Главная » Химия |
Содержание Введение Необходимые исходные данные и вычисления Материальный баланс процесса изомеризации Тепловой баланс процесса изомеризации Расчет реакторного блока Гидравлический расчет реактора Литература Введение Процесс изомеризации парафиновых углеводородов предназначен для повышения октанового числа пентан-гексановых фракций бензинов, выкипающих до 70°С, и получения индивидуальных парафиновых углеводородов - изобутана и изопентана - из н-бутана и н-пентана с целью увеличения ресурсов сырья при синтезе изопренового каучука, для процесса алкилирования и получения изобутилена при синтезе метил-трет-бутилового эфира. Изопентаны и изогексаны используются как компоненты автомобильного бензина. Исходными данными для расчёта являются: 1) количество и состав исходного сырья; 2) количество и состав водородсодержащего газа; ) параметры процесса: температура, давление, объёмная скорость подачи сырья, мольное соотношение водород - сырьё; характеристика катализатора. На рисунке 1 изображён продольный разрез реактора каталитической изомеризации. Рис. 1. Реактор каталитической изомеризации: - распре делитель сырья; - корпус; - катализатор; - опорная решётка; - керамические шарики; - муфта для термопары; - секционная термопара; - муфта для монтажа Необходимые исходные данные и вычисления. Часовая производительность установки по сырью: Gс = 25000 кг/ч Рассчитаем объёмную производительность wc (м3/ч) блока изомеризации: Gс wс = ¾¾¾ , rс где rс - плотность сырья, 0,6263 кг/м3 wс = 25000/0,6263 = 39916,6627 м3/ч Рассчитаем количество (кмоль/ч) водородсодержащего газа, необходимого для процесса изомеризации: GН2 GВСГ = ¾¾¾ , YН2 где GН2 - количество водорода, ; YН2 - массовая доля водорода в ВСГ = 98,4%. Зная мольное соотношение водород : сырьё = 1, рассчитывают количество водорода и ВСГ из соотношения, кмоль/ч и кг/ч: Gс GН2 N • ¾¾¾ = ¾¾¾ Мс МН2 GН2 = Gс* МН2/Мс =25000*2/79= 632,9114 кмоль/ч GВСГ = GН2/ YН2 = 632,9114*100/98,4 = 643,2026 кмоль/ч Необходимое количество свежего ВСГ. M(сырья)= 79 моль(сырья)= 1,2658 на 100г моль(сырья)= 316455,6962 всего моль(Н2)= 316455,6962 m(H2)= 632911,3924 m(ВСГ)= 643202,6346 Материальный баланс процесса изомеризации Принимаем по практическим данным для катализатора ИП-62: выход изопентана на пропущенный н-пентан - 50% на превращённый н-пентан - 95%; количество образующихся продуктов крекинга от метана до бутана - 3 - 4%. Сводим материальный баланс процесса изомеризации в таблице 1. Таблица 1. Материальный баланс процесса изомеризации. Статьи Выходы продуктов Статьи Выходы продуктов баланса %масс. кмоль/ч кг/ч мольные доли баланса %масс кмоль/час кг/ч мольные доли Приход Расход С4Н10 4,78 20,60344828 1195 6,118557044 С1-С2 3,024 16,1501463 756 4,796070531 i-C5H12 6,146 21,32680556 1535,53 6,333370735 бутановая фр. 4,78 20,6034483 1195 6,118557044 н-C5H12 79,017 274,3645833 19754,25 81,47739793 i-C5H12 80,87 276,041754 20225,29 81,97546331 i-C6H14 1,073 3,119186047 268,25 