Выбор режима работы реактора

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 66. 066. 4:532. 51, 66. 063. 8(047)
О. А. Тишин, В. Н. Харитонов
ВЫБОР РЕЖИМА РАБОТЫ РЕАКТОРА
Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета
Эффективность химических производств и ее повешение достигается снижением затрат сырья и материалов, энергии и снижением количества отходов [1]. Оптимизация процессов на всех технологических стадиях позволяет снижать затраты на производство химической продукции. Как правило, для достижения экономического эффекта проводят оптимизацию стадии химического превращения (реактора) и связанную с ней стадии разделения реакционной смеси и выделения продуктов реакции. Но оптимизацию проводят отдельно по этим стадиям, тогда как стоит их рассматривать совместно в случае, если эти стадии связаны в рециркуляционном цикле как в рассмотренном примере [1, 2, 4]. Их взаимное влияние значительным образом сказывается на результаты оптимизации, и учет этого позволяет добиться большей эффективности проектируемого производства.
Для примера рассмотрим производство морфолина (рис. 1) и то каким образом влияет расход реакционной смеси на его расходные нормы по сырью и энергозатратам. Возвратные потоки сырья — ДЭГ, аммиак и водород. Аммиак и водород — после конденсации катализата- ДЭГ — после ректификационной колоны и от-
деления от жидкои части катализата легколетучих компонентов, в том числе и морфолина.
Реактор обеспечивает определенные расходные нормы по сырью и энергетическим затратам.
8 =-
Чш
8Ч =-
Чи
(1)
(2)
где ч _, Чш — расход морфолина и свежего
ДЭГ, кг/с- - суммарные затраты тепла на
обогрев реактора и кипятильника ректификационной колоны, Вт.
Суммарный расход ДЭГ складывается из расходов ДЭГ свежего и возвратного:
Чш… = Чш… + Чш.". (3)
шАУА? шАУАпа -?ШАУАаЇ9а6
После реактора ДЭГа остается и поступает на регенерацию ЧШкік (1 — х). После регенера-
ции остается
(1 — X) п
(4)
-1 АУАаї 9а6 * & quot-'-АуА^
где х — степень превращения ДЭГ- п — КПД ступени разделения.
ш
ш
ш
Рис. 1. Схема обвязки реактора синтеза морфолина:
1 — реактор- 2 — смеситель- 3 — испаритель- 4 — подогреватель- 5 — фазоразделитель- б — холодильник- 7 — ректификационная колонна
Тогда суммарный расход ДЭГ будет равен: ^ = Чт^ + 9"^ (1 — *)П. (5)
Откуда расход свежего ДЭГ будет равен:
= Ч^Х1 -(1 — *)п]. (6)
Затраты тепла в реакторе
Ч’Р =(Чшдэг, /МДЭГ)ЛН'- X, (10)
где ЛН — тепловой эффект реакции, Дж/моль.
Основные затраты тепла в кипятильнике колонны разделения если допустить, что все
п, вещества разделения имеют одинаковую тепло-
Расход морфолина, полученного в реакторе, ^ J
связан с его выходом: ту испарения, то есть rw ~ rF ~ rD •
М
^^морф
п Ф
Пдэгсв м
морф
(7)
= qm Г
(R +1),
(11)
ДЭГ
где qm
rD — расход и теплота испарения дис-
где Ф — выход морфолина- Мяэг, Мморф — мо- тиллята.
лекулярная масса ДЭГ и морфолина, кг/кмоль. Рабочее число флегмы:
Тогда расходная норма сырья будет равна:
1 -(1 — X) п Мморф
R _____? XD — m • XF
(12)
sqm _'-
М
(8) где ?, m, XD, XF — коэффициент избытка флегмы,
распределения и концентрация морфолина в
Расход жидкой части катализата:
Ф ДЭГ
Основные энергетические затраты энергии дистилляте и питание. складываются из затрат на подержание химической реакции в реакторе ч и в кипятильнике
ректификационной колонны _.
Чи = Чи + Чи,. (9)
qmn _ 4п
М
(1 — x) + ф мМ°Р +(x -ф)а + (1- x) n
ДЭГ
(13)
где, а — доля жидких компонентов в примесях.
Тогда суммарные затраты теплоты:
М
(1 — x)(1 -п) +-уорф + (x-Ф)
М
ДЭГ
rD (R +1)
АН • x
M
(14)
ДЭГ
Расходная норма по затратам энергии
Sq _
М
(1 — x)(1 -п) + Ф М1 + (x-ф)
ДЭГ
,(R+1)
АН- x
M ДЭГ М ДЭГ
Ф
М
(15)
морф
D
Рис. 2. Зависимость расходных норм по сырью (а), энергетическим затратам реактора с учетом (б) и без учета стадии выделения (в) от времени: 1 — Чт = 1378 кг/ч- 2 — 1653 кг/ч- 5 — 2020 кг/ч- 4 — 2755 кг/ч-
5 — 3673 кг/ч
т, час
Значения степени превращения и выход морфолина рассчитывались по модели реактора синтеза морфолина с учетом изменения активности катализатора [5−7]. На рис. 2 представлены некоторые результаты расчета по формулам (8) и (14) для случая с учетом стадии разделения (КПД ступени разделения 0,97) и без ее учета при начальной температуре реакционной смеси в реакторе 206 °C, начальной температуре ВОТ в межтрубном пространстве реактора 230 °C и расходе ВОТ 130 м3/ч.
Как видно из графиков, расходные нормы изменяются от времени по причине снижения активности катализатора, но характер изменения зависит от расхода реакционной смеси. Для реактора расходные нормы растут как с течением времени, так и с увеличением расхода, а если учитывать стадию разделения, то характер зависимости изменяется. С увеличением расхода падение норм с течением времени сменяется их увеличением. Причем изменение норм по времени имеет минимум.
Таким образом, чтобы поддерживать значение норм примерно на постоянном уровне (изменение не превышает 5%), необходимо по-
степенно снижать расход реакционной смеси, но это ведет к уменьшению производительности всей линии. В то же время это дает возможность подобрать закон изменения расхода, при котором будет поддерживаться минимум расходных норм по сырью и энергии.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Тимофеев, В. С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: учеб. пособие для вузов / В. С. Тимофеев, Л. А. Серафимов. — 2-е изд., перераб. — М.: Высш. шк., 2003. — 536 с.
2. Системный анализ процессов химической технологии. — М.: Наука, 1976.
3. Дорохов, И. Н. Интеллектуальные системы и инженерное творчество в задачах интенсификации химикотехнологических процессов и производств / И. Н. Дорохов, В. В. Меньшиков- под ред. Н. Н. Кулова. — М., 2005. -584 с.
4. Швец, В. Ф. Математическое моделирование и оптимизация в химической технологии / В. Ф. Швец // Со-ровский образовательный журнал. — 1998. — № 11. -С. 149−154.
5. Тишин, О. А. Изучение кинетических закономерностей синтеза морфолина / О. А. Тишин, М. К. Старовойтов, Е. К. Белоусов, Т. В. Рудакова, Ю. Д. Батрин, В. Н. Харитонов // Нефтепереработка и нефтехимия. — 2002. — № 1. -С. 43−44.
6. Тишин, О. А. Математическое моделирование промышленного процесса синтеза морфолина / О. А. Тишин, М. К. Старовойтов, Е. К. Белоусов, Т. В. Рудакова, В. Н. Харитонов, А. Ф. Качегин // Вестник ТГТУ: общетематический выпуск / ТГТУ. — Тамбов, 2002. — № 2. — Т. 8. -С. 290−294.
7. Тишин, О. А. Модель промышленного реактора синтеза морфолина с учетом изменения активности катализатора / О. А. Тишин, Т. В. Рудакова, Е. К. Белоусов // Математические методы в технике и технологиях. -ММТТ-19: сб. трудов XIX Междунар. научн. конф. В 10 т. Секция 10 / под общей ред. В. С. Балакирева // Воронеж. гос. технол. акад. — Воронеж, 2006. — Т. 9. — С. 5−7

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой