Принцип действия алкилатора
Рисунок 3 - Реактор алкилированя бензола этиленом (алкилатор): а – общий вид; б – схема ввода рециркулирующего потока.
Газ распределяется по сечению реактора через множество маленьких форсунок. Свежий бензол и катализатор вводят через отдельный штуцер в середину газового потока этилена. Тем самым обеспечивается быстрое диспергирование и контакт реагентов. Рециркулирующие бензол и катализаторный комплекс вводят по касательной вдоль корпуса (рис. 3, б), что способствует размыванию застойных зон у днища реактора. Более чистый алкилат отбирается из верхней части реактора и отстаивается от катализаторного комплекса, который возвращается в реакционную зону.
Дано:
G = 100 000 т/год – годовая производительность в расчете на 100%-ный этилбензол,
τ=8000ч – годовой фонд рабочего времени,
X(CH4)=13.8%,
X(C2H2)=0.5%,
XC2H4=58.7%,
XC2H6=15.8%,
XC3H6=5.3%,
XH2=1.3%,
XN2=3.1%,
XO2=0.7%,
XCO=0.8%,
S=0.76 – селективность по этилбензолу в расчете на этилен,
gДЭБ = 245 кг/т – количество диэтилбензола, возвращаемого со стадии ректификации,
Mб/э=3.3 – молярное отношение бензол/этилен,
gAlCl3=10 кг/т –расход хлорида алюминия,
3% - потери этилбензола на стадиях выделения.
1. Материальный расчет алкилатора
Часовая производительность стадии алкилирования по 100% этилбензолу, кг/час:
В пересчете на кмоль:
Расход этилена с учетом селективности процесса, кмоль/ч:
Расход этиленовой фракции, кмоль/час:
Таблица 1 – Расход этиленовой фракции
Компонент |
Xi, % |
ni, кмоль/ч |
mi, кг/ч |
CH4 |
13.8 |
|
|
C2H2 |
0.5 |
|
|
C2H4 |
58.7 |
|
|
C2H6 |
15.8 |
|
|
C3H6 |
5.3 |
|
|
H2 |
1.3 |
|
|
N2 |
3.1 |
|
|
O2 |
0.7 |
|
|
CO |
0.8 |
|
|
Сумма |
100,00 |
272.26 |
∑ЭФ7373.353 |
Расход бензола, кмоль/час (кг/час):
С бензолом поступает воды:
Расход хлорида алюминия, кг/час (кмоль/час):
AlCl3 + 3H2O = Al(OH)3 + 3HCl
Расход хлорида алюминия, взаимодействующая с водой в растворе, кмоль/ч (кг/ч):
Этилен, переходящий в отходящие газы:
Оксид углерода, переходящий в отходящие газы:
Количество бензола в газовой фазе:
Таблица 2 – Количество и состав отходящих газов
Компонент |
ni, кмоль/ч |
Xi, % |
mi, кг/ч |
CH4 |
|
38,27 |
|
C2H4 |
|
1.63 |
|
C2H6 |
|
43.84 |
|
С6H6 |
|
0.05 |
|
H2 |
|
3.61 |
|
N2 |
|
8.6 |
|
O2 |
|
1.94 |
|
CO |
|
2.00 |
|
HCl |
|
0.047 |
1.668 |
Сумма |
∑ОГ 98.127 |
100,00 |
∑’ОГ 2301.228 |
По реакции переалкилирования:
C6H4- - (C2H5)2 + C6H6 = 2∙ C6H5- - C2H5
Количество, получаемого этилбензола:
Бензола расходуется:
Алкилированием бензола получают этилбензола, кмоль/час:
По уравнению целевой реакции (алкилирования бензола):
C6H6 + C2H4 = C6H5 – C2H5
Количество бензола, расходуемого на целевую реакцию:
Количество этилена:
По реакции:
C6H6 +2C2H4 = C6H4 – (C2H5)2
Количество этилена, расходуемого на эту реакцию:
Количество бензола:
По реакции:
C6H6 + 3C2H4 = C6H3 – (C2H5)3
Количество расходуемого этилена:
Количество бензола:
Количество триэтилбензола:
На реакцию:
C6H6 + 4C2H4 = C6H2 – (C2H5)4
Количество бензола. расходуемого на тетраэтилбензол:
Количество получаемого тетраэтилбензола:
На реакцию:
C6H6 + C3H6 = C6H5 – C3H7
расходуется весь пропилен:
Тогда расход бензола:
Получаемый изопропилбензол:
На реакцию:
2C6H6 + C2H2 = C2H4 – (C6H5)2
расходуется весь ацетилен:
На реакцию:
2C6H6 + CO = (C6H5)– CHOH
бензола расходуется:
количество дифенилэтана:
Оставшийся бензол, переходящий в алкилат:
В алкилат уходит непрореагировавший хлорид алюминия:
Таблица 3 - Количество и состав алкилата
Компонент |
ni, кмоль/ч |
xi, % |
mi, кг/ч |
wi, % |
C6H6 |
374,153 |
67.99 |
29183.934 |
58.97 |
C6H6 – C2H5 |
|
22.07 |
|
26.01 |
C6H4 – (C2H5)2 |
|
5.54 |
|
8.26 |
C6H3 – (C2H5)3 |
|
1.05 |
|
1.92 |
C6H2 – (C2H5)4 |
|
0.24 |
|
0.49 |
C6H5 – C3H7 |
|
2.62 |
|
3.49 |
C2H4 – (C6H5)2 |
|
0.24 |
247.702 |
0.5 |
(C6H5)2 – CHOH |
|
0.08 |
|
0.06 |
AlCl3 |
|
0.17 |
|
0.25 |
Al(OH)3 |
|
0.003 |
|
0.002 |
Сумма |
∑ЖА 550.434 |
100 |
∑’ЖА49486.235 |
100 |
Таблица 4 - Упрощенный материальный баланс процесса (без учета циркулирующего бензола)
Приход |
Расход |
||||
Компонент |
Количество, кг/час |
Содержание, % масс. |
Компонент |
Количество, кг/час |
Содержание, % масс. |
Бензол (Gб) |
|
79.43 |
Отходящие газы (ΣОГ) |
2301.228 |
4.44 |
Этиленовая фракция (Σэф) |
7373,338 |
1.42 |
Алкилат (ΣЖА) |
49486.235 |
95.54 |
Диэтилбензол (GДЭ) |
|
6.1 |
|
|
|
Хлорид алюминия (GAlCl3) |
|
0.25 |
|
|
|
|
|
|
Невязка |
6.122 |
0.011 |
Итого |
51793.585 |
100 |
Итого |
51793.585 |
100,00 |
Расчет основных расходных коэффициентов:
