Объемная скорость подачи сырья

Аналитический обзор

Сущность процесса

При каталитической полимеризации олефинов происходит соединение двух или нескольких молекул с образованием углеводородов, имеющих кратный молекулярный вес по сравнению с исходным олефином. В настоящее время процесс каталитической полимеризации олефинов с получением полимердистиллята, представляющего собой смесь жидких разветвленных углеводородов С₆-С₁₂применяется в основном для следующих целей: - для производства алкилфенольных присадок (моющие присадки реактивных топлив);

- как компонент автобензинов;

- при выработке сульфанола (активный компонент присадок к воде, вводимой в пласт нефти, для облегчения ее добычи).

Механизм реакции

Полимеризация олефинов под влиянием фосфорной кислоты проходит по карбоний-йонному механизму. Донором протонов является фосфорная кислота:

Н₃РО₄ « Н⁺ + Н₂РО₄

Йон карбония (бутилкарбоний-йон) образуется в результате присоединения к олефину (бутилену) протона фосфорной кислоты.

При полимеризации изобутилена под действием фосфорной кислоты возможно образование любого из углеводородов, имеющих один из трех углеродных скелетов:

В действительности образуются только диизобутилены, имеющие углеродный скелет I. Полимеризация изобутилена начинается с присоединения протона к молекуле олефина. Протон может присоединиться как к углеродному атому метильной группы, так и к центральному углеродному атому

Реакция а будет идти значительно быстрее реакции б. Это следует, во-первых, из характера полярной двойной связи изобутилена:

Так как местом наибольшей электронной плотности в нереагирующей молекуле является углерод метиленовой группы, то приближение к нему протона Н⁺ облегчено. С другой стороны, из двух промежуточно образующихся катионов (а) и (б) меньшей энергией обладает катион (а), потому что в катионе (а) положительный заряд может отчасти «погашен» смещением σ -электронов девяти С-Н связей:

В результате этого положительный заряд почти полностью локализован на углеродном атоме метиленовой группы, что и является причиной большей энергии катиона (б) сравнительно с катионом (а). Таким образом и статические и динамические факторы благоприятствуют присоединению протона к метильной группе. Образующийся в результате этого катион (СН₃)₃С⁺ присоединяется к метильной группе второй молекулы изобутилена. Получившийся при этом катион может реагировать с очередной молекулой изобутилена, давая катион триизобутилена, или, отщепив протон, дать один из двух изомерных диизобутиленов:

Химизм реакции

Основные реакции, протекающие в реакторе:

Полимеризация изобутилена с образованием диизобутиленов (2, 4, 4 триметилпентен-1)

СН₃СН₃

½ ½

СН₃ – С =СН₂ + СН₃ – С= СН₂ → СН₃ – С - СН₂-С = СН₃

½ ½ ½

СН₃СН₃СН₃

Полимеризация бутиленов:

с образованием 3, 4 диметилгексена-1

СН₃

СН₃–СН₂-СН=СН₂+ СН₃–СН₂-СН=СН₂→ CH₂=CH-CН-CH–СН₂-CH₃

СН₃

с образованием 3 метилгептена-2

СН₃

СН₃–СН₂-СН=СН₂+ СН₃–СН=СН-СН₂→ CH₃-CH₂=C-CН-CH–СН₂-CH₃

Полимеризация пропилена: с образованием 3, 3-диметилбутена-1:

СН₃

½ СН₃-СН=СН₂+ СН₃-СН=СН₂→ CH₂=CH-C-CH₃ ½ СН₃

с образованием гексена-1

СН₃-СН=СН₂+ СН₃-СН=СН₂→ CH₂=CH-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

Кроме того, протекают побочные реакции:

Гидрополимеризация, которая протекает при температуре выше 240 °С. Помимо олефиновых олигомеров образуется значительное количество насыщенных углеводородов — парафинов, циклопарафинов, ароматических углеводородов и незначительное количество ди- и полиолефинов.

R⁺ + СН₃-СН-СН=СН-СН₃ → СН₃-С⁺- СН=СН-СН₃+RH

½ ½

СН₃ СН₃

СН₃-С⁺-СН=СН-СН₃ → СН₂=С-СН=СН-СН₃+ Н⁺

½ ½

СН₃СН₃

Сополимеризация, при которой конечными продуктами являются непредельные углеводороды, но они содержат углеводороды и число углеродных атомов не кратным числу углеродных атомов исходного мономера.

