Материальный, технологический и тепловой расчет алкилатора. Расчет процесса алкилирования бензола этиленом

составе отходящих газов содержится бензола: 0,099 кмоль/ч или 7,725кг/ч.

Остается в составе алкилата:

Бензола: кмоль/ч или 47948,940 кг/ч;

Хлорида алюминия: кмоль/ч или 202,520 кг/ч.

Состав алкилата:

Таблица №3.

Расчет основных расходных коэффициентов

По бензолу:

По этилену:

По этиленовой фракции:

4.2. Технологический расчет алкилатора.

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) подают в нижнюю часть алкилатора через распределительный коллектор D_y500, р_y1,6. Жидкие продукты (алкилат) отводят через один из боковых штуцеров D_y 150, р_у 1,6. Парогазовая смесь выводится через штуцер D_y400, р_у 1,6 в верхнем днище аппарата.

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

Техническая характеристика алкилатора:

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

Таким образом, необходимо установить 4 аппарата, соединенных параллельно.

4.3. Тепловой расчет алкилатора

Исходные данные:

Материальные потоки, кмоль/с: этиленовая фракция

Технический бензол

Диэтилбензол

Отходящие газы

Жидкий алкилат ;

Температура на входе в алкилатор t₁=20^oC, температура на выходе из алкилатора t₂=90^oC.

Цель теплового расчета — определение количества испарившегося бензола в алкилаторе.

Уравнение теплового баланса аппарата в общем виде:

Ф₁+Ф₂+Ф₃+Ф₄=Ф₅+Ф₆+Ф₇+Ф₈+Ф_пот, где Ф₁ Ф₂, Фз, Ф₅, Ф₆, 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; Фпот — теплопотери в окружающую среду, 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.

Расчет средних молярных теплоемкостей:

Таблица №4.

Тепловой поток этиленовой фракции:

 кВт.

Тепловой поток отходящих газов:

 кВт.

Тепловой поток технического бензола:

 кВт,

Где n_б - количество циркулирующего бензола в системе холодильник-конденсатор-алкилатор, кмоль/с.

Определяют тепловой поток диэтилбензола; значение молярной теплоемкости диэтилбензола находят по справочнику:

 кВт.

Рассчитывают теплоты реакций (в кДж/моль):

Таблица №5.

Рассчитывают теплоту экзотермических реакций (кВт):

Общий приход теплоты:

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

где

Для органических и неорганических в-в соответственно.

- молярная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(моль*К);

a,b,c,c’ – коэффициенты уравнения (табл.), Т – температура, К.

Тепловой поток жидкого алкилата:

 кВт.

Тепловой поток паров бензола:

 кВт.

Расход теплоты на испарение бензола:

кВт, где 391,3 – удельная теплота испарения бензола при температуре 363 К, кДж/кг.

Принимают, что теплопотери в окружающую среду составляют 3% от общего прихода теплоты:

кВт.

Общий расход теплоты:

Количество циркулирующего бензола находят из условия равенства прихода и расхода теплоты:

Количество бензола, испаряющегося на стадии алкилирования:

кмоль/ч или 49485,930 кг/ч,

Что составляет Q_цб/Q_t=49485,930/25750=1,92 т на 1т получаемого этилбензола и соответствует оптимальному технологическому режиму.

Всего в алкилатор подают бензола (с учетом циркулирующего):

кмоль/ч или 120848,830 кг/ч.

Общее количество отходящих газов (с учетом испаряющегося бензола):

кмоль/ч или кг/ч.

По рассчитанному количеству испаряющегося бензола уточняют тепловые потоки:

кВт;

кВт;

кВт.

Тепловой поток отходящих газов составляет:

кВт.

Таблица №6. Материальный баланс:

Таблица №7. Тепловой баланс:

5.  Выводы

В результате расчета процесса алкилирования бензола этиленом были