litceysel.ru
добавить свой файл
1 2 ... 5 6

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Машины и аппараты химических производств»


Курс лекций по дисциплине «Процессы и аппараты нефтегазопереработки»

для студентов специальности 130603 «Оборудование нефтегазопереработки»

Гидромеханические процессы


Разработала

канд. техн. наук, доц. ___________ Р.Р.Ибрагимова

(подпись, дата)


Уфа 2007





Вопросы по предмету «Процессы и оборудование отрасли»

«Гидромеханические и тепловые процессы»


  1. Характеристика дисперсных систем

  2. Отстаивание. Скорость осаждения

  3. Производительность отстойников

  4. Аппаратура для отстаивания

  5. Основные способы очистки газов

  6. Газоочистительные аппараты

  7. Разделение неоднородных систем в циклонах

  8. Фильтрование. Виды фильтрующих перегородок

  9. Теоретические основы фильтрования

  10. Фильтрование при постоянном перепаде давления

  11. Фильтрование при постоянной скорости

  12. Аппаратура для фильтрования

  13. Основные способы перемешивания

  14. Механическое перемешивание

  15. Барботажное перемешивание

  16. Гидравлические способы перемешивания

  17. Центробежная сила и фактор разделения

  18. Отстойное центрифугирование

  19. Центробежное фильтрование

  20. Конструкция центрифуг

  21. Режимы движения газов и жидкостей в слое сыпучего материала
  22. Основные характеристики слоя сыпучего материала


  23. Сопротивление слоя сыпучего материала

  24. Область существования псевдоожиженных систем

  25. Пневматический транспорт

  26. Физические основы измельчения твердых материалов

  27. Машины для дробления

  28. Основные виды теплообменников

  29. Типы и классификация трубчатых печей


ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Характеристика дисперсных систем

К неоднородным относятся системы, которые состоят по крайней мере из двух различных фаз, одна из которых распределена в другой. Фаза, в которой распределена другая фаза, называется дисперсионной или сплошной, а распределенная в ней фаза — дисперсной. На практике могут встретиться различные сочетания дисперсионной и дисперсной фаз. Так, в жидкости (сплошная фаза) могут находиться жидкие, твердые или газообразные включения, в газе — жидкие и твердые частицы.

В зависимости от типа дисперсионной и дисперсной фаз различают следующие неоднородные системы:

эмульсия — система, состоящая из капелек одной жидкости, взвешенных в другой. Чтобы образовалась эмульсия, жидкости, ее составляющие, должны быть взаимно нерастворимыми;

пыль или дым взвесь твердых частиц в газе;

туман — система, образованная взвешенными в газе капельками жидкости;

пена представляет собой систему, состоящую из жидкой фазы, в которой распределен газ;

суспензия — жидкость, содержащая взвешенные в ней твердые частицы.

Неоднородные системы характеризуются концентрацией дисперсной фазы, размерами ее частиц и их полидисперсностью. В зависимости от размеров частиц различают следующие типы суспензий: грубые — с частицами размером более 100 мкм, тонкие — с частицами от 0,5 до 100 мкм, мути — с частицами меньше 0,5 мкм и коллоидные растворы с частицами менее 0,1 мкм.

Полидисперсность характеризует процентное содержание частиц соответствующего размера в системе. Монодисперсные системы содержат частицы одинакового размера.


Для разделения неоднородных систем применяют различные способы, цель которых:

выделить из неоднородной системы соответствующие продукты или обеспечить очистку одной из фаз от содержащихся в ней примесей. Разделение жидких неоднородных систем может производиться под действием различных сил:

тяжести — отстаивание;

центробежной — центрифугирование, центробежная фильтрация, очистка в циклонах и гидроциклонах;

электрической — электроочистка газов, электрообессоливание и обезвоживание;

давления — фильтрация.

Частицы размером менее 0,5 мкм под действием ударов молекул приобретают хаотическое движение, и их выделение отстаиванием практически невозможно. .

При выборе аппаратуры приходится учитывать много факторов. Прежде всего следует иметь в виду требования, предъявляемые к качеству разделения. Они могут быть вызваны экологическими соображениями (обеспечение чистоты атмосферного воздуха, водое­мов и т. п.), требованиями технологии (например, защитой вентиляторов или насосов от быстрого износа в результате эрозии лопастей твердыми частичками), а также ценностью взвешенных в газе или жидкости частиц. Кроме того, необходимо учитывать концентрацию дисперсных частиц, распределение их по размерам, агрессивность среды, ее температуру и т. д. И, наконец, следует принимать во внимание технико-экономические показатели работы аппаратов.


