БТПп3 / 6 семестр / книги / биб / Еvdokimova10

3.1 Исходные данные

Принятые исходные данные для расчета реактора представлены в таблице 3.1, состав сырья (бутен-изобутиленовой фракции) - в таблице 3.2, варианты заданий для расчета реактора синтеза МТБЭ - в таблице 3.3.

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета реактора

Таблица 3.2 – Состав БИФ (бутен-изобутеновой фракции)

3.2Расчет процесса синтеза МТБЭ 3.2.1 Материальный баланс реактора

Обозначим количество изобутилена, поступающего в реактора как GИБ. Тогда количество конвертированного изобутилена составит

где ХИБ – конверсия изобутилена, доля масс. (таблица 3.1).

Количество образовавшегося МТБЭ составит:

где S – селективность процесса по изобутилену (на МТБЭ); ММТБЭ и МИБ – молекулярные массы МТБЭ и изобутена соответственно, г/моль.

31

Таблица 3.3 – Варианты заданий для расчета реактора синтеза МТБЭ

Подбираем значение GИБ таким образом, чтобы количество образовавшегося МТБЭ совпадало со значением, представленным в таблице 3.1. В ходе подбора определили, что GИБ = 4271,6 кг/ч. Таким образом,

Количество образовавшегося МТБЭ составит

32

что совпадает с табличным значением.

Количество непрореагировавшего изобутилена определяется по формуле

Количество углеводородной фракции, поступающей в реактор,

где 0,484 – содержание изобутилена в исходном сырье, доля мас. (таблица 3.2).

.

Массовое соотношение метанол : изобутилен определится как

)

где К – мольное соотношение метанол : изобутилен (табл. 3.1); ММЕТ – молекулярная масса метанола, г/моль.

Количество метанола на входе в реактор:

Количество метанола, пошедшего на образование МТБЭ:

.

Количество непрореагировавшего метанола на выходе из реактора:

Количество воды, пошедшей на образование третбутилового спирта:

где МВОДА – молекулярная масса воды, г/моль; ХИБТБ - доля изобутилена,

пошедшего на образование третбутанола, доля мас. (таблица 3.1).

Количество образовавшегося третбутанола:

где МТБ – молекулярная масса третбутанола, г/моль.

Количество образовавшегося изооктилена:

где ХИБИО – доля изобутилена, пошедшая на образование изооктилена, доля мас.

.

Материальный баланс реактора представлен в таблице 3.4.

33

Таблица 3.4 – Материальный баланс реактора

3.2.2 Тепловой баланс реактора

Суть теплового баланса реактора заключается в определении количества несбалансированного тепла, образующегося в ходе процесса и в расчете количества водяного конденсата, необходимого для снятия избытка тепла процесса синтеза МТБЭ. Количество вносимого в реактор или уносимого из реактора тепла определится по формуле

где Gi – расход i-го компонента, кг/с; Сpi – теплоемкость i-го компонента, кДж/(кг·град); ti – температура, °С.

Для углеводородных компонентов сырья и продуктов реакции теплоемкость определим по формуле

где – относительная плотность нефтепродукта. Значение определим по формуле

34

где - относительная плотность нефтепродукта при 20 °С. Является справочной величиной.

Значения плотностей углеводородных компонентов сырья представлены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Плотности углеводородных компонентов сырья

Значения теплоемкости метанола, третбутанола и МТБЭ являются справочной величиной.

Потери тепла в реакторе принимаются равными 1 % от входящего тепла. Реакция синтеза МТБЭ протекает с выделением тепла. Тепловой эффект

реакции определяется по формуле

где НПРОД и НС – теплоты образования продуктов реакции и исходного сырья соответственно, кДж/моль.

Ввиду малой доли побочных реакций в ходе процесса их влиянием на тепловой эффект пренебрегаем. Теплоты образования метанола, изобутилена и МТБЭ приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Теплоты образования компонентов

Таким образом, согласно реакции, по которой протекает процесс, тепловой эффект реакции составит

Мольное количество образовавшегося МТБЭ составит

Таким образом, количество тепла, выделившееся в ходе синтеза МТБЭ составит

Тепловой баланс реактора представлен в таблице 3.7.

