Оборудование нефтеперерабатывающих предприятий и основы проектирования

МИНИСТЕРСТВО  ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

 

Ташкентский химико-технологический  институт

Кафедра: Технология переработки нефти и газа

 

 

УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе                                                                            Доц.  Л.А ИСМАИЛОВА ________________________        "____"  ___________2007г.

                                                                                                                                                                                                                                      

ЛЕКЦИИ

по дисциплине

ОБОРУДОВАНИЯ  НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ  И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ  

 

                                                                                                                                         

                                                                                                                                         

 

 

Ташкент 2007

 

                 

 Лекции обсуждены на методическом семинаре кафедры

      "Технология переработки нефти  и газа", протокол  № ___ от ________2007г. и

        утвержден на методическом совете института №_____ от ___________2007г.

     

 

 

                 Составили: к.х.н. доц. Каримов К.Г. , асс. Арипджанов О.Ю.

 

 

Лекции составлены по материалам, которые автор читал студентам IV курса специальности "Химическая технология переработки         нефти и газа"  в соответствии с рабочей программой по предмету   " оборудования нефтеперерабатывающих предприятий и основы проектирования" и может быть полезным        всем, кто изучает процессы и оборудования нефтеперерабатывающей промышленности.                   

 

 

 

 

 

 

 

     Рецензенты:                 д.т.н. проф. Нурмухамедов Х.С.

                                             к.ф.н. доц. Алимов А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ЛЕКЦИЯ 1. Классификация и методы расчета оборудования нефтеперерабатывающих заводов …………………………………

ЛЕКЦИЯ 2. Оборудование для разделения жидкостей и лазов..

ЛЕКЦИЯ 3. Электрическая очистка газов ……………………….

ЛЕКЦИЯ 4. Установки химических процессов переработки нефтяного сырья………………………………...................................

ЛЕКЦИЯ 5. Устройство реакторов…………………………………

ЛЕКЦИЯ 6. Материальный баланс аппарата…………………….

ЛЕКЦИЯ 7. Теплообменные аппараты……………………………

ЛЕКЦИЯ 8. Абсорбционные процессы в нефтепереработке…...

ЛЕКЦИЯ 9. Тарельчатые абсорберы………………………………

ЛЕКЦИЯ 10. Общие понятия об адсорбционных процессах……

ЛЕКЦИЯ 11. Десорбционные процессы и аппараты……………

ЛЕКЦИЯ 12. Процесс ректификации и аппараты нефтепереработки…………………………………………………….

ЛЕКЦИЯ 13. Технология процесса ректификации………………

14. ЛЕКЦИЯ 14. Расчет ректификационных колонн……………….

15. ЛЕКЦИЯ 15. Конструкция ректификационных аппаратов……

16. ЛЕКЦИЯ 16. Экстракционные процессы и аппараты………….

17.Литература…………………………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛЕКЦИЯ 1

КЛАССИФИКАЦИЯ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОБОРУДОВАНИЯ

НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ

План

1. Классификация процессов осуществляемых на нефтеперерабатывающих производствах
2. Методы и последовательность расчета оборудования
3. Технологический расчет

 

Все процессы, осуществляемые на нефтеперерабатывающих производствах, в зависимости от основных законов, объединяющих их, подразделяют на следующие группы:

1) гидромеханические процессы (перемещение жидкостей и газов, разделение жидких и газовых неоднородных систем, перемешивание жидкостей);

2) массообменные процессы (объединены законами масс - передачи  и включают перегонку, ректификацию, абсорбцию, адсорбцию, экстракцию, кристаллизацию и сушку);

3) тепловые процессы (объединены  законами теплопередачи и включают  нагревание, охлаждение и конденсацию,  выпаривание) ;

4) механические процессы (измельчение, транспортирование,  классификация и смещение твердых  веществ);

5) химические процессы (объединены законами химической кинетики и включают разнообразные химические реакции).

