Методические указания к выполнению курсовой работы. Для студентов всех специальностей (стр. 1 из 3)
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.
И.С. Паниди, В.А. Трофимов
Производство метил-трет.бутилового эфира
с использованием катализатора сульфокатионита
в реакторе адиабатического типа.
Под редакцией проф. М.А. Силина
Методические указания
к выполнению курсовой работы.
Для студентов всех специальностей
Факультета химической технологии и экологии.
Москва – 2009 г.
УДК 661.7.
Производство метил-трет.бутилового эфира с использованием катализатора сульфокатионита в реакторе адиабатического типа (И.С. Паниди, В.А. Трофимов). - М.; РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина, 2009, 17 с.
В методических указаниях даны варианты комплектов исходных данных процесса производства МТБЭ, необходимые для проведения расчета установки, включающей в свой состав наиболее распространенное в мировой технической практике реакционное устройство — реактор адиабатического типа. Приведена структура пояснительной записки.
В методическом указании подробно изложен принцип проведения технологического расчёта, основы которого положены в основу программ расчета основных материальных потоков установки.
Составленные программы, позволяют также провести тепловой расчёт аппаратов реакционного блока, позволяющий вычислить как величину интегрального значения удельного теплового эффекта, учитывающего и целевую, и побочные реакции, а также 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 проф. Ф.Г. Жагфаров.
Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, 2009 г.
Общие положения.
Курсовая работа по технологии химических веществ для нефтяной и газовой промышленности 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 производств, приобретение практических навыков в области расчета и проектирования технологических установок и отдельных аппаратов.
Курсовая работа, выполняемая студентами на кафедре технологии химических веществ для нефтяной и газовой промышленности, оформляется в виде пояснительной записки и технологической схемы процесса, выполняемой в формате А4 или А3 и включаемой в состав пояснительной записки.
Все расчеты проводятся с использованием международной системы единиц измерения (СИ), технологическая схема вычерчивается в соответствии с требованиями ГОСТ системы ЕСКД.
1. Структура расчетно-пояснительной записки.
1.1. Титульный лист.
1.2. 3адание на курсовую работу. Задание студент получает на кафедре технологии химических веществ для нефтяной и газовой промышленности у преподавателя - руководителя курсовой работы. В задании указывается тема, номер варианта комплекса необходимых для выполнения работы исходных данных, приведенных в приложении к настоящим методическим указаниям.
1.3. Оглавление.
1.4. Введение. Во введении студенту необходимо отметить роль оксигенатов (и в частности, МТБЭ) в создании современных экологически оптимальных сортов углеводородных топлив, перспектив развития их производства в наиболее развитых в техническом отношении странах.
1.5. Обзор литературы. Краткий обзор литературы по промышленным методам получения МТБЭ и его аналогов: химизм и оптимальные условия синтеза, источники сырья и особенности технологического оформления процесса (типы реакционных устройств, методы очистки отработанной углеводородной фракции от метанола, области применения целевого продукта и отработанной углеводородной фракции). Исторические, экономические и экологические аспекты производства и применения МТБЭ и его аналогов.
1.6. Технологическая схема. Физико-химические основы выбранного способа производства МТБЭ, обоснование выбора технологической схемы процесса, описание технологической схемы процесса с указанием технологического режима и назначения отдельных аппаратов.
1.7. Расчет материальных потоков установки, определение расходных показателей процесса.
1.8. Определение теплоты процесса получения МТБЭ, теплового эффекта реакции.
1.9. Расчет теплового баланса реактора, определение температуры потока реакционной массы на выходе из реактора (при необходимости из реакторов и определение расхода охлаждающей воды, подаваемой в межтрубное пространство холодильника, расположенного между реакторами).
1.10. Литература. Ссылка на литературу приводится в тексте, литературные источники располагаются в порядке цитирования и приводятся в соответствии с правилами библиографического описания произведений.
2. Схема материальных потоков установки производства метилтретбутилового эфира.
