Додаток 7 Оформлення визначення параметрів рівняння математичного опису установки

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ РІВНЯННЯ МАТЕМАТИЧНОГО ОПИСУ УСТАНОВКИ КАТАЛІТИЧНОГО РІФОРМІНГУ

Процес каталітичного ріформингу бензинових фракцій на платиновому каталізаторі (платформінг) застосовують для отримання ароматичних вуглеводнів і високооктанових бензинів.

Платформінг здійснюють в системі послідовних реакторів з нерухомим шаром каталізатору, які можливо считати адіабатичними. Принципова схема процесу показана на рисунку.

Рис. Принципова схема платформінгу

1, 13 – насоси; 2 – резервуар сировини; 3, 5, 7 – пічи; 4, 6, 8, 9 – реактори; 10 – теплообміник; 11 – регулюючий вентиль; 12 – сепаратор; 14 – установка для осушки газів; 15 – компресор; 16 – тройник змішування.

Сировиною є фракції бензинів, які складають парафинові, нафтенові та ароматичні вуглеводні. З резервуару 2 сировина подається насосом 1 в тройник 16, де змішується з воднюмістким газом, який циркулює в системі та перекачивається компресором 15. Суміш проходить крізь підігрівач 10 у пічь 3 і далі поступає в реактори 4, 6, 8. Між реакторами встановлені пічі 5 і 7, у яких температура суміші збільшується приблизно від 480 до 520⁰С. Після реактору 8 суміш продуктів і сировини охолоджується в теплообінику 10 до температури 300-320⁰С і поступає в реактор 9, з якого подається в сепаратор 12 для розподілу на газову (метан, етан та інші) та рідинну (“нестабільний каталізат”) фази. Каталізат подається на ректифікацію насосом 13, а газ після очистки від сірководню та знешкодження в устанвці 14 зновупоступає в трройник 16. В процесі риформінгу виділятиметься водень, при цьому постійний тиск в системі підтримується за допомогою виводу надлишкового газу крізь вентиль 11.

Основні реакції проходять в апаратах 4, 6, 8. В реакторі 9 здійснюється гідрування олефинів. Так як кількість їх невелика, то ця стадія далі не учитується.

Згідно існуючої інформації про процес і прийнятої схеми визначення групового складу сировини будемо характеризувати платформінг слідуючими основними реакціями.

1). Обратима реакція дегідрування шестичлених нафтенів С_N6 в ароматичні С_а

C_N6C_a+3C_H2

2). Взаємна ізомеризація п’яти та шестичлених нафтенів C_N5, C_N6 (C_N6 має алькильну групу СН₃):

C_N5C_N6

3). Перетворення нормальних парафинів С_п в циклічні вуглеводні (нафтени) та обратна дециклізація. На платиновому каталізаторі ця реакція з отриманням нафтенів йде за схемою:

С_пC_N6+C_H2

4). Ізомеризація нормальних парафинів у ізопарафіни ізо-С_п:

С_пізо-С_п

5). Гідрокрекінг нормальних і ізопарафинових вуглеводнів з отриманням ридких (при нормальних умовах) і газоподібних парафинів. Процес отримання в каталізаті рідких парафинів не дуже вивчен, при цьому здесь учитується тільки отримання газоподібних парафинів С_п.г.:

де d – число молекул газоподібних парафинів, що отримуються з однієї молекули рідкого С_п; індекс “і” вказує номер молекули С_п.г..

6). Гідрокрекінг п’ятичлених нафтенів в газоподібні парафини:

7). Гідрокрекінг шестичлених нафтенів в газоподібні парафини (крізь стадію отримання алкілізомерів):

Якщо об’єднати реакції 2, 6, 7 в одну групу, а реакції 3. 4, 5 – в іншу, то отримаємо спрощений механізм процесу платформінгу:

де W_p1, W_p2, W_p3, W_p1, W_p2 – швидкості реакцій між групами вуглеводнів, моль/(год*м³_{шару каталізатора}).

Механізм відображає реакції обобщених вуглеводнів, які складають деяке середне для груп близьких речовин кількість вуглецевих атомів. Це спрощення виправдовується природою основних реакцій платформінгу, в результаті яких отримують продукти з таким же числом вуглецевих атомів, що і в сировині. Дійсно, що швидкість індивідуальних реакцій буде відрізнятись від швидкості групових процесів, які не мають фізичної суті.

Складемо стосовно цього механизму рівняння кінетики. Для реакцій

рівняння їх швидкостей записуються у наступній формі:

д е n_N, n_a, n_п, n_H2 – число молей нафтенів, ароматичних вуглеводнів, парафинів і водню в реакційній суміші; Е₁, Е₁, Е₂ – кажуча енергія активації, що учитують також теплоти адсорбції.

Ш видкості гідрокрекінгу аналогічно за звичайний термічний крекінг описується слідуючими рівняннями кінетиці:

де – загальне число молей у суміші; Р_с – тиск в системі.

Можливо передбачити, що перебіг реакційної суміші крізь апарати несе характер ідеального витискання. Для адіабатичного реактора ідеального витискання математична модель процеса задається диференційними рівняннями матеріального та теплового балансу в елементарному шарі dV апарата. Основу рівнянь матеріального балансу складають рівняння кінетики:

де n_a, n_N, n_п, n_H2 – мольні потоки речовини С_а, С_N, С_п, С_Н2 крізь розглядаємий об’єм апарату, кмоль/год.

До цих залежностей необхідно додати рівняння теплового балансу для елементарного шару каталізатора

де G – масова витрата реагуючої суміші, кг/год; С_т – середня теплоємність суміші, ккал/(кг*град); q₁, q₁, q₂, q₂, q₃ – теплові ефекти реакцій.

В ці рівняння математичного опису платформінгу входять невідомі величини – передекспоненційні множники k₀={k₀₁, k₀₁, k₀₂, k₀₂, k₀₃} та енергії активації Е={E₁, E₁, E₂, E₂, E₃}. Для визначення k₀ та Е використовують експериментально-аналітичний метод.

Додаток 8 Оформлення висновків

В И С Н О В К И

Завданням курсової роботи було здійснення математичного моделювання та програмування розрахунку матеріального та теплового балансу процесу ______________________ з використанням програмного забезпечення ЕОМ.

Для розрахунку матеріального та теплового балансів процесу ___________________ використовували програми_________________. Також для написання пояснювальної записки та створення алгоритму використовували програми _____________________.

У результаті здійснення розрахунків процесу ________________ виявили, що ___________________________________________________. Це дозволить ____________________________________________________.