Из таблицы 3.7 видно, что разность входящего и уходящего тепла равняется

35

Количество воды, необходимой для снятия избытка тепла процесса, вычисляется по формуле:

где Срв – теплоемкость воды, принимается равной 4,187 кДж/(кг·К); tН и tК – начальная и конечная температура соответственно охлаждающей воды, °С; принимаем соответственно 20 и 40 °С.

Подставляя значения, получим

Таблица 3.7– Тепловой баланс реактора

3.2.3 Геометрические размеры реактора

Общий массовый расход сырьевой смеси равен (таблица 3.4) 18595,8 кг/ч. Объемный расход сырьевой смеси GОБ = 27,25 м3/ч. Требуемая объемная скорость подачи сырья в реактор синтеза составляет ω = 1,5 ч-1.

Таким образом, необходимый объем реакционной зоны вычисляется по формуле

Принимаем шестиугольное расположение труб в реактор. Принимаем следующие параметры реактора:

-внутренний диаметр трубок dВН = 0,1 м;

-толщина стенок δ = 0,01 м;

-наружный диаметр трубок dН = 0,12 м;

-кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом k = 0,01 м;

-длина трубок l = 6 м.

Схема размещения труб в решетке приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Схема размещения труб в решетке реактора Объем одной трубки вычисляется по формуле

Необходимое количество трубок определяется по формуле

Примем с запасом количество трубок в реакторе равным Z = 400 штук. Шаг трубок определяется по формуле

Связь между числом трубок на стороне наибольшего шестиугольника (а) и общим числом трубок (Z) выражается соотношением

При количестве трубок Z = 400, а = 12,04, округляем до а = 12 шт. Число труб, расположенных на диагонали наибольшего шестиугольника,

определяется по формуле

.

Диаметр аппарата вычисляется по формуле

Принимаем стандартное значение диаметра D = 3,5 м.

Уточненное значение кольцевого зазора между крайними трубками и корпусом с учетом нового значения диаметра реактора составит k = 0,03 м.

Список литературы

1 Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. и др. Технологические расчеты установок переработки нефти: учеб. пособие для вузов. – М.: Химия, 1987. – 352 с.

3 Сарданашвили А. Г., Львова А. И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа.-2-е изд., - М.: Химия, 1980. – 256с.

5Кузнецов А.А., Кагерманов С.М. и др. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. – Л.: Химия, 1974. – 343 с.

6Дубовкин Н.Ф. Справочник по теплофизическим свойствам углеводородных топлив и их продуктов сгорания. – М.-Л.: Госэнергоиздат,

1962. – 288 с.

7Флореа О., Смигельский О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 448 с.

8Батунер Л.М. Процессы и аппараты органического синтеза и биохимической технологии. - Л., Химия, 1966. – 520с.

38

9 Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Физматгиз, 1963. – 708с.

10Козлов Б.И. Процессы алкилирования изомеризации и полимеризации

внефтепереработке. – М.: Химия, 1990. – 65 с.

11Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. –Уфа:

Гилем 2002. – 672 с.

12Мириманян А.А., Вихман А.Г., Мкртпычев А.Л. Нефтепереработка и нефтехимия. – 2006. - №4. - С. 22-31.

13Интернет-ресурс www.chemistry.ssu.samara.ru

14Кузора И.Е., Томин В.П., Микишев В.А. и др. Технологии производства компонентов современных автомобильных бензинов // Химия и технология топлив и масел. – 2008. - №2. - С. 33.

15Стыценко В.Д., Лавриненко А.А., Надра В.А. и др. Перспективы улучшения экологических и эксплуатационных свойств моторных топлив // Химия и технология топлив и масел. – 2008. - №5. - С. 52.

16Ахметов С.А., Ишмияров М.Х., Кауфман А.А. Технология переработки нефти, газа и твердых горючих ископаемых: учеб. пособие. – СПб.: Недра, 2009. – 832 с.

17Капустин В.М., Кукес С.Г., Бертолусини Р.Г. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР. – М.: Химия, 1995. – 304 с.

18Интернет-ресурс http://www.bmcompany.ru/ru/products/bioethanol/field_ of_application401.html. Высоко-кислородные добавки (оксигенаты) к топливу.

Редактор М.Е. Галина

Подписано в печать 01.-8.11. Бумага офсетная. Формат 60х84 1/16. Гарнитура «Таймс». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 2,4. Уч.-изд. л. 2,2. Тираж 60. Заказ .

Издательство Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес издательства:

450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

39