Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Алкилирование изопарафинов олефинами. Учебное пособие
.pdf
Таблица 5.7 - Материальный баланс стадии реакции
№
пото
ка
Наименование
потоков и
компонентов
кг/т продукта кг/ч масс. доля
№
пото
ка
Наименование
потоков и
компонентов
кг/т
продукта
кг/ч масс. доля
1
Смесь
углеводородов
8731,78 396 610,86 1,0000 1
Реакционная
смесь
20629,70 937032,37 1,0000
1.1
Пропан 308,91 14 031,12
0,0354 1.1
HF
10 477,96 475 924,93 0,5079
1.2
Пропен
0,75 33,89
0,0001 1.2
Пропан
486,38 22 092,17 0,0236
1.3
н-Бутан 460,83 20 931,48
0,0528 1.3
н-Бутан 805,24 36 575,27 0,0390
1.4
изо-Бутан 7 386,98 335 527,62
0,8460 1.4
изо-Бутан 7 196,50 326 875,76 0,3488
1.5 Бутены
480,48 21 824,25
0,0550 1.5 н-Пентан
0,32 14,75 0,0000
1.6 н-Пентан
0,32 14,75
0,0000 1.6 изо-Пентан
22,93 1 041,55 0,0011
1.7 изо-Пентан
22,93 1 041,55
0,0026 1.7 Алкилат
1 049,84 47 685,32 0,0509
1.8 н-Пентен
1,79 81,33
0,0002 1.8 Полимер
589,86 26 792,13 0,0286
1.9 Алкилат
68,79 3 124,48
0,0079 1.9 Фторпропан
0,00 0,08
8,7E-08
1.10 Вода
0,01 0,40
0,0000 1.10
Фторбутан
0,65 29,61
3,2E-05
2
Кислотная смесь 11897,93
540 421,87 1,0000 1.11 Фторпентан
0,00 0,10
1,1E-07
2.1
HF
10 478,14 475 932,75
0,8807 1.12 Вода
0,01 0,61
6,5E-07
2.2 Пропан
177,47 8 061,05
0,0149 1.13 Прочее
0,00 0,07
7,8E-08
2.3 изо-Бутан
308,52 14 013,38
0,0259
2.4
н-Бутан
344,41 15 643,79
0,0289
2.5 Полимер
589,37 26 770,20
0,0495
2.6
Вода
0,01 0,61
0,0000
2.7 Прочее
0,00 0,07
0,0000
Итого 20629,71 937032,73 Итого 20629,71 937032,73
Статьи прихода
Статьи расхода
нию фторпроизводных – 1 %. Материальный баланс стадии реакции
представлен в таблице 3.9.
После реактора реакционная смесь поступает одним потоком в
отстойник кислоты. У кислотной смеси плотность больше, чем у углеводородов, поэтому она осаждается в отстойнике и уходит снизу на
циркуляцию. Продукты реакции уходят сверху отстойника, унося с
собой до 1 % HF кислоты. Учитываем это в материальном балансе
разделения кислоты и продуктов реакции.
Таблица 3.9 – Материальный баланс стадии реакции
Материальный баланс стадии разделения продуктов реакции
представлен в таблице 3.10.
