Главная страница

Техникотехнологические расчеты


Скачать 38.56 Kb.
НазваниеТехникотехнологические расчеты
Дата26.04.2020
Размер38.56 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлаMatbalans.docx
ТипДокументы
#119418

С этим файлом связано 7 файл(ов). Среди них: Doc1.docx, формуляр приказа.docx, дневник.docx, контр МСА.docx, pamatka.docx, План развития 2018-2019.docx, Документ Microsoft Office Word (3).docx.
Показать все связанные файлы
Подборка по базе: Безналичные расчеты обслуживания.docx, ИПЗ расчеты.docx, курсач. детали машини. расчеты..docx, 3. Гидродинамические расчеты отборов жидкости и забойных давлени, РГР Тяговые расчеты,Ергалиева.docx, Инженерные расчеты_решение.docx, ПТВ и расчёты.doc, Таможенные пошлины и расчеты.docx, Типовые расчеты теория.pdf, Финансово-банксовские расчеты 2 вариант.doc

  1. ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Расчет материального баланса

Исходные данные для расчета материального баланса производства:

  1. Производство непрерывное

  2. Сырье: пропан-бутановая фракция, состав приведен в таблице 4.1;

  1. Годовой фонд рабочего времени 8040 часов или 335 суток в год (с учетом вычета времени на текущий и капитальный ремонт);

  2. Производительность по этилену 76534,85 т/год;

  3. Массовое соотношение водяной пар : сырье составляет 0.4:1;

  4. Потери этилена 5% масс.;

  5. Степень конверсии исходного сырья 70%.

Состав пропан-бутановой фракции и этан-рецикла подставлен в таблице 4.1. Таблица 4.1 – Состав пропан-бутановой фракции и этан-рецикла

Компонент

Молекулярная масса

Состав, % масс.

С2Н6

30

0,8

С3Н8

44

29,8

С4Н10

58

69,2

С5Н12

72

0,2

Итого



100



Расчет часовой производительности установки в расчете на 100% этилен: (76534,85 × 1000) / 8040 = 9519,26 кг/ч.

Учитывая потери этилена (5% масс.), часовая производительность составит: 9519,26 × 100 / 95 = 10020,27 кг/ч или 10020,27 /28 = 357,87 кмоль/ч.

Расход бутана в пропан-бутановой фракции при степени конверсии, равной 70%: 357,87 / 2 × 0,70 = 233,79 кмоль/ч или 233,79 × 58 = 13560,02 кг/ч.

Общий расход пропан-бутановой фракции с учетом содержания бутана сырье составит:

13560,02 × 100 / 69,20 = 19595,40 кг/ч.

Компонентный состав сырья представлен в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Компонентный состав пропан-бутановой фракции

Компонент

М

Состав, % масс.

Расход, кг/ч

Расход, кмоль/ч

Состав, % мол.

C2H6

30

0,8

156,76

5,23

1,40

С3Н8

44

29,8

5839,43

132,71

35,65

С4Н10

58

69,2

13560,02

233,79

62,80

С5Н12

72

0,2

39,19

0,54

0,15

Итого



100

19595,40

372,28

100



Кинетика основной реакции процесса пиролиза (4.1):

С4Н10↔2С2Н42 [1c. 47] (4.1)

описывается уравнением первого порядка (4.2):

k = (2,303/τ) × lg (α / (α - x)), [1c. 47] (4.2)


где k – константа скорости реакции, с-1; τ – время пиролиза, с; α – количество

исходного реагента, вступившего в реакцию, %; х – степень конверсии этана, %.

Константу скорости реакции определяем по формуле (4.3):

lgk = 12,7 - 12850/Т, [1c. 47] (4.3)

где Т – температура процесса, равная 827 + 273 = 1100К;

lgk = 12,7 – 12850 / 1105 = -1,018

Время пиролиза определяется по формуле (4.4):

lgτ = -10,96+11038/Т [1c. 48] (4.4)

В результате расчета константа скорости k = 10,423; время пиролиза τ = 0,119 с.

Находим степень конверсии бутана x из (4.2), откуда х = 80 %.

Фактическая степень конверсии этана в этилен при 830°С и τ=0,119 с составляет α = 0,70.

Количество водяного пара на входе в трубчатую печь составит:

195945,40×0,4=7838,16 кг/ч или 435,45 кмоль/ч.

Количество парогазовой смеси на входе в трубчатую печь составит:

195945,40+7838,16 = 27433,57 кг/ч.

По основной реакции (4.1) расход бутана составляет 163,66 кмоль/ч или 163,66× 58 = 9492,01 кг/ч.

В ходе этой реакции образуются:

  • этилен 327,31 кмоль/ч или 9164,70 кг/ч;

  • водород 163,66 кмоль/ч или 327,31 кг/ч.

Всего конвертируется бутана 233,79×0,80=187,03 кмоль/ч или 10848,02 кг/ч.

Следовательно, на побочные реакции расходуется этана:

187,03 – 163,66 = 23,38 кмоль/ч или 1356,00 кг/ч.

По реакции (4.5):

С4Н10↔С3Н6+СН4 [1c. 48] (4.5)


Расход бутана составляет 40%, что соответствует 23,38 × 0,4 = 9,35 кмоль/ч или 542,40 кг/ч.

образуются:

- пропилен 9,35 кмоль/ч или 392,77 кг/ч; - метан 9,35 кмоль/ч или 149,63 кг/ч.

По реакции (4.6):

С4Н10↔С2Н42H6 [1 c.48] (4.6)


Расход бутана составляет 60%, что соответствует 23,38×0,6=14,03 кмоль/ч или 813,60 кг/ч; образуется:

-этилен 14,03 кмоль/ч или 392,77 кг/ч; -этан 14,03 кмоль/ч или 420,83 кг/ч.

Пропан в составе пропан-бутановой фракции превращается по следующим реакциям

С3Н8↔С3Н62

[1 c. 49] (4.7)

2С3Н8↔С4Н10+С2Н4+Н2

[1 c.49] (4.8)

3Н8↔С4Н8+2СН4

[1 c.49] (4.9)

3Н8↔С5Н10+CН42

[1 c.49] (4.10)

С3Н8+H2↔3СН4

[1 c.49] (4.11)

3Н8↔С4Н6+2СН42

[1 c.49] (4.12)

В ходе реакции (4.7) расходуется 30% пропана, что составит 132,71×0,3=39,81 кмоль/ч или 1751,83 кг/ч.

Образуются:

  • пропилен 39,81 кмоль/ч или 1672,20 кг/ч; - водород 39,81 кмоль/ч или 79,63 кг/ч.

В ходе реакции (4.8) расходуется 18% пропана, что составит 132,71×0,18=23,89 кмоль/ч или 1051,10 кг/ч.

Образуются:

  • бутан 23,89/2=11,94 кмоль/ч или 694,77 кг/ч;

  • этилен 11,94 кмоль/ч или 334,44 кг/ч;

  • водород 11,94 кмоль/ч или 23,89 кг/ч.

В ходе реакции (4.9) расходуется 6% пропана, что составит 132,71×0,06=7,96 кмоль/ч или 350,37 кг/ч.

Образуются:

  • бутен 7,96/2 = 3,98 кмоль/ч или 222,96 кг/ч; - метан 7,96 кмоль/ч или 127,41 кг/ч.

В ходе реакции (4.10) расходуется 8% пропана, что составит 132,71 0,08=10,62 кмоль/ч или 467,15 кг/ч.

Образуются:

  • пентен 10,62/2=5,31 кмоль/ч или 371,60 кг/ч;

  • метан 5,31 кмоль/ч или 84,94 кг/ч;

  • водород 5,31 кмоль/ч или 10,62 кг/ч.

В ходе реакции (4.11) расходуется 15% пропана, что составит 132,71×0,15=19,91 кмоль/ч или 875,91 кг/ч, а также 19,91 × 2 = 39,81 кмоль/ч или 79,63 кг/ч водорода.

