Ректификация үдерісі туралы химия мақаласы

«Атырау инженерлік-гуманитарлық институтының колледжі» мекемесі

Мақала тақырыбы: Ректификация процесі

Қабидуллина Айгерім Дәрібайқызы

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ......................................................................................................................3

Негізі БӨЛІМ

Ректификация процесінің негізгі технологиясы.................................................5

2.2 Мұнай мен газдарды айыру және ректификациялау..........................................7

2.3 Ректификация колонналары және олардың түйісу жабдықтарын жіктеу......14

2.4 Ректификация колонналарында температуралық режимді реттеу әдістері..19

2.5 Ректификация колоннасында қысым мен температура режимін тандау......22

2.6 Өмір тіршілік қауіпсіздігі...................................................................................24

3.1 Ректификация колоннасын есептеу...................................................................25

ҚОРЫТЫНДЫ........................................................................................................27

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ .........................................................29

КІРІСПЕ

Соңғы 10-15 жылда мұнай және газ өнеркәсіптерінде өзгерістер болып жатыр. Мұнай газ саласында автоматтандырусыз технологиялық процесстер жүргізілмейтіні белгілі. Шынында да негізгі технологиялық процесстерді бақылап, басқарып, олардың ауытқуын қадағалау керек. Бөлек агрегаттарды қашықтықтан қосып өшіріп, тиектерді ашып жауып,алдын ала есептелген есептеулерге сүйене отырып,жұмыс режимін сақтай білу керек.

Өндіріске микропроцессорлардың, дербес компьютердердің, қолданбалы программалы қамтамасыздандырулардың арқасында автоматтандыру жүйесі түгелдей өзгерді.

Мұнайды терең өңдеу құжатын іске асыру үшін шикі затты жақсылап дайындау, олардан катализатордың активтілігін төиендететін заттардан (металдардан, асфальтендерден, күкірттен және басқа) тазарту қажет. Терең өңдеуге керекті қондырғылар үшін,жоғары қысымдарда және температураларда, сутегі және күкіртті сутегі ортасында жұмыс істеуге есептелген арнайы құрал жабдықтар жасалуда.

Отындар мен майларды өндіру үшін мұнайдан басқа шикі зат түрлерін пайдалану өте актуалды болып отыр. Қазіргі кезде автомобиль қозғалтқыштарында отын есебінде бензиннің орнына сығылған табиғи газды және сұйық газды (пропан және бутанды) көп қолдана бастады. Автомобиль бензиндерінің компоненттері есебінде оттегі бар қосылыстарды, әсіресе метил спирті мен изобутеленнен синтездеп алынатын метил-трет-бутил эфирін қолданады.

Мұнай өңдеудің негізгі процесстерінің бірі болып ректификация процессі болып табылады. Процестің негізгі мақсаты мұнайды фракцияларға бөлу болып табылады. Электротермиялық қондырғысында (ЭТҚ) сусыздандырылған және тұссыздандырылған мұнай насос арқылы жылуалмастырғышқа жіберіледі. Онда мұнай 220-230 0С температураға дейін қыздырылады да, ары қарай ректификациялық колоннаға жіберіледі. Атмосфералық қысымда біріншілік айдау барысында мынадай өнімдер түзіледі: негізінен пропан мен бутаннан тұратын сығылған (сұйыққа айналдырған)газ,бензин фракциясы 30-180С аралығында айдалады,керосин фракциясы,дизель фракциясы,мазут-мұнайды атмосфералық қысымда айдағанда түзілетін қалдық. Бұл фракцияны кейде вакуумдық газойль деп атайды. Гудрон-мазутты вакуумдық айдау кезінде қалатын қалдық. Оны термиялық крекинг, кокстеу, битум мен тұтқырлығы жоғары майлар өндіруде пайдаланады. Мұнай және газ өңдеуге қолданылып жүрген ректификация колонналары бөлінеді:

1.Қолданылуы бойынша арналады:

-мұнай мен газды атмосфералық және вакуумда айыру үшін;

-бензинде қайталай айыру үшін;

-мұнайды, газ конденсаттарын, тұрақсыз бензиндерді тұрақтандыру үшін;

-мұнайзауыттық, мұнай және табиғи газдарды фракциялау үшін;

-майларды тазарту кезінде еріткіштерді қайнату үшін; мұнай шикізаты мен газдарды және т.б. термодеструктивті және катализдік процестері өнімдерін бөлу үшін.

