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

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. 2011г.

Содержание

Введение

Необходимые исходные данные и вычисления

Материальный баланс процесса изомеризации

Тепловой баланс процесса изомеризации

Расчет реакторного блока

Гидравлический расчет реактора

Литература

Введение

Процесс изомеризации парафиновых углеводородов предназначен для повышения октанового числа пентан-гексановых фракций бензинов, выкипающих до 70°С, 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;

)        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:

- распре делитель сырья;

- корпус;

- катализатор;

- опорная решётка;

- керамические шарики;

- муфта для термопары;

- секционная термопара;

- муфта для монтажа

Необходимые исходные данные и вычисления.

Часовая производительность установки по сырью:

Gс = 25000 кг/ч

Рассчитаем объёмную производительность wc (м3/ч) блока изомеризации:

          Gс

wс = ¾¾¾ ,

         rс

где rс - плотность сырья, 0,6263 кг/м3

wс = 25000/0,6263 = 39916,6627 м3/ч

Рассчитаем количество (кмоль/ч) водородсодержащего газа, необходимого для процесса изомеризации:

          GН2

GВСГ = ¾¾¾ ,

                    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 • ¾¾¾ = ¾¾¾

         Мс    МН2

GН2 = Gс* МН2/Мс =25000*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:

c + Qвсг = Qc.г.+ Qб.ф.+ Qкат или

c• qс445 + Gвсг• qвсг 445 = Gc.г.•qс.г. 400 + Gб.ф.•qб.ф 400 + Gкат•qкат 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 445°С, ккал/кг;

qр - теплота реакции, ккал/кг.

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

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

qс445 = (50,2 + 0,109t + 0,00014t2)(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 = ¾¾¾ , Тпр = ¾¾¾

         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

Dq = - 4,4 • ¾¾¾¾¾

         М      •Тпр3

где Dq - 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):

п445 = qс445 - Dq ,

Расчеты сведены в таблицу:

Энтальпию ВСГ (ккал/кг) находим по формуле:

всг445 = Ср• Т- Dq ,

где Ср - теплоёмкость ВСГ (ккал/кг•град), рассчитываемая по правилу аддитивности теплоёмкостей, входящих в него компонентов:

Ср =S Срj• Yj,

Аналогично определяем энтальпии продуктов реакции при Т=400°С, учитывая что Ср кат. =0,27 ккал/(кг•К). 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:

ü   температура ввода сырья 445°С,

ü  температура вывода продуктов 400°С,

ü  давление в реакторе 3.5 МПа.

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

см. = Vc + Vвсг

где Vc - сырья , м3/с;

Vвсг - объём циркулирующего водородсодержащего газа, м/с;

         22,4 • (t + 273) • Р0 • Zc = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ Σ( 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) ;- коэффициент сжимаемости;

Gi - расход i- го компонента, кг/час

Мi - молекулярная масса i- го компонента

Аналогичное выражение для ВСГ имеет вид:

         22,4 • (t + 273)    • Р0 • Z Gj

Vвсг = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ • S

         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 = ¾¾¾ ,

         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 = ¾¾¾ ,

         W •rс

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

Расчеты сводим в таблицу:

Диаметр реактора (м) рассчитываем по формуле:

D = ( 4S/p )0,5, D = 0,986 м

Общую высоту слоя (м) реактора во всех реакторах определяем по формуле:

         Vк

hк = ¾¾¾ , hк = 1,774 м

         S

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

         hк

h1 = ¾¾¾ , h1 = 0,591 м

         n

Высоту цилиндрической части (м) реактора рассчитываем:

2 = h1•3/2 , 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:

         p •dт • hт + 2 • p •dт2/4

jср = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

         p •dт2

где dт=2,8+0,2-диаметр таблетки катализатора, ммт=5+2 -высота таблетки катализатора, мм

jср =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:

DР (1 -e)2            •0,1U •m              1,75 • (1 - х) • r • U2

¾¾¾ = 150• ¾¾¾¾¾¾¾¾ + ¾¾¾¾¾¾¾¾¾

h1 e            3 • d2 e                          2 • d • g

Литература

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.

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

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