Теоретический анализ процесса получения этилена

         На выбор метода и схемы  извлечения влияют многие факторы:

1) степень трудности  разделения системы;

2) интенсивность  процесса разделения концентрата;

3) степень извлечения этилена;

4) расход энергии;

5) подготовка  газа к разделению;

6) вспомогательные материалы  и побочные продукты;

7) удобства эксплуатации;

8) экономика процессов  извлечения и фракционирования.

В основу выбора метода и  схемы подразделения  должны быть положены технико-экономические расчеты.[3]

2.6. Перспективы развития технологий получения этилена

    Следует  отметить 2 основных направления  исследования в области пиролиза, это: каталитический пиролиз и  пиролиз с добавлением различных веществ.

    При использовании  различных катализаторов значительно  повышаются селективность и выходы  некоторых основных продуктов.  При этом, можно значительно снизить  температуру пиролиза. Основными  недостатками каталитического пиролиза  несомненно является высокое коксование катализаторов и необходимость создания новых установок и нового технологического оборудования. И раз до сих пор не появились полноценные промышленные установки каталитического пиролиза, значит, достаточно сложно создать таковые, которые были бы надежны и просты в эксплуатации. Хотя японцы интенсивно ведут исследования в этой области, и в печати стабильно появляются заметки об испытаниях в Японии новой установки каталитического пиролиза.[1]

     По  второму направлению было испробовано огромное количество соединений с их дозировкой от десятков ppm до десятков процентов к сырью. Эти вещества инициируют реакции разложения сырья и/или ингибируют побочные, вторичные процессы. В промышленности широкое распространение получило использование небольших дозировок (50—300 ppm) веществ способствующих снижению образования кокса при пиролизе. Из этих веществ выделяются серосодержащие соединения (такие как диметилдисульфид, третбутилполисульфид), фирмой «Nalco» активно продвигается ингибитор коксообразования на основе фосфоросодержащих веществ. Принцип действия этих веществ заключается в пассивации активных центров на стенке пирозмеевика. Однако и у этого направления достаточно большое количество недостатков, таких как: сложность равномерного дозирования, равномерного распределения по паросырьевому потоку, ограничение использования ингибиторов коксообразования при пиролизе сырья с содержанием серы (прямогонный бензин, атмосферный газойль).[1]

    Из  последних разработок следует  отметить использование различных  физических полей (акустических, электромагнитных) на процесс пиролиза.

Эффект от действия этих полей примерно такой же, как и при использовании катализаторов.

    Кроме  того, не утихает интерес к  плазмохимическим технологиям с  использованием низкотемпературной  плазмы, позволяющие проводить реакции  при температурах 1000 — 10 000 К. Основным  преимуществом плазмохимических реакций является возможность использования малоценного или трудноперерабатываемого сырья. Например, при таких температурах можно без проблем разложить метан. На фоне быстрого роста цен на нефть данный процесс весьма перспективен.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выполнить полный теоретический анализ избранного процесса получения этилена:

3.1 Стехиометрия и материальные расчеты.

Сводная таблица расчета  материального  баланса.

Компонент	M кг/кмоль	Взято		Получено
		кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч
C3H8	44,097	437,5404	19294,22	30,62783	1350,595
C2H4	28,054	0	0	406,9126	11415,53
СН4	16,043	0	0	406,9126	6528,098
Н2О	18,015	437,5404	7882,29	437,5404	7882,29
Σ		875,0808	27176,51	1281,993	27176,51

 

   3.2. Термохимический анализ процесса.

Реакция эндотермическая, сопровождается поглощением тепла, поэтому при проведении реакции необходимо подводить тепло к зоне реакции.

Задаем температуру  на входе в реактор Т_вх=1088К, в реактор поступает   G_С3Н8 =437,5404кмоль/час, G_H2O=437,5404кмоль/час, степень конверсии 93%, Х=0,93.

