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

Страницы работы

21 страница (Word-файл)

Фрагмент текста работы

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.

ni, кмоль/ч

xi, %

mi, кг/ч

wi, %

C6H6

614,730

63,85

47948,940

54,49

C6H5–C2H5

242,925

25,25

25750,050

29,28

C6H4–(C2H5)2

60,258

6,26

8074,572

9,17

C6H3–(C2H5)3

11,568

1,20

1874,016

2,12

C6H2–(C2H5)4

2,759

0,29

524,210

0,60

C6H5–C3H7

27,121

2,82

3254,520

3,70

C2H4–(C6H5)2

1,660

0,17

302,120

0,43

(C6H5)2–CHOH

0,277

Можно пренебречь

50,968

Можно пренебречь

AlCl3

1,517

0,16

202,520

0,23

Al(OH)3

0,026

Можно пренебречь

2,054

Можно пренебречь

Сумма:

962,841

100,0

87983,970

100,0

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 Dy500, рy1,6. Жидкие продукты (алкилат) отводят через один из боковых штуцеров Dy 150, ру 1,6. Парогазовая смесь выводится через штуцер Dy400, ру 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:

Диаметр стальной обечайки внутренний, мм

2400

Вместимость аппарата, м3:

Толщина  стенки    обечайки, мм

14

полная

50

Толщина футеровки, мм

80

полезная

38+–2

Высота  цилиндрической части, мм

11800

Производительность по этнлбензолу в расчете на 1 м5 алкилатора, кг/ч

180-200

Высота общая, мм

15000

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=20oC, температура на выходе из алкилатора t2=90oC.

Цель теплового расчета — определение количества испарившегося бензола в алкилаторе.

Уравнение теплового баланса аппарата в общем виде:

Ф12345678пот, 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.

xi, %

ci, Дж/(моль*К)

C=cixi/100, Дж/(моль*К)

Этиленовая фракция

CH4

15,1

34,70

5,2397

C2H2

0,3

43,70

0,1311

C2H4

57

43,82

24,9774

C2H6

17

52,09

8,8553

C3H6

4,9

63,55

3,1140

H2

1,4

28,82

0,4035

N2

3,3

29,13

0,9613

O2

0,5

28,06

0,1403

CO

0,5

29,07

0,1454

Сумма:

100,00

43,9680

Отходящие газы

CH4

39,41

39,12

15,4172

C2H4

1,49

50,62

0,7542

C2H6

44,38

61,69

27,3280

H2

3,65

28,84

1,0527

N2

8,60

29,43

2,5310

O2

1,30

29,83

0,3878

CO

1,17

29,55

0,3457

Сумма:

100,00

47,8666

Тепловой поток этиленовой фракции:

 кВт.

Тепловой поток отходящих газов:

 кВт.

Тепловой поток технического бензола:

 кВт,

Где nб - 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.

Реакция

C6H6 + C2H4 = C6H5–C2H5

-12,48–49,03–52,30= –113,81

C6H4–(C2H5)2 + C6H6 = 2 C6H5–C2H5

-12,48*2–49,03–(-72,35)= –1,64

C6H6 + 2 C2H4= C6H4–(C2H5)2

-72,35–49,03–2*52,30= –225,98

C6H6 + 3C2H4= C6H3–(C2H5)3

-122,63–49,03–3*52,3= 328,56

C6H6 + 4C2H4= C6H2–(C2H5)4

-174,54–49,03–4*52,3= –432,77

C6H6 + C3H6= C6H5–C3H7

-41,24–49,03–20,41= –110,68

2C6H6 + C2H2= (C6H5)2C2H4

297,31–2*49,03–226,75= 27,5

2C6H6 + CO= (C6H5)2–CHOH

-46,17–2*49,03–(-110,53)= –33,7

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 Qцб/Qt=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:

Входит

кмоль/ч

кг/ч

Выходит

кмоль/ч

кг/ч

Бензол техн:

Отходящие газы

880,407

54430,069

C6H6

1583,071

120848,830

Алкилат

962,87

87983,927

H2O

0,079

1,427

Невязка

– 0,580

Этиленовая фракция

553,485

14868,780

Диэтилбензол

48,425

6489,000

Алюминий хлорид

1,543

206,000

Всего

2186,603

142414,037

1843,277

142414,037

Таблица №7. Тепловой баланс:

Приход

кВт

%

Расход

кВт

%

Тепловой поток этиленовой фракции

33,767

1,12

Тепловой поток отходящих газов

466,887

15,50

Тепловой поток технического бензола

288,730

9,58

Тепловой поток алкилата

1110,417

36,86

Тепловой поток диэтилбензола

25,096

0,84

Расход теплоты на испарение бензола

1344,773

44,64

Тепловой поток процесса

2664,781

88,46

Теплопотери в окружающую среду

90,297

3,00

Всего

3012,374

100,00

Всего

3012,374

100,00

5.  Выводы

В результате расчета процесса алкилирования бензола этиленом были

Похожие материалы

Информация о работе