Производство этилена пиролизом этана

 

 

Необходимые округления при определении массовых потоков  компонентов (в кг/ч) обусловлены точностью расчетов и необходимостью соблюдения закона сохранения масс.

Расчет основных расходных коэффициентов. Для получения 18750 кг/ч 100%-го этилена затрачивается 38812 кг/ч этановой фракции и 15525 кг/ч водяного пара (см. табл. 2.1).

Рассчитываем расходные коэффициенты:

по этановой фракции: 38812 / 18750 = 2,070 кг/кг;

по водяному пару: 15525 / 18750 = 0,828 кг/кг.

Что соответствует  показателям эксплуатации промышленных установок.

Образуется  дополнительно на 1 т этилена, кг:

пропилена: 1600 / 18,750 = 85,3;

бутадиена -1,3: 663/18,750 = 35,4;

бензола: 294 / 18,750 = 15,7.

 

2.3.2 Тепловой  расчет аппарата

 

Исходные данные: в трубном пространстве ЗИА охлаждается  пирогаз, который содержит: сухого газа – 44090 / (9 × 3600) = 1,361 м³/с; водяного пара – 19156 / (9 × 3600) = 0,591 м³/с. Компонентный состав пирогаза приведен в таблице 2.2; температура пирогаза, °С: на входе – 845; на выходе – 420. Давление пирогаза 0,45 Мпа.

В межтрубное пространство подаем умягченную воду при температуре 323 °С, соответствующей температуре кипения при давлении 12 МПа.

Цель расчета – определение паропроизводительности и тепловой нагрузки (теплового потока) аппарата.

Уравнение теплового  баланса аппарата в общем виде:

 

Ф₁ + Ф₂ = Ф₃ + Ф₄ + Ф_пот,

 

где Ф_1,Ф₂,Фз, Ф₄ - тепловые потоки поступающего пирогаза, умягченной воды, уходящего пирогаза и получаемого насыщенного водяного пара соответственно, кВт; Ф_пот - теплопотери в окружающую среду, кВт.

Для определения  значений Ф₁ и Ф₃ рассчитываем средние объемные теплоемкости пирогаза при температуре Т₁ = 845 + 273=1118 К и Т₃ = 420 + 273 = 693 К соответственно (см. таблицу 2.3).

Объемная теплоемкость водяного пара: при Т₁ = 1118 К с = 42,00/22,4 =1,8750 кДж/(м³×К); при Т₃ = 693 К с = 37,49/22,4 = 1,6737 кДж/(м³×К).

Тепловой поток  пирогаза на входе в ЗИА (поток 6): Ф₁ = (1,361 · 3,7634 + 0,591 · 1,8750) · 845 = 5264,46 кВт.

 

Таблица 2.3 –  Расчет средних объемных теплоемкостей 

				Т1 =1118 К				Т3=693 К
Компонент		φi,,%		СI, Дж/ /(моль·К)		СIφi, /(100·22,4), кДж/(м3·К)		СI, Дж/ /(моль·К)		СIφi,/(100·22,4), кДж/(м3· К)
СН4		13,97		76,00		0,4740		57,69		0,3598
С2Н2		0,25		67,85		0,0076		59,91		0,0067
С2Н4		34,46		100,36		1,5439		77,67		1,1949
С2Н6		18,55		129,21		1,0700		99,32		0,8225
С3Н6		1,94		163,55		0,1416		120,13		0,1040
С3Н8		0,09		186,33		0,0075		143,98		0,0058
С4Н6		0,62		173,92		0,0481		139,51		0,0386
С4Н8		0,14		209,32		0,0131		161,72		0,0101
С4Н10		0,15		241,80		0,0162		184,10		0,0123
С5Н10		0,13		260,83		0,0151		199,39		0,0116
С6Н6		0,19		213,92		0,0181		174,61		0,0148
Н2	29,14		30,96		0,4028		29,64		0,3856
СО	0,37		32,95		0,0054		31,15		0,0051
сумма	100,00		-		3,7634		-		2,9718

                                                                                      

 

Тепловой поток пирогаза на выходе из ЗИА (поток 7) :

 

Ф₃ = (1,361 · 2,9718 + 0,591 · 1,6737) · 420 = 2114,35 кВт.

 

Тепловой поток  умягченной воды (поток 8):

 

Ф₂ = m_х ·1455 кВт,

 

где m_х – массовый расход умягченной воды (паропроизводительность)_, кг/с; 1455 –  удельная энтальпия кипящей воды при р = 12 МПа, кДж/кг.

Общий приход теплоты:

 

Ф₁ + Ф₂ = 5264,46 + 1455 m_х, кВт.

 

Принимаем, что  теплопотери в окружающую среду  составляют 5% от общего прихода теплоты, тогда

 

Ф_пот = 0,05· (5264,46 + 1455m_х) = 263,22 + 72,75m_х кВт.

 

Тепловой поток  насыщенного пара (поток 8):

 

Ф₄ = m_х · 2638 кВт,

 

где 2638 — удельная энтальпия насыщенного пара при р = 12 МПа, кДж/кг.

Паропроизводительность  аппарата (поток 10) находят из уравнения  теплового баланса:

 

5264,46 + 1455 m_х = 2114,35 + 2638,00 m_х + 263,22 + 72,75m_х

 

m_х = 2886,89 / 1255,75 = 2,29894 кг/с или 2,29894 · 3600 = 8276 кг/ч.

 

Таблица 2.4 –  Тепловой баланс ЗИА

Приход	КВт		%		Расход		КВт		%
Тепловой поток  поступающего пирогаза	5264,46		61,1		Тепловой поток  уходящего пирогаза		2114,35		24,6
Тепловой поток  умягченной воды		3344,96		38,9		Тепловой поток  получаемого насыщенного водяного пара		6064,6		70,4
						Теплопотери в  окружающую среду		430,47		5,0
Всего		8609,42		100,00
						Всего		8609,42		100,00

 

 

Потерями воды в процессе парообразования пренебрегают. Уточняют статьи теплового баланса:

 

Ф₂ = 2,29894 · 1455 = 3344,96,75 кВт;

Ф₄ = 2,29894 · 2638 = 6064,6 кВт;

Ф_пот = 263,22 + 72,75 · 2,29894 = 430,47 кВт.

 

Тепловая нагрузка аппарата:

 

Ф_а = Ф₄ - Ф₂ = 6064,6 - 3344,96 = 2719,64 кВт.

 

Составляем  тепловой баланс ЗИА (таблица 2.4).

Для получения 150000 т/год или 18750 кг/ч 100%-го этилена затрачивается 38812 кг/ч этановой фракции и 15525 кг/ч водяного пара. 
                                                            Заключение

 

В данной работе приведен аналитический обзор литературы по производству этилена пиролизом  этана и выявлено, что наиболее распространенным методом является пиролиз с внешним обогревом (гомогенный пиролиз) из-за конструктивной простоты трубчатых печей, удобства эксплуатации, возможности плавного регулирования процесса в достаточно широком диапазоне составов сырья.

 Произведен  материальный и тепловой балансы  пиролиза этана. Расходные коэффициенты  по этановой фракции и водяному  пару составили 2,070 и 0,828 соответственно. Это соответствует показателям  эксплуатации промышленных установок.  Тепловая нагрузка аппарата составила 2719,64 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  использованных источников

 

1. Клименко А.П. Получение этилена из нефти и газа. – М.: Химия,1962 – 236 с.
2. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1985 – 195 с.
3. Мухина Т.Н. Пиролиз углеводородного сырья. – М.: Химия,1987
4. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1988 – 40-43 с.
5. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М. : Химия, 1971
6. Гутник С.П., Сосонко В.Е., Гутман В.Д. Расчёты по технологии органического синтеза. – М. : Химия, 1988 – 32-54 с.

7) Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию./ Ю.И. Дытнерский. – М.: Химия,1991.

Справочник нефтехимика./ С.К. Огородников. В 2-х т. – Л.: Химия,1978