Совершенствование конструкции гидродинамического аппарата для процесса алкилирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Рябишина, Лилия Амировна

• Рябишина, Лилия Амировна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Рябишина, Лилия Амировна

• ВВЕДЕНИЕ.

1 Литературный обзор.

1.1 Гидродинамические аппараты и их классификация.

1.2 Патентная проработка по гидродинамическим аппаратам.

1.3 Влияние акустического воздействия на углеводородное сырье.

1.3.1 Понятие кав тации.

1.3.2 Гидродинамическая кавитация.

1.3.3 Акустическая кавитация.

•ф 1.4 Акустические методы интенсификации технологических процессов.

1.5 Технологический процесс алкилирования изобутана олефинами.

Выводы по главе 1.

2 Методы и объекты исследования.

2.1 Исследование влияния акустического воздействия на процесс алкилирования.

2.2 Методика исследования и изучение структуры потока в гидродинамическом аппарате.

2.3 Исследование влияния конструкции и количества прорезей на статоре и роторе реконструируемого гидродинамического аппарата на затраты мощности.

-1 2.4 Исследования макрокинетики процесса алкилирования термометрическим методом в квазиадиабатических условиях.

2.5 Результаты технологического процесса алкилирования галогенпроизводных.

Выводы по главе 2.

3 Разработка методики расчета гидродинамического аппарата приготовления тонко дисперсных эмульсий для процесса алкилирования.

3.1 Исследование движения жидкости в роторе гидродинамического аппарата, создание условий для снижения вихреобразования в роторе.

3.2 Расчет ротора гидродинамического аппарата.

3.3 Определение выходных параметров ротора, необходимых для снижения вихреобразования.

3.4 Определение оптимального числа лопастей ротора и выходного угла лопасти.

3.5 Расчет камеры уменьшения вихреобразования.

Выводы по главе 3.

4 Применение гидроакустического аппарата для процесса алкилирования.

4.1 Технологическая схема реконструируемой установки алкилирования изобутана олефинами.

4.2 Расчет промышленного образца гидродинамического аппарата роторного типа для процесса алкилирования.

Выводы по главе 4.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование конструкции гидродинамического аппарата для процесса алкилирования»

В развитом промышленном обществе основной чертой научно-технического прогресса является переход на более интенсивный путь развития, т.е. всесторонняя интенсификация производства. В связи с этим особое значение приобретают исследования, направленные на разработку эффективных методов нефтехимических процессов, а также на создание технико-экономических методов расчета и оптимального выбора нефтехимической аппаратуры, которая должна обеспечить максимальную производительность при высоком качестве продукции.

Традиционные методы интенсификации нефтехимических процессов являются энергоемкими, и зачастую величина достигнутого эффекта не превышает затрат. В связи с этим возникает задача использования современных высоких технологий, обеспечивающих достижение требуемого эффекта без больших материальных и энергетических затрат.

Выделяют несколько направлений интенсификации технологических процессов. В их числе перспективный метод акустического (волнового) воздействия. Всесторонний анализ процессов, происходящих при акустическом воздействии на гетерофазные среды, дает возможность разрабатывать новые конструкции технологического оборудования, обеспечивающего интенсификацию технологических процессов. При этом решаются задачи увеличения выхода и улучшения качества конечной продукции.

В настоящее время ведется большая работа по исследованию получения высокооктановых бензинов и увеличения их выхода. Одним из направлений получения высокооктановых компонентов автобензинов является сернокислотное алкилирование. Характерной особенностью реакции алкилирования является то, что взаимодействуют углеводороды двух групп, имеющие резко различную реакционную способность, вследствие чего необходимо интенсивное перемешивание реагирующих веществ с катализатором. Непременное условие реакции - весьма тесный контакт катализатора и реагирующих веществ, который достигается путем образования высокодисперсных эмульсий. Повышение дисперсности можно достичь с помощью интенсивного перемешивания или акустического воздействия на смесь. Подобное воздействие ранее изучали Курочкин А.К., Бадиков Ю.В., Смородов Е.А., Хафизов Ф.Ш. и др. [19,20,21,60].

Задачи увеличения выхода и улучшения качества конечной продукции в процессе алкилирования могут решиться способом внедрения в технологическую схему аппарата, работающего с применением акустического воздействия.

