Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

БТПп3 / 6 семестр / книги / биб / Еvdokimova10

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
25.07.2020
Размер:
14.28 Mб
Скачать

 

 

V

m

 

 

Q 1

;

(1.9)

 

 

 

r / m

 

 

 

1

 

 

 

Vm1

 

5,5 10 6

 

271 eiieu/? .

 

20318

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Количества каждого компонента в парах найдем по формуле

 

 

V / i

 

V / m 1

y / i ;

(1.10)

V/ C3H6 271 0,0026 0,7046 eiieu/?;

V/ C3H8 271 0,0056 1,5176 eiieu/?; V/ eci C4H10 271 0,97 262,87 eiieu/?;

V/ i C4H10 271 0,0187 5,068 eiieu/?;

V/ C5H12 271 0,000139 0,0377 eiieu/?; V/ ae 271 0,000077 0,02087 eiieu/?.

Проводим проверку:

i

V/ mi Vi 0,7046 1,5176 262,87 5,068 0,0377 0,02087 271eiieu/?.

1

Анализируя сделанные расчеты, нетрудно сделать вывод, что практически весь теплосъем в первой секции осуществляется за счет испарения изобутана. Поэтому без большой ошибки количество испаряющегося изобутана можно определить из приближенного уравнения теплового баланса испарения

Q1 V /

1C3H 6

r / C3H 6

V /

1C3H8

r / C3H8

V /1eci N4H10

r /1eciN 4 I 10 , (1.11)

в котором количества паров пропилена и пропана считают равными количествам этих углеводородов в сырье. Таким образом

V/1eci N4H10

Q1

V/

1C3H6 r/C3H6 V/

1C3H8

r/ C3H8

;

(1.12)

 

 

r/eci C4H10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V/1eci N4H10

5,5 106

1,05 15600 2,67 16200

266,7eiieu/?;

 

 

 

 

 

 

 

 

20400

 

 

 

 

 

или

V / 1 eci N4 H10 266,7 58 15467,7 ea/?.

Этот результат очень близок к полученному выше.

Объем кислоты и углеводородов в первой секции. Из практики эксплуатации установок алкилирования известно [7], что объемная скорость находится в пределах 0,1—0,6 ч -1. Примем объемную скорость w = 0,5 ч -1. Тогда объем кислоты в секции:

Vk 1

Vie

1

 

,

(1.13)

 

 

ω1

 

 

где Voл1-— 3 , 2 м3/ч — количество олефина,

 

подаваемого в секцию (таблица

1.5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получим

 

3,2

 

 

 

 

 

 

V

 

 

6,4i 3.

 

 

 

k1

0,5

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

Зная, что отношение объема кислоты к объему углеводородов в первой секции α 1 = 1,2, найдем объем углеводородов в секции:

Vy1

 

Vk1

;

(1.14)

 

 

 

α1

 

Vy

 

 

6,4

5,3 i 3 .

 

 

 

1

1,2

 

 

 

 

 

Суммарный объем кислоты и углеводородов в секции:

 

V1 Vk1 Vy1

;

(1.15)

V 6,4 5,3 11,7 i 3.

 

1

 

 

Найдем продолжительность пребывания

смеси

углеводородов и

кислоты (время контакта) в первой секции:

τ

60 V1

,

(1.16)

 

 

R 1

 

где R1 = 342,14 м3/ч — объем смеси, поступающей в первую секцию (таблица

1.4).

τ1 60 11,7 2,05 мин. 342,14

Размеры первой секции. В реакционных аппаратах емкостного типа, если жидкая смесь реагирующих веществ не вспенивается, степень заполнения равна φ = 0,7 - 0,85 [8]. Примем φ = 0,7. Тогда полный объем первой секции:

 

 

Vp1

V1

;

(1.17)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

p1

 

11,7

17 i 3 .

 

 

 

 

0,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимая длину секции L = 2 м , найдем диаметр аппарата

D

 

4 Vp

1

;

(1.18)

 

π L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

4 17

 

3,3i.

 

3,14 2

 

 

 

 

 

 

Принимаем D = 3,4 м.

Как указано выше, все пять реакционных секций аппарата будут иметь одинаковые размеры: D = 3,4 м, L = 2 м.

