Кристаллизацией из растворов

1. Теоретическая часть

Депарафинизация предназначена для удаления твердых углеводо­родов из масляных дистиллятов, деасфальтизированных гудронов, а также из рафинатов селективной, адсорбционной и кислотно-щелочной или кислотно-контактной очистки (если ее применяют для производства специальных масел из парафинистых или высокопарафинистых нефтей) дистиллятов и остатка с целью получения масел с необходимой температурой застывания. Депарафинизация осуществляется кристалли­зацией из раствора депарафинируемого сырья в растворителе. Наибо­лее распространенные растворители - смеси кетонов (метилэтилкето­на или ацетона) с толуолом.

В настоящее время в качестве растворителя применяют также высшие кетоны – метилизобутилкетон, метилизопропилкетон и др. Высшие кетоны не требуют добавления в растворитель толуола.

Процесс депарафинизации является наиболее трудоемким и до­рогостоящим. Самой ответственной стадией в данном процессе являет­ся стадия кристаллизации твердых углеводородов, от которой зависит выход целевого продукта, скорость фильтрования суспензии, содержа­ние масла в газе (петролатуме). Для увеличения размеров кристал­лов твердых углеводородов и их агрегатов, то ость для улучшения работы следующей за кристаллизацией секции – фильтрации – предус­матривается введение в суспензию перед термообработкой поверхностно-активных веществ (ПАВ) в интервале концентраций 0,001-0,01% мас. Введение ПАВ повышает выход целевого продукта на 3-4%, уве­личивает скорость фильтрации в 2-2,5 раза и снижает в два раза содержание масла в гаче (петролатуме). Таким образом, введение ПАВ позволяет интенсифицировать процесс депарафинизации.

Процесс депарафинизации состоит из следующих основных стадий: растворения депарафинируемого сырья и термической обработки полу­ченного раствора; охлаждения раствора до температуры выделения основной массы твердых углеводородов; фильтрования; отгона раст­ворителя от фильтрата и осадка на фильтре (твердых углеводородов). При выборе условий процесса исходят из свойств депарафинируемого сырья (содержание твердых углеводородов, вязкость) и необходимой глубины депарафинизации. Основными факторами процесса являются: природа растворителя и его кратность к сырью, температура депарафинизации, которую выбирают в зависимости от требуемой температу­ры застывания масла и температурного эффекта депарафинизации (ТЭД).

ТЭД определяется разностью между температурами фильтрования и застывания депарафинированного масла. В соответствии с этим тем­пературу депарафинизации или фильтрования Т_ф определяют, исходя из требуемой температуры застывания Т₃ и ТЭД для выбранного раст­ворителя по следующему уравнению:

Т_ф= ТЭД+ Т₃.

Примерные температурные эффекты депарафинизации для распространен­ных растворителей, °С:

ацетон + толуол (35%+ 65%)... от -3 до -8

метилэтилкетон+толуол (60%+40%) … от -8 до -10

метилизобутилкетон …. от о до -3

В зависимости от вида депарафинируемого сырья максимальное содержание ацетона в смеси растворителей не должно превышать 40% для дистиллятных и 35% для остаточных рафинатов; содержание МЭК должно быть не более 50-60% и 40-50%, соответственно.

Кратность растворителя к сырью зависит от вязкости сырья и глубины охлаждения. Для дистиллятных рафинатов массовая кратность растворителя к сырью составляет 2,0-3,5:1; для остаточных – 3,0-5,0:1.

2. Аппаратура и материалы

Процесс депарафинизации проводят на лабораторной установке, состоящей из следующих основных узлов.

1. Железный стакан с крышкой, вставленный в металлический обтянутый войлоком кожух, куда наливается охлаждающая смесь (де­натурат, спирт и т.п.) для охлаждения и поддержания необходимой температуры фильтрации.

2. Приемник фильтрата емкостью не менее литра (колба Бунзена (ГОСТ 6514-63) или цилиндрический стеклянный градуированный приемник).

3. Колба коническая емкостью один литр для охлаждения раствора сырья в растворителе.

4. Металлические бани, обтянутые войлоком, для охлаждения колбы с раствором сырья в растворителе и растворителя для промывки.

5. Термометры с ценой деления 1°С до минус 35°С (ГОСТ 400-64) илиминус 80°С (ГОСТ 400-64).

6. Вакуумный насос.

7. Колбы Вюрца с тубусом для термометра емкостью 0,25-1,0 л для отгона растворителя от растворов фильтрата и гача (петролатума).

8. Холодильник Либиха.

9. Приемник для сбора регенерированного растворителя.

10. Колбогрейка.

11. Растворители: метилэтилкетон (ацетон), толуол;

12. Охлаждающая смесь: денатурат (спирт) и твердая углекислота (жидкийазот).

13. Соединительный вакуумный шланг.

14. Вакуумметр.

15. Ловушки стеклянные (типа склянки Дрекселя).

3. Порядок выполнения работы

1. Перед началом депарафинизации приготовляют растворитель смешением, например, 40 объемных долей МЭК и 60 объемных долей толуола или 30 объемных долей ацетона и 70 объемных долей толуо­ла.

2. Подготавливают к работе аппарат депарафинизации и кристаллизатор для охлаждения смеси, для чего в баню фильтра и кристаллизатора заливается денатурат, устанавливают термометры, на дно стакана помещают фильтр, который плотно зажимают крышкой фильтра.

После подключения приемника дренажный краник перекрывают и система проверяется на вакуум, который должен быть - постоянным - 460 мм рт. ст. или 61,2 кПа.

3. Сырье разогревают до полного расплавления, берется навеска в количестве 50, 100±0,1 г колбу.

Разбавление сырья – одноразовое или порционное (в зависимос­ти от задания). Термическая обработка при 50-60°С - в течение 10 мин.

Условия проведения опыта задаются.

Охлаждение ведется при постоянном перемешивании сначала на воздухе, а затем в бане с охлаждающей смесью. Скорость охлаждения 1,5+2,0°С в минуту.

4. Одновременно с охлаждением суспензии ведется охлаждение железного стакана с помещенным в него фильтром.

Температура в бане должна быть на 4-5°С ниже заданной температуры охлаждения сырья. Охлажденную до заданной температуры смесь сырья и растворителя переносят в стакан фильтра.

5. В приемном цилиндре создают вакуум, открывают дренажный краник и фильтруют смесь до появления кромки сухой лепешки твердых углеводородов, после чего добавляют растворитель на промывку в количестве до 100% на сырье, охлажденный до температуры фильтрации и вновь фильтруют.

Полное время фильтрации складывается из времени фильтрации смеси, времени промывки и времени просушки лепешки, обычно равному сумме времени фильтрации смеси и времени промывки.

6. Количество растворов фильтрата в приемнике замеряют на каждыйпериод фильтрации или на общее время фильтрации (в зависимости от задания).

Осадок с фильтра и фильтрат аккуратно переносят в колбы, взвешивают и затем отгоняют растворитель в токе инертного газа (азота) при температуре не выше 120°С.

После отгона растворителя колбы взвешивают.

4.Оформление отчета

Отчет должен содержать краткое описание работа, условия процесса, материальные балансы по сырью и растворам, характеристику сырья и полученных фабрикатов.

При изложении условий проведения процесса указываются:

- депарафинируемое сырье и его количество;

- состав растворителя и его количество:

а) на разбавление, % мас. на сырье,

б) на промывку, % мас. на сырье;

- температура термообработки, °С;

- температура конечного охлаждения смеси сырья и растворителя, ⁰С.

6. Техника безопасности

Работа проводится в соответствии с инструкцией №72 по технике безопасности и учебном практикуме и общей инструкцией для студентов, аспирантов и сотрудников.

Контрольные вопросы

1. Назначение и сущность процесса депарафинизации.

2. Применяемые растворители. Роль каждого компонента в парном растворителе.

3. Понятие о температурном эффекте депарафинизации (ТЭД). Выбор конечной температуры охлаждения.

4. Значимость кратности растворителя от качества сырья.

5. Изменение свойств масел в процессе депарафинизации.