Расчёт реакторного блока установки высокотемпературной изомеризации фракции н. к. – 62оС

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА ИМЕНИ И.М.ГУБКИНА Филиал в г. Оренбурге Кафедра: Технология химических веществ для нефтяной и газовой промышленности Дисциплина: Технология нефтехимического синтеза КУРСОВОЙ ПРОЕКТ На тему Произвести расчет реакторного блока установки высокотемпературной изомеризации фракции н.к. — 62оС.

Выполнил студент гр. ХН — 06

Биккужина Екатерина Олеговна Проверил:

доц. Бусыгин И. Г Оренбург. 2011 г.

Введение

Необходимые исходные данные и вычисления Материальный баланс процесса изомеризации Тепловой баланс процесса изомеризации Расчет реакторного блока Гидравлический расчет реактора Литература

Процесс изомеризации парафиновых углеводородов предназначен для повышения октанового числа пентан-гексановых фракций бензинов, выкипающих до 70С, и получения индивидуальных парафиновых углеводородов — изобутана и изопентана — из н-бутана и н-пентана с целью увеличения ресурсов сырья при синтезе изопренового каучука, для процесса алкилирования и получения изобутилена при синтезе метил-трет-бутилового эфира. Изопентаны и изогексаны используются как компоненты автомобильного бензина.

Исходными данными для расчёта являются:

1) количество и состав исходного сырья;

2) количество и состав водородсодержащего газа;

3) параметры процесса: температура, давление, объёмная скорость подачи сырья, мольное соотношение водород — сырьё; характеристика катализатора.

На рисунке 1 изображён продольный разрез реактора каталитической изомеризации.

Рис. 1.

Реактор каталитической изомеризации:

1 — распре делитель сырья;

2 — корпус;

3 — катализатор;

4 — опорная решётка;

5 — керамические шарики;

6- муфта для термопары;

7 — секционная термопара;

8 — муфта для монтажа

Необходимые исходные данные и вычисления.

Часовая производительность установки по сырью:

Gс = 25 000 кг/ч Рассчитаем объёмную производительность wc (м3/ч) блока изомеризации:

Gс

wс = ,

с где с — плотность сырья, 0,6263 кг/м3

wс = 25 000/0,6263 = 39 916,6627 м3/ч Рассчитаем количество (кмоль/ч) водородсодержащего газа, необходимого для процесса изомеризации:

GН2

GВСГ = ,

YН2

где GН2 — количество водорода,; YН2 — массовая доля водорода в ВСГ = 98,4%.

Зная мольное соотношение водород: сырьё = 1, рассчитывают количество водорода и ВСГ из соотношения, кмоль/ч и кг/ч:

Gс GН2

N =

Мс МН2

GН2 = Gс* МН2/Мс =25 000*2/79= 632,9114 кмоль/ч

GВСГ = GН2/ YН2 = 632,9114*100/98,4 = 643,2026 кмоль/ч Необходимое количество свежего ВСГ.

Материальный баланс процесса изомеризации

Принимаем по практическим данным для катализатора ИП-62:

выход изопентана на пропущенный н-пентан — 50%

— на превращённый н-пентан — 95%;

количество образующихся продуктов крекинга от метана до бутана — 3 — 4%.

Сводим материальный баланс процесса изомеризации в таблице 1.

Таблица 1.

Материальный баланс процесса изомеризации.

Тепловой баланс процесса изомеризации.

Тепловой баланс процесса изомеризации рассчитаем по формуле:

Qc + Qвсг = Qc.г.+ Qб.ф.+ Qкат или

Gc qс445 + Gвсг qвсг 445 = Gc.г.qс.г. 400 + Gб.ф.qб.ф 400 + Gкатqкат 400 + qр

где Qc, Qвсг, Qc.г., Qб.ф., Qкат — количество тепла, привносимого соответственно сырьём, ВСГ, сухим газом, катализатором, бутановой фракцией,

Gc, Gвсг, Gc.г., Gб.ф., Gкат, Gкат-ра — количество соответственно сырья, ВСГ, сухого газа, бутановой фракции, катализатора, кг/ч;

qit — энтальпии компонентов при рабочей температуре процесса 445С, ккал/кг;

qр — теплота реакции, ккал/кг.

Определяют энтальпию сырья при 445С и атмосферном давлении расчетным методом.

Для определения энтальпии паров нефтепродуктов (ккал/кг) при атмосферном давлении пользуемся эмпирической формулой :

qс445 = (50,2 + 0,109t + 0,14t2)(3,992 — 0,9952d420) — 73,8 ,

где d420 — плотность паров; t — рабочая температура процесса, °С.

Полученное значение энтальпии корректируем, вычитая поправку на давление. Для определения поправки на давление рассчитываем приведённые давление (Рпр) и температуру (Тпр):

П Т

Рпр =, Тпр =

Ркр Ткр

где Ркр — критическое давление, атм; Ткр — критическая температура, К; П, Т — давление и температура в аппарате.

