Проект улавливания бензольных углеводородов из газа

Для экономии тепла в схеме дистилляции бензола предусматривается значительный теплообмен. Масло после колонны раньше всего поступает в теплообменники, где передает значительную часть тепла насыщенному бензолом маслу, которое поступает в теплообменники, пройдя предварительно три нижних трубчатки дефлегматора.

Осуществляемая в теплообменниках теплопередача, помимо экономии тепла, имеет весьма важное значение. После теплообменников ненасыщенное масло поступает в оросительные холодильники, охлаждаемые водой, находящейся в замкнутом цикле, через градирню. Высокая температура масла и труб холодильников интенсифицирует процесс отложения солей на поверхности труб и ухудшает, поэтому теплообмен. Чем лучше охлаждено масло в теплообменниках, тем более длительное время сохраняется в чистоте поверхность труб и тем, следовательно, эффективнее работа холодильника. От работы последнего зависит температура масла и, следовательно, в значительной мере полнота улавливания бензола в скрубберах.

Насыщенное масло после теплообменников поступает в паровой подогреватель и от туда - в бензольную колонну.

С третьей верхней тарелки колонны незначительное количество масло (около 1% от подаваемого) непрерывно отводится в паровой регенератор. Из регенератора полимеры периодически спускают в сборник.

Основные факторы, определяющие состав первого и второго бензола, - температуры паров после дефлегматора бензольной колонны и наверху разделительной колонны, а также орошение последней рефлюксом.

Состав паров, выходящих из дефлегматора, определяется температурой, составом поглотительного масла и сырого бензола. Поэтом связь между температурой и составом паров может быть дана только приближенно.

Температура паров Отгон сырого бензола

после дефлегматора до 180°, %

94 88 - 92

92 90 - 93

91 92 - 94

90 94 - 95

89 95 - 96

Для того чтобы содержание сольвент - нафты во втором бензоле небыло велико, температуру паров после дефлегматора следует поддерживать в приделах 89 - 90°.

Между температурой верха разделительной колонны, количество рефлюкса и температурой конца кипения первого бензола, определяемой лабораторной разгонкой и характеризующей содержание тяжелой бензола в первом бензоле, существует примерно следующая зависимость:

Температура на верху разделительной колонны, °: 84-85; 82-84; 80-82; 78 - 80.

Рефлюксное число: 1-2,0; 2,0-3,0; 3-4; 4-5.

Конец кипения первого бензола, °: 165-175; 155-165; 145-155; 140-150.

Источниками тепла, позволяющими подавать требуемое количество рефлюкса являются, тепло конденсации водяных паров паровой смеси, поступающей в разделительную колонну из дефлегматора бензольной колонны, и глухой пар, подаваемый в змеевики разделительной колонны.

Тепла конденсации водяных паров в разделительной колонне оказывается достаточно для того, чтобы поддерживать рефлюксное число порядка 2 - 2,5.

Чтобы поддерживать рефлюксное число, в змеевики тарелок разделительной колонны должен подаваться глухой пар, количество которого определяется из соотношений между теплотой испарения бензола и теплотой конденсации водяного пара (соответственно 85 и 500 ккал).

В соответствии с этим на каждую тонну полученного первого бензола при рефлюксном числе в разделительную колонну подается 300 - 400 кг пара.

Выход первого и второго бензолов зависит от состава сырого бензола (содержание в нем смолообразующих соединений, ксилола, сольвентов и т.д.), а также от качества поглотительного масла (наличие в нем нафталина и легкокипящих погонов), работы дефлегматора и разделительной колонны. Поэтому выходы первого и особенно второго бензола могут колебаться достаточно заметно. В среднем можно считать, что выход первого бензола должен составлять 88 - 90%, второго 10 - 12%.

При неправильно отрегулированном режиме процесса разделения сырого бензола на первый и второй их выходы могут колебаться очень сильно. [9]

1.3 Основное оборудование для улавливания бензольных углеводородов

Бензольные углеводороды на коксохимических производствах улавливают из коксового газа поглотительным маслом под атмосферным давлением в скрубберах, последовательно включенных с соблюдением принципа противотока газа и масла. Применяются скрубберы различных конструкций, к ним предъявляются следующие требования: поверхность контакта газа и масла в них должна быть максимальной, а размеры аппарата и затраты материалов на его изготовление, а также затраты энергии на преодоление сопротивления газа и перекачку масла должны быть минимальными.

При улавливании бензольных углеводородов из газа под атмосферным давлением наибольшее распространение получили насадочные скрубберы с деревянной хордовой и металлической спиральной неподвижной насадками.

Скруббер представляет собой клёпанный или сварной стальной цилиндр диаметром до 4,5м и высотой до 42м (размеры определяются в зависимости от нагрузки по газу). Для увеличения поверхности контакта газа и масла скруббер заполняется в несколько ярусов насадкой имеющей большую удельную поверхность. В верхней части скруббера расположены оросительное устройство для равномерного распределения масла по всему сечению скруббера и штуцер для выхода газа, в нижней - штуцер для входа газа и сборник для приема, стекающего с насадки насыщенного масла со штуцерами для откачки и аварийного перелива, а также устройство для автоматического поддержания уровня масла.

Каждый ярус насадки уложен на опорной конструкции, состоящей из швеллерных балок, прикрепленных к корпусу скруббера.

Над оросительным устройством находится осушающая насадка.

Скрубберы могут иметь различные оросительные устройства и сборники для масла. Сборник от масла изолирован от газовой части сплошным днищем. Оросительное устройство состоит из одной форсунки, расположенной по оси скруббера.

Наиболее распространенным наполнителем для бензольных скрубберов является деревянная хордовая насадка. Она изготовляется из деревянных, расположенных вертикально, рабочих и опорных реек между которыми проложены прокладки, скрепленные стальными болтами в отдельные пакеты. Из них собирают круги. Для уменьшения нагрузки на нижние круги насадку укладывают отдельными ярусами; количество кругов в одном ярусе обычно не превышает 20 - 21.

При укладке два рядом лежащих круга располагают по отношению друг к другу под углом 90 или 45°, что способствует лучшему перемешиванию газа с орошающей его жидкостью.

