Материальный баланс рециркуляционного процесса

Пример 1

Определить полную загрузку реактора хлорирования бензола при рециркуляции хлора и бензола, если известно что:

• загрузка свежего бензола составляет 117 ;

• отношение хлора и бензола (массовое) на входе в реактор постоянно и составляет 0.82;

• в реактор возвращается в виде рециркулята 90 % непрореагировавшего бензола и 80 % непрореагировавшего хлора;

• реакционная масса (включая потери) имеет состав (% масс.):

хлорбензол – 31.74;

дихлорбензол – 15.59;

хлористый водород – 17.97;

бензол – 24.70;

хлор – 10.00.

Решение

1. Начертим схему материальных потоков (см. Рис. 1) и обозначим их.

1

2

Рисунок 1 – Схема материальных потоков хлорирования бензола (Пример 1): 1 – реактор, 2 – разделитель

N – полная загрузка реактора,

N₁ – свежий бензол,

N₂ – рециркулирующий бензол,

N₃ – свежий хлор,

N₄ – рециркулирующий хлор,

N₅ – унос бензола с продуктами (потери бензола),

N₆ – унос хлора с продуктами (потери хлора),

N₇ – хлорбензол,

N₈ – дихлорбензол,

N₉ – хлористый водород.

2. Определим потоки рециркулирующего бензола (N₂) и его потери (N₅):

(13)

(14)

3. Аналогично определим потоки рециркулирующего хлора (N₄) и его потери (N₆):

(15)

(16)

4. Сумма входящих материальных потоков равна сумме выходящих материальных потоков:

(17)

Но с учётом состава реакционной смеси и выражений (13 – 16) можно написать:

или (18)

5. По условию задачи отношение входящих потоков хлора и бензола на входе в реактор постоянно и составляет 0.82:

(19)

С учётом того, что , (13), (15), уравнения (18) и (19) можно переписать как систему двух уравнений с двумя неизвестными:

(20)

(21)

Полученную систему уравнений (20) и (21) легко решить при помощи Mathcad (см. Рис. 2).

Рисунок 2 – Решение системы уравнений (20) и (21)

Зная значения и , определяем величины всех остальных потоков. Полученные результаты сведены в Таблицу 1.

Таблица 1 – Материальный баланс хлорирования бензола (Пример 1)

ПОТОКИ		ПРИХОД	РАСХОД
№	Компонент	кг/ч	кг/ч
	БЕНЗОЛ, в т.ч.
N1	свежий…………………………………	117	-
N2	рециркулят………………………….....	79.502	79.502
N5	потери………………………………….	-	8.834
	ХЛОР, в т.ч.
N3	свежий……………………………...….	132.521	-
N4	рециркулят…………………………….	28.611	28.611
N6	потери………………………………….	-	7.153
N7	ХЛОРБЕНЗОЛ………………………...	-	113.513
N8	ДИХЛОРБЕНЗОЛ…………………….	-	55.755
N9	ХЛОРИСТЫЙ ВОДОРОД…………...	-	64.267
	ИТОГО…………………………….......	357.634	357.635

Абсолютная погрешность расчёта , относительная погрешность - .