81
Таблица 5.8 - Материальный баланс отстойника 5-V3003
№
пото
ка
Наименование
потоков и
компонентов
кг/т пр одукта кг/ч масс. доля
№
пото
ка
Наименование
потоков и
компонентов
кг/т
продукта
кг/ч масс. доля
1
Реакционная
смесь
20629,71 937 032,73 1,0000 1
Углеводородная
фаза
8832,57 401188,67 1,0000
1.1
HF
10 477,96 475 924,93
0,5079 1.1
HF
96,50 4 383,06 0,0109
1.2
Пропан 486,38 22 092,17
0,0236 1.2
Пропан 309,42 14 054,52 0,0350
1.3
н-Бутан 805,24 36 575,27
0,0390 1.3
н-Бутан 460,77 20 928,66 0,0522
1.4
изо-Бутан 7 196,50 326 875,76
0,3488 1.4
изо-Бутан 6 892,13 313 051,01 0,7803
1.5 н-Пентан
0,32 14,75
0,0000 1.5 н-Пентан
0,32 14,75 0,0000
1.6 изо-Пентан
22,93 1 041,55
0,0011 1.6 изо-Пентан
22,93 1 041,55 0,0026
1.7 Алкилат
1 049,84 47 685,32
0,0509 1.7 Алкилат
1 049,84 47 685,32 0,1189
1.8 Полимер
589,86 26 792,13
0,0000 1.8 Полимер
0,00 0,00 0,0000
1.9 Фторпропан
0,00 0,08
0,0000 1.9 Фторпропан
0,00 0,08 0,0000
1.10
Фторбутан
0,65 29,61
0,0000 1.10
Фторбутан
0,65 29,61 0,0001
1.11 Фторпентан
0,00 0,10
0,0000 1.11 Фторпентан
0,00 0,10 0,0000
1.12
Вода 0,01 0,61 0,0000 2 Кислотная фаза 11797,13 535843,70 1,0000
1.13 Прочее
0,00 0,07
0,0000 2.1
HF
10 381,47 471 541,87 0,8800
2.2
Пропан
176,96 8 037,65 0,0150
2.3
изо-Бутан
304,37 13 824,75 0,0258
2.4
н-Бутан 344,48 15 646,62 0,0292
2.5
Полимер
589,86 26 792,13 0,0500
2.6
Вода
0,01 0,61 0,0000
2.7
Прочее
0,00 0,07 0,0000
Итого 20629,71 937032,73 Итого 20629,71 937032,73
Статьи прихода
Статьи расхода
Таблица 3.10 – Материальный баланс разделения реакционной смеси
Кислотная фаза возвращается в реактор.
Продукты реакции поступают на разделение во фракционирующую колонну (изостриппер). Задаемся составом потоков на выходе
из изостриппера, рассчитываем материальный баланс и сводим результаты в таблицу материального баланса.
Распределение потоков по колонне представлено в таблице
3.11.
Поток алкилата с содержащимся фторпентаном и со следами
82
Таблица 5.7 - Материальный баланс стадии реакции
№
пото
ка
Наименование
потоков и
компонентов
кг/т продукта кг/ч масс. доля
№
пото
ка
Наименование
потоков и
компонентов
кг/т
продукта
кг/ч масс. доля
1
Смесь
углеводородов
8731,78 396 610,86 1,0000 1
Реакционная
смесь
20629,70 937032,37 1,0000
1.1
Пропан 308,91 14 031,12
0,0354 1.1
HF
10 477,96 475 924,93 0,5079
1.2
Пропен
0,75 33,89
0,0001 1.2
Пропан
486,38 22 092,17 0,0236
1.3
н-Бутан 460,83 20 931,48
0,0528 1.3
н-Бутан 805,24 36 575,27 0,0390
1.4
изо-Бутан 7 386,98 335 527,62
0,8460 1.4
изо-Бутан 7 196,50 326 875,76 0,3488
1.5 Бутены
480,48 21 824,25
0,0550 1.5 н-Пентан
0,32 14,75 0,0000
1.6 н-Пентан
0,32 14,75
0,0000 1.6 изо-Пентан
22,93 1 041,55 0,0011
1.7 изо-Пентан
22,93 1 041,55
0,0026 1.7 Алкилат
1 049,84 47 685,32 0,0509
1.8 н-Пентен
1,79 81,33
0,0002 1.8 Полимер
589,86 26 792,13 0,0286
1.9 Алкилат
68,79 3 124,48
0,0079 1.9 Фторпропан
0,00 0,08
8,7E-08
1.10 Вода
0,01 0,40
0,0000 1.10
Фторбутан
0,65 29,61
3,2E-05
2
Кислотная смесь 11897,93
540 421,87 1,0000 1.11 Фторпентан
0,00 0,10
1,1E-07
2.1
HF
10 478,14 475 932,75
0,8807 1.12 Вода
0,01 0,61
6,5E-07
2.2 Пропан
177,47 8 061,05
0,0149 1.13 Прочее
0,00 0,07
7,8E-08
2.3 изо-Бутан
308,52 14 013,38
0,0259
2.4
н-Бутан
344,41 15 643,79
0,0289
2.5 Полимер
589,37 26 770,20
0,0495
2.6
Вода
0,01 0,61
0,0000
2.7 Прочее
0,00 0,07
0,0000
Итого 20629,71 937032,73 Итого 20629,71 937032,73
Статьи прихода
Статьи расхода
кислоты поступает на щелочную очистку, где в 10 % растворе КОН
происходит нейтрализация алкилата. В результате реакции (3.2)
нейтрализации фтористо-водородной кислоты с помощью КОН происходит образование фторида калия и воды:
HF + KOH → KF + H2O. (3.2)
Материальный баланс стадии щелочной очистки алкилата
представлен в таблице 3.12.
Таблица 3.11 – Материальный баланс питания изостриппера
83
Таблица 5.10 - Материальный баланс щелочной очистки алкилата
№
пото
ка
Наименование
потоков и
компонентов
кг/т продукта кг/ч масс. доля
№
пото
ка
Наименование
потоков и
компонентов
кг/т
продукта
кг/ч масс. доля
1 Алкилат 1010,00 45 875,73 1,0000 1
Товарный
алкилат
1000,00 45421,51 1,0000
1.1
изо-Бутан
0,62 28,07
0,0006 1.1
изо-Бутан
0,61 27,79 0,0006
1.2
н-Бутан
26,69 1 212,51
0,0264 1.2
н-Бутан
26,43 1 200,51 0,0264
1.3
изо-Пентан
1,85 84,22
0,0018 1.3
изо-Пентан
1,84 83,38 0,0018
1.4
н-Пентан
0,05 2,16
0,0000 1.4
н-Пентан
0,05 2,14 0,0000
1.5 Алкилат 980,76 44 547,69 0,9711
1.5
Алкилат
971,05 44 106,62 0,9711
1.6
Полимер
0,02 1,08
0,0000 2 Раствор КОН
0,18
8,38
1,0000
1.7
Фторпентан
0,00 0,10
0,0000
2.1 Вода
0,17 7,62 0,9091
1.8
HF
0,01 0,66
0,0234
2.2
КF
0,02 0,76 0,0909
2
Раствор КОН 0,18 8,38 1,00 3
Потери (в т.ч. на
алкилатную
промывку)
10,00 454,22 1,0000
2.1
КОН 0,02 0,76
0,09
2.2
Вода
0,17 7,62
0,91
Итого
1010,18 45884,11
Итого 1010,18 45884,11
Статьи прихода
Статьи расхода
Таблица 3.12 – Материальный баланс щелочной очистки алкилата
3.2. Расчет энергетического баланса фтористо-водородного
алкилирования
Расчет теплоты химической реакции и количества тепла,
выделяющегося в реакторе, проводится по методике, приведенной
ниже.
В реакторе алкилирования протекают две основные реакции:
1) реакция (3.3) между бутеном-2 и изобутаном с образовани-
ем изооктана (2,2,4-триметилпентан);
2) реакция (3.4) между бутеном-1 и изобутаном с образовани-
ем 2,3-диметилгексана:
84
(3.3)
(3.4)
. . . .х р прод исх
Н Н Н
2
9,1
бутен
кДж
H
моль
134,5
изобутан
кДж
Н
моль
224,1
изооктан
кДж
Н
моль
Тепловой эффект каждой реакции найдем на основе стандартных теплот образования индивидуальных веществ и следствия из закона Гесса:
Для первой реакции стандартные теплоты образования индивидуальных веществ:
. (3.5)
;
;
.
85
. . 2
224,1 9,1 134,5 80,5
х р изооктан бутен изобутан
кДж
Н Н Н Н
моль
1
0,1
бутен
кДж
H
моль
134,5
изобутан
кДж
Н
моль
2,3
213,9
диметилгексан
кДж
Н
моль
. . 2,3 1
213,9 0,1 134,5 79,3
х р диметилгексан бутен изобутан
кДж
Н Н Н Н
моль
..
80,5 79,3
79,9
2
хр
кДж
H
моль
..
3
..
10
х р алк
хр
алк
НG
Q
М
Тогда по закону Гесса тепловой эффект реакции будет равен
Для второй реакции стандартные теплоты образования индивидуальных веществ:
;
;
.
Тогда по закону Гесса тепловой эффект реакции будет равен
Следовательно, для расчетов можно принять среднее значение
между двумя полученными тепловыми эффектами и при этом пренебречь долей каждой реакции в реакторе (тепловой эффект побочных
реакций не рассматривается ввиду их незначительной доли):
.
Найдем количество тепла, которое выделяется в реакторе в
единицу времени при протекании химических реакций:
86
, (3.6)
.
алк
М
3600114
53,476169,79
..
