ЛР №3 - Исследование процесса каталитического крекинга газойля, страница 2

Рис. 3.5. Схема лабораторной установки для исследования крекинга газойля

Парогазовая смесь из нижней части реактора поступает в прямой 18 и обратный 19 холодильники, где конденсиру­ются непрореагировавший газойль и бензин. Жидкие про­дукты отделяют от крекинг-газа в приемнике-сепараторе 23. Газовая смесь проходит через адсорбер 12, заполнен­ный активированным углем для поглощения газового бен­зина, и поступает в газометр 16. Обводная линия соединяет через кран 3 адсорбер и делительную воронку 2. Предвари­тельно взвешенный газойль заливают в определенном ко­личестве в делительную воронку 2, снабженную краном 9, с помощью которого регулируется скорость подачи сырья в реактор. Во время эксперимента в установке с помощью крана 21 поддерживают постоянное избыточное давление, создаваемое выделившимися продуктами реакции и изме­ряемое манометром 6.

В результате крекинга на поверхности катализатора в ад­сорбированном состоянии остаются продукты реакции - углеводороды и кокс. Для восстановления активности ка­тализатора проводят регенерацию путем продувки через него воздуха. Перед регенерацией горячий катализатор продувают инертным газом (азотом). Для этого азот из га­зометра 15 прокачивают через реактор 10 в газометр 16, открыв краны 14, 4, 9, 17, 13, 21 и закрыв кран 3. Напор в системе создается за счет перетекания воды из воронки газометра непосредственно в газометр 15 при открытом кране на воронке.

При регенерации воздух продувают через установку с помощью водоструйного вакуум-насоса 20. Трёхходовой кран 4 устанавливают в положение, при котором склянка 5 соединяется с мерной воронкой 2. Воздух проходит через реактор, холодильники 18 и 19, кран 17. При регенерации краны 3 и 14 должны быть закрыты.

Полученные жидкие продукты в приемнике 1 подверга­ют перегонке с целью определения количества образовав­шегося бензина. На рис. 3.6 представлена схема установки для перегонки жидких продуктов крекинга. Она состоит из колбы Вюрца 2, снабженной термометром 3, холодильника 4, приемника для бензина 5 и нагревательного элемента (электроплитки) 1.

Рис. 3.6. Схема установки для перегонки

Порядок проведения эксперимента

1. Включить электронагрев печи, установив на автотранс­форматоре напряжение 150-200 В. По достижении задан­ной преподавателем температуры в реакторе уменьшить напряжение до 120 В.

2. Взвесить на технических весах мерный цилиндр с задан­ным преподавателем объёмом газойля, адсорбер с активированным углем и пустой приемник-сепаратор. Ре­зультата записать в табл. 3.4.

3. Перелить газойль из мерного цилиндра в делительную воронку, предварительно закрыв кран 9. После этого взвесить пустой мерный цилиндр и записать его массу в табл. 3.4.

4. Подсоединить к установке адсорбер и приемник-сепаратор.

5. Изолировать установку от окружающей среды, закрыв краны 3, 4 и 17. Для проверки установки на герметич­ность открыть кран 21 на газометре 16 и создать в систе­ме разрежение приблизительно 150 мм вод. ст., регистри­руемое манометром 6. Установку можно считать герме­тичной, если разрежение не изменяется в течение 1 ми­нуты.

6. Поворотом крана 9 установить подачу жидкого газойля в реактор со скоростью приблизительно 1 капля в секунду. Начало эксперимента определяет падение первой капли газойля в реактор. Записать в табл. 3.4 время начала кре­кинга.

7. Одновременно с началом подачи газойля с помощью крана 21 газометра 16 установить в системе небольшое избыточное давление (примерно 10-20 мм вод.ст.).

8. На протяжении всего эксперимента поддерживать посто­янные температуру в реакторе, скорость подачи в него газойля и величину избыточного давления в установке.

9. После попадания в реактор последней капли газойля до­ждаться момента времени, когда давление в газометре 16 не будет изменяться. Записать в табл. 3.4 время оконча­ния крекинга и объем крекинг-газа, собранный в газо­метре.

10. Осуществить продувку реактора азотом. Для этого за­полнить воронку газометра 15 водой (примерно 2 л), открыть краны 14, 4, 9, 17, 13, 21; создать в установке избыточное давление 50-100 мм вод. ст. Пропустить азот по системе трубопроводов из газометра 15 через реак­тор 10 в газометр 16.

11. Кран 3 должен быть закрыт. После перекачки примерно 1 л азота краны 14, 13 и 21 закрыть.

