Разработка технологического процесса для разделения углеводородной смеси заданного состава

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Ноября 2015 в 12:51, курсовая работа

Краткое описание

В настоящее время промышленное применение получили четыре метода разделения углеводородных смесей: компрессионный, абсорбционный, адсорбционный и ректификация.
Методы в совокупности составляют способ технологического процесса.
Комбинирование различных методов разделения многокомпонентных систем на чистые компоненты позволяет добиться как более глубокого разделения, так и более полного использования сырья, утилизировать отходы производства.

Содержание

Введение……………………………………………………………………………...…5
а) краткая характеристика способов разделения углеводородных смесей;
б) выбор и обоснование (способа) технологии проектируемого процесса.
1. Разработка и обоснование номенклатуры готовой продукции……..… 10
2. Разработка и обоснование структурной схемы процесса…….….……………. 14
3. Структурная схема процесса……….……………………………………………..17
4. Разработка и обоснование технологической схемы..……............................... 19
5. Принципиальная технологическая схема…………………………………………21
6. Разработка технологических параметров принципиальной схемы …………. 22
7. Расчет материального баланса …………………………………….…………… 23
7.1.Расчет расхода сырья;
7.2. Расчет таблиц материального баланса «Количество и состав основных материальных потоков»;
7.3. Сводный баланс установки;
7.4.Расчёт коэффициента извлечения основного продукта
8. Библиографический список……….……..………….…………..…..……...... 34

Прикрепленные файлы: 1 файл

КП-4.doc

— 1.16 Мб (Скачать документ)

 

Определение фазового состояния исходной смеси:

 

Критическая температура:

 

Ткрит смеси=∑ Хi * Ткр

где:  Хi – мольная доля компонента

            Ткр – критическая температура компонента, 0С.

Критическое давление:

Ркрит смеси= ∑Хi * Ркр

         где:  Хi – мольная доля компонента

             Ркр – критическое давление компонента, МПа.

Так как исходная температура углеводородной смеси ниже критической температуры [16 < 38,90С ], то по определению смесь может находиться в жидкой фазе.

В составе исходной смеси присутствуют водород и метан, что предполагает определённые трудности с выбором метода отделения этих лёгких компонентов.

На основании имеющихся данных (состав исходной смеси, фазовое состояние) предварительно можно принять ректификационный метод с извлечением МВФ заданного состава с помощью ректификации.

С целью минимизации технологических потерь этилена с МВФ следует использовать ректификацию в режиме полной конденсации. Возможность эта будет проверена в разделе 1 и после этого будет принято окончательное решение.

 

      1. Разработка и обоснование номенклатуры готовой продукции.

 

Считаю наиболее целесообразным сначала отделить метановодородную фракцию, так как метан и водород имеют низкую температуру кипения и являются самыми легкими по молекулярной массе углеводороды в отличие от других компонентов смеси. В дальнейшем будем проводить разделение на фракции – группы углеводородов со сходными температурами кипения и молекулярным весом. Начиная от легкой фракции и заканчивая самой тяжелой, которая будет последней.

В качестве целевого продукта я выбираю этилен, с содержанием в смеси 27,1 % моль. Этилен является дорогостоящим и широко использующимся сырьем в нефтехимической промышленности. В смеси находятся и другие ценные компоненты, которые тоже необходимо выделить.

 Качество этилена определяется  по ГОСТ 25070-87, в соответствии с которым, в России производится только один высший сорт с концентрацией основного продукта 99.9%8. Но в смеси находятся и другие ценные компоненты, которые с экономической точки зрения выбрасывать не рентабельно, поэтому  их надо выделить тоже.

Итак, исходя из сказанного выше, выделяем следующие фракции:

    1. Метановодородная фракция, т.к. этилен является целевым продуктом, то его потери в качестве примеси в МВФ нежелательны и должны быть сведены до 0,2% вес.
    2. Этан - этиленовая фракция, содержание пропилена 0,1 % вес
    3. Пропан - пропиленовая фракция, с содержанием бутана 0,1 % вес, для облегчения задачи в последующем, примем условно отсутствии примесей этилена
    4. Бутан-бутиленовая фракция, с содержанием примесей пентана 0,1 % вес.
    5. Пентановая фракция, с содержанием бензола 0,1 % вес.
    6. Бензол, с содержанием примесей пентана 0,1 % вес.

