Математическое моделирование процесса каталитического риформинга бензинов

1. Национальный исследовательский Томский политехнический университет Математическое моделирование процесса каталитическогориформинга бензинов Преподаватель: ассистент, к.т.н. Шарова Екатерина Сергеевна

2. План лекции: • Методы моделирования; • Математическое моделирование как метод исследования; • Разработка математической модели процесса каталитического риформинга бензинов;

3. Методы моделирования Моделирование – это исследование процессов на моделях с целью прогнозирования результатов протекания данного процесса в реальных условиях. • физическое • математическое

4. Метод физического моделирования • основан на теории подобия, когда свойства с модели переносятся на оригинал • если Rem=Reo, то модели подобны • для моделирования химических процессов данный метод не применим Re=U·d·ρ/µ

5. Критерий Данкеллера Da=W·d/(U·C) Wo·do/(Uo·Co)=Wm·dm/(Um·Cm) Wo=WmCo=Cm do=dm

6. Xi Yi Математическое моделирование • эмпирический подход • системный (физико-химический) подход Метод «черного ящика» Статистические зависимости: Y=F(Xi, Ui, Zi)

7. Системный(физико-химический) подход Схема математического моделирования химических процессов и реакторов

8. перемещение веществ (гидродинамика потоков) процессы переноса вещества (диффузия) и тепла химические превращения Элементарные составляющие процесса:

9. Этапы моделирования химических процессов и реакторов • определение механизма и термодинамических параметров процесса • строится кинетическая модель процесса • модель зерна катализатора • модель слоя • модель реактора

10. Химизм процесса • Дегидрирование шестичленных нафтенов • Дегидроизомеризация циклопентанов • Дегидроциклизация парафиновых углеводородов

11. Сложности моделирования процесса риформинга обусловлены: многокомпонентностью и сложным химическим составом исходного сырья (в состав бензиновой фракции входит более 180 углеводородов); бифункциональной природой активных центров на поверхности катализатора; одновременно протекающими и дезактивирующими катализатор процессами коксообразования, отравления и спекания.

12. Изомеризация нормального парафина • н-П дегидрируется до н-О (металлический центр) • н-О изомеризуется в и-О (кислотный участок) • и-О гидрируется в и-П (металлический участок)

13. Основные термодинамические параметры процесса(Т=753 К, Р=1,6 МПа)

14. Группировка углеводородов • группа изо-С7 - диметилпентаны, триметилбутаны, метилгексаны • группа C8 содержит диметилгексаны и метилгептаны и т. д. • углеводороды до С6-С7 рассчитываются отдельно, что обусловлено различием их детонационной стойкости

15. Формализованная схема механизма н-П, и-П – парафины нормального и изо- строения; Н-5, Н-6 – нафтены пятичленные и шестичленные соответственно; Ар – ароматические углеводороды;НППУ – непредельные промежуточные продукты уплотнения.

16. Модель зерна • сферическая гранул катализатора граничные условия Скорость реакции первого порядка Если Dэф>>k; φ→0; η→1, то реакция протекает в кинетической области

17. Модель слоя • Материальный баланс • Тепловой баланс • Начальные условия

18. Модель реактора • адиабатический реактор идеального вытеснения • материальный и тепловой балансы «приведенное время»

19. Математическая модель реактора для группы Н-6 • Уравнение материального баланса: • Уравнение теплового баланса:

20. Тепловой эффект реакций

21. Схема коксообразования: СН-5 – концентрация пятичленных нафтенов, САр – концентрация ароматики, Ар – ароматические углеводороды, Со – «обратимый» кокс (НППУ), Сg – графитизированный кокс Кинетическая модель:

22. Активности катализатора от содержания кокса: • при образуется «обратимый» кокс; • при образование «графитного» кокса не происходит; • при начинается процесс образования «графитного» кокса.

23. Учет коксообразования на кислотных и металлических центрах через функцию дезактивации: константы скоростей стадий, протекающих на металлических и кислотных центрах незакоксованного катализатора функции дезактивации металлических и кислотных центров катализаторов

24. Формирование базы данных

25. Расчетный модуль • ввод и сохранения параметров (углеводородные составы и технологические параметры); • поиск компонентов углеводородного состава сырья и продуктов в базе данных; • идентификация новых веществ и добавление их в БД; • формирование и сохранение углеводородных составов для проведения расчетов с подключением математической модели процесса риформинга бензинов;

26. Окно ввода углеводородного состава сырья

27. Окно ввода компонентов в базу данных