Проектування реакторного блоку ізомеризації Інтенсифікація процесу (стр. 1 из 10)
Тема: Проектування реакторного блоку ізомеризації. Інтенсифікація процесу
Зміст
Вступ
1. Фізико-хімічні основи процесу
1.1 Термодинамічні закономірності реакції ізомеризації парафінових вуглеводнів
1.2 Кінетика й механізм ізомеризації парафінових вуглеводнів
1.1.1. Механізм ізомеризації на біфункціональних каталізаторах
1.3 Кінетика ізомеризації парафінових вуглеводнів
1.3.1 Кінетичні закономірності ізомеризації н-пентана на промислових каталізаторах
1.4 Реакції, що супроводжують ізомеризацію
1.5 Роль водню в здійсненні реакції ізомеризації парафінових вуглеводнів
1.6 Дезактивація алюмоплатинових каталізаторів вуглеводневими відкладеннями
2. Характеристика вихідної сировини, напівфабрикатів і виготовляємої продукції
3. Опис технологічної схеми
4. Технологічний розрахунок промислового реактора ізомеризації
4.1 Матеріальний баланс
4.2 Тепловий розрахунок
4.2.1 Розрахунок тепловтрат через стінку
4.2.2 Розрахунок кількості тепла, що надходить і йде з реакційною сумішшю, і теплоти реакції
4.3 Розрахунок аеродинамічного режиму й розмірів реактора
5. Конструювання реактора, розрахунки його основних деталей на міцність
5.1 Розрахунок корпуса апарата на міцність
5.1.1 Визначення товщини оболонки корпуса
5.1.. Визначення товщини стінки еліптичного днища
5.2 Розрахунок зміцнення отворів
5.2.1 Найбільший припустимий діаметр
5.3 Визначення тиску регенирації, пробного тиску й пускового тиску при мінусовій температурі
5.4 Розрахунок кришки на штуцері вивантаження каталізатора
5.5 Розрахунок температури зовнішньої стінки реактора
6. Екологічна обстановка на виробництві
7. Економічна оцінка удосконалень, впроваджених у проекті
Висновок
Список використаної літератури
Вступ
В промисловості і в побуті достатньо високе значення має процес ізомеризації, оскільки за допомогою цього процесу ми отримуємо високоякісний бензин, який має достатньо високе октанове число. В результаті цього даний бензин можна використовувати, як паливо для автомобілів внутрішнього згорання (при низькому октановому числі двигун автомобіля псується і швидко виходить з ладу). А як ми знаємо, без автомобільного транспорту існувати держава не може. Це робота з вантажем, пасажирний транспорт, також автомобілі використовуються в побуті. Тому, актуальність даного курсового проекту досить висока.
Крім автомобільного напрямку використання процесу ізомеризації, даний процес використовується, як початкова ланка для отримання каучуку. Мається на увазі те, що процесом ізомеризації попередньо отримують і-пентан, який в подальшому в реакторах каталітичної дегідратації отримують ізопрен, а той – для отримання ізопренового каучуку, який має велике значення в промисловості і побуті в загалі, тому що каучук використовується в основному для виготовлення, як в самій ж автомобільній галузі (шини, обладнання салону і т.д.) і в побуті (леноліуми та ін.). Крім того сам же і-пентан використовується також, як розчинник в процесі полімеризації ізопрену.
Отже, вивчати процес ізомеризації потрібно. В результаті ми можемо вдосконалювати даний процес для зниження собівартості продукту. Цей показник являється дуже важливим в нинішніх умовах.
