La preparazione di una miscela di calcestruzzo comprende la preparazione dei materiali, il loro dosaggio e la miscelazione della miscela di calcestruzzo. Nelle fabbriche o nei cantieri prefabbricati in cemento armato, se necessario, preparano soluzioni di additivi chimici, scongelano e riscaldano l'aggregato in inverno.
La preparazione di soluzioni di additivi chimici prevede la dissoluzione in acqua di prodotti additivi solidi, pastosi o liquidi e il successivo portare la soluzione ad una determinata concentrazione. La preparazione degli additivi viene effettuata in appositi contenitori dotati di un sistema di tubazioni per la miscelazione della soluzione con aria compressa e, se necessario, di registri di vapore per il riscaldamento. Dopo la preparazione, gli additivi vengono immessi in un contenitore di alimentazione dotato di sensore di livello e, se necessario, attraverso un dosatore in una betoniera.
Il riscaldamento degli aggregati viene solitamente effettuato in bunker, meno spesso direttamente in magazzini coperti. Per il riscaldamento viene utilizzato il metodo di riscaldamento per contatto degli aggregati utilizzando tubi di vapore e pettini posti in bunker.
Modalità tecnologiche di produzione
Un importante passo tecnologico è il dosaggio dei materiali. Per ottenere un impasto cementizio di una determinata composizione è necessario dosare (dosare) correttamente la quantità dei componenti (leganti, cariche, acqua, additivi) prima di inserirli nel mescolatore. Un dato numero di costituenti può essere misurato in volume o massa, oppure in volume con correzione della massa. La deviazione dal contenuto della dose specificata di un particolare materiale è chiamata errore di dosaggio e viene misurata in percentuale. I dispositivi per misurare la quantità di ingredienti sono chiamati dosatori. I moderni impianti di calcestruzzo utilizzano principalmente dosatori pesatori, ad es. dosaggio dei materiali in base al peso: cemento, acqua e additivi - con una precisione di 2 litri, sabbia e pietrisco con una precisione di 10 kg. In questo caso, il consumo di cemento viene solitamente arrotondato per eccesso, mentre il consumo di acqua viene arrotondato per difetto.
Il secondo importante passo tecnologico è la miscelazione della miscela di calcestruzzo. Durante il processo di miscelazione, i materiali vengono distribuiti uniformemente in tutto il volume, i grani di cemento e l'aggregato vengono inumiditi con acqua, ottenendo una massa omogenea, le cui proprietà sono le stesse in qualsiasi parte del volume. Il tipo e la composizione del calcestruzzo influiscono notevolmente sui requisiti di miscelazione. Le miscele mobili sono più facili da miscelare rispetto alle miscele dure: le miscele grasse si mescolano meglio delle miscele magre, quelle a grana grossa - meglio di quelle a grana fine o a grana fine.
Quando si utilizzano miscele mobili a grana grossa con aggregati costituiti da rocce dense, vengono utilizzati miscelatori a caduta libera, in cui la miscelazione avviene quando il tamburo di miscelazione ruota a seguito di ripetuti sollevamenti e cadute di materiali da una certa altezza.
Solitamente non vi è alcuna reazione chimica tra calcestruzzo e aggregato, motivo per cui gli aggregati sono spesso chiamati materiali inerti. Tuttavia, influenzano in modo significativo la struttura e le proprietà del calcestruzzo, modificandone la porosità, il tempo di indurimento, il comportamento quando esposto ai carichi e all'ambiente esterno. I riempitivi riducono significativamente la deformazione del calcestruzzo durante l'indurimento e garantiscono quindi la produzione di prodotti e strutture di grandi dimensioni. Le rocce locali vengono utilizzate come riempitivi. L'uso di questo aggregato economico riduce il costo del calcestruzzo, poiché gli aggregati e l'acqua costituiscono l'85-90% e il cemento il 10-15% della massa del calcestruzzo. Per ridurre la densità del calcestruzzo e migliorarne le proprietà termiche, vengono utilizzati aggregati artificiali e porosi.
Per regolare le proprietà del calcestruzzo e delle miscele di calcestruzzo, nella loro composizione vengono introdotti vari additivi chimici e componenti minerali attivi, che accelerano o rallentano la presa della miscela di calcestruzzo, la rendono più plastica e lavorabile, accelerano l'indurimento del calcestruzzo, ne aumentano la resistenza e resistenza al gelo e regolano le deformazioni proprie del calcestruzzo che si verificano quando si indurisce e, se necessario, modificano altre proprietà del calcestruzzo.
