Разработка технологического процесса для разделения углеводородной смеси заданного состава

Федеральное государственное бюджетное образовательное  
учреждение высшего профессионального образования

Омский государственный технический университет

Нефтехимический институт

 

Кафедра «Химическая технология и биотехнология»

 

 

ДИСЦИПЛИНА: «Основы проектирования и оборудование предприятий                    органического синтеза»

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

НА ТЕМУ: Разработка технологического процесса для разделения                     углеводородной смеси заданного состава

 

Студент: : КОНДРАТОВ Евгений Анатольевич, группа ЗХТ-510

 

Пояснительная записка

КП-2068998-49-16

 

Специальность: 240401 «Химическая технология органических веществ»

 

Руководитель проекта:

Нелин А.Г.

(подпись, дата)

Разработал студент:

КОНДРАТОВ Е. А.

(подпись, дата)

Омск-2015

 

Задание

 

 

Дисциплина:

«Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза»

  Студент: КОНДРАТОВ Евгений Анатольевич

 

Тема: Разработка технологического процесса для разделения углеводородной смеси заданного состава

 

Исходные данные:

1. Состав углеводородной смеси

              Таблица 1

№ п/п	НАИМЕНОВАНИЕ	% вес.	Критические параметры
			Т, К	Р, МПа
1.	Н2	0,2
	СН4	9,4
2.	С2 Н4	11,2
3.	С2 Н6	1,4
4.	С3 Н6	56,6
5.	С3 Н8	4,8
6.	н-С4 Н10	13,1
7.	åС5 на н-пентан	3,2
8.	Бензол	0,1
ИТОГО		100,0

 

2. Годовая производительность, тн             - 189000

3. Число часов непрерывной работы в году         -     8520

4. Начальное давление, ати             -         0,6

5. Начальная температура, 0С:            -         16

6. Хладагенты: 
 оборотная вода с начальной температурой, оС….....…………………25 
 пропиленовый холод, параметр,оС ……………………..….....................6 
 пропиленовый холод, параметр,оС ………………..…………………..(-18) 
 пропиленовый холод, параметр,оС ……………..……………………..(-37) 
 этиленовый холод, параметр,оС ………………..……….……………..(-56) 
 этиленовый холод, параметр,оС ……………………………………….(-99)

 

 

 

Задание выдал:     Нелин А.Г. 

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

 

 

 

Введение

а) Краткая характеристика способов разделения углеводородных смесей

 

Природные и попутные нефтяные (иначе нефтепромысловые) углеводородные газожидкостные смеси являются ценным сырьем для производства топлив и сырья для нефтехимического синтеза. Основные продукты первичной переработки этих смесей — газовый бензин, сжиженные и сухие газы, технические индивидуальные углеводороды: пропан, изобутан, н-бутан, пентан. Переработка природных и попутных нефтяных газожидкостных смесей осуществляется на газоперерабатывающих заводах, которые строятся на крупных нефтяных и газовых промыслах.

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.

В результате комбинации появляются следующие способы:

• Конденсационо- ректификационный,
• абсорбционно–ректификационный,
• адсорбционно-ректификационный.

Конденсационно-ректификационный способ (или способ низкотемпературной ректификации). Состоит в использовании одновременно высокого давления и низкой температуры при сжижении и ректификации газов. В результате этих процессов газ частично конденсируется, образующийся конденсат преимущественно состоит из высококипящих углеводородов. Преимуществами этого способа являются меньший расход водяного пара и воды, большая чистота этилена, недостатками - сложность компрессорного оборудования, более низкие температуры (основные затраты приходятся на создание низких температур). В связи с этим большое значение имеет эффективность и экономичность применяемых холодильных циклов.

Комбинирование выгодно с экономической точки зрения, так как увеличение мощностей агрегатов приводит к сокращению удельных капитальных вложений, энергетических затрат, расхода воды, повышению производительности труда и снижению себестоимости продуктов за счет сокращения вспомогательных служб, например, водо-, энергоснабжения. [1]

Абсорбционно-ректификационный способ разделение газовых смесей при низких температурах для получения индивидуальных углеводородов или концентрированных фракций из газов нефтепродуктов.

Сущность этого способа заключается в подготовке сырья методом абсорбции для дальнейшего разделения основным методом - ректификация.

Абсорбционно-ректификационный способ применяют для разделения, если в смеси менее 10% легких углеводородов

Характерной особенностью абсорбционно-ректификационного способа является сочетание предварительного разделения газов на легкую и тяжелую части абсорбционным методом с последующей их ректификацией.

Принцип этого способа состоит в том, что газ промывают абсорбентом в абсорбере под давлением и при охлаждении (при этом извлекаются в основном углеводороды С 3 - С5), а затем отгоняют растворенные в абсорбенте газы, которые после конденсации подвергают дальнейшей ректификации. Благодаря применению абсорбента сильно снижается парциальное давление углеводородов С3 - С5. К достоинствам абсорбционно-ректификационного способа относятся умеренно низкие температуры и сравнительная простота эксплуатации; к недостаткам - повышенные энергетические затраты, унос абсорбента и необходимость его выделения при пониженных температурах. [1]

Адсорбционно-ректификационный способ основан на разделении попутного газа при использовании непрерывно действующего адсорбера с движущимся сверху вниз слоем активированного угля (гиперсорбция)1. Для десорбции углеводородов уголь обрабатывают водяным паром и затем осушают горячим газом. Высшие парафины поглощаются углем в первую очередь, что позволяет выделить фракции углеводородов С5, С4, С3 и даже С2. Из-за больших капитальных вложений и трудностей при транспортировании адсорбента и обслуживании этот способ широко не распространился, но он считается эффективным для разделения газов с низким содержанием углеводородов С3 – С5.[2]

 

б) Выбор и обоснование технологии проектируемого процесса

Для разделения используют абсорбционно-ректификационный и конденсационно-ректификационный способы. Их сравнение показывает, что первый более удобный в эксплуатации, проще в аппаратурном оформление, и требует меньшего расхода электроэнергии, однако последний предпочтителен по энергетическим показателям. К достоинству конденсационно-ректификационного способа следует также отнести возможность получения высококонцентрированных углеводородных фракций при высокой степени их извлечения

Выбор способа разделения газожидкостной углеводородной смеси зависит от многих показателей:

- химического состава;

- фазового состояния;

- чистоты целевого продукта;

- мольных долей компонентов смеси и др.

Чтобы выбрать способ разделения или технологию проектируемого процесса из рассмотренных,  следует уточнить исходные данные:

- начальное давление, МПа:                   0,16

- начальная  температура, 0С  -                16

- состав     -                        табл.1

Следует определить фазовое состояние исходной углеводородной смеси. Для этого нужно найти критическую температуру и критическое давление смеси, а затем сравнить их с исходными значениями.

Критическое давление и температура являются аддитивными величинами и определяются как сумма произведений мольных долей компонентов на их критические значения (давление и температура).

 

Рассчитаем массовый расход газа в час по формуле:

 кг/ч. 

Рассчитаем массовый расход каждого компонента по правилу пропорции.

Исходные данные:

1. Часовая производительность, кг 22183

2. Состав сырья таблица 1 тех.задания

Методика:

Правило пропорции.

Расчёт.

Расчет проведем на примере водорода

22183→ 100%

Х →0,2%

Рассчитаем мольный расход каждого компонента по формуле:

Где  Gi – массовый расход компонента;

Mi – молекулярный вес компонента

Расчет проведем на примере водорода

 

Для определения мольных долей используем формулу:

Где Qi – мольный расход компонента

∑Qi – сумма мольных расходов всех компонентов

Мольная доля водорода составит:

Мольные доли других компонентов рассчитываем аналогично и сводим все в таблицу.

Таблица 2   Углеводородный состав

№	Наименование	Молекулярная масса, М	мас.  доля	моль.  доля	Массовый расход, кг/час	Мольный расход. кМ/час	Ткр, оС	Ркр,  МПа
1.	Н2	2	0,002	0,0349	44,37	22,18	-239,74	1,25
2	СН4	16	0,094	0,2052	2085,20	130,33	-82,5	4,58
3	С2Н4	28	0,112	0,1397	2484,50	88,73	13	5,17
4.	С2Н6	30	0,014	0,0163	310,56	10,35	32,2	5,06
5.	С3Н6	42	0,566	0,4708	12555,58	298,94	91,2	4,71
6.	С3Н8	44	0,048	0,0381	1064,78	24,20	96,8	4,34
7.	н-С4Н10	58	0,131	0,0789	2905,97	50,10	152,8	3,56
8.	н-С5 Н12	72	0,032	0,0155	709,86	9,86	197,2	3,41
9.	С6Н6	78	0,001	0,0004	22,18	0,28	288,5	4,95
ИТОГО			1	1	22183	634,98