1. Фізико-хімічні основи процесу
1.1 Термодинамічні закономірності реакції ізомеризації парафінових вуглеводнів
Реакції ізомеризації парафінових вуглеводнів є рівноважними:
.Таблиця.2.1. Значення ентальпії
, Дж/моль, зміни ентропії 
, Дж/(моль·К), і константи рівноваги Кр для реакції ізомеризації парафінових вуглеводнів С4 – С6 у газовій фазі [2] | Реакція | 300К | 500К | 700К | ||||||
| ΔН0 | ΔS0 | Кр | ΔН0 | ΔS0 | Кр | ΔН0 | ΔS0 | Кр | |
 н-Бутан 2-метилпропан | 8,4 | 15,5 | 4,5 | 8,2 | 15,3 | 1,2 | 8 | 14,8 | 0,7 |
 н-Пентан 2-метилбутан | 8 | 5,4 | 13 | 8,1 | 5,5 | 3,6 | 7,8 | 5,2 | 2,1 |
| н-Пентан 2,3-диметилпропан | 19,5 | 42,5 | 15 | 18,7 | 40,5 | 0,7 | 17,4 | 38,3 | 0,2 |
 н-Гексан 2-метилпентан | 7,1 | 7,9 | 6,7 | 6,6 | 6,8 | 2,2 | 6,1 | 5,9 | 1,4 |
 н-Гексан 3-метилпентан | 4,4 | 8,6 | 2,1 | 4,3 | 8,6 | 1,03 | 4,4 | 8,6 | 0,8 |
| н-Гексан 2,2 -диметилбутан | 18,3 | 30,1 | 14,5 | 18,2 | 29,8 | 2,2 | 17,4 | 28,5 | 0,6 |
| н-Гексан 2,3-диметилбутан | 10,6 | 22,7 | 4,6 | 10,7 | 23,2 | 1 | 10,5 | 22,9 | 0,4 |
Вони протікають практично без зміни об'єму, тому термодинамічна рівновага залежить від температури; низькі температури благочинять утворенню ізопарафінових вуглеводнів. Тепловий ефект реакції ізомеризації невеликий – від 2 до 20 кДж/моль – і мало міняється зі зміною температури. Дослідженню рівноваг реакцій ізомеризації парафінових вуглеводнів присвячене значне число робіт експериментального й розрахункового характеру. Спостережуване для деяких вуглеводнів розбіжність пояснюється недостатньо точним обчисленням термодинамічних величин. При розрахунку рівноважних сполук за значеннями констант рівноваги необхідно також ураховувати, що на практиці при протіканні реакції ізомеризації не завжди утворяться всі теоретично можливі ізомери; наприклад, у продуктах ізомеризації пентану були виявлені тільки два ізомери – н-пентан і ізопентан (2-метилбутан); неопентан (2,2-диметилпропан) не був виявлений. Останнє викликано нестійкістю первинного карбкатіону – необхідноїтадії перегрупування вторинного карбкатіона. Через відсутність неопентана рівновага повинна розглядатися тільки між н-пентаном і ізопентаном.
Те ж саме ставиться до ізомерів гептану: при проведенні ізомеризації відсутні 2,2-диметилпентан, 3,3-диметилпентан, 3-етилпентан, що пов'язане з утрудненнями кінетичного характеру.
Константи рівноваги реакцій ізомеризації парафінів С4 – С6, ентальпія ізомеризації й зміна ентропії ізомеризації, обчислені на підставі спектроскопічних даних і даних про вільні енергії, наведені в табл. 2.1. При розрахунках констант рівноваги реакції ізомеризації використається різниця у вільних енергіях ізомерів:
,де
- вільна енергія ізомеризації; 
- ентальпія ізомеризації; 
- ентропія ізомеризації.Константа рівноваги ізомеризації обчислюється по рівнянню:
Сполука реакційної суміші розраховується на підставі констант рівноваги ізомеризації кожного вуглеводню в іншій:
Зміст і-го ізомеру =
.2.2 Кінетика й механізм ізомеризації парафінових вуглеводнів
Кінетика й механізм реакції ізомеризації залежать від типу каталізатора й умов проведення реакції. В умовах гетерогенного каталізу реакція ізомеризації парафінів протікає по термодинамічно контрольованому механізмі [2]. Кількісною оцінкою кінетичних параметрів реакційної здатності вуглеводнів є константа швидкості перетворення вуглеводню в ізомерний вуглеводень або суміш ізомерів. Вивчення шляхів цих перетворень і сполуки проміжних продуктів пов'язане з вивченням механізму реакції.
При здійсненні ізомеризації парафінових вуглеводнів на промислових алюмоплатинових каталізаторах, промотированих фтором і хлором, металцеолітних каталізаторах, а також сверхкислотах, особливості кінетики й механізму реакції обумовлені механізмом утворення проміжних сполук.
Запропоновано кілька механізмів утворення карбкатіона; один з них зводиться до міжмолекулярному гідридному переносу:
Існує інша точка зору, відповідно до якої карбкатіони можуть утворюватися з парафінів шляхом відщіплення гідрид-йона л’юісівською кислотою:
У цьому випадку шляхом рекомбінації протона й гідриду-іона може утворитися газоподібний водень.
Ізомеризація парафінових вуглеводнів у сверхкислотних середовищах відбувається шляхом протонування парафінонового вуглеводню по
-зв'язку, при цьому утвориться некласичний карбонієвий іон із двухелектронним трьохцентровим зв'язком, наступне розщеплення якого приводить до утворення звичайного трехкоординованого карбкатіона й водню: