Пожарная и взрывобезопасность ректификационной колонны

Содержание:

 

1. Понятие процесса ректификации.................................................................3
2. Принципиальная схема непрерывно действующей ректификационной установки..................................................................................................................6
3. Ректификационные колонны: их устройство и работа..............................8
4. Особенности пожарной опасности процесса ректификации..................11
5. Пожарная профилактика процесса ректификации...................................13
6. Возможные источники зажигания на ректификационных установках..............................................................................................................16
7. Ограничение распространения пожара на ректификационной установке................................................................................................................17
8. Пожаротушение и аварийное охлаждение ректификационной установки................................................................................................................19

Список  литературы................................................................................................22

 

1. Понятие процесса ректификации

Для разделения жидких гомогенных горючих смесей на компоненты, получения сверхчистых жидкостей и для других целей применяется процесс перегонки.  Перегонка является одним из важнейших технологических процессов разделения и очистки жидкостей и СГГ в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Перегонка представляет собой процесс, в котором разделяемая горючая жидкость нагревается до кипения,  а образующийся пар отбирается и конденсируется.  В результате получают жидкость – конденсат, состав которой отличается от состава начальной смеси. Повторяя много раз процессы испарения конденсата и конденсации, можно практически полностью разделить исходную смесь на чистые составные части  (компоненты). Процесс перегонки основан на том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различным давлением  (упругостью) пара при одной и той же температуре. Поэтому состав пара, а, следовательно, и состав жидкости, получающейся при конденсации пара,  будут несколько отличаться от состава начальной смеси: легколетучего или низкокипящего компонента (далее – НК) в паре будет содержаться больше,  чем в перегоняемой жидкости. В неиспарившейся жидкости концентрация труднолетучего или высококипящего (далее – ВК) компонента увеличивается.

Перегонку подразделяют на два основных вида: простую перегонку  (или дистилляцию)  и ректификацию.  Под простой перегонкой понимают процесс однократного частичного испарения исходной жидкой смеси и конденсации образующихся при этом паров. Простую перегонку применяют для разделения смесей,  представляющих собой легколетучее вещество с некоторым содержанием весьма труднолетучих веществ. Обычно простую перегонку используют для предварительного разделения, очистки веществ от примесей, смол, загрязнений. При этом сконденсированные пары называют дистиллятом, а оставшуюся жидкость –  остатком. Простую перегонку проводят периодически. При периодической перегонке жидкость постепенно испаряется, и образующиеся при этом пары непрерывно удаляются из системы и конденсируются с получением дистиллята. При этом содержание НК в кубовой  (исходной) жидкости уменьшается, что приводит к снижению содержания НК в дистилляте – в начале процесса содержание НК максимально, а в конце – минимально. Простую перегонку можно проводить при атмосферном давлении или под вакуумом.

Для получения  нужных фракций  (или разного состава дистиллята)  применяют фракционную,  или дробную,  перегонку в установке,  схема которой приведена на рис. 1. Исходную смесь загружают в куб 1, имеющий змеевик для нагревания и кипячения этой смеси. Образующиеся пары конденсируются в теплообменнике-конденсаторе 2, дистиллят в нем же охлаждается до заданной температуры и поступает в один из сборников 3. После окончания процесса перегонки остаток сливают из куба 1 и вновь загружают в него исходную смесь.

Рис. 1  Схема установки для простой перегонки

Ректификация  – это наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс ректификации заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью – флегмой, полученной при частичной конденсации паров. Основными типами аппаратов для проведения процесса ректификации являются ректификационные колонны  (далее – РК),  которые по устройству могут быть с тарелками и насадками. По устройству РК принципиально не отличаются от тарельчатых и насадочных абсорберов. В отличие от абсорберов, для снижения потерь теплоты РК покрывают тепловой изоляцией. Основной отличительной особенностью РК является то, что для проведения ректификации они должны быть снабжены соответствующей теплообменной аппаратурой (кипятильником, подогревателем, конденсатором-дефлегматором, холодильниками дистиллята и кубового остатка).