Nel corso di un lungo periodo di tempo, la struttura porosa del calcestruzzo cambia, si verificano processi di formazione della struttura e talvolta distruttivi e il risultato è un cambiamento nelle proprietà del materiale. Con l'aumentare dell'età del calcestruzzo, aumentano la sua forza, densità e resistenza agli influssi ambientali. Le proprietà del calcestruzzo sono determinate non solo dalla sua composizione e dalla qualità dei materiali di partenza, ma anche dalla tecnologia di preparazione e posizionamento della miscela di calcestruzzo nella struttura e dalle condizioni di indurimento del calcestruzzo. Terremo conto di tutti questi fattori durante la progettazione della composizione del calcestruzzo pesante.
La tecnologia del calcestruzzo comprende una serie di fasi o fasi tecnologiche: preparazione delle materie prime, determinazione della composizione del calcestruzzo in base alle materie prime utilizzate e ai requisiti strutturali e tecnologici, dosaggio di cemento, acqua, aggregati e altri materiali per uno specifico lotto di calcestruzzo impasto, miscelazione, trasporto dell'impasto di calcestruzzo sul luogo di posa, riempimento della cassaforma e della cassaforma della struttura con impasto di calcestruzzo, compattazione dello stesso, successivo indurimento del calcestruzzo in condizioni normali (a una temperatura di 20? C e un'umidità di 80 -100%).
2.4 Modalità tecnologica
Un regime tecnologico è una serie di condizioni che garantiscono il progresso del processo tecnologico nelle direzioni richieste e si adattano con la massima resa del prodotto. I fattori di regime necessari per garantire la direzione richiesta dell'attività del lievito e la massima resa sono i seguenti: composizione del terreno; composizione dei sali nutritivi e loro quantità per unità di consumo del mezzo nutritivo; pH dell'ambiente e pH della coltivazione; temperatura crescente; concentrazione residua di nutrienti nel mosto;tempo di crescita del lievito; tempo di permanenza del terreno nell'inoculatore; flusso d'aria. Fattori che determinano la massima produttività dell'inoculatore e l'economia del processo: la fornitura di lievito nell'inoculatore, che è determinata dalla fornitura utile di liquido nell'inoculatore nella concentrazione di lavoro del lievito nel liquido; tempo di crescita del lievito; consumo orario di sostanze riducenti (RS), determinato dal consumo del mezzo nutritivo e dalla concentrazione di RS nel mezzo; tempo in cui il terreno rimane nell'inoculatore. In questo gruppo di fattori rientrano anche le già citate concentrazioni residue di sostanze e sali radioattivi e il flusso d'aria.
2.4.1 Composizione del mezzo
Per coltivare il lievito nell'industria vengono utilizzati tre tipi di mezzi di idrolisi: idrolizzato, borlanda e una miscela di borlanda e idrolizzato. Servono come fonte del componente principale del lievito: il carbonio. Nel processo di attività vitale, il lievito assorbe il carbonio dai composti inclusi nei mezzi di idrolisi, come zuccheri e acidi organici (principalmente acido acetico). La principale differenza tra questi terreni è la quantità di nutrienti che contengono e il rapporto tra zuccheri (SS) e acidi organici. Pertanto, l'idrolizzato contiene il 3,0-3,5% di RS e solo lo 03-0,45% di acidi organici, che rappresentano solo circa il 10% della quantità totale di zuccheri e acidi. La borlanda contiene lo 0,6-0,7% di RS, circa lo 0,2% di acidi organici, ovvero la loro quota nelle fonti totali di carbonio per il lievito arriva fino al 25%. In una miscela di borlanda e idrolizzato, questo rapporto può variare molto a seconda della quantità di idrolizzato aggiunto alla borlanda. Anche la composizione degli zuccheri di borlanda e idrolizzati è diversa. La borlanda contiene solo zuccheri pentosi; nell'idrolizzato circa il 20% degli zuccheri sono pentosi e circa l'80% sono esosi. In termini di valore nutrizionale, gli zuccheri e gli acidi organici non sono uguali. È noto che il valore di una fonte di carbonio come nutriente per un microrganismo dipende dal grado di ossidazione degli atomi di carbonio che compongono la molecola di questa sostanza. Da questo punto di vista, tutti i composti del carbonio in base al loro valore nutrizionale possono essere organizzati come segue. L'anidride carbonica, dove l'atomo di carbonio è completamente ossidato, praticamente non può essere una fonte di energia per i microrganismi. I microbi possono utilizzarlo come materiale da costruzione solo in presenza di altre fonti di energia (ad esempio durante la fotosintesi). Acidi organici che contengono carbossile, dove tre valenze sono sature di ossigeno e solo una può ancora essere ossidata. Il valore nutrizionale degli acidi dipende dal radicale. Acidi come l'acido formico e ossalico non vengono praticamente utilizzati dai microrganismi.
L'acido acetico viene utilizzato dal lievito, ma la resa in biomassa è inferiore rispetto a quando si utilizzano gli zuccheri. Zuccheri che contengono atomi di carbonio semiossidati facenti parte dei gruppi -CH 2 OH, -CHOH-, =SON-. Tali atomi sono i più facili da subire trasformazioni redox e quindi le sostanze che li contengono sono di alto valore nutritivo per il lievito. Secondo i dati di letteratura, la resa in biomassa (assolutamente secca) dagli zuccheri può raggiungere il 57-80%. Oltre agli zuccheri, questo può includere anche altre sostanze contenenti un gruppo alcolico: glicerina, mannitolo, acido tartarico, citrico, ecc. Composti con un gran numero di gruppi metile (-CH 3 e metilene (-CH 2 -), come idrocarburi (serie gassose e paraffiniche), acidi grassi superiori, che possono fungere da fonte di carbonio per i microrganismi e in particolare per i lieviti. La resa di biomassa da essi è superiore al 100%, tuttavia il loro consumo è difficile a causa del fatto che queste sostanze sono scarsamente solubili in acqua e inoltre non possono partecipare alle reazioni all'interno della cellula senza una preliminare ossidazione parziale, pertanto l'assimilazione di tali sostanze avviene in due fasi: prima vengono ossidate e poi i prodotti semiossidati vengono utilizzati dalla cellula.Anche gli zuccheri negli acidi organici sono disuguali nel senso che A causa dell'uso dello zucchero da parte del lievito, il pH (acidità attiva) del mezzo cambia in modi diversi.Quando si utilizzano zuccheri in combinazione con solfato di ammonio come fonte di azoto il terreno di coltura è fortemente acidificato; durante la lavorazione degli zuccheri con acqua ammoniacale, l'ambiente rimane neutro; Quando il lievito utilizza l'acido acetico in combinazione con qualsiasi fonte di azoto (solfato di ammonio, acqua di ammoniaca), il mezzo di coltura (impasto) diventa alcalino. L'idrolizzato nella borlanda differisce l'uno dall'altro per il diverso contenuto di impurità dannose e benefiche in essi contenute. Barda è un ambiente più benevolo e più completo. Ciò è spiegato dal fatto che la borlanda è già passata attraverso un laboratorio biologico - il negozio di alcolici, dove alcune delle impurità nocive dell'idrolizzato sono state adsorbite dal lievito alcolico, alcune sono state distrutte e altre sono evaporate quando l'alcol è stato distillato in la colonna del mosto. Inoltre, a causa del metabolismo del lievito alcolico, la borlanda contiene una quantità significativa di biostimolanti. L'idrolizzato praticamente non li contiene. La borlanda, in termini di zucchero, contiene significativamente più microelementi, poiché a parità di elementi trasferiti in questi mezzi dal legno, il contenuto di zucchero nella borlanda è 5-6 volte inferiore a quello dell'idrolizzato. Tutte le caratteristiche elencate di questi terreni sono di grande importanza quando si coltiva il lievito e devono essere prese in considerazione quando si elabora un regime. Pertanto, la scelta della fonte di azoto, la quantità di additivi minerali, la scelta della razza di lievito (tutti i lieviti possono crescere su borlande; su idrolizzato senza aggiunta di biostimolanti - solo lieviti autoauxotrofi del tipo Capadida scottii, che sintetizzano essi stessi il bios da sostanze inorganiche) e la scelta del metodo di coltivazione dipendono dal tipo di terreno (è determinato dal contenuto di zucchero nel terreno) e da altri fattori.
La produzione di lievito è passata principalmente dal metodo di decantazione a quello meccanico (con l'ausilio di chiarificanti), che riduce le perdite allo 0,14%. 3.2 Modalità tecnologiche per la lavorazione della melassa di varie qualità La moderna tecnologia di produzione del lievito impone requisiti sulla composizione della melassa a causa della necessità di aumentare la resa del lievito nella fase commerciale all'80-90 °/o in base alle materie prime e...
Da 100 a 138°C rimane invariato. Con un ulteriore aumento della temperatura (fino a 143°C), il livello degli aminoacidi diminuisce, il che è associato ad un aumento della reazione di formazione della melanoidina. 2. PARTE TECNOLOGICA 2.1 Descrizione della tecnologia di produzione della birra “Ricetta n. 1”, “Ricetta n. 2” e “Ricetta n. 3” Nello schema tecnologico di produzione della birra si possono distinguere diverse fasi (Appendice 1): acqua preparazione...