Обычно для бензольных скрубберов применяют насадку с размерами рабочих реек 120*10 мм и зазором между ними 19 мм.

Поверхность 1 м і объёма, занятого такой насадкой, равна 46,5 м І, вес 1 м і насадки - 214 кг. Более разреженная насадка применяется редко.

Изготовляется насадка из сосны, реже - из ели. Размеры и вес деревянной насадки определяется диаметром скруббера.

На ряде коксохимических заводов и за границей применяют скрубберы с металлической спиральной насадкой. Такая насадка изготовляется из стальной оцинкованной ленты, имеющей ширину 9,5 мм и толщину 0,25 мм. Диаметр спирали - 19 мм, шаг - 25 мм. Число витков в каждой спирали - около 15. Поверхность 1 м і такой насадки равна 130 м І. Вес 1 м і насадки равен 104 кг.

Металлическая спиральная насадка укладывается в скруббере ярусами; каждый ярус занимает высоту около 3м. При такой укладке насадка сжимается на 10 - 15 % своего объёма в свободном состоянии. Каждый ярус насадки располагается на металлической решетке, которая в свою очередь укладывается на швеллерах. Скрубберы с металлической насадкой проектируются меньшей высоты, но большего диаметра. При расчёте таких скрубберов исходят из нормы поверхности орошения, равной 1,26 м І на 1 м і газа в час. Сравнительные данные, которыми характеризуются скрубберы с деревянной хордовой насадкой и скрубберы с металлической насадкой при одинаковом расходе коксового газа приведены в таблице 1.1.

Для осушки коксового газа в верхней части бензольных скрубберов, над оросительным устройством, укладывают слой из керамических колец размерами 25х25х3 мм. Высота слоя осушающей насадки составляет от 300 до 700 мм.

Таблица 1.1 - Сравнительные данные скрубберов с различным типом насадки

Для распределения поглотительного масла по всему сечению скруббера применяются оросительные устройства, наиболее распространенными из которых являются центральное оросительное и форсуночное.

Центральное оросительное устройство отличается простотой конструкции и практически не нуждается в чистке, однако жидкость распределяется им недостаточно равномерно.

При установке форсуночного оросительного устройства жидкость распределяется значительно лучше, чем при распределении ее с помощью центрального оросительного устройства, что очень важно для скрубберов большого диаметра. Количество форсунок для одного скруббера принимается в зависимости от его диаметра и расхода жидкости.

В нижней части скруббера собирается стекающее с насадки масло, которое затем центробежным насосом подаётся в следующий скруббер или в сборник насыщенного масла.

Насадочные абсорберы.

За рубежом применяются скрубберы с насадкой “Интос”, выполненной из металлических сеток в виде полос, связанных в пакеты. Поверхность орошения 1 м3 такой насадки равна 160 м2. Благодаря малой толщине полос и относительно большому зазору между ними свободное пространство для прохода газа составляет около 95 %. В связи с этим при эквивалентной поверхности орошения сопротивление проходу газа в таких скрубберах значительно меньше, чем в скрубберах, заполненных хордовой или спиральной насадкой. Поскольку удельная поверхность насадки “Интос” большая, размеры скруббера и его вес невелики.

Минимальное сопротивление проходу газа наблюдается при плоско - параллельной насадке скрубберов, выполняемой из вертикально расположенных лент или листов.

Кроме скрубберов с неподвижной насадкой, применяются другие, более эффективные аппараты. К ним относятся многоступенчатые скрубберы.

Насадочный многоступенчатый скруббер состоит из нескольких секций, заполненных хордовой насадкой или кольцами Рашига (Лессинга, Паля и др.). Секции расположены одна над другой либо рядом. Каждая секция орошается отдельно, благодаря чему осуществляется многократная циркуляция поглотительного масла, что улучшает орошение насадки и повышает интенсивность улавливания бензольных углеводородов на единицу её поверхности.

В каждой секции форсуночного многоступенчатого скруббера установлены распылительные форсунки для поглотительного масла. Благодаря отсутствию насадки сопротивление проходу газа в таком скруббере значительно меньше, чем в насадочном. Масло циркулирует так же, как и в насадочном многоступенчатом скруббере. Необходимая поверхность контакта между газом и маслом достигается за счёт тонкого распыления масла.

За границей на некоторых заводах применяется установка Вильпута с двумя форсуночными абсорберами, имеющими по три оросительные камеры без насадки. В верхнюю камеру масло подается насосом, а в две последующие поступает самотеком. Необходимое давление для распыления жидкости в верхней камере создается за счет напора насоса, а в остальных двух - за счет достаточной высоты патрубка, на котором закреплен специальный разбрызгиватель.

В каждой секции вихревого многоступенчатого скруббера уложена специальная насадка из металлических листов с большим количеством отверстий, собранных в сегментные пакеты с деревянными прокладками, создающими зигзагообразные проходы для коксового газа и жидкости. Между секциями насадки расположены днища, которые служат для равномерного распределения жидкости по сечению скруббера и для завихрения газа с помощью специальных патрубков. Масло подается в верхнюю часть скруббера и самотеком перетекает из одной секции в другую.

Благодаря завихрению газа и равномерному распределению по сечению скруббера орошающей жидкости, а также применению более эффективной насадки достигается хороший контакт между газом и жидкостью. Однако сопротивление проходу газа в таком аппарате больше, чем в насадочном скруббере.

1.4 Выбор насадки

Насадочные абсорберы (колоны, заполненные насадкой - твердыми телами различной формы) получили широкое распространение в промышленности.

Основными достоинствами насадочных колонн являются:

1) простота устройства;

2) низкое гидравлическое сопротивление.

Недостатки: 1) трудность отвода тепла и 2) плохая смачиваемость насадки при низких плотностях орошения. Отвод тепла из этих аппаратов и улучшение смачиваемости достигаются рециркуляцией абсорбента, что усложняет и удорожает абсорбционную установку. Для проведения одного и того же процесса требуются насадочные колоны обычно большего объема, чем барботажные. Насадочные колоны мало пригодны при работе с загрязненными жидкостями. При выборе насадки часто стремятся получить наибольшую геометрическую поверхность в единице объема. В свете исследования активных поверхностей это не всегда оказывается правильным, поскольку при загрузке внавал активная поверхность мало зависит от размеров насадки. При более крупной насадке возможно применение высоких скоростей газа, поэтому часто она оказывается более эффективной чем мелкая, это особенно заметно при абсорбции хорошо растворимых газов, при абсорбции плохо растворимых газов более подходящей может быть и более мелкая насадка.