1.2.2 Расчет второй секции Материальный баланс. При определении загрузки второй и всех

остальных секций в целях некоторого упрощения расчета будем полагать, что вся пропан-пропиленовая фракция в любой секции испаряется полностью, а

12

н-бутан, пентан и алкилат не испаряются. В соответствии со схемой работы реактора, количество сырья, подаваемого во вторую секцию, будет включать:

- пятую часть исходного (олефинового) сырья (таблица 1.1);

-не вошедший в реакцию (отработанный) изобутан свежего сырья первой секции (таблица 1.6);

-рециркулирующий изобутан с учетом его частичного испарения в первой секции ;

-н-бутан и пентан из первой секции (таблица 1.6);

-алкилат, полученный в первой секции (таблица 1.6);

-серную кислоту из первой секции (таблица 1.5).

Количество рециркулирующего изобутана, поступающего во вторую секцию (таблица 1.6):

G / eo 1 1421,14 266,7 1154,44 eiieu/?;

G eo 2 1154,44 58 66957,52 ea/?.

В таблице 1.8 приведены массовые и объемные количества компонентов загрузки второй секции с учетом изменения плотности серной кислоты и ее концентрации (таблица 1.3, рисунок 1.2).

Таблица 1.8 – Массовые и объемные количества компонентов загрузки второй секции

 

Компонент загрузки

Количество

 

 

кг/ч

м3

 

 

С3Н63Н8

161,766

0,2672

 

 

С4Н8

2058,82

3,2069

 

 

i-С4Н10(свежий)

2705,88

4,7034

 

 

i-С4Н10(отраб.)

573,8

0,9974

 

 

i-С4Н10(рециркулят)

66957,52

116,3871

 

 

н-С4Н10

2338,23+2338,23

7,86

 

 

С5Н12

88,236+88,236

0,2753

 

 

Алкилат

4190,9

5,8614

 

 

Катализатор

339656,044

187,605

 

 

Сумма

421157,662

327,1637

 

 

 

 

 

 

Из таблицы 1.8 следует, что отношение объемов катализатора и углеводородов во второй секции равно

α2

187,6

1,34 .

 

 

327,16 187,6

По сравнению с первой секцией это отношение повысилось за счет некоторого сокращения объема углеводородов и снижения плотности кислоты.

Количество алкилата, образующегося во второй секции, будет таким же, как в первой:

Gae2 2058,82 36,76 58 4190,9 ea/? .

13

Количество свежего изобутана, не вошедшего в реакцию

(от-

работанного), равно

 

 

G uo 2 2705,88

2132,08 573,8 ea/?

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В таблице 1.9 приведен состав углеводородов, покидающих вторую

секцию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.9 – Состав углеводородов, покидающих вторую секцию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Компоненты

 

 

 

 

 

Количество

 

 

 

 

 

 

кг/ч

 

 

м3

 

кмоль/ч

 

 

С3Н63Н8

 

161,766

 

 

0,2672

 

3,73

 

 

i-С4Н10(отработанный)

 

573,8+573,8

 

 

1,9948

 

19,79

 

 

i-С4Н10(рециркулят)

 

66957,52

 

 

116,3871

 

1154,44

 

 

н-С4Н10

 

2338,23+2338,23

 

7,8596

 

80,63

 

 

С5Н12

 

88,236+88,236

 

0,2753

 

2,45

 

 

Алкилат

 

4190,9+4190,9

 

11,7218

 

73,59

 

 

Сумма

 

81501,618

 

 

138,5058

 

1334,63

 

Тепловая нагрузка

второй секции.

Вычисляется так же, как и для

первой секции:

 

 

G ae 2 q p

 

 

 

 

 

 

 

 

Q 2

,

 

 

 

(1.19)

 

 

 

0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Qал.2= 4190,9 кг/ч — количество алкилата, полученного во второй секции (таблица 1.8).

Q2 4190,9 1050 5,5 106 eA?/ea . 0,8

Количество углеводородов, испаряющихся во второй секции. При допущении, которое сделано при тепловом расчете первой секции, найдем количество изобутана, испаренного во второй секции:

V/

2eci N4 H10

Q

2

V/ 2C3H 6 r/ C3H6

V/ 2C3H8 r/ C3H8

 

 

 

 

;

(1.20)

 

 

/

 

 

 

 

 

r eci C4H10

 

V/ 2eci N H 5,5 106 1,05 15600 2,67 16200 266,7eiieu/?.

4 10

20400

или

V/2eci N4H10 266,7 58 15467,7ea/?.

Время пребывания смеси углеводородов и кислоты во второй секции.

Полный объем второй секции такой же, как и первой: VP2 = VP1 = 17 м3. При степени заполнения φ = 0,7 объем смеси углеводородов и кислоты будет равен

V 2 V p 2 ;

(1.21)

V2 0,7 17 11,9 i 3.

14

Время пребывания смеси (продолжительность контакта)

во второй

секции:

 

τ

60 V2

,

(1.22)

 

 

R2

 

где R2 = 327,16 м3/ч — объем смеси, поступающей во вторую секцию (таблица

1.7);

2 60 11,9 2,2iei. 327,16

Объемная скорость подачи олефинов. Объем кислоты во второй секции:

V

 

187,6 2,2

6,9 i 3.

 

 

 

 

 

 

k2

60

 

 

 

 

Объем углеводородов:

 

 

 

 

 

Vy2

V2 Vk2 ;

(1.23)

 

 

Vy2

11,9

 

6,9 5 i 3 .

 

Объемная скорость подачи олефинов:

 

 

 

 

 

 

 

Vie

 

 

 

 

 

2

2

;

(1.24)

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

e2

 

 

ω2

3,2

 

0,46

? 1.

 

 

 

 

 

6,9

 

 

 

 

 

 

1.2.3 Расчет третьей секции

Все определения ведутся по аналогии с расчетом второй секции. Массовые и объемные количества компонентов загрузки даны в таблице 1.10.

Таблица 1.10 – Массовые и объемные количества компонентов загрузки третьей секции

Компонент загрузки

Количество

кг/ч

м3

С3Н63Н8

161,766

0,2672

С4Н8

2058,82

3,2069

i-С4Н10(свежий)

2705,88

4,7034

i-С4Н10(отраб.)

573,8+573,8

1,9948

i-С4Н10(рециркулят)

51488,9

89,5

н-С4Н10

2338,23·3=7014,69

11,79

С5Н12

88,236·3=264,708

0,413

Алкилат

4190,9·2=8381,8

11,7218

Катализатор

339656,044

191,28

Сумма

412880,208

314,88

Отношение объемов катализатора и углеводородов в третьей секции

равно

α3

191,28

1,55.

 

 

314,88 191,28

 

15

 

Количество алкилата, образующегося в третьей секции:

Gae3

2058,82 36,76 58 4190,9ea/?.

 

Количество свежего

изобутана, не вошедшего в реакцию

(от-

работанного), равно

 

 

G uo 3 2705,88 2132,08 573,8 ea/?.

Тепловая нагрузка секции:

Q3 4190,9 1050 5,5 106 eA?/ea. 0,8

Количество углеводородов, испаряющихся в третьей секции:

V/ 3eci N4H10 266,7 eiieu/?.

или

V/3eci N4H10 266,7 58 15467,7 ea/?.

Время пребывания смеси углеводородов и кислоты:

V3 0,7 17 11,9 i 3.

Время пребывания смеси (продолжительность контакта):

τ3 60 11,9 2,27iei. 314,88

Объемная скорость подачи олефинов:

V

k

 

 

191,28

2,27

7,24 i 3 .

3

 

 

 

60

 

 

 

 

 

Объем углеводородов:

Vy3 11,9 7,24 4,66 i 3.

Объемная скорость подачи олефинов:

ω3 3,2 0,44? 1. 7,24

1.2.4 Расчет четвертой секции

Массовые и объемные количества компонентов загрузки даны в таблице

1.11.

Таблица 1.11 – Массовые и объемные количества компонентов загрузки четвертой секции

Компонент загрузки

Количество

 

кг/ч

 

м3

С3Н63Н8

161,766

 

0,2672

С4Н8

2058,82

 

3,21

i-С4Н10(свежий)

2705,88

 

4,7034

i-С4Н10(отраб.)

573,8·3=1721,4

 

2,9922

i-С4Н10(рециркулят)

36021,2

 

62,613

н-С4Н10

2338,23·4=9352,92

 

15,719

С5Н12

88,236·4=352,944

 

0,5506

Алкилат

4190,9·3=12572,7

 

17,583

Катализатор

339656,044

 

192,5098

Сумма

404603,674

 

300,1482

 

16

 

 

Отношение объемов катализатора и углеводородов в четвертой секции

равно

4

192,5

1,79.

300,15 192,5

 

 

Количество алкилата, образующегося в четвертой секции:

Gae 4 2058,82 36,76 58 4190,9ea/?.

Количество свежего изобутана, не вошедшего в реакцию

(от-

работанного), равно

 

G uo4 2705,88 2132,08 573,8 ea/? .

Тепловая нагрузка секции:

Q4 4190,91050 5,5 106 eA?/ea. 0,8

Количество углеводородов, испаряющихся в четвертой секции:

V /

4 eci N4H10 266,7eiieu /?;

или

V/ 4eci N4H10 266,7 58 15467,7 ea/?.

Время пребывания смеси углеводородов и кислоты:

V4 0,7 17 11,9i 3.

Время пребывания смеси (продолжительность контакта):

τ4 60 11,9 2,38 iei. 300,15

Объемная скорость подачи олефинов:

V

k

 

 

192,5

2,38

7,6 i 3 .

4

 

 

 

60

 

 

 

 

 

Объем углеводородов:

Vy4 11,9 7,6 4,3 i 3.

Объемная скорость подачи олефинов:

ω4 3,2 0,42 ? 1. 7,6

1.2.5 Расчет пятой секции

Массовые и объемные количества компонентов загрузки даны в таблице

1.12.

Отношение объемов катализатора и углеводородов в пятой секции

равно

α5

193,74

2,11

285,41 193,74

 

.

 

 

Количество алкилата, образующегося в пятой секции:

G ae5 2058,82 36,76 58 4190,9 ea/? .

17

Таблица 1.12 – Массовые и объемные количества компонентов загрузки пятой секции

Компонент загрузки

Количество

 

кг/ч

м3

С3Н63Н8

161,766

0,2672

С4Н8

2058,82

3,21

i-С4Н10(свежий)

2705,88

4,7034

i-С4Н10(отработанный)

573,8·4=2295,2

3,9896

i-С4Н10(рециркулят)

20553,5

35,7266

н-С4Н10

2338,23·5=11691,15

19,6489

С5Н12

88,236·5=441,18

0,6883

Алкилат

4190,9·4=16763,6

23,44

Катализатор

339656,044

193,736

Сумма

396327,14

285,41

Количество свежего изобутана, не вошедшего в реакцию

(от-

работанного), равно

 

Guo5 2705,88 2132,08 573,8ea/?

Тепловая нагрузка секции

Q5 4190,9 1050 5,5 106 eA?/ea 0,8

Количество углеводородов, испаряющихся в пятой секции

V/ 5eci N4H10 266,7 eiieu/?

или

V/ 5eci N4H10 266,7 58 15467,7ea/?

Время пребывания смеси углеводородов и кислоты

V5 0,7 17 11,9 i 3

Время пребывания смеси (продолжительность контакта)

τ5 60 11,9 2,5iei 285,41

Объемная скорость подачи олефинов

V

193,74 2,5

8,07i 3

 

k5

60

 

Объем углеводородов

 

 

 

Vy5 11,9 8,07 3,83i 3

Объемная скорость подачи олефинов

ω5 3,2 0,397?1 8,07

18

1.3 Материальный баланс реактора

 

 

 

На основе сделанного

выше посекционного расчета реактора можно

составить его общий материальный

баланс (таблица 1.13).

 

Таблица 1.13 – Материальный баланс установки

 

 

 

 

Расход потока по секциям, кг/ч

 

Сумма по

Потоки

1

2

3

4

5

реактору,

 

 

 

 

 

 

кг/ч

Приход

 

 

 

 

 

 

С3Н63Н8

161,766

161,766

161,766

161,766

161,766

808,83

С4Н8

2058,82

2058,82

2058,82

2058,82

2058,82

10294,1

i-С4Н10(свежий)

2705,88

2705,88

2705,88

2705,88

2705,88

13529,4

i-С4Н10(отработанный)

-

573,8

1147,6

1721,4

2295,2

-

i-С4Н10(рециркулят)

