Расчет реакторного блока установки сернокислотного алкилирования изобутана олефинами
Расчет
реакторного блока установки сернокислотного алкилирования изобутана олефинами
Введение
алкилирование изобутан реактор
колонна
В производстве автомобильных бензинов
наблюдается тенденция к повышению их октанового числа, так как использование
высокооктановых бензинов позволяет без увеличения габаритов повысить мощность
карбюраторных двигателей с одновременным снижением удельного расхода топлива.
Основные сорта бензина должны иметь октановое число порядка 93-95. Наряду с
этим по соображениям охраны окружающей среды резко сокращается производство
этилированных бензинов или значительно уменьшается содержание в них
тетраалкилсвинца для снижения выбросов в атмосферу токсичных соединений
углерода, серы и азота в составе выхлопных газов и отравляющего воздействия
продуктов разложения тетраалкилсвинца на катализаторы дожигания выхлопных газов
двигателя. В этой связи особенно целесообразно увеличение содержание
высокооктановых изопарафиновых компонентов в автобензине, которые, имея высокое
октановое число по исследовательскому методу обладает низкой чувствительностью.
В основе процессов производства высокооктановых
изонарафиновов лежат реакции изомеризации н-парафинов и алкилированных
парафиновых углеродов олефиновыми углеродами С2 - С5.
Алкилированием называют процессы
введения алкильных групп в молекулы органических и некоторых неорганических
веществ. Эти реакции имеют очень большое практическое значение для синтеза
алкилированных в ядро ароматических соединений, изопарафинов, многих
меркаптанов и сульфидов, аминов, веществ с простой эфирной связью, элемент- и
металлорганических соединений, продуктов переработки 
-оксидов и
ацетилена. Процессы алкилирования часто являются промежуточными стадиями в
производстве мономеров, моющих веществ и т. д.
Многие из продуктов алкилирования
производятся в очень крупных масштабах. Так, в США синтезируют ежегодно около 4
млн. т этилбензола, 1,6 млн. т изопропилбензола, 0,4 млн. т высших
алкилбензолов, свыше 4 млн. т гликолей и других продуктов переработки
алкиленоксидов, около 30 млн. т изопарафинового алкилата, около 1 млн. т
трет-бутилметилового эфира и т. д.
По механизму реакции алкилирования
относятся к двум основным группам:
реакции кислотно-каталитического
алкилирования;
реакции термического алкилирования.
В настоящее время практически весь объём
промышленного производства моторных алкилатов основан на методе
кислотно-каталитического алкилирования.
1. Литературный обзор
.1 Сырьё, продукты, катализаторы процесса
алкилирования
В промышленных условиях в качестве сырья
применяют узкие фракции углеводородов.
Из парафинистых углеводородов наибольшее
практическое значения для алкилирования имеет изубутан, фракцию С3-С5
попутных нефтяных газов и газов нефтепереработки используют для получения
изобутана. Высокое давление паров (520 кПа при 38 ºС)
ограничивает возможность применения непосредственно как комплекта моторных
топлив. При дефиците изобутана иногда в промышленных процессах алкилирования к
изобутану добавляют изопентан (не более 20%).
Качество получающегося при сернокислотном
алкилировании изобутана снижается в зависимости от используемого олефина в
следующей последовательности:
Бутилен-2 - бутилен-1 - изобутилен-2 -
метилбутан-1 - 2-метилбутилен-2 - пентен-2 - пропилен. Примерно в такой же
последовательности увеличивается расход изобутана и серной кислоты. В связи с
этим в промышленных условиях алкилируют изобутан смесью бутиленов, которая
может быть получена во многих крупномонтажных вторичной переработки нефти:
термическом и каталитическом крекинге, деструктивной перегонке тяжёлых
остатков, коксовании, гидроформинге, гидрокрекинге.
Смесь, поступающая на алкилирование, содержит
избыток изобутана по сравнению с олефинами. При использовании
бутан-бутиленового сырья избыток изобутана составляет 10-15%. Часто принимают
смесь пропилена и бутиленов, содержащую до 30% пропилена.
Продукцией процесса алкилирования, на примере
серно-кислотного алкилирования, являются лёгкий и тяжёлый алкилаты, пропан,
н-бутан, изобутан (при избыточном содержании в исходном сырье). Характеристика
лёгкого алкилата (к.к. 180 ºС)
,используемого как высокооктановый компонент бензинов: плотность 690-720 кг/м3,
октановое число 91-95 (по моторному методу), иодное число менее 1%, содержание
фактических смол менее 2.
Тяжёлый алкилат, выкипающий в интервале
температур 185-310 ºС,
плотностью 790-810 кг/м3 применяется в качестве компонента
дизельного топлива и растворителя для различных целей.
Промышленная реализация процессов
кислотно-каталитического алкилирования основано на использовании катализаторов
Н2SО4,
HF и
компонентов AlCl3.
Серная кислота обладает значительно большей
протонодонорной активностью, чем фтороводород - для 100% кислоты на два порядка
выше. Однако уровень значений диэлектрических постоянных таков, что в обеих
кислотах концентрация ионных пар незначительна, полярность растворителей
обеспечивает независимость противоионов друг от друга. Значительно более
высокие плотности, вязкость и поверхностное натяжение серной кислоты намного
усложняют создание высокой поверхности раздела между фазами кислота -
углеводороды по сравнению со фтороводородом. Особенно важным отличием
фтороводорода является значительно большая (примерно на порядок) растворимость
в нем изобутана. Скорость растворения алкенов в кислотах гораздо больше, чем
изобутана.
В результате больших скорости растворения и
растворимости изобутана во фтороводороде соотношение изобутан : алкен в
реакционной зоне (в пленке кислоты, в которой идет реакция) значительно выше,
чем в случае серной кислоты. Поэтому роль побочных реакций при применении в
качестве катализатора фтороводорода меньше, чем при катализе серной кислотой. В
результате выход основных продуктов реакции при фтороводородном алкилировании
значительно выше, чем при сернокислотном. Значительно меньшая роль побочных
реакций при фтороводородном алкилировании позволяет проводить процесс без
искусственного охлаждения.
По мере использования кислот их концентрация
снижается вследствие разбавления водой, содержащейся в сырье, и продуктами
взаимодействия с углеводородами. Разбавление кислот водой снижает их
протонодонорную активность очень сильно, разбавление углеводородными продуктами
- в значительно меньшей степени. Поэтому для характеристики активности
катализатора важна не столько концентрация кислоты, сколько содержание в ней
воды. Серная кислота разбавляется водой не только содержащейся в сырье, но и
образующейся в результате окисления углеводородов по реакции:
СnН2n
+ Н2SО4
→ СnН2n-2
+ 2Н2O + SО2
.
По мере использования серной кислоты в ней накапливаются,
помимо воды, продукты окисления и сульфирования ненасыщенных углеводородов.
88-90 % кислоту выводят из процесса. Этот предел разбавления используемой
серной кислоты определяется следующим. Во-первых, по мере накопления в кислоте
воды ухудшается растворимость в ней изобутана. Во-вторых, разбавление кислоты
вызывает опасность коррозии оборудования. Наконец, снижается протонодонорная
активность кислоты. Все эти причины возникают, в первую очередь, в результате
разбавления кислоты водой, и если доля воды в кислотной фазе мала, то
концентрация используемой кислоты может быть и несколько ниже указанной.
Верхний предел содержания серной кислоты составляет 98% и определяется тем, что
кислота более концентрированная имеет высокую температуру кристаллизации и
повышенную активность относительно окисления и сульфирования углеводородов.
