Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основные правила оформления выпускных квалификационных работ по направлению «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии
.pdf
Количество ИПБ с учётом потерь:
G
= П
ИПБ
G
= 14303,4826 + 429,1045 = 14732,5871 кг/ч или
ИПБ
ИПБ
+ G
потери.ИПБ
14732,5871/120 = 122,7716 кмоль/ч.
Количество получаемых ПАБ:
G
где С
ИПБ
х (G
ИПБ.вых
С
ПАБ.вых
– С
) – С
ПАБ
– концентрация ИПБ на выходе из реактора, % мас.;
− концентрация ПАБ на выходе из реактора, % мас.
ИПБ.вых
ПАБ.вых
,
14732,5871 – 30 %
х (G
х (G
) – 5 %;
ПАБ
) = 2455,4312 кг/ч.
ПАБ
Количество образовавшегося ДИПБ
G
ПАБ
х (G
– С
) − С
ДИПБ
ПАБ.вых
ДИПБ.вых,
,
;
где С
С
− концентрация ПАБ на выходе из реактора, % мас.;
ПАБ.вых
– концентрация ДИПБ на выходе из реактора, % мас.
ДИПБ.вых
27,7+6+1= 34,7 мас. ч. (ПАБ):
2455,4312 – 34,7
х (G
х (G
) – 27,7;
ДИПБ
) = 1960,0992 кг/ч или 1960,0992/162= 12,0994 кмоль/ч.
ДИПБ
Количество образовавшегося ТИБП:
где С
G
х (G
ПАБ вых
С
– С
ПАБ
ТИПБ
) – С
ПАБ вых
ТИПБ.вых,
− концентрация ПАБ на выходе из реактора, мас.ч.;
– концентрация ТИПБ на выходе из реактора, мас.ч.;
ТИПБ.вых
2455,4312 – 34,77
х (G
х (G
) – 6
ТИПБ
) = 424,5702 кг/ч или 424,5702/204 = 2,0812 кмоль/ч.
ТИПБ
Количество образовавшегося ТетраИПБ:
G
ПАБ
х (G
ТетраИПБ
– С
) – С
ПАБ вых
ТетраИПБ.вых
,
21
где С
С
− концентрация ПАБ на выходе из реактора, мас.ч.;
ПАБ.вых
ТетраИПБ.вых
− концентрация ТетраИПБ на выходе из реактора, мас.ч.;
2455,4312 – 34,7 %
х (G
х (G
) – 1 %
ТетраИПБ
) = 70,7617 кг/ч или 70,7617/246 = 0,2876 кмоль/ч.
ТетраИПБ
Количество возвращаемых ПАБ с ректификации составляет 190 кг на 1
т ИПБ.
При получении 14732,587 кг/ч ИПБ возвращаются ПАБ:
G
= (G
ПАБ
G
ПАБ
ПАБ на 1 т∙∙GИПБ
= (190 ∙ 14732,5871)/1000 = 2799,1915 кг/ч .
)/1000,
В пересчете на ДИПБ:
G
ДИПБ
= G
ПАБ
/М(G
ДИПБ
),
где М(G
G
) − молекулярная масса ДИПБ;
ДИПБ
= 2799,1915/162 = 17,2790 кмоль/ч .
ДИПБ
По реакции переалкилирования
С6Н4 – (С3Н7)2 + С6Н6 → 2С6Н5 – С3Н
7
- образуется ИПБ:
1 ∙ 162 – 2∙120
2799,1915 – х
х = 4146,9504 кг/ч или 34,5579 кмоль/ч,
где М = 162 – молярная масса ДИПБ;
М = 120 – молярная масса ИПБ;
- расход бензола:
1 ∙ 162 – 1∙78
2799,1915 – х
х = 1347,7589 кг/ч или 401,8943 кмоль/ч,
где М = 78 – молярная масса бензола.
По реакции
С6Н3(С3Н7)3 + С3Н6 → С6Н2(С3Н7)4 (4)
- образуeтся ТетраИПБ 70,7617 кг/ч;
- расход пропилена:
22
(5)
1∙42 – 1 ∙ 46
х – 70,7617
х = 12,0813 кг/ч,
где М = 42 – молярная масса пропилена;
М = 246 – молярная масса тетраИПБ;
- расход ТИПБ:
1∙204 − 1∙246
х – 70,7617,
х = 58,6804 кг/ч,
где М = 204 – молярная масса ТИПБ.
