Расчет реакторов технологических процессов получения компонентов автомобильных бензинов

Количество метанола на входе в реактор:

(3.6)

Количество метанола, пошедшего на образование МТБЭ:

(3.7)

Количество непрореагировавшего метанола на выходе из реактора:

(3.8)

Количество воды, пошедшей на образование третбутилового спирта:

(3.9)

где М_ВОДА - молекулярная масса воды, г/моль; Х_ИБТБ - доля изобутилена, пошедшего на образование третбутанола, доля мас. (таблица 3.1).

Количество образовавшегося третбутанола:

(3.10)

где М_ТБ - молекулярная масса третбутанола, г/моль.

Количество образовавшегося изооктилена:

(3.11)

где Х_ИБИО - доля изобутилена, пошедшая на образование изооктилена, доля мас.

Материальный баланс реактора представлен в таблице 3.4.

Таблица 3.4

Материальный баланс реактора

3.2.2 Тепловой баланс реактора

Суть теплового баланса реактора заключается в определении количества несбалансированного тепла, образующегося в ходе процесса и в расчете количества водяного конденсата, необходимого для снятия избытка тепла процесса синтеза МТБЭ. Количество вносимого в реактор или уносимого из реактора тепла определится по формуле

(3.12)

где G_i - расход i-го компонента, кг/с; Сp_i - теплоемкость i-го компонента, кДж/(кг•град); t_i - температура, °С.

Для углеводородных компонентов сырья и продуктов реакции теплоемкость определим по формуле

(3.13)

где - относительная плотность нефтепродукта.

Значение определим по формуле

(3.14)

где - относительная плотность нефтепродукта при 20 °С. Является справочной величиной.

Значения плотностей углеводородных компонентов сырья представлены в таблице 3.5.

Таблица 3.5

Плотности углеводородных компонентов сырья

Значения теплоемкости метанола, третбутанола и МТБЭ являются справочной величиной.

Потери тепла в реакторе принимаются равными 1% от входящего тепла.

Реакция синтеза МТБЭ протекает с выделением тепла. Тепловой эффект реакции определяется по формуле

(3.15)

где Н_ПРОД и Н_С - теплоты образования продуктов реакции и исходного сырья соответственно, кДж/моль.

Ввиду малой доли побочных реакций в ходе процесса их влиянием на тепловой эффект пренебрегаем. Теплоты образования метанола, изобутилена и МТБЭ приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6

Теплоты образования компонентов

Таким образом, согласно реакции, по которой протекает процесс, тепловой эффект реакции составит

Мольное количество образовавшегося МТБЭ составит

Таким образом, количество тепла, выделившееся в ходе синтеза МТБЭ составит

Тепловой баланс реактора представлен в таблице 3.7.

Из таблицы 3.7 видно, что разность входящего и уходящего тепла равняется

Количество воды, необходимой для снятия избытка тепла процесса, вычисляется по формуле:

(3.16)

где Срв - теплоемкость воды, принимается равной 4,187 кДж/(кг•К); t_Н и t_К - начальная и конечная температура соответственно охлаждающей воды, °С; принимаем соответственно 20 и 40 °С.

Подставляя значения, получим

Таблица 3.7

Тепловой баланс реактора

3.2.3 Геометрические размеры реактора

Общий массовый расход сырьевой смеси равен (таблица 3.4) 18595,8 кг/ч. Объемный расход сырьевой смеси G_ОБ = 27,25 м³/ч. Требуемая объемная скорость подачи сырья в реактор синтеза составляет щ = 1,5 ч^-1.

Таким образом, необходимый объем реакционной зоны вычисляется по формуле

(3.17)

Принимаем шестиугольное расположение труб в реактор. Принимаем следующие параметры реактора:

- внутренний диаметр трубок d_ВН = 0,1 м;

- толщина стенок д = 0,01 м;

- наружный диаметр трубок d_Н = 0,12 м;

- кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом k = 0,01 м;

- длина трубок l = 6 м.

Схема размещения труб в решетке приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Схема размещения труб в решетке реактора

Объем одной трубки вычисляется по формуле

(3.18)

Необходимое количество трубок определяется по формуле

(3.19)

Примем с запасом количество трубок в реакторе равным Z = 400 штук.

Шаг трубок определяется по формуле

(3.20)

Связь между числом трубок на стороне наибольшего шестиугольника (а) и общим числом трубок (Z) выражается соотношением

(3.21)

При количестве трубок Z = 400, а = 12,04, округляем до а = 12 шт.

Число труб, расположенных на диагонали наибольшего шестиугольника, определяется по формуле

(3.22)

Диаметр аппарата вычисляется по формуле

(3.23)

Принимаем стандартное значение диаметра D = 3,5 м.

Уточненное значение кольцевого зазора между крайними трубками и корпусом с учетом нового значения диаметра реактора составит k = 0,03 м.

Список литературы

1. Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. и др. Технологические расчеты установок переработки нефти: учеб. пособие для вузов. - М.: Химия, 1987. - 352 с.

3. Сарданашвили А.Г., Львова А. И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа.-2-е изд., - М.: Химия, 1980. - 256с.

5. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М. и др. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. - Л.: Химия, 1974. - 343 с.

6. Дубовкин Н.Ф. Справочник по теплофизическим свойствам углеводородных топлив и их продуктов сгорания. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 288 с.

7. Флореа О., Смигельский О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 448 с.

8. Батунер Л.М. Процессы и аппараты органического синтеза и биохимической технологии. - Л., Химия, 1966. - 520с.

9. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Физматгиз, 1963. - 708с.

10. Козлов Б.И. Процессы алкилирования изомеризации и полимеризации в нефтепереработке. - М.: Химия, 1990. - 65 с.

11. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. - Уфа: Гилем 2002. - 672 с.

12. Мириманян А.А., Вихман А.Г., Мкртпычев А.Л. Нефтепереработка и нефтехимия. - 2006. - №4. - С. 22-31.

13. Интернет-ресурс www.chemistry.ssu.samara.ru

14. Кузора И.Е., Томин В.П., Микишев В.А. и др. Технологии производства компонентов современных автомобильных бензинов // Химия и технология топлив и масел. - 2008. - №2. - С. 33.

15. Стыценко В.Д., Лавриненко А.А., Надра В.А. и др. Перспективы улучшения экологических и эксплуатационных свойств моторных топлив // Химия и технология топлив и масел. - 2008. - №5. - С. 52.

16. Ахметов С.А., Ишмияров М.Х., Кауфман А.А. Технология переработки нефти, газа и твердых горючих ископаемых: учеб. пособие. - СПб.: Недра, 2009. - 832 с.

17. Капустин В.М., Кукес С.Г., Бертолусини Р.Г. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР. - М.: Химия, 1995. - 304 с.

18. Интернет-ресурс. Высоко-кислородные добавки (оксигенаты) к топливу.

Размещено на Allbest.ru