Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Алкилирование изопарафинов олефинами. Учебное пособие
.pdf
Компоненты
загрузки
Плотность
при 278 К,
кг/м
3
М
i
Количество
кг/ч
м
3
/ч
кмоль/ч
С3Н
6
С3Н
8
С4Н
8
Изо-С
4Н10
(свежий)
Изо-С
4Н10
(ре-
циркулят)
Н-С
4Н10
С5Н
12
Сумма
Катализатор
Всего
627,3
597,9
642
575,3
575,3
595
641
-
1820
-
42
44
56
58
58
58
72
-
-
-
18
48
893
1103
33605
953
39
36605
138502
175107
0,0287
0,0803
1,3
1,92
58,4
1,61
0,061
63,4
76,1
139,5
0,43
1,09
15
19
579,4
16,5
0,54
631,96
-
-
или
Состав загрузки первой секции реактора дается в таблице 2.4.
Таблица 2.4 – Состав загрузки первой секции реактора
то в дальнейшем при определении ее объема следует пользоваться
графиком (рисунок 2.2) и таблицей 2.3.
вой секции. Согласно уравнению основной реакции алкилирования, в
Так как плотность серной кислоты зависит от концентрации,
Определим состав углеводородной массы, выходящей из пер-
51
нее вступает 15 кмоль/ч олефина и такое же число кмоль/ч свежего
изобутана (таблица 2.4):
изо -С
4Н10
+ С
4Н6
= С
8Н18
.
Поэтому выход алкилата составит:
Выход алкилата можно рассчитать и так:
где 15 – количество бутилена, кмоль/ч; 114 – средняя молеку-
лярная масса алкилата.
Незначительное расхождение в расчетах выхода алкилата объ-
ясняется округлением числовых значений молекулярных масс.
При этом количество свежего изобутана, не вошедшего в ре-
акцию (отработанного):
или
Рис. 2.2. График для определения плотности кислоты
52
Компоненты
М
i
Количество
Состав,
мол.%
кг/ч
м
3
/ч
кмоль/ч
С3Н
6
С3Н
8
Изо-С
4Н10
(свежий)
Изо-С
4Н10
(рециркулят)
Н-С
4Н10
42
44
58
58
58
18
48
233
33605
953
0,0287
0,0803
0,405
8,4
1,61
0,43
1,09
4
79,4
16,5
0,07
0,18
0,65
93,95
2,64
С5Н
12
Алкилат (С8Н
18
)
Сумма
72
114
-
39
1709
36605
0,061
2,39*
62,98
0,54
15
616,96
0,09
2,42
100
В таблице 2.5 приведен состав углеводородов, покидающих
первую секцию.
Тепловая нагрузка первой секции. Все внешние и внутренние
материальные потоки реактора, по ранее принятому условию, имеют
температуру Т = 278 К, поэтому тепловую нагрузку секции, без ущерба для точности расчета, принимаем равной теплу, которое выделяется в процессе алкилирования. Тепло основной реакции алкилирования
по литературным данным составляет 75–85 % тепловой нагрузки секции. Приняв, что тепло основной реакции алкилирования составляет
80 % тепловой нагрузки секции Q1, получим
или
Таблица 2.5 – Состав углеводородов, покидающих первую секцию
53
где G
= 1709 кг/ч – количество алкилата, получаемого в пер-
ал.1
вой секции (таблица 2.5); qp = 1050 кДж/кг алкилата – теплота основной реакции алкилирования.
Давление в первой секции. Давление при температуре реакции
Т = 278 К рассчитаем по уравнению изотермы жидкой фазы:
где Pi – давление насыщенных паров чистых углеводородов
при Т = 278 К (определяется по диаграмме Кокса или таблицам);
x'i – мольные доли углеводородных компонентов (таблица 2.5);
Р
– давление насыщенного пара серной кислоты (при Т = 278 К при-
к
нимается равным нулю, так как температура ее кипения при нормальном давлении значительно выше 573 К);
Во всех остальных секциях принимается такое же давление.
Количество углеводородов, испаряющихся в первой секции.
Пары, уходящие из секции, находятся в равновесии с испаряющейся
жидкостью. Их состав может быть определен по каждому компоненту
из уравнения равновесия фаз
Получим
54
Проверка:
По найденным концентрациям компонентов в парах и тепло-
там испарения чистых компонентов при Т = 278 К находим по правилу аддитивности теплоту испарения r'm смеси паров.
Весь расчет сведен в таблицу 2.6.
Зная теплоту испарения смеси г'
и тепловую нагрузку секции
m
Q1, определим количество паров углеводородов, образующихся в пер-
вой секции:
55
Ком п онен ты
, м о л.
дол и
,
кДж /к мо ль
,
кДж /к мо ль
С3Н
6
С3Н
8
Изо -С
4Н10
Н-С
4Н10
С5Н
12
Алк и ла т
(С8Н
18
)
Сум м а
0,0026
0,0055
0,970
0,0182
0,000153
0,000075
15600
16200
20400
22000
27400
42300
-
40,5
89
19700
400
4,2
3,2
r'm= 20237
Таблица 2.6 – Расчет теплоты испарения смеси паров
Количества каждого компонента в парах найдем по формуле
.
Получим:
56
Проверка:
Анализируя сделанные расчеты, нетрудно увидеть, что прак-
тически весь теплосъем в первой секции осуществляется за счет испарения изобутана. Поэтому без большой ошибки количество испаряющегося изобутана можно определить из приближенного уравнения
теплового баланса испарения, в котором количества паров пропилена
и пропана считают равными количествам этих углеводородов в сырье:
.
Та к им о бр аз ом
Этот результат очень близок к полученному выше.
Можно также определить количества испаренных в секции углеводородов методом Трегубова. При этом за исходный должен быть
принят мольный состав углеводородов, выходящих из секции (таблица 2.5).
Результаты такого расчета будут очень близки к полученным
выше.
Объем кислоты и углеводородов в первой секции. Следует раз-
личать время пребывания ингредиентов в секции реактора и продолжительность реакции. Последняя в проточных аппаратах определяется
объемной скоростью питания реактора сырьем и находится опытным
путем. При алкилировании изопарафинов олефинами под объемной
57
скоростью понимают объемное количество олефинов, подаваемое в
1 ч за единицу объема катализатора, находящегося в секции (истинная
реакционная зона).
Известно, что с уменьшением объемной скорости понижается
сортность алкилата. Из практики эксплуатации алкилирующих установок известно, что объемная скорость находится в пределах
0,1–0,6 ч-1. Примем для нашего случая объемную скорость w = 0,2 ч-1.
Тогда объем кислоты в секции
,
где V
= 1,3 м3/ч – количество олефина, подаваемого в сек-
ол.1
цию (таблица 2.4).
Получим
Зная, что отношение объема кислоты к объему углеводородов
в первой секции α
= 1,2, найдем объем углеводородов в секции
1
Суммарный объем кислоты и углеводородов в секции
Найдем продолжительность пребывания смеси углеводородов
и кислоты (время контакта) в первой секции
где R1 = 139,5 м3/ч – объем смеси, поступающей в первую секцию (таблица 2.4).
Размеры первой секции. В реакционных аппаратах емкостного
типа, если жидкая смесь реагирующих веществ не вспенивается, сте-
58
пень заполнения равна φ = 0,7 ÷ 0,85. Примем φ = 0,7. Тогда полный
объем первой секции
Принимая длину секции l = 2 м, найдем диаметр аппарата
Принимаем D = 3,4 м.
Как указано было в начале расчета, все пять реакционных секций аппарата будут иметь одинаковые размеры: D = 3,4 м, l = 2 м.
2.3. Расчет второй секции
Материальный баланс. При определении загрузки второй и
всех остальных секции в целях некоторого упрощения расчета будем
полагать, что вся пропан-пропиленовая фракция в любой секции испаряется полностью, а н-бутан, пентан и алкилат не испаряются совсем. Возможность такой предпосылки была показана выше. С учетом
сказанного и в соответствии со схемой работы реактора, количество
сырья, подаваемого во вторую секцию, будет включать:
1) пятую часть исходного (олефинового) сырья (таблица 2.1);
2) не вошедший в реакцию (отработанный) изобутан свежего
сырья первой секции (таблица 2.5);
3) рециркулирующий изобутан с учетом его частичного испа-
рения в первой секции;
4) н-бутан и пентан из первой секции (таблица 2.5);
5) алкилат, полученный в первой секции (таблица 2.5);
6) серную кислоту из первой секции (таблица 2.4).
В таблице 2.7 приведены массовые и объемные количества
компонентов загрузки второй секции с учетом изменения плотности
серной кислоты от ее концентрации (таблица 2.3, рисунок 2.2).
59
Компоненты
Количество
кг/ч
м
3
/ч
С3Н6 + С3Н
8
С4Н
8
Изо-С
4Н10
(свежий)
Изо-С
4Н10
(отработанный)
Изо-С
4Н10
(рециркулят)
Н-С
4Н10
С5Н
12
Алкилат (С8Н
18
)
Катализатор
Сумма
66
839
1103
233
27283
953+953
39+39
1709
138502
171719
0,1090
1,3
1,92
0,405
47,5
3,22
0,122
2,39
76,5
133,47
Количество рециркулирующего изобутана, поступающего во
вторую секцию (таблица 2.5):
или
Из таблицы 2.7 следует, что отношение объемов катализатора
и углеводородов во второй секции равно
По сравнению с первой секцией это отношение повысилось за
счет некоторого сокращения объема углеводородов и снижения плотности кислоты.
Таблица 2.7 – Загрузка второй секции
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]