Гидрогенизация

Периодический процесс экономически оправдан при значительном разнообразии химической природы сырья и необходимости  обеспечить широкий ассортимент  продукции. Недостатки процесса - высокие требования к качеству сырья, трудность обеспечения воспроизводимости качества продукта от партии к партии, ограниченные возможности регулирования процесса и низкая рекуперация теплоты реакции, капитальные затраты пропорциональны производительности установок.

Гидрирование в автоклавах осуществляют периодическими и непрерывными методами. Периодический процесс применяется для производства гидрированных жиров с узким диапазоном допустимых колебаний химико-технологических показателей (саломасы для кондитерского жира, стеарина и т.п.).

Непрерывный процесс гидрирования является основным в нашей промышленности при переработки однотипного сырья и выпуска узкого ассортимента саломасов.

Типовая технологическая  схема гидрирования жиров в реакторах (автоклавах).

В схеме три автоклава  и в зависимости от условий  и требований процесс может производится как непрерывным так и периодическим способом. Рафинированное масло или жиры через суммирующий счетчик поступают в цеховые резервуары, из них насосом масло подается в один из автоклавов. Перед поступлением в автоклавы масло подогревается в регеротивном теплообменнике теплотой готового саломаса, подаваемого насосом из саломасосборника. Из первого автоклава начинается процесс гидрирования, жир последовательно и непрерывно перетекает во второй и далее третий автоклавы, и по завершении процесса из последнего автоклава готовый саломас самотеком сливается в саломасосборники. При периодическом процессе в каждом автоклаве ведется процесс до готовности саломаса который через нижний слив подается через маслосборники.

Гидрированный жир подогревается до температуры 180-200°C насыщенным паром при давлении не ниже 3МПа через змеевики.

Температура процесса по автоклавам регулируется автоматически. Для отвода избыточной теплоты реакции, выделяющейся в автоклавах, используются исходные жиры, которые по отдельному контору одним из насосов подаются в охлаждающие змеевики автоклавов.

При необходимости масло  дополнительно охлаждается водой  в теплообменнике. Обычно нагретое в змеевиках масло возвращается в резервуар.

Для осуществления процесса в первый автоклав или в любой  из автоклавов дозирующим насосом из расходных емкостей подается расходный (паспортный) катализатор - 3-5% суспензии смеси свежего и многократно используемого катализатора.

Водород в автоклавах подается компрессорами через подогреватель. Избыточный водород из автоклавов поступает  в систему очистки циркуляционного  водорода.

При работе по непрерывной  схеме саломас из последнего по ходу процесса автоклава а при периодической- из любого автоклава поступает в саломасосборник. Здесь от саломаса отделяется увлеченный водород, после чего саломас насосом через теплообменник подается на охладитель. Охлажденный до 100-150°C саломас фильтруется на фильтрах, первые мутные порции саломаса собираются в емкости, откуда возвращается насосом на повторную фильтрацию. Светлый саломас накапливается в емкости, откуда насосом выкачивается на склад. Снятый с фильтров отдельный катализатор накапливается в мешалках отработавшего катализатора, смешивается с маслом и насосом подается в расходные емкости паспортного катализатора, где смешивается со свежим катализатором.

Если в саломасосборниках осаждается катализатор, то его шестерным насосом перекачивают в расходную емкость катализатора.

Продувка системы в  атмосферу производится через специальный гидрозатвор.

Автоклавы и саломасосборники оборудованы предохранительными клапанами, проба саломаса из автоклава отбирается при помощи пробоотборника.

Отработавший водород, отводимый  из автоклавов, содержит значительное количество примесей. Они предают  циркуляционному водороду резкий запах.

Для гидрогенизации жиров  требуется водород высокой степени  чистоты, поэтому отводимый водород  подвергают тщательной очистки.

В заводской практике известно несколько схем очистки циркуляционного  водорода, одна из них достаточно эффективная.

