Глава 10. Машиностроение для химических технологий

Зарождение производства химической техники в России относят к 19 веку, когда основным конструкционным материалом для аппаратов химических производств, сахароварения, винокурения, для изготовления артиллерийской техники, бытовой утвари, предметов церковного обихода на протяжении нескольких столетий была медь. Развитие меднокотельного производства в результате позволило в XX в. сформировать отрасль химического машиностроения СССР [7].

Химическое машиностроение является многопрофильной подотраслью машиностроения и обеспечивает функционирование базовых отраслей экономики России, в том числе топливно-энергетического, химико-лесного и агропромышленного комплексов. Его специализация – разработка и производство химического, нефтегазоперерабатывающего, полимерного, резинотехнического, бумагоделательного, газоочистного и криогенного оборудования, а также некоторых видов оборудования общепромышленного применения.

В СССР большинство предприятий, занятых техническим перевооружением нефтегазового комплекса, входило в состав Министерства химического и нефтяного машиностроения. После распада СССР, когда предприятия отраслевого машиностроения оказались за рубежом, к производству нефтегазового оборудования приступили предприятия бывшего Миноборонпрома, Минобщемаша, Минсредмаша, Минстанкомпрома, Минтяжмаша, Минатома и других министерств. В последующие годы значительная часть предприятий была приватизирована.

В настоящее время доля отечественного оборудования профиля химического и нефтяного машиностроения в отраслях-потребителях составляет до 75–90%. В составе подотрасли около 100 промышленных предприятий, 90% которых акционированы, и более 30 НИИ и КБ, из которых лишь шесть являются государственными. Машины и аппараты химической промышленности разделяют на типовые, широко применяемые во всех химических производствах, и специальные, применяемые только в отдельных производствах.

К типовым машинам и аппаратам химического машиностроения, многие из которых используют в технологиях обеспечения техносфрное безопасности, относят:

●компрессоры и насосы для сжатия и транспорта газов и жидкостей; ●емкостная аппаратура;

●центрифуги и сепараторы для разделения двух- и трехфазных систем, эмульсий и суспензий;

●теплообменники для нагревания, охлаждения и конденсации;

●выпарные аппараты для концентрирования разбавленных растворов путем упаривания;

●холодильные агрегаты для умеренного и глубокого охлаждения; ●ректификационная аппаратура для разделения жидких смесей на индивидуальные составляющие;

●сушилки для обезвоживания влажных материалов путем испарения влаги;

●дробилки для измельчения твердых материалов;

●циклоны и электрофильтры для очистки газов от различных взвесей.

К специальным аппаратам химической промышленности относят:

●реакторы, предназначенные для проведения собственно химических процессов;

●аппаратуру для сорбционных, электрохимических и электротермических процессов и др.

В соответствии с разрабатываемым Минэнерго России Планом развития газохимии и нефтехимии до 2030 г. ожидают значительное увеличение объемов российского производства, нацеленное на удовлетворение возрастающего внутреннего спроса на ключевые продукты.

Общий объем инвестиций в развитие нефтегазохимии до 2030 года превысит 1 трлн. рублей. В рамках этой работы российские нефтехимические компании реализуют крупные инвестиционные проекты, сопровождающиеся масштабными закупками промышленного оборудования. Однако зачастую необходимую продукцию отечественные машиностроители либо не производят, либо она не выдерживает конкуренции с зарубежными аналогами по таким параметрам, как стоимость, энергоемкость, коэффициент полезного действия, надежность и сроки эксплуатации. Повышение конкурен-тоспособности производимого в России нефтехимического оборудования является важной задачей отечественных машиностроителей [7].

Машиностроительные отрасли России обеспечивают современное производство разнообразного химического оборудования, которое поставляют всем отраслям народного хозяйства страны и экспортируют более, чем в 20 стран мира [7].

10.1.Реакторы для процессов гетерогенно - каталитических

Многие химические процессыпроводят при атмосферном давлении или под давлением 0,3-2 МПа, что позволяет интенсифицировать процесс, снизить габариты аппаратуры и облегчить выделение непревращенного исходного сырья и продуктов. Температуру для разных процессов изменяют от 25 до 500°С. Смеси углеводородов с кислородом взрывоопасны. Есть несколько способов выхода за пределы опасных концентраций: окисление рециркули-рующими газами с добавкой свежего воздуха или кислорода при низкой концентрации олефина (3-5% об.), окисление избытка углеводорода неболь-шим количеством технического кислорода, разбавление смеси водяным паром.

Одним из основных вопросов при конструировании реакционных аппаратов для газофазного окисления являются отвод тепла и исключение зон перегрева. Из-за небольших коэффициентов теплоотдачи от газа к стенке эта задача более сложная, чем при жидкофазных процессах окисления.

Ввиду высокой экзотермичности окисления в этом процессе распространены трубчатые реакторы со стационарным слоем катализатора, находящимся в трубах и охлаждаемым через межтрубное пространство хладагентом. Трубы имеют диаметр 10…25 мм, что способствует отводу тепла и установлению более равномерной температуры по диаметру, чтобы лучше использовать катализаторный объём, в аппарат подают реагенты предварительно подогретыми. Наилучший способ отвода выделяющегося тепла – испарение в межтрубном пространстве водного конденсата, генерирующего водяной пар того или иного давления в зависимости от температуры реакции. Иногда используют охлаждение посторонним теплоносителем (расплавы солей), который, в свою очередь, охлаждают водой, в результате чего получают технологический пар (рис.10.1).

Рис.10.1. Реакторы для гетерогенно-каталитического окисления:

а – трубчатый аппарат со стационарным слоем катализатора;б – аппарат

с псевдоожиженным катализатором;в – секционированный аппарат

с псевдоожиженным катализатором; г – аппарат с восходящим потоком

Преимуществами трубчатых контактных аппаратов являются простота их устройства и обслуживания, а также близость к модели идеального вытеснения, способствующая повышению селективности. Недостатки таких аппаратов – неравномерность температуры по слою катализатора, малая доля полезного объема и, как следствие, большой расход металла.

Для многих процессов окисления используют реакторы с псевдоожиженным слоем гетерогенного катализатора. Реактор снабжен распределительной решеткой, охлаждающими трубами, в которых генерируется пар, и циклонами для улавливания частиц, унесённых газом. В таком аппарате идеально решается проблема теплоотвода и поддержания равномерной температуры, но происходит обратное перемешивание, снижающее селективность процесса.

Для устранения последнего недостатка используют секционированные аппараты с псевдоожиженным катализатором, в которых кроме основной распределительной решётки имеется несколько решёток, делящих реакционный объём на секции (рис.10.1в). Уменьшение обратного перемешивания достигают также в реакторах с восходящим потоком катализатора (рис. 10.1г), который перемещается вверх вместе с газом. Для охлаждения реакционной трубы предусмотрена рубашка. Катализатор отделяют в сепараторе или циклоне и возвращают по трубе в нижнюю часть реактора. В аппарате (рис.10.1г), условия теплопередачи хуже, чем в предыду-

щих, так как внешнее охлаждение при довольно широкой реакционной трубе менее эффективно. Однако подобный реактор можно выполнить и в виде многотрубного агрегата, охлаждаемого через межтрубное пространство.

При выборе материала аппаратуры для газофазного окисления учитывают коррозию не только кислотами, но и смесями СО₂ с водяным паром, всегда образующимися при реакции. Кроме того, некоторые металлы и их оксиды могут катализировать нежелательные процессы полного окисления. В связи с этим все рассмотренные аппараты обычно выполняют из легированных сталей.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: