю часть скруббера 13, орошаемого водой, которая вымывает щелочь из алкилата. Водный раствор щелочи направляют на нейтрализацию, а алкилат через подогреватель 14 – на ректификацию в колонну 15. В ректификационной колонне 15 в дистиллят выделяется гетероазеотроп бензола с водой. Бензол направляется в колонну 1 для обезвоживания, а кубовый остаток – на дальнейшее разделение в ректификационную колонну 16 для выделения в качестве дистиллята этилбензола. Кубовый продукт колонны 16 направляют в ректификационную колонну 11 полиалкилбензолов на две фракции. Верхний продукт направляют в аппарат 4 и реактор 5, а нижний продукт выводят из системы в качестве целевого продукта.

Аппаратурное оформление процесса.

Процесс алкилирования бензола этиленом в присутствии катализатора на основе AlCl 3 является жидкофазным и протекает с выделением теплоты. Для проведения процесса можно предложить три типа реактора.Наиболее простым является трубчатый аппарат (рис.9.2.), в нижней части которого размещена мощная мешалка, предназначенная для эмульгирования катализаторного раствора и реагентов. Такой тип аппарата часто используется для организации периодического процесса.

Рис.9.2. Трубчатый реактор.

Реагенты: бензол и этилен, а также катализаторный раствор подают в нижнюю часть реактора. Эмульсия поднимается вверх по трубам, охлаждаясь за счет воды, подаваемой в межтрубное пространство. Продукты синтеза (алкилаты), непрореагировавший бензол и этилен, а также катализаторный раствор выводятся из верхней части реактора и поступают в сепаратор. В сепараторе происходит отделение катализаторного раствора от остальных продуктов (алкилата). Катализаторный раствор возвращается в реактор, а алкилаты направляются на разделение.

Для обеспечения непрерывности процесса применяют каскад из 2-4 трубчатых реакторов.

Рис. 9.3. Каскад из двух реакторов.

Катализаторный раствор подают в оба реактора, реагенты – в верхнюю часть первого реактора. Оба реактора представляют пустотелые аппараты с мешалками. Тепло отводится с помощью воды, подаваемой в “рубашки”. Реакционная масса из верхней части первого реактора поступает в сепаратор, из которого нижний (катализаторный) слой возвращается в реактор, а верхний – поступает в следующий реактор. Из верхней части второго реактора реакционная масса также поступает в сепаратор. Нижний (катализаторный) слой из сепаратора поступает в реактор, а верхний слой (алкилаты) направляются на разделение.

Непрерывное алкилирование бензола этиленом можно проводить в барботажных колоннах.

Рис.9.4. Реактор колонного типа.

Внутренняя поверхность колонн защищена кислотоупорными плитками. Верхняя часть колонн заполнена кольцами Рашига, остальная часть- катализаторным раствором. Бензол и этилен подают в нижнюю часть колонны. Газообразный этилен, барботируя через колонну, интенсивно перемешивает реакционную массу. Конверсия реагентов зависит от высоты катализаторного слоя. Частично тепло отводится через “рубашку”, разделенную на секции, а остальная часть тепла – за счет нагрева реагентов и испарения избыточного количества бензола. Пары бензола вместе с другими газами поступают в конденсатор, в котором конденсируется главным образом бензол. Конденсат возвращают в реактор, а несконденсированные вещества выводят из системы для утилизации. В этом случае можно установить автотермический режим, варьируя давление и количество отходящих газов.

Процесс целесообразно проводит при давлении 0,15-0,20 МПа и незначительном количестве отходящих газов. В этом случае температура не превышает 100 0 С и уменьшается смолообразование.

Катализаторный раствор вместе с продуктами алкилирования и непрореагировавшим бензолом выводят из верхней части колонны (перед насадкой) и направляют в сепаратор. Нижний (катализаторный) слой возвращают в колонну, а верхний (алкилатный) слой направляют на разделение.