Разработка малогабаритных кавитационно-вихревых аппаратов для повышения эффективности процессов абсорбции и регенерации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Хафизов, Наиль Фанилевич

• Хафизов, Наиль Фанилевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хафизов, Наиль Фанилевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Анализ конструкций для очистки газов от сернистых соединений, кавитационно-вихревых устройств и теоретические исследования их работы в нефтехимической фомышленности.

1.1. Способы очистки газов от сернистых соединений.

1.2. Основы абсорбционных методов очистки.

1.3. Основы аппаратурного оформления.

1.4. Влияние кавитационно-вихревых воздействий ри переработке углеводородного сырья.

1.5. Возможность применения волновых возденетвий для интенсификации процессов нефтехимической технологии.

ГЛАВА 2. Методы и объекты исследований 2.1 Лабораторная установка и методика исследова-ши процесса окисления тиолов при волновом воздействии

2.2. Исследование процесса диссоциации углеводоро-. при волновом воздействии

2.3. Лабораторная установка по изучению гидродинамических характеристик

ГЛАВА 3 Разработка методики расчета и конструи-t ^зание кавитационно-вихревого аппарата для процесса абсорбции газов.

3.1. Исследование влияния волновых воздействий на ^ юцесс извлечения сернистых соединений из нефтяных ! дистиллятов водно-щелочным раствором.

3.2. Разработка методики расчета кавитационно-' шхревого абсорбера.

3.3. Определение оптимальной скорости движения газового потока.

3.4.Исследование газожидкостного режима, созда- 60 ваемого газожидкостным смесителем.

3.5.0пределение геометрического размера сопла ^ подвода жидкости.

3.6. Расчет пружины рассекателя

3.7. Опытно-промышленные исследования кавитаци-онно-вихревого абсорбера на предварительной сероочистке коксового газа ООО «ЛУКОЙЛ Пермнефтегазопереработ-ка».

ГЛАВА 4 Применение волновых аппаратов для регенерации отработанной щелочи.

4.1. Исследование влияния волновых воздействии на 84 диссоциацию нефтяных углеводородов.

4.2. Исследование гидродинамических характеристик 88 гидродинамического аппарата.

4.3. Исследование гидродинамических характеристик 96 гидродинамического аппарата.

4.4. Технологическая схема очистки углеводородного газа с блоком окислительной регенерации с использованием кавитационно-вихревых аппаратов.

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка малогабаритных кавитационно-вихревых аппаратов для повышения эффективности процессов абсорбции и регенерации»

Основным видом оборудования на предприятиях нефтеперерабатывающей отрасли является колонная аппаратура для процессов контактирования и разделения жидких и газожидкостных систем.

Колонные аппараты, широко применяемые в нефтехимической технологии для проведения процессов контактного тепло- и массообмена, работают обычно в режиме встречного движения взаимодействующих потоков жидкостей и газов (паров). При таком направлении потоков, как известно, наиболее полно используется движущая сила протекающих физических и большинства химических процессов.

Однако встречное движение взаимодействующих потоков в аппарате, неравноценно идеальной схеме противотока. В реальных аппаратах встречное движение потока характеризуется неравномерными профилями скоростей по сечению, сопровождается механическим уносом легкой фазы более тяжелой фазой и, наоборот, продольным переносом тепла и массы и, следовательно, неодинаковым временем пребывания частиц обоих потоков в рабочем объеме. Отклонение от идеального противотока ведет к уменьшению движущей силы процесса обмена или химического превращения и соответствующему понижению эффективности массообменных аппаратов.

Применение волновых воздействий позволяет повысить эффективность массообмена в химико-технологических процессах и создавать компактные аппараты на их основе. Причем энергия потока для этих аппаратов бывает достаточной для создания эффективного кавитационно-вихревого режима. В связи с резким возрастанием стоимости энергии в последние годы, разработка более экономичных конструкций и перспективных технологий на принципах кавитационно-вихревых воздействий актуальна.

Основной целью настоящей работы является теоретические и экспериментальные исследования гидродинамических характеристик кавитационно-вихревых устройств для процесса абсорбционной очистки от сернистых соединений, регенерация отработанных поглотительных растворов, разработка и совершенствование их конструкций.

