Главная страница
Навигация по странице:

  • КОНТРОЛЬНАЯ

    		•

    Яшин В.С контрольная работа. Катализ в нефтепереработке и нефтехимии


    Скачать 26.24 Kb.
    НазваниеКатализ в нефтепереработке и нефтехимии
    Дата16.09.2022
    Размер26.24 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаЯшин В.С контрольная работа.docx
    ТипДокументы
    #680762

    МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

    Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
    «ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

    Институт дополнительного и дистанционного образования
    Кафедра «Переработка нефти и газа»


    КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

    по дисциплине «Катализ в нефтепереработке и нефтехимии»


    Выполнил: студент гр. ХТб(до)з-18-1

    Яшин В.С


    Тюмень ТИУ 2022

    Тема: Рассчитать материальный баланс, состав сырья и пирогаза установки пиролиза этановой фракции.
    Исходные данные для расчета:

    годовая производительность установки по этилену 210 000 т/год;

    • годовой фонд рабочего времени 7632 часов или 318 суток в год (с учетом вычета времени на текущий и капитальный ремонт);

    • исходное сырье – этановая фракция, состав которой приведен в таблице 1;

    • степень конверсии исходного сырья 55 %;

    • массовое соотношение водяной пар: сырье составляет 0,4 : 1;

    • потери этилена 6% масс.


    Таблица 1 - Состав этановой фракции

    Компонент
    Молекулярная масса
    Состав, % масс.

    Метан (СН4)
    16
    0,7

    Этилен (С2Н4)
    28
    0,4

    Этан (С2Н6)
    30
    97,24

    Пропилен (С3Н6)
    42
    0,9

    Пропан (С3Н8)
    44
    0,7

    Бутадиен (С4Н6)
    54
    0,006

    Итого



    100

    • производительность печи G = 9000 кг/ч;

    • температура сырья на входе в печь 480 К;

    • температура пирогаза на выходе из печи 1095 К;

    • давление сырья на входе в печь 0,65 МПа;

    • давление пирогаза на выходе из печи 0,1 МПа;

    • топливо – метано-водородная фракция (МВФ), состав которой представлен в таблице 2;

    плотность МВФ 0,25 кг/м3 (при нормальных условиях)

    Таблица 2

    Компонент
    Молекулярная масса
    Мольная (объемная доля)

    СН4

    С2Н4

    Н2
    16

    28

    2
    0,16

    0,01

    0,83

    Сумма



    1



    Решение:

    Расчет часовой производительности установки в расчете на 100% этилен:

    (210 000 × 1000)/7632 = 27515,72 кг/ч

    Учитывая потери этилена (6% масс.), часовая производительность составит:

    27515,72 × 100 / 94 = 29272,04 кг/ч или

    29272,04 / 28 = 1045,43 кмоль/ч

    Расход этана в этановой фракции при степени конверсии, равной 55%:

    29272,04 /0,55 = 53221,89 кг/ч или

    53221,89/30 = 1774,06 кмоль/ч.

    Общий расход этановой фракции с учетом содержания этана сырье составит:

    53221,89× 100/97,24 = 54732,51 кг/ч.

    Результаты расчета компонентного состав сырья приведены в таблице 1.

    Таблица 1.

    Компонент
    М
    Состав % масс.
    Расход кг/ч
    Расход кмоль/ч
    Состав % мол.

    СН4
    16
    0,7
    383,11
    23,94
    1,4

    С2Н4
    28
    0,4
    218,92
    7,82
    0,44

    С2Н6
    30
    97,24
    53221,89
    1774,06
    97

    С3Н6
    42
    0,9
    492,57
    11,73
    0,65

    С3Н8
    44
    0,7
    383,11
    8,71
    0,5

    С4Н6
    54
    0,006
    3,284
    0,061
    0,00332

    Итого



    100,0000
    54703
    1826,321
    100,000


    Кинетика основной реакции процесса пиролиза:

    С2Н6 ↔ С2Н4 + Н2 (1.1)

    Описываетс уравнением первого порядка:

    k = (2.303/τ)×lg(α/( α-x)), (1.2)

    где k – константа скорости реакции, с-1; τ – время пиролиза, с; α – количество исходного реагента вступившего в реакцию, %; х – степень конверсии этана, %.

    Константу скорости реакции определяем по формуле:

    lgk = 14,676 15800/Т, (1.3)

    где Т – температура процесса, равная 830+270=1103К;

    lgk = 14,676-15800/1103=0,351.

    Время пиролиза определяется по формуле:

    lg τ = -12,75 + 13700/Т /16, с.39/ (1.4)

    В результате расчета константа скорости k=2,25с-1,

    время пиро лиза τ=0,47с.

    Находим степень конверсии этана x из (1.2), откуда

    х = 65,33 %.

