Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
kursyak_prom_moy.doc
Скачиваний:
7
Добавлен:
28.09.2019
Размер:
180.9 Кб
Скачать

2.4 Расчет основного аппарата

В качестве основного аппарата - алкилатора - принят вертикальный цилиндрический полый аппарат со сферическими днищами, выполненный из углеродистой стали. Внутренняя поверхность аппарата футерована кислотоупорной плиткой. Сферические днища крепятся к обечайке при помощи плоских приварных фланцев с уплотнительной поверхностью типа «выступ - впадина». Реактор заполнен смесью бензола с продуктами реакции и жидким алюминиевым комплексом (ЖАК). Исходное сырье (свежий и возвратный бензол, этиленовая фракция, возвратный диэтилбензол и ЖАК) попадают в нижнюю часть алкилатора через распределительный коллектор. Жидкие продукты (алкилат) отводят через один из боковых штуцеров. Парогазовая смесь выводится через штуцер в верхнем днище аппарата.

Избыточное тепло отводится за счет испарения части бензола при температуре 90°С, то есть процесс ведут при кипении реакционной массы.

Техническая характеристика алкилатора:

Диаметр стальной обечайки внутренний – 2400 мм;

Толщина стенки обечайки – 14 мм;

Толщина футеровки – 80 мм;

Высота цилиндрической части – 11800 мм;

Высота общая – 15000 мм;

Вместимость аппарата:

полная – 50 м3;

полезная–38±2м3;

Производительность по этилбензолу в расчете на 1 м3алкилатора – 180-200 кг/ч

Число аппаратов для обеспечения заданной производительности (при минимальной вместимости алкилатора):

n= шт.

Таким образом, необходимо установить два аппарата, соединенные параллельно.

2.5 Расчет теплового баланса алкилатора

Исходные данные:

– материальные потоки, кмоль/с:

этиленовая фракция 278,72/(2•3600)=0,0387;

технический бензол 459,9/(2•3600) =0,0639;

диэтилбензол 19.4/(2•3600) =0,0027;

отходящие газы 258.82/(2•3600) = 0,0359;

жидкий алкилат 489.36/(2•3600) = 0,0679;

– температура, °С:

на входе в алкилатор - 20;

на выходе из алкилатора - 90,

Цель теплового расчета определение количества испарившегося бензола в алкилаторе.

Уравнение теплового баланса аппарата в общем виде:

Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 = Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8 + Фпот,

где Ф12356,Ф7 тепловые потоки этиленовой фракции, жидкого бензола, диэтилбензола, отходящих газов, алкилата и паров бензола соответственно, кВт;

Ф4 - теплота экзотермических реакций, кВт;

Ф8 - расход теплоты на испарение бензола, кВт.

Для определения значений Ф1 и Ф5 рассчитывают средние молярные теплоемкости этиленовой фракции при температуре 20+273=293 К

и отходящих газов при 90+273=363 К.

Таблица 4

Средние молярные теплоемкости

Компонент

Xi,%

С i , Дж /(моль • К)

С iXi /100,Дж /(моль • К)

Этиленовая фракция:

Метан СН4

16.8

34.7

5.8296

Продолжение таблицы 4. Средние молярные теплоемкости.

Ацетилен С2Н2

1.2

43.7

0.5244

Этилен С2H4

53.0

43.82

23.2246

Этан С2Н6

15.9

52.09

8.28231

Пропилен С3Н6

6.0

63.55

3.8130

Водород H2

2.3

28.82

0.66286

Азот N2

3.3

29.13

0.96129

Кислород O2

0.9

28.06

0.25254

Оксид углерода CO

0.6

29.07

0.17442

Всего:

100.0

43.72502

Отходящие газы: Метан СН4

41.64

39,12

16.3013

Этилен С2Н4

1.36

50,62

0.68843

Пропилен С3Н6

39.41

61,69

24.31203

Водород H2

5.70

28,84

1.64388

Азот N2

8.18

29,43

2.4737

Кислород О2

2.22

29,83

0,66223

Оксид углерода CO

1.41

29,55

0.41665

Всего:

100.0

46.49822

Тепловой поток этиленовой фракции:

Ф1 = кВт

Тепловой поток отходящих газов:

Ф5= кВт

Тепловой поток технического бензола:

Ф2 = (0,0639+n6) 134,218 20 =171,53+2684,36 n6 кBт

где n6 – количество циркулирующего бензола в системе холодильник – конденсатор – алкилатор, кмоль/с.

Определяем тепловой поток диэтилбензола, значение молярной теплоемкости диэтилбензола находим по справочнику:

Ф3 = кBт

Рассчитываем теплоты реакций (1) – (7), кДж/моль, приведенные в табл. 5.

Таблица5

Реакция

∆H0298=∑∆H0298 -∑ ∆H0298(исх)

C6H6+C2H4 -> C6H5-C2H5

-12,48-49,03-52,30=-113,81

C6H4-(C2H5)2+C6H6-2C6H5-C2H5

2 • (- 12,48 -49,03-(-72,35)) = -1,64

C6H6+2C2H4 -> C6H4-(C2H5)2

-72,35-49,03-2•52,30=-225,98

C6H6+3C2H4 -> C6H3-(C2H5)3

-122,63-49,03-3•52,30=-328,56

C6H6+4C2H4 -> C6H3-(C2H5)4

-174,54-49,03-4•52,30=-432,77

C6H6+C3H6 -> C6H5-C3H7

-41,24-49,03-20,41 =-110,68

2C6H6+C2H2 -> (C6H5)2-C2H4

-297,31-2•49,03-226,75=-27,50

2C6H6+CO -> (C6H5)2-CHOH

-46,17-2•49,03-(-110,53)= -33,70

Рассчитываем теплоту экзотермических реакций.

Ф4 кBт

Общий приход теплоты составляет:

Фприх=33,843+171,53+2684,36 n6+19,929+ =3968,706+2684,36 n6 кBт

Для определения теплового потока алкилата рассчитываем его среднюю молярную теплоемкость при температуре 363 К:

Сm=152,07 0,64+186,56 0,247+396,06 0,061+464,46 0,012+ 559,86 0,002+321,36 0,034+415,94 0,002+94,48 0,001=184,465 Дж/(моль×К)

Тепловой поток жидкого алкилата:

Ф 6=0,0679 184,465 90 =1127,266 кВт

Тепловой поток паров бензола:

Ф 7=101,77 90 n6 = 9159,3 n6 кВт

Расход теплоты на испарение бензола:

Ф8=78 391,3 n6 = 30521,4 n6 кВт

Принимаем, что потери в окружающую среду составляют 3% от

общего прихода теплоты:

Ф пот = 0,03 (3968,706+2684,36 n6) = 119,061 + 80,53 n6 кВт

Общий расход теплоты:

Фрасх=150,236+ 1127,266 + 9159,30 n6 +30521,4 n6 + 119,061 + 80,53 n6 =1396,563+39761,23 n6 кВт

Массовое количество циркулирующего бензола находится из условия равенства прихода и расхода теплоты:

3968,706+2684,36 n6=1396,563+39761,23 n6

37076,87× n6=2572,143

n6 = 0,06937 кмоль/с

Масса бензола, испаряющегося на стадии алкилирования:

0,06937 2 3600=499,464 кмоль/ч или 38958 кг/ч,

что составляет 38958/13000=2,99 т на 1 т получаемого этилбензола и соответствует оптимальному технологическому режиму.

Всего в алкилатор подают бензол (с учетом циркулирующего бензола):

459,9+499,464=959,364 кмоль/ч или 74830,392 кг/ч

Общее массовое количество отходящих газов (с учетом испаряющегося бензола):

112.453+499,464=611,917 кмоль/ч или 38551 кг/ч

Составляем материальный баланс стадии алкилирования (табл 6)

Приход

кмоль/ч

кг/ч

Расход

кмоль/ч

кг/ч

Технический бензол, в т.ч.:

959.42

74831.392

Отходящие газы

611,917

38551

Чистый бензол

959.364

74830.392

Алкилат

489.36

43970.38

Продолжение таблицы 6. Составление материального баланса стадии алкилирования

примеси

0.056

1.0

Этиленовая фракция

278.72

7513.29

Диэтилбензол

19.4

2600

Хлорид алюминия

0.97

130

Всего:

1258.566

85075.682

Всего:

1101.277

82521.38

Невязка баланса:

По рассчитанному массовому количеству испаряющегося бензола уточняют тепловые потоки:

Ф2 = (0,0639+0,06937) 134,218 20=357,745 кВт

Ф7 =0,06937 101,77 90=635,381 кВт Ф8 =0,06937 78× 391,3 =2117,270 кВт

Тепловой поток отходящих газов:

150,236+635,381=785,617 кВт

Составляем тепловой баланс алкилатора (табл.7). Значение Фпот определяем по разности прихода и расхода теплоты.

Таблица 7

Тепловой баланс алкилатора

Приход

кВт

%

Расход

кВт

%

Тепловой поток

этиленовой

фракции

33.843

0.8

Тепловой

поток

отходящих

газов

785.617

18.9

Тепловой поток

технического бензола

357.745

9.0

Тепловой

поток

алкилата

1127.266

27.1

Тепловой

поток

диэтилбензола

19.929

0.4

Расход

теплоты

на

испарение бензола

2117.270

50.9

Тепловой поток

процесса

3743.404

90.0

Теплопотери

в

окружающую

среду

124.772

3.1

Всего:

4154.921

100,0

Всего:

4154.921

100,0

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]