Сызба бөлігі А1 форматында 1 сызуды құрайды. 2 страница

Мұнайды алғашқы өңдеудегі негізгі процесс алғашқы немесе тура айдау болып саналады, оны дистилляция мен ректификацияны қолданып жүргізеді.

1.1 Дистилляттау процесінің конструкторлық дайындалуы

Дистилляция. Дистилляция немесе айдау деп сұйықтықтардың өзара еритұғын қоспасын фракцияға, бір-бірінен және бастапқы қоспадан да қайнау температурасымен айырмашылығы болатын, бөлу процесін айтады. Айдау процесіне қоспа қайнағанға дейін қыздырылады, осының нәтижесінде ол аздап буланады. Пайда болған бу бөлініп конденсацияланады. Айдау арқылы құрамы жағынан бастапқы қоспадан да қайнау температурасымен айырмашылығы болатын бөлу процесін айтады. Айдау процесінде қоспа қайнағанға дейін қыздырылады, осының нәтижесінде ол аздап буланады. Пайда болған бу бөлініп конденсацияланады. Айдау арқылы құрамы жағынан бастапқы қоспадан айырмашылығы бар, дистиллят және қалдық алады. Айдауды бір қабат, көп рет немесе біртіндеп буландырумен жүргізеді.

Үздіксіз жұмыс істейтін қондырғылардағы өндірістік процестердің негізін мұнайды бір қабат және көп рет буландыру құрайды. Бір қабат буландырумен айдауда мұнай белгілі температураға дейін қыздырады да бу фазасына өткен барлық фракцияны сұйық фазадан бір рет сеператорда бөледі.

Фазаны бөлу процесін көп рет жүргізуде бір қабат буландыруды бірнеше рет қайталайды. Мысалы, мұнайды үш рет буландыруды алғашқысын одан жеңіл бензин фракциясын алатындай температураға дейін қыздырады да, оны сұйық фазадан бөліп алады. Екінші сатысында, қалған сұйық фазаны жоғарылау температураға, мысалы, 350⁰С дейін қыздырып, одан ауыр бензин, реактивті және дизель отындарын бөледі. Бұның қалдығын гудрон дейді. Яғни мұнайды біртіндеп үш рет қыздырып, буландырып әр кезде бу фазасын сұйықтан айырады. Түзілген бу және сұйық фазаларды колонналарда ректификациялайды. Сонымен мұнайды өндірістік процестері бір рет пен көп рет буландырумен айдаудың жалғасуына және бу мен сұйық фазаны одан әрі ректификациялауға негізделген.

Біртіндеп буландыруда қыздырудың нәтижесінде түзілген бу айдау аппаратынан үздіксіз шығарылып тұрады. Біртіндеп буландыруды мұнайды лабораторияда колбадан, кубтан айдау тәжірибесінде қолданады, ал өндірісте мұндай айдауды ертеректе куб қондырғыларында қолданып келсе, қазір оларды пайдаланбайды.

Бір рет буландыру процесінде біртіндеп буландырудан артықшылықтары бар. Бір рет буландыруда төменгі қайнаушы фракциялар буға айналып аппарат ішінде қалады да, жоғары қайнаушы фракциялардың сыбағалы қысымын төмендетеді. Бұл айдауды салыстырмалы төмен температурада жүргізуге мүмкіндік береді.

Біртіндеп буландыруда керісінше жеңіл фракцияларды алдымен бөліп алады, ал ауырларын – соңында бөледі. Сондықтан буға айналған және аппараттан бөлінген жеңіл фракциялар ауыр фракциялардың қайнау температурасына әсер етпейді. Жеңіл фракциялардың әсері арқасында бір рет буландыруды пайдалана отырып, біртіндеп буландыруға қарағанда, айдалатын шикі заттың соңғы температурасын 50-100⁰С төмендетуге болады.

Қазір мұнай айдау қондырғыларында бір рет буландыруды көп пайдаланады. Мұнай құрамында атмосфералық қысымда 400-500⁰С және одан да жоғары температура аралығында қайнайтұғын көмірсутектерінің болатындығы, бұл көмірсутектердің термиялық тұрақтылығы тек 380-400⁰С дейін-ақ сақталатыны белгілі. Одан жоғары температурада олардың ыдырау процесі – көмірсутектерінің крекингі басталады, тағы да мұнайдың жоғары қайнаушы көмірсутектерінің термиялық жағынан тұрақтылығы көп төмендігі белгілі. Көмірсутектердің ыдырауын болдырмау үшін олардың қайнау температурасын төмендету қажет. Оған мұнайды вакуумда айдау арқылы жетеді. 450-500⁰С температура аралығында атмосфералық қысымда қайнайтұғын мұнай фракцияларын вакуумда (қалдық қысым 3-5 кПа) 200-250⁰С айдап бөлуге болады. Мұнай өңдеу тәжірибесінде қайнау температураны төмендету үшін су буын да пайдаланады, мұнда оның әсерімен көмірсутектердің сыбағалы қысымы төмендейді.

Сонымен мұнайды бір рет буландырумен айдауда түзілген бу фазасы сұйық фазамен тепе-теңдікте болады және оларды белгілі температурада бөледі. Мұнда бу фазасымен сұйық фазаның температурасы бірдей болады. Бір рет айдаудағы мұнайдың фракцияларға дәл бөлінуі көп рет және біртіндеп буландыруға қарағанда көп төмен.

Көп рет буландыру екі немесе одан да көп мұнайдың фазалық қалпын өзгертудің бір рет процестерінен тұрады, яғни бір реттік буландырулардан әрбір осындай процестерде түзілген бу сұйық қалдықтан бөлінеді, соңғы одан әрі қыздырылады да түзілген булар тағы да сұйық фазадан бөлінеді; сөйтіп мұнай белгілі бір санды қыздырылады.

Егер мұнайды әрбір бір рет буландыруда оның базалық қалпы өте аз өзгерсе (яғни түзілген бу сұйық фазадан бөлінсе), ал бір рет буландыру саны өте көп болса, онда мұндай айдауды біртіндеп айдау дейді. Кейбір кездерде оны жай айдау дейді.

Көп рет буландырумен айдауда алдымен қоспаны белгілі температураға дейін қыздырады, осының нәтижесінде булар мен сұйықтықтың қоспасы түзіледі:

L=R-D

R=L(1-e)

Мұнда L – бастапқы қоспа мөлшері;

R және D – тиісінше сұйық және бу фазасының мөлшері;

е – температурада айдалу үлесі.

Егер буды сұйықтықтан бөліп, соңғыны t₂ температураға дейін қыздырса, онда жүйе І₂ нүктемен сипатталады да (1 сурет) сұйық фазаның мөлшері (R₂) мынадай болады:

R₂=L(1-e₁)(1-e₂)

Мұнда е₂ – сұйық қалдықты екінші қыздырғандағы айдалу үлесі.

1 сурет. Көмiрсутектердiң бинарлы қоспасының тепе-теңдiгiнiң изобарлық қисықтары: I-сұйық аймағы; II-бу аймағы.

t t₂ t t₁ t₀

R₂ L₂

R L

Д₂ Д Д

В T₁

L₁ L₀

X₂ g a g g₁ f

Фаза құрамы

Сонымен t₂ температурада және бір рет буландыруда барлық қоспа бу фазасына ауысады, ал екі рет буландыруда шикі заттың бір бөлігі R₂ мөлшерінде сұйық қалпында қалады. Мұнайды және оның фракцияларын айдағанда осындай құбылыс орын алады. Егер мұнай фракциясына бір рет буландырумен (ББ) және дәл ректификациялау мен (ШҚТ) айдаудың қисық сызықтарын салса, онда ББ қисық сызығының бастапқы қайнау температурасы жоғары, ал соңғы қайнау температурасы, ШҚТ қисық сызығына қарағанда төмен екендігі байқалады (2 сурет).

0 20 40 60 80 Шығым, мұнайға, % масс

ШҚТ

ББ

2 сурет. Мұнайды айдаудың ШҚТ және ББ қисық сызықтары.

