Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

4 Технологический расчет.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.05.2025

Размер:

620.54 Кб

Скачать

☆

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

4 Технологический расчет

4.1 Материальный баланс

Целью расчета материального баланса является определение количества перерабатываемого и полученного материалов.

Схема материальных потоков:

Исходные данные:

Производительность установки по изопентану, т/г 320000

Технологические потери, % 2,5

Выход суммы изоамиленов + изопрен на пропущенный изопентан, % масс 29

Выход суммы изоамиленов + изопрен на разложенный изопентан, % масс 73

Уравнение реакции:

i-C₅ H₁₂ → i-C₅H₁₀

Побочные реакции:

1) Изомеризация изопентана

i-C₅ H₁₂ → n-C₅H₁₂

2) Скелетная изомеризация изоамиленов

i-C₅ H₁₀ → n-C₅H₁₀

3) Дегидрирование н-амиленов

n-C₅ H₁₀ → n-C₅H₈+ H₂

4) Димеризация изопрена

2 i-C₅ H₁₀ →C₁₀H₁₆

Состав исходного сырья, % масс:

- сумма у/в С₂-С₄ 0,8

- изопентан 97,5

- н-пентан 1,5

- сумма у/в С₆ и выше 0,2

 С₅^св = 97,5 + 1,5 = 99 %масс.

Состав изопентана – рецикла, % масс:

- у/в С₄ 0,8

- изопентан 93,1

- изоамилен 4,1

- н-пентан 1,6

- амилен 0,4

 С₅^рец = 93,1 + 4,1 + 1,6 = 99,2 %масс.

Состав контактного газа, % масс:

- Н₂ 3,6

- N₂ 2,5

- CO 0,3 – 1,0

- C в СО₂ 1,3

- СН₄ 3,1

- С₂Н₆ 2,5

- С₃Н₈ 2,0

- С₄Н₁₀4,2

- н-С₅Н₈ 3,1

- i-C₅H₈ 5,6

- н-С₅Н₁₀ 2,5

- i-C₅H₁₀ 67,6

- н-С₅Н₁₂ 1,0 – 3,0

- i-C₅Н₁₂ 53,5 – 60,0

- С₆Н₁₄ 3,3

1. Количество капитальных ремонтов в году, П_кр, определили по формуле:

П_кр = Т_кал / Т_ц.к., (4.1)

где Т_кал – количество дней в году, дн.(365 дн.);

Т_ц.к. – пробег между капитальными ремонтами, дн.(357 дн.).

П_кр = 365 / 357 = 1,02

2. Количество текущих ремонтов в году, П_т.р., определили по формуле:

П_т.р. = Т_кал / Т_ц.т. – П_к.р., (4.2)

где Т_кал – количество дней в году, дн.(365 дн.);

Т_ц.к – пробег между текущими ремонтами, дн.(207 дн.);

П_к.р. – количество капитальных ремонтов в году.

П_т.р. = 365 / 207 – 1,02 = 0,74

3. Общее время затрат на ремонты, Т_рем, ч/год, определили по формуле:

Т_рем = П_к.р.  t_к.р + П_т.р.  t_т.р, (4.3)

где t_к.р – время, затрачиваемое на капитальный ремонт, ч (120 ч.);

t_т.р – время, затрачиваемое на текущий ремонт, ч (240 ч.).

Т_рем = 1,02  120 + 0,74  240 = 300,06 ч/год

4. Эффективное время работы установки, Т_эф, ч., определили по формуле:

Т_эф = Т_кал – Т_рем, (4.4)

Т_эф = 365  24 – 300,06 = 8459,94 ч/год

5. Годовую производительность установки по готовому изоамилену определили по формуле:

П_изоам. = П_{изопент.} В (4.5)

П_изоам.= 320000  0,29 = 92800 т/год

6 . Часовую производительность установки, N, кг/ч, по готовому изоамилену определили по формуле:

N = 92800  1000 / Т_эф, (4.6)

N = 92800  1000 / 8459,94 = 10969,34 кг/ч

7. Содержание сумм изоамиленов + изопрен на пропущенный изопентан не менее 29 % масс, на разложенный изопентан не менее 73 % масс. Найдем общую конверсию, К, % :

 100 = 39,73 %

8. Количество свежей изопентановой фракции, G_св, кг/ч, нашли по формуле:

G_св = а  G_ч, (4.7)

где G_ч – часовая производительность, кг/ч;

а – расходный коэффициент по изопентану с учетом производственных потерь, определенный по формуле:

а = а_с (1 + П/100), (4.8)

где П – производственные потери, % (2,5%);

а_с – расходный коэффициент изопентана с учетом селективности, который определили по формуле:

а_с = а_стех / С, (4.9)

где С – селективность, выход целевого продукта в расчете на разложенное сырье, % масс;

а_стех
-стехиометрический коэффициент изопентана на 1 т изоамилена, который нашли по формуле:

а_стех= М(i-C₅ H₁₂) / М(i-C₅H₁₀), (4.10)

где М(i-C₅ H₁₂) – молярная масса изопентана, г/моль (72 г/моль);

М(i-C₅H₁₀) - молярная масса изоамилена, г/моль (70 г/моль).

а_стех= 72 / 70 = 1,03,

а_с = 1,03 / 0,73 = 1,4,

а = 1,4  (1 + 2,5 / 100) = 1,44,

G_св = 1,44  10969,34 = 15795,85 кг/ч.

9. Определили общую загрузку реактора, G_з, кг/ч, по фракции С₅ по формуле:

G_з= G_св  100 / К, (4.11)

где К – степень конверсии, %.

G_з= 15795,85  100 / 39,73 = 39757,99 кг/ч

10. Определили количество рециркулирующей фракции С₅, G_рец, кг/ч, по формуле:

G_рец= G₃ – G_св, (4.12)

G_рец= 39757,99 - 15795,85 = 23962,14 кг/ч

11. Определили количество технической свежей фракции С₅,G^т_св, кг/ч, зная содержание изопентана в изопентановой фракции по формуле:

G^т_св = G_св 100 /  С₅^св, (4.13)

г де  С₅^св – сумма свежей фракции С₅,% масс.

G^т_св = 15795,85 100 / 99 = 15955,4 кг/ч.

Таблица 4.1 – Состав технической свежей изопентановой фракции

Компоненты

% масс

кг/ч

изопентан

 у/в С₄

н-пентан

 у/в С₆

97,5

0,8

1,5

0,2

15556,52

127,64

239,33

31,91

Итог:

100

15955,4

15955,4кг/ч 100%

х 97,5 %

х = 15955,4  97,5 / 100 = 15556,52 кг/ч

12. Определили количество рециркулирующей изопентановой фракции, G^т_рец, кг/ч, по формуле:

G^т_рец = G_рец 100 /  С₅^рец, (4.14)

где  С₅^рец – сумма рециркулирующей фракции С₅, % масс;

G^т_рец = 23962,14  100 / 99,2 = 24155,38 кг/ч

Таблица 4.2 - Состав технической рециркулирующей изопентановой фракции

Компоненты

% масс

кг/ч

 у/в С₄

изопентан

изоамилен

н-пентан

амилен

0,8

93,1

4,1

1,6

0,4

193,24

22488,66

990,37

386,49

96,62

Итог:

100

24155,38

24155,38 кг/ч 100%

х 0,8 %

х = 22645,7  0,8 / 100 = 193,24 кг/ч.

13. Загрузку реактора определили как сумму количеств каждого компонента свежей и рециркулирующей фракции.

40110,78 кг/ч 100%

38045,18 кг/ч х

х = 38045,18  100 / 40110,78 = 94,85%.

Таблица 4.3 – Состав изопентановой фракции загружаемой в реактор

Компоненты

% масс

кг/ч

изопентан

 у/в С₄

н-пентан

 у/в С₆

изоамилен

амилен

94,85

0,8

1,56

0,08

2,47

0,24

38045,07

320,89

625,73

32,09

990,73

96,27

Итог:

100

40110,78

14. По опытным данным задаемся конверсией компонентов С₅:

изоамилен i-C₅H₁₀ – 100%

изопентан i-C₅H₁₂– 44%

н-пентан nC₅H₁₂ – 40%

15. Определили количество компонентов С₅, кг/ч, подвергшихся конверсии в реакторе по формулам:

Разложилось: С_х³  К_х = С_х^пр; (4.15)

Не разложилось: С_х³ - С_х^пр. (4.16)

Таблица 4.4 – Состав компонентов процесса дегидрирования

Компоненты

Разложилось

Не разложилось

изоамилен i-C₅H₁₀

изопентан i-C₅H₁₂

н-пентан nC₅H₁₂

990,74

16739,83

250,28

21305,24

375,44

Итог:

17950,85

21680,68

1 6. По данным заводского технического проекта приняли состав продуктов разложения и занесли в таблицу.

