Проектування реакторного блоку ізомеризації. Інтенсифікація процесу

Застосовування процесу ізомеризації. Супровід реакції: крекінг, гідрокрекінг й диспропорціонування. Ізомеризація парафінових вуглеводнів. Розрахунок основних технологічних і конструктивних параметрів реактора установки ізомеризації бензинової фракції.

Рубрика Химия
Вид дипломная работа
Язык украинский
Дата добавления 18.12.2010
Размер файла 748,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

300000·0,1674= 50220 т в рік

н-пентанової фракції, і її загальний потік у реактор складе:

144487+67840=214395 т у рік.

Перейдемо тепер безпосередньо до розрахунку реактора.

1. Розрахунок годинного завантаження й об'ємного потоку сировини. При зазначеному щорічному числі днів нормальної експлуатації реактора (326 днів) годинне завантаження G0 складе:

G0=214395/(326·24)=27,4 т/год=27400 кг/год=380,6 кмоль/год.

Об'ємний потік рідкої сировини (V0) знаходимо по його масовому потоці G0 і щільності ?o:

Vo=Go/?o=27,4:0,677=40,5 м3/год.

2. Розрахунок кількості каталізатора. Ізомеризацію проводять у нерухомому шарі каталізатора Pt на Al2O3+F при об'ємній швидкості подачі рідкої сировини ?o=1,5 год-1. Тоді обсяг шаруючи каталізатора складе Vk= =V- 0/v0=40,5/1,5=27 м3. При насипній щільності каталізатора, рівної ?нк=0,65 т/м3, загальна маса каталізатора дорівнює:

Gk=27·0,65=17,55 т.

3. Розрахунок кількості циркулюючого газу. Об'ємний склад (в об'ємних частках) циркулюючого газу задають на основі даних про роботу пілотної (або аналогічної промислової) установки. Він є наступним:

Розрахунок кількості циркулюючого газу

водень

77,9

метан

11,3

этан

5,6

пропан

3,8

ізобутан

0,7

н-пентан

0,7

Помітимо, що співвідношення об'ємних потоків циркуляційного газу й рідкої сировини - кратність циркуляції (?, у м33) можна розрахувати, знаючи мольне співвідношення H2: вуглеводні (?), об'ємну частку водню в циркулюючому газі ( ), молекулярну масу (М) рідкої сировини і його щільність (?0- , кг/м3):

У розглянутому прикладі:

Для розрахунку масового потоку циркулюючого газу (Gцг) можна використати співвідношення:

Зрозуміло, що мольний потік циркулюючого газу дорівнює .

4. Розрахунок складу газо-сировинної суміші, що надходить у реактор. На основі отриманих даних вище про кількість і состав потоків, що надходять у реактор, установлюємо склад газо-сировинної суміші (пентанова фракція + циркулюючий газ):

Таблиця 4.1 Склад газо-сировинної суміші, що надходить у реактор

Компонент

Кількість

Частка в газо-сировинній суміші

кг/год

кмоль/год

масова

мольна (об'ємна)

Водень

1101,35

550,67

0,03388

0,506

Метан

1278,08

79,88

0,03932

0,0734

Етан

1187,59

39,59

0,03654

0,0364

Пропан

1181,94

26,86

0,03636

0,0247

i-Бутани

356,28

4,95

0,01096

0,00455

н-Пентан

24934

351,2

0,767

0,323

Ізопентан

2466

34,25

0,0759

0,0315

Разом:

32505,24

1087,40

1

1

Газо-сировинна суміш надходить у реактор при 653 K і 4МПа. Визначимо об'ємний потік цієї суміші (Vp) на вході в реактор. Відповідно до рівняння ідеального газу, емеем:

5. Розрахунок складу газо-продуктової суміші. Його виконують на основі даних про состав газо-сировинної суміші, а також на основі отриманих на пилотной установці даних про витрати водню й про виходи вуглеводнів при ізомеризації. За цим даними, витрати водню на гідрокрекінг становлять 0,2% (мас.) від сировини (від фракції C5), а масові виходи продуктів при ізомеризації пентанової фракції [91% (мас.) н-пентана й 9% (мас.) изопентана] розраховуючи на сировину наступні: 55,2% (мас.) н-пентана, 41,2% (мас.) изопентана, 0,7 % (мас.) бутанів, 1% (мас.) пропану, 1,1% (мас.) етана, 0,8% (мас.) метану. Відповідно до цих цифр одержимо наступний склад газо-продуктової суміші:

