49512

Разработка процесса разделения углеводородной смеси

Курсовая

Химия и фармакология

Задание на курсовое проектирование Дисциплина: Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза Студент: Торпов Сергей Петрович Тема: Разработка технологического процесса для разделения углеводородной смеси заданного состава Исходные данные: Состав углеводородной смеси Таблица 1 № п п НАИМЕНОВАНИЕ вес. а краткая характеристика способов разделения углеводородных смесей; б выбор и обоснование технологии проектируемого процесса. а Краткая характеристика способов разделения...

Русский

2013-12-28

92 KB

31 чел.

Министерство образования и науки РФ

Омский Государственный Технический Университет

НХИ

Кафедра: «Химическая технология органических веществ»

Дисциплина: «Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза»

Пояснительная записка

 к  курсовому проекту

Тема: «Разработка процесса разделения углеводородной смеси»

Руководитель:

Нелин А.Г.

Разработал: ст. гр. ЗХТ-611

Торпов С.П.

                                                                                     

Омск- 2006 г.

Задание

на курсовое проектирование

Дисциплина:

«Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза»

 Студент: Торпов Сергей Петрович

Тема:  Разработка технологического процесса для разделения углеводородной смеси заданного состава

Исходные данные:

  1.  Состав углеводородной смеси             
  2.   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.

н4 Н10

15,1

7.

С5, в пересчёте на н-пентан

1,2

8.

Бензол

0,1

ИТОГО

2. Годовая производительность, тн     - 165000

3. Число часов непрерывной работы в году    -     8520

4. Начальное давление, ати      –          1,6

5. Начальная температура, 0С:      -          26

6. Хладагенты:
оборотная вода с начальной температурой,
оС……..…….25
жидкий пропилен, 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.

Получил 10.11.06 в 13-00


Содержание

Введение………………………………………………………………………………...…….

а) краткая характеристика способов разделения углеводородных смесей;

б) выбор и обоснование технологии проектируемого процесса.
1
.  Разработка и обоснование номенклатуры готовой продукции…….....……..…....
2.  Разработка и обоснование структурной схемы процесса…….……….…………..

3. Структурная схема процесса……………………………………………………………
4.  Разработка и обоснование технологической схемы..…….....................................

5. Принципиальная технологическая схема основных материальных потоков…….
6.  Расчет материального баланса…………………………………………………………
6.1 Расчет производительности;
6.2 Расчет таблиц материальных графов «Количество и состав»;

6.3 Сводный баланс установки;

6.4 Расчёт коэффициента извлечения основного продукта

7.  Библиографический список……….……..……………….…………..…..……......…

Сергей Петрович!

Первое, что Вам необходимо сделать – очень хорошо изучить методику КП. Все рекомендации выполнять неукоснительно!

Где Ваши страницы?

А где Ваш библиографический список? Ведь Вы уже на него ссылаетесь?

Введение.

а) Краткая характеристика способов разделения углеводородных смесей.

Для облегчения анализа нефтей и нефтепродуктов используют разнообразные методы – но речь идёт о способах?! их предварительного разделения как по молекулярным массам, - не понятно. Уточните так и по химическому составу. Для разделения нефти и выделения различных групп углеводородов и гетероатомных компонентов применяют химические и физические методы. Химические методы основаны на неодинаковой реакционной способности разделяемых компонентов, а физические (или физико-химические) – на различии концентрации компонентов существующих в равновесных фазах.

Простыми условно названы методы разделения, при которых изменение концентрации разделяемых компонентов в сосуществующих фазах достигает? Кто? лишь благодаря сообщению системе энергии, а сложными – методы с применением дополнительных разделяющих агентов (селективных растворителей, адсорбентов и т. д.), увеличивающих различие составов фаз.

К физико-химическим методам разделения относятся так же разнообразные виды хроматографии, различающиеся агрегативным состоянием подвижной и неподвижной фаз.- зачем это всё? Какое отношение имеет к теме? Или свяжите с темой или уберите!

Перегонка  Для разделения смеси жидкостей обычно прибегают к перегонке. Это старейший метод разделения нефти на фракции, содержащие компоненты с близкими молекулярными массами, которым удалось выделить из нефти ряд индивидуальных соединений. Так, еще в конце ХIХ века дробной перегонкой были выделены  и идентифицированы пентан, изопентан и другие низкокипящие углеводороды. Разделение путём перегонки основано на различной температуре кипения отдельных веществ, входящих в состав смеси. Так, если смесь состоит из двух компонентов, то при испарении компонент с более низкой температурой кипения (низкокипящий компонент, НК) переходит в пары, а компонент с более высокой температурой кипения (высококипящий компонент, ВК) остаётся в жидком состоянии. Полученные пары конденсируются, образуя так называемый дистиллят; неиспарившаяся жидкость называется остатком. Таким образом, в результате перегонки НК переходит в дистиллят, а ВК - в остаток.

Описанный процесс, называемый простой перегонкой, не даёт, однако, возможности произвести полное разделение компонентов смеси и получить их в чистом виде. Оба компонента являются летучими и потому оба переходят в пары, хотя и в различной степени. Поэтому образующиеся при перегонке пары не представляют собой чистого НК. Поскольку он вследствие большей летучести испаряется в большей степени, чем ВК, то пары обогащены НК по сравнению с содержанием его в исходной смеси. Таким образом, в дистилляте содержание НК выше, чем в исходной смеси, а в остатке, наоборот, содержание НК ниже, чем в исходной смеси. Ну, а как это относится к теме?

Ректификация. – а это типовой процесс. Разберитесь, пожалуйста, с понятиями: «типовой процесс», «метод разделения», «способ разделения».

Для достижения наиболее полного разделения компонентов применяют более сложный вид перегонки - ректификацию. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.

Представим себе аппарат, в котором снизу вверх движутся пары, а сверху (навстречу парам) подаётся жидкость, представляющая собой почти чистый НК. При соприкосновении поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходит частичная конденсация паров и частичное испарение жидкости. При этом из паров конденсируется преимущественно ВК, а из жидкости испаряется преимущественно НК. Таким образом, стекающая жидкость обогащается ВК, а поднимающиеся пары обогащаются НК. В результате чего выходящие из аппарата пары представляют собой почти чистый НК. Эти пары поступают в конденсатор (дефлегматор), где и конденсируются. Часть конденсата, возвращаемая на орошение аппарата, называется флегмой, другая часть - отводится в качестве дистиллята.

В настоящее время перегонка и ректификация широко распространены в химической технологии и применяются для получения разнообразных продуктов в чистом виде, а также для разделения газовых смесей после их сжижения (разделение углеводородных газов) .

В некоторых случаях применение процесса ректификации затруднено из-за близких температур кипения компонентов, разложения одного из компонентов при повышении температуры, образования азеотропной смеси. Поэтому применяют специальные виды ректификации: низкотемпературную, чёткую, азеотропную и экстрактивную.

Низкотемпературная ректификация используется для разделения газов, широких по фракционному составу и содержащих лёгкие компоненты: метан, азот, водород, этан и этилен. Она заключается в конденсации газов и последующей ректификации полученного конденсата.

Конденсация сопровождается выделением тепла, которое отводят обычно путём искусственного охлаждения. В промышленных установках для охлаждения газов используют дросселирование сжатого газа (эффект Джоуля - Томсона); адиабатическое и политропное расширение газа с совершением внешней работы в специальных аппаратах - детандерах; применяют также различные хладагенты.

Для снижения энергетических затрат в холодильном цикле стремятся провести конденсацию при возможно более высокой температуре, чему способствует повышение давления. Практически давление повышают до 3 - 4 МПа. Достижение более высоких давлений связано с трудностями компримирования и становится невозможным при температурах выше критических для данного давления, при которых вещество не переходит из газообразного в жидкое состояние.

Ввиду того, что температуры кипения углеводородов С1 - С6 весьма различны, для экономии холода конденсацию проводят в несколько ступеней. Вначале конденсируются углеводороды С3 и выше при температурах от -30 до -40 °C и давления до 3 МПа. Выделившийся газ подвергают глубокому охлаждению до температур ниже -70°C для конденсации этана и этилена. Остаточный газ состоит в основном из метана, водорода, азота и гелия. Полученные конденсаты раздельно направляют на ректификацию.

Чёткая ректификация предназначена для разделения близкокипящих углеводородов с целью получения индивидуальных компонентов, со степенью чистоты 95 % и выше (до 99,99 %). В зависимости от темпе6ратуры и давления изменяется относительная летучесть компонентов смеси: она уменьшается при повышении общего давления и увеличении температуры. Поэтому для лучшего разделения необходимо понижать давление и температуру, но целесообразность этих мер зависит от экономических показателей процесса. При глубоком вакууме и низких температурах легко разделяются углеводороды С1 - С5, однако это экономически рационально лишь для выделения микроколичеств углеводородов.