Сополимеризация пропилена с изо-бутиленом:

СН₃

СН₃-СН=СН₂+ СН₃ – С = СН₂ → СН₃-СН=СН-С - CH₃

½ ½

СН₃CH₃

Пропилен Изобутилен 4, 4 диметилпентен

Влияние основных факторов

Основными параметрами, влияющими на протекание процесса полимеризации, являются: температура, давление, продолжительность реакции, активность и степень гидратации катализатора.

Температура

В начальный период эксплуатации, который длится 60-70% времени работы катализатора, температура в реакторе зависит от содержания растворенной влаги в сырье. В этот период эксплуатации наиболее опасно переувлажнение катализатора, т.е. понижение температуры в реакторе ниже оптимальной и повышение температуры сырья. При снижении активности катализатора (оставшиеся 30-40% времени работы катализатора) температуру необходимо корректировать в зависимости от содержания непредельных углеводородов в отработанной бутан-бутиленовой фракции. В этот период также увеличивается перепад давления в реакторе.

Давление

Повышение давления оказывает положительное влияние на процесс полимеризации. При повышении давления увеличивается конверсия при неизменной температуре. Это дает возможность сократить объем реакционного пространства и позволяет вести процесс при более низких температурах. Кроме того, при повышении давления в процессе полимеризации возрастает плотность газовой фазы, в которой растворяются высокополимеризованные продукты, и снижается блокирование активной поверхности катализатора этими веществами, что удлиняет срок службы катализатора. Допустимые пределы давления процесса - 30¸ 80 кгс/см².

Активность катализатора
Активность катализатора - один из наиболее важных факторов в процессе полимеризации. При работе на свежем катализаторе процесс протекает при более низких температурах. Со временем поверхность покрывается смолистыми отложениями. Падение активности катализатора компенсируется подъемом температуры в реакторах для поддержания требуемой глубины конверсии. Потеря активности катализатора в большей степени зависит от содержания влаги в сырье. При избытке влаги происходит разбавление фосфорной кислоты, унос ее с поверхности катализатора и потеря его механической прочности. При низком содержании влаги фосфорная кислота теряет свою активность. Необходимое содержание влаги в сырье зависит от температуры в реакторе - при повышении температуры содержание влаги должно быть увеличено. Безвозвратная потеря активности катализатора от отложения смолистых соединений происходит даже при кратковременных подъемах температуры в реакторах выше необходимой. Продолжительность высокой активности катализатора зависит также от содержания непредельных углеводородов в бутан-бутиленовой фракции, подаваемой в реактор, содержание которых не должно превышать 50%.

Состав сырья

Оптимальное содержание непредельных углеводородов в сырье должно быть 28-35%, предельно до 50%. При подаче сырья с концентрацией олефинов 58-64% необходима рециркуляция отработанной бутан-бутиленовой фракции в количестве, обеспечивающем концентрацию их на входе 30-40%. Ядами катализатора являются азотистые, сернистые соединения и щелочь. Содержание в сырье сернистых соединений не должно превышать 0, 005%. Попадание свободной воды с сырьем на катализатор вызывает моментальную и необратимую потерю его активности.

Обзор способов увеличения производительности установки В текущий момент основными способами увеличения производительности установки можно рассматривать 3 варианта: 1) Замена реакторного блока. Способ заключается в полной замене реакторов на реактора камерного типа. В данных реакторах катализатор располагается в реакторе в виде сплошного слоя или на полках, а охлаждающий агент подается в несколько точек по высоте. К плюсам такого варианта можно отнести:

- увеличение мощности установки до 300%;

- возможность работы в более мягких условиях: температура в реакторе 120-160 ⁰С против 160-240 ⁰С в реакторах трубчатого типа; давление 20-50 кгс/см², против 30-80 кгс/см²в реакторах трубчатого типа;

- возможность регенерации катализатора.

Минусами данного варианта однозначно является большие капитальные вложения, а также низкая, по сравнению с реактором трубчатого типа, производительность катализатора. В реакторах трубчатого типа достигает 900—1200 кг полимеров на 1 кг, в то время как в камерных реакторах она не превышает 400—600 кг/кг. Это объясняется худшим теплосъемом, что приводит к перегреву и дезактивации катализатора.

