Расчет материального баланса процесса производства МТБЭ
Анализ принципиальной блок-схемы реакторного блока получения метилтретбутилового эфира. Расчет состава углеводородного потока на входе в реакционный блок. Определение теплового эффекта реакции и расчет количества флегмового потока и общего газа.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 16.11.2013 |
Размер файла | 41,9 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.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Расчет материального баланса процесса производства МТБЭ
1.1 Исходные данные
Варианты исходных данных приведены в приложении 2, выбор варианта определяется в задании преподавателем.
1.1.1 Для проведения расчета приняты следующие обозначения
Производительность установки по целевому продукту, тыс.т/год.
Состав целевого продукта, мас. доли:
- метилтретбутиловый эфир - xz(1)
- третбутиловый спирт - xz(2)
- диизобутилен - xz(3)
- метанол - xz(4)
Содержание компонентов свежей изобутиленсодержащей у.в. фракции, мас. доли:
- изобутилена - x(1)
- н-бутиленов - x(2)
- изобутана - x(3)
- н-бутана - x(4)
Содержание изобутилена в отходящей с установки отработанной изобутиленсодержащей у.в.фракции, мас. доли - yz(1).
Конверсия изобутилена, доли - AL.
Соотношение метанол : изобутилен на входе в реактор, моль - D.
Соотношение вода : у.в.-метанольная фракция (промывная колонна), мас. доли - DW.
Производство метилтретбутилового эфира осуществляется в реакционном блоке, представляющем собой ректификационную колонну, в средней части которой в два слоя загружен катализатор КУ - 2 ФПП в смеси с кольцами Рашига 15x15 в соотношении 1:1 по объему. Изобутиленсодержащая у/в. фракция поступает в реакционный блок под слой катализатора, метанол - над слоем катализатора.
Целевой продукт выводится из нижней части реакционного блока, а не вступившие в реакцию компоненты сырьевых потоков - в паровой фазе через его верх. На верхнюю тарелку реакционного узла возвращается часть у.в.-метанольной фракции в виде флегмы.
Устройство и принцип работы реакторного блока приведены в работе /6/.
Принципиальная блок-схема получения МТБЭ приведена на рисунке 1.
метилтретбутиловый эфир реационный
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 1. Принципиальная блок-схема реакторного блока получения метилтретбутилового эфира:
GGO - изобутиленсодержащая у/в. фракция (свежая и циркулирующая);
GM - метанол (свежий и циркулирующий);
GWG - пары отработанной у/в. фракции и метанола;
GFO - флегма (у/в. - метанольная фракция).
Производство МТБЭ основано на взаимодействии изобутилена с метанолом, протекающем в соответствии с уравнением:
(CH3)2C = CH2 + CH3OH Размещено на http://www.allbest.ru/
(CH3)3COCH3
Другие компоненты, входящие в состав изобутиленсодержащей фракции С4, используемой для этих целей, в реакцию с метанолом не вступают, в связи с чем этот процесс рассматривается как процесс извлечения изобутилена из указанных фракций.
Заданием определяется содержание изобутилена в отработанной у/в. фракции yz(1) (здесь и далее индекс 1 принадлежит только изобутилену). Концентрация изобутилена в этой фракции при однократном прохождении сырьевого потока через реакционный блок определяется из выражения:
yz (1) = , доли мас. (1)
Если полученное значение (1) отвечает условиям, то оно используется в дальнейших расчетах.
При достаточно высоком содержании изобутилена в у/в. сырьевом потоке концентрация его в отработанной фракции будет превышать значение, приведенное в задании. В этом случае решение задачи может быть достигнуто снижением концентрации изобутилена в у/в. потоке на входе в реакционный блок путем разбавления свежего сырья отработанной у/в. фракцией. Рассмотрим расчет такой системы.
1.2 Расчет состава углеводородного потока на входе в реакционный блок
Рис. 2 Схема потоков у/в. фракции С4 с применением рециркуляции:
РБ - реакционный блок;
АК - абсорбционная колонна;
z - степень разбавления - отношение количества циркулирующего потока к свежему;
x(I) - концентрация компонента потока на входе в реакционный блок, доли мас.
