Вузол підготовки сировини

По потоку G2:

Таблиця 5.3

Склад газу стабілізації

По потоку G3:

Таблиця 5.4

Склад кубового потоку колони стабілізації ізомеризату

По потоку G4:

Таблиця 5.5

Склад товарного ізомеризату

По потоку G8:

Таблиця 5.6

Склад бокового погону ДІГ

На установку подається також водневмісний газ, але ми ним знехтуємо.

Для визначення потоків G2, G4, G5, G8, G7 використаємо наступні формули

, (4.2)

де Gi – один із множин потоків m, який утворився з основного потоку G, кг;

 – концентрація компоненту j із n компонентів в потоці i, долі.

Для розрахунку кількості сірковмісних сполук потрібно лише визначити масу цих сполук, яка адсорбується адсорбентом:

 (4.3)

де GS – маса сірковмісних сполук, адсорбентом;

 – різниця концентрацій до і після адсорбера сірковмісних сполук.

Оскільки , то знайдемо потік товарного ізомеризату G5 із потоком сірковмісних сполук G7 за формолою:

. (4.4)

Отже, масовий потік газу стабілізації:

де – коефіцієнт 0,85 враховує ре циркулюючий потік, який становить 15% основного потоку.

масовий потік товарного ізомеризату із потоком сірковмісних сполук:

масовий потік бокового погону колони ДІГ:

Кількості сірковмісних сполук що адсорбується

Масовий потік товарного ізомеризату G5 із потоком сірковмісних сполук G7 за формолою:

Зробимо перевірочний розрахунок по матеріальному балансу, який включає тому, щоб вхідні масові потоки були рівні вихідним масовим потокам. Отже, перевірочний розрахунок проводимо за допомогою формули 4.1:

Отже, як ми бачимо існує різниця в  =.

Це пояснюється тим, що ми прийняли деякі припущення і знехтували водневмісним газом, який є невід’ємною частиною процесу.

Зведемо матеріальний баланс установки в таблицю 4.7.

Таблиця 4.7

Матеріальний баланс установки ізомеризації

5. Тепловий розрахунок

При розрахунку теплового балансу реактора визначають кількість тепла,що надходить і йде з реакційною сумішшю, витрати тепла на реакцію й тепловтрати через стінку. За даними теплового балансу визначають температуру потоку, що йде, що необхідно для розрахунку наступних апаратур. Почнемо з оцінки тепловтрат , тому що вони мають самостійне значення.

5.1 Розрахунок тепловтрат через стінку

Метою розрахунку є перевірка ефективності ізоляційного матеріалу й визначення зміни температури в реакторі за рахунок тепловтрат . Розрахунок ґрунтується на визначенні коефіцієнта теплопередачі через стінку (kt) і поверхні теплопередачі (St). Кількість тепла,переданого навколишньому середовищу за одиницю часу , становить QT =kt∙St∙∆Tср, (5.1)

де ∆Tср- середня різниця температур реакційної суміші (ТСМ) і зовнішньої температури (ТН).

Значення kt розраховують по відомому співвідношенню

Kt=-1 (5.2)

де -а1 і а2-коєфициєнти теплопередачі від потоку реагуючої суміші до стінки реактора й від стінки до зовнішнього середовища ,а δі і λі- товщина й коефіцієнт теплопровідності і- шару стінки. Стінка реактора звичайно тришарова :внутрішня футеровка (асбоцемент),метал(сталь) ізовнішня ізоляція (азбест). Товщина шару металу визначається тиском у реакторі й становить 3-7мм, товщина ізоляційного й футеровочного шарів близька до 5 мм. Значення λ для сталі ,асбоцемента й азбесту становлять 162, 2,2 i 0,5 кДж/(м∙год∙К) відповідно[2], а1 і а2 розраховують по емпіричних формулах;для режиму промислового реактора вони рівні 36,1 i 1,2 кДж/(м2∙год∙К). Тоді Kt складе:

Kt=) =0.891 кДж/(м2∙год∙К),

І навіть при максимальної ∆Тср=450 К маємо

Qт=(2πRH+4πR2)∙0.891∙450=2518RH+5036 R2 кДж/год

де R- радіус реактора ,а H-його висота.