2. ОТСТАИВАНИЕ

Скорость осаждения

При отстаивании разделение неоднородных систем обусловлено разностью плотностей взвешенных частиц и среды.

Если частицы крупные и вязкость среды мала, то частицы приобретают большую скорость, вследствие этого будет иметь место вихреобразование (турбулентный режим). Силы трения в этом случае могут не приниматься во внимание.

При осаждении мелких частиц, а также в случае большой вязкости среды скорость движения частиц мала, вихри не образуются и основную роль играют силы трения (ламинарный режим).


Промежуточный (переходный) режим характеризуется сопоставимыми затратами энергии на вихреобразование и трение.

Режим осаждения характеризуется величиной критерия Рейнольдса и Архимеда

, (1)

(2)

rge w– скорость осаждения

d-диаметр частицы

ρт- плотность частицы

ρс-плотность среды

μс — динамическая вязкость среды.

Ламинарный .... Аг <: 3,6. Re < 0,2

Промежуточный . . 3,6 < Аг < 84000 0,2 < Re < 500

Турбулентный ... Аг > 84000 . Re > 500

Для ламинарного режима скорость осаждения определяется законом Стокса

(3)

При турбулентном режиме движения, ξ ≈ 0,44 и скорость осаждения вычисляют по уравнению

(4)

Для промежуточной области и £ = 18,5/Re"'".

Уравнением Стокса обычно невозможно сразу пользоваться, поэтому сначала определяют критерий Ar поскольку все входящие в него величины известны и по критерию Архимеда определяют режим движения , затем определяют скорость осаждения по формулам (3) и (4).

Из приведенных уравнений следует, что скорость осаждения возрастает с увеличением размера частиц, разности плотностей частиц и среды и с уменьшением вязкости среды. Поэтому в технике воздействуют на неоднородную систему с целью коагуляции (укрупнения) частиц: уменьшают вязкость среды, повышая температуру жидкости, или применяют маловязкие растворители.

Производительность отстойников

Рассмотрим работу горизонтального отстойника, схема которого приведена на рис.1.


Жидкость, содержащая твердые частицы (или взвешенные ча­стицы другой жидкости), движется в горизонтальном направле­нии со скоростью w, а частицы осаждаются со скоростью woc. Чтобы частицы успели осесть в отстойнике, необходимое среднее время пребывания жидкости в отстойнике т должно быть больше времени осаждения частиц.







Рис. 1. Схема горизонтального отстойника для разделения суспензии;

I — ввод суспензии; // — вывод осветленной жидкости; III — выгрузка осадка.

Объем прошедшей через отстойник жидкости составит

V =bhw=blw0C=Fwoc

где F = bl — площадь отстойника в плане.

Таким образом, производительность отстойника зависит только от скорости осаждения частиц woc и его площади в плане F. Необходимо помнить, что отстойник не должен быть слишком коротким, иначе слишком мало время движения жидкости в отстойнике т, и условие будет нарушено.

Чтобы сократить время отстаивания, кроме ранее упомянутых способов можно уменьшить высоту осаждения частиц h, устраивая в отстойнике горизонтальные перегородки, а также увеличивая действующую на частицы силу. Например, вместо силы тяжести используют центробежную силу.

Аппаратура для отстаивания


Для разделения эмульсии (например, воды и нефтепродукта) применяют отстойник, схема которого приведена на рис. 2.


Смесь поступает в отстойник вблизи уровня раздела фаз, а уровень тяжелой жидкости (воды) поддерживается или регулятором уровня или сифоном («уткой»). Легкая жидкость (нефтепродукт) отводится сверху.

.

Для обезвоживания и обессоливания нефти (до остаточного содержания воды не более 0,1% и солей не более 5 мг/л) широко применение на НПЗ получили электродегидраторы различных конструкций, сочетающие обработку обводненной нефти в электрическом поле с разделением воды и нефти отстаиванием.


На рис. 3 показан горизонтальный злектродегидратор конструкции ВНИИнефтемаша, рассчитанный на давление 1 МПа и температуру 100 °С. Диаметр аппарата 3,6 м, длина около 18 м, напряжение на электродах может достигать 44 кВ.

В таком аппарате водно-нефтяная эмульсия обрабатывается последовательно в трех зонах. В первой зоне, между маточником для ввода нефти и уровнем воды, эмульсия промывается водой, содержащей деэмульгатор. При этом из нефти отделяются наиболее крупные капли воды. Перемещаясь вверх, нефть попадает во вторую зону, находящуюся между уровнем воды и нижним электродом, где нефть подвергается воздействию слабого электрического поля. Затем в третьей зоне нефть попадает в сильное электрическое поле между электродами, где от нефти отделяются наиболее мелкие капли воды.