С учетом обозначений потоков на рисунке 2 выражение (1) принимает вид:
yz (1) = , доли мас. (2)
Отсюда после преобразований получаем выражение для определения величины концентрации изобутилена на входе в реакционный блок:
x (1) = , доли мас. (3)
С другой стороны:
x (1) = , доли мас. (4)
Откуда после преобразований получаем выражение для определения степени разбавления:
z = , доли мас. (5)
Содержание остальных компонентов у/в. потока на входе в реактор вычисляют по формуле:
x (I) = , доли мас. (6)
Расчеты проводятся с применением программы (приложение 1), составленной на языке "Фортран-4".
Полученные результаты используются в дальнейших расчетах.
1.3 Расчет материального баланса реакционного блока (без учета флегмы)
Производительность установки по целевому продукту (GE, кг/ч) вычисляется с учетом числа рабочих дней в году (L), приведенных в задании. Расчет материального баланса процесса производства МТБЭ осуществляется с применением программы для работы на ЭВМ (см. приложение 2). Сущность программы заключается в следующем:
Вычисляется состав целевого продукта:
метилтретбутиловый эфир
GEK(1) = GE*xz(1) (7)
Содержание компонентов целевого продукта вычисляется как
GEK(I) = GE*xz(I) (8)
Образование основного компонента целевого продукта, протекающее в соответствии с уравнением (1), сопровождается побочными реакциями:
(CH3)2C = CH2 + HOH (CH3)3COH (9)
2 i - C4H8 i - C8H16 (10)
Исходя из стехиометрических соотношений уравнений (1, 9 и 10), определяют количества реагентов, необходимых для их образования (программа 2):
RI1 -изобутилена на образование метилтретбутилового эфира, кг/ч;
RI2 - изобутилена на образование третбутилового спирта, кг/ч;
RI3 - изобутилена на образование диизобутилена, кг/ч.
Отсюда общее количество конвертированного изобутилена составит:
SRI = RI1 + RI2 + RI3, кг/ч. (11)
RME - количество метанола, расходуемого в данном процессе, кг/ч;
GW - количество воды, пошедшее на образование третбутилового спирта, кг/ч.
Количество изобутилена, поступающего в реакционный блок, вычисляется как:
GG(1) = SRI / AL, кг/ч,
отсюда общее количество у/в. фракции составляет
GGO = GG(1) / x(1), кг/ч. (12)
Поскольку состав у/в. фракции, поступающей в реакционный блок, известен (см.программу 1), определяем содержание инертных компонентов ее с помощью соотношения
GG(I) = GGO * x(I) (13)
С учетом соотношения метанол: изобутилен (D, моль) на входе в реакционный блок определяем GM - количество метанола, поступающего в реактор, кг/ч.
Количество изобутилена в газовой фазе на выходе из реактора GR(1), кг/ч вычисляется как разность между его количеством на входе в реакционный блок GG(1), кг/ч и общим количеством конвертированного изобутилена.
Аналогично вычисляется содержание метанола в газовой фазе (GMR, кг/ч).
Отсюда общее количество у/в.-метанольной смеси, уходящей через верх реакционного блока, вычисляется как сумма количеств инертов, содержащихся в у/в. потоке на входе в реакционный блок, непрореагировавших изобутилена (GG(1), кг/ч) и метанола (GMR, кг/ч). Результат расчета материального баланса распечатывается в виде таблицы.
1.4 Расчет теплового эффекта реакции
Расчет теплового эффекта процесса производства МТБЭ проводится с применением программы для работы на ЭВМ (приложение 3). В основе расчета - методики, изложенные в работах /10, 11/. Величины стандартных теплот образования кислородсодержащих соединений (метилтретбутилового эфира, метилтретбутилового спирта, метанола) приведены в работах /8, 12/, а углеводородов - в работах /10, 13/.
В результате расчета определяется как общее количество тепла, выделяющееся в процессе (QR, кДж/ч)i ,так и удельные его значения (QUG, кДж/кг и QUM, кДж/моль С4Н9). Последние сравниваются с соответствующими величинами, опубликованными в работах /6, 8/. Общее значение количества тепла, выделяющегося в данном процессе (QR), используется в дальнейших расчетах.
1.5 Расчет количества флегмового потока и общего количества газа, выходящего из реакционного блока
В технологической схеме производства МТБЭ предусмотрена подача в реакционный блок в виде флегмы углеводород - метанольной фракции после ее конденсации в конденсаторе - холодильнике. При ее испарении снимается тепло, выделяющееся в результате протекания основной и побочных реакций данного процесса. Расчет проводится на ЭВМ (приложение 4). Принцип расчета заключается в следующем.