При выборе насадки необходимо учитывать допустимое гидравлическое сопротивление. При работе под близким к атмосферному, гидравлическое сопротивление должно быть минимальным, в этом случае предпочтительнее регулярные насадки. К которым относится деревянная хордовая насадка.

В коксохимическом производстве наиболее важным параметром является гидравлическое сопротивление насадки. Так как в коксохимическом производстве перерабатываются большие объемы газа и даже при незначительном увеличении гидравлического сопротивления резко увеличиваются энергозатраты на транспортировку газа через аппаратуру цеха химулавливания.

В связи с этим на коксохимическом производстве выбирают насадку с наименьшим сопротивлением. К таким насадкам относится деревянная хордовая насадка.

1.5 Тарельчатые абсорберы

Значительный интерес для совершенствования технологии улавливания бензольных углеводородов из коксового газа представляют помимо насадочных скрубберов применение тарельчатых абсорберов. Однако их применение в коксохимической промышленности пока ограниченно из - за высокого гидравлического сопротивления. Тарельчатые абсорберы экономически выгодно применять на тех коксохимических заводах, где бензольные углеводороды улавливают из коксового газа под давлением.

Абсорбер с колпачковыми тарелками характеризуется повышенным сопротивлением проходу коксового газа. Масло подается в верхнюю часть аппарата и перетекает с тарелки на тарелку навстречу потоку газа. Необходимый контакт между жидкостью и газом достигается за счет барботажа газа через слой жидкости на каждой тарелке. Такие абсорберы применяют при улавливании бензольных углеводородов под давлением.

Абсорбер с тарелками Киттеля. Тарелки представляют собой горизонтальные решетки из наклонно расположенных металлических полос. Наклон полос чередуется таким образом, чтобы на одной тарелке он был направлен к центру тарелки, а на следующей -- от центра. Масло, стекающее сверху с тарелки на тарелку, благодаря чередованию наклона полос, перемещается по тарелкам от центра к периферии и наоборот. Этим достигается хороший контакт между газом и жидкостью.

Применяется и другая конструкция тарелки Киттеля. Последняя состоит из верхней и нижней решеток, расположенных наклонно в различном направлении. На верхней решетке жидкость стекает к стенке колонны, а на нижней -- наоборот. Никаких специальных перетоков для жидкости в тарелке нет, благодаря чему массообмен происходит по всему сечению абсорбера.

Абсорбер - с провальными тарелками. Тарелки представляют собой плоские горизонтальные решетки с круглыми или щелевидными отверстиями.

Площадь отверстий равна 20--30% от общего сечения абсорбера. Газ, проходя через отверстия решеток навстречу потоку масла, создает на каждой тарелке слой подвижной пены, благодаря чему получается большая, все время обновляющаяся поверхность контакта между газом и жидкостью. Эффективность таких аппаратов значительно больше, чем насадочных, но они имеют повышенное сопротивление проходу газа.

Абсорбер с ударными тарелками. Тарелки в аппарате представляют собой два горизонтальных перфорированных листа, расположенных близко один над другим так, чтобы против отверстий нижнего листа находились перегородки верхнего. В 1 м2 6000--З0000 отверстий. Газ, проходя с большой скоростью (30 м/сек) через отверстия нижнего листа, ударяется в перегородки верхнего листа, благодаря чему множество газовых струй и капель масла завихряется. Это обуславливает тесный контакт жидкости и газа.

Описанные скрубберы с деревянной хордовой или металлической спиральной насадкой имеют очень большие размеры, поэтому для изготовления их требуется много материала. В настоящее время предложены конструкции более эффективных скрубберов, в том числе насадочных, которые при той же производительности имеют значительно меньшее размеры.[2,3,4]

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Характеристика готового продукта и сырья

Сырой бензол извлекается из прямого коксового газа абсорбцией органическими поглотителями. Сырой бензол представляет собой сложную смесь химических (ароматических) соединений, главными из которых являются бензольные углеводороды (бензол и его гомологи), их содержание составляет 80--90 %. В качестве примесей в сыром бензоле содержатся непредельные и сернистые соединения, фенолы, пиридиновые основания и др. При улавливании бензольных углеводородов из коксового газа поглотительными маслами в сыром бензоле содержатся легкие погоны поглотительного масла и нафталин.

Сырой бензол получают в бензольном отделении цеха улавливания методом дистилляции обензоленных поглотительных масел. Выход сырого бензола составляет 0,8--1,2% от массы сухой шихты. Содержание паров бензольных углеводородов в прямом коксовом газе колеблется в пределах 30--40 г/мі.

Сырой бензол представляет собой прозрачную легкоподвижную жидкость слабо-желтого цвета, быстро темнеющую при хранении в результате окисления и полимеризации непредельных соединений в смолистые вещества. Плотность сырого бензола колеблется в пределах 845--920 кг/мі. Следовательно, он значительно легче воды. В воде сырой бензол практически не растворяется и легко от нее отстаивается. Средняя молекулярная масса сырого бензола 83. Сырой бензол легко воспламеняющаяся жидкость, горит коптящим пламенем. Пары сырого бензола с воздухом образуют взрывоопасную смесь при следующих пределах концентрации, % (объемн): нижний 1,4 и верхний 7,5.

Качественная характеристика сырого бензола определяется величиной отгона до 180 °С. Чем больше количество отгона до 180 °С, определяемое лабораторной разгонкой, тем выше качество сырого бензола. Хороший сырой бензол должен иметь величину отгона до 180 °С не менее 92--95 %. Остаток сырого бензола, кипящий выше 180 °С, представляет собой поглотительное масло и нафталин (сольвент-нафту). При улавливании бензольных углеводородов из коксового газа каменноугольным маслом сырой бензол получается более тяжелым, т. е. с меньшим содержанием отгона до 180 °С по сравнению с сырым бензолом, полученным при применении солярового масла (соответственно 89--91 и 90-- 92 %). Следовательно, качество сырого бензола в значительной мере определяется качеством применяемого поглотительного масла.

