Разработка технологического процесса для разделения углеводородной смеси заданного состава

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

Омский государственный технический университет

НЕФТЕХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

 

КАФЕДРА «НЕФТЕХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ»

Дисциплина: «Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза»

 

                                                                                                                                            

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

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

Студента группы ХТБ-418: Лутаевой Ирины Анатольевны

 

Пояснительная записка

Шифр проекта: КП-2068998 - 49 - 07

Специальность: 240401 Химическая технология органических веществ

 

 

Руководитель проекта

Нелин А.Г.

 

_______________________

(подпись, дата)

 

Разработал студент

Лутаева И.А.

_______________________

(подпись, дата)

 

 

 

 

 

 

Омск 2012

 

 

 

 

Утверждаю

Зав. кафедрой НХТ и О

Корнеев С.В.

«….»………….. 2012.г.

 

Задание

на курсовое проектирование

 

Дисциплина:

«Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза»

Студент: Лутаева Ирина Анатольевна

Тема:   Разработка технологического процесса для разделения углеводородной смеси заданного состава

Исходные данные:

1. Состав углеводородной смеси

Таблица 1

 

№ п/п	НАИМЕНОВАНИЕ	% вес.	кг/час	кМ/час	% мол
1.	СН4				8,1
2.	С2 Н4				10,2
3.	С2 Н6				2,4
4.	С3 Н6				58,1
5.	С3 Н8				4,8
6.	н-С4 Н10				15,1
7.	еС5				1,2
8.	Бензол				0,1
ИТОГО					100

 

2. Годовая производительность, тн       368000

3. Число часов непрерывной работы в году      -   8520

4. Начальное давление, ати        -     4,6

5. Начальная температура, ⁰С:        -       16

6.Хладагенты: 
 оборотная вода с начальной температурой, ^оС……..…………………………25 
 жидкийпропилен,параметр,^оС …………………………...….................................6 
 жидкий пропилен, параметр,^оС ………………………………………………….-18) 
 жидкий пропилен, параметр,^оС …………………………………………………(-37) 
 жидкий этилен, параметр,^оС ………………………….…………………………(-56) 
 жидкий этилен, параметр,^оС ………………………….…………………………(-99)

 

 

           Задание выдал:     Нелин А.Г.

 

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………………………4

а) краткая характеристика способов разделения углеводородных смесей………………..4

б) выбор и обоснование (способа) технологии проектируемого процесса………………….6

1. Разработка и обоснование номенклатуры готовой продукции……..……………7

2. Разработка и обоснование структурной схемы процесса…….….………………10

3. Структурная схема процесса………………………………………………………….15

4.  Разработка и обоснование технологической схемы..………..............................17

5. Принципиальная технологическая схема………………………………………….20

6. Разработка технологических параметров принципиальной схемы …………..21

7.  Расчет материального баланса с использованием ПП HYSYS……………….24

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. Сравнительная таблица номенклатуры……………………………………………30

9.  Библиографический список……….……..………….…………..…..………...…….31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Природными источниками углеводородов являются нефти, нефтяные газы, природные газа, продукты пиролиза углей и некоторые другие, менее распространённые. Иногда смеси нужно создать, например, в процессе получения технического углерода, но гораздо чаще требуется их разделить на составляющие (получение из нефти топлив, масел и др.).

а) Краткая характеристика способов разделения углеводородных смесей.

Для разделения углеводородной смеси создаются специальные установки, в основе которых могут лежать различные типовые процессы и их комбинации. Эти типовые процессы:

• ректификация;
• конденсация;
• абсорбция;
• перегонка   

Ниже приведем краткую характеристику отдельных типовых технологических процессов переработки углеводородов.

Адсорбция - избирательный процесс поглощения газа или пара твердыми поглотителями. Адсорбция газов и паров зависит от природы адсорбента и поглощающего вещества (адсорбтива), от удельной поверхности и структуры пор адсорбента, от парциального давления и температуры процесса. Адсорбция применяется для очистки, осушки и разделения углеводородных газовых смесей. В качестве адсорбентов используют пористые вещества с развитой внутренней поверхностью: активированный уголь, силикагель, цеолиты, алюмосиликаты.

Абсорбция - избирательный процесс поглощения газа или пара жидкими поглотителями. Осуществляется путем диффузии газа через слой жидкости. Широко применяется для выделения метано-водородной фракции.

Абсорбция при низких температурах позволяет сократить кратность циркуляции и применять для абсорбции более легкие масла, в которых растворяется большее количество газа. Чаще абсорбция сочетается с низкотемпературной ректификацией.

Конденсация основана на различном переходе в конденсированное состояние углеводородов. Процесс проводят в сепараторах. Газ сжимают и дросселируют в сепаратор. Здесь при снижении давления температура газа понижается и выделяется конденсат. Разделение ведут методом низкотемпературной конденсации при давлении 4,0 - 4,5  МПа и температуре -70° и ниже. Далее газовый конденсат отправляется на разделение.

Ректификация - процесс разделения гомогенных смесей, летучих жидкостей путем двустороннего массо - и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру, движущимися относительно друг друга. Разделение осуществляется обычно в колонных аппаратах при многократном или непрерывном контакте фаз. При каждом контакте из жидкости испаряется НК, которым обогащаются пары, а из паровой фазы конденсируется ВК, который переходит в жидкость. Обмен компонентами между фазами позволяет получить, в конечном счете, пары, представляющие собой почти чистый НК. Эти пары, выходящие из верхней части колонны, после их конденсации в отдельном аппарате, дают дистиллят и флегму, т.е. жидкость, возвращаемую на орошение колонны и взаимодействия с поднимающимися по колонне парами.

Снизу колонны удаляется жидкость, представляющая собой почти чистый ВК - остаток (нижний продукт). Часть остатка испаряется в нижней части колонны, для получения восходящего потока пара.

В настоящее время в химической технологии ректификацию применяют там, где выделение компонента в чистом виде имеет важное значение: в процессе органического синтеза изотопов, полимеров, полупроводников и различных веществ высокой чистоты, для разделения природных углеводородов нефти и синтетических веществ. Ректификация, как метод, является составной частью всех способов разделения углеводородных смесей.[3]

В результате комбинации появляются следующие способы:

• Абсорбционно-ректификационный,
• Адсорбционно-ректификационный.
• Конденсационо- ректификационный,

Абсорбционно-ректификационный способ разделение газовых смесей при низких температурах для получения индивидуальных углеводородов или концентрированных фракций из газов нефтепродуктов. Принцип этого способа состоит в том, что газ промывают абсорбентом - «поглотительным маслом» 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 метода относятся умеренно низкие температуры и сравнительная простота эксплуатации; к недостаткам - повышенные энергетические затраты, унос абсорбента и необходимость его выделения при пониженных температурах. [3]

Адсорбционно-ректификационный способ основан на разделении попутного газа при использовании непрерывно действующего адсорбера с движущимся сверху вниз слоем активированного угля (гиперсорбция). 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 метод широко не распространился, но он считается эффективным для разделения газов с низким содержанием углеводородов С₃ - С₅.[1]

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. [1]

Применяется и другой тип комбинированных установок, в которых фракционированная конденсация сочетается с низкотемпературной ректификацией. Сущность конденсационно-ректификационного способа заключается в охлаждении газа под давлением. Тяжелые углеводороды С₂ и выше конденсируются, а метан и водород остаются в газовой фазе. Этот метод отличается от абсорбционно-конденсационного способом перевода углеводородов в жидкую фазу -- при абсорбции это достигается поглощением их жидкими растворителями, при конденсационном методе -- охлаждением. Основным аппаратом в первом методе является абсорбционно-отпарная колонна, во втором конденсационно-отпарная. Кроме того, при конденсационном методе требуется более глубокое охлаждение -- применение этанового, а иногда и метанового цикла. [4]

 

 

 

б) Выбор и обоснование технологии проектируемого процесса.

   Чтобы выбрать технологию проектируемого процесса, нужно определить фазовое состояние исходной смеси. Для этого необходимо рассчитать критические параметры. Критическое давление (температура) равно сумме произведений мольных долей компонентов на их критические давления (температуры).

 

Критическая температура:

t_кр = 0,081 * 191,06 + 0,102 * 283,06 + 0,024 * 305,46 + 0,581 * 364,96 + 0,048 * 369,96 + 0,151 * 417,85 +0,012*469,76+0,001*562,66  = 305,77 К = 77,8 ⁰С.

 

Критическое давление:

p_кр = 0,081 * 4,58 + 0,102 * 5,05 + 0,024 * 4,82 + 0,581 * 4,56 + 0,048 * 4,2 + 0,151 * 3,95 + 0,012 * 3,33+0,001*4,86   = 4, 5 МПа.

 

№ п/п	НАИМЕНОВАНИЕ	% вес.	кг/час	кМ/час	% мол	Критические параметры
						Т-ра 0С	давление МПа
1.	СН4	3,2	1363,35	84,982	8,1	-82	4,58
2.	С2 Н4	6,9	3002,15	107,014	10,2	10,6	5,05
3.	С2 Н6	1,8	757,15	25,180	2,4	32,5	4,82
4.	С3 Н6	59,4	25650,65	609,560	58,1	92	4,56
5.	С3 Н8	5,1	2220,70	50,360	4,8	97	4,20
6.	н-С4 Н10	21,3	9208,16	158,423	15,1	144	3,95
7.	еС5	2,1	908,37	12,590	1,2	197	3,33
8.	Бензол	0,2	81,95	1,049	0,1	290	4,86
ИТОГО		100,0	43192,49	1049,157	100,0	-	-