Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Применение систем аналитических вычислений при моделировании систем с сосредоточенными параметрами . 12
1.1 Численные методы исследований. 16
1.2 Система аналитических вычислений . 19
1.3 Постановка задачи исследований. 21
1.4 Выводы к первой главе. 22
Глава 2.Моделирование вихревого эффекта. 23
2.1 Процессы, происходящие в вихревой трубе. 21 30
2.2 Образование противотока в вихрях. 32
2.3 Перенос тепла в вихревом потоке. ' 36
2.4 Особенности вихревого теплогенератора. 41
2.5 Математическое моделирование установившегося осе-симметричного течения с закруткой в вихревой трубе . 46
2.6 Выводы ко второй главе. 48
Глава 3. Математическое моделирование процесса в ректификационной колонне мини-нефте перерабатывающей установки . 49
3.1 Введение в проблематику. 49
3.2 Принцип работы мини-нефтеперерабатывающей установки . 51
3.2.1 Технологическая схема процесса. 51
3.2.2 Сопловая ректификационная колонна. 56
3.3 Математическое моделирование процесса в ректифи кационной колонне. 61
3.3.1 Постановка задачи. 61
3.3.2 Математическая модель процесса диффузии в ректификационной колонне. 61
3.3.3 Модель процесса ректификации в колонне. 65
3.4 Выводы к третьей главе. 68
Глава 4. Практическое использование устройств . 70
4.1 Вихревой тепловой генератор. 70
4.2 Мини-нефтеперерабатывающая установка с сопловой ректификациионной колонной . 76
4.2.1 Тепловая «рубашка» для ректификационной колонны. 82
4.3 Способ получения флотского мазута. 90
4.4 Выводы к четвертой главе. 94
Заключение. 96
Приложение
- Система аналитических вычислений
- Математическое моделирование установившегося осе-симметричного течения с закруткой в вихревой трубе
- Принцип работы мини-нефтеперерабатывающей установки
- Мини-нефтеперерабатывающая установка с сопловой ректификациионной колонной
Введение к работе
Моделирование и оптимизация процессов нефтеперерабатывающей промышленности является одной из основных задач эффективного и успешного развития топливно-энергетического комплекса. Как показывают исследования, принципиальные теоретические и экспериментальные вопросы в этой области успешно решаются. Их применение к решению конкретных задач при разработке, проектировании и создании промышленного образца устройства уже сегодня позволяет повысить эффективность производимых работ и технических характеристик устройств [1-6].
Физическое и математическое моделирование физикохими-ческих процессов нельзя осуществить независимо друг от друга. Математическое описание и математическая модель появляются в результате физического моделирования и понимания процессов. Поскольку математическое моделирование не является самоцелью, а служит средством для оптимального проведения процесса, результаты его используются для создания оптимального физического объекта. Ясно, что как математическое, так и физическое моделирование есть только этапы единого процесса -моделирования, цель которого - решение технических задач.
Показано, что наиболее полезную и интересную количественную информацию инженеры-исследователи при решении технических проблем нефтепереработки и нефтехимии могут получить применяя в сочетании методы физического и математического моделирования.
Во многих случаях для создания сложных математических описаний нет достаточной информации, и их применение не будет конкретным, кроме того нет уверенности, что сложные математические описания позволят с большей эффективностью решать технические задачи, чем простые.
Различают два принципиальных подхода к построению математических моделей технологических процессов: теоретический и формально-статический [3, 5, 6, 13].
В основе теоретического подхода лежит использование математических описаний физических и химических процессов, проходящих в моделируемой технологической установке. Такой подход наиболее правилен и универсален. Такая математическая модель, часто называемая кинетической, если она адекватна технологическому процессу, может быть использована для расчета практически неограниченного набора режимов. Часто встречающимся недостатком теоретического подхода является громоздкость и сложность математических описаний.
При формально-статическом подходе взаимосвязь входных, управляющих и выходных параметров технологического процесса в математической модели описывается с помощью заранее выбранного класса функций, структура которых не обусловлена физии-ческими или химическими законами. Простым примером такого подхода являются многомерные линейные регрессионные модели. Достоинство такого подхода - в простоте практической реалии-зации, недостаток - в ограниченности применения.