По реакции
С6Н4(С3Н7)2 + С3Н6 → С6Н3(С3Н7)3 (3)
- образуется ДИПБ:
58,6804+424,5702= 483,2506 кг/ч;
- расход пропилена:
1∙ 42 – 1 ∙ 204
х – 483,2506
х = 99,4928 кг/ч;
- расход ДИПБ:
1∙162 – 1∙204
х – 483,2506 ,
х = 383,7578 кг/ч.
По реакции
С6Н5СН(СН3)2 + С3Н6 → С6Н4(С3Н7)2 (2)
- образуется ДИПБ:
383,7578+1960,0992=2343,8570 кг/ч;
- расход пропилена:
1∙ 42 – 1∙162
х – 2343,8570
х = 607,6666 кг/ч;
- расход ИПБ:
23
1∙120 – 1∙162
х – 2343,8570 ,
х = 1736,1904 кг/ч.
По реакции
С6Н6 + С3Н6 → С6Н5СН(СН3) (1)
- образуется ИПБ:
(1736,1904+14732,5871) − 4146,9504= 12321,8271 кг/ч;
- расход пропилена:
1∙42 – 1∙120
х – 12321,8271
х = 4312,6395 кг/ч;
- расход бензола:
1∙78 – 1∙120
х – 12321,8271
х = 8009,1876 кг/ч.
Общее количество прореагировавшего пропилена:
GC
GC
3H6
3H6
= G
+ G
+ G
+ G
;
прореаг
прореаг
(1)
(2)
(3)
= 4312,6395 + 607,6666 + 99,4928 + 12,0813=5031,8802 кг/ч.
(4)
Количество поданного пропилена:
GC
3H6
х (GC
прореаг
3H6
подан )
– α
– 100 %;
5031,8802 – 88 %
х – 100 %
х (GC
) = 5718,0457 кг/ч или 136,1439 кмоль/ч.
3H6
подан
Количество непревращённого пропилена:
GC
3H6
непрев
= GC
3H6
подан
− GC
3H6
прореаг
5718,0457−5031,8802 = 686,1637 кг/ч или 16,3372 кмоль/ч.
Состав пропан-пропиленовой фракции (ППФ) приведен в табл. 1.
24
Таблица 1 − Состав пропан-пропиленовой фракции
Моляр
-
Пропилен
С3Н6 42
92,47
136,1439
5718,06
Пропан
С3Н8 44
5,03 7,4057
325,851
Бутилен
С4Н8 56 1
1,4723
82,449
Этилен
С2Н4 28
1,5 2,2085
61,838
Итого
100 147,2304
6188,18
Название Формула
ная
х, % об. n, кмоль/ч
масса
По реакции
С6Н6 + С2Н4 → С6Н5 – С2Н5 (6)
- расходуется этилена: 61,8380 кг/ч
- образуется этилбензола:
1 ∙ 28 – 1 ∙ 106
61,8380 – х
х = 234,1010 кг/ч;
- расход бензола:
1 ∙ 28 – 1∙78
61,8380 – х
х = 172,2630 кг/ч.
По реакции
С6Н6 + С4Н8 → С6Н5 – С4Н9 (7)
m,
кг/ч
- расходуется бутилена: 82,4488 кг/ч;
- образуется бутилбензола:
1 ∙ 56 – 1∙134
82,4488 – х
х = 197,2882 кг/ч;
- расход бензола:
1 ∙ 56 − 1 ∙ 78
82,4488 – х
х = 114,8394 кг/ч.
Количество поданного бензола:
С3Н6 : С6Н6 = 1:3 мольн.
25
Подано С3Н6: 5718,0457 кг/ч или 136,1439 кмоль/ч.
Подано С6Н6:3∙136,1439 = 408,4317 кмоль/ч или 31857,6726 кг/ч.
Общее количество прореагировавшего бензола:
G
G
= G
бенз.прев
= 8009,1876 + 1347,7589 + 172,2630 + 114,8394 =
бенз. прев
бенз (1)
+ G
бенз (5)
+ G
бенз (6) + Gбенз (7),
= 9644,0489 кг/ч или 123,6417 кмоль/ч.
