3.1 Исходные данные
Принятые исходные данные для расчета реактора представлены в таблице 3.1, состав сырья (бутен-изобутиленовой фракции) - в таблице 3.2, варианты заданий для расчета реактора синтеза МТБЭ - в таблице 3.3.
Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета реактора
|
Параметр |
Единица измерения |
Значение |
|
Температура процесса, t |
°С |
70 |
|
Давление процесса, Р |
МПа |
0,75 |
|
Количество дней работы установки |
- |
330 |
|
Производительность по МТБЭ, GМТБЭ |
т/год |
50000 |
|
Производительность по МТБЭ, GМТБЭ |
кг/ч |
6313,1 |
|
Конверсия изобутилена, ХИБ |
доля масс. |
0,95 |
|
Доля изобутилена на образование изооктилена, ХИБИО |
доля масс. |
0,005 |
|
Доля изобутилена на образование третбутанола, ХИБТБ |
доля масс. |
0,005 |
|
Соотношение метанол : изобутилен (мольное), К |
- |
4 |
|
Селективность процесса по изобутилену (на МТБЭ), S |
- |
0,99 |
Таблица 3.2 – Состав БИФ (бутен-изобутеновой фракции)
|
Компонент |
% масс. |
|
∑C3 |
0,5 |
|
Изобутан |
2 |
|
Н-бутан |
12 |
|
Бутен-1 + бутен-2 |
37 |
|
Изобутилен |
48,4 |
|
∑C5 |
0,1 |
|
Итого |
100 |
3.2Расчет процесса синтеза мтбэ
3.2.1 Материальный баланс реактора
Обозначим количество изобутилена, поступающего в реактора как GИБ. Тогда количество конвертированного изобутилена составит
где ХИБ – конверсия изобутилена, доля масс. (таблица 3.1).
Количество образовавшегося МТБЭ составит:
где S – селективность процесса по изобутилену (на МТБЭ); ММТБЭ и МИБ – молекулярные массы МТБЭ и изобутена соответственно, г/моль.
Таблица 3.3 – Варианты заданий для расчета реактора синтеза МТБЭ
|
Вариант |
Производительность реактора, т/год по МТБЭ |
Количество дней работы |
Температура процесса, °С |
|
1 |
25000 |
325 |
60 |
|
2 |
27500 |
330 |
65 |
|
3 |
30000 |
335 |
70 |
|
4 |
32500 |
340 |
75 |
|
5 |
35000 |
325 |
80 |
|
6 |
37500 |
330 |
60 |
|
7 |
40000 |
335 |
65 |
|
8 |
42500 |
340 |
70 |
|
9 |
45000 |
325 |
75 |
|
10 |
47500 |
330 |
80 |
|
11 |
50000 |
335 |
60 |
|
12 |
52500 |
340 |
65 |
|
13 |
55000 |
325 |
70 |
|
14 |
57500 |
330 |
75 |
|
15 |
60000 |
335 |
80 |
|
16 |
62500 |
340 |
60 |
|
17 |
65000 |
325 |
65 |
|
18 |
67500 |
330 |
70 |
|
19 |
70000 |
335 |
75 |
|
20 |
72500 |
340 |
80 |
|
21 |
75000 |
325 |
60 |
|
22 |
77500 |
330 |
65 |
|
23 |
80000 |
335 |
70 |
|
24 |
82500 |
340 |
75 |
|
25 |
85000 |
325 |
80 |
|
26 |
87500 |
330 |
60 |
|
27 |
90000 |
335 |
65 |
|
28 |
92500 |
340 |
70 |
|
29 |
95000 |
325 |
75 |
|
30 |
97500 |
330 |
80 |
Подбираем значение GИБ таким образом, чтобы количество образовавшегося МТБЭ совпадало со значением, представленным в таблице 3.1. В ходе подбора определили, что GИБ = 4271,6 кг/ч. Таким образом,
Количество образовавшегося МТБЭ составит
что совпадает с табличным значением.
Количество непрореагировавшего изобутилена определяется по формуле
Количество углеводородной фракции, поступающей в реактор,
где 0,484 – содержание изобутилена в исходном сырье, доля мас. (таблица 3.2).
.
Массовое соотношение метанол : изобутилен определится как
)
где К – мольное соотношение метанол : изобутилен (табл. 3.1); ММЕТ – молекулярная масса метанола, г/моль.
Количество метанола на входе в реактор:
Количество метанола, пошедшего на образование МТБЭ:
.
Количество непрореагировавшего метанола на выходе из реактора:
Количество воды, пошедшей на образование третбутилового спирта:
где МВОДА – молекулярная масса воды, г/моль; ХИБТБ - доля изобутилена, пошедшего на образование третбутанола, доля мас. (таблица 3.1).
Количество образовавшегося третбутанола:
где МТБ – молекулярная масса третбутанола, г/моль.
Количество образовавшегося изооктилена:
где ХИБИО – доля изобутилена, пошедшая на образование изооктилена, доля мас.
.
Материальный баланс реактора представлен в таблице 3.4.
Таблица 3.4 – Материальный баланс реактора
|
Компонент |
% масс. |
т/год |
т/сут |
кг/ч |
кг/с |
|
Приход |
|
|
|
|
|
|
∑C3 |
0,24 |
349,5 |
1,1 |
44,1 |
0,012 |
|
Изобутан |
0,95 |
1398,0 |
4,2 |
176,5 |
0,049 |
|
Н-бутан |
5,70 |
8387,9 |
25,4 |
1059,1 |
0,294 |
|
Бутен-1 + бутен-2 |
17,56 |
25862,6 |
78,4 |
3265,5 |
0,907 |
|
Изобутилен |
22,97 |
33831,1 |
102,5 |
4271,6 |
1,187 |
|
∑C5 |
0,05 |
69,9 |
0,2 |
8,8 |
0,002 |
|
Метанол |
52,50 |
77328,3 |
234,3 |
9763,7 |
2,712 |
|
Вода |
0,04 |
51,7 |
0,2 |
6,5 |
0,002 |
|
Итого |
100,0 |
147279,0 |
446,3 |
18595,8 |
5,166 |
|
Расход |
|
|
|
|
|
|
МТБЭ |
33,95 |
50000,0 |
151,5 |
6313,1 |
1,754 |
|
Непрореагировавший метанол |
40,16 |
59146,5 |
179,2 |
7468,0 |
2,074 |
|
Непрореагировавший изобутилен |
1,15 |
1691,6 |
5,1 |
213,6 |
0,059 |
|
∑C3 |
0,24 |
349,5 |
1,1 |
44,1 |
0,012 |
|
Изобутан |
0,95 |
1398,0 |
4,2 |
176,5 |
0,049 |
|
Н-бутан |
5,70 |
8387,9 |
25,4 |
1059,1 |
0,294 |
|
Бутен-1 + бутен-2 |
17,56 |
25862,6 |
78,4 |
3265,5 |
0,907 |
|
∑C5 |
0,05 |
69,9 |
0,2 |
8,8 |
0,002 |
|
Изооктилен |
0,11 |
160,7 |
0,5 |
20,3 |
0,006 |
|
Третбутанол |
0,14 |
212,4 |
0,6 |
26,8 |
0,007 |
|
Итого |
100,0 |
147279,0 |
446,3 |
18595,8 |
5,166 |