    Фактическая степень конверсии этана в этилен при 8300С и τ=0,47 с составляет α/ = 0,55

    Количество водяного пара на входе в трубчатую печь составит

    54732,51 ×0,3=16419,753 кг/ч

    Количество парогазовой смеси на входе в трубчатую печь составит

    54732,51 + 16419,753 = 71152,263 кг/ч.

    По основной реакции (1.1) расход этана составляет 1045,43 кмоль/ч

    или 1045,43 ×30=31362,9 кг/ч.

    В ходе этой реакции образуются:

    • этилен 1045,43 кмоль/ч или 29272,04 кг/ч;

    • водород 1045,43 кмоль/ч или 2090,86 кг/ч.

    Всего конвертируется этана 1774,06 ×0,6533 = 1158,99 кмоль/ч или 34769,81 кг/ч.

    Следовательно, на побочные реакции расходуется этана

    1158,99 – 1045,43 = 113,56 кмоль/ч или 3406,8 кг/ч.

    По реакции (1.5)

    2С2Н6 ↔ С3Н6 + СН4 + Н2 (1.5)

    расход этана составляет 50% , что соответствует

    113,56 × 0,5 = 56,78 кмоль/ч или 1703,4 кг/ч.

    С учетом стехиометрии реакции образуются:

    • пропилен 28,39 кмоль/ч или 1192,38 кг/ч;

    • метан 28,39 кмоль/ч или 454,24 кг/ч;

    • водород 28,39 кмоль/ч или 56,78 кг/ч.

    По реакции (1.6):

    С2Н6 + Н2 ↔ 2СН4 (1.6)

    расход этана составляет 113,56 – 56,78 = 56,78 кмоль/ч или 1703,4 кг/ч;

    расход водорода – 56,78 кмоль/ч или 113,56 кг/ч;

    образуется метана 113,56 кмоль/ч или 1816,96 кг/ч.

    Пропан в составе этановой фракции превращается по следующим реакциям:

    С3Н8 ↔ С3Н6 + Н2, (1.7)

    2С3Н8 ↔ С4Н10 + С2Н4 + Н2, (1.8)

    2С3Н8 ↔ С4Н8 + 2СН4, (1.9)

    2С3Н8 ↔ С4Н6 + 2СН4 + Н2, (1.10)

    2С3Н8 ↔ С5Н10 + СН4 + Н2, (1.11)

    С3Н8 + 2Н2 ↔ 3СН4, (1.12)

    С2Н4 ↔ С2Н2 + Н2, (1.13)

    В ходе реакции (1.7) расходуется 30% пропана, что составит 383,11×0,3 = 114,933 кг/ч.

    Образуются:

    • пропилен 2,87 кмоль/ч или 120,54 кг/ч;

    • водород 2,87 кмоль/ч или 5,74 кг/ч.

    В ходе реакции (1.8) расходуется 10% пропана что составит 383,11×0,1 = 38,311 кг/ч или 0,87 кмоль/ч.

    Образуются:

    - бутан 0,87/2 = 0,435кмоль/ч или 25,23 кг/ч;

    • этилен 0,435 кмоль/ч или 11,31 кг/ч;

    • водород 0,435 кмоль/ч или 0,87 кг/ч.

    В ходе реакции (1.9) расходуется 6% пропана, что составит

    383,11×0,06 = 22,98 кг/ч или 0,52 кмоль/ч.

    Образуются:

    - бутилен 0,52/2 = 0,26 кмоль/ч или 14,56 кг/ч;

    - метан 0,52 кмоль/ч или 1,04 кг/ч.

    В ходе реакции (1.10) расходуется 20% пропана, что составит

    383,11×0,2 = 76,62 кг/ч или 1,74 кмоль/ч.

    Образуются:

    - бутадиен 1,74/2 = 0,87 кмоль/ч или 48,72 кг/ч;

    - метан 1,74 кмоль/ч или 27,84 кг/ч;

    - водород 0,87 кмоль/ч или 1,74 кг/ч.

    В ходе реакции (1.11) расходуется 8% пропана, что составит

    383,11×0,08 = 30,65 кг/ч или 0,69 кмоль/ч.

    Образуются:

    - пентен 0,69 кмоль/ч или 48,3 кг/ч;

    - метан 0,69 кмоль/ч или 11,04 кг/ч;

    - водород 0,69 кмоль/ч или 1,38 кг/ч.

    В ходе реакции (1.12) расходуется 15% пропана, что составит 383,11×0,15 = 57,46 кг/ч или 1,31 кмоль/ч, а также 1,31×2 = 2,62 кмоль/ч или 5,24 кг/ч водорода.

    Образуется:

    - метан 1,31× 3 = 3,93 кмоль/ч или 62,88 кг/ч.

    Расход пропана по реакциям (1.7), (1.8), (1.9), (1.10), (1.11), (1.12) составит:

    114,933 + 38,311 + 22,98 + 76,62+ 30,65+ 54,76 = 338,254 кг/ч или

    2,87 + 0,87 + 0,52 + 1,74 + 0,69 + 1,31= 8 кмоль/ч.

