Основные процессы и аппараты химической технологии

 
 
 
 
Г. В. Власова, Д. А. Чудиевич, Н. А. Пивоварова 
 
 
 
 
 
 
 
ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ 
ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ 
 
 
Учебник 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 

УДК 622.323/.324 
ББК 33.36 
В58 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии нефти 
и газа Кубанского государственного технологического университета  
Ясьян Юрий Павлович; 
кандидат технических наук, генеральный директор АО «КалмТатнефть»  
Колокольцев Сергей Николаевич 
Власова, Г. В. 
В58 
Основные процессы и аппараты химической технологии : учебник / 
Г. В. Власова, Д. А. Чудиевич, Н. А. Пивоварова. - Москва ; Вологда : 
Инфра-Инженерия, 2022. - 188 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0863-9 
Дана общая классификация технологического оборудования. Приведены 
принципы и правила выбора технологического оборудования с учетом процессов, применяемых в технологической схеме. Рассмотрены основные аппараты 
для проведения гидродинамических, тепловых, массообменных, химических и 
механических процессов. Освещены общие вопросы эксплуатации и ремонта 
оборудования. 
Для студентов и преподавателей нефтегазовых направлений подготовки. 
Может быть полезно специалистам нефтегазовой отрасли. 
УДК 622.323/.324 
ББК 33.36 
ISBN 978-5-9729-0863-9 
” Власова Г. В., Чудиевич Д. А., Пивоварова Н. А., 2022 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
2 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Предисловие ............................................................................................................... 5 
Список сокращений .................................................................................................. 6 
 
Глава 1. Классификация оборудования процессов 
переработки нефти и газа ........................................................................................ 7 
 
Глава 2. Гидродинамические аппараты ............................................................. 10 
2.1. Электродегидраторы ...................................................................................... 10 
2.2. Сепараторы. Маслоотделители. Отстойники .............................................. 14 
2.3. Центрифуги. Циклоны ................................................................................... 17 
2.4. Фильтры .......................................................................................................... 19 
2.5. Насосы ............................................................................................................. 22 
2.6. Компрессоры и компрессорные установки ................................................. 33 
2.7. Аппараты с псевдоожиженным (или «кипящим») слоем .......................... 55 
 
Глава 3. Массообменные аппараты 
..................................................................... 58 
3.1. Ректификационные колонны 
......................................................................... 58 
3.2. Абсорберы 
....................................................................................................... 71 
3.3. Адсорберы 
....................................................................................................... 75 
3.4. Экстракторы 
.................................................................................................... 79 
3.5. Сушилки .......................................................................................................... 80 
3.6. Кристаллизаторы 
............................................................................................ 81 
 
Глава 4. Тепловое оборудование .......................................................................... 86 
4.1. Трубчатые печи .............................................................................................. 86 
4.2. Теплообменные аппараты ............................................................................. 98 
4.3. Аппараты воздушного охлаждения (АВО) 
................................................ 111 
 
Глава 5. Химическое оборудование ................................................................... 114 
5.1. Реакционные аппараты термических процессов....................................... 114 
5.2. Реакционные аппараты термокаталитических процессов ....................... 115 
 
Глава 6. Механические аппараты 
...................................................................... 131 
6.1. Дробилки ....................................................................................................... 131 
6.2. Классификаторы 
........................................................................................... 135 
6.3. Дозаторы ....................................................................................................... 138 
 
Глава 7. Эксплуатация и ремонт оборудования процессов 
переработки нефти и газа .................................................................................... 139 
3 
 

7.1. Эксплуатация и ремонт гидродинамических аппаратов 
.......................... 139 
7.2. Эксплуатация и ремонт массообменных аппаратов 
................................. 150 
7.3. Эксплуатация и ремонт теплового оборудования .................................... 158 
7.4. Эксплуатация и ремонт химического оборудования................................ 166 
7.5. Эксплуатация и ремонт механических аппаратов .................................... 171 
 
Список литературы 
............................................................................................... 173 
Вопросы для самоконтроля 
................................................................................. 177 
4 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
В данном учебнике приводятся сведения по устройству и работе основного оборудования процессов переработки нефти и газа. Дана общая классификация технологического оборудования, приведены общие принципы и правила 
выбора технологического оборудования с учетом процессов, применяемых в 
технологической схеме. Рассмотрены основные аппараты для проведения следующих процессов: гидродинамических; тепловых; массообменных; химических и механических. В связи с большим разнообразием конструктивного исполнения оборудования для процессов переработки нефти и газа в учебнике 
приводится технология ремонта наиболее распространенных конструкций. 
Материал изложен применительно к программе курсов «Процессы и аппараты химической технологии» и «Ремонт оборудования процессов переработки нефти и газа» для студентов, обучающихся по направлению «Химическая 
технология», а также для студентов других специальностей нефтяного и газового профилей. Предлагаемый в учебнике материал может быть полезным и для 
операторов технологических установок, механиков и слесарей по ремонту оборудования на промышленных предприятиях нефте- и газопереработки. 
В учебнике приведен список литературы, который позволит студентам 
подобрать источник для более углубленного изучения соответствующих разделов. 
Авторы выражают глубокую признательность коллегам за полезные замечания и конструктивные предложения, способствовавшие улучшению качества 
данного учебника. 
 
5 
 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 
 
АВТ - атмосферно-вакуумная трубчатка (установка первичной перегонки нефти). 
ГПЗ - газоперерабатывающий завод. 
НПЗ - нефтеперерабатывающий завод. 
ЦКБН - центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры. 
КПД - коэффициент полезного действия. 
АВО - аппарат воздушного охлаждения. 
НТД - нормативно-техническая документация. 
ФУМ - фторопластовый уплотняющий материал. 
ЭЛОУ - электрообессоливающая установка. 
КС - компрессорные станции. 
ИТР - инженерно-технический работник. 
ТЭС - теплоэлектростанция. 
КИП - контрольно-измерительные приборы. 
НД - нормативная документация. 
6 
 

ГЛАВА 1 
КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ 
НЕФТИ И ГАЗА 
 
Оборудование газоперерабатывающих и нефтеперерабатывающих заводов разнообразно не только по своему назначению, но и по конструктивному 
оформлению. Несмотря на это, все применяемые аппараты можно сгруппировать по определённым признакам. 
По своему назначению и происходящим в них процессам оборудование 
делится на следующие группы (см. рис. 1.1):  
1.  Химическое (аппараты для проведения химических превращений углеводородного сырья): 
- реакторы; 
- регенераторы. 
 
2. Массообменное (аппараты для осуществления контакта между двумя 
реагентами, обеспечивающего обмен теплом и массой между ними): 
- ректификационные колонны; 
- абсорберы; 
- десорберы; 
- адсорберы; 
- экстракторы; 
- сушилки и т. д. 
 
3. Тепловое (аппараты для нагревания или охлаждения технологического 
потока): 
- трубчатые печи; 
- теплообменники; 
- холодильники; 
- конденсаторы и т. д. 
 
4. Оборудование для гидродинамических процессов (аппараты для разделения неоднородных систем на составляющие компоненты и для перемещения 
жидкости): 
- отстойники; 
- сепараторы; 
- фильтры; 
- центрифуги; 
- мешалки; 
- насосы; 
- электродегидраторы и т. д. 
 
7 
 

5. Механическое (аппараты для обработки твердых материалов): 
- дробилки; 
- классификаторы; 
- транспортеры и т. д. 
 
Сушилки, экстракторы
Перегонные кубы
Массообменные
Ректификационные 
колонны
Абсорберы, адсорберы, 
десорберы
Кристаллизаторы
Электродегидраторы, 
насосы, компрессоры
Отстойники, сепараторы
Гидродинамические
Центрифуги, циклоны
Фильтры, электрофильтры
Аппараты с 
псевдоожиженным слоем
Дробилки, сита
Транспортёры, дозаторы
Механические
Смесители
Аппараты 
и машины
Плавильные печи
Конденсаторы, испарители
Тепловые
Теплообменники, 
холодильники
Трубчатые печи
С фонтанирующим слоем
С перемешивающим 
устройством
Пустотелые
С неподвижным слоем
Химические 
реакторы
С псевдоожиженным 
слоем
С движущимся слоем
 
Рисунок 1.1 – Схема классификации аппаратов и машин для проведения  
технологических процессов 
8 
 

Кроме того, аппараты, так же как и технологические процессы, подразделяются на два вида - периодического и непрерывного действия. 
В основу выбора технологического оборудования лежит несколько основных принципов: 
- соблюдение промышленной и экологической безопасности проведения 
процесса; 
- энергетическая эффективность процесса; 
- соблюдение качественных показателей получаемой продукции и ее 
конкурентоспособность; 
- обеспечение эффективного управления процессом и обслуживания оборудования; 
- экономическое обоснование применяемого оборудования и, как следствие, экономическая эффективность всего процесса. 
 
С точки зрения технологии, основными принципами выбора оборудования являются: 
- состав сырья (агрессивность среды); 
- физико-химические свойства сырья; 
- температура;  
- давление; 
- требования к конечному продукту. 
 
Условия проведения процесса и специфические условия работы (эксплуатации) оборудования предъявляют высокие требования к конструкционным материалам при его изготовлении. 
Основные требования, предъявляемые к материалам: 
- высокая коррозионная стойкость в определенных агрессивных средах, а 
также стойкость при возникновении иного вида коррозионного разрушения; 
- высокая механическая прочность; 
- сохранение удовлетворительных пластических свойств при определенном градиенте температуры; 
- жаростойкость и жаропрочность; 
- устойчивость при изменении нагрузки (циклическая плотность); 
- низкая склонность к старению; 
- высокая (наилучшая) способность материала свариваться с обеспечением прочности сварных швов во время эксплуатации оборудования в самых 
жестких условиях; 
- экономичность материала (не дефицитность, низкая стоимость). 
9 
 

ГЛАВА 2 
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ 
 
Гидродинамические аппараты - это класс аппаратов, применяемый в 
нефтяной, газовой и химической отраслях для перемещения жидких и газовых 
сред, разделения неоднородных сред, сжатия упругих сред и т. д.  
К этим аппаратам относятся электродегидраторы, сепараторы, отстойники, маслоотделители, фильтры (электрофильтры), аппараты с псевдоожиженным слоем, насосно-компрессорное оборудование и т. д. 
 
2.1. Электродегидраторы 
 
Электродегидраторы - аппараты для обезвоживания и обессоливания 
нефти и очистки светлых нефтепродуктов (сжиженного газа, бензина, керосина, 
дизельного топлива) в электрическом поле. Электродегидраторы используют на 
технологических установках нефтегазоперерабатывающих заводов. Электрическое поле ускоряет разделение водонефтяных эмульсий и удаление из них мелких капель воды, содержащих соли, щелочь, кислоты. 
На отечественных электрообезвоживающих и обессоливающих установках или соответствующих блоках установок первичной переработки нефти 
применяют электродегидраторы с переменным электрическим полем промышленной частоты с напряжением между электродами от 22 до 50 кВ. Процесс 
обезвоживания происходит на основе диполь-дипольного механизма, когда 
капли воды становятся диполями под действием электрического поля, они деформируются, оболочки их ослабляются. Капли при столкновениях коагулируют и осаждаются. 
Электродегидраторы разделяют: по способу ввода нефти - с вводом в 
нижнюю часть аппарата в слой воды и в среднюю часть в межэлектродное пространство; по форме корпуса - вертикальные, горизонтальные и сферические. 
Типовые горизонтальные электродегидраторы имеют внутренний диаметр  
3400 мм и длину 8,24, 18,64 и 23,45 м, объем аппаратов соответственно равен 
50, 160 и 200 м3. Производительность таких аппаратов составляет от 2 до 2,5 
объемов в час. 
В качестве примера на рисунке 2.1 показан горизонтальный электродегидратор ЭГ200-10 конструкции ВНИИНефтемаша вместимостью 200 м3 на 
давление 1 МПа (10 кг/см2), предназначенный для обезвоживания и обессоливания нефти и газовых конденсатов на промысловых и нефтезаводских установках.  
10