Таблица 4.5 – Состав и количество продуктов дегидрирования

Компоненты

% масс

кг/ч

Н₂

СН₄

С₂Н₆

С₃Н₈

С₄Н₁₀

n C₅H₈

i-C₅H₈

n-C₅H₁₀

i-C₅H₁₀

С₆Н₁₄

С в СО₂

Кокс

3,6

3,1

2,5

2,0

4,2

3,1

5,6

2,5

67,6

3,3

1,3

1,2

647,31

557,41

449,52

359,62

755,19

557,41

1006,93

449,52

12155,06

593,37

233,75

215,76

Итог:

100

1798,85

17980,85 кг/ч 100%

х 3,6 %

х = 17980,85  3,6 / 100 = 647,31 кг/ч.

17. Для определения количества контактного газа рассчитали количество азота, подаваемого в десорбер реактора по формуле:

G_N2= G³_Т N₂ / 100, (4.17)

G_N₂= 40110,78  2,5 / 100 = 1002,77 кг/ч.

18. Количество диоксида углерода рассчитали по формуле:

G_СО2= G_C_{в СО2}  М_СО2/ М_С, (4.18)

G_СО2= 233,75  44 / 12 = 857,08 кг/ч.

Т аблица 4.6 - Материальный баланс процесса дегидрирования

Компонент	Загрузка	Не разложилось	Продукты разложений	Выходящие продукты	Контактный газ
Н₂	-	-	647,31	647,31	647,31
СН₄	-	-	557,41	557,41	557,41
С₂Н₆	-	-	449,52	449,52	449,52
С₃Н₈	-	-	359,62	359,62	359,62
С₄Н₁₀	320,89	320,89	755,19	1076,08	1076,08
n C₅H₈	-	-	557,41	557,41	557,41
i-C₅H₈	-	-	1006,93	1006,93	1006,93
n-C₅H₁₀	96,27	96,27	449,52	545,79	545,79
i-C₅H₁₀	990,73	0	12155,06	12155,06	12155,06
n-C₅H₁₂	625,73	375,44	-	375,44	375,44
i-C₅H₁₂	38045,07	21305,24	-	21305,24	21305,24
 у/в С₆	32,09	32,09	593,37	625,46	625,46
СО₂	-	-	-	-	857,08
N₂	-	-	-	-	1002,77
C в СО₂	-	-	233,75	233,75	-
Кокс	-	-	215,76	215,76	-
Итог:	40110,78	22129,93	17980,85	40110,78	41521,12

Таблица 4.7 – Сводный материальный баланс процесса дегидрирования

Приход			Расход
Наименование компонентов	кг/ч	кг/т	Наименование компонентов	кг/ч	кг/т
Изопентановая фракция, в т.ч.	15955,4	1,419	Контактный газ, в т.ч.	40110,78	3,568
 у/в С₄ изопентан н-пентан  у/в С₆	127,64 15556,52 239,33 31,91	0,011 1,384 0,021 0,003	Н₂ СН₄ С₂Н₆ С₃Н₈ С₄Н₁₀ n C₅H₈ i-C₅H₈ n-C₅H₁₀ i-C₅H₁₀ n-C₅H₁₂ i-C₅H₁₂  у/в С₆ С в СО₂ Кокс	647,31 557,41 449,52 359,62 1076,08 557,41 1006,93 545,79 12155,06 375,44 21305,24 625,46 233,75 215,76	0,058 0,049 0,040 0,032 0,096 0,049 0,090 0,048 1,082 0,033 1,895 0,056 0,021 0,019
Фракия изопентана-рецикла, в т.ч.	24155,38	2,149
 у/в С₄ изопентан изоамилен н-пентан амилен	193,24 22488,66 990,37 386,49 96,62	0,017 2,001 0,088 0,034 0,009
Итого:	40110,78	3,568	Итого:	40110,78	3,568