Процесс алкилирования на примере получения этилбензола в присутствии катализатора хлорида алюминия
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
нный 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 90С, 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-382м3;
Производительность по этилбензолу в расчете на 1 м3алкилатора - 180-200 кг/ч
Число аппаратов для обеспечения заданной производительности (при минимальной вместимости алкилатора):
= шт.
Таким образом, необходимо установить два аппарата, соединенные параллельно.
.5 Расчет теплового баланса алкилатора
Исходные данные:
- материальные потоки, кмоль/с:
этиленовая фракция 278,72/(23600)=0,0387;
технический бензол 459,9/(23600) =0,0639;
диэтилбензол 19.4/(23600) =0,0027;
отходящие газы 258.82/(23600) = 0,0359;
жидкий алкилат 489.36/(23600) = 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 Ф1,Ф2,Ф3,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.
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 i Xi /100,Дж /(моль К)Этиленовая фракция: Метан СН416.834.75.8296Ацетилен С2Н2 1.243.70.5244Этилен С2H4 53.043.8223.2246Этан С2Н6 15.952.098.28231Пропилен С3Н6 6.063.553.8130Водород H2 2.328.820.66286Азот N2 3.329.130.96129Кислород O2 0.928.060.25254Оксид углерода CO0.629.070.17442Всего: 100.0-43.72502Отходящие газы: Метан СН4 41.6439,1216.3013Этилен С2Н4 1.3650,620.68843Пропилен С3Н6 39.4161,6924.31203Водород H2 5.7028,841.64388Азот N2 8.1829,432.4737Кислород О2 2.2229,830,66223Оксид углерода CO 1.4129,550.41665Всего:100.0-46.49822
Тепловой поток этиленовой фракции:
Ф1 = кВт
Тепловой поток отходящих газов:
Ф5= кВт
Тепловой поток технического бензола:
Ф2 = (0,0639+n6)134,21820 =171,53+2684,36n6 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=-113,81C6H4-(C2H5)2+C6H6-2C6H5-C2H52 (- 12,48 -49,03-(-72,35)) = -1,64C6H6+2C2H4 -> C6H4-(C2H5)2-72,35-49,03-252,30=-225,98C6H6+3C2H4 -> C6H3-(C2H5)3-122,63-49,03-352,30=-328,56C6H6+4C2H4 -> C6H3-(C2H5)4-174,54-49,03-452,30=-432,77C6H6+C3H6 -> C6H5-C3H7-41,24-49,03-20,41 =-110,682C6H6+C2H2 -> (C6H5)2-C2H4-297,31-249,03-226,75=-27,502C6H6+CO -> (C6H5)2-CHOH-46,17-249,03-(-110,53)= -33,70
Рассчитываем теплоту экзотермических реакций.
Ф4=кBт
Общий приход теплоты составляет:
Фприх=33,843+171,53+2684,36n6+19,929+=3968,706+2684,36n6 кBт
Для определения теплового потока алкилата рассчитываем его среднюю молярную теплоемкость при температуре 363 К:
Сm=152,070,64+186,560,247+396,060,061+464,460,012+ 559,860,002+321,360,034+415,940,002+94,480,001=184,465 Дж/(мольК)
Тепловой поток жидкого алкилата:
Ф 6=0,0679184,46590 =1127,266 кВт
Тепловой поток паров бензола:
Ф 7=101,7790 n6 = 9159,3n6 кВт
Расход теплоты на испарение бензола:
Ф8=78391,3n6 = 30521,4n6 кВт
Принимаем, что потери в окружающую среду составляют 3% от общего прихода теплоты:
Ф пот = 0,03(3968,706+2684,36n6) = 119,061 + 80,53n6 кВт
Общий расход теплоты:
Фрасх=150,236+ 1127,266 + 9159,30n6 +30521,4n6 + 119,061 + 80,53n6 =1396,563+39761,23n6 кВт
Массовое количество циркулирующего бензола находится из условия равенства прихода и расхода теплоты:
,706+2684,36n6=1396,563+39761,23n6
37076,87n6=2572,143= 0,06937 кмоль/с
Масса бензола, испаряющегося на стадии алкилирования:
,0693723600=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):
,9+499,464=959,364 кмоль/ч или 74830,392 кг/ч
Общее массовое количество отходящих газов (с учетом испаряющегося бензола):
.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.: 959.4274831.392Отходящие газы 611,91738551Чистый бензол 959.36474830.392Алкилат 489.3643970.38примеси 0.056 1.0 Этиленовая фракция 278.727513.29Диэтилбензол 19.4 2600Хлорид алюминия 0.97130Все?/p>