Нефт-газни қайта ишлаш жиҳозлари, ускуналари ва лойиҳалаш асослари

Ректификация колоннасининг иссиқлик ҳисоби. Узлуксиз ишлайдиган ректификацион колонна учун қуйидаги иссиқлик балансини тузиш мумкин:

	Иссиқликнинг кириши		Иссиқликнинг сарфи
1.	Куб-буғлаткичда иситувчи буғ билан Qк	1.	Буғларнинг конденсацияланиши натижасида дефлегматордан чиқаётган сув билан Qc
2.	Дастлабки аралашма билан QF = GF  IF	2.	Дистиллят билан QD= CD  ID
		3.	Кубдаги қолдиқ билан Qм=Cм  Iм
		4.	Атроф-мухитга йўналтирилган иссиқлик Qй

бу ерда I_F, I_D, I_М - дастлабки аралашма, дистиллят ва куб қолдиғининг энтальпиялари.

Шундай қилиб, иссиқлик баланси тенгламасини қуйидаги кўринишда ёзиш мумкин:
Q_K + Q_F = Q_C + Q_D + Q_W + Q_Й
Q нинг ўрнига уларнинг қийматларини қўйиб ва
Q_С = Q_а ∙ rD = CD (К+1)
(бу ерда rD - дефлегматордаги буғнинг конденсацияланиш солиштирма иссиқлиги) ҳисобга олиниб иссиқлик баланси тенгламасини га нисбатан
Q_к = C_D (R+1)rD+CD iD+C_Wi_W - C_Fi_F + Q_й
Куб-буғлаткични иситиш учун сарф бўладиган иситувчи буғнинг миқдорини қуйидаги тенглама орқали аниқлаш мумкин:
L_и.б = Qк/r_и.б х_и.б
бу ерда r_и.б - иситувчи бугнинг конденсацияланиш (ёки буғ ҳосил қилиш) солиштирма иссиқлиги;
х_и.б - иситувчи бугнинг қуруқлик даражаси.
Дефлегматордаги буғнинг конденсацияланиши учун зарур бўлган сувнинг сарфини қуйидагича топилади:
G_c = Q_c /(G_c(t_о - t_б)) = (С_D  (R+1)rт)/(С_с(t_о - t_б))
5. Ректификацион колоналарнинг диаметри юқорига кўтарилаётган буғ ҳажми билан буғ тезлиги орасидаги ўзаро боғланиш орқали секундли сарф тенгламаси орқали аниқланади:
[м]
бу ерда D - колоннанинг ички диаметри, м;
V-колоннанинг баландлиги бўйича кўтарилаётган буғнинг максимал ҳажм;
w - колонна озод кўндаланг кесими бўйича ҳаракатланаётган буғнинг чизиқли тезлиги, м/сек.
Колоннада ҳаракатланаётган буғнинг чизиқли тезлиги бир неча факторга боғлиқ, жумладан, тарелкаларнинг конструкциясига, улар орасидаги масофага, суюқлик ва буғларнинг зичлигига, улар сирт таранглигига боғлиқ бўлади.
Қалпоқчали тарелкалар учун улар орасидаги масофа 700-800 мм бўлганда чизиқли тезлик қуйидагича аниқланади:
w = 0,051  (_c - _б)/_б
бу ерда _c , _б - колонна кесими бўйича суюклик ва буғнинг зичлиги, кг/м³.
Агар колонна атмосфера босими остида ишласа буғнинг чизиқли тезлиги 0,5-1,2 м/с , вакуум остида ишласа 1,5-3,5 м/с бўлиши мумкин.
Элаксимон, ағдарилма ва решеткали тарелкалар учун колонналарда ҳаракат қилаётган буғларнинг тезлиги максимал ва минимал тезликларнинг оралиғида бўлиши керак.
Ағдарилма тарелкалар учун минимал ва максимал колонналардаги тезликлари қуйидаги боғланишга боғлиқ:
w_max = w_min A/2,95
бу ерда А - коэффициенти колоннанинг диаметрига боғлиқ, D = 100 мм дан юқори бўлган колонналар учун А = 20 га тенг.
Колонналар ГОСТ бўйича қуйидаги диаметрларда ишлаб чиқарилади: 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 200, 2600, 2800, 3000.
Колонналарнинг баландлиги тарелкаларнинг сонига ва улар орасидаги оралиқ масофага боғлиқ бўлади.
Ҳақиқий тарелкалар сони: N_g = N_T/
бу ерда N_T - назарий тарелкалар сони;  - фойдали иш коэффициенти.
Технологик ҳисоб орқали тарелкалар сони аниқланади. Технологик ҳисобда тарелкада модда алмашинув процесслари тўлиқ мувозанат ҳолатигача давом этади деб оламиз. Аммо жараён мувозанат ҳолатигача давом этмайди. Шунинг учун ҳақиқий тарелкаларнинг сони назарийга нисбатан кўпроқ бўлади.
Тарелкаларнинг ўртача фойдали иш коэффициенти тарелкаларнинг конструкциясига, ишлаш режимига боғлиқ бўлади.
Тарелкаларнинг Ф.И.К. тажриба асосида аниқланади. Кўпинча улар 0,5-0,7 га тенг бўлади. Олиб борилаётган технологик режимнинг турига қараб колонналар атмосфера ва вакуум остида ишлайди. Масалан нефт ва мазутларни қайта ишлаб ажратиш жараёнида, нефт маҳсулотларини крекинглашда, газларни ректификациялашда ва бошқалар.
Бу жараёнларни олиб бориладиган курилмаларда ёнувчан ва портловчи муҳитлар бўлади. Бу қурилмалар юқори ҳароратларда ва интенсив коррозия ва эрозия шароитларида ишлайди. Шунинг учун колонналарни корпусини ҳисоблаган вақтда ташқи ва ички босимни таъсирини, оғирлик кучи таъсирини (колонна ичидаги маҳсулотларни ҳисобга олган ҳолда), шамолнинг таъсирини, сейсмик кучларни ҳисобга олишимиз керак. Бундай тўлиқ ҳисобларни янги ректификацион колонналарни конструкциялашда бажаришимиз керак.
Корпусниниг қалинлигини кўп ҳолларда аппаратнинг диаметрига нисбатан 10 % дан ошмаслиги керак.
Корпуснинг қалинлигини аниқлашда уни мустахкамлигини текшириш қуйидаги тенгламалар орқали аниқланади: S = PD_др/(2R₂  - P) + C
S = PD_и/(2R₂  - P) + C
S = PD_ур/(2 (S-C))
S = P[D_и + (S-C)]/(2(S-C))
бу ерда Р - ички ортиқча босим ёки колонна вакуум остида ишлаётган вақтда ташқи ортиқча босим, кгс/см²;
S - корпус деворининг қалинлиги;
D_ур - корпуснинг ўртача диаметри;
D_и - корпуснинг ички диаметри;
S - Р₁ босимидан ҳалқасимон мустахкамлиги;
R₂ - рухсат этилган кучланиш, кгс/см²;
 - коэффициент сварного шва.
Нефткимё ва нефтни қайта ишлаш заводларида ишлатиладиган қурилмаларнинг корпуси Б категориясига киради.
Колонналарнинг штуцер ва люклари. Ректификацион колонналарни ишлатилган вақтда штуцер ва люкларни алмаштиришга тўғри келади. Бундан ташқари технологик шароит ўзгарган вақтда дистиллятларни ажратиб олиш учун янги штуцерларни қўйишга тўғри келади. ГОСТ 356-59 бўйича эксплуатация шартлари бўйича штуцер ва люклар учун фланец танлаб оламиз. Нефт саноатида ҳарорат 200 С бўлганда шартли босим Р_у 6, 16, 25, 40, 64, 100 кгс/м² бўлган фланецлар ишлатилади. Ректификацион колонналар учун шартли босим Р_у = 16 кгс/м² дан кам бўлмаган фланецлар ишлатилади.
Штуцерларни чоки бўлмаган трубалардан тайёрланади. Фланецлар штуцерларга қалайлаш йўли билан бирлаштирилади. Штуцерлар корпусга бириктириб уланади. Ректификацион колнонналарда люклар айлана ҳолида бўлиб уларнинг диаметри 450 мм бўлади.
Муҳитга, ҳароратга ва босимга қараб фланецлар бирлаштириш учун теккис паронит ва асбест прокладкалар ишлатилади. ГОСТ 481-18 бўйича паронит прессланган композицияли асбест, каучук ва тўлдирувчидан иборат бўлиши мумкин.
Ҳарорат 400С, босим 40 атмсоферагача бўлган вақтда паронит прокладкалари ишлатилади. Агар босим ва ҳарорат юқори бўлса, атрофи сим билан ўралган асбестдан ясалган ва юмшоқ алюминий листларидан тайёрланган ва пўлат ҳалқачали прокладкалар ишлатилади.
200С ва босим 16 атмосфера бўлган вақтида фланец бирикмалари болт ёрдамида бириктирилади. Юқори босим ва ҳароратда фланецларни бириктириш учун резбали шпилкалар ишлатилади. Шпилкаларни болтлардан фарқи шундаки, уларни қўллаганда кам кучланиш бўлади. Штуцерларни кўпинча хомашёларни қурилмага берилган вақтда буғ-ҳаво аралашмалрининг тезлиги катта бўлгани учун ишдан чиқади. Шунинг учун штуцерларни ҳар доим алмаштирмаслик учун улар гильза қуйилиб сўнг хомашё гильза орқали берилади.
Колонналарнинг коррозияланиши ва эрозияланиши.
Ректификацион колонналарани коррозия ва эрозияланиши бир нечта факторларга боғлиқ:

1. 
   Қайта ишланаётган хомашё сифатида;
   
2. 
   Жараённиг олиб борилиш режимига ва технологик жараённинг характерига;
   
3. 
   Металлнинг сифатига, конструктив бажарилишига;
   
4. 
   Турли хилдаги ингибиторларни қўлланилишига (коррозияни тезлаштирадиган ва секинлаштирадиган).
   

Агар корпус коррозияланса бутун қурилма ишдан чиқиб, унинг корпусини алмаштиришга тўғри келади. Бу ҳолда 600 т келадиган металл корпусини тайёрлаш, монтаж ва демонтаж қилиш анча вақтни олиб, металл сарфи кўпаяди, кўп ва машаққатли вақт кетади.
Колоннанинг коррозияланиши икки хил бўлади:

1. 
   Кимёвий
   
2. 
   Электрокимёвий
   

Корпуснинг металл агрессив муҳит таъсирида контактлашиши натижасида маҳсулот плёнкалар қатламлари ҳосил бўлади.
Ректификацион колонналарда юқори ҳарорат натижасида баъзи бир қисмларда кимёвий коррозия вужудга келади. Бу ҳолда агрессив муҳит таъсирида олтингугурт бирикмалари ҳосил бўлиб, уларнинг парчаланиши натижасида нафтен кислотаси ҳосил бўлади.
Электрокимёвий коррозияда металл турли хилдаги электролитлар билан таъсири натижасида гальваник жуфтлик ҳосил бўлиб, колоннанинг ички деворлари орасида коррозион электр нонлари ҳосил бўлади. Электрокимёвий коррозия паст ҳароратли колоннанинг қисмларида ва баъзи бир металларда ҳосил бўлади.
Шунинг учун корпусларнинг юза қисмида коррозиянинг олдини олиш учун унинг усти химояланиш катлами билан қопланади.
ГОСТ 5272-50 бўйича металларнинг коррозияга мустахкамлиги 10 балли шкала асосида баҳоланади. Ректификацион колонналарнинг коррозияга мустахкамлиги 7 балл, катта диаметрли колонналарники эса 6 балл бўлиши керак.
1 йилда металл массасининг йўқотилиши 1 м² юзага нисбатан 1г бўлиши керак. Колоннанинг баъзи бир симлари суюқлик ва буғ оқимининг катталиги натижасида эрозияга учрайди. Шунинг учун эрозияни олдини олиш мақсадида шу қисмлари протектор ва махсус қурилмалар ёрдамида ҳимоя қилинади. Бу ҳолда суюқлик ва газлар оқимига оқимнинг таъсири бўлмайди.
6. Ректификацион аппаратлар қуйидаги асосий гурухларга булинадилар: тарелкали, насадкали (колонна), плёнкали колонналар, ротацион аппаратлар.

1. 
   Тарелкали аппаратлар. Бундай аппаратлар кимё ва озиқ-овқат саноатида ифлосланмаган тоза бинар аралашмаларни ажратиш учун қўлланилади. Тарелкали аппаратларни тарелкаларнинг тузилишига қараб: элаксимон, қалпоқчали, ағдарилма ҳолда бўлади.
   

Элаксимон тарелкалар тоза суюқликларни, ҳамда ўзида қаттиқ заррачаларни ушлаган суюқликларин ажратиш учун ишлатилади. Элаксимон тарел калардаги тешикларни диаметри 2-3 мм, қаттиқ заррачаларни тозалаш учун ишла-тилса тешикларнинг диаметри 7-8 мм бўлади.
Колонна қуйидагича ишлайди. Кўтарилаётган буғ дискдаги тешиклар оркали ўтади. Кўтарилган буғ тарелкалар бўйлаб ҳаракатланаётган суюқлик билан ўзаро таъсир қилади. Бунда процессни барботаж (кўпикланиш) деб аталади.
Тарелка тешигидаги ўтаётган буғнинг тезлигига қараб бир неча хил режимларда бўлиши мумкин:
пуфакли, оқимли, кўпикли, инжекцион бўлиши мумкин.
Кўпикли режимда элаксимон тарелкалар энг катта эффективликка эга бўлади.
Элаксимон тарелканинг асосий афзаллиги конструкциянинг соддалигидир.

3.-расм.Элаксимон тарелкали ректификацион қурилма.
1–, 1 – колонна, 2 - буғ бериладиган қурилма, 3- тарелка.

Бундай тарелкалар қуйидаги камчиликларга эга: тарелкалардаги суюқлик буғнинг босими таъсирида ушлаб турилади. Шу сабабли колоннада босим камайиб кетса, суюқлик тарелкадан тешиклар орқали пастга тушиб кетади.

Тарелка қуйидагича ишлайди: буғ колонкадаги прорезларидан ўтиб, сўнгра тарелкадаги суюқлик қатлами-дан ўтади.
Бунда суюқлик устида кўпик ва томчилар қатлами ҳосил бўлади. Мана шу кўпик ва томчилар қатламида буғ ва суюқлик ўртасидаги асосий масса алмашиниш юз беради. Биринчи тарелкадан иккинчи тарелкага суюқлик стаканлар орқали тушади. Буғ ва суюқлик ўртасидаги контакт юзасини ошириш учун одатда тарелкага бир неча қалпоқчалар ўрнатилади. Тушириш стканларига эга бўлган қалпоқчалар қуйидаги камчиликларга эга: тарелкалардаги суюқлик бир хил сатҳга эга эмас, чунки суюқликнинг ҳаракати сабабли тарелканинг устида камаяди. Шу сабабли буғ қаерда сатх кам бўлса, шу ердан ўтиб кетади. Натижада тарелка бир хилда ишламайди.
Ағдарилма тарелкалар бундай камчиликлардан ҳоли бўладилар. Ағдарилма тарелкаларда тушириш трубалари (стаканлар) бўлмайди.
Бундай тарелкаларда буғ ўтган тешиклардан суюқлик ҳам ўтади. Тушириш стаканлари бўлмаганлиги сабабли тарелкаларнинг юзаси яхши фойдаланилади. Бир хил диаметрда ағдарилма тарелкаларнинг иш унуми тушириш трубаларига эга бўлган тарелаларникига нисбатан катта. Ағдарилма тарелкалар симон тарелкаларга ўхшайди, уларда фақат қуйилиш трубалари бўлмайди.

4.-расм.Қалпоқчали тарелкали ректификацион қурилма.
1– тарелка, 2 – колонна, 3 - буғ бериладиган қурилма, 4 - тушириш трубкаси, 5 - колонканинг прорезлари.
Насадкали колонналар. Бундай колонналарда буғ ва суюқлик ўртасидаги контакт насадка ёрдамида амалга оширилади.
Адсорбция жараёни маълумки насадкали ко-лонналарнинг максимал эффективлиги эмульгацион режимда бўлади.