2.Сұйықтықтың сатыаралық әдісі бойынша:

- қайта ағынды жабдықтарымен бірге (бір, екі және одан да көп); - құлау типіндегі ағынсыз жабдықтармен.

3.Булы-газды және сұйық фазалармен түйістіруді ұйымдастыру әдісі бойынша:

-тарелкалық;

-сұғындырмалық; - роторлық.

Қолданылып жүрген түйістіру жабдықтарының ішінде тарелкалық, сұғындырмалық, ретификациялық колонналары кең таралған. Ректификация колоннапарында сипаты мен техникалық-экономикапық көрсеткіштері бойынша бір-бірінен өзгеше түйісу жабдықтарының жүздеген конструкциясы қолданылады. Қазір осы күнгі түйісу жабдықтары конструкциялары (мысалы, науа тәрізді тарелкалар) пайдаланылғанымен олар қажетті өнімдерді алуды қамтамасыз етсе де оларды қазіргі және келешек өндіріс үшін ұсынуға болмайды [5].

Мұнай өңдеуде жаңа процестер, каталитикалық кретинг, платина катализаторын пайдаланып каталитикалық риформинг, әртүрлі дистиляттарды гидротазалау іске асырыла бастады. Сының нәтижесінде мұнай өнімдерінің сапасы артты, мотор отындарын және органикалық синтезге қажетті көмірсутекті шикі зат өндіру өсті. Өндіріс көлемінде пайдаланушы мқнай шикі заттары жасанды май қышқылдарын, жасанды спирт, полиолефиндер, жасанды талшықтар, жсанды каучук, минералды тыңайтқыштар өндіру мақсатында кең өріс лды. Мұнай шикі затын пайдалану, бұрын техникалық мақсатта қолданылып келген көп азықтық заттар (бидай, картоп, майлар), бұл мақсаттан босады [1].

Негізгі БӨЛІМ

2.1 Ректификация процесінің технологиясы

Ректификация – будың конденсациялануы салдарынан сұйықтық пен бу қоспаларының қарама-қарсы ағысты әсерлесуі нәтижесінде біртекті қоспаларды құрам бөліктеріне бөлу процесі. Ректификациялық бағана бойымен жоғары қарай қозғалған бу төмен қарай қозғалған сұйықтықпен түйісіп, будың жартылай конденсациялануы мен сұйықтықтың жартылай булануы жүреді. Бу құрамынан жоғары температурада қайнайтын компонент, ал сұйықтықтан төиенгі температурада қайнайтын компонент бөлінеді. Осы процестің нәтижесінде төмен қарай қозғалған сұйықтық жоғарғы температурада қайнайтын компонетпен, ал бу төменгі температурада қайнайтын компонетпен байытылады. Бағананың жоғарғы бөлігінде төменгі температурада қайнайтын сұйықтықтан тұратын бу конденсацияланып, ректификат түрінде бөлінеді. Ректификация процесінің принципиалды сұлбасы (1 суретте) көрсетілген.

Бастапқы қоспаны сыйымдылықтан-1 сорғы-2 арқылы жылуалмастырғышқа -3 жібереді мұнда қоспа қайнау температурасына дейін қайнатылып колоннаға жіберіледі. Колоннаның жоғарғы бөлігінде жеңіл қоспа болады. Ректификация колоннасында-4 тарелкалар орналасқан. Қайнатқыштан-5 шыққан бу төменнен жоғары қарай көтеріледі. Әр бір тәрелкеде жеңіл қоспалардың жарым жартылай конденсациясы болады, соның әсерінен будыңда жарым жартылай конденсациясы болады. Қайнатқыштан шыққан бу таза жеңіл компоненттей, ол жоғары көтерілген сайын жеңіл компонентке байыйды да колонадан таза бу ретінде шығады. Дефлегматорда 6 бу сұйыққа айналады. Сұйықтықтын бір бөлігі дефлегматордан өнделген өнім ретінде тоңазытқышқа -7 келіп мұздатылып, сыйымдылыққа-8. Колоннадан сорғы-9 арқылы өнделген ауыр сұйықтық сыйымдылыққа-10 келеді [4].