0,926297263 н-C5H12 1,269 4,21036437 308 1,250341896 н-C6H14 3,902 11,34302326 975,5 3,368510645 i-C6H14 1,073 3,11918605 268,25 0,926297263 С7+ 2,392 5,98 598 1,775866381 н-C6H14 3,902 11,3430233 975,5 3,368510645 итого сырья 336,7370465 25000 100 С7Н16 2,392 5,98 598 1,775866381 ВСГ 2,69 336,74 673,47 100 ВСГ 2,69 336,74 673,47 100 Итого: 100 100,00 25000,00 Итого: 100 25000,00 Тепловой баланс процесса изомеризации. Тепловой баланс процесса изомеризации рассчитаем по формуле: c + Qвсг = Qc.г.+ Qб.ф.+ Qкат или c• qс445 + Gвсг• qвсг 445 = Gc.г.•qс.г. 400 + Gб.ф.•qб.ф 400 + Gкат•qкат 400 + qр где Qc, Qвсг, Qc.г., Qб.ф., Qкат - количество тепла, привносимого соответственно сырьём, ВСГ, сухим газом, катализатором, бутановой фракцией, Gc, Gвсг, Gc.г., Gб.ф., Gкат, Gкат-ра - количество соответственно сырья, ВСГ, сухого газа, бутановой фракции, катализатора, кг/ч; qit - энтальпии компонентов при рабочей температуре процесса 445°С, ккал/кг; qр - теплота реакции, ккал/кг. Определяют энтальпию сырья при 445°С и атмосферном давлении расчетным методом. Для определения энтальпии паров нефтепродуктов (ккал/кг) при атмосферном давлении пользуемся эмпирической формулой : qс445 = (50,2 + 0,109t + 0,00014t2)(3,992 - 0,9952d420) - 73,8 , где d420 - плотность паров; t - рабочая температура процесса, °С. Полученное значение энтальпии корректируем, вычитая поправку на давление. Для определения поправки на давление рассчитываем приведённые давление (Рпр) и температуру (Тпр): П Т Рпр = ¾¾¾ , Тпр = ¾¾¾ Ркр Ткр где Ркр - критическое давление, атм; Ткр - критическая температура, °К; П, Т - давление и температура в аппарате. Находим поправку на энтальпию при повышенных давлениях: Т •Рпр Dq = - 4,4 • ¾¾¾¾¾ М •Тпр3 где Dq - изменение энтальпии в зависимости от изменения давления, ккал/кг; М - молекулярный вес; Т - температура, К. С учётом рассчитанной поправки на давление находим энтальпии паров нефтепродуктов в реакторе (ккал/кг): п445 = qс445 - Dq , Расчеты сведены в таблицу: С4Н10 i-C5H12 н-C5H12 i-C6H14 н-C6H14 С7+ сумма Т,К 718 в аппарате на входе или 445 С Р,МПа 3,5 в аппарате М 58 72 72 86 86 100 Выход,кг/ч 1195 1535,53 19754 268,25 975,5 598 25000 к-во моль 20,603 21,327 274,365 3,119 11,343 5,980 336,737 % мольный 6,119 6,333 81,477 0,926 3,369 1,776 ТКР,К 425,200 460,400 469,600 507,300 507,300 540,200 ТПКР,К 26,016 29,159 382,618 4,699 17,088 9,593 469,174 ТПР,К 1,530 РКР,МПа 3,796 3,381 3,369 3,013 3,013 2,736 РПКР,Мпа 0,232 0,214 2,745 0,028 0,101 0,049 3,369 РПР,МПа 1,039 q,ккал/кг -11,590 d420,кг/м3 0,579 0,620 0,626 0,659 0,659 0,684 0,638 qc445,ккал/кг 350,643 qП445,ккал/кг 362,233 Энтальпию ВСГ (ккал/кг) находим по формуле: всг445 = Ср• Т- Dq , где Ср - теплоёмкость ВСГ (ккал/кг•град), рассчитываемая по правилу аддитивности теплоёмкостей, входящих в него компонентов: Ср =S Срj• Yj, CP= 3,494*0.984+0,73*0.016= 3,450 ккал/(кг*К) qВСГ445= 2476,939 ккал/кг Аналогично определяем энтальпии продуктов реакции при Т=400°С, учитывая