12. Отсоединить от установки приемник-сепаратор и адсор­бер с активированным углем, взвесить их на технических весах и записать полученные значения масс в табл. 3.4.

13. Провести регенерацию катализатора. Для этого подсое­динить пустой приемник-сепаратор. С помощью трёххо­дового крана 4 соединить установку с атмосферой через барботажную склянку 5. Закрыв краны 13 и 14, и открыв кран 9, подключить установку к вакуум-насосу 20. Если схема собрана правильно, то в склянке 5 начнется барботаж поступающего в установку воздуха.

14. Собрать установку для перегонки нефтепродуктов по схеме, представленной на рис. 3.6. Включить электронагреватель 1, подать охлаждающую воду в холодильник 4. 15. Взвесить пустую колбу Вюрца и пустой приемник для бензина.

16. Перелить в колбу Вюрца из приемника-сепаратора 23 (рис. 3.5) жидкие продукты крекинга, вновь взвесить колбу Вюрца.

17. Присоединить колбу Вюрца с жидкими продуктами кре­кинга к перегонной установке (рис. 3.6) и провести пере­гонку. Отобрать фракцию бензина с температурой кипе­ния до 200 °С. Собранный бензин взвесить. Результаты взвешивания (см. п. 14-16) записать в табл. 3.4.

18. Жидкие продукты перегонки слить в емкости для отхо­дов с притёртыми пробками.

Обработка экспериментальных данных

1. На основе полученных результатов эксперимента соста­вить материальный баланс реактора и оформить его в виде табл. 3.5.

2. Определить степень превращения газойля

(3.23)

3. Рассчитать выход бензина по уравнению (3.21), которое с учетом молекулярных масс газойля (М_Г = 250) и бензина (M_Б = 110) примет вид

4. Определить среднее время пребывания парогазовой сме­си в реакторе

(3.25)

где V' - объем парогазового пространства в реакторе, заполненном катализатором; v_kt - объем катализатора;

ε - порозность слоя катализатора (её можно принять рав­ной 0,4); ν - средний объемный расход парогазовой смеси в реакторе при температуре t процесса крекинга.

Средний объемный расход парогазовой смеси в реакторе при температуре t, в свою очередь, определяют как среднее арифметическое объемных расходов на входе и выходе из реактора

В уравнении (3.26) Δτ - продолжительность проведения эксперимента, ч; V₀ - объем крекинг-газа, приведенный к нормальным условиям

где р_Б - барометрическое давление, мм рт.ст.; p'' - парци­альное давление насыщенного водяного пара при темпера­туре t_л в лаборатории, мм рт.ст.

5. Рассчитать константу скорости k₁ реакции крекинга га­зойля.

Если в уравнение (3.28) ввести степень превращения га­зойля, то его можно записать в следующем виде:

(3.29)

Из этого выражения можно найти константу скорости реакции крекинга газойля k₁

(3.30)

6. Определить константу скорости k₂ реакции крекинга бензина.

Используя формулы (3.18) и (3.21), получим уравнение, связывающее выход бензина и константы скоростей реак­ций крекинга газойля и бензина

В этом уравнении одна неизвестная величина k₂, так как выход бензина ф_б и константа скорости k₁ определены по экспериментальным данным (см. п. 3 и 5). Уравнение (3.31) - трансцендентное уравнение с одной неизвестной величиной k₂. Введем обозначение y = k₂τ и преобразуем уравне­ние (3.31) следующим образом:

(3.32)

Решим уравнение (3.32) относительно у методом итера­ций. Для этого на первом этапе расчета принимаем произ­вольное значение параметра у, например, у = А = k₁τ . Под­становка этого значения в правую часть уравнения (3.32) дает новое значение у. Если оно отличается от первона­чально заданного, например

|y-A| > ε₁, (3.33)

где ε_ι - предварительно заданная ошибка расчета, то тогда примем, что значение у равно среднему арифметическому между предварительно заданным и полученным в результа­те расчетов, т.е. 0,5(у + А). Вычисления повторяют до тех пор, пока не будет выполнено условие \у - А\ < ει. После нахождения у = k₂τ определяют k₂ = y/τ .

Учитывая сравнительно большой объем вычислений, с которым связано использование описанного метода, целе­сообразно расчет провести с применением ЭВМ.

Рассчитать оптимальное среднее время пребывания в ре­акторе τ_m по уравнению (3.19).

7. Определить оптимальный выход бензина ф_б,m ,используя уравнения (3.20) и (3.21)

(3.34)