    Количество оставшегося пропана в пирогазе 383,11– 338,254 = 44,856 кг/ч или 8,71 – 1,31 = 7,4 кмоль/ч.

    По реакции (1.13) расходуется 50 % образовавшегося по реакции (1.8) этилена, что составляет 11,31× 0,5 = 5,655 кг/ч или 0,21 кмоль/ч.

    Образуются:

    - ацетилен 0,21 кмоль/ч или 5,46 кг/ч;

    - водород 0,21 кмоль/ч или 0,42 кг/ч.

    Бутадиен взаимодействует с этиленом по реакции:

    С4Н6 + С2Н4 ↔ С6Н6 + 2Н2 (1.14)

    В эту реакцию вступает 10%, образовавшегося по реакции (1.10) бутадиена, что составляет 48,72 × 0,1 = 4,872 кг/ч или

    0,09 кмоль/ч.

    Расходуется на эту реакцию этилена 0,09 кмоль/ч или 2,52 кг/ч. Образуются:

    - бензол 0,09 кмоль/ч или 7,02 кг/ч;

    - водород 0,09×2 = 0,18 кмоль/ч или 0,36 кг/ч.

    Таким образом, по реакции (1.14) остается бутадиена 48,72 – 4,872=43,848 кг/ч или 0,812 кмоль/ч.

    Всего образуется метана по реакциям (1.5), (1.6), (1.9), (1.10), (1.11), (1.12):

    454,24 + 1816,96 + 1,04+ 27,84 + 11,04 + 62,88 = 2374 кг/ч или

    28,39+ 113,56 + 0,52 + 1,74 + 0,69 + 3,93 = 148,83 кмоль/ч.

    Общее количество в пирогазе метана составляет

    383,11+ 2374 = 2757,11 кг/ч или

    23,94 + 148,83 = 172,77 кмоль/ч.
    Метан подвергается конверсии по реакции: СН4 + Н2О ↔ СО +3Н2 (1.15)

    При этом расходуется 1% имеющегося в пирогазе метана, что составляет

    2757,11× 0,01 = 27,5711 кг/ч или 1,72 кмоль/ч.

    Расход водяного пара составит 1,72 кмоль/ч или 1,72×18 = 30,96 кг/ч.

    По этой реакции образуется:

    • оксида углерода 1,72 кмоль/ч или 48,16 кг/ч;

    • водорода 1,72×3 = 5,16 кмоль/ч или 10,32 кг/ч. Остается в пирогазе:

    - метана 2757,11 – 27,5711 = 2729 кг/ч или 170 – 1,72 = 168,28 кмоль/ч;
    Этилена в составе этановой фракции содержится 218,92 кг/ч

    (7,82 кмоль/ч), образуется по реакции (1.8) 11,31 кг/ч (0,435 кмоль/ч), расходуется по реакциям (1.13), (1.14):

    5,655 + 2,52= 8,175 кг/ч или 0,21 + 0,09 = 0,3 кмоль/ч.

    Всего этилена в пирогазе содержится:

    29272,04 + 218,92 + 11,31 – 8,175 = 29494,095 кг/ч или

    1045,43 + 7,82 + 0,435 – 0,3 = 1053,385 кмоль/ч.

    Водород образуется по реакциям (1.1), (1.5), (1.7), (1.8), (1.10), (1.11), (1.13), (1.14), (1.15) в количестве:

    2090,86 + 56,78 + 113,56 + 5,74 + 0,87 + 1,74 + 1,38 + 5,24 + 0,42 + 0,36 =

    2276,95 кг/ч или 1045,425 + 28,39 + 56,78 + 2,87 + 0,435 + 0,87 +

    0,69 + 2,62 + 0,21 + 0,18 =1138,47 кмоль/ч.

    Расход водорода по реакциям (1.6), (1.12) составит: 113,56 + 5,24 = 118,8 кг/ч или 59,4 кмоль/ч.

    Остается водорода в пирогазе 2276,95 – 118,8 = 2158,15 кг/ч или

    1138,47 – 59,4 = 1079,07 кмоль/ч.

    Количество этана в пирогазе

    53221,89 – 34769,81 = 18452,08 кг/ч или 1774,06 – 1158,99 = 615,07 кмоль/ч.

    1.2 Расчет необходимого числа печей для обеспечения заданной производительности установки
    Производительность одной печи по сырью (этановой фракции) 9000 кг/ч.

    Расчет необходимого числа печей производится делением общего расхода этановой фракции (на установку) на производительность одной печи.

    Таким образом, количество необходимых печей составляет:

    n = 54732,51 / 9000 = 6,081.

    К установке принимается 6 печей, дополнительно 2 резервные. Итого принимаются 8 печей. Далее расчет ведется на одну печь.

    написать администратору сайта