В промышленности для разделения близкокипящих компонентов газов используют аппараты с большим числом контактных устройств и высокой кратностью орошения. Такой метод и называют чёткой ректификацией. По мере уменьшения относительной летучести разделяемых компонентов (особенно при малых её значениях, когда α = 1,05-1,30) число теоретических тарелок для достижения определённой степени разделения увеличивается. Например, при α = 1,05 требуется примерно вдвое больше теоретических тарелок, чем при α = 1,10.

При повышенном требовании к чистоте продуктов число необходимых тарелок тоже растёт. Так, при повышении степени чистоты отбираемого продукта с 90 до 99 мол. % число теоретических тарелок возрастает в два раза. Колонны для выделения этилена имеют более 100 тарелок при кратности орошения ≈ 10, а для выделения пропилена 120-150 тарелок при кратности орошения 18 - 25.

Ректификация, абсорбция, конденсация являются типовыми процессами, на которых основываются способы разделения природных газов.

Азеотропная ректификация с использованием сравнительно низкокипящих растворителей, таких как метанол, ацетон, ацетонитрил, применяется для выделения аренов (бензола, толуола, ксилолов) и смесей с насыщенными углеводородами, а так же для очистки аренов. Азеотропная ректификация с более высококипящими растворителями, диметиловым эфиром тетраэтиленгликоля, триэтиленгликолем использовалась для препаративного выделения  аренов С9 - С10 из узкокипящих фракций, а так же для разделения аренов – производных бензола, тетралина и нафталина.

Азеотропная ректификация находит ограниченное применение при выделении углеводородов вследствие присущих ей недостатков – узкого выбора растворителей, сравнительно низкой селективности азеотропобразующих компонентов и дополнительного расхода теплоты на их испарение. Азеотропная ректификация остается экономически выгодным процессом разделения при очистке целевого продукта от примесей, которые могут быть отогнаны при добавлении небольшого количества азеотропобразующего компонента [1].- что это такое?

Экстрактивная ректификация отличается использованием сравнительно высококипящих растворителей, которые, как правило, не образуют азеотропов с разделяемыми компонентами. Для этого температура кипения растворителя должна на 500 С и более превышать температуры кипения компонентов смеси.

Одно из преимуществ экстрактивной ректификации по сравнению с азеотропной состоит в возможности создания высокой концентрации растворителя в колонне (75-90%), что повышает селективность и эффективность разделения. При азеотропной же ректификации содержание  растворителя в системе определяется составом азеотропов и часто недостаточно велико, что снижает эффективность разделения. Кроме того, растворители, применяемые при экстрактивной ректификации, характеризуются более высокой селективностью, чем азеотропобразующие компоненты.

Важнейшее требование к растворителям для экстрактивной ректификации – сочетание высокой селективности с достаточно большой растворяющей способностью: на тарелках колонны не должно происходить расслаивания жидкой фазы. Этим требованиям удовлетворяют N-метилпирролидон, диметилформвмид и N-формилморфолин. О высокой растворяющей способности этих растворителей свидетельствуют сравнительно низкие значения коэффициентов активности углеводородов.

Для разделения углеводородов можно использовать и процесс экстрактивно-азеотропной ректификации, который проводят в присутствии двух селективных растворителей – азеотропобразующего компонента и экстрактивного агента. Эти функции может выполнять и один селективный растворитель, то есть экстрактивный агент а этом случае образует гомогенный или гетерогенные азеотропы с одним из компонентов или группой компонентов разделяемой смеси и попадает как в кубовый остаток, так и в дисстилят [1]. - ?

Экстракция применяется в нефтеперерабатывающей промышленности для выделения аренов из катализатов риформинга бензиновых фракций, а также селективно очистки смазочных масел от компонентов с низкими индексами вязкости – полициклических ароматических и гетероатомных соединений.

Недостаток экстракции состоит в невысоких значениях коэффициента полезного действия тарелок экстрактивных колонн. Экстрактивные колонны, роторно-дисковые экстракторы имеют, как правило, эффективность до 10 – 15 теоретических ступеней, а колонны экстрактивной ректификации – до 100 и более теоретических тарелок.

В качестве основного способа для разделения газожидкостной смеси я буду использовать комбинированную конденсационно-ректификационную схему. Метод в настоящее время считается наиболее распространенным и заключается в сжатии газовой смеси до 30 – 35 ати. и охлаждении смеси до очень низких температур (до -110 оС). При этом происходит фракционированная конденсация углеводородов С2 – С4, далее подвергаемых ректификации. К достоинствам метода следует отнести возможность получения высококонцентрированных углеводородных фракций при высокой степени их извлечения. Аппаратурные варианты разделения этим методом различны. Выбор той или иной схемы с использованием разных температур и давлений определяется составом исходной газовой смеси, назначением продуктов разделения, заданным числом фракций и требуемой чистотой индивидуальных углеводородов.

Кроме того применение этого способа позволит нам использовать получаемые углеводороды сначала как хладагенты, а затем вывести их из системы с целью дальнейшей переработки и использования в промышленности.

б) выбор и обоснование технологии проектируемого процесса.

???

ПЗ привести в соответствие с Содержанием!

1. Разработка и обоснование номенклатуры готовой продукции.

Исходная углеводородная смесь является газообразной и состоит из различных компонентов, наиболее целесообразно перевести ее в жидкое состояние, а далее методом конденсационной – ректификации, - что это за метод? Не знаю такого?! а так же других смешенных методов, разделить исходную смесь на фракции. Разделение ведется не на индивидуальные компоненты, а сначала на фракции, которые содержат вещества, близкие по составу и физическим свойствам (температуры кипения находятся в близком интервале).

При таком способе разделения сложно добиться выделения 100% чистого компонента, следовательно в верхнем продукте будет присутствовать часть тяжелого компонента (примеси), допустимое содержание этих примесей зависит от вида продукта и от способа его дальнейшего применения. – это не здесь. Читайте методику!

Исходную смесь можно разделить на следующие фракции:

Почему? Обратите внимание на название раздела. Это Ваша тема. Вам понятен смысл слова «разработка»? Это ключевое слово.

1) Метан:

Метан является превосходным сырьем для получения синтез-газа путем каталитической конверсии с водяным паром при высоких температурах. Синтез-газ  - это сырье для производства метанола. Присутствие углеводородов состава С2 -? не превышает 1,5 % весовых.   

Дальше читать не вижу смысла. Вы не выполняете главного – рекомендаций методики.

2) Этан-этиленовая фракция:

Этилен - исходное сырьё для синтеза полиэтилена. Допустимое содержание этана, а также углеводородов С3 и выше не более 0,01% (по массе).

Этан – сырье для производства этилена. Содержание углеводородов С3 и выше ограничивается 0,1% .

3) Пропан-пропиленовая фракция:

Пропилен – сырье для синтеза полипропилена. Допустимое присутствие примесей  не более 1%.

Пропан – при окислении пропана получают ацетальдегид, формальдегид, уксусную кислоту, ацетон. При пиролизе пропана образуется этилен и пропилен. Этилен будет являться исходным сырьём для получения полиэтилена, а пропилен служит сырьём для синтеза изопропилбензола, на основе которого получают фенол и ацетон. Допустимое содержание у/в С4 не выше 0,1%.

4) Бутановая фракция :

н-Бутан является превосходным сырьем для производства бутадиена, который используется в больших масштабах для получения синтетических каучуков. Присутствие углеводородов С5 и выше ограничивается 0,1% массовых.

5) Фракция С5+:

Пентан, так как его содержание не велико, можно применить в качестве компонента легкого бензина (присутствие у/в С6 ≤ 0,35 % весовых) или составляющей «бытового» газа (присутствие у/в С6 не более 0,1%).  

Всё не правильно. Почему? Разберитесь сами и перечислите ниже отклонения от методики:

1………………

2………………

3. ……………….. и т.д.

15.11.06


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34587. РАЗВИТИЕ КАПИТАЛИЗМА В РОССИИ в XIX– начале XX в. КЛАССОВАЯ СТРУКТУРА ОБЩЕСТВА 21.18 KB
  РАЗВИТИЕ КАПИТАЛИЗМА В РОССИИ в XIX– начале XX в. Сегодня идут споры об уровне зрелости капитализма в России накануне революционных событий 1917 года. Для развития капитализма в России были характерны не только быстрые темпы сжатые сроки но и иная последовательность аграрнокапиталистического и промышленного переворотов. Если в развитых странах Европы железнодорожное строительство явилось результатом промышленного переворота то в России массированное строительство железных дорог явилось мощным стимулом для капиталистической эволюции всего...
34588. БОРЬБА РУССКОГО НАРОДА ПРОТИВ ИНОЗЕМНЫХ ЗАХВАТЧИКОВ (XIII – XV вв.) 21.16 KB
  Кочевые племена монголов были очень многочисленными но родовые порядки обеспечивали участие в войне всех мужчин поголовно. Во время похода монголов в Индию полководцы Джебе и Субэдэй отделились от главной армии и через Закавказье вторглись в Европу где на их пути оказались половцы. Половцы столкнувшись с монголотатарскими войсками обратились к русскому князю Мстиславу Удалому за помощью. После таких широких завоеваний монголотатарскую знать привлекли торговые пути обладание которыми могло приносить большие доходы.
34589. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ РОССИЙСКОГО ИСТОРИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 19.56 KB
  Самобытность России во многом определяется ее географическим положением между Европой и Азией – миром модернизации и миром традиционности. Этот фактор накладывает отпечаток на историческое развитие России. В самой России начиная с XVIII в. Главным среди природных факторов был континентальный характер расположения территории России.
34590. МЕСТО РОССИИ СРЕДИ МИРОВЫХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ 24 KB
  МЕСТО РОССИИ СРЕДИ МИРОВЫХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ Составитель: С. Соответственно и место России во всемирной истории определялось с точки зрения принадлежности ее к одной из общественноэкономических формаций.К какому же типу отнести Россию В какой мере самобытна цивилизация России Ответы на эти вопросы давались историками публицистами общественными деятелями с высоты своего времени с учетом всего предшествующего развития России а также в соответствии со своими идейнополитическими установками. Абсолютное большинство населения России исповедует...
34591. ВОСТОЧНЫЕ СЛАВЯНЕ В ДОФЕОДАЛЬНЫЙ ПЕРИОД 22.91 KB
  ВОСТОЧНЫЕ СЛАВЯНЕ В ДОФЕОДАЛЬНЫЙ ПЕРИОД Составитель: Л. Степанова Появление славян как самостоятельного этноса согласно археологическим материалам произошло еще в первое тысячелетие до н. славяне известны под именем антов и венедов. в источниках появляется имя славяне.
34592. ДРЕВНЕРУССКОЕ ГОСУДАРСТВО: ЗАКОНОМЕРНОСТИ И ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ, СОЦИАЛЬНЫЙ И ПОЛИТИЧЕСКИЙ СТРОЙ (IX – начало XII вв.) 21.55 KB
  Но произошло это объединение в результате похода князя Олега датируемого летописью 882 годом при активном участии его Руси – варяжской дружины вместе с другими племенами Поильменья. Рассматривая особенности политического устройства Киевской Руси следует выделить такой родоплеменной пережиток как наследование великого княжения по старшинству. Это заставляло всю многочисленную родню Рюриковичей время от времени менять свое пребывание в одном из княжеств и перебираться в другое что не способствовало ни укреплению центральной власти в Киеве...
34593. США во Второй мировой войне 14.25 KB
  Когда УВП не удалось взять под свой контроль добычу и поставки сырья Рузвельт создал сначала управление экономической стабилизации а затем управление военной мобилизации наделенное чуть ли не диктаторскими полномочиями. Комиссия по справедливому найму которую Рузвельт был вынужден создать под угрозой негритянского марша на Вашингтон во главе с Филипом Рэндолфом председателем профсоюза железнодорожных проводников помогла афроамериканцам бороться с дискриминацией в военной промышленности особенно после того как в 1943 Рузвельт наделил...
34594. США в конце XX – начале XXI вв 15.84 KB
  Укрепление политического экономического военного лидерства в мире стало ведущей идеей политики США во второй половине XX начале XXI в. Этому способствовало с одной стороны ключевое положение США в ООН в составе 5 государств членов Совета Безопасности а с другой активное участие в создании НАТО сети других военнополитических блоков. Была развернута сеть военных баз и объектов США в Европе в государствах участниках НАТО на Дальнем Востоке и в бассейне Тихого океана в Латинской Америке и зоне Карибского бассейна на Ближнем...
34595. Соединенное Королевство: географическое положение, рельеф, природные условия, флора и фауна. Символы 40.5 KB
  Официально же она именуется Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии. В целом на их долю приходится приблизительно 1 3 площади Великобритании и бoльшая часть Северной Ирландии. В Северной Ирландии змей нет. Символы: Флаг Соединенного Королевства Великобритании и Северной Ирландии или как его принято называть Юнион Джек Union Jck является сочетанием трех крестов святых покровителей Англии прямой красный крест на белом поле крест Св.