Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о

• Название: процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
• Анкор: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Дата: 05.05.2018
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Тип: Документы; #18896
• страница: 47 из 60

У p* ё

Для промежуточной области 0,2 < Re < 500 и | = 18,5/Re⁰'⁶. Уравнение (XVIII, 1) приходится решать методом последовательных приближений, так как заранее неизвестен режим осаждения и, следовательно, величина £. Чтобы избежать этого, уравнение (XVIII, 1) можно привести в результате преобразований к следующему виду:

(XVI 11,4)

I Re² = (4/3) Аг

где Аг = [g<i³ (p_r — р_ж) р_ж]/р² — критерий Архимеда.

Из уравнения (XVIII,4) можно определить граничные значения критерия Архимеда для разных режимов движения частиц:

Аг < 3,6

Ламинарный

Промежуточный . . 3,6 < Аг < 84 000 Турбулентный . . . Аг > 84 000

Это дает возможность сразу определить режим осаждения по величине критерия Архимеда, поскольку все входящие в него величины известны.

Из приведенных уравнений следует, что скорость осаждения возрастает с увеличением размера частиц, разности плотностей частиц и среды и с уменьшением вязкости среды. Поэтому в технике воздействуют на неоднородную систему с целью коагуляции (укрупнения) частиц: уменьшают вязкость среды, повышая температуру жидкости, или применяют маловязкие растворители.

Расчет отстойников. Рассмотрим работу горизонтального отстойника, схема которого приведена на рис. XVII1-2.

Рис. XVI11-2. Схема горизонтального отстойника для разделения суспензии:

I — ввод суспензии; II ^ вывод осветленной жидкости; /// — выгрузка осадка.

Жидкость, содержащая твердые частицы (или взвешенные частицы другой жидкости), движется в горизонтальном направлении со скоростью w, а частицы осаждаются со скоростью w_oc. Чтобы частицы успели осесть в отстойнике, необходимое среднее время пребывания жидкости в отстойнике т должно быть больше

времени осаждения частиц т_ос, т. е. т ^ т_ос. Среднее время движения жидкости в отстойнике

т = l[w — Vp/V

где Vp — рабочий объем отстойника; V — объемная производительность по исходной смеси; I — длина отстойника.

Максимальное время осаждения частиц

Т₀с hjwос

где h — высота отстойника.

Приняв во внимание условия работы отстойника в предельном случае при т_ос = т, получим

hjw ос = Ijw

или

tfh — w/w_oc

Объем прошедшей через отстойник жидкости составит

V

bhw =btw_oc Fw_0C (XVIII,5)

где F = Ы — площадь отстойника в плане.

Таким образом, производительность отстойника зависит только от скорости осаждения частиц w_oc и его площади в плане F. Необходимо помнить, что отстойник не должен быть слишком коротким, иначе слишком мало время движения жидкости в отстойнике т, и условие т 5= т_ос будет нарушено.

Чтобы сократить время отстаивания, кроме ранее упомянутых способов можно уменьшить высоту осаждения частиц h, устраивая в отстойнике горизонтальные перегородки, а также увеличивая действующую на частицы силу. Например, вместо силы тяжести используют центробежную силу.

Для разделения эмульсии (например, воды и нефтепродукта) применяют отстойник, схема которого приведена на рис. XVII1-3.

Смесь поступает в отстойник вблизи уровня раздела фаз, а уровень тяжелой жидкости (воды) поддерживается или регулятором уровня или сифоном («уткой»). Легкая жидкость (нефтепродукт) отводится сверху. Уровни тяжелой жидкости и легкой жидкости h_a и высота сливной трубы («утки») h связаны следующим уравнением, вытекающим из законов гидростатики:

(h hi) p_Tg — (h₂ hi) р_жg

Откуда высота сливной трубы

h —hi (l—Рж/Рт) + ^гРж/Рт (XVIII,6)

При разделении смесей нефтепродуктов и воды р_ж/р_т представляет собой плотность нефтепродукта по отношению к воде в рабочих условиях в аппарате.

Для запыленных газов объемные отстойники не применяют, за исключением специальных отстойных объемов, предусматриваемых в реакторах и других аппаратах для отделения крупных частиц.

Для обезвоживания и обессоливания нефти (до остаточного содержания воды не более 0,1% и солей не более 5 мг/л) широкое применение на НПЗ получили электродегидраторы различных конструкций, сочетающие обработку обводненной нефти в электрическом поле с разделением воды и нефти отстаиванием.

На рис. XVII1-4 показан горизонтальный электродегидратор конструкции ВНИИнефтемаша, рассчитанный на давление 1 МПа и температуру 100 °С. Диаметр аппарата 3,6 м, длина около 18 м, напряжение на электродах может достигать 44 кВ.

В таком аппарате водно-нефтяная эмульсия обрабатывается последовательно в трех зонах. В первой зоне, между маточником для ввода нефти и уровнем воды, эмульсия промывается водой, содержащей деэмульгатор. При этом из нефти отделяются наиболее крупные капли воды. Перемещаясь вверх, нефть попадает во вторую зону, находящуюся между уровнем воды и нижним электродом, где нефть подвергается воздействию слабого электрического поля. Затем в третьей зоне нефть попадает в сильное электриче-

852. 
     
     
853. 
     Рис. XVIIH. Горизонтальный электродегидратор:
     
854. 
     / — штуцер для ввода нефти; 2 — нижний маточник; 3 — нижний электрод; 4 — верхний электрод; 5 — верхний маточник; 6' — штуцер для вывода обессоленной нефти; 7 — проходной изолятор; 8 — подвесной изолятор; 9 — коллектор для дренирования воды.
     

ское поле между электродами, где от нефти отделяются наиболее мелкие капли воды.

