Свойства битумов
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
?динаковыми свойствами продукта. Таким образом, по структуре потока жидкой фазы колонна близка к аппарату идеального смешения. В этих условиях безразлично, как вводить реагирующие фазы - прямоточно или противоточно. Обычно сырье подают под уровень раздела фаз, а битум откачивают с низа колонны, при этом твердые осадки в колонне не накапливаются.
В ряде случаев битум откачивают из колонны через уравнительную емкость, наличие которой облегчает поддержание постоянства откачиваемого потока, что важно для обеспечения работы системы утилизации тепла битума (рис. 7). Во избежание перегрева колонны в результате выделения теплоты реакции окисления в газовое пространство подают воду, которая, испаряясь, понижает температуру в колонне и разбавляет газы окисления. Если такого разбавления недостаточно для снижения концентрации кислорода до безопасной, в колонну вводят также водяной пар, вырабатываемый в парогенераторе за счет избыточного тепла сырья и продукта. Для поддержания теплового равновесия процесса применяют также циркуляцию части битума через выносные холодильники.
Рис. 7. Схема окисления в колонне с утилизацией тепла:
- кипятильники; 2 - уравнительная емкость; 3 - окислительная колонна; 4 - парогенератор; 5 - сепаратор iиклоном; 6 - огнепреградитель; 7 - печь; 8 - компрессор; 9 -насосы.
Последовательное окисление. Часто процесс окисления осуществляют в последовательно работающих окислительных реакторах. При этом удобнее поддерживать тепловое равновесие процесса рециркуляцией охлажденного потока жидкости, так как охлаждению подвергается не конечный, высоковязкий и легкозастывающии в холодильниках продукт, а промежуточный, менее вязкий. В последовательную цепочку можно объединять как одинаковые, так и разные по конструкции аппараты. Несколько десятилетий назад получила распространение так называемая кубовая батарея непрерывного действия - ряд кубов, в которых проводилось последовательное окисление.
Сырье непрерывно закачивается в первый куб, установленный на высоком постаменте, и затем перетекает в следующие кубы, расположенные на менее высоких постаментах. Воздух подается в каждый куб отдельно. Такая схема позволяет проводить процесс окисления непрерывно, что облегчает условия производства. Работа каждого куба в отдельности аналогична работе окислительной колонны, но ввиду меньшей высоты кубов процесс окисления менее эффективен, поэтому схема с последовательным окислением в кубах теряет свое значение.
Последовательное окисление осуществляется и в бескомпрессорном реакторе, представляющем собой горизонтально расположенный сосуд, разделенный на секции. Сырье здесь перетекает через переливные устройства из одной секции в другую. По причине небольшой высоты жидкой фазы горизонтальный аппарат характеризуется малым временем контакта кислорода воздуха с окисляемой массой и, как следствие,- невысокой эффективностью.
Предложено последовательное окисление в системе трубчатый реактор - испаритель. В отличие от обычной схемы работы трубчатого реактора воздух подается в испаритель, работающий в этом случае как пустотелая колонна. Промышленное испытание такой схемы показало возможность ее осуществления. Однако экономически это нецелесообразно, так как обычная пустотелая колонна, являющаяся менее эффективным аппаратом, чем трубчатый реактор, используется на конечной стадии процесса, где окисление идет труднее. Кроме того, на действующих блоках трубчатых реакторов с определенной пропускной способностью по газовой фазе подача воздуха в испаритель приведет к нарушению режима его работы или потребует ограничения подачи воздуха в трубчатый реактор.
Эффективнее иное сочетание трубчатого реактора и колонны. Сырье подается в колонну, а полупродукт из колонны - в трубчатый реактор. По такой схеме трубчатый реактор используется на конечной стадии окисления, когда имеет место недостаточно полное использование кислорода воздуха в колонне. Включение же менее энергоемкой колонны (что рассматривается ниже) в схему снижает общие энергетические затраты. Так, при получении дорожных битумов по двухступенчатой схеме затраты пара, электроэнергии и топлива примерно на 25% ниже по сравнению с затратами при одноступенчатой схеме окисления в трубчатом реакторе. Преимущества двухступенчатой схемы еще более заметны при производстве строительных битумов.
Предпочтительность объединения в одну цепочку разных по конструкции и принципу работы "окислительных реакторов можно показать на примере производства битумов на Сызранском НПЗ. Здесь окисление осуществляется последовательно в колонне, трубчатом реакторе и кубе (рис. 8). Использование колонны в начале технологической цепочки позволяет устранить затраты тепла на предварительный нагрев сырья. В колонне получают дорожный битум, часть которого откачивают в товарные емкости, а остальное количество, не охлаждая, направляют на окисление в трубчатый реактор. В трубчатом реакторе получают строительный битум четвертой марки, причем вследствие небольшой степени окисления нет необходимости в затратах энергии на обдув реактора охлаждающим воздухом: охлаждение происходит за счет тепловых потерь. Полученный битум в основном выводится из процесса как товарный продукт, а оставшаяся часть направляется в кубы периодического действия для получения строительного битума. Применение кубов здесь оправдывается, несмотря на плохое использование кислорода воздуха, получением ма