Таблиця 4.2 Склад газо-продуктової суміші

Компонент

Кількість

Частка в газо-сировинній суміші

кг/год

кмоль/год

масова

мольна (об'ємна)

Водень

1036,34

518,17

0,0319

0,496

Метан

1505,62

94,10

0,0463

0,09

Етан

1512,64

50,42

0,0465

0,0482

Пропан

1506,99

34,25

0,0464

0,0328

Бутани

551,31

9,51

0,017

0,0091

н-Пентан

14044,74

195,07

0,432

0,187

Ізопентан

12347,59

143,58

0,38

0,137

Разом:

32505,23

1045,10

1,00

1,00

Помітимо, що при технологічному розрахунку досить важливо знати витрати водню. Через малу масу водню, що витрачає, (0,1-0,3% (мас.) від кількості вуглеводнів) експериментальний вимір цієї величини приводить до більшого помилкам. Більше правильним є розрахункове визначення витрат водню по масах обмірюваних вуглеводнів, вимірюваних з достатньою точністю.

4.2 Тепловий розрахунок

При розрахунку теплового балансу реактора визначають кількість тепла, що надходить і йде з реакційною сумішшю, витрати тепла на реакцію й тепловтрати через стінку. За даними теплового балансу визначають температуру потоку, що йде, що необхідно для розрахунку наступних апаратур. Почнемо з оцінки тепловтрат, тому що вони мають самостійне значення.

4.2.1 Розрахунок тепловтрат через стінку

Метою розрахунку є перевірка ефективності ізоляційного матеріалу й визначення зміни температури в реакторі за рахунок тепловтрат. Розрахунок ґрунтується на визначенні коефіцієнта теплопередачі через стінку (kt) і поверхні теплопередачі (St). Кількість тепла, переданого навколишньому середовищу за одиницю часу, становить QT=ktSt•?Tcp, де ?Tcp - середня різниця температур реакційної суміші (TCM) і зовнішньої температури (TH).

Значення kt розраховують по відомому співвідношенню

де a1 і a2 - коефіцієнти теплопередачі від потоку реагуючої суміші до стінки реактора й від стінки до зовнішнього середовища, а ?i і ?i - товщина й коефіцієнт теплопровідності i-шару стінки. Стінка реактора звичайно тришарова: внутрішня футеровка (асбоцемент), метал (сталь) і зовнішня ізоляція (азбест). Товщина шару металу визначається тиском у реакторі й становить 3-7 мм, товщина ізоляційного й футеровочного шарів близька до 5 мм. Значення ? для сталі, асбоцемента й азбесту становлять 162, 2,2 і 0,5 відповідно [2], розраховують по емпіричних формулах; для режиму промислового реактора вони рівні 36,1 і 1,2 . Тоді kt складе:

,

і навіть при максимальної ?Tcp=450 K маємо

де R - радіус реактора, а H - його висота.

При розрахованих нижче розмірах реактора тепловтрати (QT) складе усього , що значно менше тепловбирання за рахунок реакції. Співвідношення тепловтрат через стінку й тепловбирання за рахунок реакцій не перевищує 0,005 (0,5%). Це означає, що промисловий реактор ізолюється досить ефективно.

Розрахуємо тепер, наскільки впаде температура в реакторі за рахунок тепловтрат у навколишнє середовище. Позначимо цю величину ?TT. Якщо G0, cpo і срцг - масові потік і теплоємність вуглеводнів і циркулюючого газу, а - масове співвідношення циркулюючого газу й вуглеводнів, то маємо:

Для величин, наведених у технологічному розрахунку, маємо ?TT <10С, тобто тепловтрати мало міняють температуру в реакторі, і при розрахунках основного процесу можна вважати промисловий реактор адіабатичним.

4.2.2 Розрахунок кількості тепла, що надходить і йде з реакційною сумішшю, і теплоти реакції

Кількість тепла потоку реагентів (Qп1) розраховують по масі (Gi) і тепломісткості (qi) компонентів потоку на виході при температурі Т0:

Gi наведені в таблицях 4.1 і 4.2; величини qi і cpi визначають як функції критичних параметрів (Tk- і pk) і масових часток () компонентів: на основі таблиць і номограм. Спочатку розраховують (Qп1) для вхідного потоку (приблизно [2]). Потім, задаючись теплотою реакції на одиницю маси сировини, розраховують тепловиділення за рахунок реакції (Qp- ). Оскільки тепловтрати через стінку відносно малі, приймаємо:

Тут - кількість тепла, уносимое газо-продуктовим потоком. Знаючи , далі підбором визначають температуру вихідного потоку (Tв), для якої виконується умова: .

Такий метод визначення Tв є наближеним не враховуюче одночасне протікання ізомеризації й гідрокрекінгу.

4.3 Розрахунок аеродинамічного режиму й розмірів реактора

Лінійна швидкість потоку реагуючої суміші () не повинна перевищувати швидкість витання (), тобто швидкість, при якій починається рух зерен каталізатора. Звичайно користуються умовою: . Останню величину можна знайти з емпіричного рівняння, що зв'язує критерій Рейнольдса для витання й критерій Архімеда

Причому

.

Тут d - діаметр зерна каталізатора (0,003 м), - щільність і кінематична в'язкість реакційного середовища; - гадана щільність каталізатора; g - прискорення вільного падіння. Значення . Величину легко знайти по рівнянню ідеального газу:

Величини - мольні (об'ємні) частки компонентів реакційного середовища - дані в табл. 4.1. Так, для вхідного потоку маємо:

Значення легко розрахувати по насипній щільності каталізатора й пористості шаруючи (?). Пористість визначається експериментально, і для обраного каталізатора вона становить 0,4. Тоді маємо:

Тепер одержуємо можливість розрахувати критерій Архімеда:

Тоді

Тому

и. По лінійній швидкості газового потоку й об'ємному потоку реагуючої суміші, що надходить у реактор (Vp), знайдемо діаметр реактора D. Тому що

те

Прийнявши з деяким запасом і з урахуванням розмірів стандартних апаратур D=2,6 м, визначимо висоту реакційної зони по відомому обсязі каталізатора (Vk):

Для розрахунку перепаду тиску в потоці газів, що проходить через нерухомий шар каталізатора, використаємо рівняння Ергуна:

Звідси

Розрахунок по цьому рівнянню показує, що перепад тиску в каталізаторному шарі висотою 5,1 м дорівнює 0,00019 МПа, тобто тиск у реакторі міняється не істотно.

5. Конструювання реактора, розрахунки його основних деталей на міцність

Розрахунок корпуса апарата на міцність

Розрахунок проведений за ДСТ 14249-80 «Посудини й апарати. Норми й методи розрахунку на міцність.

5.1 Визначення товщини оболонки корпуса

,

де:

=1 - коефіцієнт міцності звареного шва;

=137 МПа - допустима напруга для сталі 12 ХМ при температурі 3500С;

С=0,3 см - збільшення до розрахункової товщини оболонки для компенсації корозії;

С1=0- додаткове збільшення до розрахункової товщини стінки.

Приймаємо товщину стінки оболонки з урахуванням негативного відхилення в сортаменті на листову сталь за ДСТ -74 S=55мм.

5.1.2 Визначення товщини стінки еліптичного днища

де:

R- радіус кривизни у вершині днища (для стандартних еліптичних днищ R=D).

Приймаємо товщину днища з урахуванням утоненя листа при штамповці S1=60мм.

5.2 Розрахунок зміцнення отворів

Розрахунок проведений по ДСТ 26-2045-77 «Посудини й апарати норми й методи розрахунку зміцнень отворів».

5.2.1 Найбільший припустимий діаметр

Найбільший припустимий діаметр, що, одиночного отвору, що не вимагає додаткового зміцнення в днище:

,

де: К1=1,0; К2=0,8 - коефіцієнти, обумовлені по ДСТ 26-2045-77;

s=s-c-c1=4,69 см - розрахункова товщина стінки днища см.

де: м - відстань від центра зміцнювального отвору до осі днища.

Розглянемо три типи отворів:

а) центральне розташованя (горловини корпуса реактора) га= 0 см;

б) зміщений від осі штуцер «кармана» термопари гб=85 см;

в) зміщений від осі штуцер вивантаження каталізатораь гв=80 см.

DRa=2D=2·260=520 см.

тобто потрібне зміцнення штуцерів-горловин верхньої й нижньої.

Для верхнього й нижнього днищ для подальшого розрахунку визначаємо найбільший допустимий діаметр отвору, що не вимагає додаткового зміцнення, при відсутності надлишкової товщини стінки:

.

