Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Основные проблемы энергосбережения и газоочистки 9
1.1. Энергосбережение при ректификации 9
1.1.1. Эксергетический метод термодинамического анализа 9
1.1.2. Основные способы экономии энергии 13
1.2. Задачи проблемы очистки газов от дисперсной фазы 15
1.3. Конструкции сепараторов 20
1.4. Математические модели и методы определения эффективности сепараторов 34
Выводы 43
ГЛАВА 2. Расчет и анализ теплотехнологическои схемы установки деметанизации в производстве этилена 44
2.1. Описание теплотехнологической схемы 44
2.2. Расчет тепловых потоков и модернизация теплотехнологической схемы 50
2.2.1. Основные задачи очистки газов 50
2.2.2. Модернизация теплотехнологической схемы 53
2.3. Анализ тепловых и эксергетических потоков
установки деметанизации 58
2.3.1. Методика проведения анализа 58
2.3.2. Результаты исследований 62
2.4. Технические предложения по энергосбережению 66
Выводы 69
ГЛАВА 3. Математическая модель очистки газов от дисперсной фазы 70
3.1. Вероятно-стохастическая модель 70
3.1.1. Эффективность сепарации по энергетическому методу в регулярной насадке 72
3.1.2. Математические модели очистки газов от аэрозольных частиц в дисперсно-кольцевых потоках 77
3.2. Определение параметров модели 83
3.2.1. Динамическая скорость при движении аэрозолей 84
3.2.2. Перепад давления в насадочных аппаратах 95
3.2.3. Задержка жидкости и коэффициент смачиваемости поверхности насадочного слоя 99
3.3. Расчет эффективности сепарации 102
Выводы 108
ГЛАВА 4. Модернизация теплотехнологическои схемы установки деметанизации и энергосбеежение 110
4.1. Конструкция и расчет сепараторов жидкой фазы из исходной смеси... 110
4.2. Конструкция и расчет сепаратора-маслоуловителя в холодильном цикле 118
4.3. Конструкция модернизированного сепаратора Е-214
узла осушки пирогаза 124
4.4. Энергосбережение после внедрения сепараторов 120
4.4.1. Экономическое обоснование сепараторов С-1, С-2, С-3 126
4.4.2. Экономическое обоснование сепаратора-маслоуловителя 127
4.4.3. Экономическое обоснование сепаратора Е-214 128
Выводы 128
Заключение 129
Список использованных источников
- Основные способы экономии энергии
- Расчет тепловых потоков и модернизация теплотехнологической схемы
- Математические модели очистки газов от аэрозольных частиц в дисперсно-кольцевых потоках
- Конструкция и расчет сепаратора-маслоуловителя в холодильном цикле
Введение к работе
Современные нефтеперерабатывающие, нефтехимические и химические предприятия являются крупными потребителями энергоресурсов всех видов. Большая часть энергосберегающих принципов в технологии нефте- и газопереработки должны закладываться на стадии научно-исследовательских и проектных разработок. В связи с этим при формировании заданий на проектирование обязательно должны определяться нормативные удельные энергоемкости продукции. Следующим фактором, определяющим энергосберегающую политику в производствах, служит совершенствование теплотехнологических схем и внедрение энергосберегающего оборудования, повышение надежности применяемых агрегатов, а так же эффективности проводимых технологических процессов. Важным элементом в этих мероприятиях является очистка газовых потоков от дисперсной фазы. Известно, что наличие дисперсной фазы вызывает повышение перепада давления, загрязнение поверхностей теплообмена и снижение эффективности проводимых процессов.
Аппараты для очистки газов от мелкодисперсной фазы являются важной составляющей частью при комплектовании технологической аппаратуры в теплоэнергетике, а также в газовой, нефтехимической, химической и родственным им отраслям промышленности. Различные тепломассообменные аппараты, сушилки, печи, диспергаторы, компрессора и многие другие виды оборудования не могут работать без эффективной системы газоочистки. Разнообразие условий работы установок и решаемых задач вызывают необходимость в создании новых конструкций газоочистительной аппаратуры и совершенствовании методов расчета их эффективности. К настоящему времени накоплен определенный опыт решений этих сложных задач. В многочисленных обзорах [1-7] приводятся результаты наиболее интересных зарубежных и отечественных работ в этой области. За последние годы опубликовано несколько монографий и справочников [8-12]. Однако, несмотря
на значительные достижения в теории и практике газоочистки остается ряд задач, требующих новых методов решения.
В диссертации рассмотрена теплотехнологическая схема узла деметанизации установки газоразделения в производстве этилена.
Установка газоразделения Э-100 в производстве этилена предназначена для выделения метано-водородной фракции (МВФ) из пирогаза, отбираемой с верха колонны, и включает в себя ректификационную колонну К-11. В колонне К-11 используется процесс ректификации. Перед колонной последовательно установлены холодильники Т-21, Т-22, Т-23А/Б, Т-25. Поступающий из узла осушки пирогаз последовательно проходит эти холодильники, в которых происходит частичная конденсация углеводородов, и образованная газожидкостная смесь поступает в кубовую часть укрепляющей секции метановой колонны. Таким образом, жидкая фаза в каждом холодильнике переохлаждается, и тем самым увеличивается нагрузка на последующий холодильник, а также в колонну поступает неразделенная газожидкостная смесь.
В данной работе предлагается рассмотреть возможность энергосбережения при работе холодильников - дефлегматоров на участке низкотемпературного разделения пирогаза путем включения после каждого холодильника сепаратора жидкой фазы.
Для исследования степени термодинамического совершенства промышленных объектов проводились расчеты и сравнительный эксергетический анализ (анализ материальных и энергетических балансов) существующей и предлагаемой модернизированной систем.
На поверхности теплообменных аппаратов (дефлегматоров колонны К-11) осаждаются масляные аэрозоли, попадающие в технологический цикл после узла компримирования. Аэрозоль коагулирует и осаждается на поверхности теплообменников. Масляная пленка создает дополнительное термическое сопротивление, что вызывает значительное снижение эффективности теплопередачи. Как следствие происходит недостаточное
охлаждение метановодородной фракции в дефлегматорах колонны, приводящее к потерям этилена.
Целью данной работы является;
Анализ тепловых и эксергетических потоков в тегаїотехнологическои схеме деметанизации в производстве этилена.
Энерго- и ресурсосбережение за счет модернизации тегаїотехнологическои схемы установки деметанизации с установкой сепараторов дисперсной фазы из газов.
Математическое моделирование и аппаратурное оформление очистки пирогаза и этилена-хладоагента от дисперсных частиц.
Снижение энергозатрат и потерь этилена за счет корректировки режима работы ректификационной колонны-деметанизатора К-11.
5. Повышение эффективности работы теплообменников-холодильников.
Научная новизна.
Выполнен анализ тепловых и эксергетических потоков в тегаїотехнологическои схеме узла деметанизации. На основе сделанного анализа разработан энергосберегающий вариант модернизации тегаїотехнологическои схемы с установкой аппаратов - сепараторов дисперсной фазы из газовых потоков и распределенного ввода исходной смеси по высоте колонны. Для определения эффективности сепараторов рассмотрена вероятностно-стохастическая модель и разработан метод определения ее основного параметра - скорости турбулентной миграции частиц. Получены уравнения для расчета эффективности сепарации крупных и мелких капель из газовой фазы в аппарате с регулярными и нерегулярными контактными элементами.
Практическая значимость.
Для решения задач энергосбережения на установке деметанизации разработана конструкция промышленного сепаратора с контактными устройствами жалюзийного типа для очистки пирогаза от дисперсной фазы перед подачей в ректификационную колонну, конструкция насадочного
7 сепаратора-маслоуловителя в этиленовом холодильном цикле, конструкция
сепаратора перед аппаратом осушки пирогаза.