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Un regime tecnologico è una serie di condizioni che garantiscono il progresso del processo tecnologico nelle direzioni richieste e si adattano con la massima resa del prodotto. I fattori di regime necessari per garantire la direzione richiesta dell'attività del lievito e la massima resa sono i seguenti: composizione del terreno; composizione dei sali nutritivi e loro quantità per unità di consumo del mezzo nutritivo; pH dell'ambiente e pH della coltivazione; temperatura crescente; concentrazione residua di nutrienti nel mosto;tempo di crescita del lievito; tempo di permanenza del terreno nell'inoculatore; flusso d'aria. Fattori che determinano la massima produttività dell'inoculatore e l'economia del processo: la fornitura di lievito nell'inoculatore, che è determinata dalla fornitura utile di liquido nell'inoculatore nella concentrazione di lavoro del lievito nel liquido; tempo di crescita del lievito; consumo orario di sostanze riducenti (RS), determinato dal consumo del mezzo nutritivo e dalla concentrazione di RS nel mezzo; tempo in cui il terreno rimane nell'inoculatore. In questo gruppo di fattori rientrano anche le già citate concentrazioni residue di sostanze e sali radioattivi e il flusso d'aria.
Composizione dell'ambiente
Per coltivare il lievito nell'industria vengono utilizzati tre tipi di mezzi di idrolisi: idrolizzato, borlanda e una miscela di borlanda e idrolizzato. Servono come fonte del componente principale del lievito: il carbonio. Nel processo di attività vitale, il lievito assorbe il carbonio dai composti inclusi nei mezzi di idrolisi, come zuccheri e acidi organici (principalmente acido acetico). La principale differenza tra questi terreni è la quantità di nutrienti che contengono e il rapporto tra zuccheri (SS) e acidi organici. Pertanto, l'idrolizzato contiene il 3,0-3,5% di RS e solo lo 03-0,45% di acidi organici, che rappresentano solo circa il 10% della quantità totale di zuccheri e acidi. La borlanda contiene lo 0,6-0,7% di RS, circa lo 0,2% di acidi organici, ovvero la loro quota nelle fonti totali di carbonio per il lievito arriva fino al 25%. In una miscela di borlanda e idrolizzato, questo rapporto può variare molto a seconda della quantità di idrolizzato aggiunto alla borlanda. Anche la composizione degli zuccheri di borlanda e idrolizzati è diversa. La borlanda contiene solo zuccheri pentosi; nell'idrolizzato circa il 20% degli zuccheri sono pentosi e circa l'80% sono esosi. In termini di valore nutrizionale, gli zuccheri e gli acidi organici non sono uguali. È noto che il valore di una fonte di carbonio come nutriente per un microrganismo dipende dal grado di ossidazione degli atomi di carbonio che compongono la molecola di questa sostanza. Da questo punto di vista, tutti i composti del carbonio in base al loro valore nutrizionale possono essere organizzati come segue. L'anidride carbonica, dove l'atomo di carbonio è completamente ossidato, praticamente non può essere una fonte di energia per i microrganismi. I microbi possono utilizzarlo come materiale da costruzione solo in presenza di altre fonti di energia (ad esempio durante la fotosintesi). Acidi organici che contengono carbossile, dove tre valenze sono sature di ossigeno e solo una può ancora essere ossidata. Il valore nutrizionale degli acidi dipende dal radicale. Acidi come l'acido formico e ossalico non vengono praticamente utilizzati dai microrganismi.