Кипятильники  (подогреватели)  предназначены для обеспечения образования восходящего по РК потока пара, и могут быть встраиваемыми внутрь колонны  (рисунок 2,  а)  или выносными (рисунок 2,  б),  а конденсаторы дефлегматоры – для получения флегмы за счет частичной конденсации выходящей паровой фазы.  Варианты расположения дефлегматоров приводятся на рис. 3.

Рис. 2 - Варианты  расположения кипятильников: 

а -  встроенного; 

б -  выносного.

 

Рис. 3 - Варианты расположения дефлегматоров: 

а - подачей  флегмы самотеком; 

б - подачей  флегмы насосом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Принципиальная схема непрерывно действующей ректификационной установки

Процессы  ректификации проводят на установках непрерывного или периодического действия. В установке непрерывного действия  (рис. 4) необходимо,  чтобы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком пара с несколько большей концентрацией ВК, чем в жидкой смеси.  Поэтому исходную смесь подают в то место РК 3,  которое соответствует этому условию.  Место ввода исходной смеси,  нагретой до температуры кипения в подогревателе 2,  называют тарелкой питания,  или питательной тарелкой. Тарелка питания делит колонну на две части: верхнюю – укрепляющую и нижнюю – исчерпывающую. В укрепляющей части происходит обогащение поднимающихся паров НК,  а в исчерпывающей –  удаление НК.  Поток пара, поднимающегося по РК, поддерживается испарением части кубовой жидкости в кипятильнике 4, поток жидкости, текущей по колонне сверху вниз, возвратом части флегмы, образующейся при конденсации выходящих из колонны паров в дефлегматоре 5.

Рис. 4 - Схема ректификационной установки непрерывного действия:

1 - емкость  для исходной смеси; 2 - подогреватель; 3 - колонна; 4 - кипятильник; 5 - дефлегматор; 6 - делитель флегмы; 7 - холодильник; 8 - сборник дистиллята; 9 - сборник  кубового остатка. 

 

При непрерывной  ректификации многокомпонентных смесей в установке должна быть не одна колонна, а больше, т.к. в одной колонне можно разделить смесь только на два продукта. 

Периодически  действующие ректификационные установки  применяют, как правило, для разделения жидких смесей в тех случаях, когда использование непрерывно действующих установок нецелесообразно. Обычно это характерно для технологических процессов,  в которых количества подлежащих разделению смесей невелики и требуется определенное время для накопления этих продуктов перед разделением или в условиях часто меняющегося состава исходной смеси.  Периодическую ректификацию проводят на установках,  схема которой показана на рис. 5

Рис. 5 - Схема установки для проведения периодической ректификации.

Исходную  смесь периодически загружают в куб-кипятильник 1, снабженный подогревателем 2, в который подается теплоноситель, например насыщенный водяной пар и доводят до кипения. Образующиеся пары поднимаются по колонне 3, в которой происходит противоточное взаимодействие этих паров с жидкостью  (флегмой), поступающей из дефлегматора 4. Часть конденсата после делителя потока 5 возвращается в колонну в виде флегмы, другая часть – дистиллят – через холодильник 6 собирается в сборниках 7 в виде отдельных фракций.  Процесс ректификации заканчивают обычно после того,  как будет достигнут заданный средний состав дистиллята.

3 Ректификационные колонны: их устройство и работа

Как было сказано выше, ректификация осуществляется в специальных аппаратах —  ректификационных колоннах, которые являются основными элементами ректификационных установок.

Рассмотрим  процесс непрерывной ректификации, с помощью которого происходит разделение жидких смесей в промышленности.

Ректификационная  колонна — вертикальный цилиндрический аппарат со сварным {или сборным) корпусом 1, в котором расположены  массо- и теппообменные устройства (горизонтальные тарелки 2 или насадка).

В нижней части колонны (рис. 6) имеется куб 3, в котором происходит кипение кубовой жидкости.

Нагревание  в кубе осуществляется за счет глухого  пара, находящегося в змеевике или  в кожухотрубчатом подогревателе-кипятильнике.

Неотъемлемой  частью ректификационной колонны является дефлегматор 7. предназначенный для  конденсации пара, выходящего из колонны.