Математические структуры, входящие в математическое описание, используются для преобразования входных переменных в выходные.
Рабочий процесс многих теплотехнических аппаратов определяется в значительной мере гидродинамикой и теплообменом вращающихся потоков.
Движение свободной закрученной струи определяет процессы перемешивания реагентов в некоторых химических аппаратах.
Актуальность работы.
Вращательное движение потока жидкости находит все больше
и больше применений в технических устройствах преобразования энергии. Несомненный интерес представляет рассмотрение процессов превращения углеводородов в кавитационных активаторах.
В диссертационной работе проведен анализ вращательного движения потока жидкости и представлено математическое моделирование установившегося осесимметричного течения с закруткой в вихревой трубе. Разработаны математические модели процессов диффузии и ректификации, происходящих в сопловой ректификационной колонне, на примере мини-нефтеперерабатывающей установки.
Цель и задачи работы.
Целью работы является исследования процессов движения в сопловой ректификационной колонне мини-нефтеперерабатывающй установки и разработке на ее основе условий эффективного управления процессом разделения многокомпонентных жидких смесей.
Научные положения, выносимые на защиту:
математическая модель течения с закруткой в вихревой трубе, позволяющая определить распределение осевой и азимутальной скорости;
математическая модель процессов диффузии и ректификации в температурном поле ректификационной колонны мини-нефтепере-рабатывающей установки, позволившая определить эффективный режим ректификации;
моделирование конкурирующих процессов диффузии и ректификации при разделении нефти, позволяет прогнозировать объемные доли выхода светлых фракций нефтепродуктов.
Научная новизна состоит в:
определении поля скоростей в вихревой трубе сопловой ректификационной колонны мини-нефтеперерабатывающей установки;
установлении эффективного режима ректификации при наличии конкурирующего процесса диффузии в ректификационной колонне;
разработке и исследовании математической модели, протекающих одновременно и конкурирующих процессов диффузии и ректификации при разделении нефти в ректификационной колонне.
Достоверность и обоснованность научных положений и результатов исследований подтверждаются следующим:
корректностью применения апробированного математического аппарата (дифференциальных уравнений, уравнений математической физики);
согласованием результатов, вытекающих из предложенных математических моделей работы ректификационной колонны мини-нефтеперерабатывающей установки с реальными результатами исследований;
Практическая значимость:
разработана конструкция сопловой ректификационной колонны для мини-нефтеперерабатывающего устройства, обеспечивающей возможности интенсивного перемешивания встречно-направленных парожидкостных потоков и разделения основных компонентов паро-жидкостной смеси;
проведен расчет и сконструирована дополнительная тепловая «рубашка» снизу ректификационной колонны, позволившая без дополнительных энергозатрат увеличить степень извлечения светлых нефтепродуктов;
- разработана конструкция вихревого теплового генератора для нагрева жидкости без применения электрических, пламенных и других нагревателей. Устройство обеспечивает возможность вращательного перемещения потока жидкости в центробежном поле и преобразования части кинетической энергии вращательного движения в тепловую энергию.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались и обсуждались на XII Международной научной конференции «Машинстроение и техносфера XXI века», Севастополь, 12-17 сентября 2005г., 10-й юбилейной конференции—выставке Газ. Нефть. Хим., г.Саратов, 23-28 августа 2006г., Девятом Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (Осенняя - сессия) г.Волгоград - г.Волжский, 5-10 октября 2008г., на семинарах кафедры «Высшая математика» МГГУ и Военно-научного общества при ЦДРА (Министерства обороны Российской Федерации).
В первой главе дан литературный обзор по существующим методам математического моделирования физических процессов в устройствах нефтеперерабатывающей промышленности. Рассмотрены пути развития математического аппарата исследования. Анализ используемых методов и процедур позволяет выделить то большое значение, которое имеет сочетание численных и аналитических алгоритмов при решении конкретных задач. Сформулированы задачи для исследования математического моделирования процессов в ректификационной колонне.
Во второй главе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов, происходящих в вихревой трубе. Рассмотрены особенности процесса1 переноса тепла в вихревом потоке жидкостью или газом.
Сформулированы условия противотока в вихрях. Представлены профили скоростей свободных затопленных струй различной степени крутки.