L'acido acetico viene utilizzato dal lievito, ma la resa in biomassa è inferiore rispetto a quando si utilizzano gli zuccheri. Zuccheri che contengono atomi di carbonio semiossidati facenti parte dei gruppi -CH 2 OH, -CHOH-, =SON-. Tali atomi sono i più facili da subire trasformazioni redox e quindi le sostanze che li contengono sono di alto valore nutritivo per il lievito. Secondo i dati di letteratura, la resa in biomassa (assolutamente secca) dagli zuccheri può raggiungere il 57-80%. Oltre agli zuccheri, questo può includere anche altre sostanze contenenti un gruppo alcolico: glicerina, mannitolo, acido tartarico, citrico, ecc. Composti con un gran numero di gruppi metile (-CH 3 e metilene (-CH 2 -), come idrocarburi (serie gassose e paraffiniche), acidi grassi superiori, che possono fungere da fonte di carbonio per i microrganismi e in particolare per i lieviti. La resa di biomassa da essi è superiore al 100%, tuttavia il loro consumo è difficile a causa del fatto che queste sostanze sono scarsamente solubili in acqua e inoltre non possono partecipare alle reazioni all'interno della cellula senza una preliminare ossidazione parziale, pertanto l'assimilazione di tali sostanze avviene in due fasi: prima vengono ossidate e poi i prodotti semiossidati vengono utilizzati dalla cellula.Anche gli zuccheri negli acidi organici sono disuguali nel senso che A causa dell'uso dello zucchero da parte del lievito, il pH (acidità attiva) del mezzo cambia in modi diversi.Quando si utilizzano zuccheri in combinazione con solfato di ammonio come fonte di azoto il terreno di coltura è fortemente acidificato; durante la lavorazione degli zuccheri con acqua ammoniacale, l'ambiente rimane neutro; Quando il lievito utilizza l'acido acetico in combinazione con qualsiasi fonte di azoto (solfato di ammonio, acqua di ammoniaca), il mezzo di coltura (impasto) diventa alcalino. L'idrolizzato nella borlanda differisce l'uno dall'altro per il diverso contenuto di impurità dannose e benefiche in essi contenute. Barda è un ambiente più benevolo e più completo. Ciò è spiegato dal fatto che la borlanda è già passata attraverso un laboratorio biologico - il negozio di alcolici, dove alcune delle impurità nocive dell'idrolizzato sono state adsorbite dal lievito alcolico, alcune sono state distrutte e altre sono evaporate quando l'alcol è stato distillato in la colonna del mosto. Inoltre, a causa del metabolismo del lievito alcolico, la borlanda contiene una quantità significativa di biostimolanti. L'idrolizzato praticamente non li contiene. La borlanda, in termini di zucchero, contiene significativamente più microelementi, poiché a parità di elementi trasferiti in questi mezzi dal legno, il contenuto di zucchero nella borlanda è 5-6 volte inferiore a quello dell'idrolizzato. Tutte le caratteristiche elencate di questi terreni sono di grande importanza quando si coltiva il lievito e devono essere prese in considerazione quando si elabora un regime. Pertanto, la scelta della fonte di azoto, la quantità di additivi minerali, la scelta della razza di lievito (tutti i lieviti possono crescere su borlande; su idrolizzato senza aggiunta di biostimolanti - solo lieviti autoauxotrofi del tipo Capadida scottii, che sintetizzano essi stessi il bios da sostanze inorganiche) e la scelta del metodo di coltivazione dipendono dal tipo di terreno (è determinato dal contenuto di zucchero nel terreno) e da altri fattori.
Installazioni Klaus (Fig. 7.2)
| Nome | Indice |
| Temperatura nel forno del reattore, 0 C: | |
| combustione | |
| gas in uscita | |
| Temperatura del gas nel condensatore n. 1, 0 C: | |
| all'entrata | |
| all'uscita | |
| Temperatura del gas nel primo convertitore, 0 C: | |
| all'entrata | |
| all'uscita | |
| Temperatura del gas nel condensatore n. 2, 0 C: | |
| all'entrata | |
| all'uscita | |
| Temperatura del gas nel secondo convertitore, 0 C: | |
| all'entrata | |
| all'uscita | |
| Temperatura dei gas nel condensatore n. 3, 0 C: | |
| all'entrata | |
| all'uscita | |
| Pressione del sistema, MPa | 0,02-0,03 |
| Frazione molare di H 2 S, %: | |
| nel gas acido originale | 59,4 |
| nei gas dopo il secondo convertitore | 0,9 |
| Frazione molare di zolfo nei gas di scarico,% | 0,068 |
| Recupero dello zolfo nel processo, % |
lo zolfo rimane adsorbito sul catalizzatore in forma liquida, spostando così l'equilibrio della reazione fino alla completa conversione di H 2 S e SO 2 in zolfo.
Un diagramma di flusso schematico del processo "Sulfrin" è mostrato in Fig. 7.3. L'installazione è composta da due o tre reattori basati su uno schema di adsorbimento.
Dopo aver attraversato il letto catalitico, i gas di scarico vengono bruciati. Il catalizzatore, saturo di zolfo adsorbito, viene periodicamente rigenerato con gas caldo in ciclo chiuso. Per condensare lo zolfo, il gas di rigenerazione viene raffreddato e reimmesso nel ciclo di rigenerazione tramite un ventilatore.
Dopo questo processo, la concentrazione di H 2 S e SO 2 nei gas di scarico è pari allo 0,20-0,25%. Per ridurre questa concentrazione allo 0,02-0,05%, si stanno sviluppando nuovi catalizzatori.