На коксохимических заводах получают сырой бензол трех марок: сырой бензол (БС), отгон до 180 °С составляет 91--95 % (объемн.); первый бензол (Б-1), отгон до 150 °С составляет 95--97 % (объемн.) и второй бензол (Б-2), кипящий в пределах 150--200 °С. Качество сырого бензола нормируется техническими условиями.

Характеристика сырого бензола марок БС, Б-1, Б-2:

Сырой бензол сам по себе не находит практического применения и подвергается дальнейшей переработке в цехе ректификации для получения чистых продуктов.

Состав и свойства коксового газа

В процессе высокотемпературного коксования угольных шихт в коксовой камере наряду с коксом образуются летучие химические продукты, представляющие собой сложную неоднородную систему, состоящую из газообразных и парообразных веществ, являющихся продуктом термического разложения каменных углей. Основными летучими продуктами высокотемпературного коксования являются: коксовый газ, пирогенетическая вода, нафталин, аммиак, сероводород (и др. сернистые соединения), цианистые соединения, бензольные углеводороды (сырой бензол), высокотемпературная каменноугольная смола и др.

Смесь паро и газообразных продуктов коксования, выходящих из коксовых камер в газосборники, образует так называемый прямой коксовый газ. Он содержит следующие количества химических продуктов, г/мі:

Пары воды (пирогенетической и влаги шихты) 250 - 450

Пары смолы 80 - 150

Бензольные углеводороды 30 - 40

Аммиак 8 - 13

Нафталин до 10

Сероводород 6 - 40

Цианистый водород 0,5 - 2,5

Кроме того, в состав прямого коксового газа входят сероуглерод (СS2) сероксид углерода (СОS), тиофен (C4H4S) и его гомологи, легкие пиридиновые основания (0,4 - 0,6 г/м3), фенолы и др.

При обработке прямого коксового газа в аппаратуре цеха улавливания из него выделяются основные химические продукты коксования, и образуется очищенный коксовый газ. Он называется обратным, потому что часть его подаётся на обогрев коксовых печей, как бы возвращается обратно.

Обратный коксовый газа состоит в основном из неконденсирующихся в обычных условиях компонентов (Н2, СН4, СО, СО2, , О2 и др.), а также остатков сероводорода, бензольных углеводородов, углеводородов непредельного ряда, незначительных количеств оксидов азота др.

Выход отдельных химических продуктов высокотемпературного коксования из 1 т сухой шихты колеблется в пределах, %:

Коксовый газ (обратный, сухой) 14 - 16

Каменноугольная смола 3 - 4,0

Пирогенетическая влага 1,8 - 3,0

Сырой бензол 0,8 - 1,2

Сероводород 0,5 - 2,5

Аммиак.0,26 - 0,4

Средний состав обратного коксового газа в % (объёмн.):

Водород 60

Метан 26

Угарный газ 6

Азот 2,7

Углекислый газ 2,6

Непредельные углеводороды 2,2

Кислород 0,5

Физико - химические свойства коксового газа среднего состава:

Плотность при 0°С 0,440 кг/м3

Низшая теплота сгорания 4350 ккал/м3

Теплоёмкость при 0°С 0,328 ккал/м3*°С

Динамическая вязкость при 0°С 1*10-6 кг/м*с

Температура воспламенения 600-650°C

Пределы взрываемости: Нижний 6% Верхний 30%

2.2 Расчет абсорбционной установки

Улавливание бензольных углеводородов из коксового газа каменноугольным маслом представляет собой процесс многокомпонентной абсорбции, когда из газа одновременно поглощается смесь компонентов - бензол, толуол, ксилол и сольвенты. Инертная часть коксового газа состоит из многих компонентов - Н2, СН4, СО, N2, СО2, О2, NH3, Н2 и др. сложным является и состав каменноугольного масла, представляющего собой смесь ароматических углеводородов (двух- и трехкольчатых) и гетероциклических соединений с примесью фенолов. Для упрощения приведенных ниже расчетов газовая смесь и поглотитель рассчитываются как бинарные, состоящие из распределяемого компонента (бензольные углеводороды) и инертной части (носителей); физические свойства их приняты осредненными.

Для линеаризации уравнения рабочей линии абсорбции составы фаз выражают в относительных концентрациях распределяемого компонента, а нагрузки по фазам - в расходах инертного носителя. В приведенных ниже расчетах концентрации выражены в относительных массовых долях распределяемого компонента, а нагрузки - в массовых расходах носителей.

Материальный баланс

В бензольные скрубберы поступает из конечных газовых холодильников газ следующего состава:

Температура поступаемого газа 25єС и давление 847 мм. рт. ст. принимаем потери бензольных углеводородов с выходящим газом, равным 1,167 г/мі сухого газа, что составляет

кг/ч

тогда степень улавливания

или 96%

Количество поглощаемых бензольных углеводородов:

G=2315,8 - 92,632 =2223,168 кг/ч

Таким образом, из скрубберов выходит:

Фактическое содержание бензольных углеводродов в поступающем газе:

г/м3

и выходящем газе:

г/м3

где 825-давление газа после бензольных скрубберов, мм рт ст

847-давление газа до бензольных скрубберов, мм рт ст

303-температура газа после скруббера, єК

Максимальное содержание бензольных углеводородов в поступающем масле определяем по уравнению:

где a2-содержание бензольных углеводородов в выходящем газе

a2=1,91гр/мі

p2=825 мм рт ст

Mn-молекулярная масса поглотителя 170

Pщ-упругость паров бензольных углеводородов над поступающим маслом, мм рт ст

Для определения упругости бензольных углеводородов над поступающим маслом принимаем следующий состав сырого бензола:

бензола 73%, ксилолов 5%, толуола 21%, сольвентов 1%

При t=30єC упругость: бензол 118,4

толуол 39,5

ксилол 23,5

сольвент 5

Средняя молекулярная масса сырого бензола:

Молекулярная доля компонентов в сыром бензоле:

где 78,92,106,120-молекулярные массы компонентов.