В свежей серной кислоте изобутан растворяется
хуже, чем в кислоте, разбавленной небольшим количеством продуктов сульфирования
и окисления ненасыщенных углеводородов, образующихся в результате побочных
реакций и растворяющихся в кислоте. Поэтому результаты алкилирования в первые
часы работы свежей кислоты постепенно улучшаются и достигают максимальных при
95-96% кислоте. Растворимость изобутана в кислоте повышается, и результаты алкилирования
улучшаются при добавлении к свежей кислоте органических продуктов, выделенных
из отработанной кислоты. Применяют также специально синтезируемые добавки к
кислоте, повышающие растворимость в ней изобутана. Расход серной кислоты в
зависимости от параметров процесса составляет 60 - 250 кг/м3
алкилата.
.2 Механизм алкилирования изобутана
Процесс алкилирования изобутана алкенами
применяется в нефтеперерабатывающей промышленности с целью получения
высокооктанового компонента товарного бензина.
Алкилирование алканов алкенами является
равновесным экзотермическим процессом, обратным крекингу углеводородов:
RH + CH2 = CHR' ↔
RR' - CH - CH3 + Q , (Q = 75-96 кДж/моль).
Реакция смещается вправо при понижении
температуры, при температуре 300°К процесс можно считать необратимым.
Из алканов к каталитическому алкилированию
способны только изоалканы, имеющие третичный атом углерода. Алкены могут быть
различными, но чаще используют н-бутилены, алкилирующие изобутан с образованием
С8Н18, наиболее пригодным как компонент моторного
топлива:
.
Целевой продукт алкилирования -
изооктан - содержит смесь изомеров - 2,2,4; 2,2,4-, 2,3,4-, 2,3,3
-триметилпентан. Причина лежит в особенностях механизма реакции, осложненной
процессами изомеризации. Общепринято, что каталитическое алкилирование
изоалканов идет через промежуточные образования ионов карбония.
.
Вторичный ион карбония менее
устойчив, чем третичный, вследствие чего происходит быстрый обмен гидрид-ионом
с изопарафином:
.
Образующийся третичный
карбоний-катион реагирует с исходным олефином:
.
Получившийся ион карбония склонен к
внутримолекулярным перегруппировкам, сопровождающимся миграцией водорода и
метильных групп.
Ионы карбония взаимодействуют с
изобутаном, в результате чего получается С8Н18 и
третичный бутил-катион:
Состав изомеров зависит как от
стабильности промежуточных карбоний-ионов, так и от обменной скорости с
изобутаном.
Побочные реакции:
) 
) 
и т.д.
В результате побочных реакций
получаются ненасыщенные полимеры, ухудшающие качество алкилата и ведущие к
повышенному расходу катализатора.
Применение избытка изоалканов
подавляет все побочные реакции, положительно влияет на выход и качество
алкилата, повышает его октановое число, снижает расход катализатора,
оптимальным является отношение изоалкан:алкен равное (4:6):1. С использованием
серной кислоты в качестве катализатора температура процесса равна 5-15 °С,
фтороводородной кислоты - 20-30 °С. Расход серной и фтороводородной кислот
составляет 250кг и 0,7кг на тонну алкилата.
Рассмотрим процессы сернокислотного
алкилирования и фтористоводородного алкилирования.
Сернокислотное алкилирование.
Важными характеристиками для технологического оформления процессов жидкофазного
алкилирования изобутана олефинами в присутствии H2SO4 являются
взаимные растворимости изобутана и H2SO4.
Растворимость изобутана в H2SO4 невелика и
заметно снижается с уменьшением концентрации кислоты, (таблица 1).
Таблица 1 - Растворимость изобутана
в H2SO4
|
Концентрация
H2SO4 % (масс.)
|
99,5
|
98,7
|
96,5
|
|
Растворимость
изобутана в H2SO4 при
температуре 13,3 ˚С % (масс)
|
0,10
|
0,07
|
0,04
|
Растворимость серной кислоты в изобутане имеет
более низкие значения, вследствие чего необходимо применять интенсивное
перемешивание реакционной смеси. При этом октановые характеристики
сернокислотного алкилата находятся в прямой пропорциональной зависимости от
степени диспергирования. Наилучшие по качеству алкилаты образуются при
использовании 98 - 99%-ной H2SO4.
Химические свойства примесей в сырье оказывают
различное влияние на степень разбавления H2SO4
в ходе реакции алкилирования. Более низкие температуры проведения реакции
алкилирования и высокие соотношения изобутан/олефин благоприятно сказываются на
выходе и составов алкилатов и расходе H2SO4.
Увеличение времени контакта в интервале 0,6 -
6,0 мин способствует повышению выхода алкилата и содержания фракции в алкилате
при одновременном росте октанового числа.
.3 Технология процесса алкилирования парафинов
В промышленности алкилированию чаще всего
подвергают изобутан и значительно реже изопентан. Из олефинов наибольшее
применение как алкилирующие агенты нашли н-бутены (смесь 1- и 2-изомеров),
которые с изобутаном дают алкилат, богатый углеводородами С8 и часто
называемый просто изооктаном. Нередко в качестве сырья берут бутан-бутеновую
фракцию крекинг-газов, содержащую все необходимые реагенты и очищенную от
бутандиена-1,3.
Реакционная масса представляет собой двухфазную
систему, которую эмульгируют с помощью мешалок или питающих насосов. При
использовании серной кислоты существенное значение имеет ее концентрация.
Лучшие результаты получаются с 98 - 100% кислотой, но она постепенно
разбавляется влагой, присутствующей в исходных реагентах. Минимально допустимой
считается концентрация 88 - 90%, поэтому часть кислоты приходится все время
отводить из системы и добавить свежую. Расход серной кислоты составляет обычно
5 - 7 кг на 100 л алкилата. В самом реакторе объемное отношение кислоты и
углеводородов составляет 1 : 1 и даже доходит до 70% (об.) кислоты. Избыточный
катализатор отделяют от углеводородов в сепараторе и возвращают на реакцию.
Для процесса применяют аппараты двух типов,
различающиеся способом отвода выделяющегося тепла: при помощи внутреннего
охлаждения жидким аммиаком (или пропаном) или за счет испарения избыточного
изобутана. В первом случае в алкилаторе, снабженном мощной мешалкой, имеются
охлаждающие трубы, в которых теплоноситель испаряется (рисунок 1).
Рисунок 1 - Трубчатый реактор
Его пары направляют затем на холодильную
установку, где они снова превращаются в жидкость.
Более эффективен метод теплоотвода за счет
испарения избыточного изобутана, что облегчает регулирование температуры. Один
из интересных типов алкилаторов, работающих по этому принципу, изображен на
рисунке 2.
Рисунок 2 - Реактор - алкилатор
В нем реакционное пространство разделено
перегородками на несколько секций с мешалками (каскады). Бутен подводится
отдельно в каждую секцию, вследствие чего концентрация олефина в секциях очень
мала, и это позволяет подавать побочную реакцию полимеризации. Серная кислота и
изобутан поступают в первую секцию слева, и эмульсия перетекает через
вертикальные перегородки из одной секции в другую. Вторая справа секция служит
сепаратором, в котором кислота отделяется от углеводородов и возвращается на
алкилирование. Через последнюю перегородку перетекает смесь углеводородов,
поступающая на дальнейшую переработку.
