Дегидрирование изобутана

 

Количество образующихся продуктов разложения равно общему количеству разлагающегося сырья. Расчет количеств индивидуальных компонентов, входящих в состав продуктов разложения, как показано в таблице 7.

 

Таблица 7. Состав и количество продуктов разложения

№	Компоненты	Количество, кг/ч	Состав, % масс.
1	H2	664,27	3,2
2	CH4	1017,17	4,9
3	C2H6	415,17	2
4	C2H4	311,38	1,5
5	C3H8	352,89	1,7
6	C3H6	373,65	1,8
7	н - C4H8	352,89	1,7
8	изо - C4H8	16399,23	79
9	C5 и >	207,59	1
10	C в CO	145,31	0,7
11	C в CO2	41,52	0,2
12	Кокс	477,45	2,3
Итого:		20758,52	100,0

 

После этого приступают к составлению материального баланса разложения изобутановой фракции. Принцип расчета ясен из таблицы 8.

 

Таблица 8. Материальный баланс разложения изобутановой фракции

№	Компоненты	Поступа-ет, кг/ч	Разлагается, кг/ч	Не разлагается, кг/ч	Продукты разложения, кг/ч	Выхо-дит, кг/ч
1	H2				664,27	664,27
2	CH4				1017,17	1017,17
3	C2H6				415,17	415,17
4	C2H4				311,38	311,38
5	C3H8	407,51		407,51	352,89	760,4
6	C3H6				373,65	373,65
7	н - C4H10	679,7	290,23	389,47		389,47
8	изо - C4H10	41766,10	20047,73	21718,37		21718,37
9	н - C4H8				352,89	352,89
10	изо - C4H8	1496,66	420,56	1076,10	16399,23	17475,33
11	C5 и >	65,65		65,65	207,59	273,24
12	C в CO				145,31	145,31
13	C в CO2				41,52	41,52
14	Кокс				477,45	477,45
Итого:		44415,63	20758,52	23657,10	20758,52	44415,63

 

        По данным таблицы 8 можно рассчитать  выходы изобутилена в расчёте  на пропущенный и разложенный  изобутан:

 

 

        Заключительным этапом составления  полного материального баланса  дегидрирования изобутановой фракции  является расчёт состава и  количества контактного газа, отводимого с установки дегидрирования на установку газоразделения. Азот в контактный газ попадает из десорбера реактора и из транспортной линии регенерированного катализатора. В контактном газе может содержаться также абгаз (состоит, в основном, из водорода и метана) или природный газ, подаваемый в ряде случаев для транспорта в восходящую ветвь регенерированного катализатора.

        Количество азота в контактном  газе рассчитывается по производственным  или проектным данным (обычно  и в принципе может быть уточнено расчётами десорбера реактора и транспортной линии регенерированного катализатора. Эти расчёты, однако, выходят за рамки объёма курсовой работы, в связи с чем принимаем концентрацию азота в контактном газе:

       Тогда количество контактного  газа:

 

 

       Выражение в скобках представляет собой сумму количеств всех компонентов, кроме азота, и легко рассчитывается.

       Расчёт состава и количества  контактного газа ведут по  форме таблицы 9.

 

 

 

Таблица 9. Состав и количество контактного газа

№	Компоненты	Количество, кг/ч	Состав, % масс.
1	H2	664,27	1,45
2	CH4	1017,17	2,22
3	C2H6	415,17	0,91
4	C2H4	311,38	0,68
5	C3H8	760,4	1,66
6	C3H6	373,65	0,82
7	н - C4H10	389,47	0,85
8	изо - C4H10	21718,37	47,43
9	н - C4H8	352,89	0,77
10	изо - C4H8	17475,33	38,16
11	C5 и >	273,24	0,60
12	CO	339,06	0,74
13	CO2	152,24	0,33
14	N2	1546,67	3,38
Итого:		45789,31	100,00

 

        Кокс, образующийся в процессе  дегидрирования изобутана, откладывается  главным образом на поверхности  катализатора. Некоторое количество  кокса откладывается на внутренней  поверхности реактора, на секционирующих  провальных решётках и других  внутренних деталях и непрерывно  там накапливается до периода  декоксования (чистки) реактора, который  обычно совпадает со временем  капитального ремонта установки. Условно принимаем, что весь образующийся  кокс откладывается на катализаторе  и вместе с ним полностью  выносится из реактора через десорбер. Это допущение сделано в целях большей определённости при составлении теплового баланса реактора.

