Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

541

Кристаллизаторы смешения. В крис-

таллизаторах этого типа, разработанных

в ГрозНИИ, кристаллизация твердых

углеводородов осуществляется при непо

средственном смешении сырья с предва

рительно охлажденными порциями рас

творителя. Кристаллизатор смешения

представляет собой колонну (рис. 4.17),

разделенную перегородками

4 на секции,

в каждую из которых подается охлаж

денный растворитель. Сырье I и первая

порция растворителя вводятся в нижнюю

часть кристаллизатора. Обе жидкости

контактируют при помощи перемеши-

вающих устройств

3; приводом вала слу-

жит электромотор. К корпусу 1 прикрепле

ны отражатели

2, способствующие лучше-

му перемешиванию сырья с растворите

лем. Сверху кристаллизатора выводится

суспензия твердых углеводородов III.

При таком способе кристаллизации обра

зуются крупные разобщенные кристаллы

твердых углеводородов, что увеличивает

скорость разделения суспензии на филь

трах и уменьшает содержание масла в твердой фазе. Кроме того, ско

рость охлаждения раствора сырья в кристаллизаторах смешения может

быть увеличена в

2…2,5 раза по сравнению со скоростью в скребковых

кристаллизаторах.

Кожухотрубчатый кристаллизатор используется для депарафи

низации масел

. Он состоит из десяти секций, представляющих собой

теплообменник «труба в трубе» (рис. 4.18).

Через внутреннюю трубу каждого теплообменника пропущен по

лый вал

3 со скребками 4. Диаметр внутренней трубы 2 равен 168 мм,

длина 13,8 м. Ввиду большой длины трубы вал выполнен из отдельных

частей длиной по 2,7

м, соединенных между собой с помощью стержня 5

с промежуточной опорой

9 и болтов 6. Скребки (стальные полоски

длиной 545 мм) привариваются к пальцам 7, которые входят в цилин-

дрические гнезда вала и распираются пружинами

8. Благодаря этому

скребки всегда прижаты к внутренней стороне трубы

. Оба конца вала

выходят из внутренней трубы через сальники. На одном конце вала на

Рис. 4.17. Схема кристаллизатора

смешения:

1 — корпус; 2 — отражатель; 3 — пере

мешивающее устройство; 4 — перего

родка; линии: I — сырье; II — холодный

растворитель; III — суспензия

542

сажена ведомая звездочка. Валы секций кристаллизатора приводятся во

вращение от электродвигателя через редуктор и цепную передачу. Все

десять труб (секций) крепятся на специальной металлоконструкции.

Оси труб имеют небольшой наклон к горизонту.

Работает кожухотрубчатый кристаллизатор следующим образом

Пересыщенный твердый раствор, подлежащий кристаллизации, выхо

дит из коллектора в каждую трубу и самотеком перетекает к их концам

Противотоком этому движению по внешним трубам

1 пропускают хла-

дагент. Выпавшие из раствора при охлаждении кристаллы очищаются

скребками вращающихся валов и тоже перемещаются к концам трубы

откуда они вместе с маточным раствором удаляются на разделение.

Кристаллы твердых углеводородов отделяют от раствора депара

финированного масла центрифугированием или фильтрованием

Фильтры. Для отделения кристаллов парафина и церезина от рас-

твора масла применяют барабанные вращающиеся фильтры двух типов

вакуумные и работающие под давлением. Вакуумные фильтры состоят

из вращающегося барабана

(частота вращения 0,5…2 мин

–1

), обтянуто-

го фильтровальной тканью, и распределительного устройства. Бара

бан вмонтирован в корпус фильтра. Между фильтровальной тканью

и поверхностью барабана имеется кольцевая полость

, разделенная по

окружности продольными перегородками на

30 секций, не соединяю-

щихся между собой

. Каждая секция несколькими трубками соединена

с распределительным приспособлением

, при помощи которого и осу-

ществляется смена циклов процесса фильтрования

. Между барабаном

и тканью в каждой секции уложено, два слоя сетки с крупными и мелкими

ячейками, что способствует равномерному стоку фильтрата через труб

Рис. 4.18. Элемент (секция)

кожухотрубчатого кристаллизатора:

1 — внешняя труба; 2 — внутренняя труба; 3 — вал;

