2.4 Расчёт потери напора в слое катализатора
Потерю напора в слое катализатора вычисляют по формуле
,
(2.22)
где
– потеря напора на 1 м катализатора,
Па/м;
– порозность слоя;
– динамическая вязкость смеси, (принимаем
1,87·10-6
Па·с); d
– диаметр частиц катализатора, м; г
– плотность реакционной смеси, кг/м3;
g
– ускорение свободного падения, 9,81
м/с2.
Порозность слоя вычисляем по формуле
=1 - 1к /2к , (2.23)
где 1к – кажущаяся плотность катализатора, кг/м3; 2к – насыпная плотность катализатора, кг/м3.
= 1- 1300/1520 = 0,145.
Для расчёта плотности реакционной смеси найдём среднюю плотность смеси ВСГ и жидких углеводородов в сырье реактора исходя из их массовых долей (таблица 2.8). Значение г составит 622,337 кг/м3.
Таблица 2.8 – Расчёт плотности реакционной смеси
|
Продукт |
кг/ч |
Массовые доли |
Плотность относительная |
|
Сырьё |
3877,379 |
0,998 |
623,5435 |
|
ВСГ |
7,755 |
19,96·10-4 |
18,988 |
|
Всего |
3885,134 |
1,000 |
622,337 |
Потеря напора на 1 м катализатора по формуле (2.22) составит
Общий перепад давления на выходе из реактора составит:
·
Н=1533,93·6,2110,01
МПа.
Величина перепада давления меньше допустимой 0,2 МПа. Таким образом, все параметры выбраны и рассчитаны верно. Давление на выходе из реактора (P2) составит
P2=P1-P, (2.24)
P2=2,5-0,01=2,49 МПа.
3 Расчет процесса синтеза МЕТИЛ-ТРЕТ-БУТИЛОВОГО ЭФИРА (МТБЭ) [14-18]
Первая промышленная установка синтеза МТБЭ производительностью 100 тыс. т/год по МТБЭ была пущена в 1973 г. в Италии. Затем аналогичные установки были введены в эксплуатацию в ФРГ в 1976 г. и США в 1980 г. С тех пор мировое производство МТБЭ непрерывно возрастало, особенно интенсивно в США, нефтепереработка которой характеризуется исключительно высокой насыщенностью процессами каталитического крекинга.
Производство МТБЭ в 1990 г. составило в мире 7,5 млн. т, в том числе в США - около 1,5 млн. т.
На данный момент его мировое производство составляет более 35 млн. т в год. МТБЭ характеризуется высокой детонационной стойкостью и имеет дорожное ОЧ = 108-110. Присутствие его в бензинах способствует снижению содержания оксидов углерода, углеводородов и циклических ароматических соединений в отработавших газах.
Основной реакцией процесса является присоединение изобутилена к метанолу по следующей реакции:
Важными оперативными параметрами, влияющими на материальный баланс процесса и качество продуктов О-алкилирования, являются: давление, температура, объемная скорость сырья, соотношение метанол:изобутен.
При жидкофазном О-алкилировании изменение давления не оказывает существенного влияния на процесс. Давление должно ненамного превышать упругость паров углеводородов сырья при температуре катализа. Обычно в реакторах с внутренней системой охлаждения при О-алкилировании метанола изобутиленом давление поддерживают 0,7-0,75 МПа.
При повышении температуры снижается вязкость метанола и углеводородов, и создаются условия более благоприятные для их контактирования и диспергирования. Это обусловливает большую скорость всех протекающих реакций. При этом снижаются затраты энергии, что улучшает экономические показатели процесса.
Однако чрезмерное повышение температуры интенсифицирует побочные реакции в большей степени, чем целевую реакцию. При этом снижается избирательность реакций О-алкилирования и ухудшается качество получаемого эфира.
Снижение температуры в определенных пределах оказывает благоприятное влияние на селективность реакций, выход и качество МТБЭ. Лимитирующим фактором при снижении температуры реакции является чрезмерное снижение скорости основной реакции.
На практике оптимальный интервал температур при О-алкилировании метанола изобутиленом составляет 60-70 °С.
Соотношение метанол:олефин является одним из важнейших параметров О-алкилирования. Избыток метанола интенсифицирует целевую и подавляет побочные реакции О-алкилирования. Чрезмерное повышение этого соотношения увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты, поэтому поддерживать его выше 10:1 нерентабельно.
На рисунке 3.1 представлена принципиальная технологическая схема производства МТБЭ.
1, 2, 3, 4 – емкости; 5 – реактор; 6 – экстрактор; 7 - ректификационная колонна; 8, 9, 10 – сепараторы; 11, 12, 13 - конденсаторы-холодильники; 14 – 21 – теплообменники; 22-29 – насосы
Рисунок 3.1 – Принципиальная схема производства МТБЭ