Методические указания к выполнению курсовой работы. Для студентов всех специальностей (стр. 2 из 3)
Рассмотрим расчет такой системы.
Рис. 3.2.1. Схема потоков углеводородной фракции с применением рециркуляции.
Р - реактор, СИОФ - система извлечения отработанной у/в. фракции,
Z - степень разбавления - отношение количества циркулирующего потока к свежему, Х1(i) -концентрация компонента в свежей фракции,
Х2 (i) - концентрация компонента в отработанной у/в фракции.
С учетом обозначений потоков на рис. 3.2.1. выражение (1) принимает вид:
Х12(1) = Х2(1)*(1-аl)/(1-Х2(1)*аl), доли масс., (2)
Отсюда после преобразований получаем выражение для определения величины концентрации изобутилена на входе в реакционный блок:
Х2(1) = Х12(1)/(1-аl-Х12(1)*аl), доли масс. (3)
С другой стороны, из рис. 3.3.1. ясно, что
Х2(1) = Х1+Z*Х12(1)/(1+Z), доли масс. (4)
Далее после несложных преобразований получаем выражение для определения необходимой степени разбавления свежего сырья отработанной у/в фракцией С4:
Z = (Х1(1)-Х2(1))/(Х2(1)-Х12(1)), доли масс. (5)
Содержание остальных компонентов углеводородного потока на входе в реактор вычисляют по формуле:
Х2(i) = (Х1(i) + Х12(i)*Z)/(1+Z), доли масс. (6)
3.3. Определение состава материальных потоков установки производства МТБЭ.
В начале расчета необходимо определить часовую производительность по свежей углеводородной фракции (G1, кг/час), поступающей на установку.
Зная ее состав, не сложно определить содержание компонентов потока G1, что сведено в табл. 3.3.1.
Состав свежей у/в фракции, поступающей на установку. Таблица 3.3.1.
| Компонент | Содержание, доли масс. | Количество, кг/час. |
| Изобутилен | X1(1) | G1(1) |
| Н- бутилены | X1(2) | G1(2) |
| Изобутан | X1(3) | G1(3) |
| Н- бутан | X1(4) | G1(4) |
| Всего | 1,0000 | G1 |
Количество углеводородной фракции на входе в реактор (G2) с учетом рециркулирующей отработанной углеводородной фракции:
G2 = (1 +Z)*G1, кг/час (7)
Отсюда определяются компоненты потока G2:
Состав у/в фракции на входе в реактор. Таблица 3.3.2.
| Компонент | Содержание, доли масс. | Количество, кг/час. |
| Изобутилен | X2(1) | G2(1) |
| Н- бутилены | X2(2) | G2(2) |
| Изобутан | X2(3) | G2(3) |
| Н- бутан | X2(4) | G2(4) |
| Всего | 1,0000 | G2 |
Количество конвертированного изобутилена составляет:
GKI = G2 (1)*аl, кг/час (8)
Количество непрореагировавшего изобутилена:
GN1 + G2 (1) * (1 - al), кг/час (9)
Количество свежего метанола на входе в реактор с учетом его мольного отношения к поступающему в реактор изобутилену:
G4(5) = 0,57 * G2(1) * МI, кг/час. (10)
где 0,57 - мол. масса метанола/мол. масса изобутилена.
Количество воды, пошедшей на образование трет-бутанола:
G4(6)= 0,32 * GKI *SITB, кг/час (11)
где 0,32 - мол. масса воды / мол. масса изобутилена.
В расчете условно принимаем, что вода поступает в реактор со свежим метанолом.
Следовательно, можно принять, что поток G4 состоит из следующих компонентов:
Таблица 3.3.3.
Состав свежего технического метанола на входе в реактор.
| Компонент | Содержание, доли масс. | Количество, кг/час. |
| Метанол | X4(5) | G4(5) |
| Вода | X4(6) | G4(6) |
| Всего | 1,0000 | G4 |
Количество образовавшегося МТБЭ:
G5(7) = 1,57 * GКI * SIМТ, кг\час. (12)
где 1,57 - мол. масса МТБЭ/ мол. масса изобутилена.
Количество образовавшегося трет-бутанола:
G5(8) = 1,32 * GКI * SIТВ, кг/час. (13)
где 1,32 - мол. масса трет-бутанола / мол. масса изобутилена.
Количество образовавшегося диизобутилена:
G5(9) = GКI * SIDI, кг/ час (14)
Количество метанола, пошедшего на образование МТБЭ:
GKME = 0,36 * G5(7), кг/час (15)
где 0,36 - мол. масса метанола/ мол. масса МТБЭ.
Примечание: Затратами метанола на другие продукты в расчете пренебрегаем.
Тогда реакционная смесь на выходе из реактора содержит следующее количество метанола:
G5(5) = G4(5) - GKME, кг/час (16)
Таким образом, состав и количества компонентов потока G5, выходящего из реактора, можно представить данными, приведенными в табл. 3.3.4.
Состав реакционной массы на выходе из реактора. Таблица 3.3.4.
| Компонент | Содержание, доли масс. | Количество, кг/час. |
| Изобутилен | X5(1) | G5(1) |
| Н- бутилены | X5(2) | G5(2) |
| Изобутан | X5(3) | G5(3) |
| Н- бутан | X5(4) | G5(4) |
| Метанол | X5(5) | G5(5) |
| МТБЭ | X5(7) | G5(7) |
| Трет-бутанол | X5(8) | G5(8) |
| Диизобутилен | X5(9) | G5(9) |
| Всего | 1,0000 | G5 |
Заданием определено, что технический МТБЭ после выделения его из реакционной смеси в аппарате 2 содержит, наряду с трет-бутанолом и диизобутиленом, некоторое количество Х6(5) метанола. Отсюда следует, что состав и общее количество технического МТБЭ, забираемого с низа аппарата 2 и выводимого с установки в качестве целевого продукта, могут быть представлены данными, приведенными в табл. 3.3.5.
Состав технического МТБЭ, выводимого с установки. Таблица 3.3.5.
| Компонент | Содержание, доли масс. | Количество, кг/час. |
| МТБЭ* | X6(7) | G6(7) |
| Трет. бутанол | X6(8) | G6(8) |
| Диизобутилен | X6(9) | G6(9) |
| Метанол | X6(5) | G6(5) |
| Всего | 1,0000 | G6 |
*) Здесь под МТБЭ понимается собственно метил-третбутиловый эфир, отвечающий его химической структуре.
В паровой фазе через верх аппарата 2 из реакционной массы отгоняется смесь отработанной у/в фракции и метанола. Количество последнего (с учетом того, что часть его удаляется из реакционной смеси G5 в жидкой фазе и выводится из аппарата 2 в составе технического МТБЭ), составляет:
G7(5) = G5(5) – G6(5), кг/час (17)
Тогда состав углеводород-метанольной смеси, отгоняемой в аппарате 2 от технического МТБЭ, может быть представлен данными, сведенными в таблицу 3.3.6.
Состав углеводород - метанольной смеси. Таблица 3.3.6.
| Компонент | Содержание, доли масс. | Количество, кг/час. |
| Изобутилен | X7(1) | G7(1) |
| Н- бутилены | X7(2) | G7(2) |
| Изобутан | X7(3) | G7(3) |
| Н- бутан | X7(4) | G7(4) |
| Метанол | X7(5) | G7(5) |
| Всего | 1,0000 | G7 |
Количество водного конденсата (G8), поступающего в аппарат 3 для извлечения метанола из углеводород-метанольной смеси, составляет:
G8 = G7 * WUV, кг/час (18)
Принимая к расчету, что метанол, содержащийся в углеводородном потоке G7, полностью извлекается из него водой, а последняя, в силу нерастворимости в парафиновых углеводородах, будет отсутствовать в у/в фракции после операции извлечения из нее метанола, можем представить составы и количества потоков G9, G10 и их компонентов, как это показано в таблицах 3.3.7. и 3.3.8.
Состав отработанной углеводородной фракции. Таблица 3.3.7.
| Компонент | Содержание, доли масс. | Количество, кг/час. |
| Изобутилен | X9(1) | G9(1) |
| Н- бутилены | X9(2) | G9(2) |
| Изобутан | X9(3) | G9(3) |
| Н- бутан | X9(4) | G9(4) |
| Всего | 1,0000 | G9 |
Состав водно-метанольного потока. Таблица 3.3.8.