5.3 Визначення тиску регенирації, пробного тиску й пускового тиску при мінусовій температурі

Розрахунок тиску, що допускає, при режимі регенирації вводиться при конічному переході діаметром 500 маємо Т=570 оС, то Для сталі 12XM, 08X18H10T

де f - коефіцієнт форми днища визначається за ДСТ 14249-73 в залежності від кута й відношення . f=1,2.

.

Приймаємо робочий тиск при регенирації .

Визначаємо пробне тиску при гідровипробуванні на підприємство-виготовлювача:

де , - допускає напряжение, що, для сталі 12

XM при T=20 o і при T=350 o.

.

Приймаємо .

Пусковий тиск при мінусовій температурі максимальна величина тиску середовища в апарату при пуску й обпресуванні холодного апарата.

Приймаємо .

5.4 Розрахунок кришки на штуцері вивантаження каталізатора

Матеріал кришки - сталь 15X5M, прокладки 08X18H10T.

Допуск напруги при T=350 o . Збільшення для компенсації корозії С=0,3 мм.

Dсн=275 мм

b= 16 мм

Dз= 360 мм

h2=11 мм

Розрахунок товщини кришки.

Де - розрахункова товщина стінки кришки.

k - коефіцієнт, що залежить від конструкції зміцнення кришки.

ko - коефіцієнт ослаблення кришки отвором.

- розрахунковий діаметр кришки, що дорівнює середнім діаметрам прокладки.

f - коефіцієнт міцності зварених швів .

Величина k визначається за ДСТ 1429 - 80

де - болтове навантаження, H.

- рівнодіюча внутрішнього тиску на кришку, Н.

де bo - ефективна ширина прокладки:

m - прокладочний коефіцієнт для сталі 08X18H10T m=6,5.

тоді

; , тому що отвір для болтів у розрахунку не приймають.

Виконавча товщина кришки

Приймаємо S1=75мм.

Товщина кришки в місці ущільнення

тут за ДСТ 14249- 80 і k2 =0,45.

Прийнята товщина в місці ущільнення

Визначаємо напруги в кришці при гідровипробуванні пробним тиском

де Pn- 6,6 МПа - тиск гідровипробування

де - допускає напряжение, що, при гідровипробуванні; - боковий вівтар плинності стали 15X5M при T=20o.

5.5 Розрахунок температури зовнішньої стінки реактора

Тепловий потік через ділянку футеровки 1м2 визначається рівнянням

температура на границі покривного й теплоізоляційного шарів.

Температура зовнішньої стінки

Розглянемо два режими

1. режим реакції

2. режим регенерації

6. Екологічна обстановка на виробництві

Тверді вимоги по змісту води й сірковмісних сполук у сировину ізомеризації обумовили необхідність наявності в комплексі ізомеризації блоку попереднього гідроочищення й осушувачів сировини й водню. Домішки, що видаляють із сировини при його підготовці, утилізуються на існуючих виробничих потужностях - установка виробництва сірки й установка відпарки кислої води - і не забруднюють навколишнє середовище. При організації технологічного процесу предгідроочистки й ізомеризації для захисту атмосферного повітря від забруднюючої дії установки передбачене здійснення технологічного процесу в герметично закритим апаратам, застосування насосів з подвійним торцевим ущільненням для перекачування нафтопродуктів і інші заходи. Це дозволить повністю виключити викиди нафтопродуктів і водню. Обладнання установки предгідроочистки й ізомеризації виконано з умовою дотримання всіх необхідних мір безпеки технологічного процесу, імовірність виникнення аварійних ситуацій мінімізується за рахунок застосування засобів автоматизації, систем сигналізації й блокувань.

7. Економічна оцінка удосконалень, впроваджених у проекті

З розділу 1 кінетичне рівняння, яке описує процес ізомеризації на алюмоплатиновому каталізаторі, промотированому фтором:

Звідси

З рівняння (6.3) отримуємо час перебування для вибраного каталізатора.

З розділу 1: табл. 1.3 ; ;

табл. 1.1 .

При ступені перетворення 0,5, маємо:

З розділу 1 кінетичне рівняння, яке описує процес ізомеризації на алюмоплатиновому каталізаторі, промотированому хлором:

Враховуючи те, що алюмоплатиновий каталізатор промотується в промисловості перхлоретиленом, тому втрату активності каталізатором за проміжок часу t можна не враховувати. Тоді рівняння, яке описує кінетику процесу ізомеризації прийме вигляд:

З даного рівняння виразимо час перебування при даному каталізаторі для ступеня перетворення 0,5.