Все перечисленные процессы протекают в соответствующих  аппаратах и машинах, конструкция  которых определяется наиболее целесообразным способом и конкретными условиями осуществления данного процесса.

Однотипные физические, физико-химические и химические процессы в основном характеризуются общими закономерностями и в различных производствах осуществляются в машинах и аппаратах, работающих по одному принципу.

Классификация технологического оборудования в соответствии с процессами, которые в нем протекают, удобна не только для изучения, «о и для комплексного технологического и механического расчета каждого аппарата или машины.

Проведение гидромеханических  процессов обеспечивается насосами (для перемещения жидкостей), компрессорными машинами (для перемещения и сжатия газов), отстойниками (для осаждения под действием сил тяжести твердых частиц или капелек воды, распределенных в жидкой фазе), фильтрами (для разделения суспензий, содержащих мелкие взвешенные частицы, которые задерживаются пористыми перегородками), центрифугами (для разделения эмульсий и суспензий в поле центробежных сил), мешалками (для получения однородных растворов, эмульсий, суспензий, а также для интенсификации диффузионных и тепловых процессов) и другими машинами и аппаратами.

Для осуществления тепловых процессов применяют трубчатые печи огневые нагреватели, в которых тепло сжигаемой топлива передается сырью, и теплообменные аппараты, в которых регенерируется тепло нефтеперерабатывающих установок или конденсируются пары и охлаждаются отходящие от установок дистилляты.

Для массообменных процессов  применяют главным образа колонные аппараты: ректификационные колонны, абсорберы  адсорберы, десорберы, экстракторы и т. д.

Механические процессы осуществляются в дробилках, мельницах, классификаторах и дозаторах твердых материалов.

Химические процессы протекают в реакционных аппаратах  различных конструкций — реакторах.

По способу организации основного технологического процесса аппараты подразделяют на аппараты периодического и непрерывного действия.

Аппараты периодического действия через определенные промежутки времени сначала загружают исходными сырьем и материалами, а после завершения процесса разгружают от конечного продукта. Такой цикл повторяется в течение всего времени осуществления технологического процесса.

Особенностью аппаратов  непрерывного действия является непрерывное  поступление исходных сырья и  материалов и непрерывная выгрузка целевых продуктов. При установившемся процессе загрузка и разгрузка аппарата происходят единовременно, без циклов.

Методы и  последовательность расчета оборудования

Изготовлению каждого  аппарата (или машины) предшествует его проектирование (конструирование). В зависимости от значимости оборудования, его изученности, наличия типовых проектов или апробированных решений проектируют его в одну или две стадии. В большинстве случаев оборудование проектируют в одну стадию, при этом проектная организация выдает заказчику технология рабочий проект, содержащий всю необходимую документацию (схемы, чертежи, сметы) для изготовления, данного оборудования.

Оборудование, не имеющее  прототипа, мало изученное, играющее основную роль в технологическом процессе, проектируют в две стадии. Первая стадия - технический проект. На этой стадии решаются принципиальные вопросы и проводятся укрупненные расчеты. Технический проект содержит подробные разработки и конкретные решения конструкции оборудования, что позволяет тщательно разработать и проанализировать проект, чтобы избежать возможных ошибок. На базе уточненного и утвержденного технического проекта составляют рабочие чертежи (вторая стадия проектирования).

Основными данными для  проектирования являются: производительность, режим работы, расходные нормы, условия нормальной работы, коррозионные и токсические свойства сырья. И получаемых продуктов, а также требования техники безопасности при проведении данного процесса. Производительность может быть задана по сырью, целевому продукту, полуфабрикатам, реагентам, тепло и хладоносителям и т. д. Режимом работы предусматривается продолжительность. Работы непрерывно действующего оборудования или продолжительность отдельных операций и циклов для периодически действующего оборудования. Некоторые данные находят расчетным путем, например выход целевого продукта или полуфабрикатов, если задано их качество.

  Проектирование аппаратов и машин включает их технологический и механический расчет.