4 — скребки; 5 — стержни; 6 — болт; 7 — палец; 8 — пру

жины; 9 — промежуточная опора

543

ки. Фильтровальная ткань закреплена в специальных пазах продольных

перегородок. По окружности она прижата к барабану прочной проволо

кой. Корпус фильтра тщательно изолирован пробкой

. Охлажденная сус-

пензия

I (рис. 4.19) из напорного бачка поступает самотеком в фильтр 1

через штуцеры в днище его корпуса. Уровень жидкости в корпусе держат

таким, чтобы в нее было погружено до 60 % поверхности барабана

. При

работе фильтра его барабан вращается, следовательно, вся его фильтру

ющая поверхность последовательно погружается в суспензию сырья.

В той части барабана, которая погружена в суспензию, за счет вакуума,

создаваемого в секциях барабана вакуум-компрессором

4, отсасываю-

щим инертный газ VI из вакуумных приемников, происходит фильтро

вание. Фильтрат (раствор депарафинированного масла) III проходит

через ткань, а кристаллы отлагаются на поверхности ткани, образуя

осадок, слой которого (лепешка) увеличивается по мере приближения

к поверхности раздела фаз. Образовавшийся на фильтрующей поверх

ности барабана осадок промывается холодным растворителем II.

Рис. 4.19. Схема вакуумного фильтра непрерывного действия:

1 — вакуумный фильтр; 2 — газгольдер; 3 — вакуумный приемник раствора депарафинированного

масла; 3а — вакуумный приемник фильтрата горячей промывки; 4 — вакуумный копрессор

. Линии:

I— суспензия сырья в растворителе; II — растворитель; III — раствор депарафинированного масла;

IV — промывной раствор (фильтрат от холодной промывки осадка); V —раствор гача или петрола

тума; VI — инертный газ; VII — фильтрат горячей промывки

544

Так как внутри секции поддерживается вакуум, то растворитель про-

сасывается через слой твердых углеводородов, растворяя оставшееся

в нем масло.

Промывной раствор IV проходит через ткань внутрь секции, а оттуда

через коллектор — в вакуумный приемник 3.

Промытый осадок при дальнейшем вращении барабана отдувается

инертным газом VI, который подается с обратной стороны фильтро

вальной ткани под избыточным давлением 30...50

кПа (0,3…0,5 кгс/см

)

через отверстие в распределительном устройстве внутрь секций, а затем

через ткань, отделяя от нее образовавшийся осадок. В корпусе вакуум

ного фильтра над поверхностью фильтруемой суспензии поддержива

ется избыточное давление инертного газа 1 кПа

(0,01 кгс/см

). После

отдувки осадок V срезается ножом, скользящим по крепежной прово

локе, попадает в желоб, откуда вместе с добавленным растворителем

направляется шнеком в приемник для гача или петролатума. По мере

необходимости (когда ткань забивается кристаллами твердых углеводо

родов и льда, о чем судят по уменьшению производительности фильтра)

подачу сырья прекращают и проводят горячую промывку. Фильтрат

горячей промывки VII проходит в секцию барабана, а оттуда — в ваку

умный приемник

3а. Горячая промывка может быть запрограммирова-

на по времени и температуре промывки и на большинстве установок

осуществляется автоматически в период рабочего цикла.

Принцип действия фильтров, работающих под давлением, подобен

описанному выше. Эти фильтры используют для депарафинизации мас

ляных фракций из раствора в пропане, при работе с которым приме

нять вакуум невозможно. Частота вращения барабана фильтра

5…20 ч

–1

Разность давлений внутри фильтра от

15 до 70 кПа (в среднем около

кПа) поддерживается циркуляцией паров пропана при помощи спе-

циального компрессора.

Барабанный ячейковый вакуум

-фильтр с наружной фильтрую-

щей поверхностью — наиболее распространенный фильтр непрерывно

го действия. Основной рабочий элемент машины — барабан (рис. 4.20),

пространство между стенками которого разделено радиальными пере

городками на ряд ячеек. Ячейки закрыты перфорированными листа

ми, прикрепленными к перегородкам и юртам винтами с потайными

головками.

Снаружи перфорированные листы покрыты фильтровальной тканью.

