1. Материальный баланс полимеризации

Результаты разгонки промышленного полимербензина, полученного при давлении 3,43·10⁶ Па, возьмем из литературных данных [138, с. 303] и сведем в табл. 2.

Таблица 2

Выкипает, объемн. %	н.к	10	30	50	70	90	к.к
Температура, К	305	334	366	378	398	457	488

Найдем среднюю температуру кипения полимербензина:

К

По формуле Воинова определим молекулярную массу полимербензина:

На основе данных табл. 3.59 можно рассчитать количество и состав сырья, поступающего в реактор. Для определения количеств и составов продуктов, выходящих из реактора, необходимо знать глубину превращения олефинов. При расчете промышленных реакторов следует пользоваться опытными данными. По литературным данным [139, стр. 353], при полимеризации смеси углеводородов глубина превращения отдельных компонентов сырья равна (в масс. %):

Изобутилен………………………100

Нормальный бутилен……………90 – 100

Результаты расчетов, т.е. материальный баланс полимеризации при принятых средних величинах глубины превращения компонентов, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Компоненты	Молекулярная масса,	Приход
		, масс. %	Количество		, мол. %
			кг/ч	кмоль/ч
	44	1,9	475	10,8	2,46
	56	10,7	2665	47,8	10,92
	56	24,5	6125	109,5	25,00
	58	61,9	15475	266,5	60,85
	72	1,0	250	3,5	0,77
Полимербензин	109	–	–	–	–
Сумма	–	100,0	25000	438,1	100,0
Компоненты	Глубина превращения, масс. %	Расход
		, масс. %	Количество		, мол. %
			кг/ч	, кмоль/ч
	–	1,90	475	10,80	2,96
	100	–	–	–	–
	95	1,24	310	5,50	1,51
	–	61,90	15475	266,50	73,27
	–	1,00	250	3,50	0,96
Полимербензин	–	33,96	8490	77,70	21,30
Сумма	–	100,0	25000	364,0	100,0

2. Тепловой баланс реактора

Уравнение теплового баланса реактора в общем виде:

Левая часть уравнения отвечает приходу тепла (в кВт): – с сырьем;– при образовании полимербензина.

Правая часть уравнения отвечает расходу тепла (в кВт): – с продуктами реакции;– потери тепла в окружающую среду;– с хладагентом.

Энтальпии паров сырья и продуктов реакции определяем по формуле:

где – энтальпия потока при его температуре и давлении Па, кДж/кг;– энтальпия потока при его температуре и атмосферном давлении (приложение 3), кДж/кг;– поправка на энтальпию паров, кДж/кг.

Обычно температура на выходе из реактора на 8–10 К выше температуры на входе в реактор [82, с. 218]; примем, что в нашем случае эта разница составляет 9 К. Тогда температура продуктов на выходе К.

Для определения энтальпии потока при его температуре и атмосферном давлении необходимо знать относительную плотность при температуре 288 К. Величину относительной плотности потоков можно рассчитать по формулам, имеющимся в литературе [44, с. 37, 39]. При этом нужно знать среднюю молекулярную массу сырья и продуктов реакции.

По данным табл. 3.61 определяем средние молекулярные массы сырья и продуктов реакции.

Сырье:

Продукты реакции:

Зная среднюю молекулярную массу сырья , найдем его относительную плотность по формуле Мамедова [44, с. 36]:

при этом

Здесь – средняя температурная поправка относительной плотности на одинК, вычисляемая по формуле Кусакова:

Величину средней молекулярной массы углеводородов следует подставлять в формулу Мамедова с округлением до целого числового значения.

После вычислений получим:

1) при , ;

2) при , ;

3) при , .

Для определения энтальпий сырья и продуктов реакции при их температурах и давлении Па необходимо знать поправкина энтальпию паров.

Эти поправки равны:

где – температура потока, К; – коэффициент, зависящий от приведенных и критических параметров соответствующего потока, определяется по графику [21, с. 118]; –средняя молекулярная масса потока.

Приведенные температуры сырья и продуктов реакции:

где для сырья К; для продуктов реакцииК; – соответственно критические температуры сырья и продуктов реакции.

Критические температуры сырья и продуктов реакции находим по формуле [44, с. 79]:

где – среднемолекулярная температура кипения сырья и продуктов реакции, К;– для сырья,– для продуктов реакции и– для полимербензина.

Среднемолекулярные температуры кипения сырья и продуктов реакции определяем по правилу аддитивности:

где – температура кипения i-го компонента, К; – мольная доля этого компонента.

Результаты расчетов по этому уравнению приведены в табл. 4. Из нее следует, что среднемолекулярная температура кипения сырья (при нормальном давлении) равна –272,18 К, а продуктов реакции +296,9 К.

Таблица 4

Компоненты	Состав , мол. доли		Температура кипения , К
	сырья	продуктов реакции		для сырья	для продуктов реакции
	0,0246	0,0296	-230,9	-1,037	-1,247
	0,1092	–	-266,75	-0,682	–
	0,2500	0,0151	+276,72	+0,930	+0,056
	0,6085	0,7327	-272,5	-0,304	-0,367
	0,0077	0,0096	+309,07	+0,270	+0,337
Полимербензин	–	0,2130	+118,00	–	+25,120
Сумма	1,0000	1,0000	–	-0,823	+23,903
Средняя температура кипения, К	–	–	–	-272,18	+296,9

Данные по определению критических и приведенных температур представлены в табл. 5.

Таблица 5

Потоки	Температура		Давление
	критическая , К	приведенная	критическое , Па	приведенное
Сырье	426	1,09	3,63	0,95
Продукты реакции	460,3	1,02	3,35	1,02

Приведенные давления сырья и продуктов реакций находим по формуле:

где Па;– соответственно критические давления сырья и продуктов реакции, определяемые по графику [21, с. 31] в зависимости от средних молекулярных масс потоков.

Результаты расчетов критических и приведенных давлений также приведены в табл. 5.

Расчет величин для сырья и продуктов реакции дан в табл.6.

Таблица 6

Потоки		, К			, кДж/кг
Сырье	57,0	463	2,45	1135	83,3
Продукты реакции	68,5	472	4,60	2162	132,8

Данные по определению для сырья и продуктов реакции представлены в табл. 7.

Для составления теплового баланса реактора необходимо знать величину теплового эффекта реакции. Процесс полимеризации протекает с выделением примерно 837–1215 кДж тепла на 1 кг полимербензина [89, с. 271]. Можно также рассчитать тепловой эффект реакции по закону Гесса. Теплота сгорания [140, с. 28] полимеризующихся и, а также образующегосяприведены в табл. 3.65.

Таблица 7

Углеводороды	Теплота сгорания при298 К, кДж/моль
	2720
	2706
	5355

Тепловой эффект при полимеризации бутилена по схеме

кДж/моль

а при полимеризации изобутилена но схеме

кДж/моль

На образование 8490 кг полимербензина расходуется 5815 кг и 2675 кг(табл. 3.61) или соответственно 68,5, 3,15 мол. %. Средний тепловой эффект реакции полимеризации:

кДж/моль

В пересчете на 1 кг полимербензина:

кДж/кг

Примем с учетом опытных данных кДж/кг. Тогда количество тепла, выделившегося при образовании полимербензина:

кВт

где – количество образовавшегося полимербензина, кг/ч.

Количество тепла , которое необходимо отводить при помощи хладагента, определяем из уравнения теплового баланса реактора:

Результаты подсчета величины (приведены в табл.8.

Таблица 8

Потоки	Количество, кг/ч	Температура, К	Энтальпия, кДж/кг		Обозначение теплового потока	Количество тепла, кВт
			при атмосферном давлении	при давлении Па
Приход
Сырье	25000	463	775	691,7		4805
Тепловой эффект реакции	–	–	–	–		1976
Сумма	25000	–	–	–		6781
Расход
Продукты реакции	25000	475	786	653,2		4534
Потери тепла	Принимаются		–	–		200
Хладагент	По разности		–	–		2047
Сумма	25000	–	–	–		6781