Совершенствование процессов и аппаратов для очистки паровоздушных смесей от органических растворителей сорбционными методами (25.01.2010)

Автор: Махнин Александр Александрович

Таблица 10

Энергия активации реакций,

протекающих при десорбции третичных амиленов

Реакция Энергия активации, кДж/моль

Дегидратация трет-амилового спирта

Разложение трет-амилформиата

Гидролиз трет-амилформиата

Этерификация муравьиной кислоты 92,2

Таким образом, проведено исследование кинетики реакций, протекающих при десорбции третичных амиленов, с учетом изменения объёма реакционной смеси. Определены эффективные константы скоростей реакций при различных температурах и энергии активации. Определены кинетические и аналитические характеристики для аппаратурного и технологического оформления процесса десорбции третичных амиленов.

Все это позволило подробно разработать процесс выделения третичных амиленов из смесей углеводородов С5 муравьиной кислотой. Принципиальная технологическая схема приведена на рис. 8. С5-фракция (I) через теплообменник Т-1 поступает в нижнюю часть колонны К-1. В верхнюю часть колонны противотоком подается муравьиная кислота. Не поглощенные кислотой углеводороды (IV) поступают на гетероазеотропную очистку от растворенной муравьиной кислоты в колонну К-2 и далее на нейтрализацию и отмывку в Б-1. Насыщенный экстрагент из нижней части колонны К-1 через теплообменник Т-2 поступает в колонну К-3 на дегазацию физически растворенных углеводородов, которые возвращаются в колонну К-1. Жидкость из нижней части колонны К-3 через подогреватель Т-6 поступает в куб колонны десорбции третичных амиленов К-4. В колонне К-4 происходит десорбция третичных амиленов за счет разложения трет-амилформиата и трет-амилового спирта. С верха колонны К-4 отбираются третичные амилены (V), содержащие унесенную муравьиную кислоту, и поступают на гетероазеотропную очистку в колонну К-5. Далее третичные амилены нейтрализуются и отмываются в Б-2. Часть муравьиной кислоты (около 7 %) из куба колонны К-4 направляется на выделение димерной фракции в колонну К-6. С верха колонны К-6 отбирается гетероазеотроп димеров и муравьиной кислоты, который расслаивается в отстойнике С-3. Нижний слой - кислота возвращается в колонну. Верхний слой – димерная фракция (VI) – нейтрализуется и поступает на склад. Из куба колонны К-6 часть муравьиной кислоты (приблизительно 3 % от всей циркулирующей кислоты) поступает на регенерацию в колонну К-7. В колонне К-7 происходит ректификация муравьиной кислоты от смол (VII). Муравьиная кислота из колонн К-2, К-4, К-5, К-6 и К-7 поступает в емкость Е-1, куда подается также свежая кислота (II) и ингибитор термополимеризации (III).

Рис. 8. Принципиальная технологическая схема процесса выделения третичных амиленов из углеводородных С5-фракций муравьиной кислотой

Проведенными коррозионными испытаниями ряда материалов показано, что для осуществления процесса можно использовать стали Х18Н10Т , 0,8Х22М6Т при температуре 120  оС и 10Х14Г14Н4Т, 0,8Х18Г8Н1Т при температурах от 70 до 100 оС [коррозионные испытания проведены на Стерлитамакском заводе СК, концентрация кислоты 93 % масс., скорость коррозии 0,0014 – 0,0082 мм/год (весьма стойкие)].

В шестой главе разработано аппаратурно-технологического оформление

сорбционных процессов очистки газов от органических примесей.

Как известно, эффективность работы абсорберов зависит в основном от конструкции используемых в них контактных элементов, то есть устройств, которые должны создавать максимально развитую поверхность контакта между жидкой и газовой фазами при минимальном гидравлическом сопротивлении ступени контакта. Для разработки промышленного процесса выделения органических примесей из технологических и вентиляционных потоков необходим не только выбор рационального абсорбента, позволяющего не только уловить органические примеси из очищаемых технологических и вентиляционных потоков, но и создать предпосылки для последующего выделения из насыщенного абсорбента уловленных компонентов и возвращению их в цикл производства. Эту проблему невозможно решить без создания высокоэффективных массообменных аппаратов (абсорберов, десорберов. Для этого необходимо создание: а) абсорберов с контактными устройствами, в которых коэффициенты массопередачи в 4-5 раз превышают применяемые в настоящее время, и б) высокоэффективных регенераторов насыщенного абсорбента с уменьшением капитальных и эксплуатационных затрат. Вторая задача достигается совмещением процессов тепло- и массообмена в одном аппарате, при этом за счет более высокого коэффициента теплопередачи снижается величина рекуперационной теплообменной поверхности практически на порядок, а за счет резкого снижения ( со ?1600С до 40-500С) температуры верха регенератора-рекуператора снижаются затраты тепла на процесс регенерации насыщенного абсорбента в 2-3 раза. Научные основы и предпосылки для создания технологической схемы (рис. 9), высокоэффективных массообменных аппаратов (абсорбера и регенератора) представлены выше.