Il processo Clauspoll 1500, sviluppato dall'Istituto francese del petrolio, si basa sul trattamento dei gas di scarico con un flusso di ricircolo di polietilenglicole (PEG-400) contenente un catalizzatore disciolto (benzoato di potassio o di sodio) in una colonna impaccata a una temperatura superiore a il punto di fusione dello zolfo - 125-130 0 C. Lo zolfo fuso formato nel processo viene separato dal solvente. Il processo prevede il mantenimento del rapporto H 2 S:SO 2 nel gas trattato pari a 2:1; COS e CS 2 rimangono non convertiti.
Il grado di conversione dell'idrogeno solforato e dell'anidride solforosa raggiunge l'80%, che corrisponde a una profondità totale di estrazione dello zolfo fino al 98,5%. Il contenuto di SO 2 nei gas dopo la postcombustione è dello 0,15%.
7.5.2. Processi basati sulla conversione dei composti dello zolfo
in un componente
Questi processi si dividono in processi ossidativi e processi riducenti.
La base dei metodi di purificazione ossidativa dei gas di scarico Claus è la postcombustione dei composti dello zolfo in anidride solforosa e la sua successiva estrazione e conversione in zolfo o altro prodotto chimico. Di questi processi, il processo Wellman-Lord (Wellmann-Lord, USA) è diventato piuttosto diffuso nella pratica mondiale.
L'essenza del processo è la combustione dei composti dello zolfo in anidride solforosa, seguita dal suo assorbimento da parte di una soluzione di solfito di sodio. Il bisolfito risultante viene quindi rigenerato. Dopo aver separato l'acqua nel condensatore, l'anidride solforosa concentrata viene riciclata all'unità Claus.
Il grado totale di recupero dello zolfo raggiunge il 99,9-99,95%.
I processi di riduzione si basano sulla riduzione catalitica di tutti i composti dello zolfo in idrogeno solforato e differiscono principalmente nei metodi di estrazione e successiva lavorazione.
Tra i processi di questo tipo, il più diffuso è il processo SCOT (le iniziali “Shell Claus Offgas Treating”), sviluppato da Shell Development (Paesi Bassi) (Fig. 7.4). I gas di scarico dell'impianto Claus vengono miscelati con i prodotti della combustione incompleta del metano (H 2 + CO) e ad una temperatura di 300 0 C entrano in un reattore di idrogenazione riempito con un catalizzatore di alluminio-cobalto-molibdeno. I prodotti dell'idrogenazione vengono raffreddati in una caldaia di recupero e poi in una colonna Quench, dove contemporaneamente viene separata l'acqua di condensa. Successivamente, nella sezione di assorbimento, dai gas viene estratto H 2 S mediante il metodo dell'assorbimento selettivo, che viene riciclato all'impianto Claus.
Nel gas purificato rimane lo 0,001-0,050% di idrogeno solforato, che corrisponde ad un grado totale di estrazione di H 2 S del 99,8-99,9%. Come assorbenti vengono utilizzate diisopropanolammina, metildietanolammina e altre ammine.
CAPITOLO 8
ELABORAZIONE DI FRAZIONE LARGA
IDROCARBURI LEGGERI
Un'ampia frazione di idrocarburi leggeri (NGL) è ottenuta mediante stripping di gas naturali e di petrolio con vari metodi (vedere Capitolo 6), nonché stabilizzando i condensati di gas (vedere Capitolo 9). La sua composizione comprende etano (2-8%), propano (10-15%), isobutano (8-18%), butano normale (20-40%) e idrocarburi C 5+ (11-25%), nonché impurità dei composti dello zolfo, inclusi mercaptani e idrogeno solforato. I GNL vengono trattati e separati in frazioni strette più preziose e in singoli idrocarburi in speciali unità di frazionamento del gas (GFC) che fanno parte delle raffinerie di gas o petrolio.
8.1. Opzioni di riciclaggio
Un'ampia frazione di idrocarburi leggeri, nonché una testa per la stabilizzazione del gas condensato, è suddivisa in impianti di trattamento del gas secondo quattro opzioni principali:
a) per la produzione di benzina gassosa stabile (idrocarburi C 5+) e gas combustibile (idrocarburi C 1 - C 4);
b) per la produzione di benzina gassosa stabile (idrocarburi C 5+), gas combustibile (idrocarburi C 1 - C 2) e frazione propano-butano liquefatta;
c) per la produzione di benzina gassosa stabile (idrocarburi C 5+), gas combustibile (metano con impurità di etano) e singoli idrocarburi (etano, propano, isobutano, butano normale, ecc.);
d) per la produzione di singoli idrocarburi e loro miscele (durante la lavorazione di gas naturali liquidi che non contengono praticamente C 5+).
