Оборудование нефтеперерабатывающих предприятий и основы проектирования

острых углов или  поднимающихся участков. Аппарат необходимо несколько наклонить в сторону спускного штуцера, чтобы грязь сползала под действием собственного веса. Все дегидраторы работают под давлением. Они являются отстойными аппаратами полунепрерывного действия, поскольку внешняя фаза (очищенная нефть) отводится из них непрерывно, а осадок (вода и грязь) периодически.

В настоящее время  для очистки эмульсионных нефтей от воды применяют главным образом  электродегидраторы, в которых процесс отстаивания ускоряется благодаря воздействию на эмульсию поля переменного электрического тока высокого напряжения (до 40000 В). Вследствие этого мелкие капельки воды, сливаясь, укрупняются. Осаждение укрупненных капелек происходит, как и в обычных дегидраторах, под действием разности удельных весов.

Для отстаивания густых и твердых фаз применяют вертикальные отстойники с конусным днищем периодического и непрерывного действия. Из практических соображений размеры отстойников принимают следующими: высота цилиндрической части—(1 —1,5) D, конусной части — не менее 0,5 D (где D — диаметр аппарата).

Аппараты периодического действия применяют для                     трудноразделяющихся сред, требующих продолжительного отстаивания и использования специальных коагуляторов. Их используют также, если осаждению предшествует другой процесс, осуществленный в тех же аппаратах. Примером периодически действующих вертикальных отстойников могут служить кислотные мешалки, отстойные емкости установок регенерации кислого гудрона и др.

Примером аппарата непрерывного действия может служить отстойник для осаждения механических примесей (шлама). Отличительная особенность аппарата — специальное скребковое устройство, с помощью которого шлам снимается со дна емкости и выталкивается к спускному штуцеру.

 

Фильтры

Процесс фильтрации заключается в пропускании суспензии через перегородку, состоящую из фильтрующего материала и постепенно накапливающегося на его поверхности слоя осадка. В фильтрующем материале имеются поры различных размеров и формы. Жидкость проходит через поры, совершая движение по сложной траектории, обусловленной их расположением. При этом взвешенные твердые частицы задерживаются в порах соответствующих размеров, уменьшая их свободное сечение и препятствуя дальнейшему прохождению не только крупных, но и более мелких частиц.

Жидкость проходит сначала через слой осадка, образовавшегося на поверхности фильтрующей перегородки. По мере утолщения осадка он уплотняется, а размеры пор для прохода жидкости уменьшаются. Таким образом, в большинстве случаев фильтрация осуществляется в основном через слой осадка, поэтому фильтрат высокого качества получается только после того, как на фильтрующей перегородке образуется слой осадка определенной толщины.

С увеличением слоя осадка качество фильтрата неизменно улучшается, но одновременно возрастает потеря напора при прохождении жидкости через фильтрующую перегородку. Поэтому при образовании слоя осадка определенной толщины фильтрацию необходимо    прекратить,  а  лишний  слой  осадка срезать и удалить с поверхности фильтрующего материала.

Пропускная способность, или производительность, каждого фильтра при известном давлении перед фильтрующей перегородкой зависит от свойств суспензии, фильтрующего материала и толщины слоя осадка на нем.

В качестве фильтрующих  материалов применяют главным образом тканые, набивные, а также сетчатые (плетеные из проволок) и керамические фильтрующие перегородки. Выбор фильтрующего материала обусловлен его удерживающей способностью, свойствами суспензии и режимом фильтрации (давлением и температурой).

На большинстве фильтров осадок промывается водой или иной жидкостью, а также просушивается воздухом, горячими газами, перегретым паром или обезвоживается путем механического отжима.

продолжительность цикла  фильтрации, включающего собственно фильтрацию, продувку, промывку, просушку и удаление лишнего осадка, разборку и сборку фильтра, зависит от количества и свойств осадка.

В зависимости от режима работы различают фильтры периодического и непрерывного действия. По способу создания движущей силы процесса фильтры делятся на работающие под давлением и вакуум-фильтры.

Выбор типа фильтра и  фильтрующего материала, как правило, проводится на основе экспериментальных данных или в результате специального изучения свойств суспензии, подлежащей фильтрованию.

 

Рамные фильтр - прессы

Рамный фильтр-пресс (рис.I) относится к периодически действующим фильтрам, имеет развитую поверхность фильтрации, работает под давлением. Он состоит из вертикально расположенных плит и заключенных между ними рам (рис. 2), сжимаемых нажимной плитой (привод ее может быть ручным, гидравлическим или электромеханическим). Плиты, рамы и нажимная плита с двух сторон опираются специальными рожками на балки, жесткость которых обеспечивается стойками и тягами, На этих жебалках закреплена упорная плита, к которой прижимается вся система, состоящая из плит, рам и нажимной плиты.

Фильтрующую ткань или  бумагу зажимают между рифлеными плоскостями плит и рамами. В процессе формирования элементов необходимо обращать внимание на то, чтобы фильтровальный материал, зажатый между рамами и плитами, не имел складок. В каждом из двух верхних углов плиты и рамы имеются отверстия, которые после сборки фильтра образуют два канала, соединенных через штуцер упорной плиты с трубопроводами. Один канал предназначен для суспензии, другой для промывной жидкости. Отверстия рам проверяют специальным щупом: закупорка этих отверстий часто служит причиной поломки плит вследствие одностороннего давления.

3 12 11

Рис. 1     Рамный фильтр-пресс:

1,8 — опорные стойки; 2—7 — опорные балки со стяжками и стойками; 9 — зажимной механизм; 10 — зажимная плита; //, 12 — фильтрующие плиты и рамы; 13 — упорная плита; 14 — ступица; 15 — зажимной винт.

 

Отверстия рам, составляющих в собранном виде общий ка-нал-для  суспензии, соединены с внутренней полостью так, что суспензия поступает в пространство между двумя плитами. Пройдя через фильтрующую перегородку, жидкость стекает по каналам плит к выходному отверстию, заканчивающемуся краником.

 

Плиты 
Ткань I       Рама

Плиты Ткань промывные   Рама

Суспензия

Промывная

 

Закрыто | Открыто Пропывная вода

Рис. 2    Схема работы рамного фильтр-пресса:

а — в процессе фильтрации; б — в процессе промывки.

 

 

 

 

Осадок задерживается на поверхности фильтрующего материала и постепенно заполняет пространство между двумя плитами. О количестве осадка судят, но давлению фильтрации, которое не должно превышать максимально допустимого. Для этого на отводной линии насоса, подающего суспензию, устанавливают клапан, отключающий систему, если давление в ней превышает допустимое йа 5-10%.

Промывку и просушку осадка проводят по схеме подачи суспензии. Под фильтр-прессном по всей его длине установлены противни для сбора твердого осадка.

Представляют  интерес автоматические камерные фильтр-прессы (ФПАКМ), многие типоразмеры которых находят все более широкое применение в нефтеперерабатывающей и химической промышленности. Отличительной особенностью их (рис. 3) является бесконечная лента фильтрующего материала, которая периодически зажимается между расположенными одна над другой горизонтальными фильтрующими плитами и освобождается при последующем раздвижении плит. Зажатие ленты совпадает с циклом фильтрации суспензии, промывки и просушки осадка. При раздвинутых плитах лента фильтрующего материала приводится в движение, в процессе которого с нее специальными ножами снимается осадок за пределами фильтрующих плит.

 

Листовые (пластинчатые) фильтры

Листовые  фильтры также относятся к  фильтрам периодического действия. Конструктивно они сложнее, чем фильтр-прессы, но обслуживание их проще, поэтому они получили более широкое распространение. Фильтрующими элементами в этих фильтрах являются листы (пластины), состоящие из обводов, на которые с двух сторон натянут фильтрующий материал (рис.4 ) поверх металлического сетчатого каркаса. Сетчатый каркас состоит из крупной сетки (внутренний слой) и одного или двух слоев мелкой сетки. Плотность соединения обода и фильтрующего материала (бельтинг, стеклоткань, сетка из цветных металлов) обеспечивается шнуром, уложенным в специальный паз обода.

Суспензию подают под  давлением снаружи листов, на поверхностях которых постепенно накапливается осадок. Пространство между двумя фильтрующими перегородками через щелевое отверстие на поверхности обода соединяют патрубком с коллектором для вывода фильтрата.

 

Вакуум-фильтры

В большинстве вакуум-фильтров процесс фильтрации осуществляется непрерывным способом. Исключение составляют емкостные вакуумные фильтры (путч - фильтры), предназначенные для малых объемов суспензий.

