Процесс алкилирования на примере получения этилбензола в присутствии катализатора хлорида алюминия
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
и, учитывая объемную долю этилена:
или
где 0,55- процентное содержание этилена в этиленовой фракции.
Рассчитываем состав этиленовой фракции:
Метан: или
Ацетилен: или
Этилен : или
Этан: или
Пропилен: или
Водород: или
Азот: или
Кислород: или
Оксид углерода: кмоль/ч или кг/ч
Таблица 1
Состав этиленовой фракции
Наименование компонента n ?, кмоль/чXi,%m ? , кг/чМетан СH4 42,2415,5676Ацетилен С2Н2 1,360,535Этилен С2H4 163,5260,04578Этан С2Н6 32,4311,9973Пропилен С3H6 13,635572Водород H26,272,313Азот N2 8,183229Кислород О2 3,271,2105Оксид углерода CO1,640,646Всего: 272,541007227
Молярное отношение бензол-этилен на входе в реактор равно 3:1, следовательно, расходуется бензола:
или
Массовая доля воды в бензоле после азеотропной осушки составляет 0,002%, следовательно, с бензолом поступает воды:
или
Расход хлорида алюминия составит:
или
где 10 - расход хлорида алюминия на 1 т образующегося этилбензола, кг;
,5 - молярная масса хлорида алюминия.
Рассчитываем массовое количество диэтилбензола, возвращаемое со стадии ректификации:
кг/ч кмоль/ч
где 200 - масса диэтилбензола, возвращаемого со стадии ректификации на 1 т получаемого этилбензола, кг;
- молярная масса диэтилбензола.
Для определения состава отходящих газов рассчитывают содержание в них хлорида водорода, этилена, бензола, оксида углерода. Метан, этан, водород, азот и кислород, входящие в состав этиленовой фракции, переходят в отходящие газы полностью. Влага в составе бензола взаимодействует с хлоридом алюминия по реакции:
AlCl3+3H2O -> Al(OH)3+3HCl,
при этом реагирует хлорид алюминия
кмоль/ч или 3кг/ч
Образуется;
- гидроксида алюминия 0,013 кмоль/ч или 2кг/ч
хлорида водорода 0,04 кмоль/ч или 2кг/ч.
В отходящие газы переходит:
- 1% подаваемого этилена кмоль/ ч или 42,92 кг /ч
- 90% подаваемого оксида углерода кмоль/ч
или кг/ч
- 0,3 кг бензола на 1 т этилбензола
кг/ч или 0,05кмоль/ч
Для определения состава алкилата рассчитывают изменение состава исходной смеси в процессе алкилирования.
Таблица 2
Состав отходящих газов
Наименование компонента n ? ,кмоль/чXi,%m ? ,кг/чМетанCH4 42,2444,05705Этилен С2Н4 1,6351,748Этан C2H6 32,4333,81014Бензол С6H6 6,276,513Водород H2 8,188,5238Азот N2 3,273,4109Кислород O2 1,481,542Оксид углерода COХлорид водорода HCl 0,01*1Всего: 95,891002174
В связи с малыми значениями бензола (0,044%) и хлорида водорода (0,036%) в дальнейших расчетах их не учитывают.
По реакции (1) переалкилирования:
C6H5-(C2H5)2 + C6H6 -> 2C6H5-C2H5 (1)
расходуется бензола 19.4 кмоль/ч или ;
образуется этилбензола
или
Следовательно, алкилированием бензола получают этилбензол:
или
По основной реакции (2):
C6H6+C2H4 -> C6H5-C2H5 (2)
расходуется бензола 83,84 кмоль/ч или кг/ч;
расходуется этилена 83,84 кмоль/ч или кг/ч.
По реакции (3):
C6H6+2C2H4 ->C6H4-(C2H)2 (3)
расходуется 38,2% от поступившего этилена, что составляет:
кмоль/ч или кг/ч
бензола кмоль/ч или кг/ч;
образуется диэтилбензола 29,28 кмоль/ч или кмоль/ч .
По реакции (4):
С6H6+3С2H4-> С6H3-(C2H5)3 (4)
расходуется 11% от поступившего этилена, что составляет:
кмоль/ч или кг/ч
этилбензол хлорид алкилирование алюминий
бензола кмоль/ч или кг/ч;
образуется триэтилбензола 5,62 кмоль/ч или кг/ч.
По реакции (5):
С6H6 +4 С2H4 -> С6H2-(С2H5)4(5)
расходуется этилена с учетом его расхода по реакциям (2) - (4) и содержания в отходящих газах:
кмоль/ч
или кг/ч
бензола кмоль/ч или кг/ч;
образуется тетраэтилбензола 0,78 кмоль/ч или кг/ч.
По реакции (6):
С6H6+С3H6->C6H5-С3H7(6)
расходуется пропилена 16,78 кмоль/ч или кг/ч;
бензола 16,78 кмоль/ч или кг/ч;
образуется изопропилбензола 16,78 кмоль/ч или кг/ч.
По реакции (7):
С6H6+С2H2->(С6H5)2-С2H4 (7)
расходуется ацетилена 3,34 кмоль/ч или кг/ч;
бензола кмоль/ч или кг/ч;
образуется дифенилэтана 3.34 кмоль/ч или кг/ч.
По реакции (8):
2C6H6 + CO -> (C6H5)2 - CHOH (8)
расходуется оксида углерода 1,76-1,58=0,18 кмоль/ч
или кг/ч;
бензола кмоль/ч или кг/ч;
образуется дифенилкабинола кмоль/ч или кг/ч.
Общий расход бензола по реакциям (1) - (8) составляет:
кмоль/ч или кг/ч.
В составе отходящих газов содержится бензола 0,05 кмоль/ч или 3,9кг/ч.
Остается в составе алкилата бензола кмоль/ч или кг/ч, хлорида алюминия кмоль/ч или кг/ч
Таблица 3 Состав алкилата
Компонент N?, кмоль/ч Xi,% m?,г/с?i,% C6H6297.1160.71 52.70C6H5-C2H5153.331.3229.57C6H4-(C2H5)229.285.988.99C6H3-(C2H5)35.621.142.07C6H2-(C2H5)40.780.150.34C6H5-C3H716.783.424.58(C6H5)2-CHCH33.340.681.38(C6H5)2-CHOH0.180.030.08AlCl30.9570.1950.29Al(OH)30.0130.0040.005Всего:489.3610043970.38100В связи с малыми значениями дифенилкабинола (0,03%) и гидроксида алюминия (0,004%) в дальнейших расчетах их не учитываем.
Состав алкилатора соответствует оптимальному технологическому режиму.
Рассчитываем основные расходные коэффициенты (кг/кг):
- по бензолу
- по этилбензолу
- по этиленовой фракции
где 12693,72 - расход бензола по реакциям (1) - (8), кг/ч; 3,9 - потери бензола с отходящими газами, кг/ч; 13000 - производительность стадии алкилирования по 100% этилбензолу, кг/ч;
,4 и - расход этилена и этиленовой фракции соответственно, кг/ч.
.4 Расчет основного аппарата
В качестве основного аппарата - алкилатора - принят вертикальный цилиндрический полый аппарат со сферическими днищами, выполне