Реферат: Пилотные установки и особенности их работы

СОДЕРЖАНИЕ

1. Описание технологии

2. Общие требования к проектированию

3. Особенности проектирования

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Большинство научных теоретических разработок прикладного характера требует своей проверки и подтверждения на практике. Исследования проводят с цепью усовершенствования технологии получения целевого продукта, его анализа, испытания и выдачи данных для проектирования промышленной установки: реакторов, машин, вспомогательных аппаратов, КИПа и автоматики. Это важное промежуточное звено исследований между теоретическими изысканиями и их промышленным оформлением осуществляется на опытных (лабораторных) установках.

Опытные установки классифицируют по назначению на лабораторные, опытные (пилотные), полузаводские, опытно-промышленные; по рабочему давлению - на установки низкого (до 0,7 МПа), среднего (0,7-10 МПа) и высокого (10 и более МПа) давления.В установках могут применяться как инертные среды, так и едкие, ядовитые, пожароопасные и взрывоопасные вещества.

Опытные установки, на которых проводятся исследования при давлениях до 1 МПа, изготавливают в основном из стекла. Эти установки компактны, изящны, монтаж их прост, они не требуют много места и специальных приспособлений, обеспечивающих безопасность их обслуживания. С увеличением рабочего давления в системе установки, все ее детали изготавливаются из металла, повышение давления увеличивает металлоемкость установок.

В дальнейшем будут рассматриваться опытные установки, работающие под высоким давлением, которые предназначены для определения основных условий протекания реакций, вновь создаваемых процессов; проведения различных аналитических работ и моделирования новых и совершенствуемых процессов; получения данных для оценки процесса и составления регламента для проектирования промышленных установок; для получения небольших партий основных и побочных продуктов исследуемых процессов.

Эти установки чрезвычайно разнообразны, поскольку различны задачи, для решения которых они предназначены.

Установки представляют собой комплекс различной аппаратуры, которые по своему характеру могут быть разделены на несколько определенных типов: аппараты, в которых проводятся основные реакции - реакторы; вспомогательные аппараты: сепараторы, фильтры, смазкоотделители, приемники продукта, рессиверы, газгольдеры и т. д.; машины для создания высокого давления - компрессоры, насосы, мультипликаторы; арматура и трубопроводы; КИП и автоматика.

Эти установки должны иметь минимально возможные размеры, быть максимально маневренными по основным параметрам процесса; давлению, температуре, концентрации исходных веществ, времени пребывания реакционной смеси в реакционном аппарате, степени перемешивания и др. Технологическая схема должна быть максимально проста и легко изменяема для изучения различных аспектов процесса; вспомогательные операции должны использовать ранее освоенные с достаточной надежностью аппараты для нагрева, очистки, разделения и др.; установка должна быть максимально обеспечена современными контрольно-измерительными приборами и, по возможности, автоматизирована, особенно ее отдельные узлы, наиболее ответственные.

Перед началом работ и выбором установки, необходимо установить, какой процесс на ней будет осуществляться - периодический или непрерывный. Преимущество того или другого зависит от большого числа как технических, так и экономических факторов. В промышленности есть процессы непрерывные, есть периодические.

Непрерывные процессы более выгодны для производства крупного масштаба, они быстро окупаются, и качество продукта часто выше, чем при периодическом, что обусловлено лучшим регулированием оптимальных условий реакции. Периодический процесс может быть использован при получении небольших партий продукта. При поисковых работах в лабораториях и на опытных установках чаще применяются установки периодического действия. В остальных случаях - непрерывные.

Решающими в выборе масштаба установки, особенно реакционных аппаратов, являются такие характеристики, как время пребывания в них сырья и продуктов, объемные скорости потоков, массообмен, гидродинамические показатели (вводы сырья, соотношение диаметра к длине, общий объем, линейные скорости среды и т. д.). Вся установка, работающая под высоким давлением, должна быть абсолютно герметична, особенно при работе с ядовитыми или огнеопасными и взрывоопасными веществами; при изготовлении аппаратуры, арматуры и машин, должны применяться материалы в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.Таким образом, при выполнении всех перечисленных выше условий, может быть создана установка высокого давления, позволяющая получать воспроизводимые и достоверные экспериментальные данные, что позволит ускорить проведение научно-исследовательских работ при планировании экспериментов и использовании для обработки результатов экспериментов математических методов.

2. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

Многообразие процессов гидрогенизации, протекающих при высоком давлении водорода и высокой температуре в присутствии различных твердых катализаторов, требует если не большого разнообразия технологических установок, то, во всяком случае, большой гибкости их схем.

Выбор схемы определяется задачами предстоящих исследований и характером протекания реакций. При этом необходимо знать хотя бы некоторые особенности предстоящих реакций: отрицательный тепловой эффект реакций расщепления гидрокрекинга, как правило, перекрывается положительным эффектом реакций гидрирования, следовательно, в процессе гидрокрекинга обогащенного водородом сырья иногда, возможно, не потребуется отвод тепла. При гидрокрекинге вторичных остатков, которые бедны водородом, должны протекать реакции преимущественно экзотермические, и необходим отвод тепла и т.п.

Разным конструкциям реакционных устройств присущи различные гидродинамические режимы, интенсивность подвода и отвода тепла, реагентов, продуктов превращения, эффективности контактирования гетерогенных фаз, способы поддержания активности и селективности катализатора, системы автоматизации и т. д. Поэтому при моделировании будущих реакционных устройств на опытных установках необходимо учитывать все аспекты проведения предстоящих процессов.

Не все исследования, связанные с масштабностью реакционных устройств, можно успешно проводить на пилотных установках. В промышленных реакторах большого диаметра нередко самопроизвольно устанавливается внутренняя частичная циркуляция отдельных реакционных потоков, возможны противоток компонентов и рециркуляция не превращенного сырья или отдельных реагентов и т.п., что приводит к неравномерному распределению концентраций в реакционных потоках. Поэтому для более глубокого исследования процессов в некоторых случаях необходимо проводить работу на установках опытно-промышленных или полузаводских.

Рассматриваемые здесь установки могут работать по схеме, с рециклом водородсодержащего газа в системе и без рецикла, на потоке, т. е. со сдувом его после отделения жидкой фазы и очистки от сероводорода в атмосферу. Возможна также и частичная отдувка для поддержания соответствующих концентраций в газе.В некоторых схемах предусматривается проведение процессов как в жидкой фазе, так и в паровой, при этом сырье подается в реакционное устройство снизу или сверху соответственно.

3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Работы на опытных установках включают три стадии: подготовка сырья (сжатие), проведение целевой реакции - гидрогенизации и разделение жидких и газообразных продуктов реакции с очисткой их от сероводорода.

3.1 Подготовка сырья – сжатие

Водород на установки поступает в баллонах объемом 40 л при 15,0 МПа (6 нм газа), откуда поступает в коллектор, а затем через редуктор в ресивер 2 - сварной сосуд объемом 80 л, рассчитанный на рабочее давление 0,5 МПа. В процессе работы в нем поддерживается 0,05 МПа.

Безопасная работа аппарата обеспечивается установленным на его верхнем днище предохранительным клапаном игольчатого типа. Контроль за давлением в нем осуществляется указывающим манометром. Назначение ресивера - обеспечить постоянство потока и напора газа во всасывающем трубопроводе компрессора. Давление на всосе компрессора поддерживается 0,05 МПа. При необходимости газ из баллонов может сбрасываться в газгольдер 3 и из него забираться компрессором. Во время проведения балансовых опытов газгольдер используют для сбора газов из системы установки.Сжатый в компрессоре 5 водород обычно до 30 МПа проходит очистку от смазки в смазкоотделителе 6, который представляет собой точеный сосуд высокого давления объемом 5 л, рассчитанный на давление 30 МПа при 298 К. Водород в аппарат поступает сверху по внутренней, опущенной вниз трубке. Смазка сливается снизу до проскока газа (во избежание переполнения аппарата). Очищенный от смазки водород поступает в буферную батарею 7 (аккумулятор газа), чтобы обеспечить запас газа.

Батарея может состоять из двух, трех и более однотипных аппаратов объемом 15 л на давление 35 МПа при нормальной температуре. На батарее монтируется манометр и предохранительный клапан разрывного типа. Компрессоры размещают в специальном помещении, машинном зале, буферную батарею и ресивер - отдельно, в помещении со своей местной вентиляцией или в пристройке к зданию. В машинном зале устанавливают сырьевые и циркуляционные насосы.

Из буферной батареи водород по необходимости забирается на установки в бехельтеры, устанавливаемые в специальных кабинах вместе с другим технологическим оборудованием данной установки, работающим под высоким давлением.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--