Образуются:

  • метан 19,91×3=59,72 кмоль/ч или 955,54 кг/ч.

В ходе реакции (4.12) расходуется 15% пропана, что составит 132,71×0,15=19,91 кмоль/ч или 875,91 кг/ч.

Образуются:

  • бутадиен 19,91/2=9,95 кмоль/ч или 537,49 кг/ч;

  • метан 19,91 кмоль/ч или 318,51 кг/ч; - водород 9,95 кмоль/ч или 19,91 кг/ч.

В ходе реакции С3Н8↔2СН4+С (4.13) расходуется 5% пропана, что составит 132,71 × 0,05 = 6,64 кмоль/ч или 291,97 кг/ч.

Образуются:

  • метан 6,64×2=14,20кмоль/ч или 212,34 кг/ч; - кокс 6,64 кмоль/ч или 79,63 кг/ч.

Расход пропана по реакциям (4.7), (4.8), (4.9), (4.10), (4.11), (4.12), (4.13) составит:

39,81+23,89+7,96+19,91+10,62+19,91+6,64=128,73 кмоль/ч или 5664,25 кг/ч.

Количество оставшегося пропана в пирогазе 132,71–128,73 = 3,98 кмоль/ч или 175,18 кг/ч.

Этан в составе пропан-бутановой фракции превращается по следующим реакциям:

С2Н6↔С2Н42

[1 c.51] (4.14)

2Н6↔С3Н6+2СН42

[1 c.51] (4.15)

С2Н62↔2СН4

[1 c.51] (4.16)

14,03+5,23=19,25 кмоль/ч или 577,99 кг/ч.

По реакции (4.14) расходуется 60 % этана, что составляет 19,25×0,60 =11,55 кмоль/ч или 346,55 кг/ч.

Образуются:

  • этилен 11,55 кмоль/ч или 323,45 кг/ч;

  • водород 11,55 кмоль/ч или 23,10 кг/ч.

По рекции (4.15) расходуется 15% этана, что составляет 19,25×0,15=2,89 кмоль/ч или 86,64 кг/ч.

Образуется:

  • пропилен 2,89/2=1,44 кмоль/ч или 60,65 кг/ч;

  • метан 1,44 кмоль/ч или 23,10 кг/ч;

  • водород 1,44 кмоль/ч или 2,89 кг/ч.

По реакции (4.16) расходуется 5% этана, что составляет 19,25×0,05=0,96 кмоль/ч или 28,88 кг/ч и 0,96 кмоль/ч или 1,93 кг/ч водорода.

Образуется:

  • метан 0,96×2=1,93 кмоль/ч или 30,80 кг/ч.

Расход этана по реакциям (2.14), (2.15), (2.16) составит:

11,55+2,89+0,96=15,40 кмоль/ч или 462,07 кг/ч.

Количество оставшегося этана в пирогазе 19,25-15,40=3,85 кмоль/ч или 115,52 кг/ч.

По реакции (4.17)

С2Н4↔С2Н22 [1 c.52] (4.17)

Расход этилена составляет 50% от образовавшегося в реакции (4.8), что соответствует 11,94×0,5 = 5,97 кмоль/ч или 167,22 кг/ч.

Образуются:

  • ацетилен 5,97 кмоль/ч или 35,83 кг/ч; - водород 5,97 кмоль/ч или 11,94 кг/ч.

По реакции (4.18)

С4Н6+ С2Н4↔С6Н6+2Н2 [1 c.52] (4.18)


Расход бутадиена составляет 10% от образовавшегося в реакции (2.12), что соответствует 9,95× 0,1 = 1,00 кмоль/ч или 53,75 кг/ч и 1,00 кмоль/ч или 27,87 кг/ч этилена.

Образуются:

  • бензол 1,00 кмоль/ч или 77,64 кг/ч;

  • водород 1,99 кмоль/ч или 3,98 кг/ч.