что Ср кат. =0,27 ккал/(кг•К). Тепловой эффект реакции изомеризации принимаем по практическим данным: qр = 25 ккал/кг. С1-С2 С4Н10 i-C5H12 (кат) н-C5H12 i-C6H14 н-C6H14 С7+ М 46 58 72 72 86 86 100 ТКР,К 250 425,2 460,4 469,6 507,3 507,3 540,2 ТПР,К 2,692 1,583 1,462 1,433 1,327 1,327 1,246 РКР,МПа 4,7 3,796 3,381 3,369 3,013 3,013 2,736 РПР,МПа 0,745 0,922 1,035 1,039 1,162 1,162 1,279 q,ккал/кг -4,915 -11,872 -13,631 -14,516 -17,131 -17,131 -19,590 d420,кг/м3 0,48405 0,5789 0,6196 0,6262 0,6594 0,6594 0,6838 qС400,ккал/кг 334,0938 323,1251 318,4185 317,6552 313,8159 313,8159 310,9942 qП400,ккал/кг 339,0083 334,9969 332,0492 332,1710 330,9471 330,9471 330,5844 Сводим тепловой баланс процесса изомеризации в таблице 2. Таблица 2. Статьи q, Q, Статьи q, Q, баланса ккал/кг баланса ккал/кг Приход Расход Сырье 350,643 8766076,07 Сухой газ 339,0083 222897,98 ВСГ 2476,939 1593173,80 Бутановая фр. 334,9969 410371,20 Катализат 332,0492 6910773,78 н-пентан 332,1710 117920,72 i-гексан 330,9471 91010,45 н-гексан 330,9471 330947,10 С7+ 330,5844 223144,48 Тепловой эффект реакции 25 Итого: 10359249,87 Итого: 8307090,701 Потери - 19,81 % Расчёт реакторного блока. Расчёт реакторного блока проводится для параметров: ü температура ввода сырья 445°С, ü температура вывода продуктов 400°С, ü давление в реакторе 3.5 МПа. Объём паров смеси сырья и циркулирующего газа, проходящих через сечение реактора определяем: см. = Vc + Vвсг где Vc - сырья , м3/с; Vвсг - объём циркулирующего водородсодержащего газа, м/с; 22,4 • (t + 273) • Р0 • Zc = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ Σ( Gi / Мi ) 273 • П • 3600 где t - средняя температура в реакторе (в данном случае 442,5° ); Р0 - атмосферное давление, равное 0,1 МПа; П - рабочее давление в аппарате ( 3,5МПа) ;- коэффициент сжимаемости; Gi - расход i- го компонента, кг/час Мi - молекулярная масса i- го компонента Аналогичное выражение для ВСГ имеет вид: 22,4 • (t + 273) • Р0 • Z Gj Vвсг = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ • S 273 • П • 3600 Мj Коэффициент сжимаемости для сырья рассчитываем через приведенные параметры процесса ( Тпр, Рпр). Тпр = Т/Ткр Рпр =Р/Ркр , где Ткр и Ркр - критическая температура сырья, рассчитанная по правилу аддитивности через критические параметры индивидуальных компонентов, значения которых приведены в литературе (Н.В.Бусыгина, И.Г.Бусыгин. Технология переработки природного газа и газового конденсата. Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2002. с .403). Z = 0,990 + (Рпр -0,0681) / (-26,481 Тпр2 + 49,11 Тпр - 25,17) =0,9325 Для ВСГ коэффициент сжимаемости газов может быть принят равным 1, так как водород относится к несжимаемым в этих условиях газам. Рассчитываем площадь поперечного сечения реактора (м2): Vсм. S = ¾¾¾ , U где U - линейная скорость движения сырья и ВСГ, м/с; из практических данных принимаем U = 2 м/с. Рассчитываем объём катализатора (м3) в реакторе: Vсм. Vк = ¾¾¾ , W •rс где W - объёмная скорость подачи сырья, ч-1; W = 1,8 ч-1; rс - плотность сырья. Расчеты сводим в таблицу: компоненты Мi Gi VC VВСГ VСМ S VK С4Н10 58 1225 0,0092087 i-C5H12 72 1575 0,0095375 н-C5H12 72 20250 0,1226255 i-C6H14 86 275 0,0013942 н-C6H14 86 1000 0,0050698 С7+ 100 675 0,0029430 сумма 0,1507786 1,3757 1,5265 0,7632 1,3540 Диаметр реактора (м) рассчитываем по формуле: D = ( 4S/p )0,5, D = 0,986 м Общую высоту слоя (м) реактора во всех реакторах определяем по формуле: Vк hк = ¾¾¾ , hк = 1,774 м S Принимаем число реакторов n = 3, тогда высоту слоя (м) катализатора в каждом реакторе рассчитываем: hк h1 = ¾¾¾ , h1 = 0,591 м n Высоту цилиндрической части (м) реактора рассчитываем: 2 = h1•3/2 , h2 = 0,887 м Высота реактора (м) связана с диаметром и определяем: Н = h2 + D = 1,873 м Гидравлический расчёт реактора. Определяем фактор формы шара, равновеликого по объему грануле катализатора: p •dт • hт + 2 • p •dт2/4 jср = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ p •dт2 где dт=2,8+0,2-диаметр таблетки катализатора, ммт=5+2 -высота таблетки катализатора, мм jср =2,2857 Определяем объем таблетки катализатора,мм3 V=(пdт2hт)/4= 30,772 Определяем диаметр равновеликого по объему шара, мм: dр.ш.=(V/п)1/3= 2,139975 Определяем эквивалентный диаметр гранулы катализатора: dэ=dр.ш./ ср= 0,936239 Определяем средне-эквивалентный объем смеси,м3/с, согласно формуле: VВХ,ВЫХ= 22,4*(t+273)*0,1*Z*Gi 3*П*Mi VВХ= 1,37 VВЫХ= 1,30 VСР= 1,335 Определяем скорость смеси (м/с) на входе и выходе из слоя катализатора и их среднюю wвх.=VВХ/п*R= 0,1863383 wвых=VВЫХ/п*R= 0,1768174 wср=(wвх+wвых)/2= 0,1815778 Определяем динамическую вязкость смеси (Па*с): M= 68,8666667= 1,769E-05 m =Т(6,6-2,25*lg*M)*10-8 = где Т-температура ввода сырья, К, М - средняя молекулярная масса углеводородов сырья и продуктов. Определяем линейную скорость потока: u=(4*VСР)/(п*D2)=0,7754м/с изомеризация углеводород каталитический реактор Перепад давления в слое катализатора рассчитываем по формуле Эргуна: DР (1 -e)2 •0,1U •m 1,75 • (1 - х) • r • U2 ¾¾¾ = 150• ¾¾¾¾¾¾¾¾ + ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ h1 e 3 • d2 e 2 • d • g DР- перепад давления в слое катализатора, Па h1- высота слоя катализатора, м d- средний диаметр частиц, м u- линейная скорость потока, м/с p- плотность потока при рабочих условиях, кг/м3 динамическая вязкость парогазовой смеси, Па*с g- ускорение свободного падения, м/с2 порозность слоя катализатора: e = 1 - gн/gк где gн - насыпная плотность катализатора, кг/м3; gк - кажущаяся плотность катализатора, кг/м3. DР /h1= 0,00019777 DР = 0,001077048 Литература 1. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1985. 2. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Л.: Химия, 1974. . Николаев В.В., Бусыгин И.Г., Бусыгина Н.В., Паламарчук В.С., Туманян Б.П. Основные процессы химической переработки газа. М.: Недра, 1996. . Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М.: Химия, 1973. Скачать архив (13.6 Kb) Схожие материалы: |
Всего комментариев: 0 | |