Материал: Проект битумной установки широкого профиля мощностью 190 тысяч тонн в год с расчётом реактора

Технологический раздел

Технологическая схема процесса и её описание

Аппараты: Р-1 - змеевиковый реактор, И-1 - испаритель, Т-1 -теплообменник, С-1 - сепаратор, Н-1, Н-2 - паровые насосы, Н-3 - центробежный насос, ВХ-1 - воздушный холодильник, СМ-1 - смеситель, П-1 - печь для нагрева гудрона, ПДГ - печь дожига газов окисления. Потоки: 1- топливный газ, 2- воздух, 3- гудрон, 4- пар, 5- соляр + газы окисления, 6- соляр, 7- промканализация, 8- битум.

Рисунок 1.5 - Технологическая схема битумной установки с реактором змеевикового типа

Гудрон из резервуара шестеренчатым насосам Н-1 с температурой 90 °С и давлением 1,5-6 МПа подается через теплообменник Т-1, где подогревается потоком уходящего с установки готового битума до 180°С, в тройник смешения. Одновременно в тройник смешения поступает рециркулят битума из нижней части емкости-испарителя И-1 с температурой 250° С. Смесь сырья с битумом электроприводным шестеренчатым насосом Н-3 с температурой 260 °С подается через смеситель СМ-1 в вертикальный трубчатый реактор Р-1. Одновременно с сырьем в смеситель СМ-1 подается сжатый воздух из сети воздушной компрессорной с давлением 6-6.5 кгс/см². В трубчатом реакторе Р-1 происходит процесс окисления гудрона кислородом воздуха при Т=230 °С, реакция окисления экзотермична. Для поддержания температурного режима в реакторе Р-1 предусмотрено сжигания топливного газа в топке реактора и нагрев реакционной массы за счет тепла дымовых газов. Из трубчатого вертикального реактора Р-1 продукты реакции окислении поступают в И-1, где происходит разделение смеси на жидкую и паровую фазу. Жидкая фаза - битум с температурой 250°С выводится из нижней части И-1 и откачивается паровым насосом Н-3, а балансовый избыток по уровню в испарителе И-1 откачивается паровым насосом Н-2 через теплообменник Т-1 в раздаточники битума, а часть в СМ-1, где происходит смешение. Паровая фаза - смесь газов окисления, паров воды и «черного соляра» с температурой 120-240 °С поступает по тепловым трубам в воздушный холодильник ВХ-1. Охлажденный до 45 °С поток из воздушного холодильника ВХ-1 поступает в вертикальный сепаратор С-1. За счет увеличения объема и снижения скорости происходит разделение жидкой и газообразной фаз. В низу сепаратора С-1 собирается вода и соляровая фракция. Вода дренируется в канализацию с температурой не выше 40 °С, а соляр выводится с установки. Газовая фаза из С-1 направляется на сжигание в печь дожига газов окисления, ПДГ, и далее в атмосферу с температурой не ниже 600 °С.

В печи дожига предусмотрено также сжигания газовой фазы от эстакады отгрузки битума.

Характеристика сырья и вспомогательных материалов

Таблица 2.1 - Характеристика исходного сырья и вспомогательных материалов.

Характеристика продукции

Таблица 2.2 - Характеристика продукции установки.

Материальный баланс установки

Составляем материальный и тепловой баланс трубчатого реактора непрерывного действия мощностью 190 тыс. т/г.

Исходные данные:

• - сырье - гудрон Аянской нефти при = 1,0002 г/м³ ;
• - марка получаемого битума БНД 60/90;
• - температура размягчения по кольцу и шару 51 ⁰С;

Условия процесса:

• - температура 270⁰ С;
• - давление 0,3 МПа;
• - удельный расход воздуха 100 м³/ч;
• - мощность установки М= 190000тыс. т/г;
• - годовой фонд времени Ф = 8000 ч.

Определяем производительность реактора по битуму, Gб, кг/ч:

G_б =; (2.1)

G_б = = 23750 кг/ч.

Определяем производительность реактора по сырью, G_f, кг/ч с учетом, что выход готового продукта составляет 96% масс, от гудрона [4]:

G_f = ; (2.2)

G_f = 24739,58 кг/ч.

Находим общий расход воздуха, G_возд., кг/ч:

G_возд.= (G_f q_возд. g_возд.)/ 1000, (2.3)

где q_возд - плотность воздуха равная 1,293 кг/м³;

g_возд - удельный расход воздуха, м³/т;

G_возд= 3198,82 кг/ч.

Находим количество азота, образующегося во время реакции окисления гудрона воздухом, G_N2, кг/ч:

G_N2 = 0,77G_воэд.; (2.4)

G_N2 = 0,773198,82 =2463,09 кг/ч.

Находим количество подаваемого кислорода, G_О2, кг/ч:

G_O2 = 0,23G_возд. ; (2.5)

G_O2 = 0,233198,82 =735,73 кг/ч

Количество остаточного кислорода в газах окисления, G'_О2 , кг/ч:

G'_O2 = 0,05 G_возд.; (2.6)

G'_О2 = 0,053198,82 =159,941 кг/ч.

Количество израсходованного кислорода, G``_О2 , кг/ч:

G``_О2 = G_О2 - G'_О2 ; (2.7)

G``О2 = 735,73 - 159,941 = 575,789 кг/ч.

Рассчитаем количество и состав побочных продуктов окисления, выходящих из реактора. Принимаем, что на образование СО₂ расходуется 30% масс. кислорода, а на образование Н₂О 65% масс. кислорода [4].

Количество образующегося диоксида углерода G_СО2 , кг/ч:

G_СО2 = 0,3G``_O2 М_СО2/М_О2 , (2.8)

где М_О2 и М_СО2 - молекулярные массы кислорода и диоксида углерода соответственно 32 и 44.

G_СО2 = 0,3575,789=237,51 кг/ч.

Количество образующейся воды G_Н2О, кг/ч:

G_Н2О = 0,65G``_O2М_Н2О/М_О2 , (2.9)

где М_Н2О и М_О2 - молекулярные массы воды и кислорода соответственно 18 и 32.

G_Н2О = 0,65575,789= 421,04 кг/ч.

Количество углеводородных газов, образующихся в процессе принимаем равными 3% масс., G_уг, кг/ч [4]:

G_уг = ; (2.10)

G_уг== 475 кг/ч.

Количество отгона принимаем равным 0,54% масс., G_отг, кг/ч [4]:

G_отг = ; (2.11)

G_отг = =128,25 кг/ч.

Материальный баланс реактора сведен в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Материальный баланс.