З табл. 1.4 і 4.1. маємо Кр=4,51; ; , маємо:

В результаті використання алюмоплатинового каталізатора промотированого фтором час перебування зменшується в рази, тобто в даному випадку кількість каталізатора зменшується на 4 %.

Висновок

У даному курсовому проекті по заданим характеристикам зроблений розрахунок основних технологічних і конструктивних параметрів реактора установки ізомеризації бензинової фракції з продуктивністю по сировині 200 тис. т в рік. А також було вивчено теоретичну основу хімічного процесу ізомеризації. В теоретичній основі висвітився, на практичних і чисто теоретичних основах, процес ізомеризації. В результаті можна говорити про те, що в даному курсовому проектові бралося до уваги не тільки теоретичні основи, а і досліди, які проводилися науковцями. Ці досліди і використалися в даному курсовому проекті.

Характеристика даного реактора, яка приведена в технологічному розрахунку даного курсового проекту:

загальний потік у реактор газової суміші становить 205206 кг в рік;

маса каталізатора 18210 кг;

об'ємний потік, який надходить у реактор 0,29 м3/с;

висота шару каталізатора 5,3 м.

Корпус реактора виготовлений із хром-молібденової сталі марки 12ХМ.

В даному курсовому проекті реактор проектувався з футеровкою, яка захищає стінку реактора від високих температур. Тому розрахована температура стінки реактора не перевищує 450С.

Список використаної літератури

1. Жоров Ю.М. Изомеризация углеводородов: Химия и технология. - М.: Химия, 1983 - 304 с.

2. Бурсиан Н.Р. Технология изомеризации парафиновых углеводородов. - Л.: Химия, 1985- 192 с., ил.

3. Беркман Б.Е. Основы технологического проектирования производств органического синтеза. - М.: Химия, 1970.

4. Под редакцией С.И. Зусмановокой Расчет и конструирование нефтяной аппаратуры. - Вып. 20. М.: Отдел научн. информации, 19673 - 186 с.

5. С.В. Адельсон, П.С. Белов Примеры и задачи по технологии нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1987 - 192 с.


Подобные документы

  • Номенклатура, електронна будова, ізомерія, фізичні, хімічні й кислотні властивості, особливості одержання і використання алкінів. Поняття та сутність реакцій олігомеризації та ізомеризації. Специфіка одержання ненасичених карбонових кислот та їх похідних.

    реферат [45,5 K], добавлен 19.11.2009

  • Фізико-хімічні основи процесу вловлювання бензольних вуглеводнів. Матеріальний та конструктивний розрахунки бензольного скруберу. Розрахунок насосної установки для подання поглинаючого мастила. Якість уловлювання бензольних вуглеводнів з коксового газу.

    курсовая работа [606,4 K], добавлен 04.12.2013

  • Технологія очищення нафтових фракцій від сіркових сполук і осушення від вологи, теоретичні основи процесу, апаратурне оформлення; характеристика сировини. Проект установки для очищення бензинової фракції, схема підготовки сировини, розрахунки обладнання.

    курсовая работа [394,4 K], добавлен 25.11.2010

  • Опис розрахунків полів концентрацій компонентів і температури в адіабатичних шарах каталізатора реактора для окислення метанолу в формальдегід. Ознайомлення з особливостями визначення технологічних параметрів шарів залізо-молібденового каталізатора.

    лабораторная работа [135,5 K], добавлен 16.09.2015

  • Класифікація хімічного устаткування й види реакторів. Технологічні і конструктивні вимоги до устаткування. Складання рівняння реакції, розрахунок матеріального і теплового балансу для розчинення речовини, геометричних розмірів реактора і вибір його типу.

    контрольная работа [69,4 K], добавлен 24.03.2011

  • Компонувальне будівництво виробництва циклогексанону. Підбір технологічного обладнання. Характеристика технологічного процесу. Способи прийому сировини та видачі готової продукції. Методи видалення відходів. Розрахунок основних розмірів апаратів.

    курсовая работа [52,7 K], добавлен 06.11.2012

  • Обґрунтування вибору методу виробництва сірчаної кислоти. Вивчення фізико-хімічних закономірностей проведення окремих технологічних стадій та методів керування їх ефективністю. Розрахунок матеріального та теплового балансу процесу окисного випалу сірки.

    контрольная работа [126,2 K], добавлен 28.04.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.