Рис. 9. Схема циклического процесса абсорбционной очистки газов от органических примесей: 1 – абсорбер;2 – регенератор; 3 – холодильник регенерированного абсорбента; 4 – насос регенерированного абсорбента; 5 – холодильник дистиллята; 6 - кипятильник; 7 – насос насыщенного абсорбента

Исходя из вышеизложенного наиболее целесообразно использовать в качестве контактных устройств в абсорбционных аппаратах вновь разработанные и детально исследованные регулярные насадки, состоящие из пакетов ситчатых тарелок или пакетов гофрированной насадки. Эти насадки обладают высокоразвитой поверхностью контакта фаз и используют принцип концевого эффекта барботажа, что приводит к значительной интенсификации массообменных процессов. Использование разработанных контактных устройств приведет к значительному сокращению капитальных и эксплутационных затрат на проведение абсорбционной очистки газовых выбросов от органических растворителей.

Проведенная сравнительная оценка (таблица 11) экономической эффективности различных способов очистки газовых выбросов от органиче- ских растворителей показала, что с точки зрения окупаемости капиталовложений наиболее целесообразно использование предлагаемой схемы очистки с использованием в качестве абсорбента высококипящего органическо- го растворителя, а в качестве контактного устройства в абсорбере –разработанную регулярную модифицированную пакетную гофрированную насадку. Регенерацию насыщенного абсорбента проводят при совмещении процессов тепло- и массопереноса в одном аппарате, с теплообменником, встроенным в барботажный слой ступени контакта.

Таблица 11

Сравнительные технико-экономические показатели

рассматриваемых схем

п.п. Наименование

показателей Единицы

изм. Показатели

по вариантам

А Б В

1 Объем товарной продукции От.ед.?102 0,469 0,469 0,469

2 Эксплутационные расходы От.ед.?102 0,121 0,076 0,115

3 Чистая прибыль От.ед.?102 0,173 0,197 0,177

4 Удельные капиталовложения на приобретение оборудования От.ед.?102 0,079 0,068 0,018

5 Строительно-монтажные работы От.ед.?102 0,182 0,158 0,042

6 Суммарные затраты От.ед.?102 0,261 0,226 0,060

7 Окупаемость капиталовложений Лет 1,5 1,15 0,4

Примечание: А. "Классическая" схема абсорбционной очистки; Б. Конденсационный метод очистки; В. Предлагаемая схема абсорбционной очистки.

Разработано технологическое и аппаратурное оформление абсорбционного процесса очистки газовых выбросов от органических растворителей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Экспериментально установлено, что использование концевых эффектов барботажа является эффективным способом интенсификации массообменных характеристик абсорбционных систем. Исследования жидкофазной массоотдачи в барботажном слое, секционированном по высоте пакетом ситчатых тарелок и в слое модифицированной пакетной гофрированной насадки, состоящем из отдельных пакетов, показали, что объемный коэффициент массоотдачи (массопередачи) может быть существенно увеличен (до 5 раз) по сравнению с обычным барботажным слоем. Получены коэффициенты критериальных уравнений для расчета коэффициента жидкофазной массоотдачи и гидравлического сопротивления барботажного слоя, секционированного по высоте ситчатыми тарелками и в слое модифицированной пакетной гофрированной насадки.

2. Разработана математическая модель, устанавливающая взаимосвязь гидродинамических и массообменных характеристик с геометрическими параметрами предложенных контактных устройств, позволяющая определять рациональное сочетание технологических характеристик потоков и конструктивных особенностей контактных устройств с целью интенсификации абсорбционных процессов;

3. Предложена и проверена схема регенерации насыщенного высококипящего органического абсорбента при совмещении процессов тепло- и массопереноса в одном аппарате, в результате чего расход тепла на процесс регенерации снижается на порядок. Экспериментально доказана высокая эффективность теплообменника, встроенного в барботажный слой ступени контакта.

4. Получены зависимости для расчета основных гидродинамических и тепло- и массообменных характеристик ступени контакта фаз регенератора, позволяющие упростить инженерные расчеты данного процесса. Разработана математическая модель расчета тарельчатого регенератора и ее алгоритм, показана корректность описанной математической модели процесса и возможность использования ее для инженерных расчетов. На основе промышленных экспериментальных данных разработан инженерный метод расчета прямоточных распылительных десорберов.


загрузка...