 

Метановодородная фракция (МВФ).

Для определения температуры конденсации МВФ рассчитаем  критическую температуру МВФ с использованием мольного состава.

- Итак, исходя из заданного состава, примем для МВФ, что 22,18 + 130,33 = 152,51 кмоль/ч.

- Если принять, что 152,51 кмоль/ч МВФ составляют 100%, то:

Водород: Н2= 14,54%моль или 0,1454 доли

Метан СН4 = 1,0000 – 0,1454 = 0,8546 доли

- Критическая температура МВФ такого состава: 0,1454х(-239,74) + 0,8546х(-82,5) = (-105,4)0С

- Для конденсации МВФ можно  использовать холод параметра (-99)0С, что не позволит обеспечить температуру конденсации (-105,4) 0С.  При давлении

Для получения температуры конденсации добавим в МВФ этилен в количестве 250 кг/ч=8,93 кмол/ч

- Тогда, исходя из заданного  состава, примем для МВФ, что 22,18 + 130,33 +8,93=161,44 кмоль/ч

- Если принять, что 161,44 МВФ составляют 100%, то:

Водород: Н2 = 13,74% моль или 0,1374 доли

Метан СН4 = 80,73 % моль или 0,8073 доли

Этилен С2Н4 = 1,0000 –(0,1374+0,8073)= 0,0553 доли

- Критическая температура МВФ такого состава: 0,1374х(-239,74) + 0,8073х(-82,5) +0,0553х10 = (-98,2)0С

- Для конденсации МВФ можно использовать холод МВФ после дросселирования с параметрами (-125)0С, что может и обеспечить температуру конденсации (-105,4) 0С и в то же время поднять температуру после дросселирования МВФ для вывода ее топливную сеть, т.к. температура МВФ после понижения давления понизится.

Следовательно, для выделения МВФ будем использовать ректификационный метод.

МВФ отправится в топливную сеть с параметрами 8оС и давлением 0,8 МПа в присутствии этилена до 0,20 % масс.

 

Этан-этиленовая фракция.

 

Содержание пропилена не более 0,1 % масс.(Р=3,5МПа, Т=10оС)

 ЭЭФ целесообразно разделить  на индивидуальные компоненты:

Этилен, с давлением 3,1 МПа и температурой (-8)0С, так как температура выводимого этилена рассчитывается при доле отгона равной 0. При этом должно сходиться равенство , по графику при константе равновесия Кi давление и температуру. Которую для этилена получили 3,1 МПа и (-8)оС, отправляется в качестве сырья для производства полиэтилена. Примесь этана 0,1% масс.?!

Качество этилена определяется  по ГОСТ 25070-87,

Этилен, не менее

99.9

Пропан и пропилен, не более

0.005

Метан и этан, не более

0.1

Углеводороды С4, не более

0.0005

Водород, не более

0.001


Этан, с давлением 3,2 МПа и температурой 80С, так как температура этилена  в кубе колонны рассчитывается при доле отгона равной 0. При этом должно сходиться равенство , по графику при константе равновесия Кi давление и температуру. Которую для этилена получили 3,2 МПа и 8оС, направляется на пиролиз, для получения этилена. – как это понимать?

Примесь пропилена всей ЭЭФ остается в этане, поэтому здесь он содержится в количестве с = % вес., где 0,001 и 0,0011– массовые доли пропилена и этана в ЭЭФ соответственно. Следовательно примесь пропилена в этане составит 0,9% масс;

 

Пропан- пропиленовая фракция

 

Содержание н – бутан не более 0,1 % масс..(Р=3,0МПа, Т=50оС)

ППФ целесообразно разделить на индивидуальные компоненты Компонентами этой фракции являются пропан и пропилен.

Из этой фракции выделим два товарных продукта:

Пропилен  с давление 1,6 МПа и температурой 35оС направляем на полимеризацию. Содержание примесей пропана в пропиленовой фракции не более 0,2 % масс.

Качество пропилена определяется  по ГОСТ 25043-87,

Пропилена, не менее

99,8

Этилен, не более

0,005

Этана и пропана, не более

0,2

Углеводороды С4, не более

0,002

Водород, не более

0,001


Пропан с давление 1,7 МПа и температурой 50оС направляется на пиролиз с целью получения пропилена.

Примесь бутилена всей ППФ остается в пропане, поэтому здесь он содержится в количестве с = % вес., где 0,001 и 0,078 – массовые доли бутана и пропана в ППФ соответственно.

Бутановая фракция

Бутана с параметрами: температура 75°C и давление 0,75МПа, на изомеризацию для получения изобутана. Содержание пентана 0,1% масс.

Пентановая фракция

Состоит из нормального пентана. Мы направляем эту фракцию с параметрами: температура 90°C и давление 0,45МПа на изомеризацию для получения изопентана, который в свою очередь может быть реализован, как сырье для получения бензинов или, как сырьё, при дегидрировании, для получения изопрена, который направляется на производство изопренового каучука. Содержание бензола 0,1% масс

Бензольная фракция.

Бензол, с параметрами: температура 110°C и давление 0,55МПа.

Так как толуол и ксилол в данной смеси в малых количествах, и их разделение не целесообразно по экономическим показателям, поэтому мы объединяем их в одну фракцию, и направляем её на производство  для повышения октанового числа моторных топлив.

Отталкиваясь от всех наших рассуждений, будем составить структурную схему процесса.

Таблица 3 – Номенклатура готовой продукции

п/п

Наименование

Параметры на выходе

Направление

использования

температура, 0С

давление, МПа

примеси,

% масс.

1

Метановодородная фракция (МВФ)

16

0,8

этилен, н.б. 1

Топливная сеть

2

Этилен

-27

1,93

Этан 0,1

Полимеризация

3

Этан

-6

2,3

Пропилен, н.б.1

пиролиз

4

Пропилен

35

1,41

Пропан, н.б. 0,1

Полимеризация

5

Пропан

32

1,5

Н-бутана, н.б. 0,02

автомобильный газ

6

Бутановая фракция

75

0,5

Н-Пентана, н.б. 0,1

Изомеризация

7

Пентановая фракция

35

0,7

Бензол, н.б. 0,1

Изомеризация

8

Бензол

90

0,19

С5, н.б. 0,1

Присадка к моторным топливам


 

 

    1. Разработка и обоснование структурной схемы процесса.

 

Первоначальной задачей является выделение метановодородной фракции, так как метан и водород имеют самую низкую температуру кипения в отличие от других компонентов смеси.

Каким же методом Вы будете это делать? При каком давлении? Почему?

  1. Стадия повышения давления

Так исходная смесь в жидкой фазе, для повышения давления смеси необходимо поставить повысительный насос и поднять давление с 0,16 МПа до 4,51? МПа.

Следовательно подаем на эту стадию сырьевой поток:

 Поток 1 сырье, при Р = 0,16 МПа; t = 16 °C

С этой стадии выходит один поток:

Поток 2 – жидкость с нагнетания насоса, при Р = 4,2 МПа; t = 56 °C, так как при повышении давления температура потока повышается.

  1. Стадия охлаждение.

Назначение: создание низкой температуры, необходимой для выделения МВФ, так как выделение МВФ происходит при низкотемпературной ректификации.

Пары МВФ выходят сверху колонны и конденсируются в холодильнике с помощью этиленового холода до температуры (-94)оС, а затем поступает в холодильник, где охлаждается с помощью МВФ после дросселирования с параметром холода (-125 0С) до температуры (-105 0C),

Температура верха колонны будет равной (-94)0С, а температура куба определяется критической температурой граничных компонентов. Это фракция, состоящая из этилена, этана, пропилена и пропана. Определим критическую температуру в кубе колонны, которая составит 64оС, а температуру в кубе необходимо держать на 30С, это составит 61оС. – а что было в предыдущем разделе?

Температура на тарелке питания составляет среднее значение межу температурой верха и куба колонны и равна (-44)оС.

В соответствии с этой температурой процесс осуществляется при давлении 4,2МПа.

На эту стадию подается один поток:

Поток 2– жидкость с нагнетания насоса, при Р = 4,2 МПа; t = 56°C;

С этой стадии выходит один поток:

Поток 3– жидкость при Р = 4,25 МПа; t = (-44)°C на стадию деметанизации, для выделения метановодородной фракции

  1. Стадия деметанизации

Назначение: выделение метановодородной фракции из углеводородной смеси.

На эту стадию подается один поток:

Поток 3– жидкость при Р = 4,25 МПа; t = (-44)°C

Информация о работе Разработка технологического процесса для разделения углеводородной смеси заданного состава