Лабораторная работа. Laboratornaya_2_Trapeznikova_E_F пиролиз 11. Исследование процесса пиролиза бензиновой фракции

• Название: Исследование процесса пиролиза бензиновой фракции
• Анкор: Лабораторная работа
• Дата: 15.11.2022
• Размер: 133.78 Kb.
• Имя файла: Laboratornaya_2_Trapeznikova_E_F пиролиз 11.docx
• Тип: Отчет; #789702

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра: «Газохимия и моделирование химико-технологических процессов»

Отчет

по лабораторной работе №2

на тему: «Исследование процесса пиролиза бензиновой фракции»

Вариант 6

Выполнил: студент группы БТК-16-01 Газизов А.И.

Принял: доцент кафедры ГМХТП Трапезникова Е.Ф.

Уфа 2019
Цель работы: На примере процесса пиролиза бензина рассмотреть:

• 
  принцип исследования химического реакционного процесса;
  
• 
  алгоритм решения математической модели в виде системы дифференциальных уравнений методом Эйлера;
  
• 
  составление кинетической, гидродинамической и полной моделей процесса;
  
• 
  поиск оптимальных условий ведения процесса.
  

Исходные данные:

Номер варианта	Состав сырья, % об.				Расход сырья, кг/ч		Давление, Р, ата		Начальная температура пиролиза, ˚С		Градиент температур, ˚С/м
	C2H6	C3H8	C4H10	C5+
6	10	10	25	55		2500		1,50		750		1,5

Таблица 1 – Исходные данные

Теоретическая часть:

Пиролиз, или сухая перегонка, – процесс термического разложения горючих органических соединений без доступа кислорода. В процессе пиролиза образуется смесь горючих газов (синтез-газ) и ряд других продуктов, состав которых зависит от природы исходного сырья, температурного режима, давления, скорости нагрева в реакторе, времени нахождения в камере. При нагревании исходного сырья при отсутствии кислорода сложные органические соединения расщепляются на более простые, вплоть до образования твердого углеродного остатка. В процессе пиролиза преобразование сырья проходит в несколько стадий: высушивание, сухая перегонка, неполное сгорание, газификация.
В качестве основы кинетической модели пиролиза легкой бензиновой фракции рассмотрим упрощенную схему процесса, предложенную Жоровым Ю. М., Васильевой Н. И. и Панченковым Г. Н. Ниже приведены уравнения основных семи реакций, протекающих при пиролизе (схема кинетики пиролиза бензиновой фракции):

С₂Н₆(N(1)) _1,1С₂Н₄(N(2))+_2,1СН₄(N(3))

С₃Н₈(N(4)) _1,2С₂Н₄(N(2))+_2,2С₂Н₆(N(1))+_3,2С₃Н₆(N(5))+_4,2СН₄(N(3))

С₄Н₁₀(N(6)) _1,3С₄Н₆(N(7))+_2,3С₂Н₄(N(2))+_3,3С₃Н₆(N(5))+

+_4,3С₂Н₆(N(1))+_5,3СН₄(N(3))

С₅(N(8)) _1,4С₃Н₆(N(5))+_2,4С₂Н₆(N(1))+_3,4С₂Н₄(N(2))+_4,4СН₄(N(3))

С₂Н₄(N(2)) _1,5С₂Н₂(N(9))+_2,5Н₂(N(10))

С₂Н₄(N(2)) полимеры(N(11))

С₃Н₆(N(5)) полимеры(N(11))

Рис. 1.Схема кинетики пиролиза легкой бензиновой фракции


Блок-схема




Программа:

import math

print ('Анализ кинетики пиролиза легкой бензиновой фракции')

print ('Компоненты: 1-этан, 2-этилен, 3-метан, 4-пропан, 5-пропилен, 6-бутан')

print ('7-бутадиен, 8-парафины от пентана и выше, 9-ацетилен, 10-водород' )

print ('11-продукты полимеризации этилена и пропилена')

print ()

C=[0 for i in range(11)]

N=[0 for i in range(11)]

P=[0 for i in range(11)]

N1=[0 for i in range(11)]

C[0]=0.1; C[3]=0.1; C[5]=0.25; C[7]=0.55

M=30*C[0]+44*C[3]+58*C[5]+85*C[7]

G=M/22.4

P0=1.5; T1=750+273; T2=0.001; T=1

print ('Молекулярная масса сырья М=', M)

print ( 'Плотность сырья G=',"%6.3f"%G,'кг/м^3 при нормальных условиях')

print ('Состав исходного сырья')

print (' кг/м^3 % весовой')

for i in range(11):

N[i]=0

N[0]=30*C[0]/22.4

N[3]=44*C[3]/22.4

N[5]=58*C[5]/22.4

N[7]=85*C[7]/22.4

N1[i]=N[i]*100/G

print('N[',i+1,']=',"%6.3f"%N[i],' N1[',i+1,']=',"%6.3f"%N1[i])

print ()

print ('Температура пиролиза:',T1,'K')

print ('Давление пиролиза Р=',P0,'ата')

print ()

for i in range (11): P[i]=N[i]

Z=T1*8.31

K1=0.121*10**7*P0*math.exp(-125000/Z)

