Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Фактори процесу депарафінізації
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
іххт
Факультет:
ЗІ
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2020
Тип роботи:
Науково практична робота
Предмет:
хімія і технологія харчових добавок
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Фактори процесу депарафінізації
Для створення оптимальних умов кристалізації при розробці найбільш ефективних процесів депарафінізації враховують вплив ряду факторів: фракційного складу сировини, природи, складу і витрати розчинника, способу його подачі, температури кінцевого охолодження( фільтрування), швидкість охолодження розчину і технологічних особливостей процесу. Від сукупності цих факторів залежить протікання кристалізації твердих вуглеводні, які містяться в сировині, а відповідно, і основні показники, які характеризують процес депарафінізації.
Якість сировини. Повнота відділення твердих вуглеводнів від рідкої фази в процесі депарафінізації залежить перш за все від хімічного складу депарафінізованої сировини. Досвід роботи нафтопереробних заводів показує, що чим вище температурні межі википання сировини, ти менша повнота виділення твердих вуглеводнів, вище температура застигання отримуваних масел. В зв’язку з цим процес депарафінізації залишкових рафінатів порівняно з дистилятними характеризується меншою швидкістю фільтрування, продуктивністю установок і виходом депарафінізованої олії. Це пояснюється тим, що при підвищенні температури википання фракції в складі твердих вуглеводнів збільшується концентрація циклічних вуглеводнів. В резулььтаті утворюються дрібніші кристали, які тяжко відокремлюються від рідкої фази.
При депарафінізації рафінатів вузьких фракцій вихід депарафінованої олії з заданою температурою застигання вище, а вміст олії нижче при одночасному зменшенні тривалості фільтрування порівняно з депарафінізацією ширших фракцій. Це пов’язане також з характером кристалів, які утворюються в процесі охолодження розчинів олійних фракцій, які відрізняються температурними межами википання. Дані про вплив фракційного складу сировини на показники процесу депарафінізації ( розчинник ацетон - бензол – толуол) наведені нижче:
Межі википання фракцій, з яких отриманий рафінат
375-515° С 380-460° С
Температура фільтрування, ° С -28 -28
Тривалість фільтрування 100 мл 120 48 суспензії, с
Вихід депарафінізованої олії,%(мас.) 65 73
Температура застигання - 20 - 20 депарафінізованої олії ° С
Вміст олії в гачі, %(мас.) 40 25
Наявність в дистильованому рафінаті компонентів, википаючих вище 500 ° С , призводить до збільшенню вмісту циклічних структур в складі твердих вуглеводнів. В результаті їх спільної кристалізації з парафіновими вуглеводами кристалічна структура останніх змінюється – утворюються дрібні кристали, які погіршують процеси фільтрування. Вуглеводні, які виділяються з сировини широкого фракційного складу поряд з змішаними кристалами утворюють і евтектичних суміші недорозвинених кристалів. Це пояснюється різницею структури молекул твердих вуглеводнів, які містяться у фракціях, википаючих в широкому інтервалі температур, і кристалізуючих з розчину при одній і тій же температурі. Наявність в дистильованій сировині висококиплячих фракцій негативно впливає на якість отримуваних парафінів. Тому при виготовлені средньо плавкого парафіну температура кінця кипіння рафінату зазвичай не перевищує 460° С .
З збільшенням температурних меж википання фракції росте її в’язкість, що суттєво впливає на процес кристалізації твердих вуглеводнів, ускладнюючи їх дифузію до утвореним центрам кристалізації. В результаті утворюються нові зародки кристалів, зменшуючи тим самим розміри кінцевих кристалів. Таким чином, для забезпечення нормального росту кристалів необхідний оптимум концентрації твердих вуглеводнів в розчині і в’язкості останнього.