2) Замена проекта установки на новый. В настоящее время предлагается достаточно большое количество проектов установок по переработке олефинов фракций С₃ и С₄ (технология «Polynaphta» фирмы Sud Chemie, технология«Dimersol» фирмы AXENS), однако основной задачи – производство полимердистилята они не решают. В первую очередь они нацелены на производство компонентов бензина – легкого полимердистилята.

Замена катализатора. Учитывая, что активность катализатора, один из важнейших факторов процесса, то замена катализатора в данном случае это один из приоритетных способов, т.к. изменение основных факторов процесса приводит к увеличению нагрузки на аппаратуру.

Катализатор SPA-2 фирмы UOP применяемый на установке полимеризации ЗАО «РНПК» уже 12 лет, «устарел». В настоящее время для полимеризации олефинов фракций С₃ и С₄на отечественных НПЗ активно применяются катализаторы PolyMax® 840 Series и PolyMax® 1000 Series фирмы Sud Chemie, а также катализатор Полинасфа - 80 фирмы ЗАО «НЗК». Сравнительная характеристика катализаторов приведена в таблице 1.1

Таблица 1.1

Катализатор	SPA-2 фирмы UOP	PolyMax® 840 Series	PolyMax® 1000 Series	Полинасфа - 80

Внешний вид	цилиндр	шарик	шарик	цилиндр
Размер, мм	45*4	6, 0-7, 5	5, 5-7, 0	4, 5*6
Свободный Р₂О₅	16-20	18-54	18-60	25-54
Потери при прокаливании при 800 ⁰С, г	8, 0	7, 0	7, 0	4, 5
Носитель	силикагель	кизельгур	кизельгур	кизельгур
Срок службы, дн	до 110 дней без изменений параметров	до 190 дней без изменений параметров	до 210 дней без изменений параметров	до 200 дней без изменений параметров
Стоимость, т
Насыпной вес, кг/м³
Степень конверсии, %	60-90	92-95
Яды для катализатора	Излишнее количество влаги, азотистые, сернистые соединения (не более 0, 005%)	Ацетиленовые, диеновые, серосодержащие соединения, амины, вода.	нет
Получаемая продукция (основной продукт)	полимердистиллят	бензин, легкий полимердистиллят	бензин, керосин	полимердистиллят

Как видно из таблицы, лучшими данными по содержанию свободного оксида фосфора обладают катализатор PolyMax® 1000 Series и катализатор Полинасфа - 80, представляющие собой фосфорную кислоту, нанесенную на кизельгур. Однако минусами у катализатора PolyMax® 1000 Series являются высокая цена (страна-изготовитель Германия), большое количество ядов катализатора и целевой получаемый продукт – бензин. Поэтому, исходя из задачи увеличения выработки полимердистиллята, в дипломном проекте предлагается заменить катализатор фирмы SPA-2 фирмы UOP на катализатор Полинасфа -80 фирмы ЗАО «НЗК».

Технологическая часть

2.1. Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов, готовой продукции

Таблица 2.1

№ пп	Наименование сырья, материалов, реагентов, катализаторов, изготовляемой продукции	Номер ГОСТ, ОСТ или ТУ	Показатели качества, обязательные для проверки	Норма по ГОСТ, ОСТ, ТУ

	Сырье установки (ППФ + ББФ)	СТП 41-1-88	1. Массовая доля сероводорода, %,	Отс.
2. Массовая доля меркаптановой серы, %	0, 005
	Бутан-бутиленовая фракция отработанная	СТП 41-1-89	1. Массовая суммарная доля олефинов, % не более.
2. Массовая доля С₅ и выше, % не более	0, 5
	Полимердистиллят	СТП 41-1-93	1. Фракционный состав: Температура начала перегонки, ⁰С, не ниже
	Катализатор SPA-2 фирмы UOP	Визуальный контроль, наличие паспорта	1. Насыпной вес, кг/м³ 2. Размер, мм 3. Свободный Р₂О₅ 4. Потери при прокаливании при 800 ⁰С	45*4 16-20 8, 0
	Катализатор Полинасфа - 80	Визуальный контроль, наличие паспорта	1. Насыпной вес, кг/м³ 2. Размер, мм 3. Свободный Р₂О₅ 4. Потери при прокаливании при 800 ⁰С	4, 5*6 25-54 4, 5

Контроль производства

Нормы технологического режима

Таблица 2.2

№ пп	Наименова-ние стадий процесса, аппараты, показатели режима	№ поз прибора по схеме	Един. изм.	Допустимые пределы технологических параметров	Требуе-мый класс точности измерительных приборов	Примечание
от	до

	Расход сырья	1а-1	м³/ч			2, 5	регистрация
	Расход сы-рья в каж- дый реактор	3203-	м³/ч	4, 5		2, 5	регулирование регистрация
	Температура выхода из реакторов	48-1- 48-6	⁰С			1, 5	регистрация
	Перепад давления на один реактор		кгс/см²	-		2, 5	показание
	Давление в реакторах: в трубном пространстве	2104-2109	кгс/см²	-		2, 5	показание
в корпусе		кгс/см²	-		2, 5	показание
	Температура сырья на выходе из Т-2	39а	⁰С			1, 5	регулирование регистрация
	Уровень парового конденсата в Е-5А, Е-5Б		%			1, 5	регулирование регистрация
	Температура сырья на выходе из Т-34		⁰С		-	1, 5	регулирование регистрация

Продолжение таблицы 2.2


Температура сырья на выходе из Т-9		^0С			1, 5	регулирование регистрация
Давление в колонне К-1		кгс/см²		17, 8	1, 5	регулирование регистрация
Температура верха К-1		⁰С			1, 5	регулирование регистрация
Температура низа К-1		⁰С			1, 5	регулирование регистрация
Давление в емкости Е-1	3а	кгс/см²		16, 8	1, 5	регулирование регистрация
Давление в паровых барабанах Е-5А, Е-5Б		кгс/см²	-		1, 5	регулирование регистрация
Давление в емкости Е-7	-	кгс/см²	-		2, 5	показание по месту
Давление пара		кгс/см²			1, 5	регулирование регистрация
Давление оборотной воды	-	кгс/см²	2, 5	4, 0	2, 5	показание по месту
Давление воздуха КИПиА после клапана		кгс/см²	1, 4	1, 5	2, 0	регулирование регистрация
Давление техническо-го воздуха	-	кгс/см²			2, 5	показание по месту
Температура отходящего полимердис-тиллята		⁰С	-		1, 0	регистрация

Аналитический контроль производства

Таблица 2.3

№№ пп	Наименование стадий процесса, анализируемый продукт	Место отбора пробы	Контролируемые показатели	Методы конт-роля (методика анализа, госу-дарственный или отраслевой стандарт)	Норма	Частота контроля

	Сырье	Емкость Е-1	1.Компонентный состав	ГОСТ 10679	-	1 раз в сутки
	Полимердистиллят	Насос Н-6, Н-6а	1.Плотность при 20 ⁰С, г/см	ГОСТ 3900	0, 725- 0, 730	2 раза в сутки
2.Фракционный состав	ГОСТ 2177	-	2 раза в сутки
3.Йодное число в г йода на 100 г полимердистиллята, не ниже	ГОСТ 2070		По требованию
4.Содержание серы, %, не более	ГОСТ 19121	0, 05	2 раза в сутки
	Бутан-бутиленовая фракция отработанная	Емкость Е-2	1. Компонентный состав	ГОСТ 10679	-	2 раза в сутки

Материальный баланс

Эффективный фонд работы установки рассчитывается по формуле:

(1)

где ПР_к =23 – простой установки в капитальном ремонте

ПР_Т = 0 – простой установки в текущем ремонте

Т_к = 340– период между капитальными ремонтами

Т_Т = 0– период между текущими ремонтами

365 – календарный фонд времени

Время работы установки:

340× 24=8160 час/год

Мощность по сырью G_c=204000 т/год

Результаты разгонки полимердистиллята, полученного при давлении 35 кгс/см², возьмем из анализов, полученных при пробной работе реактора полимеризации на опытном заводе приведены в таблице 2.4

Разгонка полимердистиллята

Таблица 2.4

Выкипает. Объемный %	н.к.	10%	30%	50%	70%	90%	к.к.
Температура, К

На основе данных из таблицы 2.4 найдем среднюю температуру кипения полимердистиллята

По формуле Воинова определим молекулярную массу полимердистиллята:

М_п.д.=52, 63-0, 246Т_ср.Т+0, 001Т²_ср.Т(3)

М_п.д.=52, 63-0, 246*404+0, 001*404²=116, 5

Исходные данные для расчета материального баланса приведены в таблице 2.4.

