CC BY
29
эмпирическим путём. Неизученными являются вопросы влияния вида и положения функциональных групп в молекуле химической добавки, природа радикала и его строение, конформационное состояние макромолекул цепи на свойства цементных гелей и бетонов. Отсутствуют критерии для прогноза эффективности добавок. Без ясного понимания механизма действия указанных добавок в цементных композициях невозможен целенаправленный синтез более эффективных аналогов и, соответственно, выход на новый уровень качества и долговечности бетонов. Актуальной является проблема разработки комплексных химических добавок на базе пластификаторов и суперпластификаторов для целенаправленного регулирования свойств бетонов, например, пластификаторы - ускорители твердения, пластификаторы - замедлители схватывания бетонной смеси, пластификаторы, обеспечивающие повышенную сохраняемость бетонных смесей, добавки для получения высокопрочных бетонов.
До настоящего времени в процессе «формулизации» технологии бетона учёт влияния химических добавок ведётся с помощью различных эмпирически подобранных коэффициентов, без учёта их свойств и химической структуры. Это приводит к тому, что многие формулы оказываются лишёнными определенной логики.
Установление количественной связи между структурой химических добавок и свойствами цементных композиций необходимо для прогнозирования их влияния на цементные системы, поэтому эта проблема является актуальной в технологии бетона. Известные теории механизма пластификации не дают объяснения факту усиления пластификации при увеличении степени сульфирования полимера, а также не объясняют пластификацию цементных систем низкомолекулярными добавками. Неясна роль добавок в затвердевшем бетоне.
Предлагаемые в литературе механизмы являются по сути описательными, т.е. пытаются воспроизвести последовательность процессов на молекулярном или коллоидном уровне, происходящих при введении суперпластификаторов в цементные системы.
Проведение исследований по этому вопросу и внедрение результатов исследований позволят получить значительный экономический эффект.
Список использованной литературы: 1. П.И. Юхневский, Влияние химической природы добавок на свойства бетонов, Минск, БНТУ, 2013
© Сейитмырадов С., Батыров О., Аннамаммедов А., Джумамырадов С., 2023
УДК 66.048.3
Ульянов Д.В.,
Студент
ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет
Казань, Россия
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННОЙ ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗОПЕНТАНА
Аннотация
Новый способ управления колонной относится к способам автоматического управления процесса ректификации, результатом которого является повышение стабильности работы ректификационной колонны, повышение энергоэффективности, при сохранении качества получаемой продукции; может
быть использован в области нефтегазопереработки и нефтегазохимии, к процессам выделения индивидуальных углеводородов
Ключевые слова:
Ректификационная колонна, способ управления колонной, газофракционирование, разделение смесей ISOPENTANE SEPARATION RECTIFICATION COLUMN CONTROL METHOD
Annotation
The column control method refers to the automatic control of the distillation process, which is a high increase in the high accuracy of the once-through column, improve energy efficiency, while maintaining the quality of product improvement; can be used in the field of oil and gas processing and petrochemicals, in particular, primarily in columns for hydrocarbon recovery or fractionation of narrow fractions.
Key words:
Distillation column, column control method, isopentanizer.
Разделение газа на отдельные индивидуальные углеводороды и узкие углеводородные фракции осуществляется на специально сооружаемых газофракционирующих установках (ГФУ).
Для разделения смеси газов на индивидуальные компоненты или пригодные для дальнейшей переработки технические фракции применяются следующие процессы: конденсация, компрессия, абсорбция, ректификация, адсорбция. На ГФУ эти процессы комбинируются в различных сочетаниях [1].
Газофракционирующие установки (ГФУ) - комплекс устройств, предназначенный для выделения отдельных индивидуальных углеводородов из смеси ШФЛУ и легких углеводородных смесей. На ГФУ перерабатываются бензины, получаемые из попутных, природных и нефтезаводских газов, жидкие продукты, выделенные из газов термического крекинга и коксования каталитического риформинга. В состав сырья входят в основном индивидуальных низкомолекулярных углеводородов С1-С6 (как предельных, так и непредельных, нормального или изостроения) или их фракций высокой чистоты, являющихся компонентами высокооктановых автобензинов, ценным нефтехимическим сырьем, а также сырьем для процессов алкилирования и производств метилтретбутилового эфира и т.д. [2].
Ключевым фактором в процессе разделения газов является стабильность работы колонны. Повышение стабильности работы колонны приведет к снижению затрат на расход теплоносителя и уменьшение вероятности аварии во время эксплуатации.
Увеличение стабильность работы ректификационной можно достичь несколькими способами:
1) Неизменностью состава и качества поступающего сырья. Данный вариант сложно достижим, так как ГФУ состоит из нескольких этапов последовательного разделения, при изменении режима работы одного из них сырье для последующей стадии изменится. Гибкость по сырью является важным критерием работы ГФУ.
2) Так же на стабильность работы колонны влияет тип контактных устройств. У ВКУ ректификационной колонны есть параметр "диапазон устойчивой работы"
Диапазоны нагрузок п для тарелок некоторых типов
Тип тарчмжи Значение п
Колпачковые с Круглыми колпачками 4...5
Струйные с вертикальными перегородками 3,,г3,5
Из 5-обр&зных элфментйв
Решетчатые провального типа 2
Клапанные >4
[3].
Важной характеристикой тарелки является диапазон рабочих нагрузок п, равный отношению максимальной и минимальной допустимых скоростей пара в колонне. Чем больше величина п, тем большие колебания нагрузок по жидкой и паровой фазам можно допустить в условиях эксплуатации
аппарата с тем или иным видом контактных устройств без ущерба стабильности работы колонны.
3) На стабильность работы колоны сильное влияние оказывает система управления колонной (АСУТП). Изменение логики регулирования для более точного измерения параметров работы колонны и корректировки сигнала исполнительному механизму с учетом дополнительных параметров позволит повысить стабильность работы колонны.
Известен способ автоматического регулирования процессом ректификации (Авторское свидетельство СССР №944600, кл. В0^ 3/42, 1982) [4] путем воздействия на подачу теплоносителя и орошения в зависимости от изменения значений температур на тарелках, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат путем улучшения качества регулирования, подачу теплоносителя и орошения изменяют в зависимости от суммы логарифмов отношений разности температур, измеренных в различных точках колонны, поддерживая произведение расхода орошения на расход теплоносителя постоянным. Устройство для реализации способа содержит ректификационную колонну, датчики температуры, вычислительные блоки, регулятор, регулятор расхода теплоносителя, регулятор расхода орошения.
Недостатком данного метода регулирования является то, что при управлении колонной применяется мультипликативная связь (произведение) нескольких потоков информации от датчиков, имеющих квадратические статические характеристики. Поэтому качество регулирования при таком большом количестве нелинейных, взаимосвязанных, измеряемых параметров находится под большим сомнением, особенно по метрологическим показателям качества управления.
Так же существует способ автоматического регулирования процесса ректификации и реализующее его устройство (патент РФ №2449827) [5], включающий идентификацию математической модели колонны с целью определения ее текущего температурного профиля, вычисления фактического значения эффективности работы ректификационной колонны, задаваемого в качестве уставки регулятору температуры сырья. Рассматриваемый способ регулирования подразумевает управление расходом хладагента, позволяющее стабилизировать температуру верха колонны, и регулирование температуры тарелки питания за счет изменения расхода греющего пара.
Недостатком известного способа является жесткая стабилизация температурного режима работы колонны (температуры верха и низа), что не позволяет использовать его для разделения многокомпонентных смесей, что наиболее часто требуется в процессах нефтепереработки и приводит к нестабильности работы. Реализация известного способа регулирования подразумевает высокую инерционность процесса в результате использования хроматографов, что также приводит к повышению энергозатрат и снижению качества продукции во время переходных процессов при возмущающих воздействиях.
За прототип проектной работы взят способ управления ректификационной колонной выделения изопентана
(Патент РФ № 2722132), включающий установку датчиков температуры на контрольных тарелках, дефлегматора в верхней части колонны, вход которого соединен с верхом колонны, теплообменника с регулятором в нижней части колонны, отличающийся тем, что колонна содержит рефлюксную емкость с датчиком уровня, вход рефлюксной емкости соединен с выходом дефлегматора, выход рефлюксной емкости соединен через первый регулятор с входом орошения колонны и входом второго регулятора, соединенного с потоком, идущим на склад готовой продукции, контроллер первого регулятора подключен к первому и второму термометрам, установленным на двух контрольных тарелках в верхней части колонны, задание первому регулятору формируют используя сигнал разности температур между первым и вторым термометром, контроллер второго регулятора подключен к датчикам расходов, первый из которых установлен на выходной трубе, второй датчик расходов установлен на входе орошения, выход контроллера соотношения расходов формирует задание второго регулятора, выход датчика уровня рефлюксной емкости формирует задание третьему регулятору, регулирующему подачу тепловой энергии в теплообменник в нижней части колонны.
Способ управления ректификационной колонной (Патент РФ № 2722132) представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - способ управления ректификационной колонной
Технический результат: повышение стабильности работы ректификационной колонны и увеличение качества регулирования за счет снижения инерционности процесса ректификации, повышение энергоэффективности при сохранении качества получаемой продукции.
Суть данной работы заключается в применении данного способа управления ректификационной колонной к колонне деизопентанизации на газофракционирующей установке ГФУ-300 цеха № 2 управления "ТАТНЕФТЕГАЗПЕРЕРАБОТКА"
Технологическая схема блока деизопентанизации ГФУ-300 с применением нового способа управления представлена на рис. 2
Рисунок 2 - Блок деизопентанизации ГФУ-300
Поток сырья - дебутанизированное ШФЛУ, поступает в ректификационную колонну К-005, где происходит отделение изопентановой фракции. Выходящие из верхней части колонны К-005 пары охлаждаются и конденсируются в воздушном Т-305/1,2 и теплообменнике Т-009, после чего поступают в буферную Е-005 колонны деизопентанизатора. Часть изопентановой фракции из емкости Е-005 подается на орошение колонны, а балансовое количество выводится с установки в товарный парк. Модернизация контуров регулирования состоит из двух частей:
1) Контур орошения колонны. В аналоге контур расхода орошения регулировался в пределах заданных значений расхода флегмы для поддержания стабильного флегмового числа. В проекте же количество подаваемого орошения корректируется сигналом от датчиков температуры колонны с 1 и 8 тарелок (данные тарелки характеризуются наименьшей чувствительностью к изменению давления и наибольшей чувствительностью к изменению качества продукта), за счет чего регулирование количества подаваемого орошения в колонну становится точнее. Регулятор орошения указан на схеме (поз.А), регулятор вывода балансового избытка указан на схеме(поз.Б). Оба регулятора управляются контроллером (Поз. 1), управляющее воздействие которого корректируется сигналом уровня в рефлюксной емкости (поз.2) и разницы температур в укрепляющей части колонны (Поз.3).
2) Контур теплоносителя испарителя. В аналоге количество подаваемого теплоносителя в ребойлер колонны К-005 регулировалось только за счет измерения температуры с тарелки 101. Недостатком данного способа регулирования теплоносителя заключается в неспособности реагировать своевременно на изменения некоторых факторов работы колонны, например изменения состава сырья.
В данной работе предлагается связать контур регулирования уровня в рефлюксной емкости (Поз. В) с расходом теплоносителя для уменьшения инерционности процесса.
Две части изменения контуров регулирования по проекту работают связано. Рассмотрим на конкретном примере: при изменении состава сырья, например, увеличении количества легких компонентов (при нарушениях режима работы предыдущих блоков или изменении качества сырья), происходит изменение перепада температур в укрепляющей части колонны (контроллер поз. Г), это приводит к увеличению орошения (исходя пункта 1), что в свою очередь приводит к увеличению дистиллята из верха колонны. Уровень в рефлюксной емкости повышается, что создает регулирующее воздействие на исполнительный механизм на линии керосина, поступающего в ребойлер для нагрева кубовой жидкости. В следствии этого снижается количество подаваемого теплоносителя.
Реализация предлагаемого решения позволит повысить стабильность работы ректификационной колонны, снизить инертность, что в итоге приведет к снижению расхода топливного газа для нагрева теплоносителя (керосина) в печах. Уменьшение расхода затрачиваемого тепла на нагрев теплоносителя по проекту составит 535033,6 МДж в год.
Список использованной литературы:
1. Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа. - Под ред. Б.И. Бондаренко. - М.: Химия, 1983.
2. Тараканов Г.В., Мановян А.К. Основы технологии переработки природного газа и конденсата. учебное пособие /; под ред. Г.В. Тараканова; Астрахань гос. техн. ун-т - Изд. 2-е, перераб. и доп. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2010. - 192 с.
3. А.В. Кириллов. Расчет контактных устройств тарельчатых колонных аппаратов. учебное пособие/ Комсомольск-на-Амуре 2014. - 70 с.
4. Способ автоматического регулирования процесса ректификации. Патент № 944600 SU/Покровский Владимир Борисович, Павлов Юрий Львович, Кудашев Василий Федорович, Валеев Рауф Арсрарович, Яруллин Раф Саматович, Чаплиев Александр Степанович /заявл. 10.12.2012; опубл. 20.05.2012. МПК B01D 3/42
5. Устройство автоматического регулирования процессом ректификации. Патент № 2 449 827 RU. Шевчук
Валерий Петрович, Агринская Светлана Анатольевна, Филатова Светлана Олеговна. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ")/ заявл. 26.11.2010; опубл. 10.05.2012. МПК В0Ш 3/42
6. Зуйков Александр Владимирович. Открытое акционерное общество "научно-исследовательский и проектный институт нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности". Способ управления ректификационной колонной выделения изопентана. Патент № 2 722 132 RU. МПК В0^ 3/42.
7. Л.И. Муллахметова, Е.И. Черкасова, Р.И. Сибгатуллина, Г.К. Бикмухаметова, А.М. Мустафина, И.И. Салахов. Газофракционирование. Вестник технологического университета. 2016. Т19, №24
8. Валиуллин И.И. Повышение эффективности колонного оборудования (ГФУ). Вестник науки и образования. 2017.
9. Анищук Е.А. Модернизация газофракционирующего блока установки каталитического крекинга. Сюорник трудов конференции. 2016.
© Ульянов Д.В., Мингазов Р.Р., 2023
УДК 665.6
Харрасова А.А.
магистрант 2 курса УГНТУ, г. Уфа, РФ
ПОВЫШЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ УСТАНОВКИ СЕРНОКИСЛОТНОГО АЛКИЛИРОВАНИЯ
Аннотация
В статье приведены результаты анализа основных опасностей промышленной установки сернокислотного алкилирования изобутана олефинами. Также проанализированы недостатки серной кислоты, являющейся основным катализатором процесса алкилирования в России.
Ключевые слова
Промышленная безопасность, опасный производственный объект, алкилирование, авария, пожар,
взрыв, катализатор, серная кислота.
Во всем мире растет число установок каталитического крекинга, разрабатываются все более новые катализаторы, увеличиваются мощности производства сырья для процесса алкилирования, а, следовательно, возрастают и требования к безопасности эксплуатации установок алкилирования.
В результате процесса алкилирования изобутана олефинами получают высокооктановую добавку к бензинам - алкилат. Бензин с добавлением алкилата соответствует строжайшим требованиям, которые предъявляются к бензинам нового поколения. Он имеет высокое октановое число, при этом не содержит бензола, не является токсичным, а содержание серы в нем практически нулевое. Поэтому данный процесс является одним из основных направлений развития нефтепереработки, в котором за последние несколько лет появились новые технологии [2, с. 33].