Это достигается:

1) изучением влияния волновых воздействий на гетерогенные углеводородные системы;

2) разработкой методов расчета и конструирования аппаратов, работающих на принципах кавитационно-вихревых эффектов;

3) созданием новых технологических процессов с применением кавитационно-вихревых аппаратов.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Хафизов, Наиль Фанилевич

Выводы

1. Изучено интенсифицирующее влияние волновых воздействий на поглощение сернистых соединений водно-щелочными растворами из нефтяных углеводородов. Установлено, что при волновом воздействии возможно применение 2-4 %-ного щелочного раствора. Для промышленной реализации процесса абсорбции разработана конструкция абсорбера, позволяющая проводить процесс в кавитационно-вихревом режиме. Абсорбер оснащен саморегулирующим устройством проходного сечения в зависимости от подачи сырья и обеспечивает высокий массообмен между газовой и жидкой фазами.

2. Предложен механизм окисления тиолов и сероводорода при волновом воздействии. Установлено, что инициирование процесса окисления сернистых соединений волновым воздействием происходит путем диссоциации молекул воды. Оптимизированы температурные режимы процесса окисления сернистых соединений, при температуре до 40-50 °С процесс идет с образованием элементарной серы , при температуре 90° С и выше процесс идет с максимальным образованием дисульфидов.

3. Разработана конструкция гидродинамического аппарата с коаксиальным расположением ротора и статора, позволяющая достичь зазора между ними менее 0,1 мм.

4. На основе разработанных конструкций предложена усовершенствованная технологическая схема процесса абсорбционной очистки углеводородных газов от сернистых соединений с двухстадийным блоком регенерации отработанных водно-щелочных стоков.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хафизов, Наиль Фанилевич, 2003 год

1. Кузьменко Н.М. и др. Очистка природных газов от сернистых соединений. М.: Обзорная информация ЦИНТИ ХИМНЕФТЕ-MAL1., 1980,-47с.

2. Коуль А.Л., Ризенфельд Ф.С. Очистка газа.- М.: Недра, 1968-392 с.

3. Семенова Т.А., Лайтес И.Л., Аксельрод Ю.В. Очистка технологических газов. -М.: Химия, 1969.-392 с.

4. Егоров Н.Н., Дмитриев М.М., Зыков Д.Д. Очистка от серы коксовального и других газов.-М.: Металлургиздат, 1960.-341 с.

5. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической технике.-М.: Наука, 1967.-295с.

6. Касаткин .Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.-М.: Химия, 1971.- с 653.

7. Хоблер Т. Массопередача и абсорбция.-Л.: Химия, 1964.-480 с.

8. Олевский В.М., Ручинский В.Р. Ректификация термически нестойких продуктов.-М.: Химия, 1972.-200 с.

9. Александров И.А. Массопередача при ректификации и абсорбции многокомпонентных смесей. -Л. Химия, 1975.-320 с.

10. Ю.Семенов П.А. А.С. СССР 1 18487

11. П.Рамм В.М. Абсорбционные процессы в химической промышленности. -М.: Госхимиздат, 1951. с. 352.

12. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1971.-с. 784.

13. Коган В.Б. Теоретические основы типовых процессов химической технологии.-Л.: 1977.-с.591.

14. Броунштейн Б.И. Фишбейн Г.А. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных системах.-Л.: Химия, 1977-с.ЗЗб.

15. Kronig R., Brink. I, -Appl. Sci. Pes., 1950.v.2,w 2, p. 142.

16. Перри Дж. Справочник инженера- химика, т.1 /Перевод с англ. Под ред. Акад. Н.М. Жаворонкова и чл. Корр. АН СССР П.Г. Романкова/ -Л.: Химия. 1969.

17. Пратт Г.Р.К. Жидкостная экстракция. М.: Госхимиздат. 1958. -С.156.

18. Трейбал Р. Жидкостная экстракция. -М.: Химия. 1966. -547 с.

19. Циборовский Я. Основы процессов химической технологии. Л.: Химия. 1967.

20. Рамм В.М. Абсорбция газов.-М.: Химия, 1967. -656 с.

21. Меркулов А.П. Вихревые эффекты и его применение в технике. М., «Машиностроение», 1969. 182с

22. Некоторые вопросы исследования вихревых вихревого эффекта и его промышленного применения. Труды второго н.-т.к. КуАИ им. С.П.Кололева. Куйбышев, КуАИ 1976, 275 с.

23. Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? М., «Энергия»,,. 1976, 150с.

24. Новицкий Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах. М.:Химия,1983,с.41.

25. Бергман Л.Ультразвук и его применения в науке и технике. М.:ИЛ,1857.

26. Гистлинг A.M.,Баром А.А.Ультразвук в процессах химической тех-нологии.Л.:Госхимиздат,1960,с.95.

27. Маргулис М.А. Основы звукохимии. М.: Высшая школа, 1984.С. 110.

28. Маргулис М.А., Акопян В.Б. Экспериментальные исследования зависимости скорости звуко-химических реакций и потока сонолюми-несценции от интенсивности ультразвуковых волн. Х.Ф. Ж., 1978, т.52, №3, с.601-604.

29. Галиахметов Р.Н. Реакции солей тиолкарбаминовых кислот и их интенсификация акустическим воздействием. Дисс.канд.хим.наук. УГНТУ, Уфа, 1984, 120 с.

30. Флин Г. Физика акустической кавитации. В кн. Методы и приборы ультразвуковых исследований под ред. У. Мэзон, т. 1,ч. "Б",М.: Мир, 1967, с.138.

31. Сиротюк М.Г. О поведении кавитационных пузырьков при больших интенсивностях ультразвука .Акуст.ж.1961,№ 4,с.499.

32. Сиротюк М.Г. Мощные ультразвуковые поля. М.: 1968, с.37.

33. Скобло А.Н., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1982,-С. 47.

34. Давыдов Г.Ф., Курочкин А.К., Абызгильдин Ю.М., и др. Влияние импульсных акустических колебаний на выход продуктов коксова-ния./В сб. Проблемы глубокой переработки остатков сернистых и высокосернистых нефтей.-Уфа, 1980,с.61 -62.

35. Корпачева С.М. Вертикальные колонные аппараты с пульсацией. М.: Атоииздат, 1974,-С. 147.

36. Балабышко A.M. Разработка роторного аппарата для получения стабильной эмульсии.Автореф.канд.техн.наук.М.: 1985,-16с

37. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Гос.издат.физико-математической литературы. 1960,-715С.

38. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.М.:Химия,784с.

39. Минионич И.Я., Перник А.Д., Петровский B.C. Гидродинамические источники звука.Л.:Судостроение,1977,-477 С.

40. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.:Издатинлит, 1957,-726с.

41. Качалов Ю.С., Козлов., Левченко В.Я. Возникновение турбулентности в пограничном слое.Новосибирск, 1982,Наука сиб.отд.,-С.149.

42. Эльпинер И.Е. Ультразвук. Физико-химическое и биологическое действие. М.:Физматгиз,1963.

43. Скорик Ю.И., Гилева К.Г., Кухарская Э.В. Изв. РАН СССР, Б, 1986, N7, с.36.

44. Бадовская JI.A., Корякин А.В., Кулькевич В.Г. действие ультразвука на систему фурфурол-перкись водорода. Изд. ВУЗов Химия и химическая технология топлив и масел. 1962, №12,с.8-11.

45. Буштан З.И. Изучение влияния ультразвука на скорость окисления. Химия и химическая технология топлив и масел. 1961,№12,c.l 1.

46. Старчевский B.JT., Брезген Ю.Б., Мокрый Е.Н. Кинетические закономерности и механизм окисления альдегидов в ультразвуковом поле. В кн. Акуст.кавитация и применение ультразвука в химической технологии, Славское, 1985,с.87.

47. Старчевский B.JT., Брезгин Ю.Б., Реутский В.В., Мокрый Е.Н. Особенности звукохимического окисления циклогексана. В кн. Акуст. кавитация и применение ультразвука в химической технологии, Славское, 1985, с. 87.

48. Червинский К.А., Плужников В.А., Беляков В.Н. Влияние звуковых частот на процесс окисления н-декана кисло-родом,там же, с.54.

49. Хафизов Ф.Ш.,Разработка технологии акустической регенерации щелочных поглотителей в процессах демеркапта-низации легких углеводородов, дисс.к.т.н.,У фа, 1985.

50. Хафизов Ф.Ш. Окисление этилмеркаптида натрия в акустическом поле.-Деп.в ЦНИИТЭНефтехим 08.10.91,№8нх-91,Деп.

51. Moon S,Duchind, ICoony Application of ultrasond to arganic reachons ultrasonic catalysis anhydrolyscs ofcarboxylic esters Fetragedron Letters 1979,v20,N14,p. 3917-3920.

52. Kenncth I Chen,Shailendra K.Gupta Formation of polysulfides in agu-cons Solution -Environ Lett, 1973,v4, N3,p 187-200.

53. Полецкий И.Г. Химические действия кавитации. //Журнал общей химии, 1947,т.17, с.1048.

54. Френкель Я.И. Ж.физ.химии, 1940,N4,c.305.

55. Скоробогатов В.И. Применение ультраакустических исследований к веществу.М.,"МОПО"т. 10,1960,с.85.

56. ФренкельЯ.И. Ж.физ.химии, 1940,N4,c.305.

57. Маргулис М.А.Звукохимические реакции и сонолю-минесценция.М.:Химия,1986.