В связи с вышеизложенным целью работы является разработка усовершенствованной конструкции гидродинамического аппарата для интенсификации процесса алкилирования с помощью акустического воздействия.

Цель достигается:

1) изучением влияния волновых воздействий на гетерогенные углеводородные системы;

2) исследованием влияния волнового воздействия на процесс алкилирования;

3) созданием аппаратов для реализации различных механизмов получения волнового поля.

Работа проведена на кафедре «Машины и аппараты химических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета; гидродинамический аппарат внедрен на ЗАО «Каустик» (г. Стерлитамак)

1 Литературный обзор

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Рябишина, Лилия Амировна

109 Выводы

1. Эмульгирование серной кислоты (катализатора процесса алкилирования) с углеводородами в акустическом поле более интенсивно проходит при частотах 15-22 кГц.

2. Кинетические исследования влияния акустического воздействия на процесс алкилирования показали, что при угловой скорости вращения ротора ГДА свыше со-ЮОтг с"1 диффузионное торможение не оказывает влияние на общую скорость процесса.

3. Установлено, что кривая распределения времени пребывания реакционной массы в ГДА становится характерной для реакторов идеального смешения при угловой скорости вращения ротора более 83,3тг с"1 .

4. Произведен расчет ротора гидродинамического аппарата, определены размеры проточной части и камеры снижения вихреобразования, полученной за счет подрезки рабочего колеса ротора и увеличения толщины роторной обечайки. Разработана методика расчета камеры снижения вихреобразования, основанная на условии безотрывного обтекания потоком лопастей.

5. Определены оптимальное число лопастей ротора и выходной угол лопасти, обеспечивающие высокий к.п.д. при работе гидродинамического аппарата. Для эффективной работы аппарата с числом оборотов от 2500 до 3000 об./мин конструкция ротора должна иметь 8 лопастей с углом выхода лопасти = 11°30\

6. Предложена технологическая схема сернокислотного алкилирования с применением гидродинамического аппарата. Внедрение гидродинамического аппарата на установке сернокислотного алкилирования позволяет снизить температуру в реакторе с 11 до 9° С; время контакта реагентов сокращается на 2 мин.; при этом увеличивается выход алкилата на 6 %, его детонационная стойкость повышается на 3 пункта по моторному методу.

110

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Рябишина, Лилия Амировна, 2005 год

1. Авт. свид. № 789147 СССР. Роторный аппарат / Юдаев В.Ф. и др. - № 47. Опубл. 1980.

2. Авт.свид. № 1169721 СССР. Роторный аппарат/ Зимин А.И. и др. № 36.0публ.30.03.84.

3. Авт.свид. № 295313 СССР. Роторно-пульсационный аппарат / Балабудкин М.А., Бараам А.К. № 14. Опубл. 1989.

4. Авт.свид. № 613794 СССР. Роторно-пульсационный аппарат / Балабудкин М.А., Бараам А.К. № 65. Опубл. 1985.

5. Новицкий A.A. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах.- М.:Химия, 1983.-41 с.

6. Гистлинг A.M., Баром A.A. Ультразвук в процессах химической технологии.- Л.:Госхимиздат,1970. 95 с.

7. Авт.свид. № 950422 СССР. Роторный аппарат / Вильданов Т.Х. и др. № 67. Опубл. 1989.

8. Маргулис М.А. Основы звукохимии.- М.: Высшая школа,1984.- 110 с.

9. Галиахметов Р.Н. Реакции солей тиолкарбаминовых кислот и их интенсификация акустическим воздействием. Дисс.канд.хим.наук. -Уфа, 1984. 120 с.

10. Ю.Флин Г. Физика акустической кавитации /Методы и приборы ультразвуковых исследований: пер.с англ.- М.:Мир, 1967. 138 с.

11. П.Сиротюк М.Г. О поведении кавитационных пузырьков при больших интенсивностях ультразвука. Акуст.ж.1971,№ 4. 99 с.

12. Сиротюк М.Г. Мощные ультразвуковые поля. М.: Высшая школа, 1978. -37 с.

13. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.: ИЛ, 1987. -24 с.

14. Н.Розенберг Л.Д. Мощные ультразвуковые поля. М.: Наука,1978. - 30 с.

