Реферат: Методические указания к выполнению курсовой работы. Для студентов всех специальностей
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НЕФТИ И ГАЗА имени И.М. ГУБКИНА
Кафедра технологии химических
веществ для нефтяной и газовой
промышленности имени И.М. Губкина.
Серия: Методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов.
В.А. Трофимов, И.С. Паниди, В.А. Заворотный
Производство метил-третбутилового эфира
с применением реакционно-ректификационного
аппарата на катализаторе сульфокатионите КУ-2/8ФПП.
Под редакцией проф. М.А. Силина
Методические указания
к выполнению курсовой работы.
Для студентов всех специальностей
химико-технологического факультета.
Москва - 2009 г.
УДК 661.7.
«Производство метил-третбутилового эфира с применением реакционно-ректификационного аппарата на катализаторе сульфокатионите КУ-2/8ФПП» (В.А. Трофимов, И.С. Паниди, В.А. Заворотный). - М.; РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина, 2009, 17 с.
В методических указаниях даны варианты комплектов исходных данных процесса производства МТБЭ, необходимых для проведения расчета установки, приведена структура пояснительной записки.
В методическом указании подробно изложен принцип проведения технологического расчёта, на основе которого составлены программы расчета основных материальных потоков установки.
Составлены программы, позволяющие провести тепловой расчёт реакционного аппарата, работающего в условиях так называемой «каталитической перегонки», позволяющий определить как величину интегрального значения удельного теплового эффекта, учитывающего как целевую, так и побочные реакции, так и суммарную теплоту процесса, рассчитанную с учетом производительности процесса.
Методические указания предназначены для студентов химико-технологического факультета.
Издание подготовлено на кафедре технологии химических веществ для нефтяной и газовой промышленности.
Работа одобрена и рекомендована к изданию учебно-методической комиссией факультета химической технологии и экологии.
Рецензент, профессор Ф.Г. Жагфаров.
^ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Курсовая работа по технологии нефтехимического синтеза выполняется в соответствии с учебным планом и имеет своей целью закрепление студентами знаний, полученных при изучении теоретического курса, более глубокое ознакомление с сырьевой базой и технологией конкретных нефтехимических производств, приобретение практических навыков в области расчета и проектирования технологических установок и отдельных аппаратов.
Курсовая работа, выполняемая студентами специальностей 2501 и 1706, оформляется в виде пояснительной записки и технологической схемы процесса, вычерчиваемой на миллиметровой бумаге или кальке и включаемой в состав расчетно-пояснительной записки.
Студенты специальности 2501 включают в состав расчетно-пояснительной записки также поточную схему нефтеперерабатывающего завода с кратким ее описанием и обоснованием выбора темы курсовой работы, которая должна быть основана на сырье, источником которого являются процессы НПЗ, спроектированного студентом в курсовом проекте по курсу "Технология переработки нефти".
Требования по оформлению расчетно-пояснительной записки изложены в /I/. Все расчеты следует вести с использованием международной системы единиц измерения (СИ).
Технологическая схема вычерчивается с соблюдением требований, содержащихся в методических указаниях /2/. Полезная информация по графической части содержится в /3/, где даны примеры использования действующих ГОСТ системы ЕСКД.
^ 2. СТРУКТУРА РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ
2.1. Титульный лист.
2.2. Задание на курсовое проектирование. Задание студент получает на кафедре технологии органических веществ для нефтяной и газовой промышленности у преподавателя - руководителя курсовое работы. Задание студентам специальности 2501 выдается после предъявления преподавателю поточной схемы НПЗ с расчетом материальных балансов, на основании которых определяются целесообразность проектирования данной установки и ее производительность.
В задании указываются тема, производительность установки по целевому продукту, содержание изобутилена в отработанной изобутилен-содержащей фракции, номер варианта комплекса основных исходных данных, необходимых для выполнения курсовой работы.
2.3. Оглавление.
2.4. Введение. Во введении студент отмечает значение нефтехимической промышленности в народном хозяйстве страны, оценивает пути и динамику развития нефтехимии в текущей пятилетке в соответствии с решениями партии и правительства.
2.5. Поточная схема НПЗ (для специальности 2501). Схема сопровождается указанием основных направлений использования в нефтехимии образующихся продуктов нефтепереработки и обоснованием проектирования установки заданной производительности.
2.6. Обзор литературы. Краткий обзор литературы по промышленным методам получения метилтретбутилового эфира (МТБЭ): источники сырья, химизм и условия процесса, особенности технологического оформления установок по производству МТБЭ, области применения /4-7/. Экологические и экономические аспекты производства и применения МТБЭ.
2.7. Технологическая схема. Физико-химические основы выбранного способа производства. Обоснование выбора технологической схемы процесса. Описание технологической схемы процесса с указанием технологического режима и назначения отдельных аппаратов.
2.8. Расчет материальных балансов отдельных узлов и установки
в целом.
2.9. Тепловой баланс и определение основных размеров реактора.
2.10. Литература. Ссылка на литературу приводится в тексте,
литературные источники располагаются в порядке цитирования и приводятся в соответствии с правилами библиографического описания
произведений /I/.
В методических указаниях приведены программы расчета на ЭВМ "Искра-1256" состава изобутилен содержащего у/в. потока на входе в реактор (программа I), материального баланса реакционного узла (без учета флегмы) (программа 2), теплового эффекта процесса получения МТБЭ (программа 3), количества флегмового потока, поступающего в реакционный узел (программа 4), материального баланса промывной колонны (программа 5).
^ 3. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА МТБЭ
3.1. Исходные данные.
Варианты исходных данных приведены в приложении 2, выбор варианта определяется в задании преподавателем.
3.1.1. Для проведения расчета приняты следующие обозначения.
Производительность установки по целевому продукту, тыс.т/год.
Состав целевого продукта, мас. доли:
- метилтретбутиловый эфир – xz(1)
- третбутиловый спирт – xz(2)
- диизобутилен – xz(3)
- метанол – xz(4)
Содержание компонентов свежей изобутиленсодержащей у.в.фракции, мас. доли:
- изобутилена – x(1)
- н-бутиленов – x(2)
- изобутана – x(3)
- н-бутана – x(4)
Содержание изобутилена в отходящей с установки отработанной изобутиленсодержащей у.в.фракции, мас. доли – yz(1).
Конверсия изобутилена, доли – AL.
Соотношение метанол : изобутилен на входе в реактор, моль – ^ D.
Соотношение вода : у.в.-метанольная фракция (промывная колонна), мас. доли – DW.
Производство метилтретбутилового эфира осуществляется в реакционном блоке, представляющем собой ректификационную колонну, в средней части которой в два слоя загружен катализатор КУ - 2 ФПП в смеси с кольцами Рашига 15x15 в соотношении 1:1 по объему. Изобутиленсодержащая у/в. фракция поступает в реакционный блок под слой катализатора, метанол - над слоем катализатора.
Целевой продукт выводится из нижней части реакционного блока, а не вступившие в реакцию компоненты сырьевых потоков - в паровой фазе через его верх. На верхнюю тарелку реакционного узла возвращается часть у.в.-метанольной фракции в виде флегмы.
Устройство и принцип работы реакторного блока приведены в работе /6/.
Принципиальная блок-схема получения МТБЭ приведена на рисунке 1.
Рис.1. Принципиальная блок-схема реакторного блока получения метилтретбутилового эфира:
GGO - изобутиленсодержащая у/в. фракция (свежая и циркулирующая);
GM - метанол (свежий и циркулирующий);
^ GWG - пары отработанной у/в. фракции и метанола;
GFO - флегма (у/в. - метанольная фракция).
Производство МТБЭ основано на взаимодействии изобутилена с метанолом, протекающем в соответствии с уравнением:
(CH3)2C = CH2 + CH3OH (CH3)3COCH3
Другие компоненты, входящие в состав изобутиленсодержащей фракции С4, используемой для этих целей, в реакцию с метанолом не вступают, в связи с чем этот процесс рассматривается как процесс извлечения изобутилена из указанных фракций.
Заданием определяется содержание изобутилена в отработанной у/в. фракции yz(1) (здесь и далее индекс 1 принадлежит только изобутилену). Концентрация изобутилена в этой фракции при однократном прохождении сырьевого потока через реакционный блок определяется из выражения:
yz (1) = , доли мас. (1)
Если полученное значение (1) отвечает условиям, то оно используется в дальнейших расчетах.
При достаточно высоком содержании изобутилена в у/в. сырьевом потоке концентрация его в отработанной фракции будет превышать значение, приведенное в задании. В этом случае решение задачи может быть достигнуто снижением концентрации изобутилена в у/в. потоке на входе в реакционный блок путем разбавления свежего сырья отработанной у/в. фракцией. Рассмотрим расчет такой системы.
3.2. Расчет состава углеводородного потока на входе в реакционный блок
Рис.2. Схема потоков у/в. фракции С4 с применением рециркуляции:
РБ - реакционный блок;
АК - абсорбционная колонна;
z - степень разбавления - отношение количества циркулирующего потока к свежему;
x(I) - концентрация компонента потока на входе в реакционный блок, доли мас.
С учетом обозначений потоков на рисунке 2 выражение (1) принимает вид:
yz (1) = , доли мас. (2)
Отсюда после преобразований получаем выражение для определения величины концентрации изобутилена на входе в реакционный блок:
x (1) = , доли мас. (3)
С другой стороны:
x (1) = , доли мас. (4)
Откуда после преобразований получаем выражение для определения степени разбавления:
z =, доли мас. (5)
Содержание остальных компонентов у/в. потока на входе в реактор вычисляют по формуле:
x (I) = , доли мас. (6)
Расчеты проводятся с применением программы (приложение 1), составленной на языке "Фортран-4".
Полученные результаты используются в дальнейших расчетах.
^ 3.3. Расчет материального баланса реакционного блока (без учета флегмы).
Производительность установки по целевому продукту (GE, кг/ч) вычисляется с учетом числа рабочих дней в году (L), приведенных в задании. Расчет материального баланса процесса производства МТБЭ осуществляется с применением программы для работы на ЭВМ (см. приложение 2). Сущность программы заключается в следующем:
Вычисляется состав целевого продукта:
метилтретбутиловый эфир
GEK(1) = GE*xz(1) (7)
Содержание компонентов целевого продукта вычисляется как
GEK(I) = GE*xz(I) (8)
Образование основного компонента целевого продукта, протекающее в соответствии с уравнением (1), сопровождается побочными реакциями:
(CH3)2C = CH2 + HOH (CH3)3COH (9)
2 i - C4H8 i - C8H16 (10)
Исходя из стехиометрических соотношений уравнений (1, 9 и 10), определяют количества реагентов, необходимых для их образования (программа 2):
^ RI1 -изобутилена на образование метилтретбутилового эфира, кг/ч;
RI2 - изобутилена на образование третбутилового спирта, кг/ч;
RI3 - изобутилена на образование диизобутилена, кг/ч.
Отсюда общее количество конвертированного изобутилена составит:
SRI = RI1 + RI2 + RI3, кг/ч. (11)
RME - количество метанола, расходуемого в данном процессе, кг/ч;
GW - количество воды, пошедшее на образование третбутилового спирта, кг/ч.
Количество изобутилена, поступающего в реакционный блок, вычисляется как:
GG(1) = SRI / AL, кг/ч,
отсюда общее количество у/в. фракции составляет
GGO = GG(1) / x(1), кг/ч. (12)
Поскольку состав у/в. фракции, поступающей в реакционный блок, известен (см.программу 1), определяем содержание инертных компонентов ее с помощью соотношения
GG(I) = GGO * x(I) (13)
С учетом соотношения метанол: изобутилен (D, моль) на входе в реакционный блок определяем ^ GM - количество метанола, поступающего в реактор, кг/ч.
Количество изобутилена в газовой фазе на выходе из реактора GR(1), кг/ч вычисляется как разность между его количеством на входе в реакционный блок GG(1), кг/ч и общим количеством конвертированного изобутилена.
Аналогично вычисляется содержание метанола в газовой фазе (GMR, кг/ч).
Отсюда общее количество у/в.-метанольной смеси, уходящей через верх реакционного блока, вычисляется как сумма количеств инертов, содержащихся в у/в. потоке на входе в реакционный блок, непрореагировавших изобутилена (GG(1), кг/ч) и метанола (GMR, кг/ч). Результат расчета материального баланса распечатывается в виде таблицы.
^ 3.4. Расчет теплового эффекта реакции
Расчет теплового эффекта процесса производства МТБЭ проводится с применением программы для работы на ЭВМ (приложение 3). В основе расчета - методики, изложенные в работах /10, 11/. Величины стандартных теплот образования кислородсодержащих соединений (метилтретбутилового эфира, метилтретбутилового спирта, метанола) приведены в работах /8, 12/, а углеводородов - в работах /10, 13/.
В результате расчета определяется как общее количество тепла, выделяющееся в процессе (QR, кДж/ч)i,так и удельные его значения (QUG, кДж/кг и QUM, кДж/моль С4Н9). Последние сравниваются с соответствующими величинами, опубликованными в работах /6, 8/. Общее значение количества тепла, выделяющегося в данном процессе (QR), используется в дальнейших расчетах.
^ 3.5. Расчет количества флегмового потока и общего количества газа, выходящего из реакционного блока
В технологической схеме производства МТБЭ предусмотрена подача в реакционный блок в виде флегмы углеводород - метанольной фракции после ее конденсации в конденсаторе - холодильнике. При ее испарении снимается тепло, выделяющееся в результате протекания основной и побочных реакций данного процесса. Расчет проводится на ЭВМ (приложение 4). Принцип расчета заключается в следующем.
Теплоту испарения флегмы, подаваемой в реакционный блок ^ TG, определяют по закону аддитивности, исходя из содержания ее компонентов в смеси (YO(I) доли мас.), вычисленного с применением программы 2, по соотношению
^ TG = TR(I)*YMO(I), кДж/моль, (14)
где YMO - содержание компонентов, мольн. доли, TR(I) кДж/моль - величины теплот испарения компонентов флегмового потока, приведенные в работах /10, 12, 13/.
Отсюда количество флегмового потока, подаваемого в реакционный блок, составляет:
GF =, (15)
где QR - общее количество тепла, выделяющегося в данном процессе.
MG - средняя молекулярная масса флегмового потока.
Общее количество газа, уходящего через верх реакционного блока, определяется так:
GWG = GRO + GF, кг/ч, (16)
где GRO, кг/ч (программа 2).
Флегмовое число (RF) вычисляется как отношение
RF = GF / GRO. (17)
3.6. Материальный баланс реакционного блока с учетом флегмы
Материальный баланс составляется с использованием данных, полученных в расчетах при работе на ЭВМ с применением программ 2 и 4. Полученные при этом данные заносятся в таблицу 1.
Таблица 1.
Приход
Расход
компонент
кг/ч
доли масс.
компонент
кг/ч
доли масс.
у/в. поток
газ
GG(1)
GG(1)
P(1)
x(1)
GRW(1)
GRW(1)
xR(1)
y0(1)
GG(2)
GG(2)
P(2)
x(2)
GRW(2)
GRW(2)
xR(2)
y0(2)
…
…
…
…
…
…
…
…
метанол
GWM
xM
y0M
у/в.