Тогда упругость бензольных углеводородов при 30єС: Рсб в поглотительном масле:

Действительное содержание С должно быть менее равновесным для создания движущей силы абсорбции вверху скруббера:

n - коэффициент сдвига равновесия, который можно принять равным 1,1-1,2

Максимальное содержание бензольных углеводородов в выходящем из скрубберов масле при условии равновесия внизу скруббера определяем по уравнению:

Для сдвига равновесия внизу абсорбера принимаем коэффициент сдвига равновесия n=1.5, тогда

Минимальное количество поглотителя:

L min =

Действительное количество поглотителя:

L =

Что составит на 1мі сухого газа:

Таким образом, в поступающем масле содержатся бензольных углеводородов:

99314·

и в выходящем:

99314·2,22/100=2205 кг/ч

Следовательно, поглощается маслом бензольных углеводородов:

2205-178=2027 кг/ч

материальный баланс скрубберов, кг/ч

Определение поверхности абсорбции и размеров скрубберов

Для скрубберов принимаем деревянную хордовую насадку со следующей характеристикой:

толщина рейки…………… а = 0,01 м =10мм;

зазоры между ними……… в = 0,02 = 20мм

высота рейки……………… с = 120мм

Критическая скорость газа определяется уравнением:

U=2.32

Вязкость коксового газа при Т = 30єС Z=0.0127 спз

Плотность газа на выходе:

p =

dэ=2b=2·0,02=0,04м.

критическая скорость газа:

U=2.32 ·

Требуемое живое сечение насадки:

Sж =

Где V-фактический объем газа на выходе из скруббера.

V=74452.4 ·

Отсюда:

Sж =

Общее сечение насадки скруббера:

S общ =

и диаметр скруббера:

Д=

Поверхность абсорбции определяется уравнением:

F=

Где G-количество поглощенных бензольных углеводородов, кг/ч;

?pср - средняя движущая сила абсорбции.

К- коэффициент абсорбции, кг/(мІ·ч·мм рт ст)

Движущая сила абсорбции вверху скруббера:

где -парциальное давление бензольных углеводородов в выходящем газе.

=0.0224 · =0.418 мм.рт.ст.

мм.рт.ст.

Тогда

?p2=0.418-0.363=0.055 мм.рт.ст.

Движущая сила абсорбции внизу скруббера:

где pг - парциальное давление бензольных углеводородов в поступающем газе.

=0,0224·

мм.рт.ст.

средняя движущая сила абсорбции:

коэффициент абсорбции определяется:

K=

Где Кг-коэффициент массоотдачи при абсорбции через газовую пленку.

Плотность газа на входе

и плотность газа на выходе:

Средняя плотность газа:

и при фактических условиях:

тогда:

Uг =

Коэффициент диффузии бензольных углеводородов в коксовом газе Дr при нормальных условиях:

Дr=

Мr-молекулярная масса коксового газа

Мr=22,4·0,488=11, тогда

Дr=

Pср=825+ мм. рт. ст. T=300єK

Приводим коэффициент диффузии к фактическим условиям:

Число Нуссельта

Число Рейнольдса

Число Прандтля

таким образом

и коэффициент массоотдачи через газовую пленку

или

коэффициенты массоотдачи при абсорбции через жидкую пленку:

Число Рейнольдса для поглотителя

орошения мі/(м·ч)

Uж-кинематическая вязкость поглотителя, мІ/ч

qж=

где L-количество поглотителя, кг/ч pж- плотность поглотителя, U- периметр сбегания поглотителя в одном круге насадки, м

Периметр сбегания жидкости в одном круге насадки: где L- длинна реек в одном круге

U-периметр сбегания жидкости в одном круге насадки

Вязкость поглотительного масла при t=30єC равна 16,5 спз, что в пересчете на кинематическую вязкость составит:

или

тогда

Число Прандтля для поглотителя:

Коэффициент диффузии бензольных углеводородов в поглотительном масле при 30єС равен Дж=0,14·10 м

Тогда,

Отсюда коффициент массотдачи через жидкостную пленку:

Для пересчета на движущую силу абсорбции в мм.рт.ст. необходимо полученное значение делить на константу равновесия Генри.

Н-упругость Генри (мм. рт. ст ·мі)/кг

тогда константа Генри будет равна

над входящим газом

таким образом,

отсюда коэффициент массопередачи будет равен:

Необходимая поверхность абсорбции:

или на 1мі сухого коксового газа

Поверхность круга насадки:

где U-периметр сбегания жидкости по насадке

C-высота рейки насадки 0,1м

Необходимое число кругов насадки.

Принимаем три скруббера по 240 кругов и в каждом скруббере по 24 круга. Считая расстояние между секциями 0,5м, высоту опорных реек 0,12 м и расстояние от верха насадки до крышки и от низа насадки до дна 5 м, получим общую высоту скруббера.

Механический расчет. Подбор толщины обечайки

Расчет толщины обечаек проводят в соответствии с ГОСТ-14249-80.

Исполнительную толщину гладкой тонкостенной цилиндрической обечайки, рассчитывают по формуле:

где Д-диаметр скруббера,

p- давление внутри скруббера, МПа

ц-коэффициент прочности сварных швов, ц=1

с-исполнительная толщина стенки элементов, с=0,02мм

Принимаем диаметр из стандартного ряда p=0.160 МПа

Допускаемое напряжение в рабочем состоянии при расчетной температуре 20єС д=140 МПа

Расчет толщины днища

Толщину стенки днища определяют

где

Принимаем днище эллиптическое отбортованное стальное по ГОСТ-6533-68

Расчет и подбор диаметров штуцеров

Принимаем диаметр штуцеров для входа и выхода коксового газа 1,500 м

Материал штуцеров сталь марок 08 и 10.

Где щ = 15 м/с принятая скорость коксового газа в трубопроводе.