2.2 Расчёт теплоты реакции дегидрирования

Теплоту реакции дегидрирования Qр рассчитывают по закону Гесса, зная количества (в кмоль/ч) компонентов сырья, подвергающемуся разложению:

 

 

количества образующихся продуктов разложения:

 

 

и теплоты образования (в кДж/кмоль) при средней температуре дегидрирования компонентов разлагающегося сырья (Δрi и продуктов разложения (Δпрi.

 

, Вт.

0,278 здесь  и в дальнейшем - коэффициент перевода  кДж/ч в Вт.

          Для расчёта теплоты реакции  дегидрирования могут быть использованы  соответствующие значения теплот  сгорания:

 

          Определив теплоту реакции дегидрирования, выраженную в кДж/ч или в  Вт, которая зависит от производительности  установки, требуется рассчитать тепловой эффект реакции, который не зависит от производительности, а зависит от только от начального и конечного состояния реагирующей смеси. Для этого необходимо величину разделить на количество разложившегося сырья (в кг/ч или в кмоль/ч) или на соответствующее количество образовавшегося изобутилена:

 

 

 

 

 

 

 

2.2.1 Приход тепла

1)  С сырьём  из печи:

 

где - количество сырья, кг/ч;

- энтальпия сырья при  температуре tс = 540⁰С , кДж/кг.

 рассчитывается по  известному составу сырья и  известным энтальпиям индивидуальных  углеводородов:

 

 

Энтальпию каждого вещества в загрузке рассчитывали по следующей формуле:

Найдём количество тепла, пришедшего с сырьём из печи:

 

 

2) С регенерированным  циркулирующим катализатором:

 

 

 

 

2.2.2 Расход тепла

1) С контактным  газом:

 

 

 

2) С отработанным  циркулирующим катализатором:

 

3) Теплота  реакции дегидрирования:

 

4) Потери  тепла в окружающую среду (принимаются  в зависимости от производительности  установки). Обычно Условно можно принять, что

 

Количество циркулирующего катализатора определяется из теплового баланса:

;

 

Кратность циркуляции катализатора:

 

 

 

 

Заключение

          Изобутилен является важнейшим мономером олефинового ряда. На его основе получают синтетический каучук, пластмассы, топливо, смазки, присадки к маслам, поверхностно-активные вещества, разнообразные добавки и другие продукты, которые широко используются практически во всех отраслях народного хозяйства.

          На первый взгляд химия изобутилена проста и не может представлять особого интереса для химиков с точки зрения получения новых продуктов, улучшения свойств известных соединений, расширения областей применения. Действительно, способ получения полиизобутилена - катионная полимеризация - довольно ординарен. Более того, в полиизобутилене отсутствуют дефекты структуры цепи, способные служить центрами модификации полимера и содействовать изменению его свойств.

         Между тем многие аспекты химии и технологии изобутилена и его полимеров не ясны и в лучшем случае дискуссионны. Поэтому глубокий интерес к фундаментальным и перспективным исследованиям в области изобутилена и его полимеров поддерживается уже многие десятилетия и постоянно стимулируется новыми экспериментальными данными. Очевидно, что ряд традиционных представлений, в частности о механизме и кинетике полимеризации мономера, оформлении технологического процесса производства полимеров изобутилена, нуждаются в основательном пересмотре или более того в развитии существенно новых и принципиально отличающихся теоретических и практических подходов.

         Многие вопросы химии и технологии изобутилена и полиизобутилена далеко не так просты, как кажется на первый взгляд. Вряд ли найдутся в отечественной и зарубежной химической технологии другие подобные процессы, которые бы с таким трудом поддавались расчету, регулированию и управлению, как процесс катионной поли - и сополимеризации изобутилена.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза: Учеб. для вузов. – 2-е изд., перераб. – М.: Химия, 1985. – 608 с., ил.
2. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. В двух книгах. Книга 2. Изд. 2-е. М.: Химия, 1974. - 744 с.
3. Голубева И.А., Крылов И.Ф., Никонов В.И. Методические указания по выполнению курсовых работ по курсу «Технология нефтехимического синтеза». – М., 1987. – 54с.
4. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: Учеб.пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. – М.: Высшая школа., 2003. – 536 с.: ил.
5. А.И. Скобло, Ю.К. Молоканов, А.И. Владимиров, В.А. Щелкунов. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. – М.: Недра, 2000. – 677 с.: ил.
6. Федорова Р.И., Крылов И.Ф. Окисления изопропилбензола в гидропероксид в реакторе колонного типа. Методические указания. – М.: ГАНГ, 1998 – 26 с.
7. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972, 720 с.
8. Сталл Д., Вестрам Э., Зинке Г. Химическая термодинамика органических соединений. – М.: Мир, 1971, 809с.
9. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского – М.: Химия, 1983, 272 с.