Оскільки ріст кристалів твердих вуглеводнів відбувається по стадіях, цей оптимум повинен досягатися на кожній стадії охолодження, що забезпечує утворення великих кристалів, і як наслідок, збільшення швидкості фільтрування і виходу депарафінізованої олії, і зменшення вмісту олії в твердій фазі. Це досягається порційною подачею розчинника при різних температурах в процесі охолодження сировини. При порційній подачі розчинника створюються умови для роздільної кристалізації високо- і низькоплавких вуглеводнів, при чому при першому розбавленні сировини розхід розчинника повинен бути таким, щоб із розчину виділялись високоплавкі вуглеводні, в першу чергу парафіни нормальної будови, які мають кристали найбільших розмірів.
При подальшому охолодженні суспензії кристалізація низькоплавких компонентів, в склад яких входять ізопарафінові і циклічні вуглеводні, відбувається на вже утворених кристалах. Такий спосіб подачі розчинника дозволяє не тільки збільшити швидкість фільтрування і вихід депарафінізованої олії, але й провести процес з більшою швидкістю охолодження. Порційна подача розчинника ефективна при депарафінізації і видаленні олії дистилятної сировини широкого фракційного складу. При депарафінізації рафінатів такий спосіб менш ефективний через велику однорідність складу твердих вуглеводнів і порівняно низького вмісту в кінцевій сировині вуглеводнів парафінового ряду. Однак з врахуванням характеру перероблюваної сировини на деяких заводах порційну подачу розчинника використовують і при депарафінізації остаточних рафінатів.
Характер кристалізації твердих вуглеводнів залежить також від виду і вмісту в сировині смол – модифікаторів кристалічної структури твердих вуглеводнів, в присутності яких проходять дендритна чи агрегатна кристалізація. Смоли не розчинні в фенолі, завдяки наявності в молекулах достатньо довгих парафінових ланцюгів утворюють з твердими вуглеводнями великі компактні не зв’язані між собою змішані кристали неправильної форми, внаслідок чого швидкість фільтрування збільшується. Смоли, розчинні в фенолі, і високомолекулярні ароматичні вуглеводні адсорбуються на кристалах твердих вуглеводнів і в силу високої полярності сприяють їх агрегації, в результаті швидкість фільтрування теж декілька зростає. Однак існує оптимальний вміст смол, вище якого ріст кристалів ускладнюється і показники процесу депарафінізації погіршуються.
В зв’язку з цим великий вплив на показники депарафінізації надає глибина очищення рафінатів, котра залежить від кількості невидалених смол і поліциклічних ароматичних вуглеводнів. Крім того, при високому вмісті в рафінаті смол і поліциклічних вуглеводнів збільшується його в’язкість при зниженні температури, що погіршує кристалізацію твердих вуглеводнів в процесі депарафінізації.
Природа і склад розчинника. В процесах депарафінізації, здійснюваних при охолоджені і кристалізації твердих вуглеводнів з розчинів у винайдених розчинниках, головну роль грає розчинність в них вуглеводнів з високою температурою плавлення. Виділення цих вуглеводнів з розчинів в неполярних і полярних розчинниках носить різний характер. В неполярних розчинниках – нафті і спаленому пропані – тверді вуглеводні при температурі плавлення розчиняються не обмежено, при чому розчинність їх зменшується з збільшенням щільності вуглеводневого розчинника. Тому з розчинів в рідких вуглеводневих рафінатів тверді компоненти виділяються при більш високих температурах. Висока розчинність твердих вуглеводнів в неполярних розчинниках потребує глибокого охолодження для найбільш повної кристалізації і отримання олії з низькою температурою застигання. Цим пояснюється високий ТЄД (15-25° С ) при депарафінізації в розчині нафти і згорянні пропану, що робить цей процес неекономічним через великі витрати на охолодження розчину.
В спалених вуглеводнях парафінового ряду розчинність твердих вуглеводнів із збільшенням молекулярної маси розчинника ( від С1 до С4) підвищується, а початкова з С5 – знижується. Тому ТЄД в розчинах спаленого пропану трохи менше, чим в розчині нафти. Неполярні розчинники мають ще ряд недоліків, зокрема низьку вибірковість, що призводить до високого ТЄД, високий вміст олії в гачі чи петролатум, необхідність повільного охолодження, а у випадку застосування пропану – підвищенню тиску в апаратах установки.
В полярних розчинниках, які використовуються для парафінізації ( ацетоні, метилетилкетоні ), тверді вуглеводні розчиняються тільки при підвищених температурах. При низьких температурах такі розчинники не розчиняють тверді вуглеводні, але погано розчиняють і рідкі компоненти рафінату. Тому при температурах депарафінізації разом з твердими вуглеводнями виділяються і високоіндексні моноциклічні вуглеводні. При цьому в гачі чи петролатумі залишається велика кількість олії, що ускладнює виробництво глибокобезолійних парафінів і церезинів. Для підвищення розчинної здібності низькомолекулярних кетонів до них додають толуол чи суміш його з бензолом. В такій суміші кетон осаджує тверді вуглеводні, а толуол – розчинником олійної частини сировини. При цьому в залежності від вмісту твердих вуглеводнів в рафінаті і їх температури плавлення, а також від потрібної температури застигання депарафінізованої олії склад розчинника може змінюватися. Дані про розчинність твердих вуглеводів в різних розчинниках наведені в таблиці 1 на прикладі двох парафінів з різними температурами плавлення.
При збільшенні вмісту ароматичного розчинника в суміші з кетоном збільшується тривалість фільтрування, ТЄД і вихід депарафінізованої олії, але збільшується його температура застигання ( табл.2). При одному і тому самому виході депарафінізованої олії, наприклад 68% (мас.), тривалість фільтрування, ТЄД і температура застигання олії нижче у випадку застосування МЄК в суміші з толуолом; при цьому добавка толуолу до МЄК менша, ніж до ацетону. Метилетилкетон порівняно з ацетоном володіє кращою розчинною здатністю по відношенню до олійних компонентів, і при міцних рівних умовах вихід депарафінізованої олії і швидкість фільтрування при депарафінізації з застосовування його
Таблиця 1. Дані про розчинення парафінів в кетонах і їх сумішах з бензолом і толуолом
Розчинність парафіну, %(мас.)
З темп. Плавлення 44° С з темп. Плавлення 64° С
Розчинник 0° С 10° С 15° С 0° С 10° С 15° С
Ацетон 0,03 0,12 0,24 - - 0,01
Ацетон: бензол
80:20 0,5 0,21 0,44 - - 0,04
40:60 0,45 1,90 4,00 0,03 0,07 0,017
20:80 1,00 7,00 10,00 0,11 0,25 0,56
Ацетон: толуол=40:60 - - - 0,05 0,12 0,32
МЄК 0,06 0,27 0,56 - 0,01 0,03
МЄК:бензол
70:30 0,40 1,45 2,70 0,01 0,04 0,05
50:50 - - - 0,03 0,14 0,33
в якості осадника більше, чим з ацетоном, а ТЄД і вміст олії в твердій фазі менше. Це пояснюється тим, що збільшенням числа вуглецевих атомів в молекулі кетонів збільшуються їх дисперсійні властивості, отже, і розчинна здатність. Тому до таких розчинників, як метилпропілкетон і метилізобутилкетон, не потрібно додавати толуол. Використання таких кетонів забезпечують швидке фільтрування суспензії твердих вуглеводнів і низький температурний ефект депарафінізації.
Кетони з 7 і більше атомами вуглецю в молекулі не використовуються в якості розчинників для депарафінізації через їх високу в’язкість при низьких температурах, що утруднює процес кристалізації твердих вуглеводнів. Крім того, більш висока температура кипіння високомолекулярних кетонів ускладнює їх регенерацію. Отже, економічніше той розчинник, який дозволяє проводити процес депарафінізації при більш високій температурі кінцевого охолодження і забезпечує при цьому достатньо високий вихід депарафінізованої олії з потрібною температурою застигання.
Поряд з кетонами для парафінізації в якості розчинників використовують хлорорганічні сполуки, з яких промислове використання найшли суміші дихлоретану з бензолом і дихлоретану з метиленхлоридом ( процес Di – Me). З використанням цих розчинників можна отримувати олії з температурою застигання, близькою до температури кінцевого охолодження тобто з малим ТЄД. Депарафінізація в розчині дихлоретану – бензол – найстаріший і неперспективний процес, так як придатний, як правило, тільки для кінцевої сировини, в той час як один з нових процесів депарафінізації – процес Di-Me дозволяють депарафінізовати сировину будь якої в’язкості. До недоліків цих розчинників відносять їх корозійну агресивність, токсичність і низьку термічну стабільність.
Табл.2 Вплив вмісту розчинника на показники депарафінізації дистилятного рафінату 350-420° С
Розчинник
Тривалість фільтрування, с
Вихід депарафінізованої олії,%(мас.)
Температура застигання депарафінізованої олії, ° С
ТЄД, ° С
Ацетон: толуол
15:85
442
76
2
16
25:75
310
74
5
13
35:65
160
73
8
10
45:65
152
68
11
7
МЄК: толуол
40:60
170
75
7
13
50:50
160
72
13
7
60:40
130
72
14
6
80:20
100
68
15
5
Відношення сировини і розчинника. Зниження в’язкості депарафінованої сировини і створення умов для утворення великих кристалів твердих вуглеводнів, добре відокремлюваних від олії, досягаються розведенням сировини певною кількістю розчинника. Для цього сам розчинник повинен мати достатньо низьку в’язкість при температурах депарафінізації. Відношення сировини і розчинника залежить від фракційного і хімічного складу сировини, його в’язкості і природи розчинника. Ступінь розведення сировини розчинником суттєво впливає на кристалізацію твердих вуглеводнів, а розмір і агрегація кристалів – на вихід депарафінізованої олії, чіткість розділення низько- і високоплавких компонентів, ТЄД, кінцеву температуру охолодження, швидкість охолодження і фільтрування. При виборі оптимальної кратності розчинника вроховують її вплив на перераховані показники.
При малій кратності розчинника до сировини в’язкість останнього знижується недостатньо, що приводить до утворення додаткових центрів кристалізації і утворенню дрібних кристалів, які важко фільтруються. Занадто велике розведення сировини розчинником знижує концентрацію твердих вуглеводнів в розчині, при цьому утворюються нові зародки в результаті чого зменшуються кінцеві розміри кристалів і швидкість фільтрування.
Чим вище температурні межі википання фракції, тим вище її в’язкість, а відповідно, при інших рівних умовах потребується більша кратність розведеної сировини розчинником. Вона підвищується з 2-3 :1 при депарафінізації дистильованих рифінатів до 3-4,5 :1 для кінцевої сировини. Дані про вплив кратності розведеної сировини розчинником на показники депарафінізації в розчині ацетон – толуол наведені нижче:
Дистилятний рафінат 300-400° С
Остаточний рафінат
Кратність розчинника до сировини (мас.)
3:1
5:1
3:1
5:1
Температура охолодження, ° С
- 55
- 55
- 20
- 20
Швидкість фільтрування, кг/(м2*ч)
70
90
100
140
Вихід депарафінованої олії,%(мас.)
65
69
68
70
Температура застигання депарафінізованої олії, ° С
- 47
- 45
- 10
- 8
При глибокій депарафінізації для збільшення виходу депарафінізованої олії і для покращення фільтруввальної кратності розчинення сировини розчинником збільшують. Проте надмірне збільшення витрати приводить до збільшення температури застигання депарафінованої олії і збільшенню експлуатаційних витрат. Від кратності розчинника до сировини більшою мірою залежать від виходу депарафінізованої олії і вмісту олії в гачі або петролатумі. При збільшені кратності розведення вмісту олії зменшується не тільки у всьому розчині, але в тій його його частині, яка утримується твердою фазою; вихід депарафінізованої олії і чіткість відділення його від високоплавких компонентів декілька підвищуються.