Принципиальная схема  работы вакуум-фильтра представлена на рис. 5. Горизонтальный полый цилиндр (барабан) разделен на несколько секций внутренними продольными перегородками. Поверхность его перфорирована и обтянута фильтрующей тканью. Часть барабана погружена в суспензию, непрерывно подаваемую в корыто под ним. Барабан постоянно вращается.

 

В секции, находящиеся  под вакуумом, во время погружения в суспензию через фильтрующую перегородку засасывается фильтрат, а осадок откладывается на цилиндрической поверхности. После выхода из суспензии поверхность, покрытая слоем осадка, попадает на участок, где осадок осушается благодаря вакууму в секциях. Для промывки осадка на поверхность барабана на определенном участке подается промывная жидкость, которая засасывается внутрь секции через слой осадка. Просушенный и промытый осадок непрерывно снимается с поверхности неподвижным ножом.

При непрерывном  вращении барабана циклы повторяются в такой последовательности: фильтрация, сушка, промывка, обдувка и съем осадка. Таким образом, в каждой секции барабана периодически осуществляется фильтрация, а. Весь фильтр работает как аппарат непрерывного действия, поскольку подача суспензии, отвод фильтрата и удаление лишнего слоя осадка производятся непрерывно.

Каждая секция при  движении должна последовательно соединяться с одной из четырех неподвижных камер: для отвода фильтрата под вакуумом; для подсушки, осадка под вакуумом, т. е. отсасывания из него остатка фильтрата; для приема промывной жидкости под вакуумом; для подачи внутрь секции инертного газа (в случае возможного образования взрывоопасной смеси) с целью обдувки осадка в процессе его съема вплоть до момента погружения поверхности секции в суспензию. Такое соединение осуществляется с помощью специального распределительного устройства золотника.

 

Центрифуги  и сепараторы

Разделение суспензий  с мелкими взвешенными твердыми частицами, а также эмульсий проводят в центрифугах и центробежных сепараторах. Движущей силой процесса в них независимо от способа разделения (отстаивание или фильтрация) является центробежная сила.

 

Отстойные центрифуги

В одном и том же вращающемся  поле центробежные силы внешней и  внутренней фаз отличаются, причем, чем больше разность между этими силами, тем интенсивнее разделение неоднородной системы. Развиваемая во вращающемся поле движущая сила во много раз превышает движущую силу процесса при естественном отстаивании (т. е. разность удельных весов).

Коэффициент К_ц, называемый фактором разделения, показывает, во сколько раз центробежная сила  С, возникающая при

 

вращении  фаз разделяемой системы,  больше  их  собственного веса

K_ц=C/G   (3)  G=Gv²/qr     (4)

где v — окружная скорость:

                                                = rn/30   (5)

                            

где r — радиус вращения  (радиус барабана); п — частота вращения барабана, об/мин.

После подстановки  значения С в уравнение (3) фактор разделения определится по формуле

K_ц=Dn²/1800 (6)

где D — диаметр окружности вращения.

 

Отстойная центрифуга представляет собой аппарат, в котором находится барабан, вращающийся с определенной скоростью. Попадая на поверхность вращающегося барабана, суспензия вращается вместе с ним, прижимаясь к его стенкам. Барабан может иметь различную форму (цилиндра, конуса, двух конусов, обращенных один к другому основаниями, цилиндра с одним или двумя конусами и т. д.).

Свободная поверхность  жидкости внутри барабана образует цилиндр, диаметр которого при установившемся режиме несколько больше диаметра сносного отверстия в торце барабана (сливного порога).

Тяжелая фаза суспензии  под действием центробежной силы перемещается к периферии и прижимается к стенкам барабана, образуя на них слой осадка. Отстоявшаяся жидкость по мере вытеснения ее подаваемой в центрифугу суспензией сливается через борт верхнего торца барабана (сливной порог). Схема работы отстойной центрифуги приведена на рис. 6

 

 

 

 

 

 

 

Осадок, накапливающийся  на стенках барабана, состоит из скелета, образованного твердыми частицами, и жидкости, заполняющей пустоты между этими частицами. По мере возрастания давления мелкие частицы скелета осадка заполняют пустоты между более крупными частицами и уплотняют осадок, вытесняя из него жидкость.

Отстойные центрифуги просты в эксплуатации. Их применяют для разделения суспензий, содержащих твердые частицы диаметром 5—100 мм. Недостатком отстойного центрифугирования является отсутствие надежной промывки и просушки осадка.