Проведен анализ преобразования кинетической энергии вращения в тепловую энергию. Показано, что возможность управления процессами инициирования сброса избыточной внутренней энергии неравновесной системы при ускорении вращения тел технических размеров позволяет значительно расширить возможности вихревой энергетики.
Изложены основы вихревого теплового генератора для* нагрева жидкости без применения электрических, пламенных и других нагревателей.
Далее в работе исследуется математическое моделирование установившегося осесимметричного течения с закруткой на примере вихревой трубы или устройства входа в сопловую ректификационную колонну.
Третья глава посвящена математическому моделированию процесса в сопловой ректификационной колонне на примере мини-нефтеперерабатывающей установки (МНПУ), с объёмом переработки сырья до 50 тыс.тонн в год.
Подробно рассмотрен принцип действия мини-нефтеперерабатывающей установки и представлена технологическая схема разделения нефти в температурном поле. Процессы разделения смесей и получение индивидуальных веществ различной чистоты играют ключевую роль в современной нефтепереработке. Причем наблюдается ярко выраженная тенденция получения все более чистых веществ. Среди процессов разделения доминирующую роль играет ректификация и ее количественная доля составляет около 90%. Объясняется это достаточной универсальностью процессов
ректификации и способностью перерабатывать огромные массовые потоки вещества.
Представлен новый вид сопловой ректификационной колонны, позволивший реализовать гидродинамический принцип взаимодействия газа и жидкости на наклонных решетках и увеличить время прохождения парожидкостного потока через стабильную температурную зону, причем процессы теплообмена и массообмена оказались совмещенными в пространстве и времени.
Далее рассмотрено математическое моделирование процесса в ректификационной колонне на примере мини-нефтеперерабатывающей установки. Представлены математические модели про-цесссов диффузии и ректификации. Использование программы «MathGAD» и ее численной реализации позволило, определить* эффективный^ режим ректификации и выявить условия эффективного управления процессом разделения многокомпонентных жидких смесей.
В четвертой главе описаны результаты практического использования проведенных исследований представлен общий вид устройства для нагрева жидкости (Патенты РФ на полезную модель № 46837 и № 63037). Устройство обеспечивает возможность вращательного движения потока жидкости в центробежном поле и преобразования части кинетической энергии вращательного движения в тепловую.
Дана оригинальная конструкция мини-нефтеперерабатывающей установки с сопловой ректификационной колонной, предусматривающая ввод сырья в камеру по тангенциальной составляя-ющей с помощью «циклона» и сопла, установленного под углом (5-15) градусов к вертикальной оси ректификационной колонны для увеличения эффективности вращательного движения.
Представлена таблица технических характеристик устройства. Показано, что применение устройства дает возможность улучшить технико-экономические показатели процесса ректификации.
Для оптимизации работы основной ректификационной колонны и с целью улучшения технико-экономических показателей процессов нефтепереработки за счёт интенсификации массо- и теплообмена и тем самым увеличения степени извлечения светлых нефтепродуктов предложено оснастить нижнюю часть ректификационной колонны дополнительной тепловой рубашкой, выполненной в виде кожухов, произведён расчёт змеевикового подогревателя мазута в кубе колонны.
Система аналитических вычислений
Существует значительное число точных и приближённых методов решения задач статистической динамики. К ним относятся, в первую очередь, известные алгоритмы построения решений стохастических дифференциальных уравнений (СДУ); вычисление плотностей вероятности, удовлетворяющих уравнениям Фоккера-Планка-Колмогорова (ФПК-уравнениям); расчёт характеристических функций, управляемых интегро-дифференци-альными уравнениями Пугачева. При этом большая их часть требует проведения длинных математических выкладок (преобразований, приведения подобных, дифференцирований, интегриро-ваний, выделения коэффициентов, использования подстановок), выполнение которых вручную является сложной и небезошибочной процедурой; генерирования подпрограмм вычисления правых частей ОДУ для дальнейших численных расчётов; использования рациональной арифметики (арифметики бесконечной точности) и чисел с плавающей точкой нестандартной длины (более 20 знаков) и др. Поэтому естественными являются попытки использования систем аналитических вычислений (CAB) при решении задач статистической динамики и с ними связанных. Но ясно, что средствами CAB задачи статистической динамики от начала до конца решить не удаётся, поэтому приходится сочетать аналитические и численные части алгоритмов. Только из перечисления вышеуказанных методов и процедур можно усмотреть то большое значение, которое имеет разумное сочетание численных и аналитических алгоритмов при решении конкретных задач, а следовательно, и вопросов взаимодействия между ними.
Уже давно предпринимаются попытки автоматизировать процесс исследования стохастических систем (под автоматизацией здесь понимается создание программных систем, позволяющих существенно сократить долю ручного труда при решении сложных задач на ЭВМ). Это связано с тем, что число уравнений для параметров распределений во многих из вышеизложенных методов растёт с ростом размерности вектора состояния системы [19]. Здесь же стоит и проблема сокращения числа таких уравнений, т.к. их большое количество не позволяет применить на практике соответствующие методы и требует адекватного замыкания бесконечных систем уравнений на самом низком уровне.
Но до сих пор в связи с большими сложностями реализуются, в основном, методы, позволяющие находить самые простые числовые характеристики фазового вектора. К таким разработкам можно отнести реализации моментно-семиинвариантного метода {п 6) [20, 21], метода нормальной аппроксимации, различных модификаций и метода моментов и др. [22-26]. Для типовых нелинейностей разработано программное обеспечение автоматизации вычисления коэффициентов статистической линеаризации. С другой стороны, в последнее время делается упор на создание целых комплексов программ и интерактивных систем получения вероятностных характеристик (и в том числе плотностей распределения и вероятностей попадания в область). Ориентация при создании таких комплексов только на стандартное математическое обеспечение (языки Fortran, С, Assembler) ускоряет этап подготовки численных расчётов, но, по нашему мнению, ограничивает круг рассматриваемых проблем и не исключает более или менее значительного объёма ручной работы.
Использование систем аналитических вычислений позволяет расширить круг методов, доступных для автоматизированного применения, сократить временные затраты при вводе данных об исследуемом объекте, работать с математической моделью в символьном виде, выводить уравнения в каждом конкретном случае, что может приводить к существенному сокращению времени затрат процессора ЭВМ на этапе численных расчётов и др. Пока разработки с использованием CAB предназначены в основном для решения модельных и учебных задач [27].
Математическое моделирование установившегося осе-симметричного течения с закруткой в вихревой трубе
При тангенциальной подаче жидкости через улиточно-сопловый аппарат и постоянной закрутке значительно возрастает окружная составляющая скорости и возникают центробежные силы, прижимающие поток жидкости к стенкам и образующие тонкую пленку. Вдоль оси завихрителя образуется воздушный вихрь. Поскольку струя жидкости за счет центробежных сил вращения разрывается при образовании вихря, внутри самого вихря пониженное давление заставляет соприкасающуюся с ним поверхность жидкости интенсивно «закипать». Происходит непрерывный процесс образования кавитационных пузырьков по всей внутренней поверхности соприкосновения вихря со столбом жидкости. Образовавшиеся микроскопические пузырьки перемешиваясь насыщают жидкость и уносятся потоком дальше, а на их месте непрерывно образуются новые.
Сила поверхностного натяжения в таких пузырьках достигает величины 10 кг/см". При насыщении всей массы жидкости пузырьками в ней аккумулируется энергия сил их поверхностного натяжения, которая при схлопывании пузырьков преобразуется в тепловую энергию нагревая жидкость.
В кавитационной камере вихри в микроструях сопровождаются схлопыванием кавитационного пузырька и выходу внутренней энергии. Размеры кавитационных пузырьков порядка (1-И0) мкм, давление при разрыве соответствует 102-т-103 атм, а изменение температуры в микрообласти порядка 1000С и времени нагрева менее 1мкс. Несмотря на то, что локальные значения температуры и давления, достигаемые при схлопывании пузырька экстремальны, можно успешно контролировать протекание процесса. На интенсивность схлопывания пузырьков и следовательно, на характер процесса влияют такие факторы, как частота ультразвуковой волны, ее амплитуда, температура окружающей среды, статическое давление, природа жидкости и газа, растворенного в ней. Таким образом гидродинамическая кавитация возбуждает в жидкости акустические колебания в результате вихревых потоков, образуемых из быстро вращающейся струи.
