Битумные окислительные колонны в блочном исполнении

Упоминается [1] cпособ регулирования температуры в зоне реакции подачей струи воды и отвода тепла за счет перехода воды в пар.

При подаче воды происходит прямой конвективный теплообмен. Вода имеет наибольшую теплоту испарения. За счет подачи воды и ее испарения отводится теплота экзотермической реакции и тем самым выполняется охлаждение реакционной массы.

Теплообмен с движением сред слишком усложняет гидродинамическую картину внутри колонны по мнению автора. К тому же теплота отводится только из верхней части колонны. Вода подается под контролем оператора, по-видимому автоматизации и слаженной работы при таком способе охлаждения не достигнуто.

Однако, необходимо оформление процесса теплообмена «в металле», а также обеспечение постоянства температуры по все высоте колонны или постоянство заданных значений температуры по высоте. Для этой цели необходимо поверхностное теплообменное устройство.

Пар или что более лучше азот (инертный газ) подается в верхнюю часть колонны для контроля не превышения значений концентрации кислорода, соответствующих взрыву над пожароопасной реакционной массой.

Посвящение

Монография посвящается Богородице

Благодарность

Моей маме, работавшей в нефтяном машиностроении

2. Перспективная технология окисления

Компрессорные станции существуют трех типов:

– криогенные,

– цеолитные,

– мембранные.

Для расходов, соответствующих, установке по производству битума можно выбрать цеолитные компрессорные станции.

В цеолитных станциях можно поставить более мощный компрессор, который будет одновременно подавать в колонну воздух и азот вверх колонны для уноса непрореагировавшего кислорода.

Для интенсификации процесса окисление корректно проводить на первом этапе смесью кислородно-воздушной, то есть в воздух добавляется кислород с определенным расходом.

Реакционная масса пожароопасная, реакция окисления происходит интенсивно. Поэтому необходимо отработка состава кислородновоздушной смеси и процесса окисления в лабораторных условиях, затем имитационном моделировании процесса на цифровом двойнике аппарата или на пилотной установке.

На втором этапе окисление с осторожностью возможно проводить смесью с максимальным содержанием кислорода.

Такой реализации технологии еще не выполнялось по результатам литературного обзора технологий окисления гудрона. Это будет новым способом.

Интенсификация за счет повышения содержания кислорода эффективнее, чем за счет увеличения расхода обычного воздуха с известным содержанием кислорода.

__

Состав можно установить методом ядерного магнитного резонанса и сопоставления спектров с расчетными спектрами в программе АСD.

Механизм реакции окисления и выделяющуюся энергию можно определить, выполнив квантово-механический расчет реакции в программе HyperChem.

Основные достоверные данные получаются только по результатам эксперимента.

Моделирование процесса окисления в аппарате выполняют в программном пакете ANSYS.

Такое моделирование является изучением поведения цифрового двойника аппарата при различных параметрах процесса.

__

По данным Капустина `[3,с.140] перспективной технологией получения битумов является комбинированный процесс окисления-компаундирования (смешения).

3. Технологический расчет

Окислительную колонну пустотелую рассчитывают как обычный аппарат смешения, в котором перемешивание осуществляется за счет прохода воздуха через слой гудрона.

При применении внутренней коаксиально трубы, реакцию рассчитывают внутри трубы, которая выполняет функцию газожидкостного реактора и рассчитывают внутреннюю рециркуляцию между корпусом колонны и внутренней трубой.

Гидродинамический и тепловой процесс с химическими превращениями рассчитывают в программном пакете ANSYS Fluent. Расчет выполняется методом конечных объемов, теория такого расчета приведена в работе [].

Порядок расчета в программе ANSYS Fluent приведен в работе [].

По данным Капустина [3,с.141] в процессе «Бутирокс» температура окисления 250-270°С, расход воздуха 4 куб.м/(кв.м.·мин).