Каждая ячейка снабжена дренажной трубкой

9. Одновременно трубки

служат спицами, связывающими барабан со ступицей, к которой кре

пятся полые цапфы. Обычно трубки образуют сплошной конический

545

диск с каналами переходящими в ступицу. Цапфами 3 и 8 барабан опи-

рается на подшипниковые узлы

2 и 5, закрепленные на станине филь-

тра, и приводится во вращение с частотой вращения 10

…50 ч

–1

через

зубчатое колесо

1, закрепленное на цапфе 3. Нижняя часть барабана

погружена в суспензию, подаваемую в корыто 13, которое снабжено

переливной трубой 12. В нижней части корыта под барабаном помеще

на маятниковая мешалка

14 с приводом 15, закрепленная на шарнирах

и совершающая качательное движение. Мешалка препятствует гравита

ционному осаждению суспензии и образованию осадка на дне корыта

Над барабаном расположено устройство

10 для промывки осадка, со-

стоящее из коллектора

, ряда форсунок, разбрызгивающих промывную

жидкость, и полосы ткани, натянутой на ролики и предохраняющей

осадок от размывания

. Ячейки фильтра соединены дренажными труб-

ками с продольными каналами в стенке полой цапфы

8. При вращении

барабана каждая ячейка через дренажную трубку

, канал цапфы и рас-

пределительное устройство соединяется через штуцера попеременно со

сборниками основного и промывного фильтратов

, находящимися под

вакуумом, и с источником сжатого воздуха, служащего для отделения

(отдувки) осадка от фильтровальной ткани перед снятием его ножом 11

для регенерации (очистки) фильтровальной ткани.

Распределительное устройство состоит из круглого корпуса ячей

ковой и распределительной шайб

. Корпус разделен перегородками на

отсеки и снабжен штуцерами. Ячейковая шайба, закрепленная на цапфе

Рис. 4.20. Барабанный ячейковый вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью

(описание позиций по тексту)

546

барабана, имеет по окружности ряд отверстий (по числу ячеек филь-

тра) и вращается вместе с барабаном. На распределительной шайбе, за

крепленной на неподвижном корпусе распределительного устройства,

предусмотрены секторные окна. Шайбы пришлифованы и прижаты

одна к другой действием вакуума и пружины.

На каждой ячейке последовательно происходят различные стадии

процесса. Ячейки барабана

1 (рис. 4.21), находящиеся в зоне I (филь-

трование), погружены в суспензию (в корыто

11) и через распредели-

тельное устройство

8 соединены со сборником основного фильтрата

и с вакуумной системой. Под действием вакуума происходит филь

трация суспензии. На поверхности ячеек, покрытой фильтровальной

тканью, образуется осадок; фильтрат собирается в полостях ячеек

и через дренажные трубы

2 и отсек 12 распределительного устройства

отводится в сборник. По мере движения ячейки в пределах этой зоны

толщина осадка постепенно увеличивается.

В зоне II (первое обезвоживание) ячейки уже не погружены в су

спензию, но еще соединены со сборником основного фильтра. Здесь

происходит первое обезвоживание осадка под действием вакуума воз

духом, вытесняющим жидкость из пор осадка.

В зоне III (промывка) осадок орошается промывной жидкостью,

поступающей на его поверхность из форсунок

4 через поры ткани 5,

натянутой на ролики

3. Здесь ячейки через отсек 6 распределительно-

го устройства

8 соединены со сборником промывного фильтрата. Под

действием вакуума промывная жидкость фильтруется через осадок,

вытесняя из его пор остатки жидкой фазы суспензии.

В зоне

IV (второе обезвоживание) осадок не орошается, но ячейки

остаются соединенными со сборником промывного фильтрата. Затем

в зоне

V (удаление осадка) через штуцер 7 в ячейки подается сжатый

воздух. При деформации и колебаниях фильтровальной ткани осадок от

нее отделяется и падает на нож

9, с которого соскальзывает в бункер —

сборник осадка.

В зоне VI происходит регенерация (очистка) ткани. Здесь ячейка

погружена в суспензию, и в нее через штуцер

10 подается сжатый воз-

дух. При барботаже воздуха через слой суспензии она отмывается от

частиц, застрявших в ее порах.