На рис. 5 представлена блок-схема вихревого теплогенератора, состоящего из насоса, завихрителя, кавитационной камеры, гидротормоза и накопительного теплообменника. Кавитационная камера представляет собой цилиндрический стакан с двумя отсеками. В верхней части первого отсека кавитационной камеры установлено тормозное устройство, состоящее из нескольких диагональных ребер и закрепленное на перпендикулярно расположенном плоском круглом диске с отверстиями. В верхней части второго отсека установлена плоская решетка в виде сетки с суммарным проходным сечением не менее 50% от проходного сечения плоскости кавитационной камеры. Размещение в кавитационной камере гидротормоза приводит к возникновению интенсивных ультразвуковых колебаний, резонатором которых является цилиндрический стакан. Резонанс легко получается изменением длины кавитационной камеры и выбором точки расположения тормозного устройства. Кавитационный вихревой поток попадает на тормозное устройство, выполненное в виде нескольких плоских радиальных ребер, расположенных под углом а к вертикальной оси камеры. Подбором угла а создается возможность регулирования эффективности процесса передачи тепла от разрыва кавитационных пузырьков и изменения кинетической энергии потока струи. В соответствии с известными законами термодинамики изменяется механическая энергия жидкости, направленная на возрастание ее температуры [43, 44].
Сущность работы гидродинамического теплогенератора заключается в ускорении потока воды в улитке по направляющим лопаткам, с преобразованием поступательного движения на вращательно-поступательное, с образованием вихревого потока, поступающего в кавитационную камеру, и постоянном срабатывании полученной внутренней и кинетической энергии в тепловую на тормозных устройствах различных конструкций. При достижении величины давления насыщенных паров образуется кавитационная полость, в хвостовой части которой возникает поле микропузырьков. Кроме того, за счет закручивания потока происходит образование микровихрей, способствующих развитию кавитационных пузырьков. С выхода улитки вихревой поток тангенциально попадает в кавитационную камеру. Вода с большим запасом кинетической энергии попадает в тормозное устройство, где падает ее скорость и изменяется давление. Происходит схлопывание кавитационных образований, что соответственно приводит к дальнейшему повышению температуры жидкости. Далее вода приобретает только поступательное движение.
После прохождения тормозного устройства и второго отсека цилиндрического стакана вода через выходной патрубок попадает в теплообменник, в котором установлен датчик контроля и регулирования температуры.
Принцип работы мини-нефтеперерабатывающей установки
Процессы разделения смесей и получение индивидуальных веществ различной чистоты играют ключевую роль в современной промышленности. Причем наблюдается ярко выраженная тенденция получения все более чистых веществ. Среди процессов разделения доминирующую роль играет ректификация, и ее количественная, доля составляет около 90%. Объясняется это достаточной универсальностью процессов ректификации и способностью перерабатывать-огромные массовые потоки вещества.
В основе ректификации лежит возможность разделения веществ путем превращения их из жидкости в пар (испарение) и обратно (конденсация). Это происходит благодаря тому,, что каждое вещество имеет свое, отличное от других, давление насыщенных паров. Давление насыщенных паров вещества определяет его температуру кипения, содержание в смеси паров с другими веществами, иными словами — степень его летучести.
При кипении смеси двух веществ А и В в паровой фазе будет преобладать вещество А с более высоким давлением насыщенных паров, то есть более летучее, с меньшей температурой кипения. И чем больше летучего вещества А в исходной смеси, тем больше будет его содержание в парах. Если мы теперь сконденсируем паровую смесь в холодильнике, то полученная жидкость будет содержать больше летучего вещества А чем было его в первоначальной смеси.
На рис.6 представлена технологическая схема мини-нефтеперерабатывающей установки (МНПУ).
Исходное сырье из нефтяного резервуара поступает на приём насоса под давлением 1,5 МПа и подаётся в трубное пространство рекуператора переработанной нефти, где предварительно подогревается до 60-80С за счёт тепла нефти, отводимого от дефлегматора ректификационной колонны. Затем оно поступает последовательно в рекуператор дизельного топлива, а потом рекуператор мазута, проходящего через теплообменник, подогревается до 180-230С.
Подогреваемое сырьё направляется в трубчатую печь, где нагревается горелкой до температуры 330-360С, и далее поступает в среднюю часть ректификационной колонны. Из средней части колонны пары дизельного топлива- и промежуточных фракций (керосин, лигроин, уайт-спирит и т.п.) через слой насадки уходят вверх и конденсируются на полуглухой тарелке, откуда самотёком направляются в среднюю часть ректификационной колонны второй ступени.
Более тяжёлые дизельные фракции стекают вниз и, проходя через теплообменник, попадают в холодильник дизельного1 топлива, а затем направляются в товарную ёмкость дизельного топлива. Более лёгкие пары керосина проходят через полуглухую тарелку, через слой верхней насадки и поступают в трубный пучок дефлегматора, расположенного на верху колонны №2. В дефлегматоре происходит частичное охлаждение паров керосина за счёт воды, проходящей через межтрубное пространство дефлегматора, и таким образом расходом воды через дефлегматор регулируется глубина отбора (керосиновой) фракции, которая затем через холодильник керосина поступает в сырьевую ёмкость керосина.
Более легкие пары бензина проходят выше полуглухой тарелки колонны, через слой верхней насадки, поступают в трубный пучок дефлегматора, расположенного на верху колонны. В дефлегматоре происходит частичное охлаждение паров бензина за счет холодной нефти, подаваемой в межтрубное пространство дефлегматора, и таким образом расходом нефти через дефлегматор регулируется глубина отбора бензиновых фракций, т.е. температура конца кипения бензина и его процентный выход.
Наиболее высококипящая часть паров конденсируется в дефлегматоре, стекает вниз и создает орошение в слое насадки, в котором так же непрерывно осуществляется процесс ректификации (многократного испарения и конденсации), что позволяет получить бензиновую фракцию заданного состава.
После выхода из дефлегматора пары бензина направляются в трубный пучок бензинового холодильника, где конденсируются за счёт охлаждения оборотной водой, проходящей по межтрубному пространству, и охлажденный бензин направляется в товарную емкость бензина.
Мазут оставшийся после испарения из сырья бензиновых и дизельных фракций, собирается в нижней части колонны, снабжённой визуальным указателем уровня. По указателю уровня с помощью задвижки регулируется выход мазута из колонны, чтобы пространство нижней части колонны от её низа до насадки, всегда было заполнено на 50-60%, остальная часть мазута проходит через трубное пространство рекуператора мазута и направляется в ёмкость мазута.
Ректификационная колонна состоит из трёх секций: нижней, в которой накапливается мазут; средней, в которую подаётся нагретое сырьё; верхней, в которой происходит конденсация паров дизельного топлива и ректификация паров бензина до заданного фракционного состава.
Товарные ёмкости с бензином, дизтопливом, керосином и мазутом соединены трубопроводами с четырьмя раздаточными колонками. На линии каждой колонки установлен насос, фильтр и объёмный счётчик. Электроприводы насосов и вся пусковая аппаратура выполнены во взрывозащищённом исполнении.
Для работы нагревателя углеводородов предусмотрен бак с жидким топливом. Последнее по трубопроводу подаётся к печи и нагнетается в форсунку топливным насосом, который установлен на одной оси с воздушным вентилятором, нагнетающим воздух в топочное пространство печи. Расход воздуха для горелки регулируется шиберной заслонкой, установленной на всасывающей линии вентилятора. Расход горючего на горелку регулируется вентилем байпасной линии на выходе топливного насоса.
Мини-нефтеперерабатывающая установка с сопловой ректификациионной колонной
Нефтепереработка на сегодняшний день — это один из самых высокорентабельных, стабильных и быстро окупающихся производств. Анализ состояния топливно-энергетического комплекса России показывает, что создание и развитие нефтеперерабатывающих производств небольших мощностей (от 10 ДО 100 тыс.т перерабатываемой нефти или газового конденсата в год) -весьма актуально для планомерного развития экономики отдельных регионов, развития среднего и малого бизнеса. Создание таких предприятий позволит прш ограниченных капиталовложениях, которые под силу регионам и потенциальным потребителям, за относительно короткие сроки решить, проблему автономного обеспечения их моторными топливами и даст импульс для развития малого бизнеса в нефтепереработке [1, 2, 53].
Процессы разделения углеводородных смесей и получение нефтепродуктов различной чистоты играет ключевую роль в современной нефтеперерабатывающей промышленности. Причем наблюдается ярко выраженная тенденция к получению все более чистых веществ. Среди процессов разделения доминирующую роль играет ректификация. Объясняется это достаточной универсальностью процесса и возможностью перерабатывать большие объемы веществ. Ректификационные колонны обеспечивают совмещение процессов тепло- и массообмена в пространстве и времени [87-90, 98-102].
Существуют технологические схемы перегонки нефти, включающие две ректификационные колонны и систему теплообменников. В ректификационной колонне нисходящие потоки флегмы контактируют с восходящими потоками паров на поверхности насадочного материала. Перенос вещества между фазами идет непрерывно. Механизм процесса ректификации заключается в непрерывном изменении концентрации жидких и паровых потоков вдоль всей поверхности контакта фаз [56, 58, 102].
Принцип работы установки МНПУ-2 (рис.12) состоит в следующем - нефть из резервуара через сетчатый фильтр поступает на прием насоса и под давлением 0,6-0,7 МПа подается в распределительное устройство, где разделяется на два потока -первый и второй контуры. После отбензинивания и последовательного нагрева в трубном пространстве рекуператоров перерабатываемой нефти, дизельного топлива и мазута до 140-180 С нефть поступает в эвапорационное пространство ректификационных колонн первой ступени (далее по тексту описание схемы приведено по одному контуру рис. 13).
Технологическая схема установки МНГТУ-2 Пары дизельного топлива и промежуточных фракций (керосин), прошедшие слой насадки и сконденсировавшиеся на полуглухой тарелке, из средней части колонны самотеком направляются в среднюю часть ректификационной колонны второй ступени. Дизельная фракция отбирается снизу колонны второй ступени ректификации и через теплообменник и холодильник направляется в товарную емкость. Пары керосина поднимаются через полуглухую тарелку и насадку колонны, частично охлаждаются водой в трубном пучке дефлегматора, расположенного на верху колонны (расходом воды регулируют глубину отбора фракции), конденсируются в холодильнике и далее поступают в сырьевую емкость.
Пары бензина проходят полуглухую тарелку и слой верхней насадки колонны первой ступени и частично охлаждаются нефтью в дефлегматоре (расходом нефти регулируется глубина отбора бензиновых фракций). Наиболее высококипящая часть паров конденсируется в дефлегматоре, стекает вниз в виде орошения в слое насадки, где также непрерывно осуществляется процесс ректификации (многократное испарение и конденсация). Это позволяет получить бензиновую фракцию заданного состава. После дефлегматора пары бензина конденсируются в холодильнике-конденсаторе за счет охлаждения оборотной водой. Охлажденный бензин направляется в товарную емкость.
Мазут из нижней части колонны, отдав тепло поступающей на переработку нефти, направляется в товарную емкость. Кубовая часть колонны (от низа до насадки) на , 50-60% должна быть заполнена, для чего расход мазута регулируется по указателю уровня с помощью задвижки.
Товарные емкости бензина, дизельного топлива, керосина и мазута соединены трубопроводами с четырьмя раздаточными колонками (на схеме не указаны). На линии каждой из них установлен насос, фильтр и объемный счетчик. Электроприводы насосов и вся пусковая аппаратура выполнены во взрывозащищен-ном исполнении.
Жидкое топливо из бака нагнетается в форсунку печи топливным насосом, который установлен на одной оси с воздушным вентилятором, нагнетающим воздух в топочное пространство печи. Расход воздуха регулируется шиберной заслонкой, установленной на всасывающей линии вентилятора. Расход топлива регулируется вентилем байпасной линии на выходе топливного насоса.
Система оборотного водоснабжения состоит из емкости (60м ), насоса и соответствующих трубопроводов. При работе насоса вода непрерывно циркулирует через холодильники, а ее расход регулируется задвижками, установленными на входе дефлегматора и холодильников.
Для увеличения объема выпускаемой продукции установка МНПУ-2 выполнена двумя блочно-модульными контурами. Это позволяет также снизить энергозатраты и упростить конструкцию. Технические характеристики установки МНПУ-2 приведены в таблице 1.