I - реактор, II - колонна для выделения технического МТБЭ, III – колонна для отмывки метанола водой, IV - колонна регенерации метанола.
G1 - свежая углеводородная фракция С4, G2 - углеводородная фракция С4 на входе в реактор, G3 - свежий метанол, G4 - метанол на входе в реактор, G5 - реакционная масса на выходе из реактора, G6 - технический МТБЭ на выходе с установки, G7 - углеводород-метанольная смесь, G8 - водный конденсат, G9 - отработанная углеводородная фракция С4 после извлечения метанола, G10 - водный метанол, G11 - рециркулирующая отработанная углеводородная фракция С4, G12 - отработанная углеводородная фракция С4 с установки.
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:
- Общее количество потока - G, кг/час,
- Номера потоков - согласно схеме.
- Порядковые номера компонентов потоков:
(1) - изобутилен, (2) - н-бутилены, (3) - изобутан, (4) - н- бутан, (5)-вода, (6) - метанол, (7) - собственно МТБЭ, (8) -трет.бутанол, (9) -диизобутилен.
Конверсия изобутилена -al, доли.
Селективность процесса по изобутилену (в расчете на МТБЭ) - SIМТ, доли масс.
Доля изобутилена, пошедшего на образование трет-бутанола, - SIТВ, доли масс.
Доля изобутилена, пошедшего на образование диизобутилена, - SIDI, доли масс.
Допустимая концентрация изобутилена в отработанной углеводородной фракции - хd, доли масс.
Соотношение метанол: изобутилен - МI - доли мольн.
Соотношение вода: отработанная углеводород-метанольная фракция -WUV, доли масс.
Непрерывный процесс производства МТБЭ реализуется в вертикально расположенном пустотелом аппарате, заполненном гетерогенным пористым катализатором КУ-23, представляющем собой сульфированный сополимер стирола с дивинилбензолом. Подача реакционной смеси в реактор осуществляется снизу вверх. Катализатор удерживается в реакционной зоне с помощью специальной сетки, препятствующей попаданию гранул катализатора в расположенные за реактором аппараты.
В качестве сырья для производства МТБЭ практически во всех странах используют метанол и изобутилен-содержащую углеводородную фракцию С4, выделяемую из газообразных продуктов вторичных процессов нефтепереработки (термический, каталитический крекинг, пиролиз), а также дегидрированием н- бутана и изобутана. Как правило, кроме изобутилена в составе указанных фракций содержатся н-бутен-1 и н-бутен-2, в ряде случаев, бутадиен-1,3, а также насыщенные углеводороды изобутан и н- бутан.
В основе процесса - взаимодействие изобутилена с метанолом, протекающее в соответствии с уравнением:
(СН3)2С=СН2 + НОСН3 <=> (СН3)3СОСН3.
Процесс реализуется таким образом, что кроме изобутилена другие компоненты, входящие в углеводородную фракцию С4, с метанолом практически не реагируют, в связи с чем этот процесс может рассматриваться и как хемосорбционный метод извлечения изобутилена из указанных фракций.
Заданием определяется содержание изобутилена в отработанной у/в фракции X12 (1) £ хd.
Примечание: Здесь и далее индекс (1) будет принадлежать только изобутилену.
Концентрация изобутилена в отходящей с установки отработанной у/в фракции при однократном прохождении сырьевого потока через реакционный аппарат определяется из выражения:
Х12 (1) = (1-аl )*Х1(1) / [1 - аl* Х12 (1)], доли масс (1)
Если вычисленное таким образом значение Х12(1) отвечает условию, приведенному в задании, т.е. Х12 (1) £ хd, то это означает, что сырьевой поток углеводородной фракции может быть непосредственно направлен в реактор.
3.2. Расчет состава углеводородного потока на входе в реактор.
В тех случаях, когда вычисленное значение Х12 (1) > хd, решение задачи может быть достигнуто только одним путем: снижением концентрации изобутилена в у/в потоке на входе в реактор путем разбавления свежего сырья отработанной углеводородной фракцией.