Proiectarea tehnologică a unei instalații de alchilare izobutan

CAP. I: INTRODUCERE

Alchilatul este un amestec de hidrocarburi. Principalii componenți sunt 2,2,3-,2,2,4-, și 2,3,4-trimetil pentan, care alcătuiesc 70% din compoziția alchilatului. Alchilatul este compus exclusiv din isoalcani și este obținut din tăierea C3-C4 a unităților de cracare catalitică. În multe cazuri, isobutanul din fracția C3-C4 este transformat selectiv cu metanol în metil terț-butil eter ( MTBE. Astfel, un amestec de 1butenă și 2-butenă este folosit în scopuri de alchilare. Celălalt reactant este isobutanul. Pe lângă aceste componente, alchilatul conține alți isoalcani C8, ca dimetil hexan, 3-etil 2- metil pentan, metil heptan și etil hexan și chiat și isoalcani cu un număr multiplu de 4 de carboni.

În această lucrare este prezentată simularea alchilării isobutanului, care este alimentat împreună cu 1-butena impurificată cu propan. Simularea conține 6 unități: un mixer, un schimbător de căldură, reactorul continuu tubular în care au loc cele două reacții de alchilare și 3 coloane din care se vor distila pe rând produsele ușoare, respectiv propanul, 1-butena și isooctanul. Se va observa că se păstrează fezabilitatea deși se vor modifica alimentările în urma recirculării 1-butenei rezultate din cea de-a doua coloană.

Producția propusă pentru acest proces, ținând cont de datele de proiectare și specificațiile unităților, este de 56 000 t/an.

CAP. II: SINTEZA SISTEMULUI DE REACȚIE

Deși alchilarea este un proces complex, se vor folosi următoarele reacții pentru a evidenția trăsăturile esențiale ale procesului, unde 1-butena ( A), isooctanul ( B), 2,2,4- tri-metil pentan ( P) și dodecanul ( R) sunt folosiți pentru a lega speciile chimice implicate în proces:

C4H8(A) + iC4H10 ( B) -> C8H8 ( P) ( 1)

C4H8 ( A) + C8H18 ( P) -> C12H26 ( R) ( 2)

În procesul de alchilare, reacția principală implică olefina și isobutanul. În contrast, reacțiile secundare constă în polimerizarea olefinei sau reacția dintre olefină și parafinele C8. Din acest motiv este necesară o concentrație mare a isobutanului în reactor. Excesul de isobutan va fi îndeplinit de reciclu.

Prima reacție are o energie de activare mai mică, în comparație cu cea de-a doua. Astfel, temperatura scăzută favorizează reacția dorită. Mai mult, crește corozivitatea materialului la temperaturi înalte. Dar, temperaturile scăzute încetinesc așezarea acidului din alchilat.

Parametri cinetici și căldurile de reacție pentru alchilarea isobutan/ 1-butenă sunt prezentate în tabelul 2.1.

Tabelul 2.1 Parametri cinetici și căldura de reacție pentru alchilarea isobutan/ 1-butenă

Parametru C4H8 + iC4H10 -> C8H8 C4H8 + C8H18 -> C12H26

Factor pre-exponențial [ m3/kmol] 1.62109 4.161012

Energie de activare [ kj/kmol] 6.5104 8.1104

Căldura de reacție [ kj/kmol] -90722 -65133

Butena și isobutanul sunt alimentările procesului, la 20 0C și 1 atm.. Alimentarea cu butenă este impurificată de o mare cantitate de propan ( I). Principalul produs este alchilatul C8C18. Alimentările se mixează după care fluxul produs este introdus într-un schimbător de căldură pentru a fi răcit la -20 0C deoarece reacția este exotermă, apoi este trimis în reactorul continuu tubular, la o temperatură fixă de ieșire de -10 0C, reactor cu un volum de 10 m3.

Este nevoie de o cantitate mare de isobutan ( B) pentru a îndeplini transformarea necesară. Butena este aproape complet convertită, în timp ce conversia isobutanului este mult mai mică. De aceea reciclul conține în principal isobutanul în exces. Mai mult, reacția principală este favorizată de temperaturile scăzute.

Deoarece faza organică este imiscibilă se va folosi modelul termodinamic NRTL cu simplă fază.