Тса заочники / Вариант17_18

1.1 Описание технологического процесса

1.1.1 Узел роста цепи предназначен для получения алкилов алюминия путем олигомеризации этилена в присутствии катализатора триэтилалюминия и испарения избыточного этилена и состоит из двух стадий: роста цепи и испарения избыточного этилена.

Реакция роста цепи - это химическая реакция олигомеризации этилена в присутствии катализатора триэтилалюминия (ТЭА), в результате которой образуются линейные алкилы алюминия:

С₂Н₅ (С₂Н₄)n₁ --- С₂Н₅

Al С₂Н₅ + n С₂Н₄ Al (С₂Н₄)n₂ --- С₂Н₅

С₂Н₅ (С₂Н₄)n₃ --- С₂Н₅

Где n = n₁+ n₂+ n₃ количество молекул этилена, вступивших в реакцию.

Реакция роста цепи - экзотермическая реакция, на каждый килограмм прореагировавшего этилена выделяется 814 ккал тепла. Реакция протекает в жидкой фазе при давлении 164-200 кгс/см² и температуре 115-140°С.

Для проведения реакции необходимо создать высокое давление, так как в этом случае этилен переходит в реакторе в жидкую фазу и хорошо вступает в реакцию с триэтилалюминием. Кроме того, по мере роста давления растет отношение скорости реакции роста цепи к скорости побочной реакции образования винилидена.

При увеличении температуры скорость реакции растет. Установлено, что при увеличении температуры на каждые 11°С скорость реакции возрастает в два раза. Однако, при более высоких температурах, наряду с увеличением скорости реакции роста цепи, резко увеличивается скорость реакции образования винилидена. При увеличении расхода этилена

(концентрации) уменьшается время пребывания его в реакторе, в результате чего уменьшается длина цепи алкилов. Это приводит к получению олефинов лучшего качества (повышению содержания виниловых соединений и снижению содержания винилидена). Однако, при значительном избытке этилена, то есть при двухфазном потоке газ - жидкость, в реакторах образуется полимер (реакция полимеризации этилена в газовой фазе). Увеличение расхода триэтилалюминия приводит к увеличению количества прореагировавшего этилена, но к меньшему росту цепи на единицу массы триэтилалюминия.

1.1.2 Описание технологического процесса. Свежий этилен из цеха №2201 поступает на всас компрессоров К-4205 А/В/С, сюда же подается рецикловый этилен с узла ректификации этилена от теплообменника Е-4203 через сепаратор D-4205. Расход поступающего этилена из цеха №2201 регулируется клапаном FV 10-5, установленный на линии подачи этилена на всас компрессоров. Двухступенчатые поршневые компрессоры К-4205 А/В/С предназначены для сжатия этилена от 2,2 ÷2,47 МПа (22,0÷24,7 кгс/см²) до 21,4÷22,3 МПа (214 ÷223кгс/см²) и подачи его в реакторы R-4201 А/В. Давление в коллекторе нагнетания компрессоров К-4205 А/В/С регулируется с помощью клапана PV 9-5, установленного на линии сброса этилена из коллектора нагнетания в коллектор всаса компрессоров. С линии нагнетания компрессоров К-4205 А/В/С этилен подается в реакторы R-4201А/В. Каждый из реакторов представляет собой горизонтальный кожухотрубный аппарат с продольным многоходовым змеевиком. Реакция роста цепи протекает внутри змеевика под высоким давлением.

Температура в змеевиках реакторов R-4201А/В выдерживается равной 120÷138 ⁰С. Около 80% от всего этилена, необходимого для проведения реакции роста цепи, смешивается с раствором триэтилалюминия (смесь триэтилалюминия и олефинов) и подается в первую точку ввода реактора

R-4201А с расходом 4,92 ÷13,53 т/час. Расход этилена в первую точку ввода в

реакторный блок R-4201А/B регулируется с помощью клапана FV 12-6, установленного на линии подачи этилена в реактор R-4201A. Расход раствора триэтилалюминия в реакторный блок R-4201А/B регулируется с помощью клапана FV 13-6, установленного на линии сброса избытка раствора триэтилалюминия в емкость D-4109. Расход этилена во вторую точку ввода в реакторный блок R-4201А/B равный 0,74 ÷4,0 т/час, регулируется с помощью клапана FV 14-6, установленного на линии подачи этилена в реактор поз.R-4201А. Расход этилена в третью точку ввода в реакторный блок R-4201А/В, равный 0,6 ÷4,0 т/час регулируется с помощью клапана FV 15-6, установленного на линии подачи этилена в реактор R-4201 В.

