2. Технологический расчет алкилатора
В качестве основного аппарата — алкилатора — принят вертикальный цилиндрический полый аппарат со сферическими днищами, выполненный из углеродистой стали. Внутренняя поверхность аппарата футерована кислотоупорной плиткой. Сферические днища крепятся к обечайке при помощи плоских приварных фланцев с уплотнительной поверхностью типа «выступ — впадина». Реактор заполнен смесью бензола с продуктами реакции и жидким алюминиевым комплексом (ЖАК). Исходное сырье (свежий и возвратный бензол, этиленовая фракция, возвратный диэтилбензол и ЖАК) подают в нижнюю часть алкилатора через распределительный коллектор Dy 500, рy 1.6. Жидкие продукты (алкилат) отводят через один из боковых штуцеров Dy 150, ру 1.,6. Парогазовая смесь выводится через штуцер Dy 400, ру 1.6 в верхнем днище аппарата. Избыточное тепло отводится за счет испарения части бензола при температуре 90° С, то есть процесс ведут при кипении реакционной массы.
Техническая характеристика алкилатора (для всех вариантов один и тот же) приводится в таблице (см. ниже).
Таблица 5 – Техническая характеристика алкилатора
Диаметр стальной обечайки внутренний, мм |
2400 |
Вместимость аппарата, м3 полная |
50 |
Толщина стенки обечайки, мм |
14 |
полезная (Vп) |
36 |
Толщина футеровки, мм |
80 |
Производительность по этилбензолу (П) в расчете на 1 м3 алкилатора, кг/ч |
180 |
Высота цилиндрической части, мм |
11800 |
|
|
Высота общая, мм |
15000 |
|
|
Число аппаратов для обеспечения заданной производительности, шт:
3. Тепловой расчет алкилатора
Материальные потоки, кмоль/с
Этиленовая фракция:
Технический бензол:
Диэтилбензол:
Отходящие газы:
Жидкий алкилат:
Таблица 6 – Расчет молярных теплоемкостей
Компонент |
xi, % |
ci,Дж/(моль∙К) |
С= xi,∙ ci/100 (Дж/моль∙К) |
Этиленовая фракция |
|||
CH4 |
13.8 |
34.88 |
4.815 |
C2H2 |
0.5 |
43.98 |
0.219 |
C2H4 |
58.7 |
42.952 |
25.213 |
C2H6 |
15.8 |
51.741 |
8.175 |
C3H6 |
5.3 |
72.313 |
3.833 |
H2 |
1.3 |
28.28 |
0.368 |
N2 |
3.1 |
29.121 |
0.903 |
O2 |
0.7 |
28.062 |
0.196 |
CO |
0.8 |
29.075 |
0.233 |
Сумма |
100,00 |
- |
С1 43.955 |
Отходящие газы |
|||
CH4 |
37.86 |
38.905 |
14.729 |
C2H4 |
2.74 |
50.432 |
1.382 |
C2H6 |
43.34 |
61.307 |
26.570 |
H2 |
3.57 |
28.844 |
1.029 |
N2 |
8.5 |
29.42 |
2.501 |
O2 |
1.92 |
29.83 |
0.573 |
CO |
1.97 |
29.549 |
0.582 |
Сумма |
100,00 |
- |
С2 47.366 |
Тепловой поток этиленовой фракции,кВт:
Тепловой поток отходящих газов, кВт:
Тепловой поток технического бензола, кВт:
Тепловой поток диэтилбензола,кВт:
Для определения величины Ф4:
Таблица 7 – Расчет теплоты экзотермических реакций (в размерности кДж/моль)
Реакция |
|
C6H6 + C2H4 = C6H5-C2H5 |
|
C6H5-C2H5 + C6H6 = 2C6H5-C2H5 |
|
C6H6 + 2C2H4 = C6H4-(C2H5)2 |
|
C6H6 + 3C2H4 = C6H3-(C2H5)3 |
|
C6H6 + 4C2H4 = C6H2-(C2H5)4 |
|
C6H6 + C3H6 = C6H5-C3H7 |
|
2C6H6 + C2H2 = (C6H5)2-C2H4 |
|
2C6H6 + CO = (C6H5)2-CHOH |
|
Для определения теплого потока алкилата рассчитывают его среднюю молярную теплоемкость при температуре 363 К.
Таблица 8 – Расчет средней молярной теплоемкости алкилата
Компонент |
xi, % |
Ci, Дж/(моль∙К) |
С = Ci∙ xi/100 Дж/(моль∙К) |
C6H6 |
67.99 |
152.072 |
103.39 |
C6H6 – C2H5 |
22.07 |
186.56 |
41.173 |
C6H4 – (C2H5)2 |
5.54 |
369.06 |
20.445 |
C6H3 – (C2H5)3 |
1.05 |
464.46 |
4.876 |
C6H2 – (C2H5)4 |
0.24 |
559.86 |
1.344 |
C6H5 – C3H7 |
2.62 |
321.36 |
8.419 |
C2H4 – (C6H5)2 |
0.24 |
415.94 |
0.998 |
AlCl3 |
0.17 |
97.965 |
0.166 |
Сумма |
100 |
- |
С3 = 180.811 |
Тепловой поток жидкого алкилата, кВт:
Тепловой поток паров бензола, кВт:
Расход теплоты на испарение бензола,кВт:
Принимают, что теплопотери в окружающую среду составляют 3 % от общего прихода теплоты:
Общий расход теплоты, кВт:
Количество бензола, испаряющегося на стадии алкилирования, кмоль/час (кг/час):
Всего в алкилатор подают бензола (с учетом циркулирующего), кмоль/час (кг/час):
Общее количество отходящих газов (с учетом испаряющегося бензола), кмоль/час, (кг/час):
Теперь найдем по расчитанному количества испаряемого бензола неизвестные тепловые потоки:
Тепловой поток отходящих газов:
Фог
=
Ф5
+ Ф7
= 648.361+59.681 = 708.042
Таблица 9 – Материальный баланс стадии алкилирования
Приход |
Расход |
|||||
Компонент |
Количество кг/час |
Содержание, % масс. |
Компонент |
Количество кг/час |
Содержание, % масс. |
|
Бензол технический: |
|
|
Отходящие газы |
50037.228 |
50.27 |
|
C6H6 |
88873.122 |
|
Алкилат |
49486.235 |
49.72 |
|
H2O |
0.823 |
|
|
|
|
|
Итого |
88873.945 |
89.29 |
||||
Этиленовая фракция |
7373.338 |
7.41 |
||||
Диэтилбензол |
3154.375 |
3.17 |
||||
Хлорид алюминия |
128.75 |
0.13 |
|
|
|
|
|
|
|
Невязка |
7.14 |
0.007 |
|
Всего |
99530.603 |
100,00 |
Всего |
99530.603 |
100,00 |
|
Таблица 10 – Тепловой баланс алкилатора
Приход |
Расход |
||||
Статья |
кВт |
% |
Статья |
кВт |
% |
Тепловой поток этиленовой фракции (Ф1) |
33 |
0.78 |
Тепловой поток отходящих газов (Ф5+Ф7) |
709 |
16.63 |
Тепловой поток технического бензола (Ф2) |
386 |
9.09 |
Тепловой поток алкилата (Ф6) |
1237 |
29.49 |
Тепловой поток диэтилбензола (Ф3) |
22 |
0.52 |
Расход теплоты на испарение бензола (Ф8) |
2168 |
50.88 |
Тепловой поток процесса (теплота экзотермических реакций Ф4) |
3811 |
89.61 |
Тепловые потери в окружающую среду |
|
3.00 |
Всего |
4252 |
100,00 |
Всего |
4252 |
100,00 |
Выводы
В ходе технологического, материального и теплового расчета алкилатора были получены следующие результаты:
Общее число устанавливаемых в серии аппаратов: 2 шт.
Часовая производительность: 12875 кг/ч.
Расход этиленовой фракции : 7373.353
Количество отходящих газов: 2301.228 кг/ч.
Количество алкилата : 49486.235 кг/ч.
Количество подаваемого в алкилатор бензола: 88873.122 кг/ч.
7) Общий расход теплоты: 4252 кВт.