рх
Q
Статьи прихода
№ потока
Наименование потоков и
компонентов
Кг/ч
Q, кВт
1
Тепло смеси углеводородов
396610,86
10498,18
2
Тепло кислотной смеси
540421,87
23383,72
3
Тепло химической реакции
8956,12
Итого
937032,73
42 838,02
Статьи расхода
№ потока
Наименование потоков
и компонентов
Кг/ч
Q, кВт
1
Тепло выходящего потока
реакционной смеси
937032,37
33881,90
2
Потери тепла
428,38
3
Тепло, отводимое хладоагентом
8527,74
Итого
937032,37
42 838,02
где G
– выход алкилата, кг/с;
алк
– молекулярная масса
алкилата, г/моль (118 г/моль);
= 8956,12 кВт.
Результаты расчетов сведены в таблицу 3.13.
Таблица 3.13 – Энергетический баланс стадии реакции
87
..
38
ср
р см
t С
30
ср
вода
t С
..
8617,3
хр
Q кВт
ср К Н
в
G
ср
в
c
Дж кг К
К
в
t
Н
в
t
3
..
8617,3 10
411,8
4185,2 33 28
хр
в
ср К Н
в в в
Q
кг
G
с
c t t
ч
кг
8,411
28332,4185
74,8527
..
8617,3
хр
QQ кВт
3.3. Расчет реактора фтористо-водородного алкилирования
Исходные данные для расчета берутся при средних температурах теплоносителей:
,
. Исходные данные для
реакционной смеси и для охлаждающей воды приведены в таблицах
3.1 и 3.2.
С учетом потерь тепла в окружающую среду количество отводимого в реакторе тепла будет равно
8527,74 кВт.
3.2.1. Расход охлаждающей воды
Расход воды для охлаждения реактора найдем из теплового
баланса реактора.
где
– расход охлаждающей воды, кг/с;
охлаждающей воды при средней температуре,
нечная температура охлаждающей воды, °С;
тура охлаждающей воды, °С.
Найдем расход охлаждающей воды:
3.3.2. Расчет ориентировочной поверхности теплообмена
Для нахождения ориентировочной поверхности определим
тепловую нагрузку на реактор. Возьмем необходимое тепло, отводимое хладоагентом из энергетического баланса:
Учитывая противоточное движение теплоносителей, найдем
средний температурный напор:
, (3.7)
– теплоемкость
;
– ко-
– начальная темпера-
.
8527,74 кВт.
;
88
max
Т
min
Т
max . .
38 28 10
КН
р см в
Т Т Т
min . .
38 33 5
НК
р см в
Т Т Т
max
min
2
ТТ
max min
10 5
7,5
22
cp
ТТ
2
600К Вт м К
3
2
8617,3 10
1915
600 7,5
ор
cp
Q
F м
K
1915
5,7600
1074,8527
3
;
;
.
Находим значения
и
:
,
.
Поскольку отношение
напор можно найти как среднее арифметическое:
Определяем ориентировочную поверхность теплообмена. Для
этого предварительно зададимся коэффициентом теплопередачи
Исходя из технических характеристик реактора алкилирования
R-3001, находим:
- внутренний диаметр кожуха D = 1960 мм;
- сортимент труб d = 22 × 3 мм;
- количество труб n = 1350;
- коэффициент теплопроводности материала труб (сплав 70 %
Cu и 30 % Ni):
, то средний температурный
.
;
2
м
.
89
35
Вт
мК
..
..
..
р см
р см
ср
р мсм ежтр
G
f
межтр
f
12межтр
f f f
1
f
2
f
2
1
0,512f м
2
2
1,6f м
2
0,512 1,6 0,9
межтр
f м
..
260,3
0,382
753 0,9
р см
м
с
..
..
..
Re
ср
р см Э
р см
ср
р см
d
Э
d
.
Коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве.
Найдем скорость движения реакционной смеси в межтрубном
пространстве:
где
– площадь межтрубного пространства, м2;
, (3.8)
, (3.9)
где
– площадь в вырезе перегородки;
– площадь между
перегородками.
Из геометрических характеристик реактора находим, что площадь в вырезе перегородки
родками
. Тогда
, а площадь между перего-
.
Отсюда находим скорость в межтрубном пространстве:
.
Определим режим движения реакционной смеси:
где
, (3.10)
– эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м:
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]