K2=2.2*10**10*P0*math.exp(-209000/Z)

K3=1.68*10**7*P0*math.exp(-145000/Z)

K4=0.725*10**10*P0*math.exp(-184000/Z)

K5=0.125*10**6*P0*math.exp(-135500/Z)

K6=0.174*10**6*P0*math.exp(-125000/Z)

K7=0.195*10**6*P0*math.exp(-125000/Z)

T3=0; j=0; s=0

while True:

N[0]=N[0]+(-K1*P[0]+0.34*K2*P[3]+0.15*K3*P[5]+0.37*K4*P[7])*T2

N[1]=N[1]+(0.47*K1*P[0]+0.32*K2*P[3]+0.32*K3*P[5]+0.35*K4*P[7]-K5*P[1]-K6*P[1])*T2

N[2]=N[2]+(0.53*K1*P[0]+0.18*K2*P[3]+0.16*K3*P[5]+0.12*K4*P[7])*T2

N[3]=N[3]-K2*P[3]*T2

N[4]=N[4]+(0.16*K2*P[3]+0.27*K3*P[5]+0.16*K4*P[7]-K7*P[4])*T2

N[5]=N[5]-K3*P[5]*T2

N[6]=N[6]+0.1*K3*P[5]*T2

N[7]=N[7]-K4*P[7]*T2

N[8]=N[8]+0.15*K5*P[1]*T2

N[9]=N[9]+0.85*K5*P[1]*T2

N[10]=N[10]+(K6*P[1]+K7*P[4])*T2

for i in range(11): P[i]=N[i]

j+=1; T3+=T2

if T3>=T: break

for i in range (11):

s+=N[i]

q=(math.fabs(G-s))*100/G

N1[i]=100*N[i]/G

x=100-N1[0]-N1[3]-N1[5]-N1[7]

d=N1[1]*100/x

d1=N1[4]*100/x

d2=N1[6]*100/x

print ('Состав реакционной смеси')

print (' кг/м^3 % весовой')

for i in range (11): print ('N[',i+1,']=',"%6.3f"%N[i], ' N1[',i+1,']=', "%6.3f"%N1[i])

print ('Ошибка рассчета материального балланса', "%6.3f"%q, '%')

print ('Количество итераций j=',j)

print ('Конверсия сырья x=',"%6.3f"%x,' %')

Вывод программы:

Анализ кинетики пиролиза легкой бензиновой фракции

Компоненты: 1-этан, 2-этилен, 3-метан, 4-пропан, 5-пропилен, 6-бутан

7-бутадиен, 8-парафины от пентана и выше, 9-ацетилен, 10-водород

11-продукты полимеризации этилена и пропилена

молекулярная масса сырья м = 68.65

Плотность сырья G = 3.065 кг/м^3 при нормальных условиях

Состав исходного сырья

кг/м^3 % весовой

N[ 1 ]= 0.134 N1[ 1 ]= 4.370

N[ 2 ]= 0.000 N1[ 2 ]= 0.000

N[ 3 ]= 0.000 N1[ 3 ]= 0.000

N[ 4 ]= 0.196 N1[ 4 ]= 6.409

N[ 5 ]= 0.000 N1[ 5 ]= 0.000

N[ 6 ]= 0.647 N1[ 6 ]= 21.122

N[ 7 ]= 0.000 N1[ 7 ]= 0.000

N[ 8 ]= 2.087 N1[ 8 ]= 68.099

N[ 9 ]= 0.000 N1[ 9 ]= 0.000

N[ 10 ]= 0.000 N1[ 10 ]= 0.000

N[ 11 ]= 0.000 N1[ 11 ]= 0.000

Температура пиролиза: 1023 K

Давление пиролиза Р= 1.5 ата

Состав реакционной смеси

кг/м^3 % весовой

N[ 1 ]= 0.556 N1[ 1 ]= 18.155

N[ 2 ]= 0.993 N1[ 2 ]= 32.417

N[ 3 ]= 0.560 N1[ 3 ]= 18.267

N[ 4 ]= 0.098 N1[ 4 ]= 3.201

N[ 5 ]= 0.417 N1[ 5 ]= 13.608

N[ 6 ]= 0.241 N1[ 6 ]= 7.877

N[ 7 ]= 0.041 N1[ 7 ]= 1.324

N[ 8 ]= 0.027 N1[ 8 ]= 0.888

N[ 9 ]= 0.002 N1[ 9 ]= 0.078

N[ 10 ]= 0.014 N1[ 10 ]= 0.445

N[ 11 ]= 0.115 N1[ 11 ]= 3.740

Ошибка расчета материального баланса 0.000 %

Количество итераций j= 1000

Конверсия сырья x= 69.879 %

>>>


Рис. 1 – Зависимость конверсии сырья от температуры
Вывод:

В ходе лабораторной работы был исследован процесс пиролиза бензиновой фракции. В процессе исследования была составлена кинетическая модель процесса и решена в виде системы дифференциальных уравнений методом Эйлера с помощью программы на языке программирования Python. По результатам программы при заданных исходных данных конверсия сырья составила 69.879 %.