Количество непрореагировавшего бензола:
31857,6726 − 9644,0489 = 22213,6237 кг/ч.
Количество воды, поступающей с бензолом:
G
воды в бенз
= (G
бензола под
· 0,009)/100,
31857,6726 ∙ 0,009/100 = 2,8672 кг/ч.
Количество воды, поступающей с ПАБ:
G
воды в ПАБ
= (G
ПАБ под
∙ 0,03) /100,
2799,1915 · 0,03/100 = 0,8398 кг/ч.
Общее количество воды в бензоле и ПАБ:
G
воды
= G
воды в бенз
+ G
воды в ПАБ ,
2,8672 + 0,8398 = 3,7070 кг/ч.
Вода, поступающая с бензолом, взаимодействует с АlCl3 по реакции
АlCl3 + 3Н2О → Аl(ОН)3 + 3НCl;
- расход АlCl3:
1∙133,5 – 3 ∙ 18
х – 3,7070
х = 9,1645 кг/ч,
где 133,5 – молярная масса АlCl3;
18 – молярная масса воды;
- количество образовавшегося Аl(ОН)3:
1 ∙ 78 – 3 ∙ 18
х – 3,7070
х = 5,3546 кг/ч,
где 78 – молярная масса Аl(ОН)3;
- количество образовавшегося НCl:
3 ∙ 36,5 – 3 ∙ 18
26
х − 3,7070
Формула
n, кмоль/ч
m,
кг/ч
С3Н6
16,3372
686,1637
С3Н8
7,4057
325,8508
С6Н6
0,0567
4,4198
НСl 0,2059
7,5170
Итого
24,0055
1023,9513
х = 7,5170 кг/ч.
Расход катализатора (AlCl3+NiCl2 ) составляет 6,7 кг на 1 т ИПБ
в час.
На 14732,5871 кг/ч ИПБ расходуется:
(14732,5871 ∙ 6,7) /1000∙0,8 = 78,9666 кг/ч AlCl
и
3
(14732,5871 ∙ 6,7) /1000∙0,2 = 19,74 кг/ч NiCl2.
Количество AlCl3, оставшегося в составе алкилата:
78,9666 − 9,1645 = 69,8021 кг/ч.
В отходящие газы переходит 0,3 кг бензола на 1 т ИПБ в час:
G
G
= (G
бенз.г аз
бенз.г аз
бенз. на 1 т
= (0,3∙14732,5871) /1000 = 4,4198 кг/ч или 0,0567
∙ G
) /1000,
ИПБ
кмоль/ч.
Состав отходящих газов приводится в табл. 2.
Таблица 2 − Состав отходящих газов
Количество бензола, остающегося в составе алкилата:
G
G
= G
бенз.ост
бенз.ост
бен з. общ
= 31857,6726 – 9644,0489 – 4,4198 = 22209,2039 кг/ч.
− G
бен з. прев
− G
бенз.г аз
,
В табл. 3 приведен сводный материальный баланс алкилатора.
27
Таблица 3 – Сводный материальный баланс процесса получения
%
%
1. Бензол
31860,5
67,7
1.
Алкила
т:
39923,5
84,7
Итого
47113,8
100 Итого
47113,8
100
изопропилбензола
Приход Расход
Компоненты кг/ч
технический.
2. Пропанпропиленовая
фракция:
а) пропилен;
б) пропан;
в) бутилен;
г) этилен.
3. Полиалкилбензолы.
4. Бинарный
катализатор:
а) хлорид
алюминия AlCl3;
б) хлорид
никеля NiCl2.
5.
Циркуляционный
бензол
6188,2
5718,1
325,9
82,5
61,8
2800,0
98,7
78,9
19,7
6166,4
мас.
13,1
12,1
0,7
0,2
0,1
5,9
0,2
0,16
0,04
13,1
Компоненты кг/ч
а) ИПБ;
б) ДИПБ;
в) ТИПБ;
г) ТетраИПБ;
д) этилбензол;
е) бутилбензол;
ж) бензол;
з) хлорид
алюминия AlCl3;
и) хлорид никеля
NiCl2;
к) гидроксид
алюминия
Аl(OH)3.
