Битумные окислительные колонны в блочном исполнении

По данным Гуна оптимальным является подача воздуха 1,4 куб.м/мин.

Сопоставляя значения, можно сделать вывод о том, что оптимальный расход воздуха находится выполнением технологического расчета и уточняется по критериям оптимизации, например, скорости процесса окисления.

Режим барботирования делится на несколько режимов в зависимости от скорости подачи воздуха. Через количество и размер отверстий в барботере (маточнике) и подаче воздуха можно рассчитать скорость и режим движения воздуха в слое реакционной массы.

При скорости около 10 м/с наступает стержневой режим, когда воздух поднимается не в виде отдельных пузырей, а в виде столба. В процессе бутирокс по-видимому (необходимо подтверждение расчетом) происходит стержневой режим. И этим можно объяснить наличие механических перемешивающих устройств с мешалками турбинного типа для разбиения столбов поднимающегося воздуха.

По-видимому необходимо принять турбулентный режим движения воздуха.

Режим движения воздуха должен обеспечивать внутреннюю циркуляцию реакционной массы. Необходимо стремиться обеспечить режим движения воздуха с минимальным расходом. При этом процесс должен быть максимально интенсифицирован за счет подачи необходимого количества кислорода и воздуха. Этого можно добиться уточняя расход воздуха по химизму процесса (например, используя графики из работы Гуна [1]) или использовать перспективную технологию с подачей обогащенной кислородом кислорода-воздушной смеси.

В последнем случае облегчается оптимизация подачи расхода кислородсодержащей газовой фазы по критерию химизма процесса и критерию внутренней циркуляции.

Использование абсорбционных колонн с затопленной насадкой в работе Гуна [1] указывается нерациональным, уступающим аппаратам колонного типа пустотелым или с внутренней коаксиальной трубой (стаканом). В полом сосуде согласно пояснению Гуна в центральную зону поступает большее количество кислорода, и для повышения равномерности его использования применяют внутренний стакан. Стаканы в мешалках ставят для создания как правило осевого течения жидкости. Такие решения приведены в работах [4], [5], [6].

Для эффективного перемешивания может быть применено устройство, описанное в публикации [7]. Устройство использует принцип из гребных винтов и отличается от существующих перемешивающих устройств EKATO.

Приведенное устройство имеет максимальную энергетическую эффективность так как имеет наименьшие механические потери и гидродинамические потери за счет отсутствия закручивания потока. Более подробно принцип работы описан в работе [4]. Ноу-хау в области соосных перемешивающих устройств за счет использования нового физического принципа, ранее применявшегося только на гребных и воздушных винтах, там где требуются минимальные потери энергии и оптимизация по критерию энергоэффективности.

4. Прочностной расчет

Расчет на прочность аппарата выполняют методом конечных элементов в программе ANSYS Mechanical или в программах автоматизации расчета по нормативной методике, например, «ПАССАТ» [8].

При наличии в колонне нестандартных узлов, расчет выполняется методом конечных элементов.

Нормативная методика основана на без моментной теории оболочек и поэтому для расчета узлов врезок штуцеров применяют отдельную программу Штуцер-МКЭ.

Однако, применение универсального пакета ANSYS позволит получить более достоверные результаты и рассчитать весь аппарата, то есть изучить поведение конструкции аппарата по его цифровому двойнику.

Более подробно о расчете методом конечных элементов аппаратов указано в работе [8], теории расчета оболочек аппаратов в работе [9], о новом поколении нефтяных аппаратов 2020 в работе [10], расчет валов на резонанс и прочность в работе [4].

5. Расчет технологической схемы установки

Вопросы проектирования аппаратов в блочном исполнении приведены в монографии [11].

Вопросы проектирования и расчета технологических схем рассмотрены в работе [12].

Теория технологического расчета процессов в нефтяных аппаратах приведена в работе [13].

Отметим, что теплоносителем для охлаждения в зоне реакции окисления может быть динил. Динил является эвтектическим веществом и выдерживает температуру до 450°С. К недостаткам динила относятся его токсичность.

Кроме динила можно использовать силиконовое масло до 300°С.

Змеевиковые теплообменные устройства окислительных колонн подсоединяются к масляному контуру, циркуляция в котором обеспечивается центробежными насосами. К лучшим производителям центробежных насосов можно отнести завод нефтяного машиностроения «Волгограднефтемаш» (г. Волгоград).

Для перекачки гудрона и битума с вязкостью 380сСт могут быть использованы шестеренчатые насосы или специальные насосы, принцип работы которых основан на силах Кориолиса. Последние насосы выпускает партнер электронасосного завода «ЭНА» (г. Щелково в Московской обл.).

Кроме того, на линии отработанных газов необходимо устанавливать воздуходувки.