Находим поправку на энтальпию при повышенных давлениях:

Т Рпр

q = - 4,4

М Тпр3

где q — изменение энтальпии в зависимости от изменения давления, ккал/кг;

М — молекулярный вес;

Т — температура, К.

С учётом рассчитанной поправки на давление находим энтальпии паров нефтепродуктов в реакторе (ккал/кг):

qп445 = qс445 — q ,

Расчеты сведены в таблицу:

Энтальпию ВСГ (ккал/кг) находим по формуле:

qвсг445 = Ср Т— q ,

где Ср — теплоёмкость ВСГ (ккал/кгград), рассчитываемая по правилу аддитивности теплоёмкостей, входящих в него компонентов:

Ср = Срj Yj,

Аналогично определяем энтальпии продуктов реакции при Т=400С, учитывая что Ср кат. =0,27 ккал/(кгК). Тепловой эффект реакции изомеризации принимаем по практическим данным: qр = 25 ккал/кг.

Сводим тепловой баланс процесса изомеризации в таблице 2.

Таблица 2.

Расчёт реакторного блока.

Расчёт реакторного блока проводится для параметров:

ь температура ввода сырья 445С, ь температура вывода продуктов 400С, ь давление в реакторе 3.5 МПа.

Объём паров смеси сырья и циркулирующего газа, проходящих через сечение реактора определяем:

Vсм. = Vc + Vвсг где Vc — сырья, м3/с;

Vвсг — объём циркулирующего водородсодержащего газа, м/с;

22,4 (t + 273) Р0 Z

Vc = У (Gi / Мi)

273 П 3600

где t — средняя температура в реакторе (в данном случае 442,5°);

Р0 — атмосферное давление, равное 0,1 МПа;

П — рабочее давление в аппарате (3,5МПа) ;

Z — коэффициент сжимаемости;

Gi — расход iго компонента, кг/час

Мi — молекулярная масса iго компонента Аналогичное выражение для ВСГ имеет вид:

22,4 (t + 273) Р0 Z Gj

Vвсг =

273 П 3600 Мj

Коэффициент сжимаемости для сырья рассчитываем через приведенные параметры процесса (Тпр, Рпр).

Тпр = Т/Ткр Рпр =Р/Ркр ,

где Ткр и Ркр — критическая температура сырья, рассчитанная по правилу аддитивности через критические параметры индивидуальных компонентов, значения которых приведены в литературе (Н.В.Бусыгина, И. Г. Бусыгин. Технология переработки природного газа и газового конденсата. Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2002. с .403).

Z = 0,990 + (Рпр -0,0681) / (-26,481 Тпр2 + 49,11 Тпр — 25,17) =0,9325

Для ВСГ коэффициент сжимаемости газов может быть принят равным 1, так как водород относится к несжимаемым в этих условиях газам.

Рассчитываем площадь поперечного сечения реактора (м2):

Vсм.

S = ,

U

где U — линейная скорость движения сырья и ВСГ, м/с;

из практических данных принимаем U = 2 м/с.

Рассчитываем объём катализатора (м3) в реакторе:

Vсм.

Vк = ,

W с где W — объёмная скорость подачи сырья, ч-1; W = 1,8 ч-1; с — плотность сырья.

Расчеты сводим в таблицу:

Диаметр реактора (м) рассчитываем по формуле:

D = (4S/)0,5, D = 0,986 м Общую высоту слоя (м) реактора во всех реакторах определяем по формуле:

Vк

hк =, hк = 1,774 м

S

Принимаем число реакторов n = 3, тогда высоту слоя (м) катализатора в каждом реакторе рассчитываем:

hк

h1 =, h1 = 0,591 м

n

Высоту цилиндрической части (м) реактора рассчитываем:

h2 = h13/2, h2 = 0,887 м Высота реактора (м) связана с диаметром и определяем:

Н = h2 + D = 1,873 м

Гидравлический расчёт реактора.

Определяем фактор формы шара, равновеликого по объему грануле катализатора:

dт hт + 2 dт2/4

ср =

dт2

где dт=2,8+0,2-диаметр таблетки катализатора, мм

hт=5+2 -высота таблетки катализатора, мм ср =2,2857

Определяем средне-эквивалентный объем смеси, м3/с, согласно формуле:

Определяем скорость смеси (м/с) на входе и выходе из слоя катализатора и их среднюю

изомеризация углеводород каталитический реактор Перепад давления в слое катализатора рассчитываем по формуле Эргуна:

Р (1 -)2 0,1U 1,75 (1 — х) U2

= 150 +

h1 3 d2 2 d g

1. Адельсон С. В., Вишнякова Т. П., Паушкин Я. М. Технология нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1985.

2. Кузнецов А. А., Кагерманов С. М., Судаков Е. Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Л.: Химия, 1974.

3. Николаев В. В., Бусыгин И. Г., Бусыгина Н. В., Паламарчук В. С., Туманян Б. П. Основные процессы химической переработки газа. М.: Недра, 1996.

4. Сарданашвили А. Г., Львова А. И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М.: Химия, 1973.