Теплоту испарения флегмы, подаваемой в реакционный блок TG, определяют по закону аддитивности, исходя из содержания ее компонентов в смеси (YO(I) доли мас.), вычисленного с применением программы 2, по соотношению
TG = TR(I)*YMO(I), кДж/моль, (14)
где YMO - содержание компонентов, мольн. доли, TR(I) кДж/моль - величины теплот испарения компонентов флегмового потока, приведенные в работах /10, 12, 13/. Отсюда количество флегмового потока, подаваемого в реакционный блок, составляет:
GF =, (15)
где QR - общее количество тепла, выделяющегося в данном процессе.
MG - средняя молекулярная масса флегмового потока.
Общее количество газа, уходящего через верх реакционного блока, определяется так:
GWG = GRO + GF, кг/ч, (16)
где GRO, кг/ч (программа 2).
Флегмовое число (RF) вычисляется как отношение
RF = GF / GRO. (17)
1.6 Материальный баланс реакционного блока с учетом флегмы
Материальный баланс составляется с использованием данных, полученных в расчетах при работе на ЭВМ с применением программ 2 и 4. Полученные при этом данные заносятся в таблицу 1.
Таблица 1
Приход |
Расход |
|||||||
компонент |
кг/ч |
доли масс. |
компонент |
кг/ч |
доли масс. |
|||
у/в. поток |
газ |
|||||||
GG(1) |
GG(1) |
P(1) |
x(1) |
GRW(1) |
GRW(1) |
xR(1) |
y0(1) |
|
GG(2) |
GG(2) |
P(2) |
x(2) |
GRW(2) |
GRW(2) |
xR(2) |
y0(2) |
|
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
метанол |
GWM |
xM |
y0M |
|||||
у/в. |
GG0 |
P1N |
1,0000 |
газ |
GWM |
xG |
1,0000 |
|
метанол |
GM |
PM |
- |
МТБЭ |
GE |
xE |
- |
|
вода |
GW |
PW |
- |
|||||
сырье |
SP |
1,0000 |
- |
|||||
Флегма |
||||||||
GF(1) |
GF(1) |
y0(1) |
||||||
GF(2) |
GF(2) |
y0(2) |
||||||
… |
… |
… |
||||||
итого |
GF |
1,0000 |
||||||
Всего |
G0R |
- |
Всего |
G0R |
- |
- |
2. Материальный баланс промывной колонны и колонны регенерации метанола
В технологической схеме предусматривается промывка отработанной у/в-метанольной фракции водой для извлечения содержащегося в ней метанола. Расчет проводится с применением программы на ЭВМ (программа 5). Принцип расчета заключается в следующем. На промывку поступает у/в.- метанольная фракция, количество которой (GRO, кг/ч) и состав (YO(I), YOM, доли масс.) получены при работе с программой 2.
С учетом соотношения вода : у/в.- метанольная фракция (DW) количество воды, подаваемой в промывную колонну, составляет:
GW = GRO*YOM, кг/ч. (18)
Отсюда количество водного метанола, выводимого через низ промывной колонны, составляет:
GK = GK + GRO*YOM, кг/ч. (19)
Количество у/в. фракции, выходящей через верх колонны, составляет:
GR = GRO*YO(I), кг/ч, (20)
или GR = GRO*(1 - YOM), кг/ч, (21)
Отсюда вычисляется состав отработанной у/в. фракции (доли масс.), который следует сравнить с результатами, полученными в результате расчетов, проведенных по программе 1.
Состав водного метанола (доли масс.) определяется исходя из отношений:
YW = GW / GK и YM = . (22)
Исходя из состава водного метанола, выводимого из промывной колонны, составляется материальный баланс регенерации метанола. Потери компонентов смеси в расчете не учитываются.
3. Сводный материальный баланс установки производства МТБЭ
При составлении сводного материального баланса установки, в которой не применяется рециркуляция отработанной у/в. фракции, в табл.2 вносятся данные, полученные в расчетах в разделах 3 и 4. Следует при этом учесть, что расход свежего метанола определяется как разность между количествами его, поступающего в реакционный блок и возвращаемого в процесс после регенерации (см. поз. 27).
При использовании в технологической схеме рециркуляции отработанной у/в. фракции следует произвести предварительные расчеты.
Количество свежей у/в. фракции, поступающей на установку, составляет:
GGS = GGO / (1 + z), кг/ч. (23)
Количества компонентов свежего потока у/в. фракции:
GS(I) = GGS * y(I), кг/ч. (24)
Количество циркулирующей у/в. фракции составляет:
GGZ = GGO - GGS, кг/ч. (25)
Количество свежего метанола, поступающего на установку, составляет
GMS = GM - GMR, кг/ч. (26)
Количество отработанной у/в. фракции, уходящей с установки, составляет:
GOG = GR - GGZ, кг/ч. (27)
Количества компонентов отработанной углеводородной фракции, уходящей с установки:
GO(I) = GOG * yz(I), кг/ч. (28)
Общий приход на установку:
GSS = GGS + GMS + GW, кг/ч. (29)
Общий расход с установки:
GSR = GOG + GE, кг/ч. (30)
Полученные результаты расчета заносятся в табл. 2.
Расходные показатели процесса производства МТБЭ составляют:
- по у/в. фракции:
URG = , кг/т МТБЭ (31)
- по метанолу:
URG = , кг/т МТБЭ (32)
Таблица 2
Приход |
Расход |
|||||||
компонент |
кг/ч |
доли масс. |
компонент |
кг/ч |
доли масс. |
|||
на сырье |
на у/в. фракцию |
на сырье |
на у/в. фракцию |
|||||
свежая у/в. фракция |
отработанная у/в. фракция |
|||||||
изобутилен GS(1) |
изобутилен GO(1) |
|||||||
н- бутилен GS(2) |
н- бутилен GO(2) |
|||||||
изобутан GS(3) |
изобутан GO(3) |
|||||||
н- бутан GS(4) |
н - бутан GO(4) |
|||||||
Итого |
GGS |
1,0000 |
Итого |
GОG |
1,0000 |
|||
метанол |
GMS |
МТБЭ |
GE |
|||||
вода |
GW |
|||||||
Всего |
GGS |
1,0000 - |
Всего |
GSR |
1,0000 - |
Таблица 3 Варианты исходных данных для расчета установки производства МТБЭ
Показатели процесса |
Условные обозначения |
Номер варианта |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|||
1. Производительность по МТБЭ, тыс. т/год |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
||
2. Число часов работы в году, ч |
7800 |
7848 |
7920 |
7968 |
7848 |
7920 |
||
3. Состав целевого продукта, доли масс. |
||||||||
- метилтретбутиловый эфир |
0,983 |
0,978 |
0,980 |
0,975 |
0,982 |
0,980 |
||
- трет. бутанол |
0,005 |
0,006 |
0,006 |
0,006 |
0,004 |
0,007 |
||
- диизобутилен |
0,007 |
0,008 |
0,006 |
0,009 |
0,009 |
0,006 |
||
- метанол |
0,005 |
0,008 |
0,008 |
0,010 |
0,005 |
0,007 |
||
4. Состав свежей у/в. фракции, доли масс. |
||||||||
- изобутилен |
0,432 |
0,328 |
0,285 |
0,180 |
0,200 |
0,305 |
||
- н- бутилен |
0,268 |
0,302 |
0,375 |
0,420 |
0,355 |
0,340 |
||
- изобутан |
0,095 |
0,170 |
0,145 |
0,225 |
0,235 |
0,165 |
||
- н- бутан |
0,205 |
0,200 |
0,195 |
0,175 |
0,210 |
0,190 |
||
5. Содержание изобутилена в отходящей с установки у/в. фракции, доли масс., не более |
0,005 |
0,004 |
0,005 |
0,006 |
0,006 |
0,004 |
||
6. Конверсия изобутилена, доли |
0,970 |
0,960 |
0,965 |
0,980 |
0,985 |
0,975 |
||
7. Температура реакции, К |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
||
8. Соотношение метанол:изобутилен на входе в реакционный блок, моль |
1,05 |
1,10 |
1,07 |
1,08 |
1,06 |
1,09 |
||
9. Соотношение вода:у/в.- метанольная фракция в промывной колонне |
0,25 |
0,30 |
0,28 |
0,25 |
0,30 |
0,35 |
Литература
1. Белов П.С., Крылов И.Ф. Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов. - М.: Химия, 1985, - 60 с.
2. Белов П.С., Крылов И.Ф., Тонконогов Б.П. Методические указания по выполнению графической части курсовых и дипломных проектов. - М.: МИНГ, 1987. - 70 с.
3. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983. - 272 с.
4. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. - М.: Химия, - 1985. - 337 с.
5. Переработка нефти и нефтехимия. Экспресс-информация ЦНИИТЭнефте-хим. - М., 1987, № 30, с. 19.
6. Переработка нефти и нефтехимия//Экспресс-информация ЦНИИТЭнефте-хим. - М., 1987.- № 19. - с.27.
7. Минскер К.С., Сангалов Ю.А. Изобутилен и его полимеры. - М.: Химия, 1986. - 224 с.
8. Чаплин Д.Н. и др. Выделение изобутилена и изоамиленов из углеводородных фракций//ЦНИИТЭнефтехим, Тематический обзор. Сер. "Промышленность синтетического каучука".- М., 1981. - 35 с.
9. Иванов В.Н., Ерохов В.И. Экономия топлива на автомобильном
транспорте. - М.: Транспорт, 1984. - 302 с.
10. Казанская А.С., Скобло В.А. Расчеты химических равновесий. Сб. примеров и задач. - М.: Высшая школа, 1974. - 288 с.
11. Адельсон С.В., Белов П.С. Примеры и задачи по технологии нефтехимического синтеза. Учебное пособие для вузов. - М.: Химия, 1987. - 192 с.
12. Васильев И.А., Петров В.М. Термодинамические свойства кислородсодержащих органических соединений. - М.: Химия, 1984. - 240 с.
13. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Наука, 1972. - 720 с.
14. Вукалова М.П., Ривкин С.Л., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. - М.: Изд-во стандартов, 1969. - 408с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет окисления СО в СО2 в процессе непрямого восстановления железа и примесей. Определение шихты на 1 тонну чугуна, состава и количества колошникового газа и количества дутья. Теплосодержание чугуна по М.А. Павлову. Анализ диссоциации оксидов железа.
контрольная работа [18,1 K], добавлен 06.12.2013Технологические, технические и организационно-экономические задачи расчета потока швейного производства. Определение наиболее рациональной формы организации потоков и размещение их в цехе. Выбор типа потока, анализ и расчет его технологической схемы.
курсовая работа [519,8 K], добавлен 08.08.2010Конструкция и принцип работы доменной печи. Расчет шихты на 1 тонну чугуна, состава и количества колошникового газа и количества дутья. Определение материального и теплового балансов доменной плавки. Расчет профиля доменной печи (полезная высота и объем).
курсовая работа [1,2 M], добавлен 19.05.2011Технология получения чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Расчет состава и количества колошникового газа и количества дутья. Материальный баланс доменной плавки, приход и расход тепла горения углерода кокса и природного газа.
курсовая работа [303,9 K], добавлен 30.12.2014Расчет материального и теплового баланса процесса коксования. Расчет гидравлического сопротивления отопительной системы и гидростатических подпоров. Определение температуры поверхности участков коксовой печи. Теплоты сгорания чистых компонентов топлива.
курсовая работа [154,4 K], добавлен 25.12.2013Характеристика нефти, фракций и их применение. Выбор и обоснование поточной схемы глубокой переработки нефти. Расчет материального баланса установки гидроочистки дизельного топлива. Расчет теплообменников разогрева сырья, реакторного блока, сепараторов.
курсовая работа [178,7 K], добавлен 07.11.2013Основные требования к сырью. Основные технологии формования газобетонных изделий. Обоснование выбора способа производства. Расчет состава сырьевой смеси. Расчет материального производственного потока. Реакции, происходящие при автоклавной обработке.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 05.12.2014Определение среднего состава металлошихты, состава металла по расплавлении, количества руды в завалку, количества шлака, образующегося в период плавления, состава металла перед раскислением, количества руды в доводку. Расчет материального баланса.
курсовая работа [135,8 K], добавлен 25.03.2009Проектирование типа и необходимого количества установок для производства силикатных блоков силосным способом. Свойства сырья и вспомогательных материалов. Расчет материального баланса и количества аппаратов. Обзор возможности автоматизации производства.
курсовая работа [353,9 K], добавлен 28.10.2013Понятие процесса ректификации. Расчет материального баланса процесса. Определение минимального флегмового числа. Конструктивный расчёт ректификационной колонны. Определение геометрических характеристик трубопровода. Технологическая схема ректификации.
курсовая работа [272,4 K], добавлен 03.01.2010