2 суреттен осы мұнайға, айдау үлесі е > 0,30 болғанда, бір рет буландыруда қыздыру температурасы, біртіндеп буландырумен салыстырғанда (бірдей мөлшерде дистилляттар алу жағдайында), төмен екендігі де көрініп тұр. Сондықтан мұнайды бір рет айдауда шикізатты қыздыруға, біртіндеп буландыруға қарағанда, жылу аз шығарылады. Бір рет буландырудың тағы бір ерекшелігі, мұнайды мүмкін болған 350-370⁰С температураға дейін қыздырғанда (одан жоғары температурада ол ыдырай бастайды), көп рет немесе біртіндеп буландырумен салыстырғанда, өнімдердің көбісі бу фазасына ауысады. Мұнайдың 350-370⁰С жоғары қайнайтұғын фракциялар алу үшін, вакуум, су буын немесе вакуум мен су буын бірге пайдаланады.

Өндірісті бір рет буландырумен айдауды бумен сұйық фазаны ректификациялаумен жалғастырып жүргізу мұнайды фракцияларға бөлуде жоғары нәтижеге жетуге, процестің үздіксіз жүруіне және шикізатты қыздыруға отын шығынын үнемдеуге мүмкіндік туғызады.

Ректификациялау. Бір бірінде жақсы еритін сұйықтықтарды бір рет буландыруда және буларды одан кейін конденсациялағанда, құрамында төмен температурада қайнайтұғын фракциялары көп жеңіл және бастапқы шикізатқа қарағанда құрамында тез қайнайтұғын фракциялары аз, ауыр екі фракция алады. Сондықтан, айдау процесінде бір фаза төмен қайнаушы, ал басқа фаза жоғары қайнаушы компоненттермен байиды. Бірақ мұнайдың компоненттердің қажетті бөлінуіне жету және айдау көмегімен белгілі бір температура аралығында қайнайтұғын түпкілікті өнім алу мүмкін емес. Сондықтан мұнай фракцияларын бір рет буландырудан кейін ректификациялайды.

Ректификациялау деп қайнау температурасы бір бірімен айырмашылығы бар сұйықтардың, булар мен сұйықтардың қарама-қарсы қайта-қайта жанасуының нәтижесінде, бөлінуінің диффузиялық процесін айтады.

Булар мен сұйықтардың жанасуы тік цилиндр тәрізді құралдарда – арнайы жабдықтармен жарақталған ректификациялаушы табақшалары немесе отырғыштары бар, колонна бойымен жоғары көтерілуші бу мен төмен ағушы сұйықтық арасындағы өте тығыз жанасуды қамтамасыз ететін – ректификациялық колонналарда іске асырылады (3 сурет).

YII III YII IY YII Y YII

3 сурет. Ректификациялау колоннасының жүйесi: I- сұйық ағын; II- ректификат; III- қайта берiлетiн ыстық ағым; IY- қалдық; Y- шикi зат.

4 сурет. Өз алдына айдаушы секциялары бар күрделi ректификациялаушы колоннаның жүйесi: I- шикi зат; II- ректификат; III- Y- жанынан шығатын өнiмдер; YI- қалдық; YII- су буы.

Колоннаның орта бөлігіне бу, сұйық немесе бу мен сұйық қоспасы күйінде шикізатты береді, оны жоғары және төмен қайнаушы өнімге бөлу қажет. Шикізатты беретін аймақты эвапорациялық аймақ дейді, себебі онда эвапорация – пеште немесе жылу алмастырғышта қыздырылған қоспаның бу және сұйық фазаларға бір рет буландыру жүреді. Кейбір жағдайларда эвапорациялық аймақ колоннадан бөлек болады да эвапорация өз алдына тұрған аппаратта жүргізіледі. Бірақ көпшілік колонналарда, сонымен қатар, бірінші алғашқы айдау қондырғыларында да, бір рет буландыруды және ректификациялауды бірге жүргізеді.

Істеп тұрған ректификациялау колоннасында әрбір табақшадан төрт ағым өтеді: 1) жоғары табақшадан құйылатын сұйық – флегма; 2) төменгі табақшадан көтерілетін бу; 3) төменгі табақшаға түсетін сұйық – флегма; 4) жоғарғы табақшаға көтерілетін бу.

Табақшаға түсетін бу мен сұйықтық тепе-теңдік жағдайында болмайды, бірақ жанасу жағдайында осы қалыпқа жетуге тырысады. Жоғары табақшадан сұйық ағым жоғары температура аумағында түскендіктен, одан кейбір төмен температурада қайнаушы компонент буға айналады, осының нәтижесінде сұйықтықта оның концентрациясы азаяды. Екінші жағынан, төменгі табақшадан көтерілетін бу ағымы температурасы төмендеу аумаққа түскендіктен одан жоғары қайнаушы өнімінің бөлігі осы аумақта конденсацияланып сұйылады. Сонымен жоғары қайнаушы компоненттің булардағы концентрациясы төмендейді, ал төмен қайнайтындардың – көтеріледі. Булар мен сұйықтықтың фракциялық құрамы колоннаның жоғары бойы бойынша үздіксіз өзгереді.

Ректификациялау колоннасының шикізатты беретін орнына жоғары жағын концентрациялау, ал төменгі – айдау бөлігі деп атайды. Колоннаның екі бөлігінде де бірдей ректификациялау процесі жүреді. Концентрациялау бөлімінің жоғарғы жағынан бу фазасында қажетті тазалықтағы мақсатты өнім – ректификат, ал төменгі жағынан төмен температурада қайнайтұғын компонентпен байыған – сұйық өнім алады. Айдау бөлігінде бұл сұйықтықтан төмен температурада қайнаушы компонент түпкілікті буланады. Колоннаның бұл бөлігінің төменгі жағынан сұйық күйінде екінші мақсатта өнім – қалдық алынады.

Колоннада ректификациялау процесін жүргізу үшін булар жоғарылаушы ағымын және сұйықтықтың төмендеуші ағымын іске асыру қажет. Жоғарылаушы ағым колоннаның айдау бөлігіне жылу беру арқылы, екінші – концентрациялау бөлігіне берілетін ағынның көмегімен жасалынады.

Ректификациялау колонналары жай (толық және толық емес) және күрделі болып бөлінеді. 3 суретте жай колоннаның толық жүйесі, концентрациялау мен айдау бөліктерінен тұратын және өнімдерді екі жерден – жоғарғы мен төменнен шығаратын, көрсетілген. Жоғары және төмен температураларда қайнайтұғын фракциялардың аз мөлшері бөліп алу үшін толық емес ректификациялау колоннасы – концентрациялаушы мен айдаушы бөліктері бар, пайдаланады. Концентрациялаушы колоннаға шикізаттағы бу фазасы күйінде төменгі табақшаның астына, ал айдаушы бөлігіне жоғарғы табақшаға сұйық фаза ретінде беріледі.

Егер көп компонентті қоспаны бірнеше жеке компоненттерге немесе фракцияларға, бір бірінен қайнау температураларының шегімен айырмашылық көрсететін, бөлу қажет болған жағдайда, көп колонналы жүйені қолданады, n компоненттер n-1 жай колонналар қажет. Көп колонналы ректификациялау жүйесі бензинді екінші ректификациялау, газды фракцияға бөлу қондырғыларында және тағы басқада қолданылады.

Егер өнімдердің тазалығына қойылатын талап аса жоғары болмаған жағдайда, күрделі колонналарды қолданады. Күрделі колонна – ол бөлінуші затты колоннаның бойымен бірнеше жерден беретін немесе өнімдерді бүйірден алатын аппарат. Күрделі колоннаны бірнеше жай колоннаның құрамасы деп қарауға болады (4 сурет). Аппараттың конструкциясын қарапайымдау мақсатында, оның біреуіне колоннаның концентрациялаушы бөлігін жинайды, ал айдаушы бөлігін (төменгі колоннаның айдаушы бөлігінен бөлек) өз алдына секция етіп бөледі.

Дайын өнімдер айдаушы секциялардың төменгі жағынан алынады, ал айдалған жеңіл фракциялар негізгі колоннаға жіберіледі, оның жоғарғы жағынан жеңіл дистиллят шығады. [11]

2 Басқару жүйесінің жүйе – техникалық синтезі

2.1 Басқару критерийін жасау мақсаты және құрастырылатын автоматтандыру жүйесіне қойылатын талаптар

Соңғы жылдарда мұнай өнімдерін өндіру көлемі жағынан технологиялық деңгейде өсіп келе жатыр. ТМД елдерінде бір жылда 620-640 миллион тонна мұнай өндіріледі. Қазіргі кезде Қазақстанда жылына 40 миллион тонна шығарылады, бірақ соның ішінде 12 миллион тонна Қазақстан зауыттарында өңделеді. Ал ғалымдардың болжауы бойынша Қазақстанда 2005 жылы 60 миллион тонна өңделетін болады.

Энергетикалық қорлар қазіргі экономикада жетекші саланы анықтайды. Кез-келген мемлекеттің өндіргіш күштерінің деңгейі негізінен энергия қорларын жұмсау ауқымымен анықталады. Энергия қорлары маңызының зор екеніне дүние жүзінде өндірілетін қазбалардың 80 пайызы энергия көздеріне жататындары дәлел бола алады.

Энергия қорларының негізгі түрлері – көмір, мұнай, табиғи газ және ядролық газ. Соның ішінде мұнайдың маңызы өте зор. Ол энергетикада, транспорт және де басқа өндіріс үшін өте қолайлы. Мұнайдан көптеген сұйық заттар: бензин, керосин, дизель отыны, мұнай майлары және майлағыштар, пластикалық майлағыштар, парафиндер, көмірсутектер, битумдар, мұнай кокстері және басқа да тауарлы өнімдер алынады. Химиялық өндірісте құнды өнімдер алынатын жеңіл алкандар, алкендер, сұйық және қатты парафиндер, ароматты көмірсутектер.

Химиялық өндірісте механизация және автоматизация комплекстеріне үлкен көңіл аударған жөн. Бұл ауыр жұмыстарды жеңілдетеді және үлкен технологиялық процестің жылдамдығының және режимінің бұзылуын, жұмыс шарттарының болмауын, заттардың өртенуін болдырмайды.

Автоматиканы ұйымдастыру, өндіру, яғни өнімнің үлкен көлемде өндірілуіне, сапасының жақсаруына және өндіріс өнімділігінің жоғарылауына, қалдықтың азаюына, энергияның аз жұмсалуына септігін тигізеді.

Автоматтандыру мәселесінің қойылымы.Автоматтандыру мәселесі өндіріс технологиялық тұрғыдан қарастырғанда көптеген зат алмасу, жылу, гидромеханикалық процестердің жүруімен ерекшеленеді, шығып жатқан өнімнің сапасын арттыру технологиялық регламенттің талаптарын дұрыс сақтап тұруымен ғана шектелмейді. Себебі, осы мәселені тереңірек қозғасақ, нәтижесінде белгілі экономикалық тиімділікке жету үшін сол процестерді басқару сапасын арттыру қажет. Яғни регламент талаптарына сәйкес режимдік параметрлерді үздіксіз қадағалау, маңызды мәндерін тіркеу, қажетті қорытындылар шығару, кездейсоқ өзгерістерге жедел түрде көңіл бөліп, қалпына келтіру, есеп жүргізу және т.б. функцияларды дұрыс қолдану қажет. Осы аталған мәселелерді тиімді түрде шешу, автоматтандыру құралдарына, приборларына, құрылымдарына жүктелген. Олар өзіндік заңдылықтарға, ережелерге сай қызмет атқарады, яғни тиімді басқару іс шараларына бағынады.