Всего образуется метана по реакциям (4.5), (4.9), (4.10), (4.11), (4.12), (4.13), (4.15):

9,35 + 7,96+19,91+5,31+59,72+1,44+13,27+1,93 = 118,89 кмоль/ч или 1902,28 кг/ч.

По реакции (4.19)

СН4+ Н2О↔СО+3Н2 [1 c.52] (4.19)

Расход метана составляет 1% от образовавшегося во всех реакциях, что соответствует 118,89 × 0,01 = 1,19 кмоль/ч или 19,02 кг/ч и 1,19 кмоль/ч или 21,40 кг/ч водяного пара.

Образуются:

  • оксид углерода 1,19 кмоль/ч или 33,29 кг/ч;

  • водород 1,19×3 = 3,57 кмоль/ч или 7,13 кг/ч.

Всего в пирогазе содержится этилена с учетом потерь:

327,31 + 11,94 + 14,03 + 11,35 – 1 – 5,97 = 357,87 кмоль/ч или 10020,27 кг/ч.

Водород образуется по реакциям (4.1), (4.4), (4.5), (4.7), (4.9), (4.10), (4.11), (4.14),

(4.15), (4.16) в количестве:

163,66 + 39,81 + 11,94 + 9,95 + 5,31 + 11,55 + 1,44 + 3,57 + 1,99 + 5,97 = 255,20 кмоль/ч или

510,40 кг/ч.

Расход водорода по реакциям (4.8), (4.12) составит 39,81+0,96=40,78 кмоль/ч или 81,55 кг/ч.

Остается водорода в пирогазе 255,20 – 40,78 =214,42 кг/ч или 428,85 кг/ч.

Пропилен образуется по реакциям (4.2), (4.4), (4.11) в количестве:

9,35 + 39,81 +1,44 = 50,61 кмоль/ч или 2125,62 кг/ч.

Количество бутана в пирогазе 233,79 – 187,03 + 11,94 = 58,70 кмоль/ч или 3404,77 кг/ч.

Результаты расчета материального баланса приведены в таблице 4.3. Товарный баланс производства представлен в таблице 4.4.



Компонент




Сырье










Пирогаз




кг/ч

% масс

кмоль/ч

% мол

кг/ч

% масс

кмоль/ч

% мол

Метан









1883,26

6,86

117,70

9,23

Ацетилен









155,28

0,57

5,97

0,47

Этилен









10020,27

36,52

339,97

26,66

Этан

156,76

0,57

5,23

0,65

115,52

0,42

3,85

0,30

Пропилен









2125,62

7,75

50,61

3,97

Пропан

5839,43

21,29

132,71

16,43

175,18

0,64

3,98

0,31

Бутадиен









483,74

1,76

8,96

0,70

Бутен









222,96

0,81

3,98

0,31

Бутан

13560,02

49,43

233,79

28,94

3404,77

12,41

58,70

4,60

Пентен









371,60

1,35

5,31

0,42

Пентан

39,19

0,14

0,56

0,07

39,19

0,14

0,54

0,04

Бензол









77,64

0,28

1,00

0,08

Водород









428,85

1,56

214,42

16,82

Вод.пар

7838,16

28,57

435,45

53,91

7816,76

28,49

434,26

34,06

СО









33,29

0,12

1,19

0,09

Кокс









79,63

0,29

6,64

0,52

Потери









501,01

1,83

17,89

1,40

ИТОГО:

27433,57

100,00

807,75

100,00

27433,57

100,00

1274,99

100,00


Таблица 4.3 - Материальный баланс производства

Таблица 4.4 - Товарный баланс производства




Приход




Расход

Статьи баланса

т/г

% масс.

Статьи баланса

т/г

% масс.

Пропан-бутановая фракция

157 547, 02

100

пирогаз:

153 690,95

97,55

в т.ч.этилен

76534,85

48,58

Итого

157 547, 02

100

потери

3 856,07

2,45

итого

157 547,02

100,00

в т.ч. Товарная

153 690,95

97,55





написать администратору сайта