15. Полецкий И.Г.Химические действия кавитации. Ж.об.х.Д957,т.17.1048 с.

16. Маргулис М.А. О механизме химических реакций, возникающих в ультразвуковом поле. М.:ЖФХ,1979,т.43 № 8. - С.1935-1950.

17. Капустин O.A. О взаимодействии процессов дегазации и кавитации. -Акуст. журнал, № 3,т.15,1979. С.377-380.

18. Кардашев Г.А. Физические методы интенсификации процессов химической технологии. М.:Химия,1990. - 208 с.

19. Курочкин А.К., Валитов Р.Б. Основные процессы и аппараты гидроакустической технологии. В сб. «Акустическая кавитация и применение ультразвука в химической технологии». Славское,1985. -С. 65-68.

20. Смородов Е.А., Курочкин А.К., Валитов Р.Б. Исследование механизма сонолюминесценции. Исследование фазы возникновения ультразвукового свечения. М.: ЖФХ,№ 3,1986. - С.646,

21. Морин Д.В., Федоров Б.В. Исследование влияния внешнего и порогового давлений на акустические свойства пека, насыщенного нефтью. /В сб. «Применение ультраакустики для исследования вещества». Вып.ЗО. -М.:Наука,1980. С.27-32.

22. Недужий С.А. Исследование процесса образования эмульсий, вызванных действием ультразвука. Автореферат дисс.к.т.н. М.: 1963. - 25 с.

23. Романков Ю.П., Юдаев В.Ф., Кокарев Т.Д. и др. Зависимость кавитации гидродинамического преобразователя. /В сб. «Совершенствование конструкций машин и методы обработки деталей». Челябинск: Изд. Челябинского политехнического института, 1975. - С.62-66.

24. Бадиков Ю.В. Гидроакустическое воздействие в технологии диспергирования. /В сб. «Совершенствование процессов нефтехимического синтеза». Уфа, 1986. - С.344-346.

25. Акуличев В.А. «Кавитация в криогенных жидкостях». М.: Наука,1978, -279 с.

26. Белинский Б.А. Акустическое поле, тепловое движение и элементарные возбуждения жидкости. /В сб. «Применение электроакустики для исследования вещества». Вып.29. -М.: 1980. С.75-83.

27. Бершицкий A.A., Шлалей Б.Н., Хавский H.H. Интенсификация процесса выщелачивания молибденовой кислоты при воздействии акустических колебаний. В сб. «Применение ультразвука в металлургических процессах». М.: Металлургия, 1970. - С.81-83.

28. Воронов А.Г., Федоров Г.Б., Ямщиков B.C. О механизме акустического фильтрования. В сб. «Повышение эффективности технологических процессов в поле акустических колебаний». М.Металлургия, 1981. -С.51-54.

29. Музафаров Р.Ш., Арсланов И.Г., Гимаев Р.Н., Зарипов Р.К. Акустическая технология в нефтехимической промышленности. Казань: Изд-во «Дом печати», 2001. - С.7-22.

30. ЗЗ.Зарембо Л.К., Тимошенко В.И. Нелинейная акустика. М.: Изд-во МГУ, 1984.- 104 с.34.3арембо Л.Н., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. -М.:Наука, 1976.-319 с.

31. Бергман Л. Ультразвук: Пер. с нем.- М.: Издатинлит, 1967. 726 с.

32. Источники мощного ультразвука / Под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Наука, 1967.-379 с.

33. Донской A.B., Келлер O.K., Кратыш Г.К. Ультразвуковые электротехнические установки. Л.: Энергия, 1978. - 276 с.

34. Свойства полимеров и нелинейная акустика: Пер.с англ./ Под ред. У. Мэзона. М.: Мир, 1979. - 420 с.

35. Мощные ультразвуковые поля / Под ред. Л.Д.Розенберга. М.: Наука, 1978. -267 с.

36. Ультразвук. М.: Сов.энциклопедия, 1979-400 с.

37. Акуличев В.А. Кавитация в криогенных жидкостях. М.: Наука,1978. -279 с.

38. Несен Е.И. Кипение жидкостей. М.: Наука, 1973. - 280 с.

39. Скучик Е. Основы акустики: Пер. с англ. Т.2. М.:Мир,1976 - 342 с.