2. Выбор и обоснование технологии осуществления
процесса
Как показали исследования, реакция алкилирования
в присутствии концентрированной серной кислоты протекает избирательно. Легче
всего подвергаются алкилированию изобутан и изопентан, то есть парафиновые
углеводороды, содержащие один третичный атом углерода в молекуле. Парафиновые
углеводороды с четвертичным атомом углерода в молееуле типа
2,2-диметилбутанаалкилируется значительно труднее и при более жестких условиях.
Парафиновые углеводороды нормального или изостроения, содержащие одновременно с
третичным четвертичным атом углерода, например 2,2,4-триметилпентан, в
присутствии серной кислоты практически не аклилируются.
Большее влияние на избирательность реакции и
результаты процесса оказывает структура применяемого олефина.
Этот процесс предназначен для синтеза
высокооктановых компонентов авиационных и автомобильных бензинов. На рисунке 3
представлена принципиальная технологическая схема установки сернокислотного
алкилирования изобутана олефинами.
Сырьё (бутан-бутиленовая фракция) насосом Н-1
предварительно охлаждается в ребойлере Т-1 за счёт испарения циркулирующего
изобутана и параллельными потоками поступает в реакционные зоны реактора Р-1.
Каскадный реактор алкилирования, имеет 3-6 реакционных зон (секции). На
некоторых установках используется 2 реактора. В первую зону реактора Р-1
подаются циркулирующий изобутан и серная кислота, эмульсия кислоты и изобутана
последовательно проходит реакционные зоны и таким образом создается в каждой
зоне большая кратность изобутан : бутилены и кислота : сырье. Давление в
реакторе Р-1 регулируется за счет испарения изобутана.
После реакционной зоны смесь поступает в
отстойную зону реактора. Из отстойной зоны серная кислота отводится на циркуляцию
в первую зону реактора Р-1 или сбрасывается, а углеводородная смесь проходит
нейтрализацию щелочью и промывку водой в промывном аппарате Е-6. При уменьшении
концентрации кислоты меньше 88% она меняется на свежую. Углеводородная смесь
после промывки идёт на блок фракционирования, где последовательно из смеси
выделяется изобутан в колонне К-2, н-бутан в колонне К-3 и лёгкий и тяжёлый
алкилаты в колонне К-4. Изобутан из колонны К-2 возвращается в первую зону
реактора Р-1. При некотором избытке изобутана в исходном сырье предусмотрено
его удаление.
Газообразные продукты после реактора Р-1
поступают в каплеотбойник С-2, компримируются в компрессоре ЦК-2 и после
охлаждения в конденсаторе-холодильнике Т-3 поступают в пропановую колонну К-1,
где от изобутана отделяется пропан и легкие газы метан и этан, образующиеся в
реакторе вследствие побочных реакций.
На многих современных установках сернокислотного
алкилирования углеводородный поток, выходящий из реактора, очищают бокситом и
лишь затем нейтрализуют щелочью и промывают водой. Такая очистка нужна для
отделения сложных эфиров, образующихся под действием катализатора.
Установки алкилирования необходимы
нефтеперерабатывающей промышленности для получения бензинов с высоким октановым
числом, так как алкилат является лучшей октаноповышающей добавкой. Алкилат не
содержит ароматических и кислородсодержащих соединений, количество которых в
моторных топливах лимитируется.
Рисунок 3- Принципиальная схема сернокислотного
алкилирования изобутана олефинами
3. Характеристика качества сырья, целевых и
побочных продуктов
|
№
п/п
|
Наименование
сырья, материалов, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов, готовой
продукции
|
Показатели
качества, подлежащие проверке
|
Норма
по нормативному документу (заполняется при необходимости)
|
Область
применения готовой продукции
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
1
|
Сырье:
Изобутан
|
1.Фракционнный
состав: а) температура плавления, °С
|
-159,6
|
Сырье
установки для осуществления процесса
|
|
|
б)
температура кипения, °С
|
-11,73
|
|
|
|
в)
плотность, кг/м3, при 25°С
|
0,551
|
|
|
2
|
Серная
кислота
|
1)
температура кипения, °С
|
279,6
|
Катализатор
процесса для промативирования
|
|
|
2)плотность,
г/см3, при 25°С
|
1,8356
|
|
|
|
3)
температура плавления, °С
|
-10,38
|
|
|
|
4)
температура вспышки, °С
|
5317,5
|
|
|
|
5)
температура воспламенения, °С
|
1377
|
|
|
|
6)
концентрация, %
|
97
|
|
|
|
7)
кинематическая вязкость, см2/с при 20 °С
|
15,01
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
3
|
Продукт:
Легкий алкилат
|
1)
температура кипения, °С
|
180
|
Продукт,
высооктановый компонент бензина
|
|
|
2)
Плотность,кг/м3
|
690-720
|
|
|
|
3)Октановое
число
|
1-95
|
|
|
|
4)
Йодное число, %
|
менее
1
|
|
|
|
5)Содержание
факт. смол.
|
менее
2
|
|
|
4
|
Тяжелый
алкилат
|
1
) температура кипения, °С
|
185-310
|
Продукт
|
|
|
2)
плотность, кг/м3
|
790-810
|
|
4. Технологические расчеты процесса и основных
аппаратов
.1 Расчет реактора
.1.1 Расчет реактора
Реактор представляет собой полый горизонтальный
цилиндр, разделенный перегородками обычно на 5 секций (каскадов) с мешалками,
обеспечивающими интенсивный контакт кислоты с сырьем. Бутилен подводится
отдельно в каждую секцию, вследствие чего концентрация олефина в секциях очень
мала, это позволяет подавить побочные реакции. Серная кислота и изобутан
поступают в первую секцию, и эмульсия протекает через вертикальные перегородки
из одной секции в другую. Предпоследняя секция служит сепаратором, в котором
кислота отделяется от углеводородов. Через последнюю перегородку перетекает
продукт алкилирования, поступающий на фракционирование. Тепло реакции снимается
частичным испарением циркулирующего изобутана и полным испарением пропана, содержащегося
в сырье.
-5 - секции реактора; 6, 7 -
отстойные зоны; 8 - мешалки; 9 - сепаратор
Рисунок 4 - Схема горизонтального
каскадного реактора
Таблица 2 - Исходные данные
|
Вариант
|
Производительность,
тыс.т/год
|
Число
рабочих дней
|
Соотношение
изобутан:олефины
|
Объемное
соотношение кислоты и углеводородов
|
|
7
|
200
|
330
|
8:1
|
1,5:1
|
Принимаем производительность реактора П = 200000
т/г = 25252,5 кг/ч сырья, состав которого приводится в таблице 1.2.
Таблица 1.2 - Состав сырья
|
Показатели
|
Компоненты
|
Сумма
|
|
С3Н6
|
С3Н8
|
С4Н8
|
i-С4Н10
|
н-С4Н10
|
С5Н12
|
|
|
Молекулярная
масса Количество: кг/ч масс. доля
|
42
151,52
0,6
|
44
404,04
1,6
|
56
7070,71
28
|
58
9292,93
36,8
|
58
8030,30
31,8
|
72
303,03
1,2
|
-
25252,5 100
|
Отношение изобутан:олефин равно 8:1. Тогда
количество изобутана, которое необходимо подать в реактор
, (1.1)
где Go - количество
олефина (бутилена) в исходном сырье, кг/ч; Ми, Мо -
молекулярная масса, соответственно, изобутана и олефина.
Получим
.
Состав сырья, подаваемого в реактор,
с учетом избыточного изобутана приведен в таблице 1.3.
Таблица 1.3 - Состав сырья с учетом
избыточного изобутана
|
Показатели
|
Компоненты
|
Сумма
|
|
С3Н6
|
С3Н8
|
С4Н8
|
i-С4Н10
|
н-С4Н10
|
С5Н12
|
|
|
Количество:
кг/ч масс. доля
|
151,52 0,185
|
404,04
0,494
|
7070,71
8,637
|
58585,86
80,51
|
8030,30
9,81
|
303,03
0,37
|
74545,45
100
|
В процессе алкилирования применяется 97%-ная
серная кислота, которая отрабатывается до 90%-ной концентрации, считая на
моногидрат - H2SО4.
В таблице 1.4 приведено принятое в расчете снижение концентрации кислоты по
секциям реактора.
В таблице 1.4 приведено принятое в расчете
снижение концентрации кислоты по секциям реактора.
Таблица 1.4 - Снижение концентрации кислоты по
секциям реактора
|
Секции
|
Снижение
концентрации кислоты, % H2SО4
|
Средняя
концентрация, % H2SО4
|
|
1
2 3 4 5
|
97
- 96 = 1 96 - 94,5 = 1,5 94,5 - 93 = 1,5 93 - 91,5 = 1,5 91,5 - 90 = 1,5
|
96,5
95,25 93,75 92,25 90,75
|
Примем температуру реакции Т = 278 К. Будем считать,
что углеводороды и кислота загружаются в реактор также при температуре Т = 278
К.
В дальнейшем при расчете всех секций реактора
будем полагать, что:
пропилен, пропан, н-бутан и пентан, находящиеся
в сырье, в реакцию не вступают, поэтому их количества в процессе остаются
неизменными;
вся масса олефинов вступает в реакцию
алкилиропания, образуя соответствующее количество алкилата.
4.1.2 Расчет горизонтального реактора
алкилирования
.1.2.1 Расчет первой секции
Материальный баланс. Согласно схеме работы
реактора (рисунок 4), во все пять секций исходное сырье поступает параллельными
и равными потоками.
Поэтому в первую секцию подается всего
изобутана:
, (1.2)
где Gис=
кг/ч - масса
изобутана в исходном сырье (табл. 1.2);
.
Количество поступающего в первую
секцию циркулирующего изобутана
, (1.3)
или
;
(1.4)
;
Состав загрузки первой секции реактора
представлен в таблице 1.4.
Таблица 1.4 - Состав загрузки первой секции
|
Компонент
загрузки
|
Плотность
при 278 К, кг/м3
|
Мi
|
Количество
|
|
|
|
кг/ч
|
м3/ч
|
кмоль/ч
|
|
С3Н6
С3Н8 С4Н8 i-С4Н10(свежий)
i-С4Н10(рециркулят)
н-С4Н10 С5Н12 Сумма Катализатор
Всего
|
627,3
597,9 642 575,3 575,3 595 641 - 1820 -
|
42
44 56 58 58 58 72 - - -
|
30,30 80,81 14,1414 1858,59
42292,93 1606,06 60,61 54343,43 256873,21 311216,64
|
0,04
0,13 2,20 3,23 85,68 2,69 0,09 94,09 141,13 235,23
|
0,72
1,83 25,25 32,04 849,87 27,69 0,84 938,26 - -
|
Так как плотность серной кислоты зависит от
концентрации, то в дальнейшем при определении ее объема следует пользоваться
графиком (рис. 1.2) [7] и таблицей 1.3.
Рисунок 1.2 - График для определения плотности
кислоты
Определим состав углеводородной массы, выходящей
из первой секции. Согласно уравнению основной реакции алкилирования
,
в нее вступает 36,76 кмоль/ч олефина
и такое же число кмоль/ч свежего изобутана (табл. 1.4), поэтому выход алкилата
составит:
.
При этом количество свежего
изобутана, не вошедшего в реакцию (отработанного)
или
.
В таблице 1.5 приведен состав
углеводородов, покидающих первую секцию.
Таблица 1.5 - Состав углеводородов,
покидающих первую секцию
|
Компоненты
|
Мi
|
Количество
|
Состав,
мол. %
|
|
|
кг/ч
|
м3/ч
|
кмоль/ч
|
|
|
С3Н6
С3Н8 i-С4Н10(отработанный)
i-С4Н10(рециркулят)
н-С4Н10 С5Н12 Алкилат
|
42
44 58 58 58 72 114
|
30,30 80,81 393,94 42292,93
1606,06 60,61 2878,78
|
0,04
0,13 0,68 85,68 2,69 0,09 4,02
|
0,72
1,83 6,79 849,87 27,69 0,84 25,25
|
0,07
0,20 0,74 93,08 3,03 0,09 2,76
|
|
Сумма
|
-
|
54343,43
|
93,37
|
913,01
|
100
|
Тепловая нагрузка первой секции. Все внешние и
внутренние материальные потоки реактора, по ранее принятому условию, имеют
температуру Т = 278 К, поэтому тепловую нагрузку секции, без ущерба для
точности расчета, принимаем равной теплу, которое выделяется в процессе
алкилирования. Тепло основной реакции алкилирования по литературным данным [3]
составляет 75-85% тепловой нагрузки секции. Приняв, что тепло основной реакции
алкилирования составляет 80% тепловой нагрузки грузки секции q1, получим
, (1.5)
или
, (1.6)
где Gал1 = 2878,78
кг/ч - количество алкилата, получаемого в первой секции (таблица 1.5);
qp = 1050
кДж/кг алкилата - теплота основной реакции алкилирования [3];
.
Давление в первой секции. Давление
при температуре реакции Т = 278 К рассчитаем по уравнению изотермы жидкой фазы
[9]:
, (1.7)
где Pi - давление
насыщенных паров чистых углеводородов при Т = 278 К, определяется по диаграмме
Кокса или таблицам [8]; х/i-мольные
доли углеводородных компонентов (табл. 1.5); Рк - давление
насыщенного пара серной кислоты (при Т = 278 К принимается равным нулю, так как
температура ее кипения при нормальном давлении значительно выше 573 К).
Во всех остальных секциях
принимается такое же давление.
Количество углеводородов,
испаряющихся в первой секции. Пары, уходящие из секции, находятся в равновесии
с испаряющейся жидкостью. Их состав может быть определен по каждому компоненту
из уравнения равновесия фаз, в котором все величины правой части известны [3]:
; (1.8)
;
;
Проводим проверку:
По найденным концентрациям
компонентов в парах и теплотам испарения чистых компонентов при Т = 278 К [9]
находим по правилу аддитивности теплоту испарения r/m смеси
паров. Весь расчет сведен в таблицу 1.6.
Таблица 1.6 - Расчет теплоты
испарения
|
Компоненты
|
y/i, мольные
доли
|
r /i, кДж/моль
|
r /I · y/i,
кДж/кмоль
|
|
С3Н6
С3Н8 i-С4Н10
н-С4Н10 С5Н12 Алкилат (С8Н18)
|
0,0030
0,0063 0,9591 0,0187 0,000161 0,000087
|
15600
16200 20400 22000 27400 42300
|
46,91
101,77 19768,84 411,4 4,41 3,72
|
|
Сумма
|
≈1
|
-
|
r/m=20337
|
Зная теплоту испарения смеси r/m
и тепловую нагрузку секции Q1,
определим количество паров углеводородов, образующихся в первой секции:
; (1.9)
.
Количества каждого компонента в
парах найдем по формуле
(1.10)
Проводим проверку:
Анализируя сделанные расчеты,
нетрудно сделать вывод, что практически весь теплосъем в первой секции
осуществляется за счет испарения изобутана. Поэтому без большой ошибки
количество испаряющегося изобутана можно определить из приближенного уравнения
теплового баланса испарения
, (1.11)
в котором количества паров пропилена
и пропана считают равными количествам этих углеводородов в сырье. Таким образом
(1.12)
или
Этот результат очень близок к
полученному выше.
Объем кислоты и углеводородов в
первой секции. Из практики эксплуатации установок алкилирования известно [7],
что объемная скорость находится в пределах 0,1-0,6 ч -1. Примем
объемную скорость w = 0,5 ч -1. Тогда объем
кислоты в секции:
, (1.13)
где Voл1-2,2 м3/ч
- количество олефина, подаваемого в секцию (табл. 1.4).
Получим:
Зная, что отношение объема кислоты к
объему углеводородов в первой секции α 1 = 1,5,
найдем объем углеводородов в секции:
; (1.14)
Суммарный объем кислоты и
углеводородов в секции:
; (1.15)
Найдем продолжительность пребывания
смеси углеводородов и кислоты (время контакта) в первой секции:
, (1.16)
где R1 = 342,14 м3/ч
- объем смеси, поступающей в первую секцию (табл. 1.4).
Размеры первой секции. В реакционных
аппаратах емкостного типа, если жидкая смесь реагирующих веществ не
вспенивается, степень заполнения равна φ = 0,7 - 0,85 [8]. Примем φ = 0,7. Тогда полный
объем первой секции:
; (1.17)
Принимая длину секции L = 2 м ,
найдем диаметр аппарата
; (1.18)
Принимаем D = 2,6 м.
Как указано выше, все пять
реакционных секций аппарата будут иметь одинаковые размеры: D = 2,6 м, L = 2 м.
.2.2 Расчет второй секции
Материальный баланс. При определении
загрузки второй и всех остальных секций, в целях некоторого упрощения расчета,
будем полагать, что вся пропан-пропиленовая фракция в любой секции испаряется
полностью, а н-бутан, пентан и алкилат не испаряются. В соответствии со схемой
работы реактора, количество сырья, подаваемого во вторую секцию, будет
включать:
- пятую часть исходного (олефинового) сырья
(табл. 1.1);
- не вошедший в реакцию (отработанный) изобутан
свежего сырья первой секции (табл. 1.5);
рециркулирующий изобутан с учетом его частичного
испарения в первой секции ;
- н-бутан и пентан из первой секции (табл. 1.5);
- алкилат, полученный в первой секции (табл.
1.5);
- серную кислоту из первой секции (табл. 1.4).
Количество рециркулирующего изобутана,
поступающего во вторую секцию (табл. 1.5):
В таблице 1.7 приведены массовые и объемные
количества компонентов загрузки второй секции с учетом изменения плотности
серной кислоты от ее концентрации (табл. 1.3, рис. 1.2).
Таблица 1.7 - Массовые и объемные количества
компонентов загрузки второй секции
|
Компонент
загрузки
|
Количество
|
|
кг/ч
|
м3/ч
|
|
С3Н6+С3Н8
С4Н8 i-С4Н10(свежий)
i-С4Н10(отраб.)
i-С4Н10(рециркулят)
н-С4Н10 С5Н12 Алкилат Катализатор
|
111,11
1414,14 1858,59 393,94 38666,98 3212,12 121,21 2878,78 223820,4721
|
0,1834
2,2027 3,2306 0,6847 67,2118 5,3985 0,1890 4,0263 124,6910
|
|
Сумма
|
272477,35
|
207,8184
|
Из таблицы 1.7 следует, что отношение объемов
катализатора и углеводородов во второй секции равно:
.
По сравнению с первой секцией это
отношение повысилось за счет некоторого сокращения объема углеводородов и
снижения плотности кислоты.
Количество алкилата, образующегося
во второй секции, будет таким же, как в первой:
.
Количество свежего изобутана, не
вошедшего в реакцию (отработанного), равно:
В таблице 1.8 приведен состав
углеводородов, покидающих вторую секцию.
Таблица 1.8 - Состав углеводородов,
покидающих вторую секцию.
|
Компоненты
|
Количество
|
|
кг/ч
|
м3/ч
|
кмоль/ч
|
|
С3Н6+С3Н8
i-С4Н10(отработанный)
i-С4Н10(рециркулят)
н-С4Н10 С5Н12 Алкилат
|
111,11
787,87 38666,98 3212,12 121,21 2878,78
|
0,1834
1,3695 67,2118 5,3985 0,1890 8,0526
|
2,58
13,58 666,67 55,38 1,68 25,25
|
|
Сумма
|
45778,09
|
82,405
|
765,15
|
Тепловая нагрузка второй секции. Вычисляется так
же, как и для первой секции:
, (1.19)
где Qал.2=
2878,78 кг/ч - количество алкилата, полученного во второй секции (табл. 1.7).
.
Количество углеводородов,
испаряющихся во второй секции. При допущении, которое сделано при тепловом
расчете первой секции, найдем количество изобутана, испаренного во второй
секции:
; (1.20)
или
Время пребывания смеси углеводородов
и кислоты во второй секции. Полный объем второй секции такой же, как и первой: VP2 = VP1 = 10,5 м3.
При степени заполнения φ
= 0,7 объем
смеси углеводородов и кислоты будет равен:
;(1.21)
Время пребывания смеси
(продолжительность контакта) во второй секции:
, (1.22)
где R2 = 327,16 м3/ч
- объем смеси, поступающей во вторую секцию (табл. 1.7);
Объемная скорость подачи олефинов.
Объем кислоты во второй секции:
Объем углеводородов:
; (1.23)
.
Объемная скорость подачи олефинов:
; (1.24)
.2.3 Расчет третьей секции
Все определения ведутся по аналогии
с расчетом второй секции. Массовые и объемные количества компонентов загрузки
даны в таблице 1.9.
Таблица 1.9 - Массовые и объемные
количества компонентов загрузки третьей секции
|
Компонент
загрузки
|
Количество
|
|
кг/ч
|
м3/ч
|
|
С3Н6+С3Н8
С4Н8 i-С4Н10(свежий)
i-С4Н10(отраб.)
i-С4Н10(рециркулят)
н-С4Н10 С5Н12 Алкилат Катализатор
|
111,11
1414,14 1858,59 787,88 28041,04 4818,18 181,81 5757,57 191590,14
|
0,1834
2,2027 3,2306 1,3695 48,7415 8,0977 0,2836 8,0526 108,2430
|
|
Сумма
|
234560,47
|
180,4050
|
Отношение объемов катализатора и углеводородов в
третьей секции равно:
Количество алкилата, образующегося в
третьей секции:
Количество свежего изобутана, не
вошедшего в реакцию (отработанного), равно:
Тепловая нагрузка секции:
Количество углеводородов,
испаряющихся в третьей секции:
или
Время пребывания смеси углеводородов
и кислоты:
Время пребывания смеси
(продолжительность контакта):
Объемная скорость подачи олефинов:
Объем углеводородов:
Объемная скорость подачи олефинов:
1.2.4 Расчет четвертой секции
Массовые и объемные количества
компонентов загрузки даны в таблице 1.10.
Таблица 1.10 - Массовые и объемные
количества компонентов загрузки четвертой секции
|
Компонент
загрузки
|
Количество
|
|
кг/ч
|
м3/ч
|
|
С3Н6+С3Н8
С4Н8 i-С4Н10(свежий)
i-С4Н10(отраб.)
i-С4Н10(рециркулят)
н-С4Н10 С5Н12 Алкилат Катализатор
|
111,11
1414,14 1858,59 1181,82 17415,09 6424,24 242,42 8636,36 161565,39
|
0,1858
2,2027 3,2306 2,0542 30,2713 10,7970 0,3781 12,0789 91,7985
|
|
Сумма
|
198849,18
|
152,9975
|
Отношение объемов катализатора и углеводородов в
четвертой секции равно:
Количество алкилата, образующегося в
четвертой секции:
Количество свежего изобутана, не
вошедшего в реакцию (отработанного), равно:
Тепловая нагрузка секции:
Количество углеводородов,
испаряющихся в четвертой секции:
или
Время пребывания смеси углеводородов
и кислоты:
Время пребывания смеси
(продолжительность контакта):
Объемная скорость подачи олефинов:
Объем углеводородов:
Объемная скорость подачи олефинов:
.2.5 Расчет пятой секции
Массовые и объемные количества
компонентов загрузки даны в таблице 1.11.
Отношение объемов катализатора и
углеводородов в пятой секции равно:
.
Количество алкилата, образующегося в
пятой секции:
.
Таблица 1.11 - Массовые и объемные
количества компонентов загрузки пятой секции
|
Компонент
загрузки
|
Количество
|
|
кг/ч
|
м3/ч
|
|
С3Н6+С3Н8
С4Н8 i-С4Н10(свежий)
i-С4Н10(отработанный)
i-С4Н10(рециркулят)
н-С4Н10 С5Н12 Алкилат Катализатор
|
111,11
1414,14 1858,59 1575,76 10788,00 8030,30 303,03 11515,15 150366,76
|
0,1858
2,2027 3,2306 2,7390 18,7519 13,4963 0,4727 16,1053 85,7768
|
|
Сумма
|
185962,85
|
142,9613
|
Количество свежего изобутана, не вошедшего в
реакцию (отработанного), равно
.
Тепловая нагрузка секции
.
Количество углеводородов,
испаряющихся в пятой секции
или
.
Время пребывания смеси углеводородов
и кислоты
.
Время пребывания смеси
(продолжительность контакта)
.
Объемная скорость подачи олефинов
.
Объем углеводородов
.
Объемная скорость подачи олефинов
.
.3 Материальный баланс реактора
На основе сделанного выше
посекционного расчета реактора можно составить его общий материальный баланс
(табл. 1.12).
Таблица 1.12
- Материальный баланс установки
|
Потоки
|
Расход
потока по секциям, кг/ч
|
Сумма
по реактору, кг/ч
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
Приход
С3Н6+С3Н8 С4Н8 i-С4Н10(свежий)
iС4Н10(отработанн
i-С4Н10(рециркулят)
н-С4Н10 С5Н12 Алкилат Катализатор
|
111,11
1414,14 1858,59 - 49292,93 1606,06 60,60 - 256873,21
|
111,11
1414,14 1858,59 393,94 38666,98 3212,12 121,21 2878,78 223820,47
|
111,11
1414,14 1858,59 787,88 28041,04 4818,18 181,818 5757,57 191590,13
|
111,11
1414,14 1858,59 1181,82 17415,09 6424,24 242,42 9636,36 161565,4
|
111,11
1414,14 1858,59 1575,76 10788,00 8030,30 303,03 11515,15 150366
|
555,55
7070,71 9292,93 - 49292,93 8030,30 303,03 - 256873,21
|
|
Сумма
|
311216,64
|
272477,35
|
42970,33
|
37283,78
|
35596,08
|
74545,45
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
Расход
С3Н6+С3Н8(пар) С4Н10(отработанный)
i-С4Н10(рециркулят)
i-С4Н10(исп.)
н-С4Н10 С5Н12 Алкилат Катализатор
|
111,11
393,94 38666,98 10625,94 1606,06 60,60 2878,78 256873,21
|
111,11
787,87 28041,0410625,94 3212,12 121,21 5757,57 223820,47
|
111,11
1181,81 17415,0910625,94 4818,18 181,81 8636,36 191590,13
|
111,11
1575,75 10788,0010625,94 6424,24 242,42 11515,15 161565,39
|
111,11
1969,69 4160,9110625,94 8030,30 303,03 14393,93 150366,76
|
555,56
1969,69 4160,91 10625,94 8030,30 303,03 14393,93 256873,21
|
|
Сумма
|
311216,64
|
272477,35
|
234560,47
|
198849,18
|
185962,85
|
331418,66
|
1.4 Объем отстойной зоны реактора
В этой зоне происходит разделение выходящих из
пятой секции реактора углеводородов и серной кислоты.
Зная массовые количества жидких компонентов,
покидающих пятую секцию (табл. 1.12), и их плотности, найдем объемное
количество смеси. Оно составит Rm5
= 120,02 м3/ч. Принимая время отстоя τ0
= 60 мин и степень заполнения φ = 0,7, найдем
объем зоны отстоя:
; (1.25)
Тогда длина зоны будет
; (1.26)
.
.5 Объем реактора
Найдем общую длину цилиндрической
части реактора
, (1.27)
где 
- длина реакционной зоны.
.
Объем цилиндрической части реактора
(практически равный его объему) будет равен
; (1.28)
4.2 Расчет сырьевого насоса
Производительность насоса находится по формуле:
, (1.29)
где m - масса
жидкости, кг/ч.
ρ - плотность нефтепродукта, кг/м3.
Таблица 1.13 - Состав
сырья
|
Компонент
|
Плотность
при 20оС, кг/м3
|
|
|
|
С3Н6
С3Н8 С4Н8 i-С4Н10
н-С4Н10 С5Н12
|
612,3
582,9 627 560,3 580 626
|
Плотность нефтепродукта находится по формуле:
, (1.30)
где а - температурная поправка.
.
Выбираю насос ТКА 120/50 ТУ 26-02-766-84.
Число оборотов насоса - 2950 об/мин, подача 120
м3/ч, напор 50 м.
.3 Расчет верха ректификационной колонны К-1
В верхнюю часть колонны К-1 поступают пары из
реактора. В результате ректификации в верхней части колонны эта смесь делится
на следующие фракции пропана.
Для расчета парциального давления углеводородов
необходимо найти молярные массы дистиллята и орошения. Для этого необходимо
рассчитать долю отгона в сепараторе и исходя из неё определить молярную массу
сырья подаваемого в верх колонны К-1. Расчет доли отгона в сепараторе
произведем по программе ОИДР на ЭВМ (здесь расчет не приводится). В сепараторе
идет разделение паров пропана и фракций бутана. Доля отгона в сепараторе
составляет е = 0,34.
Таблица 1.14 - Расчет сепаратора по ОИДР
|
Расчет
сепаратора по OIDR
|
е
=0,34
|
|
№
п/п
|
%
мольн
|
М
|
%
мол *М
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
С3H6+C3H8(пар)
C4H10(отраб) i-C4H10(рециркулят) i-C4H10(испаренный) н-C4H10 C5H12 алкилат
|
0,0031
0,0553 0,1168 0,1861 0,2255 0,0085 0,4043
|
42
44 56 58 58 58 72
|
0,1311
2,4347 6,7797 10,7981 13,0845 0,61293 46,0980
|
Исходные данные для расчета температуры в вверху
колонны К-1:
Количество углеводородного сырья 5,8 кг/с
Молекулярная масса сырья 58
Таблица 1.15 - К расчету доли отгона
ректификационной колонны
|
Компонент
|
Массовая
доля компон в смеси
|
Молекул
масса
|
Плотность
|
Критическтемперат,
К
|
Критическдавление,
МПа
|
Температ
кипения, °C
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
С3H6+C3H8
(пар)
|
0,0031
|
42
|
627,3
|
95,5
|
658
|
-46,1
|
|
C4H10
(отраб)
|
0,0553
|
44
|
597,9
|
152
|
540
|
-0,5
|
|
i-C4H10
(рециркулят)
|
0,1168
|
58
|
642
|
141
|
-
|
-11,8
|
|
i-C4H10
(испаренный)
|
0,1861
|
58
|
575,3
|
141
|
180
|
-11,8
|
|
н-C4H10
|
0,2255
|
58
|
575,3
|
152
|
122
|
-0,5
|
Таблица 1.16 - Результаты расчетов однократного
испарения
|
Наименование
параметра
|
ОИ
|
Ед.
изм.
|
|
Массовая
доля отгона
|
0,0053
|
|
|
Мольная
доля отгона
|
|
|
Давление
|
1,000
|
МПа
|
|
Температура
|
73,5
|
°C
|
|
Критическая
температура
|
417,7
|
K
|
|
Критическое
давление
|
3,752
|
МПа
|
|
Плотность
жидкости
|
582,877
|
г/см3
|
|
Плотность
пара
|
581,943
|
г/см3
|
|
Энтальпия
жидкости
|
1,9
|
кДж/кг
|
|
Энтальпия
пара
|
-142518,5
|
кДж/кг
|
|
Молекулярная
масса сырья
|
58,0
|
|
|
Плотность
сырья
|
582,872
|
г/см3
|
|
Количество
водяного пара
|
0,000
|
моль/моль
|
|
Молекулярная
масса сырья
|
58,0
|
|
|
Плотность
сырья
|
582,872
|
г/см3
|
|
Количество
водяного пара
|
0,000
|
моль/моль
|
Таблица 1.17
- Мольный состав компонентов
|
Таблица
2 - Результаты расчета однократного испарения
|
|
|
№
|
XL
|
Однократное
испарение
|
Tкр,
К
|
Pкр,
МПа
|
|
|
Xi
|
Yi
|
Pi
|
Xм
|
Yм
|
|
|
|
1
|
0,0072
|
0,0071
|
0,0193
|
2,721
|
0,0053
|
0,0144
|
368,7
|
4,30
|
|
2
|
0,0941
|
0,0942
|
0,0788
|
0,837
|
0,0943
|
0,0792
|
425,2
|
3,80
|
|
3
|
0,1987
|
0,1986
|
0,2240
|
1,128
|
0,1990
|
0,2251
|
414,2
|
3,70
|
|
4
|
0,3165
|
0,3163
|
0,3567
|
1,128
|
0,3169
|
0,3585
|
414,2
|
3,70
|
|
5
|
0,3835
|
0,3839
|
0,3212
|
0,837
|
0,3846
|
0,3228
|
425,2
|
3,80
|
|
Сумма
|
1,0000
|
1,0000
|
1,0000
|
|
1,0000
|
1,0000
|
|
|
4.4 Расчет теплообменной аппаратуры
.4.1 Расчет конденсатора - холодильника
Выбираем следующую схему теплообмена:
73,5 40 (пары
углеводородов)
35 25 (вода)
Для конденсатора - холодильника при расчете
тепловой нагрузки необходимо учитывать тепло конденсации нефтяных и водяных
паров. Для этого составляем тепловой баланс:
, (1.31)
где GБ
- количество бензина, кг/с;
GВП
- количество водяных паров, кг/с;
СВП - теплоемкость водяного пара (СВП
= 0,48 кДж/кг·К);
lИСП
- теплота испарения водяного пара;
СВ - теплоемкость воды (СВ =
4,187 кДж/кг·К);
- энтальпия пара
при температуре верха (qв
= 346,5 кДж/кг);
- энтальпия
жидкости при t=400C
(q40
= 81,6 кДж/кг).
Из таблицы [3] lИСП
=
2307,43 кДж/кг, tконд=80,86
0С.
Подставляя значения в формулу получим:
Q=1,16*(346,5-81,6)+0,4271*[(0,48(73,5-35)+2307,43+
+0,48(35-40)]=13458кВт
Количество воды, необходимую для охлаждения
определяем по формуле:
; (1.32)
Gв=13458/(0,48*(35-25))=279,29
кг/с.
= 40 - 25 = 15 0С;
= 73,5 - 35 = 38,5
0С;
Средний температурный напор:
(1.33)
.
Принимаем коэффициент теплопередачи К = 200 Вт/м2·К
и определяем поверхность теплообмена:
Выбираем кожухотрубчатый холодильник ГОСТ 14244
- 79 со следующими размерами[2]:
- диаметр кожуха 1400 мм;
- диаметр труб 25 мм;
число ходов по трубам 2;
5. Сводные показатели технологического режима
|
Показатель
|
Норма
|
|
Реактор:
Температура на входе Температура на выходе Давление
|
4
°C 10 °C 173∙103
Па
|
|
Колонна:
Температура верха Давление Доля отгона
|
73,5 °C 1 МПа
0,0053
|
|
Конденсатор-холодильник:
Температура на входе Температура на выходе
|
73,5
°C 40
°C
|
6. Лабораторный контроль качества производства
|
№
|
Анализир
продукт
|
Место
отбора
|
Контролируемые
показатели
|
Нормативные
документы
|
Норма
|
Частота
контроля
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
1
|
Сырье
на установку изобутан
|
Линия
приема сырья на установку
|
1.Фракционнный
состав: а) температура плавления, °С
|
ГОСТ
3900-85
|
Не
норм
|
1
раз в сутки
|
|
|
|
б)
температура кипения, °С
|
ГОСТ
2177-99
|
Не
нормир
|
1
раз в сутки
|
|
|
|
в)
плотность, кг/м3
|
ГОСТ
21534-76
|
-
|
1
раз в сутки
|
|
2
|
Серная
кислота
|
В
первую зону реактора Р-1
|
1)
температура кипения, °С
|
ГОСТ
33-82
|
-
|
По
требован
|
|
|
|
2)плотность,
г/см3, при 25°С
|
ГОСТ
5985-79 или ГОСТ 11362-96
|
-
|
По
требован
|
|
|
|
3)
температура плавления, °С
|
ГОСТ
1461-75
|
-
|
По
требован
|
|
|
|
4)
температура вспышки, °С
|
ГОСТ
6370-83 ГОСТ 2477-65
|
910
|
По
требован
|
|
|
|
5)
температура воспламенения, °С
|
ГОСТ
3900-86
|
-
|
По
требован
|
|
|
|
6)
концентрация, %
|
ГОСТ
6307-75
|
-
|
По
требован
|
|
|
|
7)
кинематическая вязкость, см2/с при 20 °С
|
ГОСТ
6307-75
|
-
|
По
требован
|
|
3
|
Вода
для промывки смеси
|
Промывной
аппарат Е-6
|
1.Жесткость,
мкг-экв/кг, не более
|
ПНДФ
14.1:2:3:4.121-97
|
не
норм.
|
1
раз в месяц
|
|
|
|
2.Общая
щелочность, мг-экв/дм3
|
МВИ
2102.698-2008
|
не
норм.
|
1
раз в месяц
|
|
|
|
3.
Массовая концентрация растворенного кислорода, мг/кг, не более
|
МВИ
2102.323-2005 или МВИ 2102.22 2007
|
не
норм
|
1
раз в месяц
|
|
|
|
4.
Массовая концентрация солей, мг/кг
|
ТЕСТО-350
|
0,016
|
1
раз в месяц
|
|
|
|
5.
Водородный показатель (рН) при 25°С,
в пределах
|
ТЕСТО-350
|
3,7×10-6
|
1
раз в месяц
|
|
|
|
6.
Прозрачность, см, не менее
|
ТЕСТО-350
|
3,35
|
1
раз в месяц
|
|
5
|
Щелочь
для нейтрализации смеси
|
Трубопровод
|
Массовая
доля щелочи в пересчете на NаОН , % , не менее
|
МВИ
342-2003
|
10
|
1
раз в сутки
|
|
7
|
Алкилат
лёгкий
|
Верх
колонны К-4
|
1)
температура кипения, °С 2)
Плотность,кг/м3 3)Октановое число 4) Йодное число, % 5)Содержание
факт. смол.
|
Хроматограф
VISTA 2000
поз. QIR-25060
|
20
|
Непрерывно
|
|
8
|
Алкилат
тяжелый
|
Низ
колонны К-4
|
1
) температура кипения, °С 2)
плотность, кг/м3
|
Хроматограф
VISTA 2000 поз.
QIR-25070
|
14
|
Непрерывно
|
7. Безопасность жизнедеятельности и экология
С точки зрения безопасности и охраны окружающей
среды, сернокислотное алкилирование имеет неоспоримые преимущества по сравнению
с фтористоводородным алкилированием.
Серная кислота, используемая в больших
количествах в нефтехимии, один из наиболее вредных для окружающей среды отходов
нефтепереработки. Крупнотоннажные сернокислотные отходы содержат в зависимости
от технологии производства от 8 - 10 % до 80 - 85 % Н2SО4 и от 2 - 3 % до 10 -
15 % нефтяных углеводородов, включая парафины и ароматические соединения.
Регенерация отработанной серной кислоты технологически весьма сложна и
обходится втрое дороже, чем получение чистой серной кислоты. Поэтому
сернокислотные отходы обычно сливаются в овраги, горные выработки, а при малых
концентрациях Н2SО4 - в реки, отравляя и загрязняя почвы и поверхностные воды.
Утилизация сернокислотных отходов - сложная хозяйственная проблема.
Объем выбросов SО2 на нефтеперерабатывающем
заводе мощностью 12 млн. тонн составляет 219 тыс. тонн в год, причем их
отрицательное влияние проявляется на расстоянии до 20 км от предприятия. Мощные
предприятия нефтепереработки имеют определенную стабильность концентрации загрязняющих
веществ вблизи источника и очень медленное ее снижение по мере удаления от
него. Наиболее опасная обстановка возникает в аварийных ситуациях, риск которых
нельзя исключать даже при использовании современных технологий и новейшей
аппаратуры.
Серная кислота очень сильный реактив, который
при неправильном использовании может стоить использующему жизни.
Если вам необходимо развести концентрированную
серную кислоту, наливайте ее тонкой струйкой в воду и непрерывно мешайте
емкость с водой.
Не работать с серной кислотой в хорошей одежде.
Как хорошо вы не укутаетесь в лабораторный халат или любую другую одежду,
кислота все равно испортит все. Для того, чтобы на одежде образовалась дырка,
достаточно небольшой капли 10% серной кислоты, причем на столько небольшой, что
вы ее не заметите глазом.
Серную кислоту нельзя сливать в канализацию.
Если вы будете это делать постоянно, ваша канализация превратится в дырявое
решето. Слабоконцентрированная серная кислота очень хорошо уничтожает чугунные
и пластиковые канализационные трубы.
Для предотвращения последствий поражений серной
кислотой необходимо иметь кран с холодной водой на расстоянии вытянутой руки,
именно кран, а не емкость.
При попадании кислоты внутрь, ее необходимо как
можно быстрее оттуда удалить, самый простой способ - вызвать рвотный рефлекс,
вставив два пальца в рот и нажать на язык как можно дальше в горле, если это не
получается, быстро выпить как можно больше воды и попытаться еще раз. После
того как кислота удалена, надо выпить как можно больше воды и повторить рвотный
рефлекс, желательно не один раз, чтобы смыть остатки кислоты с желудка и
пищевода. После всех этих процедур необходимо срочно показаться врачу в
травмпункте.
При попадании 10% и более концентрированной
кислоты на кожу, кислоту надо быстро смыть под струей холодной воды, причем
именно струей, потом обмыть теплой водой и промокнуть туалетной бумагой.
Вафельное или махровое полотенце очень грубый материал и при вытирании ими
поврежденной кожи, истонченная кислотой кожа может порваться или сняться
вообще. Если кислота успела разъесть кожу и появилась обширная рана (произошел
взрыв кислоты с ее выбросом на руки и/или лицо), рану необходимо закрыть
стерильной медицинской салфеткой пропитанной перекисью. Очень важно, для того
чтобы потом было меньше рубцов не дать ране высохнуть или не дать прилипнуть
салфетке. Если рана небольшая, ее необходимо намазать антисептиком или
заживляющим составом, для этого могут подойти, например, левомеколь,
синтомецин, актовегин гель и т.д., не в коем случае не следует мазать
поврежденные места йодом или зеленкой, а так же использовать для промывки раны
спирт и спиртосодержащие препараты. Спирт вызовет ожог, с последующим
осложнением заживления и может вызвать болевой шок у пострадавшего.
Заключение
В проекте произвели расчёт установки
сернокислотного алкилирования изобутана олефинами мощностью 200 тыс.т/год.
Произвели расчет материального баланса
установки, технологический расчет, приведены характеристики качества целевых
продуктов, катализаторов, побочных продуктов, механизм алкилирования изобутана,
технология процесса.
В разделе «Безопасность жизнедеятельности и
экология» представлены основные опасности производства.
Дано подробное описание технологической схемы
установки сернокислотного алкилирования.
Проект содержит расчет материального баланса
реактора установки сернокислотного алкилирования мощностью 200000 т/год.
Графическая часть включает технологическую схему
установки сернокислотного алкилирования изобутана олефинами с автоматизацией -
один лист формата А1.
Список использованных источников
1 Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий
справочник нефтепереработчика - Л.: Химия, 2010г., - 328 с.
Сарданашвили А.Г., Львова А.И.
Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа - М.: Химия, 1973г., -
272 с.
Ахметов С.А. Технология глубокой
переработки нефти и газа - Уфа: Гилем, 2002г, - 672 с.
Танатаров М.А. Технологические
расчеты установок переработки нефти: Учеб. пособие для вузов - М.: Химия, 2014.
352 с.
Кузнецов А.А., Кагерманов С.М. и др.
Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. - Л.:
Химия, 2012. - 343 с.
Флореа О., Смигельский О. Расчеты по
процессам и аппаратам химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 448 с.
Козлов Б.И. Процессы алкилирования,
изомеризации и полимеризации в нефтепереработке. -М. Химия, 2010 - 65 с.
Потехин В.В., Потехин В.М. Основы
теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки:
Учебник для ВУЗов. СПб: ХИМИЗДАТ, 2005.
Лебедев Н.Н., Манаков М.Н., Швец
В.Ф. Теории химических процессов органического и нефтехимического синтеза, М.:
Химия, 2014.