Для входа и выхода поглотительного масла:

где- с плотность поглотительного масла 1060 кг/мі

щ - маловязкие жидкости 0,5-1,0м/с

Принимаем диаметр штуцеров для входа и выхода поглотительного масла Д = 0,200 м Подбор фланцевых соединений

Принимаем фланцы плоские стальные приварные Тип 1 по ГОСТ1255-54

3. ЭКОЛОГИЧНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ РАЗРАБОТКИ

3.1 Экологичность проекта

Наиболее существенными источниками загрязнения воздушного бассейна в цехе улавливания являются градирни конечного охлаждения коксового газа. Выделение газов из - за недостаточной герметичности оборудования, фланцевых соединений трубопроводов и газопроводов, случайные разливы жидких продуктов, выбросы газов из воздушек технологического оборудования выбросы из сборников продукции также загрязняют атмосферу.

Для обеспечения безопасной работы и защиты окружающей среды в цехе улавливания химических продуктов коксования необходимо выполнять следующие правила:

- соблюдать технологический режим, установленный настоящей инструкцией;

- соблюдать правила и требования, предъявляемые правилами безопасности в коксохимическом производстве;

- обслуживание оборудования цеха осуществлять согласно производственно - технических инструкций по безопасности труда, утвержденных главным инженером коксохимпроизводства;

- соблюдать требования инструкции по техники безопасности при ремонте оборудования, работающего под газом;

- все газоопасные и опасные работы должны выполняться в соответствии с «Правилами безопасности в газовом хозяйстве предприятий черной металлургии», «Временной инструкции о порядке оформления документации и обязанностях обслуживающего персонала при проведении газоопасных работ на предприятиях черной металлургии» и «Положением о применении нарядов - допусков при производстве работ в условиях повышенной опасности на предприятиях черной металлургии»;

- не допускать разлива продуктов и реагентов;

- все паропроводы, аппараты и материалопроводы, выделяющие тепло должны быть теплоизолированы;

- все работы, связанные с опасностью ожогов кислотой, щелочью, фенолятами, а также отравлением парами продуктов, должны проводиться в соответствующей спецодежде и с использованием защитных средств;

- аппараты и коммуникации должны проверятся на герметичность с проверкой на загазованность среды;

- во избежание разлива токсичных продуктов, прорыва газа в следствии неисправности оборудования и коммуникаций планово - предупредительные ремонты производить строго по установленному графику;

- при возникновении аварийного положения, связанного с выделением коксового газа, бензола через неплотности, прекращении подачи пара, воды, электроэнергии или по другим причинам действовать в соответствии с планом ликвидации аварии;

- строго следить за исправностью приборов автоматики и сигнализации обеспечить их надежную работу;

- перед пуском агрегаты необходимо тщательно проверить исправность аппарата, коммуникаций, контрольно - измерительных приборов, отсутствие посторонних лиц на пусковом объекте;

- при выполнении очагов загорания немедленно сообщить по извещателю или телефону в пожарную команду и приступить к тушению пожара средствами, находящимися в цехе. Необходимо поставить в известность диспетчера коксохимпроизводства.

Для охраны воздушного и водного бассейнов в районе бензольного отделения от вредных примесей предусмотрено:

- направление фенол содержащих вод на биохимическую очистку;

- организация оборотного водоснабжения. Режим работы оборотного цикла со сбросами излишка воды в ливневую канализацию считается аварийным. Обслуживающий персонал несет дисциплинарную ответственность за сброс излишков воды в ливневую канализацию. Запрещается сброс в ливневую канализацию любых ливневых стоков;

- хозяйственно - бытовые стоки собираются сетью фекальной канализации и перекачиваются в одноимменую сеть комбината. Запрещается сброс фекальных вод в другие системы канализации;

- аспирационные установки должны содержаться в исправном состоянии и обеспечивать очистку воздуха до санитарных норм;

- контроль окружающей среды осуществляется отбором проб воздуха в рабочей зоне по графику, утвержденному главным инженером комбината;

- во всех случаях нарушения существующих положений по охране окружающей среды необходимо сообщать в центральную санитарно - техническую лабораторию и делать запись в оперативном журнале.[36]

3.2 Безопасность проекта

Выбор территории цеха. Санитарно - защитная зона. В соответствии с требованиями санитарных норм СПиН РК 2.2.02.1.1.587-99 при проектировании технологических процессов, которые являются источниками выделения производственных вредных веществ в биосферу, предусматриваются установление санитарно-защитной зоны для предприятий, в состав которых входит проектируемое бензольное отделение

Размер санитарно-защитной зоны устанавливается на основании санитарной классификации производственных процессов в цехе и определение класса производства по ГОСТ 12.1.005-90.

Форма здания проектируемого бензольного отделения, его конструкции, этажность определяют технологическим процессом, пожара- взрывоопасностью, наличием вредных выбросов. С точки зрения освещения и вентиляции наиболее целесообразна прямоугольная форма здания. Отделение является взрывоопасным и относится к категории «А» противопожарных норм строительного проектирования промышленных предприятий.

К взрыва - пожароопасной категории «А» относятся производства, связанные с применением горючих газов, нижний предел воспламенения которых составляет 10% к объему воздуха; жидкостей с температурой вспышки паров до 28С включительно.

Пределы взрываемости коксового газа - 6-30%, класс проектируемого помещения - В-1А. К классу В-1А относятся помещения, в которых взрывоопасные смеси паров и газов могут образовываться при авариях и неисправностях. [34]

Общие требования к химическим цехам

На территории химических цехов в местах въезда должны быть установлены знаки безопасности, соответствующие ГОСТ 12.4.026 - 97.

Поврежденная теплоизоляция аппаратуры, паропроводов и технологических трубопроводов должна соответственно восстанавливаться.

Обслуживающий персонал систематически должен проверять герметичность работающего оборудования и трубопроводов.

За отключенными аппаратами, резервуарами, трубопроводами и газопроводами должен осуществляться надзор; при необходимости должна повторяться их пропарка либо продувка азотом, а также увлажнение внутренней поверхности. Если аппарат открыт, должно быть обеспеченно его проветривание.

Работа насоса при наличии течи через сальники запрещается.

Люки резервуаров и аппаратов должны быть герметически закрыты.

Емкости аппарата должны быть оборудованы площадками для обслуживания.

Аппараты и трубопроводы в необходимых случаях должны быть снабжены приспособлениями для отбора проб. Запрещается применять стальную посуду для отбора проб легковоспламеняющихся жидкостей.

Конструкция кранов водомерных стекол должна обеспечивать прочистку последних без разборки крана и без разлива продуктов.

Люки на аппаратах, емкостях, переточных ящиках, скрубберах должны быть снабжены крышками на мягких прокладках. Крышки должны закрываться быстро и герметически.

Присоединение пропарочных трубопроводов к газопроводам и газовым аппаратам должно производиться в соответствии с требованиями Правил безопасности в газовом хозяйстве заводов черной металлургии.

Допускать к управлению пусковой, запорной и регулирующей аппаратурой лиц, не обслуживающих непосредственно данный участок или рабочие место, запрещается.

Трубопроводы для подачи легковоспламеняющихся жидкостей в емкости должны быть опущены ниже уровня трубы для откачки жидкости из емкости. Трубопроводы для заполнения и опорожнения емкостей с легковоспламеняющимися жидкостями должны снабжаться специальными опорами и надежно закрепляться.

Транспортирование и перемешивание сырого бензола, продуктов ректификации, пиридиновых оснований и др. легковоспламеняющихся продуктов с помощью сжатого воздуха запрещается.

Воздушки емкостей, аппаратов, продуктовых фонарей должны быть выведены наружу на высоту не менее 4 м от конька кровли или фонаря и возможно дальше от воздухозабора приточной вентиляции с учетом преобладающего направления ветра.

При размещении аппаратов и оборудования вне помещения высота воздушек должна быть не менее 5м от уровня обслуживающей площадки.

Диаметр воздушки должен обеспечивать предотвращение деформации емкостей и аппаратуры при опорожнении.

В легковоспламеняющихся жидкостях, содержащихся в емкостях, не должно быть каких либо плавающих предметов.

Мыть полы легковоспламеняющимися жидкостями запрещается.

В химических цехах должны осуществляться специальные мероприятия по предотвращению поступления продуктов производства в канализацию со сточными водами. Все включения и отключения газовой аппаратуры могут производиться только с разрешения начальника цеха и обязательно в присутствии начальника смены.

В технологической инструкции цеха для каждого газового аппарата, группой аппаратов и участка газовой магистрали должны быть установлено нормальное и предельно допустимое сопротивление, при превышении которого они должны отключатся на ревизию, ремонт, чистку, пропарку или промывку. Все воздействующие газовые аппараты и участки газопроводов (за исключением участков газопроводов для пропуска газа на прямую) должны быть отключены заглушками независимо от наличия задвижек или находиться под давлением газа.

В каждом цехе все химические аппараты должны быть пронумерованы. Номера наносятся на видных местах несмываемой краской.

В химических цехах должна быть установлена степень заполнения каждой емкости в зависимости от хранящихся продуктов.

Хранилища и сборники, устанавливаемые вне помещений и покрытые изоляцией, должны иметь козырьки, предотвращающие попадание влаги за изоляцию. Также должна исключать возможность попадания за изоляцию жидкости из люков отжимных кранов и воронок. Для вновь строящихся и реконструируемых предприятий должны быть предусмотрены меры, исключающее попадание агрессивной жидкости под днище хранилища.

Переработка продуктов и применение реактивов с неизученными физико-химическими свойствами запрещается.[34]

3.3 Источники пожаро - и взрывоопасности

Успешному обеспечению безопасности жизнедеятельности способствует заблаговременное опознание, оценка производственных опасных ситуаций, т.е. возможности причинения ущерба людским, материальным, природным ресурсам в результате возникновения происшествий. Источниками таких опасностей являются электросиловое оборудование, средства хранения сжатых газов, токсичных и легко воспламеняющихся жидкостей, подвижное технологическое оборудование. Наиболее тяжкие последствия обычно связаны с воздействием электрического тока, потенциальной энергией взрывчатых веществ, сжатых газов, токсичными свойствами ядовитых веществ.

В соответствии с ОНГП 24-86 по взрывопожарной и пожарной опасности здания подразделяются на категории А,Б,В,Г,Д. Здание бензольного отделения цеха ХУ № 2 относится к категории А.

В соответствие со СНиП РК (2.02-05-2002) здания и сооружения подразделяются по степеням огнестойкости. Здание данного проекта имеет степень огнестойкости - 1.

Под устойчивостью работы цеха понимают его способность выпускать установленные виды продукции в условиях чрезвычайных ситуаций, а также приспособленность этого цеха к восстановлению в случае повреждения.

Таблица - Пределы взрываемости некоторых веществ

Токсическими свойствами обладают следующие компоненты коксового газа: окись углерода, сероводород, бензол и его гомологи. Санитарными нормами установлены предельнодопустимые концентрации ядовитых веществ в воздухе рабочих помещений (мг/м3):

окись углерода 20,0

бензол 5,0

сероводород 10,0

При проектировании и строительстве зданий необходимо применить различные несгораемые материалы, материалы с огнестойкими покрытиями, устроить противопожарные разрывы и преграды, разработать способы и средства тушения пожаров. Проезды и подъезды к зданиям и пожарным гидрантам, подходы к пожарному инвентарю должны быть свободными. Пролитые на пол горючие жидкости следует немедленно убирать.

Производственные и бытовые помещения должны быть обеспечены средствами пожаротушения и связи (пожарная сигнализация, телефоны) для вызова пожарной части. Пожарные краны внутреннего противопожарного водопровода во всех помещениях должны быть оборудованы рукавами и стволами, заключенными в шкафы. На дверце шкафа пожарного крана должны быть указаны порядковый номер пожарного крана и номер телефона пожарной части.

Меры защиты от взрывов и пожаров

- ограничение количества горючих веществ в производственном помещении, изоляция (герметизация) горючей среды;

- устранение источников зажигания;

- устройство противопожарных преград противодымовой защиты;

- организация противопожарного режима, пожарной охраны и сигнализации.