GG0
P1N
1,0000
газ
GWM
xG
1,0000
метанол
GM
PM
-
МТБЭ
GE
xE
-
вода
GW
PW
-
сырье
SP
1,0000
-
Флегма
GF(1)
GF(1)
y0(1)
GF(2)
GF(2)
y0(2)
…
…
…
итого
GF
1,0000
Всего
G0R
-
Всего
G0R
-
-
^ 4. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОМЫВНОЙ КОЛОННЫ И КОЛОННЫ РЕГЕНЕРАЦИИ МЕТАНОЛА
В технологической схеме предусматривается промывка отработанной у/в-метанольной фракции водой для извлечения содержащегося в ней метанола. Расчет проводится с применением программы на ЭВМ (программа 5). Принцип расчета заключается в следующем. На промывку поступает у/в.- метанольная фракция, количество которой (GRO, кг/ч) и состав (YO(I), YOM, доли масс.) получены при работе с программой 2.
С учетом соотношения вода : у/в.- метанольная фракция (DW) количество воды, подаваемой в промывную колонну, составляет:
GW = GRO*YOM, кг/ч. (18)
Отсюда количество водного метанола, выводимого через низ промывной колонны, составляет:
GK = GK + GRO*YOM, кг/ч. (19)
Количество у/в. фракции, выходящей через верх колонны, составляет:
GR = GRO*YO(I), кг/ч, (20)
или GR = GRO*(1 - YOM), кг/ч, (21)
Отсюда вычисляется состав отработанной у/в. фракции (доли масс.), который следует сравнить с результатами, полученными в результате расчетов, проведенных по программе 1.
Состав водного метанола (доли масс.) определяется исходя из отношений:
YW = GW / GK и YM = . (22)
Исходя из состава водного метанола, выводимого из промывной колонны, составляется материальный баланс регенерации метанола. Потери компонентов смеси в расчете не учитываются.
^ 5. СВОДНЫЙ МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС УСТАНОВКИ ПРОИЗВОДСТВА МТБЭ
При составлении сводного материального баланса установки, в которой не применяется рециркуляция отработанной у/в. фракции, в табл.2 вносятся данные, полученные в расчетах в разделах 3 и 4. Следует при этом учесть, что расход свежего метанола определяется как разность между количествами его, поступающего в реакционный блок и возвращаемого в процесс после регенерации (см. поз. 27).
При использовании в технологической схеме рециркуляции отработанной у/в. фракции следует произвести предварительные расчеты.
Количество свежей у/в. фракции, поступающей на установку, составляет:
GGS = GGO / (1 + z), кг/ч. (23)
Количества компонентов свежего потока у/в. фракции:
GS(I) = GGS * y(I), кг/ч. (24)
Количество циркулирующей у/в. фракции составляет:
GGZ = GGO – GGS, кг/ч. (25)
Количество свежего метанола, поступающего на установку, составляет
GMS = GM – GMR, кг/ч. (26)
Количество отработанной у/в. фракции, уходящей с установки, составляет:
GOG = GR – GGZ, кг/ч. (27)
Количества компонентов отработанной углеводородной фракции, уходящей с установки:
GO(I) = GOG * yz(I), кг/ч. (28)
Общий приход на установку:
GSS = GGS + GMS + GW, кг/ч. (29)
Общий расход с установки:
GSR = GOG + GE, кг/ч. (30)
Полученные результаты расчета заносятся в табл. 2.
Расходные показатели процесса производства МТБЭ составляют:
- по у/в. фракции:
URG = , кг/т МТБЭ (31)
- по метанолу:
URG = , кг/т МТБЭ (32)
Таблица 2.
Приход
Расход
компонент
кг/ч
доли масс.
компонент
кг/ч
доли масс.
на сырье
на у/в. фракцию
на сырье
на у/в. фракцию
свежая у/в. фракция
отработанная у/в. фракция
изобутилен GS(1)
изобутилен GO(1)
н- бутилен GS(2)
н- бутилен GO(2)
изобутан GS(3)
изобутан GO(3)
н- бутан GS(4)
н - бутан GO(4)
Итого
GGS
1,0000
Итого
GОG
1,0000
метанол
GMS
МТБЭ
GE
вода
GW
Всего
GGS
1,0000 -
Всего
GSR
1,0000 -
Таблица 3.
Варианты исходных данных для расчета установки производства МТБЭ
Показатели процесса
Условные обозначения
Номер варианта
1
2
3
4
5
6
1. Производительность по МТБЭ, тыс. т/год
40
45
50
55
60
65
2. Число часов работы в году, ч
7800
7848
7920
7968
7848
7920
3. Состав целевого продукта, доли масс.
- метилтретбутиловый эфир
0,983
0,978
0,980
0,975
0,982
0,980
- трет. бутанол
0,005
0,006
0,006
0,006
0,004
0,007
- диизобутилен
0,007
0,008
0,006
0,009
0,009
0,006
- метанол
0,005
0,008
0,008
0,010
0,005
0,007
4. Состав свежей у/в. фракции, доли масс.
- изобутилен
0,432
0,328
0,285
0,180
0,200
0,305
- н- бутилен
0,268
0,302
0,375
0,420
0,355
0,340
- изобутан
0,095
0,170
0,145
0,225
0,235
0,165
- н- бутан
0,205
0,200
0,195
0,175
0,210
0,190
5. Содержание изобутилена в отходящей с установки у/в. фракции, доли масс., не более
0,005
0,004
0,005
0,006
0,006
0,004
6. Конверсия изобутилена, доли
0,970
0,960
0,965
0,980
0,985
0,975
7. Температура реакции, К
70
70
70
70
70
70
8. Соотношение метанол:изобутилен на входе в реакционный блок, моль
1,05
1,10
1,07
1,08
1,06
1,09
9. Соотношение вода:у/в.- метанольная фракция в промывной колонне
0,25
0,30
0,28
0,25
0,30
0,35
ЛИТЕРАТУРА
1. Белов П.С., Крылов И.Ф. Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов. - М.: Химия, 1985, - 60 с.
2. Белов П.С., Крылов И.Ф., Тонконогов Б.П. Методические указания по выполнению графической части курсовых и дипломных проектов. – М.: МИНГ, 1987. - 70 с.
3. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983. - 272 с.
4. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. - М.: Химия, - 1985. - 337 с.
5. Переработка нефти и нефтехимия. Экспресс-информация ЦНИИТЭнефте-хим. - М., 1987, № 30, с. 19.
6. Переработка нефти и нефтехимия//Экспресс-информация ЦНИИТЭнефте-хим. - М., 1987.- № 19. - с.27.
7. Минскер К.С., Сангалов Ю.А. Изобутилен и его полимеры. - М.: Химия, 1986. - 224 с.
8. Чаплин Д.Н. и др. Выделение изобутилена и изоамиленов из углеводородных фракций//ЦНИИТЭнефтехим, Тематический обзор. Сер. "Промышленность синтетического каучука".- М., 1981. - 35 с.
9. Иванов В.Н., Ерохов В.И. Экономия топлива на автомобильном
транспорте. - М.: Транспорт, 1984. - 302 с.
10. Казанская А.С., Скобло В.А. Расчеты химических равновесий. Сб. примеров и задач. - М.: Высшая школа, 1974. - 288 с.
11. Адельсон С.В., Белов П.С. Примеры и задачи по технологии нефтехимического синтеза. Учебное пособие для вузов. - М.: Химия, 1987. - 192 с.
12. Васильев И.А., Петров В.М. Термодинамические свойства кислородсодержащих органических соединений. - М.: Химия, 1984. - 240 с.
13. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Наука, 1972. - 720 с.
14. Вукалова М.П., Ривкин С.Л., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. - М.: Изд-во стандартов, 1969. – 408с.
еще рефераты
Еще работы по разное
Реферат по разное
Методические указания для выполнения курсовой работы по структурной геологии для студентов II курса специальностей 011100 геология, 011400 гидрогеология и инженерная геология, 011500 геология и геохимия горючих полезных ископаемых и 011500 «геофизика
17 Сентября 2013
Реферат по разное
Научный редактор проф. И. А. Одесский учебная геологическая практика в ленинградской области
17 Сентября 2013
Реферат по разное
Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников по специальности 2505 Переработка нефти и газа
17 Сентября 2013
Реферат по разное
Варианты контрольных работ по органической химии для студентов заочной формы обучения
17 Сентября 2013