58. Саутин С.Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологии. J1. 1975, 83 с.

59. Гершгал Д.А.,Фридман В.М.Ультразвуковая техноло-гическая аппаратура. М.:Энергия, 1979,318с.60.Патент РФ № 2171705.

60. Голустов В. С.и др. Распыливание жидкостей М.: Химия, 1979, с.216.

61. Дисяткин Ю.Ф. и др. Распыливание жидкостей. М.-Машиностроение, 1977,с.208.

62. Панфилой Ф.В. тр.СоюздорНИИ, 1967, вып.21 с.128-130.

63. Хавкин Д.И. Центрабежные форсунки М-Л.Машино-строение, 10,1976,с.168.

64. Хуснияров М.Х., диссертация,к.т.н. Уфа, 1993г.66.Патент РФ №2143314.

65. Анурьев В.И. Справочник конструктора- машиностроителя. М.-Машиностроение, 1979, 559 с.

66. Хафизов Ф.Ш., Ахметов С.А., Давыдов Г.Ф., Влияние акустических колебаний на поведение НДС в условиях атмосферно-вакуумной перегонки.-Деп. в ФНИИТехХим,1991, №55-хп91.

67. Хуснияров М.Х. , Хафизов Ф. Ш. , Исследование гидродинамических характеристик навитационного сопла Тез.докладов по Всесоюзной конф.Интенсивные и безотходные технологии, Волгоград 1-Зокт.199170.Патент РФ №2185898.

68. Anbar М, Pecht I,Ultrosonic acceleration of ligid flow through porous-media .1. Physs chem 68,352,1964.

69. Чернова Л.И., Орехов В.Д., Проскурнин М.А. кн. "Труды 1-го Всесоюзного совещания по радиационной химии", АН СССР, 1958, с.55.

70. Пат. России, №2001666, Гидродинамический кавитатор. Кузеев И.Р., Хафизов Ф.Ш., Хуснияров М.Х., Абызгильдин Ю.М. Бюл. №3940,1993.

71. Кемибел Д.М. Очистка и переработка природных газов. М.: Недра, 1977,-349с.

72. Патент РФ №2176929 Газожидкостной реактор, Хафизов Ф.Ш., Хафизов Н.Ф. и др Б.И. №35 от 20.12.2001

73. Margulis М.А. Adv.in Sonochemistry, 1990,v.l, р.39-80.

74. Sehgal С.,StcerR.P.,Sutherland R.D.,Verral R.E. I.Phys. Chem., 1977, v.81,p.2618.78.1arman P.D.I.Acoust.Soc.Amer.,1960,v.32,p.l459.

75. NoltingkB.E.,Neppiras E.A. Proc. Phys. Soc., 1950,v.63B,p.674

76. Hcrvey E.N.I.Amer.Chem.Soc.,1939,v.61 ,p.2392.

77. Dcgrois M.,Baldo P.Ultrasonics,1974,v.l2,p.25

78. Маргулис М.А. Ж.физ.химии,1981,т.55,с.154.

79. Маргулис М.А. Там же,1985,т.59,с.1497.

80. Margulis М.А. Ultrasonics,1985,v.23,p.l57/

81. Margulis М.А. Adv.in Sonochemistry,1990,v.l р.39-80.

82. Максименко Н.А., Маргулис М.А. Докл. АН СССР, 1989, т.309, с. 1399.

83. Колбановский Ю.А. Импульсное сжигание газов. М.: Наука, 1982.

84. Рамм В.М. Абсорбция газов. М: Химия, 1966.

85. Кафаров В.В. Основы массопередачи. М: Высшая школа, 1962.

86. Аксельруд Г.А. Массообмен в системе твердое тело жидкость. Львовский университет, 1970.

87. Касаткин А.Г. и др. Расчет тарельчатых ректификационных и абсорбционных аппаратов. М: Стандартгиз, 1961.

88. Хафизов Н.Ф., Фасхутдинов P.P., Юминов И.П., Файзуллин И.Ф. Интенсификация процесса окисления нефтяного сырья. Тезисы докладов ГАНГ им. И. М. Губкина, г.Москва-1997 г.

89. Хафизов Н.Ф., Фасхутдинов P.P., Юминов И.П., Хузиев А.Р. Интенсификация процесса разделения. Тезисы докладов ГАНГ им. И. М. Губкина, г.Москва -1997 г.

90. Хафизов Н.Ф., Юминов И.П., Фасхутдинов P.P. Утилизация сернокислотных отходов. Тезисы докладов ГАНГ им. И. М. Губкина, г. Москва-1997 г.

91. Хафизов Н.Ф., Климин О.Н. Гидродинамический смеситель. Материалы межрегиональной научно-методической конференции. Проблемы нефтегазовой отрасли. Уфа 2000. -с. 170.

92. Хафизов Н.Ф., Ванчухин Н.П., Хафизов Ф.Ш. Процессы нефтепереработки в кавитационно-вихревых аппаратах. Книга-пособие УГ-НТУ, 1999г.-160 с.

93. Хафизов Н.Ф., Хафизов Ф.Ш., Крыжановский С.С., Кутьин Ю.А., Нечаев А.Н. Влияние волновых воздействий на окисление нефтяных остатков. Материалы межотраслевого совещаниг.Саратов-2000 г. -с. 154.

94. Хафизов Н.Ф., Климин О. Н., Юминов И.П., Купавых А.Б. Основные направления интенсификации тепломассообменных процессов. Методы кибернетики химикотехнологических процессов, том 2, кн. 1, Уфа 1999г., с. 127-128.

95. Хафизов Н.Ф., Климин О.Н., Мухарямов И.Ф., Хафизов Ф.Ш. Гидродинамический аппарат смешения. II Международный симпозиум «Наука и технология углеводородных дисперсных систем» УГНТУ, 2000 г.-с. 184.

96. Хафизов Н.Ф., Хафизов Ф.Ш., Максимова Ю.А. Депарафиниза-ция масляных фракций в кавитационном режиме. II Международный симпозиум «Наука и технология углеводородных дисперсных систем»УГНТУ, 2000 г. -с. 73-74.

97. Хафизов Н.Ф., Нечаев А.Н., Хафизов Ф.Ш. Каплеотбойное устройство. VII Международная научно -техническая конференция проблем строительного комплекса России, УГНТУ 2003г-с. 121

98. Хафизов Н.Ф., Климин О.Н Применение кавитационно вихревых эффектов в процессе абсорбции. Материалы межрегиональной научно-методической конференции. Проблемы нефтегазовой отрасли. Уфа 2000. -с. 64.

99. Хафизов Ф.Ш., Кузеев И.Р., Хафизов Н.Ф. Кавитационно-вихревой абсорбер для очистки газа. III Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуации» Уфа -с. 76.

100. Хафизов Н.Ф., Нечаев А.Н., Хафизов Ф.Ш. Применение ультразвука в процессах окисления нефтяных остатков для получения строительных битумов. VII Международная научно -техническая конференция проблем строительного комплекса России, УГНТУ 2002г.-с. 122.

101. Хафизов Н.Ф., Романов B.C. Анализ эффективности насадочных устройств в массообменных процессах. 53 конференция студентов и аспирантов и молодых ученых. УГНТУ Уфа 2002г. -с. 44.

102. Романов С.И., Казначеев С.В., Легкодимова Г.В. Влияние температуры окисления сырья на устойчивость дорожных битумов // Химия и технология топлив и масел. 1993.-№6.-С. 6-8.

103. Евдокимова Н.Г., Гвоздева В.В., Гуреев Ал.А., Донченко С.А. Оптимизация процесса получения окисленных дорожных и строительных битумов // Химия и технология топлив и масел. 1990.-№7.-С. 11-12

104. Сорокин И.Г. Влияние температуры размягчения сырья на качество дорожных битумов // Нефтепереработка и нефтехимия. 1989.-№ 6.-С. 8-11.

105. Апостолов С.А. Оптимизация процессов производства битумов из нефтяных гудронов // Нефтепереработка и нефтехимия. 1987.-JST» 8.-С. 11-12.

106. Глинман А.С. и др. «Нефтяное хозяйство», 1959г., №12

107. Белоконь Н.Ю., Бурлаков С.Н., Калошин А.И., Сюткин С.Н. -Нефтехимия и нефтепереработка. 2000, №5, с. 41-46.

108. Кудрявцева И.Н., Диссертация, Ленинградский технологическтй институт им. Ленсовета, 1970г.

109. Евдокимова Н.Г., Гуреев Ал.А., Гохман Л.М., Гурарий Е.М., Ма-ненкова Н.И. Влияние качества сырья на свойства дорожных битумов//Химия и технология топлив и масел. 1990,-№4.-С. 11-13.

110. Розенталь Д.А., Березников А.В., Кудрявцева И.К., Таболина Л.С., Федосова В.А. Битумы. Получение и способы модификации. Учебное пособие. Л., 1979.

111. Березников А.В. Влияние условий окисления на состав и свойства окисленных битумов: Дис. канд. техн. наук.-Л., 1975.