QReferate - referate pentru educatia ta.
Referatele noastre - sursa ta de inspiratie! Referate oferite gratuit, lucrari si proiecte cu imagini si grafice. Fiecare referat, proiect sau comentariu il poti downloada rapid si il poti folosi pentru temele tale de acasa.



AdministratieAlimentatieArta culturaAsistenta socialaAstronomie
BiologieChimieComunicareConstructiiCosmetica
DesenDiverseDreptEconomieEngleza
FilozofieFizicaFrancezaGeografieGermana
InformaticaIstorieLatinaManagementMarketing
MatematicaMecanicaMedicinaPedagogiePsihologie
RomanaStiinte politiceTransporturiTurism
Esti aici: Qreferat » Referate chimie

Proiect de an Chimie industria - Sa se proiecteze un reactor catalitic in strat fix pentru dehidrogenarea etilbenzenului la stiren, operat adiabatic








Universitatea Politehnica Bucuresti


Facultatea Chimie industria








Proiect de an




Tema de proiect

Sa se proiecteze un reactor catalitic in strat fix pentru dehidrogenarea etilbenzenului la stiren, operat adiabatic.Date de proiectare:


-Productia anuala de stiren 30000-100n t/an

-Temperatura de alimentare 620-n ¤C

- Presiunea de alimentare 1.5-0,01n atm

-Raport molar etilbenzen:abur=(13+0,1n):1










Capitolul 2

Referat de literatura



2.1 Modalitati de obtinere a stirenului


Li-polimer a fost obtinut prima data la inceputul secolului trecut din rasini exotice. Stirenul incepe sa fie produs la scara industriala inainte de cel de-al doilea Razboi Mondial iar in 1970 productia mondiala depasea 2 milioane de tone.

Dezvoltarea productiei de stiren este legata in primul rand de industria de polimeri, intreaga cantitate produsa utilizandu-se ca monomer.

Singura metoda de importanta industriala este dehidrogenarea etil-benzenului. Pentru ca in pretul de cost al stirenului ponderea costului mate-riilor prime este mare, productia este rentabila doar in instalatii de mare capacitate integrate in marile platforme industriale chimice.




2.2 Fisa procesului tehnologic



Dehidrogenarea etilbenzenului are loc in faza gazoasa, in prezenta unui catalizator solid, granular.

Etilbenzenul proaspat este evaporat si preincalzit intr-o baterie de recuperatoare de caldura, din care sunt reprezentate doar doua (3 si 4), pana la temperatura de aproximativ 540 . La intrarea in reactorul 1, etilbenzenul este amestecat cu abur preincalzit la maxim 800 , obtinut in cuptorul 2 astfel incat sa se obtina temperatura de alimentare intre 580 si 620 . Presiunea de alimentare este cuprinsa de regula intre 1,4 si 1,6 atm, cunoscandu-se si variante de operare la presiuni sub atmosferice. Raportul molar abur—etilbenzen este cuprins intre 7:1 si 14:1, mai mic pentru operarea izoterma, mai mare pentru cea adiabata.

Produsul de reactie este racit in recuperatoarele de caldura care servesc la preincalzirea etilbenzenului. Amestecul racit este introdus in separatorul primar 5 de unde stirenul brut (uleiul de cuptor) este introdus intr-un tren de coloane de rectificare.

Conversia etilbenzenului este 0,35-0,4 la reactoarele adiabate cu un singur strat, intre 0,5-0,6 la reactoarele adiabate cu 2 straturi si peste 0,6 la reactoarele izoterme. Selectivitatea in stiren este de aproximativ 0,9.

Capacitatea tipica a unei instalatii este de aproximativ 3000 t/an.



Figura1 :Descrierea instalatiei tehnologice



2.3 Reactia chimica

2.3.1 Stoechiometrie


Pe langa dehidrogenare, etilbenzenul sufera in reactorul catalitic si reactii

O alta serie de reactii secundare se datoreaza prezentei aburului in sistem. Desi aceste reactii pot fi formulate in mod diferit urmatoarele 6 putand fi considerate mai importante.


C6H5-C2H5 C6H5-CH=CH2 + H2 [1]

(1) (2) (3)


C6H5-C2H5 C6H6 + C2H6 [2]

(4) (5)


C6H5-C2H5 + H2 C6H5-CH3 + CH4 [3]

(6) (7)


0.5C2H4 + H2O CO + 2H2 [4]

(8) (9)


CH4 + H2O CO + 3H2 [5]


CO + H2O CO2 + H2 [6]

(10)


Matricea coeficientilor stoechiometrici:




2.3.2 Temodinamica



Dependenta de temperatura este liniara:

DHRi=Ai+Bi*T                   i=1 . 6 (7)



Valorile coeficientilor Ai si Bi


Tabel nr. 1

i

Ai (kcal/kmol)

Bi (kcal/kmolk)





















Calculele arata ca singura reactie limitata termodinamic este relatia (1), celelalte fiind ireversibile. Pentru valorile constantelor de echilibru se da relatia:


Kp=0,027exp[0,021[(T-773)], atm (8)


Valorile constantei calculata din date termodinamice standard, pot fi corelate cu expresia:


Kp=5,753*10 exp[-14954/T], atm (9)

Evolutiile date de ecuatiile de mai sus pot fi reprezentate ca functii de temperatura. Pentru calculele care urmeaza sunt necesare ca date termodinamice si variatiile cu temperatura ale vascozitatii, ale caldurii specifice, de asemenea si caldurile de formare standard, energia libera G standard, si entropiile standard pentru fiecare din substantele ce intervin in sistemul de reactie considerat. Caldurile specifice sunt polinoame de ordinul doi de forma :


cp(T)=a+b*T+c*T2, [ J/kmol*K] (2-4)

Coeficientii polinomului fiind dati in Tabelul 2. Pentru calculul vascozitatii dinamice se foloseste ecuatia de mai jos :

h h *(273+C)/(T+C)*(T/273)1.5, [kg/m*s].



Tabelul nr. 2.


Specia

a

b

c

DH0

KJ/mol

S0

J/mol*K

DG0

KJ/mol

h

kg/m*s

C

(k)

Benzen









Toluen









Etilbenzen









Stiren









Metan









Etena









Apa(vapori)









Hidrogen









Monoxid de carbon













Bioxid de carbon











2.3.3 Cinetica


a)     Catalizatori


Catalizatorii utilizati sunt oxizi de fier si crom cu carbonati sau hidroxizi de potasiu in diferite proportii. O compozitie tipica este: 8,7%Fe2O3, 2%Cr2O3 si 11% KOH.

Granulele sunt de obicei cilindrice, cu diametru de 5mm si lungimea cuprinsa intre 10-40 mm. Densitatea aparenta a granulei este de 1,4-1,5g/cm3, porozitatea de 0,57, aria de 4-5 m2/g, raza medie a porilor este de ordinul r=6*10 A. Durata de existenta a catalizatorului este de 4000-8000h, cu regenerari dupa 700-1000h. Pierderea activitatii are loc prin cocsare iar regenerarea se face prin gazeificarea cocsului cu ajutorul aerului.


b)     Expresii de viteza


Au fost preferate expresii de tip produse de puteri unde se coreleaza bine datele experimentale. Expresiile utilizate sunt:

VR1=k1 (p1-p2 p3/kp) kmol/kgcat h

VR2=k2 p1

VR3=k3 p1 p3

VR4=k4 p5 p6

VR5=k5 p7 p8

VR6=k6 p9 p8 p/T3



Constantele de viteza sunt dependete de temperatura prin expresia Arrhenius:

Ki=exp(Fi-Ei/R T)    [kmol/kgcat h atm]


Tabel nr.3

i

Fi

Ei (cal/mol)






















2.4 Tipuri de reactoare



Exista doua tipuri constructive de reactor de dehidrogenare, functie de regimul de operare :adiabat sau izoterm. Ambele tipuri sunt reactoare catalitice in strat fix.

Abur


EB








a)

b)


Figura 2 Reactor adiabat : a) axial; b) radial;



In reactorul axial, modelat in acest caz, amestecul de reactie circula de sus in jos. Constructia racordurilor de alimentare a etil-benzenului si aburului permite o buna omogenizare a amestecului gazos. Stratul catalitic, inalt de 1,5-2 m, este protejat atat la partea superioara cat si la baza de cate un strat de umplutura inerta. Repartizarea uniforma a amestecului pe sectiunea reactorului se realizeaza cu ajutorul unor distribuitoare conice (nu sunt reprezentate in figura).

Pentru controlul profilului de temperatura, reactorul este prevazut cu mai multe termocuple montate pe inaltimea stratului catalitic, iar pentru limitarea pierderilor de caldura el este izolat termic.

Reactorul radial poate fi centripet sau centrifugal. Prezinta avantajul unei solicitari mai reduse a granulei de catalizator si deci a unei farimitari mai lente a acesteia. Permite utilizarea unei grosimi mai mici a stratului catalitic iar caderea de presiune este mult diminuata.

Reactorul izoterm este de fapt un reactor multitubular, cu transfer lateral de caldura.













Figura 3 Reactor izoterm


Catalizatorul este depus in tevi cu diametrul de 50- 100 mm. Caldura necesara este furnizata de agentul termic care circula in spatiul intertubular.

Pentru mentinerea unui profil de temperatura cat mai apropiat de cel izoterm, este nevoie de un agent termic cu capacitate calorica mare si care asigura valori ridicate ale coeficientului partial de transfer termic. Aceste conditii sunt satisfacute de sarurile topite, de obicei un amestec de carbonati de sodiu, litiu si potasiu.



Capitolul 3

Modelul fizic al reactorului


Modelul fizic permite deducerea ecuatiilor modelului matematic.

Pentru reactorul catalitic in strat fix, axial, adiabat sau izoterm, studiat in acest caz, se propune un model unidirectional, ideal, pseudoomogen.

Efectul difuziei interne a fost neglijat, deoarece in literatura se arata ca acesta devine important doar la valori ale razei medii a porilor mai mici de 60 Å.

Introducand ipoteze simplificatoare pentru situatia reala rezulta modelul fizic al reactorului definit prin modelele de circulatie a fazelor (de ex. DG-DL,etc.) si regimul termic de operare a reactorului (de ex. adiabat, neadiabat-neizoterm etc.).

Capitolul 4

Predimensionarea reactorului


4.1 Calculul conversiei finale


Se presupune ca singura reactie este cea de dehidrogenare


C6H5-C2H5 C6H5-C2H4+H2


Se calculeaza valorile constantelor de echilibru, Kp.



Se calculeaza Cp caldurii molare medii si a caldurii specifice medii


Se calculeaza valoarea variatiei entalpiei de reactie pentru fiecare reactie in parte DHRi. si suma variatiei entalpiilor de reactie:


Se calculeaza valoarea lui ∆Tad            



Dam valori temperaturii in intervalul T0-‌∆Tad‌‌ si T0 adica intre 734K si 887K si calculam pentru fiecare temperatura constanta de echilibru Kp conversia, xA si factorul 0.8*xA.






Tabel nr. 4

Nr crt

T

Kp

xA

0.8*xA





















































Se face bilantul molar considerand singura reactie cea de dehidrogenare.






Recalculam viteza fictiva, u.

In relatiile de mai sus xAf reprezinta conversia finala a componentului 1, DM10 debitul molar de etilbenzen introdus in reactor, DM1f debitul molar final de etilbenzen, DM2 debitul molar de stiren, Dm debitul masic de etilbenzen, Pa productia anuala de stiren, M masa moleculara a stirenului, tf timpul de functionare anuala a instalatiei, DM8 debitul molar total de abur, p0 presiunea de alimentare, DV0 debitul volumetric, T0 temperatura de alimentare, D diametrul reactorului.


4.2 Calculul lungimii stratului de catalizator


in care vP1 reprezinta viteza procesului iar rSC densitatea stratului catalitic care are valoarea de 1300 kg/m3.                                




Calculam pentru 10 valori ale conversiei cuprinse intre 0 si 0.44 temperatura T, constanta de viteza k1, fractiile molare y1, y2 si y3, constanta de echilibru Kp, viteza vP1 si valoarea functiei f(x) pentru a putea calcula valoarea integralei pentru aflarea in final a lungimii reactorului. Pentru aflarea lungimii reactorului se foloseste metoda trapezelor.



Tabel nr 5      

X1

T

K1

Y1

Y2=y3

KP

VP1

F(x)=1/vP1





























































































Capitolul 5

Modelul matematic al reactorului



Modelul matematic este format din ecuatii diferentiale care descriu evolutia parametrilor de stare in lungul reactorului.Modelul matematic este format din ecuatiile de bilant molar, ecatiile de bilant termic si ecatia caderii de presiune.


Reactiile careau loc in reactor sunt urmatoarele:



Matricea coeficientilor ecuatiilor este:



5.1 Deducerea ecuatiilor de bilant molar



Masa intrata +Masa generata=Masa iesita +Masa consumata

in cazul de fata Mintrat este DMj iar Miesit este DMjdDMj iar diferenta intre cantitatea generata si cea consumata este termenul de generare:



DMj DMj+dDMj


dz



Semnificatia termenilor:

DMj-debitul molar de specie chimica j ce intra in reactor

DMj+dDMj-debitul molar de specie chimica j care iese din reactor

S-aria sectiunii transversale

Dz-element de lungime de strat catalitic

V-volumul (element de volum)

rSC-densitatea stratului catalitic






5.2 Deducerea ecuatiilor de bilant termic



                







5.3 Ecuatia caderii de presiune






Semnificatia termenilor din ecuatiile (10), (12 ) si (13) este:






Analiza dimensionala a marimilor ecuatiilor modelului matematic






5.4 Prezentarea teoretica

a metodei de integrare numerica Euler



Pentru a calcula in continuare prin metoda Euler ecuatiile modelului matematic vom prezenta in ce consta metoda Euler.

Problema Cauchy:


Fie functia y si o dezvoltare in jurul punctului x0 adica o dezvoltare in serie Taylor.




Capitolul 6

Rezolvarea modelului matematic al reactorului


6.1 Exemplificarea integrarii numerice prin doi pasi de calcul

Pasul 1



Calculul constantelor de viteza pentru fiecare reactie in parte ki, si calculul constantei de echilibru Kp


















Pasul 2






















Calculul pentru restul pasilor se efectueaza in cadrul unui program de calcul scris in PASCAL. Lungimea finala rezultata din program este de 2.94m.

In anexa proiectului se afla:

-programul de calcul si rezultatele programului

-rezultatele sub forma de grafice pentru diferite programe de simulare. S-au ales pe langa valorile de alimentare ale temperaturii si ale presinii alte 3 seturi de valori rezultand o matrice 3x3.


Capitolul 7
Calculul mecanic

7.1 Dimensionarea racordurilor


Calculul diametrelor racordurilor reactorului:

Debitul volumetric total care intra in reactor este DV0=13.43m3/s

-diametrul pentru introducerea racordurilor; se propune o viteza a vaporilor in racord de 22m/s

wvapin=viteza vaporilor la intrare (propusa0

wvapin=25m/s

se standardizeaza la valoarea de dvap varf=0.8m

dvapin=0.8m


-recalculam viteza


Inainte de a dimensiona racordul pentru evacuarea produsilor de reactie este necesara calcularea densitatii amestecului precum si a debitului volumetric.



se standardizeaza la valoarea de dvap varf=0.8m dvap ie =0.8m

-recaculam viteza


Calculul sumar mecanic

calculul grosimii peretelui virolei reactorului si presiunea de calcul p=1.44atm

alegem un otel tip 14MoCr10


RPO2=180N/mm2,            Rm=500N/mm2


-se alege un otel cu sa=120N/mm2

-coeficientii pentru sudura se alege conform recomandarilor de F

-diametrul reactorului D=3.4m iar Di=3.4m

-grosimea peretelui se calculeaza cu :

-viteza de coroziune este:     vc=0.25mm/an

-durata de functionare: n=10ani

-coeficientul de coroziune:    c1=vc*n=2.5m

-coeficientul pentru prelucrari mecanice este de 0.6mm

-grosimea se obtine: dc dp+c1+c2

dc=2.9168+2.5+0.6=6.0168mm

-se standardizeaza la grosimea dSTAS=0.6mm


7.2 Calculul greutatii totale


Se considera stratul de catalizator cu inaltimea de H=3 [m], diametrul D=3.4[m].Se mai adauga la acest strat si doua straturi de inert pentru uniformizarea curgerii de cate 200 [mm] fiecare]. Densitatea in vrac pentru umplutura se considera cea folosita la dimensionarea stratului de catalizator r=1300 [kg/m3].


greutatea stratului de catalizator este echivalenta cu greutatea unui cilindru :


GSC=g*r*VSC=9.81*1300*p*(3.42/4)*3.4=3.9368*105 [N]


greutatea peretilor metalici este :


Gpereti=9.81*[2*1000+7900*p 104 [N]


Gtotal=( GSC+ Gpereti)/1000= 443.138 [KN]

Se alege conform STAS 7949-98 ,12 suporti cu sarcina specifica de 40[KN] pe fiecare suport.



Caracteristicile suportului ales sunt date in tabelul de mai jos :

a

a1

b2

c1

c2

h

s1

d

l












Dimensiunile se dau in [mm] conform STAS 7949-98.




Capitolul 8
Fisa tehnica a reactorului

REACTOR PENTRU OBTINEREA STIRENULUI



Destinatia: dehidrogenarea etilbenzenului la stiren in prezenta aburului in faza gazoasa, pe catalizator oxizi de crom si fier.


Parametrii de operare

intrare

iesire

Debit de EB+ABUR



Temperatura  [K]



Presiunea [atm]





Tipul reactorului: tip coloana cu umplutura.Caracteristicile umpluturii:

-strat granular cu porozitatea 0.57

-diametrul mediu 6.2*103m

-densitatea in strat de 1300kg/m3

Materialul de constructie: otel carbon


Observatii:

-se izoleaza cu un strat de izolatie corespunzator;

-se monteaza vertical pe suporti laterali;

-se instaleaza in spatiu inchis.



Rezultatele simularii


Ti

pi

m

xA

h

Te

pe












































































SCHEMA        AMC





Nu se poate descarca referatul
Acest referat nu se poate descarca

E posibil sa te intereseze alte referate despre:


Copyright © 2020 - Toate drepturile rezervate QReferat.ro Folositi referatele, proiectele sau lucrarile afisate ca sursa de inspiratie. Va recomandam sa nu copiati textul, ci sa compuneti propriul referat pe baza referatelor de pe site.
{ Home } { Contact } { Termeni si conditii }