За последнее время все большее распространение при производстве остаточных масел получает деасфальтизация гудронов жидким пропаном, так как последний является наилучшим и наиболее экономичным избирательным растворителем по сравнению с другими нефтяными углеводородами: этан имеет высокую избирательность и низкую растворяющую способность по отношению к смолистым и другим высокомолекулярным соединениям, а бутан, наоборот, низкую избирательность (селективность) и более высокую растворяющую способность, чем пропан.
Пропан является предельным углеводородом нормального строения и имеет следующие основные свойства.
Молекулярный вес ………………………………………………. 44
Плотность, кг/м3
жидкости при температуре -42,06 оС …………………….. 582,4
+20 оС …………………….. 500
Пара по отношению к воздуху …………………………... 1,52
Температура кипения при атмосферном давлении, оС ……….. -42,06
Теплоемкость, ккал/кг·град:
жидкого пропана при температуре +20 оС ………………. 0,6070
насыщенного пара пропана при температуре 0 оС ……… 0,370
|
|
насыщенного пара пропана при температуре +20 оС …… 0,390
Теплота испарения, ккал/кг:
при температуре -42,06 оС ……………………………………… 100,4
+20 оС ……………………………………….. 83,5
Растворяющая способность и избирательность жидкого пропана по отношению к различным соединениям нефтяного сырья различные. Твердые углеводороды – парафины и церезины – при низких температурах (-40 - -45 оС) плохо растворяются в жидком пропане; с повышением температуры растворимость их увеличивается. Жидкие углеводороды парафинового основания хорошо растворяются в жидком пропане в широком интервале температур. Растворимость в пропане парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов зависит от молекулярного веса последних и температуры обработки. С повышением молекулярного веса и понижением температуры обработки растворимость углеводородов в пропане уменьшается.
Скорость потока смеси пропан – масло в экстракционной колонне колеблется в пределах 35-40 м3/м2·ч, линейная скорость смеси в свободном сечении экстракционной части колонны равна 9,3–11,3 мм/сек, в насадочных тарелках 46-56 мм/сек; линейная скорость масляного раствора в отстойной части колонны 6,0-7,0 мм/сек. Время контакта сырья (гудрона) и жидкого
пропана в насадочном слое составляет 110-130 сек, время отстоя масляного раствора в отстойной части колонны 570-670 сек.
Диаметр экстракционной колонны D определяется из следующей формулы:
: (2.1)
отсюда
где D – диаметр экстракционной колонны в м;
Gc – производительность установки по сырью в кг/ч;
ρc – плотность сырья при средней температуре в экстракционной колонне в кг/м3;
|
|
Gn – количество пропана, вводимого в экстракционную колонну, в кг/ч;
ρп – плотность жидкого пропана при средней температуре в экстракционной колонне в кг/м3;
V – скорость потока смеси в экстракционной части колонны, υ=35-40 м3/м2·ч.
Часовое количество пропана, вводимого в экстракционную колонну, определяется формулой
Gn=nGc (2.2)
n - отношение веса пропана к весу сырья, которое колеблется в пределах 3,5-5,0.
Высота экстракционной колонны определяется по формуле
H= h1+ h2+ h3+ h4+ h5 м (2.3)
где h1 - высота опорной обечайки колонны, равная 1,0-1,2 м;
h2 – расстояние от днища до насадки или жалюзийной тарелки, равное 3,0-3,2 м;
h3 – высота насадочного слоя или жалюзийной тарелки, м;
h4 – расстояние от насадки до верха экстракционной части колонны, равное 3,3-3,5 м;
h5 – расстояние от верха экстракционной части до верха колонны (высота отстойной части колонны).
Высота насадочного слоя определяется формулой
h3 =τ1W1 (2.4)
где τ – время контакта сырья и пропана в насадочном слое, τ1 = 110-130 сек;
W1- линейная скорость потока в насадочном слое, равная 0,046-0,056 м/сек.
Высота отстойной части экстракционной колонны определяется формулой
h5= τ2 W2 (2.5)
где τ2 – время отстоя масляного раствора в отстойной части колонны, равное 570-670 сек;
W2 – линейная скорость масляного раствора в отстойной части колонны, равная 0,006-0,007 м/сек.
ПРИМЕР 2.1 Определить диаметр и высоту экстракционной колонны установки деасфальтизации гудрона жидким пропаном производительностью 400 т/сут сырья. Плотность сырья (гудрона) =945 кг/м3, отношение веса пропана к весу гудрона равно 5:1, температура в верху экстракционной части 50 ˚С, внизу 44 ˚С, в верху колонны 55 ˚С, давление в колонне 32 ат. Выход деасфальтизата составляет 60 % на исходное сырье. Состав масляного раствора: 15 % деасфальтизата и 85 % пропана. Плотность деасфальтизата =912 кг/м3.
Решение. Производительность установки по сырью
Gc= =16700 кг/ч
Количество пропана, вводимого в экстракционную колонну:
Gn=nGc=5·16700=83500 кг/ч.
Средняя температура потока (смеси) в экстракционной части колонны
tcp= ˚С
Плотность гудрона при 47 ˚С =930 кг/м3. Плотность пропана при 47˚С =463 кг/м3.
Диаметр экстракционной колонны определяется по формуле
D=2 : =2 =2,52 м.
Высоту насадочного слоя определяем по формуле
h3= =120·0,05=6 м.
Высоту отстойной части экстракционной колонны подсчитываем по формуле
h5= ·W2=640·0,0065=4,15 м.
Высоту экстракционной колонны находим по формуле
Н=h1+h2+h3+h4+h5=1,0+3,0+6,0+3,3+4,15=17,45 м
ПРИМЕР 2.2 Определить производительность установки деасфальтизации гудрона пропаном при следующих условиях: диаметр экстракционной колонны равен 3 м; температура верха экстракционной части колонны равна 70 ˚С, низа 60 ˚С; плотность при 20 ˚С равна =965 кг/м3; соотношение пропан: гудрон равно 4:1.
Решение. Средняя температура потока в экстракционной части колонны
tcp= ˚С.
Плотность сырья (гудрона) при 65 ˚С
кг/м3
Плотность пропана при 65 ˚С =442 кг/м3.
Производительность установки по сырью определяем по формуле
Отсюда
Gc=27900 кг/ч или Gc=27900·24=670000 кг/сутки.