Тәжірибелік сабақ №4. Мұнайхимиялық процестердің материалдық баланстары.

Тапсырма:

1. Материалдық баланстарды құру принциптері.

2. Есептер шығару.

3. Өздігінен шығаруға арналған есептер.

Әдістемелік нұсқаулықтар:

Көп жағдайда үздіксіз жүретін мұнайхимиялық процестер үшін материалдық баланс теңдеуін заттардың сағаттық кірісі мен шығысын негізге ала отырып құру қабылданған:

 

ΣG_баст.= ∑G_соңғы; кг/сағ (1)

 

ΣG_баст.= ∑G_1баст.+ ∑G_2баст. +···+ G _{i баст.} (2)

 

ΣG_соңғы= G_1соңғы + G_2соңғы+···+ G _{i соңғы} (3)

 

Химиялық өзгерістер жүретін жүйелерде енген i -ші компоненттің массасы өзгеріске ұшыраған және өзгеріске ұшырамаған i -ші компоненттің массаларының қосындысына тең:

 

G _{i баст}= G _{i өзг.ұшырамаған} + G _{i өзг.ұшыраған} (4)

 

Газ тәрізді заттардың рециркуляциясымен жұмыс істейтін жүйелер үшін (этиленді тура гидратациялау, оксосинтез, этиленді оксидке тотықтыру және т.б.) әдетте газдың бастапқы ағынымен жүйеге түсетін және реакция нәтижесінде түзілетін әрекеттесетін заттар мен инертті қоспалар үшін, жүйенің әрбір компоненті үшін және компоненттер тобы үшін жеке газдық баланстар құру қажет болады.

Мұнайхимиялық өнімдер өндірісінің процестерінде әрқашан шығын болады. Бұл құрылғы (сорғы, компрессорлар, құбырлар және т.б.) саңылауларының әсерінен болатын механикалық шығындар, сонымен қатар мақсатты өнімді оның реакция өнімдерінен бөліп алу кезінде болатын шығындар.

Механикалық шығындар ескерілсе, материалдық баланс мына теңдеумен өрнектеледі:

ΣG_баст.= ∑G^'_соңғы+ G_шығын (5)

мұндағы G^'_{соңғы =} G_соңғы – G_шығын (6)

 

5-теңдеудегі ∑G^'_соңғы мәні реакция өнімдерінен бөліп алғанда жоғалатын мақсатты өнімнің мөлшерін қамтиды, себебі, ол жанама өнімдердің құрамында ескеріледі.

Материалдық балансты құрғанда барлық өндірістік шығындар ескеріледі, нәтижесінде қондырғыға түсетін шикізат пен реагенттердің мөлшері өнімнің берілген мөлшерін алуға қажетті мөлшерден жоғары болады. Бірақ жеке қондырғылардағы аппаратуралардың технологиялық есептеулері оған түсетін шикізат пен реагенттің жалпы мөлшері үшін шығынды ескермей құрылады.

Есеп 1. Өнімділігі жылына 600 мың тонна болатын тауарлық этилен өндіруде қолданылатын бензинді пиролиздеу қондырғысының материалдық балансын құрыңыз. Түзілетін этанды пиролиздеу бөлек пеште жүргізіледі.

Бастапқы деректер:

Бір жылда жұмыс істейтін сағат саны: 7920;

Өндірістің барлық сатыларындағы этилен шығынының жалпы мөлшері: 4%;

Этиленді газ бөлу сатыларындағы потенциалды мөлшерінен бөліп алу тереңдігі: 98%;

Бензинді пиролиздеу өнімдерінің шығымы, % (масс.):

Н₂ – 0,85; СН₄ – 15,8; СО + СО₂ + H₂S – 0,1; С₂Н₂ – 0,4; С₂Н₄ – 27,5; С₂Н₆ – 4,1; С_ЗН₄ – 0,3; С₃Н₆ – 13,0; С₃Н₆ – 0,55; С₄Н₆ – 4,2; С₄Н₈ – 3,1; C₄H₁₀ – 0,4; 200⁰С дейінгі С₅ сұйық өнімдер – 23,2; ауыр шайыр (200⁰С жоғары) – 6,4; кокс – 0,1;

Этанды пиролиздеу өнімдерінің құрамы, % (масс.):

Н₂ – 3,5; СН₄ – 5,0; СО + СО₂ – 0,5; С₂Н₂ – 0,5; С₂Н₆ – 37,2; С₂Н₄ – 47,6; С₃Н₆ – 0,9; С₃Н₈ – 0,1; С₄Н₆ – l,2; С₄Н₈ – 0,3; C₄H₁₀ – 0,1; С₅ және одан жоғары – 3,1.

Есепке әдістемелік нұсқаулықтар:

Өнімділік тауарлық этилен бойынша берілгендіктен, шығын мен потенциалды мөлшерінен этиленді бөліп алу тереңдігін ескере отырып, этилен бойынша өнімділікті анықтау қажет.

 

(1)

 

мұндағы G^r_э1 – шығын ескерілген жағдайдағы этилен бойынша өнімділік, т/жыл;

G^r_э – тауарлық этилен бойынша өнімділік, т/жыл;

Ш – этилен шығыны, бірлік үлес;

 

(2)

 

мұндағы G^r_э2 – этиленді потенциалды мөлшерінен бөліп алу тереңдігі ескерілген жағдайдағы пиролиз қондырғысының өнімділігі, т/жыл;

ШАТ – потенциалды мөлшерінен шығарып алу тереңдігі, бірлік үлес;

Әрі қарай этиленнің сағаттық шығынын анықтаймыз (кг/сағ):

 

(3)

мұндағы Z – бір жылдағы жұмыс сағатының саны.

 

Этилен бензиннен де, сонымен қатар рециркулирлеуші этаннан да түзілетіндіктен, этилен бойынша баланс құру қажет.

Этиленнің жалпы мөлшері:

G_э= G_бХ _э1+ G _этХ _э2 (4)

 

мұндағы G_б, G_эт – бензин мен этан бойынша пиролиз пешінің сәйкесінше өнімділіктері, кг/сағ;

Х_э, Х_э2 – бензин мен этанды пиролиздеу кезінде түзілген этиленнің сәйкес шығымы, массалық үлестер.

 

Бензиннен түзілетін этанның мөлшері (кг/сағ):

 

G^/ _эт= G_бХ _эт (5)

 

мұндағы Х _эт – бензинге шаққандағы этанның шығымы, массалық үлестер.

Этан пешіне түсетін этанның мөлшері (кг/сағ):

 

(6)

мұндағы К_эт – этан конверсиясы.

G _эт мәнін 4-теңдеуге қоямыз:

(7)

 

Бензин пештерінің жүктелуін табамыз (кг/сағ):

(8)

 

Этан пешінің жүктелуін 6-теңдеу бойынша есептейміз.

Бензин мен этанды пиролиздеу өнімдерінің мөлшерін алдымен жеке-жеке, әрі қарай оларды қосып есептеп, айрылудың материалдық балансын құрамыз.

 

Қосымша әдебиет 3[14-18], 7[75-92]

Бақылау сұрақтары:

1. Мұнайхимиялық процестердің материалдық балансы табиғаттың қандай заңына сүйеніп құрылады?

2. Газтәрізді заттардың рециркуляциясы арқылы жүретін процестер үшін материалдық баланстарды құрудың ерекшеліктері.

3. Жеке құрылғыларды технологиялық есептеулерде шығын ескеріле ме?