2. Отходящие
газы:
а) пропилен;
б) пропан;
в) бензол
;
г) хлористый
водород;
д)
14732,6
1960,1
424,6
70,8
234,1
197,3
22209,2
69,8
19,7
5,4
7194,7
686,2
325,9
4,4
7,5
6166,4
мас.
31,4
4,2
0,9
0,2
0,5
0,4
47,1
0,15
0,05
0,01
15,3
1,5
0,7
0,01
0,02
13,1
циркуляционный
бензол.
Определение объема реакционной зоны алкилатора
Пример расчета теплового баланса алкилатора
Для обеспечения заданной производительности по ИПБ (14732,58
кг/ч) необходимо определить число аппаратов.
28
Техническая характеристика алкилатора
Диаметр стальной обечайки 1600 мм
Толщина стенки обечайки 10 мм
Толщина футеровки 20 мм
Высота цилиндрической части 10305 мм
Высота общая 12200 мм
Вместимость аппарата:
- полная 19 м3
- полезная 16 м3
Производительность по ИПБ в расчете на 1 м3 300 кг/ч.
Число аппаратов, необходимых для обеспечения заданной
производительности по ИПБ:
N = 14732,58 / (300∙16) = 3,07.
Следовательно, необходимо установить 3 аппарата, соединенных
параллельно.
Исходные данные
1. ППФ – 147,2304/(3∙3600) = 0,0136 кмоль/с.
2. Отходящие газы − 24,0055/(3∙3600) = 0,002227 кмоль/с.
3. Бензол − 408,5911/(3 ∙3600) = 0,0378 кмоль/с.
4. ДИПБ –17,2357/(3∙3600) = 0,0016 кмоль/с.
5. Жидкий алкилат − 426,3957/(3∙3600) = 0,0395 кмоль/с.
Температура исходной смеси на входе в алкилатор 20°С.
Температура реакционной смеси на выходе из алкилатора 130°С.
Уравнение теплового баланса в общем виде:
Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = Q5 + Q6 + Q7 + Q8 + Q
пот
,
где Q1, Q2, Q3, Q5, Q6, Q7 – тепловые потоки пропан-пропиленовой
фракции, жидкого бензола, диизопропилбензола, отходящих газов,
алкилата и паров бензола, кВт;
Q4 – теплота экзотермической реакции, кВт;
Q8 – расход теплоты на испарение бензола, кВт;
Q
– теплопотери в окружающую среду, кВт.
пот
29
Для определения значений Q1 и Q5 рассчитывают средние молярные
Пропан
-
пропиленовая фракция
С3Н6 136,1439
92,47
62,890
58,15
С3Н8
7,4057
5,03 72,320
3,64 С2Н4
2,2085
1,5 42,953
0,644
С4Н8
1,4723
1,0 88,223
0,88 Итого
147,2304
63,314
Отходящие газы
Состав
С3Н6 16,3372
68,05
80,742
54,945
С6Н6
0,0567
0,24 112,448
0,270
С3Н8
7,4057
30,85
95,175
29,361
НCl 0,2059
0,86 29,055
0,250
Итого
24,0055
100
84,826
теплоёмкости пропиленовой фракции при температуре 20°С (293 К) и
отходящих газов при 130°С (403 К).
Таблица 4 – Расчёт средних молярных теплоёмкостей
Состав ППФ n, кмоль/ч
отходящих
n, кмоль/ч
газов
хi, %
мольн
хi, %
мольн
Тепловой поток пропан-пропиленовой фракции:
Q1 = 0,0136∙ 63,314 ∙ 20 = 17,221 кВт.
Cpi,
Дж/(моль∙К)
Сpi,
Дж/(моль∙К)
С
,
pi ·хi
Дж/(моль∙К)
Сpi·хi,
Дж/(моль∙К)
Тепловой поток отходящих газов:
Q5 = 0,0022∙ 84,826 ∙ 130 = 24,260 кВт.
Тепловой поток жидкого бензола:
Q2 = (0,0378 + nб) ∙ 136,218 ∙ 203 = 101,469 + 2684,36 ∙nб ,
где nб – количество кмолей циркулирующего бензола в системе холодильник–
конденсатор–алкилатор, кмоль/с.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]