L'etano (frazione di etano) viene utilizzato come materia prima per la pirolisi, come refrigerante in impianti complessi scientifici e tecnologici, liquefazione del gas, deparaffinazione dell'olio, separazione del para-xilene, ecc.
La frazione di propano (propano tecnico) viene utilizzata come materia prima per la pirolisi, carburante municipale e per automobili, refrigerante per impianti di lavorazione di petrolio e gas e solvente.
La frazione isobutano è una materia prima per gli impianti di alchilazione e la produzione di gomma sintetica.
La frazione butano viene utilizzata per produrre butadiene-1,3, come carburante municipale, un additivo alla benzina per motori per aumentare la pressione del vapore saturo.
La frazione isopentano serve come materia prima per la produzione della gomma isoprene ed è un componente della benzina ad alto numero di ottano.
La frazione pentano è una materia prima per i processi di isomerizzazione, pirolisi e produzione di alcoli amilici.
Quando si utilizzano queste frazioni di idrocarburi leggeri come materie prime per prodotti petrolchimici, il contenuto dei componenti principali in esse contenuti deve essere almeno del 96-98%.
8.2. Brevi nozioni di base sulla tecnologia per purificare un'ampia frazione di idrocarburi leggeri da composti solforati
La concentrazione di composti di zolfo (idrogeno solforato, mercaptani, disolfuro di carbonio, ecc.) nei gas liquefatti e nei liquidi di gas naturale ottenuti mediante strippaggio dell'anidride solforosa e stabilizzazione dei condensati di gas di zolfo è generalmente superiore al livello consentito stabilito dai GOST pertinenti.
Per ottenere gas liquefatti che soddisfino i requisiti GOST, vengono purificati dai composti dello zolfo con una soluzione acquosa al 10% di idrossido di sodio.
La purificazione da idrogeno solforato e mercaptani (tioli) con soluzione di NaOH procede secondo le seguenti reazioni:
H2S + 2NaOH → Na2S + 2H2O
H2S + Na2S →2NaHS (8.1)
RSH + NaOH → RSNa + H2O
In questo caso dal gas viene estratta anche l’anidride carbonica attraverso le seguenti reazioni:
CO2 + NaOH → NaHCO3 + H2O
NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O (8.2)
Lo schema tecnologico dell'impianto per la purificazione del gas liquefatto dai composti dello zolfo comprende quattro stadi collegati in serie (Fig. 8.1). Nella prima fase dalla materia prima vengono estratti prevalentemente idrogeno solforato, disolfuro di carbonio e solfuro di carbonio a causa della loro maggiore attività rispetto ai mercaptani. La modalità tecnologica del primo stadio (contattore 1) è la seguente: pressione – 1,9-2,5 MPa (determinata dalla necessità di mantenere il gas allo stato liquefatto), temperatura – 50 0 C. Al secondo e terzo stadio (temperatura – 35 0 C) i mercaptani vengono rimossi. Nella quarta fase, i gas liquefatti vengono lavati con acqua per rimuovere tracce di NaOH. La soluzione satura di NaOH del primo e del secondo stadio viene fornita per la rigenerazione mediante riscaldamento utilizzando acido cloridrico. L'impianto raggiunge un grado di purificazione dei gas liquefatti dall'idrogeno solforato e dai mercaptani rispettivamente fino al 98 e 96%.
Dopo la pulizia dai composti dello zolfo, il gas liquefatto viene fornito all'unità di essiccazione ad adsorbimento.
Per la rimozione quasi completa dei mercaptani dai gas liquefatti e dai gas naturali liquidi, la demercaptanizzazione viene utilizzata sui catalizzatori contenenti
composti chelati di metalli del gruppo VI in soluzione di idrossido di sodio (processo Merox). I mercaptani vengono convertiti in disolfuri mediante ossidazione catalitica in un mezzo alcalino in base alle reazioni:
RSH + NaOH®RSNa + H2O
2RSNa + 0,5О 2 + H 2 O ® RSSR + 2NаОН (8,3)
Il diagramma di flusso del processo Merox è mostrato in Fig. 8.2. La materia prima viene lavata con una soluzione alcalina nella colonna 1 per rimuovere l'idrogeno solforato e gli acidi organici per prolungare la durata del catalizzatore, dopodiché entra nell'estrattore 2, dove i mercaptani vengono estratti con una soluzione catalitica. La soluzione di Merox dall'estrattore 2 viene alimentata nel reattore 4, dove avviene l'ossidazione catalitica dei mercaptani in disolfuri da parte dell'ossigeno dell'aria con contemporanea rigenerazione del catalizzatore. La miscela proveniente dal reattore 4 passa attraverso i separatori 5 e 6 per separare l'aria in eccesso e i disolfuri, dopodiché la soluzione rigenerata di Merox viene restituita al reattore 2.