Возможно исключение подачи этилена в третью точку ввода реакторных блоков роста цепи.

Реакция роста цепи экзотермична и протекает с большим выделением тепла. Съем тепла осуществляется за счет испарения котловой воды, подаваемой в межтрубное пространство реакторов R-4201А/В.

Температура котловой воды в межтрубном пространстве реакторов

R-4201А/В регулируется с помощью клапанов FV 17-8, FV 27-8, установленных на линиях подачи котловой воды от насоса Р-5201 в межтрубное пространство реакторов R-4201А/В.

Во избежание повышения содержания твердых примесей (солей) в межтрубном пространстве реакторов R-4201А/В, часть котловой воды из реакторов сбрасывается в ХЗК (химически загрязнённая канализация) через лимитную шайбу. Перед сбросом котловая вода охлаждается в холодильниках Е-5212А/В за счет подачи в трубное пространство холодильников промышленной воды.

Проектом предусмотрен отвод котловой воды из межтрубного пространства реакторов поз.R-4201А/В в емкость D-5201.

Пар, образующийся в межтрубном пространстве реакторов R-4201 A/B, поступает в цеховой коллектор пара давления 0,07 MПа (0,7 кгс/см²). Давление пара в межтрубном пространстве реакторов R-4201A/В регулируется с помощью клапанов FV 18-5, FV 28-5, установленных на линиях сброса пара из реакторов в коллектор пара давления 0,07 МПа (0,7 кгс/см²).

Температура реакции роста цепи в реакторах R-420I А/В регулируется косвенно, за счет снижения или повышения давления пара в межтрубном пространстве реакторов.

Давление продукта на выходе из змеевика реактора R-4201В, равное 164 ÷196 кгс/см², регулируется с помощью клапана PV 29-5, установленного на линии отвода продукта из реактора R-4201В в испаритель первой ступени D-4211А.

В случае завышения температуры в змеевиках и межтрубном пространстве реакторов поз. R-4201 А/В предусмотрено их автоматическое отключение:

- снижение температуры в змеевиках путем стравливания давления пара из межтрубного пространства реакторов в атмосферу через отсечные клапана НV 25-19, НV 25-23.

- опорожнение продукта из трубной части реакторов через отсечной клапан НV 25-27 в емкость D-4701.

1.1.3 Технологической целью производства является получение альфа-олефинов необходимого качества, в результате реакции между этиленом и раствором триэтиалюминия в реакторе идеального вытеснения при заданной максимально возможной интенсивности и экономичности с соблюдением условий безопасности и безаварийности работы.

1.1.4 Описание сырьевых и продуктовых потоков.

Таблица 1-Характерные свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции, отходов производства

Наименование сырья, полупродуктов, готовой продукции	Фазовое состояние потоков	Показатели качества, обязательные для проверки	Норма (по ГОСТу, стандарту предприятия)
1	2	3	4
Этилен	газ	1 Объемная доля этилена, % не менее 2 Объемная доля пропилена, % не более 3 Объемная доля ацетилена, %, не более 4 Объемная доля метана и этана, %, не более 5 Объемная доля диеновых углеводородов (пропадиена и бутадиена), %, не более 6 Объемная доля двуокиси углерода, %, не более 7 Объемная доля окиси углерода, %, не более 8 Объемная доля метанола, %, не более 9 Объемная доля кислорода в продукте, поставляемом по трубопроводу, %, не более 10 Массовая доля воды, %, в продукте не более:	99,9 0,005 0,001 0,1 0,0005 0,001 0,0005 0,001 0,0002 0,001
Раствор ТЭА в олефинах	жидкость	1 Внешний вид 2 Массовая доля алюминия, % масс, не менее 3 Массовая доля ТЭА, % масс. не менее 4 Массовая доля диэтилалюминий гидрида, % масс, не более 5 Массовая доля бутильных групп, % масс, не более	Прозрачная бесцветная жидкость 3,0 93 2 5
Котловая вода	жидкость	1 Свободная щелочность, мг экв/дм^3 2 Удельная электропроводность, мкСм см^-1, не более 3 Содержание кремниевой кислоты, мкг/дм^3, не более 4 РН 5 Окисляемость, мкгО2/дм^3, не более	1,0-3,0 3000 50 9-9,5 5000