При розрахованих нижче розмірах реактора тепловтрати ( Qт) кладе 25.2∙103 кДж/год, що значно менше тепловбирання за рахунок реакції. Співвідношення тепловтрат через стінку й тепловбирання за рахунок реакцій не перевищує 0.005 (0.5%).Це означає ,що промисловий реактор ізолюється досить ефективно .

Розрахуємо тепер,наскільки впаде температура в реакторі за рахунок тепловтрат у навколишнє середовище . Позначимо цю величину ∆Тт. Якщо Go,сро і срur- масові потік і теплоємність вуглеводнів і циркулюючого газу, а α-масове співвідношення циркулюючого газу й вуглеводнів ,то маємо:Qт=(Go∙cpo+Go∙ α∙cpur) ∆Тт

∆Тт=0С

Для величин ,наведених у технологічному розрахунку, маємо ∆Тт< 10С,тобто тепловтрати мало міняють температуру в реакторі, і при розрахунках основного процесу можна вважати промисловий реактор адіабатичним.

Розрахунок кількості тепла ,що надходить і йде з реакційною сумішшю,і теплоти реакції

Кількість тепла потоку реагентів (Qп1) розраховують по масі (Gі) і тепломісткості(qi) компонентів потоку на виході при температурі То:

Qп1=∑ Gі qi=(∑ Gі срі)То(5.3)

Gі наведені в таблицях 4.1 і 4.2; величина qi і срі визначають як функції критичних параметрів (Тк і рк) і масових часток (Z‴1,) компонентів:

qi=f1(Tk1,pk1,Z‴1) на основі таблиць і номограм.

Спочатку розраховують(Qn1) для вхідного потоку (приблизно 50∙106кДж/год

[2]). Потім,задаючись теплотою реакції на одиницю маси сировини, розраховують тепловіділення за рахунок реакції(Qр).Оскільки тепловтрати через стінку відносно малі, приймаємо :

Qn2= Qn1+ Qр(5.4)

Qр=

Тут Qn2-кількість тепла, виносимо газо-продуктивим потоком. Знаючи Qn2,далі підбором визначають температуру вихідного потоку (Тв), для якої виконується умова : Qn2=(∑ Gі срі)Тв.

Тв= 0С

Такий метод визначення Твє наближеним не враховуюче одночасне протікання ізомеризації й гідрокрекінгу.

6. Технологічний розрахунок адсорбера блоку підготовки сировини установки ізомеризації

Як було зазначено вміст сірки в сировині для подачі її в реактор повинен бути менш ніж 0,1 ppm [див. розділ 1].

Розрахуємо об’ємну подачу рідкої сировини:

 (6.1)

де GС — масова витрата сировини, вона складає 70.5·106 кг/рік [див. вихідні дані];

ρ — густина рідкої сировини, вона дорівнює 677 кг/м3 [див. розділ №3];

8000 – кількість годин на протязі одного року.

Для розрахунку адсорбера потрібні характеристики адсорбенту АКГ-981, які приведені нижче [9]:

– насипна густина ρн: 810 кг/м3;

– пористість шару гранул ε=0,38;

– питома поверхня f= 370,37 м2/м3.

Наступні характеристику будуть представлятись по мірі розрахунку.

Оскільки проектується адсорбер вхід сировини, в який здійснюється зверху,

можна не хвилюватися про швидкість потоку в апараті, оскільки винесення адсорбенту під дією швидкості винесення неможливе.

Але швидкість повинна бути в розумних межах, оскільки при її збільшенні збільшується гідравлічний опір в квадратній пропорційності.

Тривалість Т повного циклу в адсорбері с нерухомим зернистим шаром адсорбенту (як і в другому адсорбері періодичної дії) складається із часу адсорбції , часу десорбції , на протязі якого через адсорбент будуть продувати регенеруючий агент, і часу охолодження адсорбенту (також в цей час може ввійти час сушки, але в нашому випадку, дану операцію проводити не доводиться) . Величини  і  визначаються дослідницьким методом, а їх сума складає тривалість допоміжних операцій:

. (6.2)

Таким чином:

 (6.3)

Оскільки в нас непереривний процес на установці, тому ми проводимо адсорбцію з декількох адсорберів періодичної дії, в яких поперемінно відбувається адсорбція і допоміжні операція (десорбція і охолодження). Для здійснення описаного вище візьмемо два адсорбера. Для роботи таких установок необхідне виконання наступної умови:

. (6.4)

Умовимось діаметром адсорбера D=1,4 м, і розрахуємо фіктивну швидкість суміші:

 (6.5)

де V – об’ємна подача сировини (формула 6.1), м3/с;

S – площа перерізу адсорбера, м2.