Отводимый избыточный водород  последовательно поступает в  каплеотделитель полочного типа и далее в центробежный каплеотделитель. Их обеспечивается улавливание механически увлеченного жира и жирных кислот. Далее водород направляется в скруббер, где промывается орошаемой холодной водой и охлаждается. Промытый водород поступает в щелочной скруббер, где обрабатывается циркулирующим при помощи насоса раствором гидрооксида натрия. В этом скруббере улавливаются в основном диоксид углерода и другие продукты, имеющие кислую природу. В скруббере водород освобождается от капелек увлеченной щелочи и далее поступает в смеситель. Периодически с целью снижения концентрации не удаляемых при такой очистке примесей из скруббера перед смесителем продувают часть водорода в атмосферу. В  смесителе очищенный циркуляционный водород смешивается со свежим водородом, поступающим из газгольдера через счетчик. Далее смесь поступает в компрессорное отделение для высушивания и подачи в автоклавы.

Жиры, отделившиеся в каплесборниках, сливаются в сборник. Вода из промывного скруббера через гидрозатвор сливается в жироловушку. Отделившийся здесь жир из жиросборника откачивается на склад. Вода из жироловушки направляется в канализацию или в систему очистки промышленных стоков.

 

Технологическая схема компрессорного отделения.

Смесь свежего и очищенного циркуляционного водорода из смесителя  поступает во всасывающую линию  компрессоров. Сжатый газ из компрессора  через ресивер поступает в  холодильник, в котором охлаждается  ледяной водой (от1 до 5°С). Сконденсированная влага отделяется от водорода в отделителе и сливается наружу через гидравлический затвор. Такой же затвор для сброса жидкости имеется и при ресивере. Отводимый конденсат сбрасывается в очистную систему промышленных стоков. Осушенный водород через газосборник подается в автоклавный цех.

Охлаждающий рассол или ледяная  вода циркулирует в системе холодильной  установке, размещенной в машинном отделении компрессорной станции. Влагосодержание осушенного при 5°С и давлении 0,65 МПа водорода около 5г/м³.

По действующим правилам водородно-компрессорной станции размещаются в одноэтажной изолированном здании.

 

 

Непрерывное гидрирование.

В колонных реакторах с  суспендированным катализатором.

Одна из технологических  схем непрерывного гидрирования на суспендированном катализаторе в колонных реакторах  под давлением водорода до 1 МПа.

Жир или дистиллированные жирные кислоты из резервуара насосом  через регенеративный теплообменник  подаются на дополнительное высушивание  в вакуум-сушильный аппарат. В  теплообменнике за счет теплоты саломаса сырье перед высушиванием подогреваются  до 100-120°С. Из аппарата сырье насосом- дозатором через трубчатый подогреватель  и смеситель поступает в первую по ходу процесса колонный реактор  и далее последовательно в  остальные реакторы установки. Вподогревателе сырье паром высокого давления подогревается паром примерно до 200°С.

Из верхней части последнего реактора саломас вместе с водородом  и катализатором переходит в газоотделитель, где давление понижается и саломас освобождается от основного количества водорода. Далее саломас переходит в саломаслосборник, откуда насосом через теплообменник и трубчатый водяной холодильник поступает в фильтр-пресс.

Отфильтрованный саломас  собирается в сборнике, из которого насосом транспортируются в баки хранилища.

Смесь свежего и очищенного водорода из смесителя компрессором через ресивер высокого давления и трубчатый подогреватель подается в смеситель, откуда вместе с гидрируемым сырьем поступает в первый по ходу процесса реактор. В газоотделителе водород отделяется от саломаса и далее поступает в систему очистки водорода.

Масляная суспензия расходного катализатора из аппарата насосом- дозатором  направляется в смеситель и далее - в реактор.

Поддонов фильтр - прессовотфильтрованный катализатор, разбавленный (для траспортабельности)  саломасом или маслом, через вакуум - сборник выгружается в аппарат, где готовится расходная суспензия катализатора. Катализатор, осевший в саломасосборнике, так же периодически спускают в аппарат.

В колонных  реакторах  со стационарным катализатором.

Сырье насосом из резервуара через регенеративный теплообменник  и паровой трубчатый подогреватель  подается в непрерывно действующий  вакуум- сушильный аппарат. Далее  оно из сборника насосом прокачивается  через паровой подогреватель  и струйный смеситель, откуда, вместе с водородом проходит реактор, саломасосборник и теплообменник.

Далее насосом через трубчатый  холодильник передается в сборник  готовой продукции, откуда, саломас транспортируется насосом в баки хранилища.

Смесь свежего и очищенного водорода компрессором из смесителя  через ресивер и паровой подогреватель  поступает в струйный смеситель  и далее в реактор. Из саломасосборника водород направляется в систему очистки.

Гидрирование на стационарном сплавном катализаторе проводят при 180-240°С и при давлении 0,6-1,6 МПа, получая главным образом технический саломас. Количество водорода, подаваемое в колонные реакторы суспендированным или стационарным катализаторами, в 6-10 раз превышает расход водорода на гидрирование.

По мере использования  стационарный катализатор теряет свою гидрирующую активность. Так, межрегенерационный срок службы стационарных сплавных катализаторов 1-3 месяца, после чего их подвергают регенерации непосредственно в реакторах для гидрирования.

Потерявший активность сплавной катализатор обезжиривают, промывая горячим раствором поверхностно- активного вещества. Затем его  обрабатывают 1-2% раствором щелочи, омыливая остатки саломаса и частично выщелачивая алюминий. По окончанию обработки катализатор промывают водой и высушивают водородом под слоем гидрируемого сырья.

 

 

 

3.2 Оборудование для гидрогенизации жиров

Процесс гидрогенизации жиров  включает в себя следующие основные технологические операции:

Предварительный нагрев жиров  до температуры процесса, получения  и ввод водорода, приготовление масляной суспензии катализатора, непрерывное  или периодическое гидрирование, охлаждение и отделение отработанного  катализатора полученного саломаса

В качестве  оборудования для гидрогенизации используется реакторы автоклавного и колонного типа.

МАС показана на [3, с. 209, рис. 104]  непрерывной гидрогенизации жиров в автоклавах. Жиры из хранилища поступают в цеховой промежуточный резервуар, откуда насосом-дозатором  подаются через теплообменник  в батарею автоклавов последовательно соединенных переливными трубопроводами.

Масляную суспензию катализатора готовят в аппарате смешением масляных суспензий повторно используемого отборного катализатора, подаваемого после отделения от саломаса и свежего катализатора в соотношении, указанном нормами технологического режима. За тем катализатор подается в первый автоклав за насосом отработанный катализатор собирается в емкости, откуда его направляют на регенерацию. Одновременно в автоклавы подается водород.

Водород, отходящий из автоклавов после использования его в реакции, поступает на очистку, через регулятор давления в центробежные  каплеотделители, где отделяются жир и тяжелые продукты распада, увлеченные водородом, поступающие в специальный сборник. Затем водород проходит в два орошаемых водой скрубера, еще через каплеотделитель, далее водород подается в ресивер, затем в холодильник, водоотделитель и возвращается в автоклавный цех.

Вместе с катализатором  масло из первого автоклава батареи  последовательно проходит во второй и третий автоклавы в каждом автоклаве проходит определенный процесс реакции, гидрогенизации в первом 50%, во втором 30%, в третьем 20%. Саломас, выходящий из последнего автоклава собирается в саломасосборнике где проходит удаление избыточного водорода. Далее саломас прокачивается через теплообменник, отводя свое тепло маслу идущему на процесс гидрогенизации. Затем саломас проходит через теплообменник, откуда насосом направляется на фильтр-пресс, где проходит отделение катализатора.

Производительность таких  установок гидрогенизации составляет до 140 т/сут по пищевым саломасам и до 100т/сут по техническим.

 

Автоклав для гидрогенизации (рис. 105) может быть использован как для непрерывного, так и для периодического способа производства твердых жиров (саломасов) как пищевого, так и технического назначения с использованием (дисперсных) порошкообразных катализаторов. Он имеет цилиндрический цельносварной корпус, изготовленный из кислоупорной стали 12Х18Н10Т. В центре корпуса проходит вал, соединенный вверху муфтой с концом вала мотор-редуктора трубной мешалки. В нижней части аппарата установлено шесть сдвоенных спиральных змеевиков, три из которых служат для обогрева (большие) и три для охлаждения (малые). Водород в аппарат подается через барботер. Слив осуществляют нижним штуцером.