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4
Фракция олефинов С10	жидкость	1 Внешний вид 2 Плотность при 20 ^0С, г/см^3, в пределах 3 Массовая доля углеводородов, %, не менее С10 4 Массовая доля легких, %, не более С8 5 Массовая доля тяжелых, %, не более С12 6 Мольная доля линейных альфа-олефинов, %, не менее 7 Мольная доля винилиденовых олефинов, %, не более 8 Мольная доля олефинов с внутренней связью, %, не более 9 Массовая доля парафинов, %, не более 10 Массовая доля перекисных соединений, %, активного кислорода, не более 11 Массовая доля сернистых соединений, %, не более 12 Массовая доля воды, %, не более	Прозрачная бесцветная жидкость 0,725-0745 99 0,5 0,5 94 4,5 1,7 0,8 0,0005 0,0005 0,005
Фракция олефинов С14	жидкость	1 Внешний вид 2 Плотность при 20 ^0С, г/см^3, в пределах 3 Массовая доля углеводородов, %, не менее С14 4 Массовая доля тяжелых, %, не более С16 5 Массовая доля тяжелых, %, не более С12 6 Мольная доля линейных альфа-олефинов, %, не менее 7 Мольная доля винилиденовых олефинов, %, не более 8 Мольная доля олефинов с внутренней связью, %, не более 9 Массовая доля парафинов, %, не более 10 Массовая доля перекисных соединений, %, активного кислорода, не более 11 Массовая доля сернистых соединений, %, не более 12 Массовая доля воды, %, не более	Прозрачная бесцветная жидкость 0,770-0,774 98 1 1 81 9 11 2,5 0,0005 0,0005 0,01

1.1.5 Описание энергетических потоков. Пар, образующийся в межтрубном пространстве реакторов R-4201 A/B, поступает в цеховой коллектор пара давления 0,07 MПа (0,7 кгс/см²). Для работы компрессора используется пар 3,5 кгс/см². Также на установку в виде энергетических потоков поступает вода оборотная и котловая, электроэнергия.

1.1.6 Перечень управляющих потоков, возмущающих воздействий и регулируемых параметров. К основным технологическим параметрам, подлежащим контролю и регулированию относятся: расход, давление, уровень и температура.

Рис. 1.1 Структурная схема объекта управления

Таблица 2-Переменные, характеризующие ТП как объект управления

№ п/п	Управляющие потоки (х)	Возмущающие воздействия (z)	Регулируемые параметры (y)
1	2	3	4
1	Изменение давление пара в межтрубном пространстве реактора R-4201А/В	Изменение расхода реагентов поступающих в реактор R-4201А/В	Температура продукта в змеевике реактора R-4201А/В
2	Расход котловой воды в реактор R-4201А/В	Изменение температуры реагентов поступающих в реактор R-4201А/В	Температура котловой воды в реакторе R-4201А/В
3	Включение вентилятора для улучшения вакуума	Изменение давления пара в коллекторе	Число оборотов турбины ДК-4205
4	Расход котловой воды в реактор R-4201А/В	Параметрические возмущения	Температура продукта на выходе из реактора R-4201А/В
5	Изменение числа оборотов лопастей вентилятора градирни	Изменение температуры оборотной воды подаваемой в теплообменник Т-5202	Температура масла подаваемого в картер компрессора К-4205

Из таблицы 2 видны переменные, являющиеся выходными координатами процесса – y; переменные, изменением которых система управления может воздействовать на объект с целью управления – х; переменные, отражающие влияние на регулируемый объект различных возмущений – z.