Для предотвращения опасности поражения молнией необходима молниезащита - комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий, сооружений, оборудования от возможных взрывов, загораний, разрушений. По мероприятиям молниезащиты промышленные здания и сооружения классифицируют на три категории в соответствие со СНиП 305-69, отделение относится к первой категории, т.е молниезащита обязательна.

Для защиты зданий и сооружений от прямых ударов молнии применяют молниеотводы - устройства, воспринимающие молнию и отводящие ее ток в землю. Защитное действие молниеотвода основано на том, что молния поражает наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Защита от электростатической индукции достигается путем присоединения металлических корпусов к защитному заземлению электрооборудования или к специальному заземлителю с сопротивлением растеканию тока не более 10Ом, использование металлической стальной проволочной сетки с токоотводами. Для защиты от электромагнитной индукции между трубопроводами на расстоянии 10см и меньше через каждые 20м длины приваривают металлические перемычки, чтобы не было незамкнутых контуров. В соединениях металлических предметов должен быть контакт с величиной электрического сопротивления не более 0,03 Ом на каждый контакт. [34]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для улавливания бензольных углеводородов необходимо интенсифицировать оборудование и повысить эффективность улавливания.

Анализ способов улавливания бензольных углеводородов из коксового газа показал, что наиболее целесообразным оказался метод абсорбции бензольных углеводородов поглотительным маслом при атмосферном давлении.

Расчет основного оборудования показал, что при увеличении производительности на 50%, количество бензольных скрубберов увеличится с трех на четыре, при этом наиболее оптимальной насадкой остается деревянная хордовая.

Рассмотрены опасные и вредные факторы бензольного отделения, рассмотрены разделы, касающиеся безопасности производства и экологичности проекта.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Лазорин С.Н., Стеценко Е.Я., «Производство сырого бензола», Техника, 1992

2. Касаткин Г.А. «Основные процессы и аппараты химической технологии», Москва, Химия 1973г.

3. Плановский А.Н. «Процессы и аппараты химической технологии». Издание пятое, стереотипное. Москва, «Химия», 1968

4. Дытнерский Ю.И. «Основные процессы и аппараты химической технологии» Пособие по проектированию, Москва, «Химия», 1991

5. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии» Учебник для техникумов, Ленинград, «Химия», 1991

6. Краткий справочник по химии. Издание четвертое, переработанное. Под редакцией Куриленко О.Д. киев, 1974

7. Белов К.А. Лазорин С.Н., «Интенсификация работы бензольных отделений на коксохимических заводах», Харьков, 1988

8. Основы конструирования и расчеты химической аппаратуры. Под редакцией Лащинского А.А. и Толчинского А.Р. Москва,1963г.

9. Лейбович Р.Е., Яколева Е.И., Филатова А.Б., «Технология коксохимического производства». М., «Металлургия» 1982

10. Технологическая инструкция «Улавливание химических продуктов коксования» г. Темиртау, 1991

11. Волков Е.Л. «Очистка коксового газа на стадии конечного охлаждения» Кокс и химия - 1992 - №2.

12. Гебенюк А.Ф., Папаянина Е.С., Котова Т.Н., Котов Д.В. «Углехимический журнал», 2006 - №3 - 4

13. Духан В.Н.«Мастер коксового производтва». М.,«Металлургия» 1979

14. Дмитриев М.М., Обуховский Я.М., «Краткий справочник коксохимика». Металлургиздат, 1960

15. Установка для конечного охлаждения коксового газа /Реф. В.В. Антипова. Экспресс - информация. Серия «Коксохимическое производство». Выпуск 10 - М.: Черметинформация, 1982

16. Кузнецов М.Д., Узнецов Е.Р. В сб. «Металлургия и коксохимия» выпуск изд - во Киев, 1970

17. Литвиненко М.С. химические продукты коксования. Киев, 1974

18. Назаров В.Г., Зубицкий Б.Д. Перспективные технологии обрботки коксового газа. Кокс и химия 2008 - №2

19. Справочник химика, т. V. Изд - во «Химия», 1975

20. Шелкова А.К. Справочник коксохимика. Том 3. Издательство «Металлургия», Москва, 1988

21. Макаров Г.В., Стрельчук Н.А., Кушелев

22. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Ленинград, химия 1987

23. Колонные аппараты: каталог. Москва. ЦИНТИхимнефтимаш, 1987

24. Клинов И.Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионно - стойкие материалы. Москва. Химия 1990

25. Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. Москва. Химия 1978г.

26. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Ленинград 1962г.

27. Краткая химическая энциклопедия. Москва. 1961г.

28. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М.: Химия, 1978г.

29. Коробчанский И.Е., Кузнецов М.Д. Расчет аппаратуры для улавливания химических продуктов коксования. М.: Металлургия, 1972г.

30. Арбузов В.А. Расчет абсорбционных процессов (методические указания. Алма-Ата, 1991г.

31. Журнал «Кокс и химия» № 4, 2001г.

32. Журнал «Кокс и химия» № 1, 2003г.

33. Журнал «Кокс и химия» № 2, 2004г.

34. Журнал «Кокс и химия» № 9, 2005г.

35. Журнал «Кокс и химия» № 2, 2006г.

36. А.А. Равдель, А.М. Пономарева. Краткий справочник физико - химических величин. Санкт - Петербург 2003г.

37. В.Б. Коган, В.М. Фридман, В.В. Кафоров. Равновесие в системе жидкость пар. Москва 1966г.

38. Макаров Г.В., Стрельчук Н.А., Кушелев В.П., «Охрана труда в химической промышленности», М., «Химия», 1977

39. Регламент «Улавливание химических продуктов коксования», Темиртау 1999

40. Куприянова О.К., «Правила безопасности в коксохимическом производстве», М., Металлургия, 2005

41. Машек В.О., О качестве каменноугольного поглотительного масла «Кокс и химия», 2003 №3

42. Рохуляш М.А., Улавливание бензольных углеводородов в насадочных абсорберах. «Кокс и химия» 1999 №7.

43. Рамм В.М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976г.

44. Коробчанский И.Е., Кузнецов М.Д. Расчет аппаратуры для улавливания химических продуктов коксования. М.: Металлургия, 1972г.

Страницы: 1, 2