Проектирование и оборудование предприятий нефтехимии 10 1

Проектирование и оборудование предприятий нефтехимии (10)

1 ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ (ХТС) ХТС – это совокупность элементов и взаимосвязанных технологических потоков, которые функционируют как одно целое с общей целью обеспечить экономически целесообразную переработку сырья в полезный продукт.

2

Основные этапы анализа и синтеза ХТС: 1. Определить маршрут химического синтеза молекул заданного целевого продукта с учетом сырья и известных химических реакций. 2. Построить функциональную схему. 3. Выбрать тип элементов ХТС в соответствии с заданной целью функционирования системы. 4. Выбрать типы технологических связей, позволяющих разработать структуру ХТС, удовлетворяющую требуемой цели функционирования (построить структурную или технологическую схему). 5. Составить математические модели элементов ХТС. 6. Согласовать параметры материальных и тепловых потоков и определить материально-тепловые нагрузки на элементы ХТС решением уравнений материально-тепловых балансов. 7. Определить параметры элементов и технологических потоков, обеспечивающих выполнение цели ХТС при оптимальном значении эффективности ХТС. 8. Осуществить коррекцию технологической структуры, изменить параметры элементов и параметры технологических потоков с целью обеспечения требуемой цели функционирования ХТС при оптимальном значении эффективности ХТС. 3

4 Требования, предъявляемые к ХТС: 1. Получение продукта необходимого качества экономически целесообразным способом. 2. Экологическая безопасность. 3. Пожаро-взрывобезопасность. 4. Безвредность и надежность при эксплуатации. 5. Глубокая переработка сырья. 6. Полное использование сырьевых ресурсов. 7. Минимизация тепловых и энергетических расходов. 8. Минимизация отходов производства. 9. Оптимальное использование аппаратуры.

5 Глубокая переработка сырья достигается: 1. Выбором процесса в зависимости от вида сырья (малостадийный химический процесс предпочтительнее многостадийного). 2. Применением избытка одного из реагентов. 3. Организацией оптимального режима контакта фаз для гетерогенных процессов (прямоточного, противоточного или перекрестноточного). 4. Организацией рецикла. Полнота переработки сырья достигается: 1. Выбором условий процесса, обеспечивающих наибольшую селективность. 2. Регенерацией материалов. 3. Использованием отходов в качестве основных или вспомогательных материалов при выпуске продукции (вторичные материальные ресурсы). 4. Совмещением производств.

6 Минимизация тепловых и энергетических расходов: 1. Регенерация теплоты (использование теплоты отходящих продуктов для нагрева сырья). 2. Использование теплоты отходящих продуктов для производства пара (вторичные энергетические ресурсы). 3. Регенерация энергии (использование энергии газовых и жидкостных потоков, находящихся под высоким давлением). Сведение отходов к минимуму: 1. 2. 3. 4. 5. Увеличение полноты и глубины переработки сырья. Утилизация теплоты. Регенерация теплоты и энергии. Создание замкнутых циклов водоснабжения. Уменьшение количества вспомогательных потоков, являющихся источниками загрязнений.

7 Оптимальное использование аппаратуры: 1. Интенсификация процессов ведет к уменьшению реакционного объема аппарата (оптимизация технологических режимов, уменьшение диффузионных и тепловых сопротивлений, поиск режимов динамического управления технологическими режимами). 2. Более рациональная организация проведения процесса (использование насадочных колонн вместо барботажных, осуществление процесса во взвешенном слое катализатора). 3. Совершенствование конструкции технологических аппаратов. 4. Увеличение единичной мощности технологических аппаратов.

8

9

10

11 Функциональная схема синтеза аммиака А: синтез аммиака; Б: выделение аммиака; В: компрессия и рециркуляция непрореагировавших компонентов

12

13

14 Система уравнений балансов ХТС 1) Материальный баланс по общему расходу физических потоков вещества: 2) Материальный баланс по массовому расходу компонентов: 3) Тепловой баланс по расходу теплоты физических тепловых потоков: Где Mj и Gni – общий массовый расход j-того и n-того материального потоков, кмоль/ч; Xji – мольная доля i-того компонента в j-том потоке; Qn, hj, Tj и cj – расход теплоты n-того теплового потока, энтальпия, температура и средняя удельная теплоемкость j-того теплового потока, к. Дж/ч, к. Дж/кмоль, К, к. Дж/(кмоль К).