Нижний и верхний маточники обеспечивают равномерное распределение нефти по поперечному сечению аппарата и небольшую скорость восходящего потока нефти, что создает хорошие условия для осаждения капель воды.

3797. 
      Основные типы отстойников, применяемых на нефтеперерабатывающих заводах для отделения нефтепродуктов от воды и шлама, рассмотрены ниже.
      
3798. 
      На рис. XVI11-5 показан нефтеотделитель, служащий для задержания и сбора нефтепродуктов, попавших в систему оборотного водоснабжения. Нефтеотделитель оборудован устройствами для сбора и отвода плавающего нефтепродукта и выпадающего
      
3799. 
      , з
      
3800. 
      Рис. XVIII-5. Нефтеотделитель:
      
3801. 
      1 — гидроэлеватор; 2 — лебедка; 3 — скребковый транспортер; 4 — поворотная труба для сбора нефтепродукта.
      
3802. 
      Рис. XVII1-6. Отстойник:
      
3803. 
      шлама. Типовые проекты нефтеотделителей разработаны институтом «Союзводоканалпроект» на производительность до 3160 м³/ч.
      
3804. 
      Отстойники (рис. XVII1-6) служат для более полного удаления нефтепродуктов и взвесей, а также для усреднения состава сточных вод. Отстойники изготавливаются из железобетона и оборудуются устройствами для сгребания осадка и сбора нефтепродукта. Диаметр отстойников 30 и 40 м, производительность 360 и 760 м³/ч. Расчетное время отстаивания около 6 ч, а остаточное содержание нефтепродуктов до 70 мг/л.
      

3. 
   ФИЛЬТРОВАНИЕ
   

3805. 
      Фильтрование — способ разделения суспензии, достигаемый пропусканием ее через пористую перегородку. Твердые частицы задерживаются перегородкой и образуют осадок, а прошедшая через перегородку жидкость (газ) называется фильтратом. С течением времени толщина слоя осадка увеличивается и сопротивление фильтра возрастает, а образовавшийся осадок выполняет роль фильтровальной перегородки. Эго обстоятельство часто используют, чтобы придать осадку специальную структуру, обеспечивающую задерживание мелких частиц. С этой целью в суспензию добавляют мелкие частицы другого материала (например, песок, кварц и др.), которые придают осадку жесткую пространственную структуру с мелкими порами.
      
3806. 
      В ряде случаев сама фильтровальная перегородка не обладает достаточной задерживающей способностью и для придания ей необходимых фильтрующих свойств на ее поверхность наносят слой осадка из вспомогательных веществ (кизельгура, диатомита, перлита и т. п.). Слой осадка из вспомогательного вещества, собственно, и является фильтровальной перегородкой, которая задерживает мелкие частицы суспензии (менее 1 мкм).
      
3807. 
      Образующиеся при фильтрации осадки могут быть сжимаемыми. Частицы сжимаемых осадков с увеличением давления деформируются, что приводит к уменьшению размеров пор. Форма и размеры частиц и пор несжимаемых осадков практически не зависят от давления.
      
3808. 
      По способу ведения процесса различают фильтры периодического и непрерывного действия. Процесс фильтрации в фильтрах периодического действия проводят до тех пор, пока не будет заполнена осадком рабочая камера фильтра или чрезмерно возрастет его сопротивление. В фильтрах непрерывного действия осадок непрерывно удаляется с фильтровальной перегородки.
      
3809. 
      Движущей силой процесса фильтрации является разность давлений, создаваемая по обе стороны фильтровальной перегородки. По способу создания движущей силы различают фильтры:
      
3810. 
      а) гидростатические;
      
3811. 
      б) под давлением;
      
3812. 
      в) вакуумные;
      
3813. 
      г) фильтрующие центрифуги.
      
3814. 
      На рис. XVIII-7 даны принципиальные схемы фильтров. Расчет процесса фильтрации. При фильтрации фильтрат движется через слой осадка толщиной 6 и фильтрующую перегородку (рис. XVIII-8). Скоростью фильтрации С называют объем фильтрата, прошедшего через единицу поверхности фильтрующей перегородки в единицу времени
      
3815. 
      Рис. XVIII-7. Принципиальные схемы фильтров по способу создания движущей силы: а — гидростатический; б — под давлением; в — вакуумный; г — центробежный; 1 — суспензия; 2 — осадок; 3 — фильтровальная перегородка; 4 — фильтрат.
      
3816. 
      С = VJFx (XVIII,7)
      
3817. 
      Перепад давления в слое осадка и на фильтровальной перегородке Ар — p_L — р₂ связан со скоростью фильтрации соотношением
      
3818. 
      C = Ap/R (XVIII,8)
      
3819. 
      где R — сопротивление при фильтрации.
      
3820. 
      Величина R включает сопротивление осадка R_oc и сопротивление фильтрующей перегородки „
      
3821. 
      R =--Р_ос + Р_ф.„ (XVI 11,9)
      
3822. 
      Сопротивление фильтрующей перегородки определяется ее конструкцией и не меняется в ходе процесса фильтрации. Сопротивление слоя осадка увеличивается по мере роста толщины слоя осадка б и может быть представлено следующим образом;
      
3823. 
      Roc= Росб (XVIII, 10)
      
3824. 
      где Рос — удельное сопротивление осадка, зависящее от его свойств. Для несжимаемых осадков рос = const, для сжимаемых р₀с зависит [от давления фильтрации.
      
3825. 
      Удельное сопротивление осадков определяют экспериментально. Если обозначить через х = V₀JV объемную концентрацию осадка в фильтрате, то можно записать следующее соотношение между толщиной осадка и этой характеристикой:
      
3826.