При разбавлении пропана 1:4 , т.е. 1 кмоль пропана на 4 кмоль воды.

 

	Взято			Получено
Компонент	M кг/кмоль	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч
C3H8	44,097	437,5404	19294,22	30,62783	1350,595
C2H4	28,054	0	0	406,9126	11415,53
СН4	16,043	0	0	406,9126	6528,098
Н2О	18,015	1750,162	31529,16	1750,162	31529,16
Σ		2187,702	50823,38	2594,615	50823,38

 

 

 

       

           Разбавление 1 кмоль пропана на 6 кмоль воды.

	Взято			Получено
Компонент	M кг/кмоль	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч
C3H8	44,097	437,54039	19294,219	30,62782752	1350,59531
C2H4	28,054	0	0	406,9125656	11415,52511
СН4	16,043	0	0	406,9125656	6528,098289
Н2О	18,015	2625,2424	47293,741	2625,242358	47293,74109
Σ		3062,7828	66587,96	3469,695317	66587,9598

 

 Разбавление 1 кмоль пропана на 7 кмоль воды.

	Взято			Получено
Компонент	M кг/кмоль	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч
C3H8	44,097	437,5404	19294,22	30,62783	1350,595
C2H4	28,054	0	0	406,9126	11415,53
СН4	16,043	0	0	406,9126	6528,098
Н2О	18,015	3062,783	55176,03	3062,783	55176,03
Σ		3500,323	74470,25	3907,236	74470,25

 

2Разбавление 1 кмоль  пропана на 8 кмоль воды.

	Взято			Получено
Компонент	M кг/кмоль	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч
C3H8	44,097	437,54039	19294,219	30,62782752	1350,59531
C2H4	28,054	0	0	406,9125656	11415,52511
СН4	16,043	0	0	406,9125656	6528,098289
Н2О	18,015	3500,3231	63058,321	3500,323145	63058,32145
Σ		3937,8635	82352,54	4344,776103	82352,54016

 

По закону Гесса рассчитываем тепловой эффект реакции :

∆rH⁰_т=Σ(v_j∆fH⁰_т)_{продукт} - Σ(v_i∆fH⁰_т)_исх 

	пропан	метан	этилен	вода	ΔrH01088, кДж/моль
ΔHf01088, кДж/моль	-135,6500	-91,8600	43,5750	-29,6836	87,3650

 

Таким образом в результате полученной энтальпии реакции  ΔrH01088=87,3650 кДж/моль - процесс эндотермичный.

Qр=-∆rH⁰_т*n*1000, Дж/ч

Qр=-87,365*1000*406,91=-35549916 Дж/ч

Рассчитываем  количество тепла на входе в реактор: Qвх=Gвх*Cp*Tвх, Дж/ч

 

Qвх 1=437,5404*181,7*1088=86497946,96 Дж/ч в реактор пропана ,

Qвх 2 =1750,1616*42,226*1088=80407288,36 Дж/ч воды ;

Qвх общ= Qвх 1+ Qвх 2= 106599769,1 Дж/ч

Q'вых= Qвх+Qр, с учетом потерь в окружающую среду

Q'вых=106599769,1 –(-35549916)+ 106599769,1 *0,05=123010057 Дж/ч

Далее рассчитываем Твых из реактора по уравнению Qвых расч =∑Gвых*Ср*Твых, методом последовательного приближения:

 

	пропан	метан	этилен	H20
Сp,Дж/моль*К	181,7016	77,4196	97,5056	42,22682

 

(1:4)

Т вых , К	Q  вых расч,Дж/ч
1073	161008850,2
1173	182430204,2
1273	204404288

 

 

Твых_Х= (Q'вых+b)/a= 935,6595К

∆Т= Т_Х-Твх= 152,3404К

 

 

 При разб.1:6

Т вых , К	Q  вых расч,Дж/ч
1073	200619480,4
1173	227003220,9
1273	254111973,3