Рис. 6. Схема ректификационной колонны:

1— корпус; 2 — тарелки; 3 — куб;    4, 6 — исчерпывающая и укрепляющая  части колонны;

5 - питательная тарелка; 

7 - дефлегматор

 

 

 

 

 

Ректификационная  тарельчатая колонна работает следующим  образом.

Куб постоянно  подогревается, и кубовая жидкость кипит. Образующийся в кубе пар поднимается вверх по колонне. Предварительно нагревается до кипения исходная смесь, подлежащая разделению. Она подается на питательную тарелку 5, которая делит колонну на две части: нижнюю (исчерпывающую) 4 и верхнюю (укрепляющую) Исходная смесь с питательной тарелки стекает на нижележащие тарелки, взаимодействуя на своем пути с движущимся снизу вверх паром.

В результате этого взаимодействия пар обогащается  легколетучим компонентом, а стекающая  вниз жидкость, обедняясь этим компонентом, обогащается труднолетучим.

В нижней части колонны идет процесс извлечения (исчерпывания) легколетучего компонента из исходной смеси и переход его  в пар.

Некоторая часть готового продукта (ректификата) подается на орошение верхней части  колонны. Жидкость, поступающую на орошение верха колонны и перетекающую по колонне сверху вниз, называют флегмой.

Пар, взаимодействуя с флегмой на всех тарелках верхней  части колонны, обогащается (укрепляется) легколетучим компонентом.

Пар, выходящий  из колонны, направляется в дефлегматор 7, в котором осуществляется его  конденсация.

Образующийся  дистиллят делится на два потока: один в виде продукта направляется на дальнейшее охлаждение и на склад  готовой продукции, другой направляется обратно в колонну в качестве флегмы.

Важнейшим элементов тарельчатой ректификационной колонны является тарелка, поскольку  именно на ней происходит взаимодействие пара с жидкостью.

На рис. 7 изображена схема устройства и работы колпачковой тарелки.

 

Рис. 7. Схема  устройства и работы коппачковой тарелки:

1 - дно  тарелки; 2 - паровой патрубок; 3 - колпачек; 4 - корпус колонны; 5 - сливной патрубок.

 

Она имеет  дно 1, герметически соединенное с  корпусом колонны 4, паровые патрубки 2 и сливные патрубки 5. Паровые  патрубки предназначены для пропускания  поднимающихся с нижней тарелки  паров. По сливным патрубкам жидкость стекает с вышележащей тарелки  на нижележащую.

На каждый паровой патрубок монтируется колпачок 3, с помощью которого пары направляются в жидкость, барботируют через нее, охлаждаются и частично конденсируются, дно каждой тарелки обогревается парами нижележащей тарелки.

Кроме того, при частичной конденсации пара выделяется тепло.

За счет этого тепла жидкость на каждой тарелке  кипит, образуя свои пары, которые  смешиваются с парами, поступившими с нижележащей тарелки.

Работа тарелки сводится к обогащению пара и обеднению жидкости легколетучим компонентом. 

4 Особенности пожарной опасности процесса ректификации

 

Пожаровзрывоопасность ректификационных установок характеризуется следующими факторами: пожаровзрывоопасными свойствами обращающихся в них веществ, их количеством, режимом работы установки (температурой, давлением).

Обычно  на ректификационных установках происходит разделение горючих и легковоспламеняющихся  жидкостей, горючих сжиженных газов. В этом случае пожаровзрывоопасны и ректификат, и остаток.

При разделении разбавленных водных растворов (например, раствора спирта в воде) исходная смесь  и остаток могут быть непожароопасными, а готовый продукт обладать пожаровзрывоопасными свойствами (спирт-ректификат).

Количество  горючих веществ, обращающихся в  ректификационной установке, зависит  от ее производительности, для обеспечения  высокой производительности применяются  аппараты большого объема, увеличивается  их число. Технологическая схема  строится в несколько параллельных линий (потоков).

Производительность  установки обычно задается количеством  ректификата (готового продукта), который  нужно получить в единицу времени, либо количеством самой смеси, которую  следует переработать в единицу  времени. Для оценки пожарной опасности  процесса следует знать количество и свойства всех обращающихся в установке  веществ: исходной смеси, ректификата, флегмы, кубового остатка.