Показано, что использование сепараторов в модернизированной теплотехнологической схеме обеспечит снижение энергетических затрат на 1830 МДж/ч и повышение эксергетического КПД на 9 %. При этом исключится загрязнение поверхности теплообменных труб дефлегматоров ректификационной колонны установки Э-100 масляной фазой, и как следствие, обеспечится нормальный температурный режим, снизятся потери этилена, исключатся внеплановые остановы для очистки теплообменников от масла.
Основные результаты, полученные лично автором.
Выполнен анализ работы холодильников участка низкотемпературного разделения пирогаза установки газоразделения Э-100. Сделан вывод о том, что сконденсированная жидкая фаза переохлаждается в каждом холодильнике, и тем самым увеличивается нагрузка на последующий холодильник, а также в колонну поступает неразделенная газожидкостная смесь.
Выполнен анализ работы теплообменников-дефлегматоров холодильного цикла. Сделан вывод о том, что масляная фаза, уносимая газовым потоком из узла компримирования, осаждается на поверхности теплообмена и вызывает снижение качества теплоносителей и получаемых продуктов.
Для решения данных проблем предложено установить сепараторы жидкой фазы после каждого холодильника на участке низкотемпературного разделения пирогаза и сепаратора-маслоуловителя для очистки этилена-хладоагента от масла в холодильном цикле после узла компримирования.
Проведен расчет тепловых потоков установки газоразделения. На основе выполненных расчетов сделан анализ тепловых и эксергетических потоков по элементам оборудования и систем в целом (как единый объект). Приведены эксергетические потоковые диаграммы существующей и предлагаемой модернизируемой системы. Представлены технические предложения по энергосбережению за счет модернизации теплотехнологической схемы.
Для расчета сепараторов разработан метод определения скорости
8 турбулентной миграции частиц в известной вероятностно-стохастической модели сепарации аэрозолей на контактных устройствах.
Разработаны конструкции вертикального сепаратора жалюзийного типа и маслоуловителя с насадками.
Апробация работы и научные публикации.
По теме диссертации опубликовано 12 работ (Межвузовский тематический сборник научных трудов «Тепломассообменные аппараты в химической технологии»; Научно-технический и общественно-информационный журнал «Энергосбережение в Республике Татарстан» и др.).
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской школе-семинаре под руководством РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», КГЭУ, г. Казань, 2002 г., 2004 г.; III Российской национальной конференции по теплообмену, МЭУ(ТУ), г. Москва, 2002 г.; XTV школе-семинаре под руководством РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», г. Рыбинск, 2003 г.; Аспирантско-магистерском семинаре. КГЭУ, г. Казань, 2003 г.; на Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-16 (г. Санкт-Петербург, 2003 г.), ММТТ-17 (г. Кострома, 2004 г.); V Международном Симпозиуме «Ресурсоэффективность и энергосбережение в современных условиях хозяйствования», г. Казань, 2004 г.
Работа выполнена в соответствии с НИОКР «Исследование и математическое моделирование сопряженных тепломассообменных процессов и процессов сепарации для теплоэнергетических установок» № 01200406196 по заданию Федерального агентства по образованию № 1.3.05 и руководства ОАО «Казаньоргсинтез».
В постановке задачи исследования и в выборе реализации методов ее решения принимал участие канд. техн. наук, доцент каф. «Процессы и аппараты химической технологии» Казанского государственного технологического университета (КХТИ) Фарахов М.И.
Основные способы экономии энергии
Ректификация является потенциально термодинамически обратимым процессом, то есть затраты на разделение при реальном процессе ректификации могут быть сведены к минимальной работе разделения, соответствующей обратимой ректификации. Эта минимальная работа, которая оценивает затраты непосредственно на процесс разделения [20], составляет незначительную долю от общих затрат энергии [21] в реальном процессе. Основные потери эксергии возникают вследствие термодинамической необратимости [22], то есть из-за: - конечной движущей силы между теплоносителем и кипящей жидкостью в кубе; - конечной разности температур и концентраций между потоками в колонне в точке ввода сырья и потоком сырья; - конечной и неравномерной движущей силы массопередачи.
Принципиальное устранение указанных потерь возможно лишь при обратимом ведении процесса, анализ которого выполнен в работах [23-27], а главный принцип - исчерпывание в каждой секции только одного компонента -защищен авторским свидетельством [28]. Обратимую ректификацию характеризует также подвод и отвод тепла по всей высоте бесконечно большой колонны для обеспечения фазового равновесия во всех ее сечениях, что требует в пределе бесконечно больших капитальных затрат.
Знание принципов обратимой ректификации привели к разработке энергоэкономичных ректификационных схем - комплексов с обратимым смешением потоков [23, 24, 28] и со связанными тепловыми потоками.
Оптимизация режимов работы может дать снижение энергозатрат до 10-30 %. Такими мероприятиями являются: - оптимизация давления, при котором проводится процесс разделения; - для некоторых типов контактных устройств поддерживать нагрузку по сырью, которая обеспечит наивысшую эффективность этих тарелок.
Оптимизация технологической схемы особо актуальна при разделении многокомпонентных смесей, когда применяют несколько связанных колонн. Снижение энергозатрат может достигнуть 20-60%. При оптимизации обычно решаются следующие задачи: - организация по высоте ректификационной колонны подвода и отвода тепла; -ввод питания в виде пара с предыдущей колонны, т.е. организация парциального дефлегматора в ней. - выбор тарелок питания; - модернизация установок газоразделения.
При разработке подобных технических решений рассматриваются варианты модернизации теплотехнологических схем, установка новых аппаратов разделения смесей, а также замена устаревших насадок и тарелок на новые элементы. Выполняется большой объем работ по расчету процессов разделения смесей на установках.
В связи с возросшим спросом на полиэтилен появилась необходимость увеличения мощности установок газоразделения на заводе «Этилен» ОАО «Казаньоргсинтез».
Для решения задач модернизации установок газоразделения выполнены гидравлические и технологические расчеты работы массотеплообменных колонн для процесса ректификации пирогаза. В результате анализа предложены технические решения по реконструкции и даны рекомендации по ведению технологического процесса.
В качестве примера в диссертационной работе рассмотрена более подробно работа установки газоразделения Э-100 узла деметанизации.
На установке Э-100 необходимо снизить тепловую нагрузку на теплообменники Т-22, Т-23А/Б и Т-25 для повышения эффективности процесса разделения в колонне К-11 за счет создания более благоприятного температурного профиля. Последнее позволит уменьшить расход орошения и снизить энергозатраты на разделение смеси.
Дополнительно необходимо установить маслоуловитель в холодильном цикле после узла компримирования для обеспечения нормальной работы узла деметанизации. Сепарация дисперсной фазы имеет большое значение при работе тепломассообменного оборудования. Очистку газов проводят с целью дальнейшего использования самого газа или содержащихся в нём примесей [29-31]. Промышленные газы содержат примеси в основном в виде твёрдых частиц или капелек жидкости, а также вредные газообразные продукты.
Жидкие примеси присутствуют в промышленных газах в виде брызг или туманов, т.е. взвеси в газе весьма мелких капелек (обычно меньше 1 мкм и до тысячных долей мкм), которые образовались в результате конденсации веществ, находившихся в газообразном состоянии [32]. Характерным примером промышленных газов с примесью капелек жидкости являются газы сернокислотного производства, содержащие брызги и туман серной кислоты; Улавливание этой взвеси из газов составляет необходимую стадию технологического процесса, так как ее дальнейший унос не самым лучшим образом сказывается на работе оборудования. Извлечение взвеси позволит получать дополнительно ценные продукты и является необходимой стадией перед дальнейшим использованием газа [5, 33].
Расчет тепловых потоков и модернизация теплотехнологической схемы
Мелкодисперсная фаза, попадая в рабочую среду, сильно ее загрязняет. И при движении такой загрязненной рабочей среды вдоль стенок аппаратов происходит осаждение мелкодисперсной фазы на поверхностях оборудования. Со временем количество этих отложений увеличивается вследствие коалесценции или коагуляции. То есть, при турбулентном движении потока рабочей среды мелкие капельки в результате поступательного и броуновского движений, ударов молекул, образования вихрей сталкиваются между собой, со стенками различного оборудования и образуют более крупный аэрозоль, прилипающий к стенке и увеличивающий тем самым толщину отложений. Наличие таких отложений и дополнительная фаза не лучшим образом сказываются на работе аппаратов.
Например, подобные проблемы наблюдаются на ОАО «Казаньоргсинтез», ОАО «Нижнекамскнефтехим» и других предприятиях, а также предприятиях теплоэнергетики при работе компрессоров при сжатии и транспортировании газов.
Одна из выше перечисленных проблем наблюдается на ОАО «Казаньоргсинтез» в производстве этилена при работе холодильников, расположенных на участке низкотемпературного разделения пирогаза (установка газоразделения Э-100), где необходима очистка газа на различных стадиях процесса, таких как:
1. Пиролиз этана в трубчатых печах. На данной стадии очистка газа от дисперсной фазы необходима из-за угрозы засорения горелок в пиролизных печах.
2. Компрессия и межступенчатое охлаждение пирогаза. Здесь необходима установка сепараторов для очистки газов в связи с тем, что работа компрессорного оборудования всегда сопровождается частичным уносом масляной фазы с газовым потоком. Образуется масляный аэрозоль (туман). Последующая коагуляция масла вызывает снижение качества теплоносителей и получаемых продуктов, а также эффективности работы теплообменных аппаратов вследствие дополнительного термического сопротивления на поверхности теплообмена. Кроме этого для очистки теплообменных поверхностей от масляной пленки несколько раз в год выполняются внеплановые остановы установки газоразделения, что ведет к сокращению выпуска этилена.
3. Щелочная очистка и осушка пирогаза. При работе узла очистки пирогаза от углекислого газа, сероорганических соединений и сероводорода при помощи 10 %-го водного раствора щёлочи с массообменных колонн происходит частичный унос жидкой фазы, которая далее поступает на узел осушки. Поэтому для повышения срока службы осушителей также необходима установка сепаратора для улавливания жидкой фазы.
4. Низкотемпературное разделение пирогаза. Поступающий из узла осушки пирогаз последовательно проходит холодильники, в которых охлаждается, а образованная газожидкостная смесь поступает в кубовую часть укрепляющей секции метановой колонны.
В качестве одного из этапов данной работы предлагается рассмотреть возможность энергосбережения при работе холодильников - дефлегматоров на участке низкотемпературного разделения пирогаза, представленных на рис. 2.2, путем включения после каждого холодильника сепаратора жидкой фазы.
В результате чего отсепарированная жидкая фаза в зависимости от ее температуры будет подаваться на соответствующие тарелки по высоте колонны. Таким образом, упадет нагрузка на холодильники и создастся более благоприятный температурный профиль в ректификационной колонне.
Схематично установка сепараторов представлена на рис. 2.3. Кроме энергосбережения обеспечится снижение потерь этилена вверху колонны с метано-водородной фракцией. Увеличится время бесперебойной работы оборудования, снизятся газовые выбросы на факел за счет стабильной работы установки. Кроме этого необходима установка маслоуловителей на трубопроводах товарного этилена.
Несмотря на то, что в «технологическую цепочку», состоящую из холодильников, мы дополнительно предлагаем установить «дополнительное сопротивление» (сепараторы С-1, С-2, С-З), перепад давления в линии не увеличится, и не будет соответственно увеличиваться нагрузка на привод компрессора, потому что AP G . А поскольку количество отведенной жидкости составляет 60 %, следовательно, из-за снижения расхода рабочей среды на каждый последующий теплообменник (вследствие отвода отсепарированной жидкой фазы) перепад давления будет уменьшаться:
Также предполагается установка сепаратора на установке Э-100 для очистки этилена-хладоагента от масла в холодильном цикле после узла компримирования (рис. 2.4), так как работа компрессорного оборудования всегда сопровождается частичным уносом масляной фазы с газовым потоком.
Это обеспечит более эффективную работу дефлегматоров колонны деметанизатора за счет очистки теплообменной поверхности от загрязнений. Так, наличие масляных аэрозолей вызывает снижение качества теплоносителей и получаемых продуктов. Масляная пленка создает дополнительное термическое сопротивление на поверхности и эффективность работы теплообменных аппаратов снижается [56].
Математические модели очистки газов от аэрозольных частиц в дисперсно-кольцевых потоках
Сепарация частиц на пленку жидкости на поверхности канала в общем случае может происходить в результате диффузионного и турбулентного осаждения, термо- и диффузиофореза. Влияние двух последних механизмов следует учитывать только при наличии в потоке значительных поперечных градиентов концентрации паров и температуры.
При развитом турбулентном движении газа коэффициент турбулентной диффузии частиц значительно превышает коэффициент броуновской диффузии и поэтому турбулентное осаждение является основным механизмом.
Известны различные теоретические модели турбулентного осаждения частиц на стенку (или пленку жидкости) каналов [9, 12, 31, 32, 35-38, 43, 47, 81-88].
В работе [9] в зависимости от принятого основного механизма эти модели подразделяются на пять групп:
1) свободно-инерционные, в основу которых положена концепция свободного инерционного выброса частиц из пристенных турбулентных вихрей;
2) конвективно-инерционные, которые связывают процесс осаждения с инерционными эффектами при вторжении крупномасштабных вихрей в пограничный слой;
3) подъемно-миграционные, связывающие осаждение с их подъемной миграцией и инертностью;
4) эффективно-диффузионные, исходящие из предположения, что в пристенной области коэффициент турбулентной диффузии частиц выше, чем газа за счет инертности;
5) турбулентно-миграционные, в которых учитывается турбулентная миграция частиц к стенке канала как следствие градиента амплитуды пульсационной поперечной составляющей скорости газа.
При турбулентном режиме движения газового потока с аэрозолями частицам необходимо преодолеть пограничный слой на стенке канала. Теоретически скорость осаждения будет определяться принятой моделью турбулентного пограничного слоя. Наиболее совершенной является модель Ландау-Левича, согласно которой в вязком подслое происходит постепенное затухание турбулентных пульсаций. С использованием уравнений данной модели в работах [31, 65, 89, 90] получено выражение для удельного потока частиц, 1/(м -с): где D — диаметр канала, м; n — численная концентрация частиц, м .
Как отмечается [9], формула (3.24) не подтверждается данными экспериментальных исследований, так как скорость диффузионного осаждения частиц не имеет существенного значения.
В практике очистки газов от мелкой дисперсной фазы наиболее существенное значение имеет турбулентно-инерционный механизм. Предполагается, что в этом случае на стенку осаждаются все частицы на расстоянии длины инерционного пробега: и их начальная скорость соответствует средней квадратичной скорости турбулентных пульсаций u4=0,9u , где ич - скорость частицы, м/с; d4 диаметр частицы, м или мкм; рч - плотность частицы, кг/м3; ц -динамическая вязкость газа, Па-с. Согласно данному механизму получено выражение [31,81]: n(u )2 J = (3.26) u + ш 21,75 П -НО -50,6 и — скорость газа, м/с; и - динамическая скорость газа, м/с.
Следует отметить, что перемещение частиц в поперечном направлении в ядре потока происходит за счет турбулентных пульсаций (турбулентно-миграционный механизм), а в непосредственной близости от стенки — инерционным механизмом под действием затухающих турбулентных пульсаций в пограничном слое. Интенсивность турбулентного осаждения характеризуется скоростью осаждения (турбулентной миграцией частиц, м/с): ut=J- (3.27) п -количеством частиц, осаждающихся на единице поверхности в единицу времени.
Отмечается [44, 91], что при турбулентном режиме в коротких трубах средняя скорость осаждения существенно ниже, чем в длинных. Это может объясняться влиянием входного нестабилизированного участка. Эффективность турбулентного осаждения частиц существенно зависит от состояния поверхности осаждения (шероховатости, наличия пленки жидкости и т.д.) [31, 39, 40, 92]. На сухой поверхности удерживаются частицы не более 5 мкм, а на хорошо смоченной до 20-50 мкм.
В работе [9] дана таблица с 20-ю формулами различных авторов для расчета приведенной скорости турбулентного осаждения частиц:
Для приближенной оценки интенсивности сепарации частиц на стенку (пленку) канала принимается [9], что в результате турбулентного перемешивания концентрация дисперсной фазы вдали от стенок (за пределами пограничного слоя) определяется только турбулентной миграцией и диффузией.
Рассмотрим вывод уравнения для расчета эффективности сепарации для насадочных сепараторов. При обтекании газа с дисперсными частицами элементов насадки на поверхности сепарируется дисперсная фаза за счет различных механизмов. При образовании жидкого аэрозоля на поверхности насадки будет образовываться пленка.
Конструкция и расчет сепаратора-маслоуловителя в холодильном цикле
В производстве этилена на установках газоразделения используются холодильные циклы для создания необходимых температур и давлений теплоносителей. Работа компрессорного оборудования часто вызывает попадание масляной фазы в газовую среду. Образуется масляный аэрозоль (туман). Последующая коагуляция масла на поверхностях теплообменных аппаратов повышает термическое сопротивление стенок и процесс протекает менее эффективно. Кроме этого для очистки теплообменных поверхностей от масляной пленки несколько раз в год выполняются внеплановые остановы установки газоразделения, что ведет к сокращению выпуска этилена.
Сепарация масляного тумана специальным аппаратом позволит исключить остановы оборудования и потери продукта, повысить эффективность теплообмена, что даст реальный экономический эффект около 200 тысяч евро в год. [132].
Высокая концентрация масляной фазы и наличие в очищающем этилене масляных частиц малого размера определяют принцип работы, конструкцию аппарата, а также выбор числа зон и контактных устройств в зонах.
В сепараторе предполагается использовать оригинальные контактные устройства, разработанные в Инженерно-внедренческом центре (ИВЦ) «Инжехим» (г. Казань) совместно со специалистами ОАО «Казаньоргсинтез» и ОАО «Нижнекамскнефтехим», - нерегулярную насадку «Инжехим-2000» и регулярную насадку «IRR», представленных на рис. 4.4 и рис. 4.5. [133-135]
Насадка «Инжехим-2000» отличается технологичностью изготовления, простотой конструкции и обеспечивает высокие массообменные характеристики и имеет низкое гидравлическое сопротивление. Характерной особенностью этой насадки является способность обеспечивать высокую разделяющую способность в широком диапазоне нагрузок как по газовой, так и по жидкой фазам. Кроме того, эта насадка способна работать с загрязненными средами. В табл. 4.1 представлены основные характеристики данной насадки.
Рулонная регулярная насадка «IRR» обеспечивает высокую разделяющую способность при низких плотностях орошения в аппаратах диаметром до 1,5 м, характеризуется низким гидравлическим сопротивлением. В табл. 4.2 представлены характеристики этой насадки.
В результате расчетов разработана следующая конструкция промышленного аппарата (рис. 4.6).
Маслоуловитель (рис. 4.6) представляет собой цилиндрическую обечайку (1) внутренним диаметром 1000 мм с эллиптическими днищем (2) и крышкой (3) и содержит три ступени очистки [76]. Высота аппарата составляет 4235 мм. Давление внутри аппарата 2,5 МПа.
Очищаемый этилен подается через верхний штуцер аппарата (А) и поступает в первую зону очистки. Первая зона расположена в верхней части внутренней обечайки внутренним диаметром 200 мм и включает в себя слой мелкой неупорядоченной насадки (4) («Инжехим-2000»), выполненной из листа нержавеющей стали толщиной от 0,3 до 1 мм и выше. Поверхность листа подвергнута специальной металлообработке, улучшающей растекание жидкости по насадке. Высота слоя составляет 350 мм. Гидравлическое сопротивление составляет 2,5 МПа. Значение удельной поверхности (м /м ) и з 3 свободного объема насадки (м /м ) представлены в табл. 4.1. Как показывают расчеты, эффективность сепарации при этом составляет 85,6 %.