1,8,10 -сыйымдылық; 2, 9-сорғы; 3-жылу алмастырғыш; 4-ректификациялық колонна; 5-қайнатқыш; 6-дефлегматор; 7-тоңазытқыш. 2.1 сурет - Ректификация процесінің принципиалды сұлбасы

Процестің негізгі мақсаты мұнайды фракцияларға бөлу болып табылады. Электротермиялық қондырғысында (ЭТҚ) сусыздандырылған және тұссыздандырылған мұнай насос арқылы жылуалмастырғышқа жіберіледі. Онда мұнай 220-230 температураға дейін қыздырылады да, ары қарай ректификациялық колоннаға жіберіледі. Атмосфералық қысымда біріншілік айдау барысында мынадай өнімдер түзіледі:

Негізінен пропан мен бутаннан тұратын сығылған (сұйыққа айналдырған)газ. Құрамында газ мол мұнайды өндегенде пропан-бутан фракциясы айдау қондырғысынан сұйық түрінде ғана емес, сонымен бірге газ түрінде де бөлініп шығады.

Бензин фракциясы 30-1800 С аралығында айдалады. Бензин фракциясын автобензиннің компоненті ретінде, каталитикалық риформинг қондырғысының қажетті шикізаты есебінде пайдаланады.

Керосин фракциясы 120-315 0С аралығында айдалады. Реактивті авиация двигательдердің жанармайлары, шарық шаммайларында, тракторлық карбюраторлық двигательдердің отыны ретінде қолданылады.

Дизель фракциясы 180-350 0С аралығында айдалады. Бұрындары дизель фракциясын атмосфералық газойль деп атаған. Бұл фракцияны автомобильдерде, тракторларда, тепловоздарда,теңіз және өзен кемелерде орнатылған двигательдерінің жанармайы ретінде пайдаланылады.

Мазут-мұнайды атмосфералық қысымда айдағанда түзілетін қалдық. Оның бастапқы қайнау температурасы 330-350 0С. Мазут термиялық крекингтің шикізаты болып саналады және отын ретінде де пайдаланады. Мазутты өндегенде түзілетін вакуумдық дистиллят 350-500 0С температурада айдалады және каталитикалық крекинг пен гидрокрекингтің шикізаты ретінде қолданады. Бұл фракцияны кейде вакуумдық газойль деп атайды.

Гудрон-мазутты вакуумдық айдау кезінде қалатын қалдық, ол 500 0Ста айдалады. Гудрон тұтқырлығы жоғары, 30-400 С-та қатып қалатын өнім болып саналады. Оны термиялық крекинг, кокстеу, битум мен тұтқырлығы жоғары майлар өндіруде пайдаланады.

Мұнай мен газдарды айыру және ректификациялау

Айыру (дистилляция) - бұл бастапқы қоспадан қайнау температуралары бойынша бір-бірінен ажыратылатын мұнай мен газдардың фракцияларға физикалық бөліну процесі. Процесті өткізу әдісі бойынша қарапайым және күрделі деп бөледі.

Қарапайым айыру біртіндеп, бір мәрте және көп мәрте буландыру арқылы жүзеге асырылады.

Біртіндеп буландыру арқылы айыру мұнайды бастапқы температурадан соңғы температураға дейін біртіндеп жылытудан тұрады және процесс кезінде пайда болған буды үздіксіз бөліп және конденсациялап отырады. Мұнайды айырудың бұл әдісі лаборатоиялық тәжирибеде оның фракциялық құрамын анықтау үшін қолданылады.

Бір мәртелік айыру кезінде сұйықтық (мұнай) тиісті температураға дейін жылытылады, пайда болған және теңестірілуге жеткізілген буды сұйық фаза - қалдықтан бір рет бөледі. Бұл әдіс біртіндеп булау арқылы айыруға қарағанда бірдей температура мен қысым жағдайында айырудың көп үлесін қамтамасыз етеді. Мұнай айыру тәжірибесінде бұл жақсы қасиетті, мұнай крекингін болдырмайтын шектеулі температурада буды барынша іріктеп алу үшін қолданылады.

Көп мәрте буландыру арқылы айырудың мәні – алдыңғы процестегі қалдық қатынасымен салыстырғанда бір реттік айыру процесін барынша жоғары температурада және төмен қысымда ұдайы қайталау болып табылады. Күрделі айыру процесін дефлегмациялық және ректификациялық процестерден ажырата қарайды [2].

Дефлегмациялы айыру кезінде пайда болған буды конденсациялайды да, конденсаттың бір бөлігін флегма түрінде бу ағынына қарсы береді. Бу мен сұйықтық ағынынның түйісуі нәтижесінде, жүйеден кеткен бу төмен қайнайтын компоненттермен қосымша байиды, сөйтіп қоспалардың ажыратылуы жақсарады.

Ректификациялы айыру - Ректификациялық колонна деп арнайы қондырғылармен - ректификациялық табақшалармен немесе насадкамен қамтамасыз етілген вертикаль цилиндр тәріздес мұнайды айдап өндеуге арналған аппаратты айтады. Табақшалар мен насадка колоннаның бойымен көтерілген будын төмен қарай ағатын сұйықпен тығыз жанасуын қамтамасыз етеді. Ректификациялық колоннаның жоғарғы жағынан төмен жатқан тәрелкелерге үнемі сұйық (флегма) ағып түсіп жатады.

2 сурет - Мұнайдың ректификациясы

Дайын өнімнің бір бөлігі (ректификакт) конденсацияланғаннан кейін байытылған сұйық (суармалау) түрінде жоғарыдағы тәрелкеге қайтарылып отырады. Колоннаның төменгі жағынан бу үздіксіз жоғары қарай көтеріліп отырады. Колоннада бу ағымын үнемі тудырып отыру үшін колоннадан шығарылатын қалдықтың бір бөлігі қыздырылып буға айналдырылады да колоннаға кері қайтарылып отырады.

Қарапайым және күрделі қоспаларды ректификациялау периодты немесе үздіксіз жұмыс жасайтын тізбектерде іске асырылады. Мерзімді (периодты) жұмыс жасайтын тізбектер өнімділігі төмен қондырғыларда қөп мөлшердегі фракцияларды алу және бөлудің жоғарғы нақтылығы қажет болған жағдайларда қолданады . Шикізат айдаушы кубқа 1 оның диаметрінің 2/3 биіктігіне дейін түседі, онда тұйық газдың буымен қыздырылады. Ректификациялық қондырғының жұмыс атқарушының бірінші кезеңінде қоспасының ең ұшқыш компонентін шығарып алады, мысалы: бензолдық басты одан соң ауа температурасын көтермеле отырып, қайнау температурасы жоғарырақ компонентті алады (бензол, толуол және т.б). Өте жоғары температурада қайнайтын қоспалар кубта қалады және кубтың қалдығын қалыптастырады. Ректификациялау процессі аяқталғаннан кейін, ол қайтадан шикізатпен толтырылады және ректифиуациялау қайтадан басталады. Кезендік процесі жылудың көп шығындылығымен және қондырғының төмен өнімділігімен шартталады. Үздіксіз әрекеттегі қондырғыда (1.3 сурет) аталып өткен көп кемшіліктер жоқ. Мұндай қондырғының принципі схемасы суреттее көрсетілген. Шикізат жылу алмасу бөлімімен 1 қыздырушы 2 түседі және әрі қарай ректификациялау тізбегінің 3 әрт

1-айдаушы кубы, 2-ректификациялық қондырғы, 3- конденсатортоңазтқыш 4-аккумулятор, 5-тоңазтқыш, 6-сораптар.

3 сурет – Периодты жұмыс жасайтын қондырғының принципті схемасы

жылуалмастырғыш, 2-қыздырғыш, 3-ректификациялық колонна, 4-қайнатушы, 5-конденсатор-тоңазытқыш, 6-аккумулятор.

4 сурет – Үздіксіз әрекеттегі қондырғының принципті схемасы

Ректификациялық колоннада әр табақша арқылы 4 ағын өтеді:

Жоғарыда орналасқан тәрелкеден төмен ағатын сұйық-флегма.

Төменде орналасқан тәрелкеден келетін бу.

Төменде орналасқан тарелкеге ағатын сұйық-флегма.

Жоғарыда орналасқан тәрелкеге көтерілетін бу.

Ректификациялық колоннаның құрылысы жоғары көтерілетін будың жартылай конденсациялауына, сөйтіп табақшаларда жиналуына мүмкіндік береді. Жиналған сұйық фракция арнайы ағын арқылы төмен ағып кетеді. Қалған бу түріндегі өнімдер сұйық арқылы өтіп,жоғары көтеріледі. Көтерілу булары мен төмен түсетін сұйық (флегмамен) арасында жанасуды қамтамасыз ететін құрылымының ішкі…