La materia prima, purificata dai mercaptani, viene rimossa dall'impianto dopo che la soluzione alcalina si è depositata da essa nel serbatoio di decantazione 3.
8.3. Separazione per rettifica di un'ampia frazione di idrocarburi leggeri
Per separare le miscele di gas in singoli componenti o frazioni di idrocarburi, il metodo di rettifica si è diffuso nella pratica industriale.
La rettifica è un processo di diffusione per separare componenti che differiscono nei punti di ebollizione. Il processo viene effettuato mediante contatto multistadio in controcorrente (colonne a piatti) o continuo (colonne a riempimento) di vapori ascendenti e liquidi discendenti attraverso la colonna.
Nella pratica della raffinazione del petrolio e del gas, oltre alla consueta distillazione limpida, vengono utilizzate anche la rettifica azeotropica ed estrattiva.
La rettifica chiara è destinata alla separazione di idrocarburi bassobollenti al fine di ottenere singoli componenti con una purezza del 95% e superiore (fino al 99,99%).
La rettifica in presenza di un terzo componente (azeotropico ed estrattivo) viene utilizzata nel caso di separazione di idrocarburi con punto di ebollizione simile o identico o di miscele azeotropiche in cui il coefficiente di volatilità relativa è prossimo o uguale all'unità. La terza componente è necessaria per aumentare il coefficiente di volatilità relativa delle componenti separate. Durante la rettifica azeotropica il terzo componente esce dalla colonna con il prodotto rettificato; durante la rettifica estrattiva esce insieme al residuo. La miscela del terzo componente e dell'idrocarburo recuperato viene quindi separata mediante distillazione convenzionale o altro processo tecnologico (ad esempio decantazione), dopodiché il terzo componente viene riportato alla distillazione azeotropica o estrattiva.
8.3.1. Classificazione e principi di costruzione degli schemi tecnologici degli impianti di frazionamento del gas
Gli schemi tecnologici delle unità di frazionamento del gas (GFU) dipendono dalla composizione e dalla pressione della materia prima, dalla qualità e dalla gamma dei prodotti ottenuti. Quando si sceglie lo schema ottimale per separare le materie prime in HFC, vengono rispettate le seguenti regole:
1. La materia prima è divisa in frazioni la cui separazione di rettifica, dato il refrigerante e i parametri termodinamici iniziali dello stato, richiede costi minimi per comprimere questa materia prima alla pressione di condensazione del raddrizzatore.
2. Per un'elevata chiarezza di separazione del prodotto rettificato e del residuo della colonna, è preferibile che siano approssimativamente uguali nella loro portata molare (la regola di dividere la materia prima a metà).
3. I componenti bassobollenti con l'elevata purezza richiesta dei prodotti risultanti vengono separati per ultimi nello schema tecnologico.
Tenendo conto di queste regole, vengono utilizzati i seguenti schemi tecnologici HFC (Fig. 8.3): con pressione verso il basso (a), verso l'alto (b) e mista (c). I liquidi di gas naturale demetanizzato sono stati studiati come materia prima per questi impianti. Secondo lo schema a, la pressione diminuisce in una fila di colonne 1-2-3; secondo lo schema B– si alza in una fila di colonne 1-2-3; secondo lo schema V– la pressione nella colonna 2 è maggiore rispetto alle colonne 1 e 3.
Per semplificare gli schemi tecnologici riportati in Fig. 8.3, non sono riportati sistemi per la realizzazione di prodotti liquidi e a vapore per l'irrigazione, il riscaldamento e il raffreddamento, ecc.
In generale gli HFC utilizzano da 3 a 10 colonne di distillazione, interconnesse secondo diversi schemi tecnologici. Il numero totale di vassoi in tutte le colonne varia da 390 a 720 pezzi e il numero di vassoi nelle colonne di isobutano e isopentano (le colonne hanno lo stesso nome della loro rettifica) da 97 a 180 pezzi. Lo schema ottimale per collegare le colonne tra loro in ciascun caso specifico è determinato dal costo minimo del prodotto finito.
La distribuzione dei costi per la separazione delle singole frazioni in HFC è riportata nella tabella. 8.1, da cui si vede che i costi massimi si verificano nella separazione dei componenti vicino ad ebollizione.
Riso. 8.3. Opzioni per la costruzione di schemi tecnologici degli HFC