Барабаны бывают закрытые с торцов и открытые — без торцовых

стенок. Открытые проще по конструкции и меньше весят, но их стенки

и отводные трубки подвержены коррозионному действию жидкости

внутри и снаружи. Кроме того, при открытом барабане в несколько

раз увеличивается объем суспензии, находящейся в корыте фильтра.

547

Барабан обтянут снаружи фильтровальной тканью в один или два

слоя. Во втором случае в качестве нижнего слоя используется ткань бо

лее редкого плетения

(мешковину, капроновую) в качестве верхнего —

более плотную и тонкую

(бязь). Поверх ткани барабан обвит стальной

проволокой диаметром 1…3 мм с 50…100 мм.

Возможно также посекционное крепление ткани без обвивки бара

бана проволокой

. Для уплотнения ткани в пазах используют резино-

вый шнур, хлопчатобумажный или пеньковый канат, деревянные рейки

При посекционном креплении можно использовать отдельные отрезки

ткани на несколько или даже на одну ячейку и быстро заменять ее на

поврежденных участках.

Для снятия осадка с барабана служат различные устройства. Непод

вижный нож в сочетании с пульсационной отдувкой применяют для

снятия сравнительно толстых осадков

(толщиной более 8…10 мм), т. е.

при обработке легкофильтрующихся суспензий. Чтобы увеличить про

изводительность единицы фильтрующей поверхности

, целесообразно

работать с тонкими осадками, увеличив соответственно частоту враще

ния барабана. При малой толщине осадка уменьшается сопротивление

и возрастает средняя скорость фильтрации

, а следовательно, и произ-

водительность фильтра

Более тонкие осадки (1,5

…8 мм) снимают с помощью подвижного

ножа, следующего за поверхностью ткани. Нож поворачивается в опо-

рах, легко прижатый к ткани противовесами или пружиной. Иногда

Рис. 4.21. Схема работы барабанного

ячейкового вакуум-фильтра

с наружной фильтрующей поверхностью

(описание позиций по тексту)

548

для уменьшения износа ткани лезвием ножа служит сменная пластина

из твердой резины. Используют также гибкие ножи в виде тонких пла

стин, специальные валики, шнуры, сетки, перфорированные ролики,

туго натянутые струны. В конструкциях фильтров, предназначенных

для работы с намывным слоем зернистого материала, предусмотрены

ножи с микрометрической подачей. В этом случае на барабан фильтро

ванием вспомогательной суспензии предварительно наносят толстый

слой (50

…75 мм) зернистого материала (диатомита, древесной муки

и др.), через который затем фильтруется основная суспензия. За каждый

оборот барабана нож срезает тонкий слой (несколько десятых долей мил

лиметра) зернистого материала с застрявшими в его порах частицами

твердой фазы основной суспензии. Цель процесса в этом случае – очист

ка жидкости от взвешенных в ней мелких твердых частиц (осветление).

В зависимости от назначения барабанные вакуум-фильтры из

готовляют с различными углами погружения барабана в суспензию.

Фильтры малого погружения (угол погружения

80…100°) предназна-

чены для легкофильтруемых суспензий и в основном используются

в горнорудной промышленности. Для труднофильтруемых (мелкозер

нистых) суспензий используют фильтры с углом погружения около

200°. Фильтры общего назначения имеют угол погружения в пределах

135

…145°. Наибольший угол погружения (210…270°) у фильтров для

низкоконцентрированных суспензий с волокнистой твердой фазой.

Реже используются барабанные вакуум-фильтры других конструк

ций: со сходящей фильтровальной тканью, ячейковые без распредели

тельного устройства, безъячейковые, барабанные фильтры-сгустители,

с внутренней фильтрующей поверхностью.

Барабанный фильтр

, работающий под давлением. Из фильтров

непрерывного действия наиболее широко применяются в промышлен

ности вакуум-фильтры, но они работают при малой движущей силе

(∆р ≤ 0,08 МПа). Проблема создания непрерывно действующих филь-

тров с большей движущей силой, т

. е. работающих при повышенном

давлении, решена, в частности, фирмой «Хюттенверк Зонтгофен» (Гер

мания).

Барабанный фильтр (рис. 4.22) имеет ячейковый фильтрующий

вращающийся барабан

1, который заключен в кожух 2 и снабжен шту-

церами 6, 13, 17.

Фильтрующая перегородка (перфорированный лист, покрытый тка

нью) расположена не на наружной поверхности барабана, а во впадинах

ячеек

5. Кольцевое пространство между барабаном и кожухом разделено

подвижными перегородками

8 на три (возможно более) герметичные ка-

549

меры 3, 14, 16, предназначенные для подачи в них суспензии, промывной

жидкости и сжатого воздуха для осушки осадка. Перегородки 8 помеще

ны в гнезда

7 прямоугольного сечения, прижаты к барабану (к бортам

ячеек) сжатым воздухом, подаваемым через штуцеры

9, и обеспечивают

уплотнение между камерами.

Опорные подшипники барабана встроены в торцовые крышки кожу-

ха. Гладкие нерабочие края барабана уплотнены в торцовых крышках

кольцевыми уплотнителями типа сальника

. К уплотнениям подается

смазочная жидкость. Суспензия подается под давлением через штуцер 13

в камеру

14 и фильтруется на ячейках барабана, находящихся в этой

камере. Фильтрат отводится через дренажные трубки и распредели

тельную головку в сборник фильтрата. В камере 16

осадок промывается

жидкостью, подаваемой под давлением через штуцер 17. Осушка осадка

вытеснением влаги сжатым воздухом происходит в камере 3.

Осадок снимается на незакрытом кожухом участке 10

ножом 11, ко-

торый заходит под действием пружины во впадины ячеек и автомати

чески выталкивается из них при приближении к ножу межъячейковых

перегородок

4. Снятый осадок по лотку 12 поступает в бункер. Частоту

вращения барабана и скорость подачи суспензии подбирают так, чтобы

во время фильтрования в камере

14 впадина ячейки заполнилась осад-

ком. В противном случае при переходе в следующую камеру

16 ячейка

Рис.4.22. Барабанный фильтр,

работающий под давлением

(описание позиций по тексту)

550

перенесет туда некоторый объем суспензии, т. е. промывная жидкость

загрязняется суспензией, что нежелательно. Межкамерные уплотняю-

щие перегородки

8, подобно поршням, подвижны в своих гнездах

в радиальном направлении и уплотнены по периметру. Трущиеся по

верхности перегородок выполнены из пластмассы с низким коэффи

циентом трения по металлу. Ширина перегородок несколько больше

шага ячеек, что исключает сообщение соседних камер кожуха между

собой.

Привод фильтра выполнен с бесступенчатым регулированием час-

тоты вращения, оборудован редуктором и цилиндрическим зубчатым

колесом, закрепленным на цапфе барабана штифтом, срезаемым при

превышении предельно допускаемого момента.

Основной и промывочный фильтраты отводятся из ячеек фильтра

через дренажные трубки

15 и распределительное устройство 18 коль-

цевого или торцового типа, которое обеспечивает фильтрацию под дав

лением, вакуумом или комбинированным способом, а также отдувку

осадка в зоне его съема.

Фильтр можно использовать для разделения быстроосаждающих

ся суспензий. В этом случае суспензия подается в верхнюю камеру

и фильтр работает с направлением фильтрации сверху вниз, а направ

ление вращения барабана обратное. Соответствующим образом меня

ются также направления движения и наклон ножа. Фильтр может быть

снабжен рубашкой для обогрева.

По сравнению с обычным барабанным вакуум-фильтром рассмот-

ренный фильтр, работающий под давлением, обладает рядом пре

имуществ. Производительность его больше в 1,5

…2,5 раза, конечная

влажность осадка ниже в 1,2

…1,8 раза, расход промывной жидкости

в 1,2

…2,0 раза меньше при том же качестве промывки, а полная гер-

метичность аппарата обеспечивает улавливание паров легкокипящих

и ядовитых растворителей.

Недостатки фильтра — большая поверхность трения в уплотнениях

(сальниках), а также ограниченная возможность увеличения поверх

ности фильтрации.

Центрифуги. Центрифуги используют в процессах депарафини

зации, когда применение фильтрования затруднено или невозможно

вследствие недостаточных размеров кристаллов, низкой скорости

фильтрования и быстрого засорения фильтрующей ткани мелкими

кристаллами (депарафинизация с использованием в качестве раство

рителей нафты и смеси дихлорэтана с бензолом). Эти процессы при

меняют при обработке остаточного сырья, в результате при охлаждении