Рис.3. Горизонтальный злектродегидратор:

1 — штуцер для ввода нефти; 2 — нижний маточник; 3 — нижний электрод; 4 — верх­ний электрод; 5 — верхний маточник; 6 — штуцер для вывода обессоленной нефти; 7 — проходной изолятор; 8 — подвесной изолятор; 9 — коллектор для дренирования воды.

Нижний и верхний маточники обеспечивают равномерное распределение нефти по поперечному сечению аппарата и небольшую скорость восходящего потока нефти, что создает хорошие условия для осаждения капель воды. Основные типы отстойников, применяемых на нефтеперерабатывающих заводах для отделения нефтепродуктов от воды и шлама, рассмотрены ниже.


На рис. XVIII-5 показан нефтеотделитель, служащий для задержания и сбора нефтепродуктов, попавших в систему оборотного водоснабжения. Нефтеотделитель оборудован устройствами для сбора и отвода плавающего нефтепродукта и выпадающего шлама.



Сток


Рис. XVII1-5. Нефтеотделитель:

/ — гидроэлеватор; 2 — лебедка; 3 — скребковый транспортер; 4 — поворотная труба для сбора нефтепродукта.

. Отстойники служат для более полного удаления нефтепродуктов и взвесей, а также для усреднения состава сточных вод. Отстойники изготавливаются из железобетона и оборудуются устройствами для сгребания осадка и сбора нефтепродукта. Диаметр отстойников 30 и 40 м, производительность 360 и 760 м3/ч. Расчетное время отстаивания около 6 ч, а остаточное содержание нефтепродуктов до 70 мг/л.



Рис. 10-1. Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой: 1-корпус; 2-днище; 3-гребковая мешалка; -4-кольцевой желоб


ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВ

Перерабатываемые в промышленности потоки газов (паров) содержат, как правило, взвешенные в них твердые или жидкие частицы. Эти частицы необходимо удалять с целью подготовки газа для последующих стадий переработки или для извлечения ценных веществ, а также перед выбросом газа в атмосферу. Для удаления взвешенных частиц из газовых потоков применяют следующие основные способы:

1) осаждение под действием силы тяжести;

2) осаждение под действием инерционных сил, возникающих при резком изменении направления газового потока;

3) осаждение под действием центробежной силы, возникающей при вра­щательном движении потока газа;

4) осаждение под действием сил электрического поля; 5) фильтрацию;

6) мокрую очистку.

Для получения необходимой степени очистки обычно приходится сочетать различные способы обработки газов.

Так, на установках каталитического крекинга перед выбросом газов из регенератора в атмосферу их очищают от пыли в циклонах, электрофильтрах и зачастую в мокрых пылеуловителях.

Характеристика эффективности работы аппарата величиной парциального к. п. д. имеет важное значение при переработке газов, содержащих мелкие частицы (менее 50 мкм). Следует отметить, что в аппаратах, использующих три первых способа очистки, отделение частиц размером 10 мкм и менее затруднительно и пар­циальный к. п. д. для таких частиц низок. Выделенная из потока газа частица осаждается на рабочей поверхности аппарата и выводится затем из системы.


На рис. ХХ-1 приведены схемы основных способов улавливания частиц из газового (парового) потока.








Рис. XX I. Основные способы улавливания частиц из газового потока:

а — осаждение под действием силы тяжести; б — осаждение под действием инерционных сил; в — осаждение под действием центробежной силы; г — осаждение под действием сил электрического поля; d— фильтрация; е — мокрая очистка; /, /' — частица до и после осаждения; 2 — осадительная поверхность; 3 — лопатка (перегородка); 4 — ороситель.


ГАЗООЧИСТИТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ

Пылеосадительные камеры. Простейшим типом газоочистительных аппаратов являются пылеосадительные камеры (рис. ХХ-2), в которых улавливаемые частицы удаляются из потока газа под действием силы тяжести. Как известно время осаждения частиц тем меньше, чем меньше высота отстойной камеры. С этой целью внутри аппарата на расстоянии 400 мм или несколько более установлены горизонтальные или наклонные перегородки, которые делят весь объем камеры на систему параллельных каналов относительно небольшой высоты.

Пылеосадительные камеры имеют сравнительно большие габариты и используются обычно для удаления наиболее крупных частиц при предварительной очистке газа.


Рис. ХХ-2. Пылеосадительная камера:

/ — запыленный газ; // — очищенный газ; 1 — камера; 2 — перегородки.



следующая страница >>