82426,29

66957,52

51488,9

36021,2

20553,5

82426,29

н-С4Н10

2338,23

4676,46

7014,69

9352,92

11691,15

11691,15

С5Н12

88,236

176,472

264,708

352,944

441,18

441,18

Катализатор

339656,04

339656,04

339656,04

339656,04

339656,04

339656,04

Сумма

429435,26

421157,66

412880,21

404603,67

396327,14

458846,99

Расход

 

 

 

 

 

 

С3Н63Н8(пар)

161,766

161,766

161,766

161,766

161,766

808,83

i-С4Н10(отработанный)

573,8

1147,6

1721,4

2295,2

2869

2869

i-С4Н10(рециркулят)

66957,52

51488,9

36021,2

20553,5

5085,8

5085,8

i-С4Н10(исп.)

15467,7

15467,7

15467,7

15467,7

15467,7

77338,5

н-С4Н10

2338,23

4676,46

7014,69

9352,92

11691,15

11691,15

С5Н12

88,236

176,472

264,708

352,944

441,18

441,18

Алкилат

4190,9

8381,8

12572,7

16763,6

20954,5

20954,5

Катализатор

339656,04

339656,04

339656,04

339656,04

339656,04

339656,04

Сумма

429435,26

421157,66

412880,21

404603,67

396327,14

458846,99

1.4 Объем отстойной зоны реактора

В этой зоне происходит разделение выходящих из пятой секции реактора углеводородов и серной кислоты.

Зная массовые количества жидких компонентов, покидающих пятую секцию (таблица 1.13), и их плотности, найдем объемное количество смеси. Оно составит Rm5 = 257,2 м3/ч. Принимая время отстоя τ0 = 60 мин и степень заполнения φ = 0,7, найдем объем зоны отстоя:

 

Vp0

Rm5

τ0

;

(1.25)

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

257,2 60

 

367,4м3.

 

 

 

 

p0

 

60 0,7

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда длина зоны будет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Vp

 

 

 

 

 

L0

 

 

 

 

 

 

 

0

;

 

(1.26)

 

π D

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L0

 

4 367,4

 

 

 

40,48 м

 

3,14 3,42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Объем реактора

 

Найдем общую длину цилиндрической части реактора

 

Lц Lp L0 ,

(1.27)

где L p N L - длина реакционной зоны.

Lц 5 2 40,48 50,58м

Объем цилиндрической части реактора (практически равный его объему) будет равен

 

Vp

π D2

Lц ;

(1.28)

 

 

 

 

4

 

 

V

3,14 3,42

50,58 458,99м3.

 

 

 

p

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ИЗОМЕРИЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ

Возможность изомеризации парафиновых углеводородов на хлориде алюминия была впервые обнаружена в 1933 г. К. Ненитцеску и А. Драганом. В 1935 г. Б.Л. Молдавский открыл возможность промотирования реакции изомеризации хлористым водородом, что предопределило практическое применение этой реакции. Ранние промышленные процессы изомеризации были предназначены для получения изобутана из н-бутана на хлористом алюминии при мягком температурном режиме (90-120 °С). Изобутан далее алкилировали бутиленами и в результате получали изооктан.

Целевым назначением процессов каталитической изомеризации в современной нефтепереработке является получение высокооктановых изокомпонентов автобензинов или сырья нефтехимии, прежде всего изопентана для синтеза изопренового каучука [10]. Высокая эффективность процессов изомериации зпаключается в том, что в качестве сырья используются низкооктановые компоненты нефти – фракции н.к.-62 °С и рафинаты каталитического риформинга, содержащие в основном н-пентан и н-гексан. Это сырье (а также фракции С5 и С6, получаемые с ГФУ) изомеризуется в среде водорода в присутствии бифункциональных катализаторов.

Нормальный пентан, который характеризуется октановым числом 62 (ИОЧ), превращается в изопентан, ИОЧ которого 92. В случае гексана изменение ИОЧ в результате изомеризации еще более значительно от 25 до, примерно, 75. Стандартная смесь, содержащая нормальные и изо-пентаны и гексаны, облагораживается в этом процессе (ИОЧ меняется от 73 до 91) [11].

Процессы изомеризации парафиновых углеводородов играют значительную роль в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Наличие установки изомеризации на НПЗ позволяет увеличить долю высокооктановых бензинов с 60 до 86%. Лёгкий изомеризат с

20

Соседние файлы в папке биб