40. Перник А.Д. Проблемы кавитации. Л.: Судостроение, 1976 - 439 с.

41. Кнэпп Р., Дейли Д., Хеммит Ф. Кавитация: Пер. с англ. М.: Мир, 1974. -687 с.46.3абабахин Е.И., Забабахин И.Е. Явления неограниченной кумуляции. М.: Наука, 1988. -173 с.

42. Козырев С.П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации. М.: Машиностроение, 1971.- 240 с.

43. Эрозия: Пер.с англ./ Под ред. К. Присс. М.Мир, 1982.- 464 с.

44. Воздействие мощного ультразвука на межфазную поверхность металлов / О.В. Абрамов, В.И.Добаткин, В.Ф. Казанцев и др. М.: Наука, 1986.277 с.

45. Монахов В.Н., Пешковский С.Л. и др.Интенсификация технологических процессов в аппаратах с вихревым слоем.// Акуст. ж. т.21 № 3 М., 1975.- С.432-435.

46. Ультразвуковые преобразователи: Пер. с англ./Под ред. Е.Кикучи. М.: Мир, 1987.-424 с.

47. Болыпой энциклопедический словарь. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Большая Российская энциклопедия. - С-Пб.: Норинт,2004.- 36 с.

48. Денбиг К.Г. Теория химических реакторов. -М.: Наука, 1968,- 18 с.

49. Данквертс П.В. Основы химии. Пер. с нем. М.:Наука. - 1968. - 45 с.

50. Спалдинг Д.Б. Химия реакторов. Пер. с нем. М.: Наука. - 1978. - 135 с.

51. Цвайтеринг Т.Н. Теория химических реакторов. Пер. с нем. М.: Наука, 1978.-128 с.

52. Балабудкин A.A. Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности. -М.: Медицина, 1983. 60 с.

53. Бараам A.A., Дерко П.П. Исследование гидродинамических и акустических характеристик аппаратов с роторно-пульсационными установками. М.: Химическое и нефтяное машиностроение, 1976. -101 с.

54. Вихман Г.Л., Круглов С.А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов.-М.: Машиностроение, 1978.-327 с.

55. Бадиков Ю.В. Технология и техника гидроакустического воздействия при осуществлении технологических процессов. Дисс.д.т.н. Уфа: 2002 г. - 180 с.

56. Ломакин A.A. Центробежные и осевые насосы. М.: Машиностроение, 1976.-73 с.

57. Физико-химические и технологические исследования процесса разделения экстракционных эмульсий в системах с трибутилфосфатом в ультразвуковом поле/ Хавский H.H. и другие. Научн.тр. МИС и С. Вып. 90.-М.: Металлургия, 1977. 86 с.

58. Ляхтер В.И., Прудовский A.B. Гидравлическое моделирование. ,М.: Энергоатомиздат, 1989. - 392 с.

59. Мандрыка Е.А. Экспериментальные исследования кинетики процесса растворения в роторном аппарате с модуляцией потока. Автореферат дисс. к.т.н. -М.: МИХМД979. 16 с.

60. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Физматгиз,1969. -784 с.

61. Лойцянский Л.Г. Ламинарный пограничный слой. М.: Физматгиз, 1972. - 479 с.

62. Проскура Г.Ф. Гидродинамика турбомашин. Киев: Машгиз, 1964. -417 с.

63. Руднев С.С., Матвеев И.В. Некоторые соображения по проблеме увеличения оборотности лопастных насосов. Исследования гидромашин. - М.: Наука, 1966. - с. 3-27.

64. Руднев С.С. Расчет центробежных машин на кавитацию. Харьков: Техиздат, 1963. - с. 17-26.

65. Суханов Д.Я. Американские центробежные насосы и методы их расчета. М. Л.: ГОНТИ,1958. - 73 с.

66. Суханов Д.Я. Работа лопастных насосов на вязких жидкостях. М., Машгиз, 1962.-34 с.

67. Баженов Ю.М., Чернов А.Н. Исследование процесса разделения газов в вихревой трубе. В кн. Вихревой эффект и его применение в технике / Материалы II Всесоюзн.науч. техн. конф. - Куйбышев, 1986. - с.24-29.

68. Абкарян A.A., Алимов Р.З., Лукьянов В.И. Гидродинамическая оптимизация системы вихревая камера цилиндрический канал. ВИНИТ, 6323- 84, Деп., 9с.

69. Белоусов А.И. Модель нестационарного течения закрученного потока воздуха в вихревых пневматических форсунках. Проектирование и доводка авиационных двигателей. Куйбышев: Изд. КуАИ, 1983. - с. 124129.

70. Пат.2001666 (РФ). Гидродинамический кавитатор. Кузеев И.Р., Хафизов Ф.Ш., Хуснияров М.Х., Абызгильдин Ю.М. Опуб. Б.И. № 39.40, 1990.

71. Минионич И.Я., Перник А.Д. Петровский B.C. Гидродинамические источники звука. Л.: Судостроение, 1972. - 477 с.

72. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах. Л.: Химия,1984. -213 с.

73. Молоканов Ю.К., Харас З.Б. Монтаж аппаратов и оборудования для нефтегазовой промышленности. М.: Химия, 1979. - 699 с.

74. Гейнц В.К. Как определить величину обточки рабочего колеса центробежного насоса. Водоснабжение и санитарная техника, № 6. -М.: ,1990. - с.6-7.

75. Айзенштейн ИД. Центробежные насосы. М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной промышленности, 1967. -232 с.

76. Христофоров Е.И., Богданов B.B. Эффективные массообменные смесители. Л.: Химия, 1989. - 224 с.

77. Протодьяконов Н.О., Ульянов B.C. Гидродинамика и массообмен в дисперсных системах жидкость-жидкость. М.: Химия,1980. - 321 с.

78. Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. М.: Высшая школа, 1970. - 351 с.

79. Гейнц И.Г. Затыловка лопаток рабочих колес центробежных насосов эффективна. Водоснабжение и санитарная техника, № 6 ,1990. - М.: Машиностроение. - С.23-24.

80. Насосы. Каталог-справочник /Под. ред. Гинзбурга E.B. М.: Госнаучиздат машиностроительной литературы, 1969. — с.34-37.

81. В.В.Шемель, О.В. Захаров, B.C. Эрдрайх, В.Г. Морев. Некоторые результаты натурных испытаний и доводки насосов В14-14/65 и В17-16/65, установленных на второй очереди Аму-Бухарского канала/Тр.ВНИИ-Гидромаш. Вып.№ 30. -М.: Энергия,1980. С.45-48.

82. Москвитин A.C. Механическое оборудование и арматура водопроводов. -М.: Стройиздат, 1953. С. 65-69.

83. Регламент цеха № 16 ОАО «Каустик» г. Стерлитамак, 1990. С. 5-35.

84. Шарифов Г.С. и др. Применение ультразвука в химико-технологических процессах // Хим. Промышл., 1975,№ 12- М.:Химия. -89 с.

85. Пат. Японии, № 21924. Получение эпихлогидрина. Киоту С. и др., 1973.

86. И.В. Кожинов, В.В. Колесов, М.П. Майзельс, И.С. Эгильский. Наладка и интенсификация работы городских систем подачи и распределения воды М.: Стройиздат, 1978. - С. 45-47.

87. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы/ Т.М.Башта, С.С. Руднев , В.В. Некрасов и др. -М.: Машиностроение, 1982. с. 11-15.

88. Куликов С.И., Романчук В.А. и др. Прогрессивные методы хонингования. - М.: Машиностроение, 1983. - 36 с.

89. Пат. России № 35270. Переносная установка плоскохонинговальная для ремонта задвижек. Романчук В.А. и др., 2004.

90. Панов А.К., Мухутдинов Р.Х., Леднев В.Е., Канаев Г.И., Лопатина P.C. Применение роторно-пульсационного аппарата для интенсификации процесса получения дихлоргидрина глицерина . Маш. и апп.хим. технол., Вып. 4. Казань: Химия, 1976. - с. 33-34.

91. Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. М.: Химия, 1980. -С.287-301.1. АКТо внедрении НИР по теме 123-041. ДАЮ иректора стик"1. А.Н.Очереднюк 2- 2004 г.

92. В результате гипохлорирования хлористого аллила непосредственно в роторно-пульсационном аппарате значительно уменьшается проскок хлораллила в продукте реакции (табл.1), а также снижается количество отходов (хлоруглеводороды и хлорэфиры).