Площа перерізу S:

,

Отже,

W0= м/с

Відомо, що час який затрачується на десорбцію 1 м3 адсорбенту, при фіктивній швидкості 0,08 м/с регенеруючого агенту з температурою 300 оС, становить 15,8 години [9].

По ізотермі адсорбції рис. 6.1 при Y1=0,0000105 кг/кг сировини [див. розділ №3], рівноважна концентрація сірковмісних сполук і вологи в адсорбенті буде Х*=0,024 кг/кг адсорбенту [9]. Приймаємо насичення начального перерізу шару Хн=0,98·Х*=0,98·0,024=0,02352 кг/кг адсорбенту.

Визначаємо тривалість насищення шару адсорбенту висотою 1 м по рівнянню (коефіцієнт поглинальної дії):

k== 581843.33 с/м (6.6)

Знаходимо час , на протязі якого насичується початковий переріз шару. Використовуючи формулу:

, (6.7)

де К – коефіцієнт масопередачі, кг/м2·с·кг/кг;

f – питома поверхня адсорбенту, м2/м3.

Інтеграл правої частини рівняння (6.7) визначається графічно і представляє собою

площу, обмежену кривою , абсцисою ХН і крайніми ординатам.

Для рішення інтегралу приймемо ряд похідних значень Х (менше Хн=0,02352 кг/кг адсорбенту).По ізотермі адсорбції рис. 6.1 визначаємо значення точок рівноважної концентрації , які відповідають кожній величині Х, і будуємо графік залежності  від Х на основі отриманих даних, приведених в таблиці 6.1:

Таблиця 6.1

Точки рівноважної концентрації

Рис. 6.1 Ізотерма адсорбції

Площа обмежена кривою, віссю абсцис і крайніми ординатами, проведеними (див рис. 6.2), складає 405,7 см2. Враховуючи масштаб будування графіка:

.

Рис 6.2 Графік залежності  від Х

Тепер визначимо коефіцієнт масопередачі від сировинної суміші до адсорбенту при температурі 80 оС, оскільки саме при цій температурі буде працювати адсорбер [див. розділ 1], по формулі:

 (6.8)

Визначимо еквівалентний діаметр шару адсорбенту:

 (6.9)

Масова швидкість сировинної суміші складає:

 (6.10)

де  – густина сировинної суміші, кг/м3 [див. розділ 3]

Визначаємо критерій Рейнольдса:

 (6.11)

де  – в’язкість сировинної суміші (1,69·10-3Па·с) [12].

Коефіцієнт дифузії сірковмісних сполук при 0 оС складає:

Визначимо коефіцієнт дифузії сировинної суміші при тиску Р=1,25 МПа:

 (6.12)

Знаходимо значення дифузійного критерію Прандтля:

 (6.13)

В відповідності знайдемо дифузійний критерій Nu’:

звідки,

або

.

Час  по рівнянню (6.7):

Висота одиниці переносу складає

.

Визначимо число одиниць переносу графічним методом, допускаючи концентрацію сірковмісних сполук в кінці шару Хс=0,001 кг/кг адсорбенту.

Визначаємо значення  в границі зміни Х від Хн=0,02352 кг/кг адсорбенту до Хс=0,001 кг/кг адсорбенту (табл. 6.2).

Методом графічного інтегрування визначаємо за рис. 6.3 число одиниць переносу.

Таблиця 6.2

До розрахунку

Рис. 6.3 Графік залежності  від Х

Число одиниць переносу становить: n=5,1.

Знаходимо висоту Но шару адсорбенту, який працює до моменту :

 (6.14)

Визначаємо тривалість адсорбції при умові, що висота шару адсорберу буде становити 2,1м:

τ = τ0 + κ (Η - Η0)=109,2+315538,12∙(2,1-0,0765)=635223с

або 7 діб і 9 годин

Розрахуємо об’єм адсорбенту:

.

Час десорбції буде становити:

τ доп =15,8∙3,2=50,56 години або 2 доби та 2 години

Отже, умова  виконалась.

Втрату напору розраховують по формулі:

; (6.15)

де ε — порозність шару;

и — лінійна швидкість руху потоку, який фільтрується через шар адсорбенту, м/с;

μ — динамічна в’язкість, Пас;

d — середній діаметр зерен адсорбенту, дорівнює 0,004 м;

ρ — густина рідини, кг/м3;

g — прискорення сили тяжіння, кг/с2.

Середній діаметр часток адсорбенту становить d = 410-3м.

Таким чином

ΔР = Н 1874,4 = 2,1· 1874,4= 3,9 кПа.

Таким чином, втрата напору адсорбенту не значна.. Тому до проектування приймаємо реактор циліндричної форми з висотою і діаметром 2,1 та 1,4 м відповідно по ГОСТ 9617-67.

7. Конструктивний розрахунок адсорбера блоку підготовки сировини установки ізомеризації

7.1.1 Розрахунок корпуса апарата на міцність

Розрахунок проведений за ДСТ 14249-80 «Посудини й апарати. Норми й методи розрахунку на міцність.

7.2.1.1 Визначення товщини оболонки корпуса

, (7.1)

де:

=1 - коефіцієнт міцності звареного шва;

=137 МПа –

допустима напруга для сталі 12 ХМ при температурі 3500С;

С=3 мм – збільшення до розрахункової товщини оболонки для компенсації корозії;

С1=0 - додаткове збільшення до розрахункової товщини стінки. Приймаємо товщину стінки оболонки з урахуванням негативного відхилення в сортаменті на листову сталь за ДСТ -74 S=6 мм.

7.2.1.2 Визначення товщини стінки еліптичного днища

 (7.2)

де:

R- радіус кривизни у вершині днища (для стандартних еліптичних днищ R=D).

Приймаємо товщину днища з урахуванням утоненя листа при штамповці S1=6 мм.

7.2.2 Розрахунок зміцнення отворів

Розрахунок проведений по ДСТ 26-2045-77 «Посудини й апарати норми й методи розрахунку зміцнень отворів».

7.2.2.1 Найбільший припустимий діаметр

Найбільший припустимий діаметр, що, одиночного отвору, що не вимагає додаткового зміцнення в днище:

, (7.3)

де: К1=1,0; К2=0,4 – коефіцієнти, обумовлені по ДСТ 26-2045-77;

sR=s-c-c1=4,39 мм – розрахункова товщина стінки днища мм.

 (7.4)

де: м - відстань від центра зміцнювального отвору до осі днища.

Розглянемо типи отворів:

а) центральне розташованя (горловини корпуса адсорберу) га= 0 см;

в) зміщений від осі штуцер вивантаження адсорбенту гв=40 см.

DRa=2D=2·140=280 см.

тобто потрібне зміцнення штуцерів-горловин верхньої й нижньої. Для верхнього й нижнього днищ для подальшого розрахунку визначаємо найбільший допустимий діаметр отвору, що не вимагає додаткового зміцнення, при відсутності надлишкової товщини стінки:

. (7.5)

7.2.3 Визначення тиску регенерації, пробного тиску й пускового тиску при мінусовій температурі

Розрахунок тиску, що допускає, при режимі регенерації вводиться при конічному переході діаметром 500 маємо Т=316 оС,  то для сталі 12XM, 08X18H10T

 (7.6)

де f – коефіцієнт форми днища визначається за ДСТ 14249-73 в залежності від кута  й відношення . f=1,2.

.

 (7.7)

Приймаємо робочий тиск при регенерації

.

Визначаємо пробне тиску при гідровипробуванні на підприємство-виготовлювача:

 (7.8)

де , - допустиме напруження, що для сталі 12XM при T=20 o і при T=350 o.

.

Приймаємо .

Пусковий тиск при мінусовій температурі максимальна величина тиску середовища в апарату при пуску й обпресуванні холодного апарата.

Приймаємо .

7.2.4 Розрахунок кришки на штуцері вивантаження адсорбенту

Матеріал кришки - сталь 15X5M, прокладки 08X18H10T.

Допуск напруги при T=350 o . Збільшення для компенсації корозії С=0,3 мм.

Dсн=275 мм - b= 16 мм

Dз= 360 мм - h2=11 мм

Розрахунок товщини кришки.

 (7.9)

Де - розрахункова товщина стінки кришки.

k – коефіцієнт, що залежить від конструкції зміцнення кришки.

ko – коефіцієнт ослаблення кришки отвором.

- розрахунковий діаметр кришки, що дорівнює середнім діаметрам прокладки.

f – коефіцієнт міцності зварених швів .

Величина k визначається за ДСТ 1429 – 80

 (7.10)

де - болтове навантаження, H.

- рівнодіюча внутрішнього тиску на кришку, Н.

де bo – ефективна ширина прокладки:

m – прокладочний коефіцієнт для сталі 08X18H10T m=6,5.

Тоді

 ;

, тому що отвір для болтів у розрахунку не приймають.

Виконавча товщина кришки

Приймаємо S1=75мм.

Товщина кришки в місці ущільнення

 (7.11)

тут за ДСТ 14249- 80  і k2 =0,45.

Прийнята товщина в місці ущільнення

.

Визначаємо напруги в кришці при гідровипробуванні пробним тиском

 (7.12)

де Pn- 6,6 МПа – тиск гідровипробування.

де

 -

допускає напруження, що, при гідровипробуванні;

-

боковий вівтар плинності стали 15X5M при T=20o.

7.2.5 Розрахунок температури зовнішньої стінки адсорберу

Тепловий визначається рівнянням:

 (7.13)

температура на границі покривного й теплоізоляційного шарів.

 (7.14)

Температура зовнішньої стінки

 (7.15)

Розглянемо два режими

1.  режим адсорбції

2.  режим регенерації

У результаті температура стінки адсорберу не перевищує 100 оС при відсутності порушення цілісності ізоляції.

ВИСНОВКИ

Бензин відіграє важливу роль у всіх галузях, і дивлячись на цей факт потрібно врахувати також те, що вимоги до нього, як до продукту, а також процесу його одержання, із часом, ростуть. Ми знаємо, що в нафті перебувають шкідливі домішки. Від цих домішок потрібно позбавлятися, наприклад, бензол, толуол, ксилоли, сірка. А в минулому октановим числом в основному підвищувалося за рахунок ароматичних вуглеводнів. Тому в цей час підвищення октанового числа бензину виробляється не в результаті збільшення в ньому бензолу, а безпосередньо ізомеризацією нормальних парафінів.

В результаті виконання даного курсового проекту було вивчено технологію очищення нафтових фракцій від сіркових сполук і осушення від вологи, апаратурне оформлення цього процесу, ознайомлення з характеристиками сировини, матеріалів, з теоретичними основами процесу.

Сутність вивчення проекту полягала в очищенні бензинової фракції НК-85 від сірковмісних сполук і осушення від вологи. Відповідно в проекті розроблена технологічна схема блоку підготовки сировини установки ізомеризації, приведені розрахунки обладнання.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1.  Ю.И. Дытнерский. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 2-е. В 2-х кн. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия, 1995. – 368 с.

2.  Запрягалов Ю.Б., Рабинович Г.Л., Жарков Б.Б.. Осушка и очистка от сероводорода газов на адсорбенте АКГ-981. Журнал «Газовая промышленность», 2003.

3.  И.Л. Кнунянц. Химическая энциклопедия. /В пяти томах/ Том 1. АБЛ-ДАР. «Советская энциклопедия», Москва: 1988.

4.  А.Л. Добровинский. Технологический регламент установки каталитического риформинга ЛГ-35-11/300-95. Блок изомеризации ПИ-ДИГ/120. ЗАО “ПМП”, 2004.

5.  А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. Изд. 2-е «Химия», М., 1962. 845 с.

6.  С.В. Адельсон. Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехимии. М., 1963. 310 с.