Исходные данные (компонентный состав сырья)

Таблица 2.5

Компоненты	Количество %, масс	Молекулярная масса
Пропан С₃Н₈ Пропилен С₃Н₆ Изобутилен i-С₄Н₈ Н. бутилен н-С₄Н₈ Сумма бутанов С₄Н₁₀ Газовый бензин С₅Н₁₂	0, 6 4, 5 10, 7 24, 5 57, 8 1, 9

На основе данных таблицы рассчитаем загрузки в реакторы полимеризации

Загрузка в год:

(4)

Загрузка в сутки:

(5)

Загрузка в час

(6)

Учитывая, что полимеризации не подвергаются: пропан, сумма бутанов, а также газовый бензин (пентан), то расходы по материальному балансу они будут, как и приходные. При расчете материального баланса реактора полимеризации олефинов, воспользуемся опытными данными. По литературным данным [2], при полимеризации смеси углеводородов глубина превращения отдельных компонентов сырья равна (в масс. %):

Пропилен – 90-100

Изобутилен – 100

Нормальный бутилен – 95-100

По нормальному бутилену примем глубину превращения равной 95%, по пропилену, равной 100 %, т.к. количество не так велико, и разность в 5% не скажется на расчете.

(7)

Материальный баланс приведен в таблице 2.6

Материальный баланс

Таблица 2.6

Компон-енты	Молекулярная масса	Количество, масс.%	Количество, мол.%	Количество
т/год	т/сут	кг/ч	кмоль/ч
Приход С₃Н₈ С₃Н₆ i-С₄Н₈ н-С₄Н₈ С₄Н₁₀ С₅Н₁₂		0, 6 4, 5 10, 7 24, 5 57, 8 1, 9	0, 76 6, 05 10, 8 24, 66 56, 29 1, 5		3, 6 64, 2 346, 8 11, 4		3, 4 26, 8 47, 8 109, 4 249, 2 6, 6
Сумма	-						443, 2
Расход С₃Н₈ н-С₄Н₈ С₄Н₁₀ С₅Н₁₂ Полимердистиллята	116, 5	0, 6 1, 25 57, 8 1, 9 38, 45	0, 98 1, 57 71, 72 1, 95 23, 78		3, 6 7, 35 346, 8 11, 4 230, 85	306, 25 9618, 7	3, 4 5, 47 249, 2 6, 6 82, 56
Сумма	-						347, 2

Рисунок 2.1 Эскиз обвязки центробежного насоса

1 – всасывающий трубопровод; 2 – нагнетательный трубопровод; 3 – задвижки; 4- корпус насоса

Исходные данные:

Q = 0, 012 м³/с;

Р = 570 кг/м³;

Р₁= 602000 Па;

Р₂= 3500000 Па;

t = 50⁰C;

H_г = 15м;

I_всас = 15м_;

I_наг= 40м

Выбор диаметра трубопровода

Принимаем скорость движения во всасывающим и нагнетательном трубопроводе W = 2, 0 м/с

Определяем внутренний диаметр трубопровода:

(16)

где Q- расход жидкости;

W- скорость движения жидкости,

Расчет потерь на трение и местные сопротивления

Определим режим движения жидкости критерии Рейнольдса:

(17)

где w - скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;

d - внутренний диаметр трубопровода;

p - плотность жидкости;

μ - динамическая вязкость,

Режим движения жидкости турбулентный

По критерию Ренольдса при различных режимах движения жидкости и значениях шероховатости стенок трубы и определить коэффициент трения λ.[9]

Относительная шероховатость труб:

λ = 0, 031

Сумма местных сопротивлений. На линии нагнетания расположены два отвода под углом 90 ⁰ и 5 отводов под углом 110 ⁰, а также два нормальных вентиля и один прямоточный. На линии всасывания установлено два прямоточных вентиля и, три отвода под углом 90 ⁰.

Сумма местных сопротивлений для всасывающей линии:

(18)

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательной линии:

(19)

где E₁- выход из труб;

E₂- отвод под углом 90 ⁰;

Е₃ – отвод под углом 110 ⁰;

Е₄- нормальный вентиль;

Е₅- прямоточный вентиль.

Определяем потерю напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводе:

(20)

где L - длина всасывающего и нагнетательного трубопровода;

d - внутренний диаметр трубопровода;

Е_м.с.- коэффициент местных сопротивлений;

w - скорость движения жидкости в трубопроводе;

g - ускорение силы тяжести;

λ - коэффициент трения, определяется по монограмме.

Общие потери напора:

Полный напор складывается из потери напора на трение во всасывающем и нагнетательном трубопроводе, подъем жидкости на высоту Н_г и разности давления в напорном и нагнетательном аппарате:

Полезная мощность насоса определяется:

(21)

где Q - расход жидкости;

р - плотность жидкости;

g - ускорение силы тяжести

Мощность двигателя определяется по формуле:

(22)

N_дв=1, 25*53=66кВт

Вывод: насос выбираем марки Т-10-140: производительность- 2, 5·10^-2 м³/с; высота столба жидкости – 1400 м; число оборотов вала - 260 об/с. Тип электродвигателя КО-51-4К, мощность – 75 кВт, взрывозащита – ВЗГ.

Основного оборудования

Тепловой баланс реактора

Давление в реакторе при работе на катализаторе Полинасфа-80 равно 30-40 кгс/см².

Температура на входе в реактор 453К.

Уравнение теплового баланса реактора

Q₁+ Q_p = Q₂+ Q_п+ Q_о(23),

где Q₁- приход тепла с сырьем; Q_р- приход тепла при образовании полимердистиллята; Q₂- расход тепла с продуктами реакции; Q_п- потери тепла в окружающую среду (принимаем 200кВт); Q₂- расход тепла, отводимый хладагентом.

Энтальпия паров сырья и продуктов реакции:

q_T = (24),

где q_T – энтальпия потока при его температуре и давлении, кДж/кг;

энтальпия потока при его температуре и атмосферном давлении, кДж/кг;

- поправка на энтальпию паров кДж/кг.

Обычно температура на выходе из реактора на 12-25 К выше температуры на входе в реактор [13]. Принимаем 20К, тогда температура на выходе составит 473К.

Для определения энтальпии потока при его температуре и атмосферном давлении необходимо знать относительную плотность при температуре 288К.

По данным таблицы 6 средняя молекулярная масса сырья и продуктов реакции:

M_c=∑ M_ic_i (25)

М_с=44∙ 0, 0076+42∙ 0, 0605+56∙ 0, 107+56∙ 0, 2468+58∙ 0, 5623+72∙ 0, 0015=55

M_п.р=∑ M_ic_i (26)

М_с=44∙ 0, 0098+56∙ 0, 0, 0157+58∙ 0, 7172+72∙ 0, 0015+116, 555∙ 0, 2378=72

По формуле Мамедова найдем относительные плотности сырья, продуктов реакции и полимердистиллята:

(27)

(28),

где а –средняя температурная поправка относительной плотности на один К, определяемая по формуле Кусанова:
а=0, 001828+0, 00132∙ (29)

Для сырья при М_с=55

=0, 568

а=0, 001828+0, 00132∙ =0, 0004

∙ 0, 0004=0, 570 г/м³

Для продуктов реакции при М_п.р.=72

=0, 626

а=0, 001828+0, 00132∙ =0, 0008

∙ 0, 0008=0, 630 г/м³

Для полимердистиллята при М_п.д.=116, 5

=0, 704

а=0, 001828+0, 00132∙ =0, 001

∙ 0, 001=0, 709 г/м³

Для определения энтальпий сырья и продуктов реакции при их температурах и давлении 35 кгс/см² необходимо знать поправки на энтальпию паров

(30),

где Т-температура потока, К; Ф- коэффициент, зависящий от приведенных и критических параметров соответствующего потока, определяется по графику [10]; М- средняя молекулярная масса потока.

Приведенные температуры сырья и продуктов реакции:

(31),

где для сырья =473К; температуры сырья и продуктов реакции.

Критические температуры найдем по формуле:

=355, 1+0, 97∙ а-0, 00049∙ а² (32),

а = (1, 8Т_s- 359) ; (33)

где Т_s-среднемолекулярная температура кипения сырья и продуктов реакции, К.

Среднемолекулярные температуры кипения сырья и продуктов реакции определим по правилу аддитивности:

T_s=∑ T_ix_i (34),

где Т_i-температура кипения i-го компонента, К; x_i – мольная доля этого компонента.

Результаты занесем в таблицу 2.7.

Среднемолекулярные температуры кипения

Таблица 2.7

Компоненты	Состав, x_i_-мол. доли,	Температура кипения, T_i К	T_ix_i
сырье	Продукты реакции	Сырье	Продукты реакции
С₃Н₈ С₃Н₆ i-С₄Н₈ н-С₄Н₈ С₄Н₁₀ С₅Н₁₂ Полимердистиллят	0, 0076 0, 0605 0, 108 0, 2466 0, 5629 0, 015 -	0, 0098 - - 0, 0157 0, 7172 0, 0195 0, 2378	225, 4 266, 15 266, 4 272, 5 309, 7	1, 75 13, 64 28, 74 65, 69 153, 23 4, 64 -	2, 26 - - 4, 18 202, 61 6, 03 93, 46
Сумма	1, 00	1, 00	-	T_s=267.69	T_s=308.54

Приведенные давления сырья и продуктов реакции найдем по формуле:

(35),

где Р_р – рабочее давление, кПа; Р_кр- критические давления сырья и продуктов реакции, определяем по графику [13]. Для сырья Р_кр=3, 6*10⁶Па; для продуктов реакции 3, 35*10⁶Па

На основе данных таблицы 7 найдем критические и приведенные температуры сырья и продуктов реакции.

Для сырья:

а_сырья=(1, 8*267, 69-359)*0, 57=70, 02

Т_{кр. сырья}=355, 1+0, 97*70, 02-0, 00049*70, 02²=420, 6К

Для продуктов реакции:

а_п.р.=(1, 8*308, 54-359)*0, 63=137, 74

Т_{кр. п.р.}=355, 1+0, 97*137, 74-0, 00049*137, 74²=467, 6К

Зная приведенные и критические параметры температуры и давления сырья и продуктов реакции найдем по графику значения коэффициента Ф. Ф_с=2.4, Фп.р.=4.5, тогда подставив значения в уравнение 30, получим:

Для составления теплового баланса реактора необходимо знать тепловой эффект реакции. Найдем его по следствию из закона Гесса:

q_р_i=n(Δ Hc_исх.в-в)- Δ Hc_прод.р.(36),

где n-стехиометрический коэффициент; Δ Hc_исх.в-в-теплота сгорания исходных веществ, Δ Hc_прод.р-теплота сгорания продуктов реакции.

Теплоты сгорания полимеризующихся С₃Н₆, i-С₄Н₈, н-С₄Н₈, а также образующихся С₆Н₁₂ и С₈Н₁₆ приведены в таблице 2.8

Теплоты сгорания углеводородов

Таблица 2.8

Углеводород	Теплота сгорания при 293К, Δ Hc кДж/мол
С₃Н₆ i-С₄Н₈ н-С₄Н₈ С₆Н₁₂ С₈Н₁₆	1927, 7

Тепловой эффект при полимеризации олефинов:

2(С₃Н₆)→ С₆Н₁₂

q_р1=2*1927, 7-3620=235, 4 кДж/моль

2(i-С₄Н₈)→ С₈Н₁₆

q_р2=2*2706-5355=85 кДж/моль

2(н-С₄Н₈)→ С₈Н₁₆

q_р3=2*2720-5355=57 кДж/моль

На образование 9618, 75 кг полимердистиллята расходуется 1125кг С₃Н₆, 2675кг i-С₄Н₈, 5818, 75 кг н-С₄Н_8. или соответственно 11, 7; 27, 81 и 60, 49 мол.%. Средний тепловой эффект реакции полимеризации равен:

q_р=235, 4*0, 117+85*0, 2781+57*0, 6049=93, 96 кДж/моль

В пересчете на 1 кг полимердистиллята:

q_р=

Количество тепла, выделившегося при образовании полимердистиллята:

(37),

где - количество образовавшегося п полимердистиллята, кг/ч

12 3 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