АҚ алғашқы айдау қондырғысы барлық мұнай өңдеу зауыттырында бар. Бұл қондырғыда мұнайды терең емес өңдей отырып, бензин, керосин, дизель фракцияларын ,мазут және 2-шілік процестердің және мұнайхимия өндірістері үшін алуды қамтамасыз етеді. Мұнай өңдеу өндірістерінде кешенді механикаландыру және автоматтандыруға ерекше көңіл бөлінеді. [3]

Тапсырманың қойылымы – бұл қажетті және жеткілікті нақты тапсырманы басқару бойынша мәліметтер жиынтығы. Ол бастапқы мәліметтер және соңғы нәтижелермен регламент шешімінің мәнісін, талаптарын анықтайды. Бұл өндірісті басқару функциясын автоматтандырудың негізгі бір сатысы.

АҚ қондырғысында орындалған процестер оптималды жағдайларда өтеді. Сондықтан бұл жағдайларды қолдау үшін біз оларды автоматтандыруымыз қажет. Бұл технологиялық процестердің өту жылдамдығының жоғарылығымен және қиындығымен және де олардың режимінің бұзылуына қарай сезімталдығымен, жұмыс жағдайының зияндылығымен, өңделетін заттардың жарылыс және өрт қауіптілігімен және т.б. түсіндіріледі.

Бұдан бөлек барлық мұнай өңдеу зауыттырының басты тапсырмасы толық немесе біртіндеп компьтерлендіру, автоматты қондырғыларды ендіру өндіріс тиімділігінің негізгі көрсеткіштерін жақсартуға әкеп соғады. Өндірісті автоматтандыру және механикаландыру барысында ауыр физикалық еңбек қысқарады, жұмысшылар саны азаяды, еңбек өнімділігі жоғарылайды, сапа жақсарады және алынған өнімнің өзіндік құны төмендйді және т.б.

Сондықтан автоматтандыру іс-әрекеттерінің өндірістің басты мақсатты өнімнің сандық, сапалық жағын арттырумен қатар адамның және техниканың құрылымдарының қызмет атқаруына дұрыс, әрі қажетті жағдайлар жасау, ғылыми – техникалық процестің жетістіктеріне сай басқарудың технологиялық және техникалық деңгейін әрдайым дамытып отыру болып табылады.

2.2 ТПА жүйесінің басқарушы функцияларын таңдауды негіздеу

2.2.1 Ректификациялық К-1 колоннаны реттеу

Фракциялау процесінің сапасына әсер ететін факторларды анықтау үшін,қондырғының материалдық және жылу баланстарын жазайық.

Ағындар бойынша ажыратылатын қоспалар мен өнімдер үшін материалдық баланс:

G_n=G_g+G_k (2.1)

Тез ұшатын компонентер бойынша материалдық баланс теңдеуі:

G_nC_n=G_gC_g+G_kC_k (2.2)

Қайнатқыш үшін жылулық баланс теңдеуі:

G_pC_гр=VR_k+q1 (2.3)

Мұнда: V-колоннаның төменгі бөлігіндегі бу ағыны

R_k-кубтық сұйықтың булануының меншіктіжылуы

Колоннаның кубы үшін материалдық баланс теңдеуі:

S_k(dL_k/dt)=G_г_k-(V+G_k)=0 (2.4)

Мұнда: G_г_k-колоннаның төменгі бөлігіндегі сұйық ағыны

S_k-колоннаның кубының горизонталь қима ауданы

Газды фаза бойынша колоннаның жоғарғы бөлігінің материалдық балансы:

dP_k/dt=f(V1-Gu-G_g-G_фл)=0 (2.5)

Ректификациялық колоннаны схемалық түрде 2.3 суретте көрсетуге болады. Ректификациялық колоннаға қоспа алдыңғы аппараттан келетін шығын, қоректендіру көзінің құрамы және температурасы процестің негізгі өзгермелілері болады. Атап айтылған өзгермелілерден әдетте тек қана қоректендіру температурасын Ө_nғана тұрақтандырады, G_n шығынын бақылап отырады.

(2.1-2.5) математикалық модельдерден көрініп тұрғандай ректификациялық колонна бір-біріне әсер ететін координаталар саны бар күрделі объект [14].

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