Вибір оптимальної кратності розчинника до сировини залежить і від кінцевої температури охолодження розчину: чим нижче ця температура, тим вище, ступінь розведення сировини розчинником.
Швидкість охолодження розчину сировини: Кінцева температура охолодження розчину сировини , при якій відбувається процес фільтрування, залежить від необхідної температури застигання депарафінованої олії і природи розчинника. Для переважної більшості розчинників, які використовуються, ця температура нижче температури застигання одержуваної олії, і чим ця різниця менше (менше ТЕД), тим економічніше процес. Значення ТЕД залежить від розчинності твердих вуглеводнів в розчиннику при температурах депарафінізації і від кратності розбавлення сировини розчинником. Тверді вуглеводні володіють різною розчинністю в різних розчинниках, в зв'язку з чим для досягнення необхідної температури застигання депарафінізованої олії потрібна різна ступінь охолодження розчину. Чим, вище розчинність твердих вуглеводнів, тим більше їх залишається в депарафінізованній олії, що призводить до зростання температури застигання останнього і збільшення ТЕД. При депарафінізації в розчині неполярних розчинників ТЕД складає 22-25 ° С, тоді як при використанні полярних розчинників – від 0 до 8° С ( температура фільтрування - 20° С, кратність розчинника до сировини 3,5:1)
Тривалість фільтрування 100 мл,с
Вміст олії в гачі,% (мас.)
Температура застигання деп. олії, ° С
ТЄД, ° С
Метилциклогексан
620
48
+5
25
н-Гептан
590
45
+3
22
Толуол
500
41
+1
21
Ацетон: толуол (25:75)
110
23
-12
8
МЄК: толуол (40:60)
60
18
-15
5
Метилізобутилкетон
30
12
-20
0
Одним з основних факторів, що визначають утворення великих кристалів твердих вуглеводнів, які легко відділяються від рідкої фази, є швидкість охолодження розчину сировину. При високій швидкості охолодження утворюються дрібні кристал, зменшують швидкість фільтрування і вихід депарафінізованої олії; крім цього, в гачі або петролатумі збільшується вміст олії. Зазвичай чим вища температура википання фракції, тим менша швидкість охолодження розчину. При інших рівних умовах остання для дистильованої сировини вище, чим для кінцевого (табл. 5)
Вплив швидкості охолодження на показники процесу депарафінізації
Середня швидкість охолодження, ° С/ч
Вихід депарафінізованої олії, %(мас.)
Швидкість фільтрування, кг/(м3*ч)
Температура застигання депарафінізованої олії, ° С
Дистильований рафінат (420-480° С)
30
125
250
300
100
99
85
80
100
100
97,5
97
-28
-25
-25
-24
Остаточний рафінат (>500° С)
30
100
200
300
100
86
78
54
100
89
88
87
-30
-30
-30
-30
Розчинність твердих вуглеводнів в неполярних розчинниках більше чим в полярних і тому найбільш повного їх виділення із розчину можливе тільки при низьких швидкостях охолодження. Так, при використанні нафти швидкість охолодження розчину не перевищує 4-5° С/ч, тоді як при депарафінізації в кетон-ароматичних розчинників вона становить 100-200° С/ч. Цей показник найбільш важливий на початковій стадії охолодження, в момент утворення первинних центрів кристалізації. При низьких температурах в стадії кінцевого охолодження, коли основна маса твердих вуглеводнів вже викристалізувалася із розчину, швидкість охолодження може бути збільшена. На цілісність і чіткість відділення твердої фази від рідкої впливає також попередня термічна обробка суміші сировини з розчинником, яка попереджує процес охолодження. Умови депарафінізації покращуються при нагріві сировини з розчинником до утримання однорідного розчину і повного розчинення дрібних частинок твердих вуглеводнів, які могли б стати додатковими центрами кристалізації і провести при охолодженні розчину до утворенню дрібних кристалів твердих вуглеводнів.
22.05.2021 00:05-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора