Потерю напора в слое катализатора вычисляют по формуле

            ,               (2.22)

где  – потеря напора на 1 м катализатора, Па/м; e – порозность слоя; m – динамическая вязкость смеси, (принимаем 1,87·10^-6 Па·с); d – диаметр частиц катализатора, м; r_г – плотность реакционной смеси, кг/м³; g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с².

Порозность слоя вычисляем по формуле

                                        e =1 - r_1к /r_2к ,                                           (2.23)

где r_1к – кажущаяся плотность катализатора, кг/м³; r_2к – насыпная плотность катализатора, кг/м³.

e = 1- 1300/1520 = 0,145.

    Для расчёта плотности реакционной смеси найдём среднюю плотность смеси ВСГ и жидких углеводородов в сырье реактора исходя из их массовых долей (таблица 2.8). Значение r_г составит 622,337 кг/м³.

Таблица 2.8 – Расчёт плотности реакционной смеси

Потеря напора на 1 м катализатора по формуле (2.22) составит

Общий перепад давления на выходе из реактора составит:

· Н_S=1533,93·6,211»0,01 МПа.

Величина перепада давления меньше допустимой 0,2 МПа. Таким образом, все параметры выбраны и рассчитаны верно. Давление на выходе из реактора (P₂) составит

                                                  P₂=P₁-DP,                                         (2.24)

P₂=2,5-0,01=2,49 МПа.

3 Расчет процесса синтеза МЕТИЛ-ТРЕТ-БУТИЛОВОГО ЭФИРА (МТБЭ) [14-18]

Первая промышленная установка синтеза МТБЭ производительностью 100 тыс. т/год по МТБЭ была пущена в 1973 г. в Италии. Затем аналогичные установки были введены в эксплуатацию в ФРГ в 1976 г. и США в 1980 г. С тех пор мировое производство МТБЭ непрерывно возрас­тало, особенно интенсивно в США, нефтепереработка которой ха­рактеризуется исключительно высокой насыщенностью процессами каталитического крекинга.

Производство МТБЭ в 1990 г. составило в мире 7,5 млн. т, в том числе в США - около 1,5 млн. т.

На данный момент его мировое производ­ство составляет более 35 млн. т в год. МТБЭ характери­зуется высокой детонационной стойкостью и имеет дорожное ОЧ = 108-110. Присутствие его в бензинах способствует сниже­нию содержания оксидов угле­рода, углеводородов и цикличе­ских ароматических соединений в отработавших газах.

Основной реакцией процесса является присоединение изобутилена к метанолу по следующей реакции:

Важными оперативными параметрами, влияющими на матери­альный баланс процесса и качество продуктов О-алкилирования, являются: давление, температура, объемная скорость сырья, соотношение метанол:изобутен.

При жидкофазном О-алкилировании изменение давления не оказывает существенного влияния на про­цесс. Давление должно ненамного превышать упругость паров угле­водородов сырья при температуре катализа. Обычно в реакторах с внутренней системой охлаждения при О-алкилировании метанола изобутиленом давление поддерживают 0,7-0,75 МПа.

При повышении температуры снижается вязкость метанола и углеводородов, и создаются условия более благоприятные для их контактирования и диспергирования. Это обусловливает большую скорость всех протекающих реакций. При этом снижают­ся затраты энергии, что улучшает экономические показатели процесса.

Однако чрезмерное повышение температуры интенсифицирует побочные реакции в большей степени, чем целевую реак­цию. При этом снижается избирательность реакций О-алкилирования и ухудшается качество получаемого эфира.

Снижение температу­ры в определенных преде­лах оказывает благоприят­ное влияние на селектив­ность реакций, выход и ка­чество МТБЭ. Лимити­рующим фактором при снижении температуры реакции является чрезмер­ное снижение скорости основной реакции.

На практике оптимальный интервал температур при О-алкилировании метанола изобутиленом составляет 60-70 °С.

Соотношение метанол:олефин является одним из важнейших параметров О-алкилирования. Избыток метанола интенсифициру­ет целевую и подавляет побочные реакции О-алкилирования. Чрезмерное повышение этого соотношения увеличивает капи­тальные и эксплуатационные затраты, поэтому поддерживать его выше 10:1 нерентабельно.

На рисунке 3.1 представлена принципиальная технологическая схема производства МТБЭ.

1, 2, 3, 4 – емкости; 5 – реактор; 6 – экстрактор; 7 - ректификационная колонна; 8, 9, 10 – сепараторы; 11, 12, 13 -  конденсаторы-холодильники; 14 – 21 – теплообменники; 22-29 – насосы

Рисунок 3.1 – Принципиальная схема производства МТБЭ

Исходные данные

Принятые исходные данные для расчета реактора представлены в таблице 3.1, состав сырья (бутен-изобутиленовой фракции) - в таблице 3.2, варианты заданий для расчета реактора синтеза МТБЭ - в таблице 3.3.

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета реактора

Таблица 3.2 – Состав БИФ (бутен-изобутеновой фракции)