Константин Ефанов
Битумные окислительные колонны в блочном исполнении

1. Введение

В настоящее время отсутствует современная литература по проектированию битумных установок.

Основной монографией является устаревшая работа Гуна [1]. Имеются ряд публикаций, например, компании Shell [2]. Работа Гуна является обзорной по применяемым технологиям времен Советского Союза и не является монографией по проектированию.

Существует работа Капустина [3], в которой авторы подробно описали реакционный аппарат процесса Бутирокс и привели некоторые критически важные характеристики процесса, например, расход воздуха.

Данные по химизму процесса окисления приведены в общем виде [], указывается, что процесс можно описывать кинетическим уравнением первого порядка и указываются опытные данные в виде графиков. Этих данных по химизму процесса недостаточно для технологического расчета аппарата.

Данных по тепловому эффекту экзотермического процесса окисления гудрона в литературе не приводят. Однако, в работе Капустина [3] указывается об удельной энергии окисления углеводородов 200…1000кДж/кг.

Температура должна быть постоянной по высоте колонны и поддерживаться на оптимальном уровне в пределах 250°С [1].

Решение по отводу тепла с квенч-секцией, устанавливаемой в верхней части аппарата колонного типа является некорректным так как изменяет температуру по высоте колонны и вносит колебания и неравномерность в распределение температурного поля процесса. Сырье как правило должно подогреваться в трубчатой печи до рабочей температуры и поступать в аппарат с температурой 250°С.

Реакция окисления экзотермическая. Следовательно, от 250°С будет происходить разогрев до какой-то температуры, определяемой производительностью колонны и удельным тепловым эффектом реакции. Если принять 1000 кДж/кг [3] и относительно высокую суточную производительность колонны, разогрев может дойти до высоких температур, при которых сталь оболочки аппарата теряет свои механические свойства.

По результатам материального баланса определяется тепловая нагрузка на аппарата. А конечную температуру, до которой может произойти разогрев можно найти по выражению из баланса для гудрона:

Отрицательный знак в левой части указывает на экзотермическую реакцию окисления.

Тепловой эффект рассчитывается по средней теплоемкости в интервале так как применить степенную зависимость (на основе закона Нернста) нельзя за счет отсутствия справочных данных по коэффициентам в зависимости.

И тепловой эффект реакции окисления по разности энтальпий образования сырья и продуктов окисления посчитать не представляется возможным. Для этого необходимо знать точный состав гудрона и битума и считать вклад каждой фракции. Но состав гудрона различается в зависимости от условий его получения и от производителя. Существуют эмпирические брутто-формулы гудрона и битума. Однако, использовать эти брутто-формулы также некорректно.

Из выражения выше найдем конечную температуру, до которой может разогреться реакционная масса без охлаждения в зоне реакции:

Температура предположительно может возрасти и до 750°С. То есть при расчете теплообменного устройства необходимо задавать тепловую нагрузку охлаждения от этой умозрительной температуры 750°С до требуемой по процессу температуры 250°С.

Температуру необходимо отводить из зоны реакции.

Необходимо применить принцип конструирования ядерных реакторов, в которых графитовые стержни опускаются сразу в зону ядерной реакции и замедляют процесс.

В работе [4] приведен рисунок газжидкостного реактора с рубашкой. Такое конструктивное решение возможно не рационально для аппарата окисления гудрона. Более корректным выглядит расположение в зоне реакции змеевикового теплообменного утройства.

Для пустотелого аппарата колоннного типа возможно просто разместить внутри змеевик, для аппарата с внутренней коаксиальной трубой змеевик навивается на цилиндрические поверхности.

Важным критически является то, что нельзя реализовывать охлаждение через теплоообменный аппарат, установленный на трубопроводе внешней рециркуляции. Так как в этом случае по аппарату и трубопроводу потечет жидкая фаза с температурой свыше 700°С и конструкция обрушится, так как механические свойства стали критически ухудшатся.

Теплообменное устройство в зоне реакции позволит контролировать температуру в заданных пределах колебаний внутри зоны реакции и позволит контролировать процесс.

Конструктивное решение по внешней рециркуляции является некорректным и должно обосновываться только необеспечением времени пребывания за счет внутренней циркуляции в полом аппарате или аппарате с внутренней коаксиальной трубой.

Для этого выполняется расчет двух вариантов численным методом с получением диаграммы распределения скоростей потоков и распределения температур.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.