Технологический расчет

Технологический расчет необходим для определения основных размеров оборудования, обеспечивающих оптимальный режим его работы. Для этого рассчитывают массовые потоки перерабатываемых материалов, энергетические затраты, необходимые для осуществления процесса. Путем анализа кинетических закономерностей находят такие оптимальные условия процесса, при которых размеры оборудования, минимальны. Например, при проектировании теплообменных аппаратов можно при различных размерах поверхностей теплообмена обеспечить равное количество передаваемого тепла за счет соответствующих скоростей движения теплообменивающихся сред. Чем больше эти скорости, тем меньше требуемая поверхность теплообмена, но тем выше затраты энергии на преодоление гидравлических сопротивлений, вызванных увеличением скорости. Поэтому при проектировании рассчитывают несколько вариантов, чтобы был возможен выбор наиболее эффективных условий работы при наименьших затратах.

Вопросы для  проверки

1. На какие группы подразделяются процессы осуществляемые на нефтеперерабатывающих производствах
2. Гидромеханические процессы на НПЗ
3. Массообменные процессы на НПЗ
4. Тепловые процессы на НПЗ
5. Мезанические процессы на НПЗ
6. Химические процессы на НПЗ
7. Аппараты периодического и непрерывного действия, отличительные особенности аппаратов непрерывного действия
8. Основные данные необходимые для проектирования
9. Определение основных размеров оборудования
10. Технологический расчет

ЛЕКЦИЯ 2

ОБОРОДЕВАНИЯ  ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ЛАЗОВ

 

План

1. Оборудования для разделения жидкостей и газов
2. Отстойники, фильтры
3. Центрифуги и сепараторы
4. Циклоны

 

Отстойники фильтры

Отстойники — это  аппараты, в которых равномерно распределенные в жидкой фазе твердые частицы или капельки воды постепенно осаждаются под действием собственного веса. В некоторых случаях, наоборот, взвешенные капельки всплывают, а внешняя фаза оседает (например, в нефтеловушках).

Отстаивание можно осуществлять периодически и непрерывно. В первом случае процесс происходит с постепенным уплотнением осадка и осветлением жидкой фазы при одновременном снижении уровня раздела фаз. Этот уровень может быть ярко выражен, если скорость осаждения постоянна до момента начала уплотнения осадка. Непрерывный процесс характеризуется постоянством уровня раздела фаз, или уровня зон отстаивания.

Движению осаждающихся под действием собственного веса частиц препятствуют подъемная сила внешней фазы и сопротивление среды. Подъемная сила равна весу объема внешней среды, вытесняемой частицами в процессе движения. Сопротивление среды является результатом ускоренного движения частиц и зависит от следующих факторов: скорости движения частиц в данный момент; размеров и формы частиц; вязкости внешней фазы.

При малых размерах частиц и большой вязкости внешней среды, когда скорость осаждения мала, сопротивление  среды определяется только силой  трения частиц о жидкую фазу. Такой режим осаждения называют ламинарным. При значительных размерах частиц, больших скоростях осаждения и малой вязкости внешней среды движение сопровождается вихреобразованием, которое представляет собой основное сопротивление среды, намного превышающее сопротивление сил трения. Такой режим осаждения называют турбулентным.

Режим осаждения характеризуется критерием рейнольдса, определяемым по формуле.

К наиболее распространенным в нефтепереработке отстойникам относятся дегидраторы горизонтальные цилиндрические аппараты, предназначенные для отделения воды взвешенными в ней частицами грязи от поступающей на переработку нефти.

В дегидраторе происходит разделение трех фаз: нефти, воды и твердого осадка. Скорость осаждения грязи больше скорости осаждения воды, поэтому она скорее достигает дна аппарата. Чтобы осадок не оставался в аппарате долгое время и не успевал уплотниться и затвердеть, воду спускают из дегидратора возможно чаще. Удаление воды осуществляется автоматически по мере ее накопления. На отводных линиях не должно быть