Расчет материального баланса процесса производства этилбензола алкилированием в присутствии хлорида алюминия - Процесс производства этилбензола: сырье, способы получения и использование

Производительность стадии алкилирования по 100 % этилбензолу составляет

(137000-1000/8120)-[(100+3,1)/100]=17395 кг/ч или 17395/106=164,1 кмоль/ч.

Расход этилена с учетом селективности процесса составляет:

164,1/0,8=205,125 кмоль/ч.

Определяем расход этиленовой фракции, учитывая объемную долю этилена

205,125/0,625=328,2 кмоль/ч.

Состав этиленовой фракции приведен в таблице 1.

Таблица 1 ? Состав этиленовой фракции

Наименование компонента

ХI, %

NI, кмоль/ч

MI, кг/ч

Метан CH4

Ацетилен C2H2

Этилен C2H4

Этан C2H6

Пропилен C3H6

Водород H2

Азот N2

Кислород O2

Оксид углерода CO
    15,6 0,21 62,5 6,8 6,2 1,4 3,6 2,69 1,0
    51,199 0,689 205,125 22,318 20,348 4,595 11,815 8,829 3,282
    819 18 5744 670 855 9 331 283 92

Всего

100,0

328,200

8821

Молярное отношение бензол-этилен на входе в реактор равно 3:1, следовательно, расходуется бензола

205,125-3=615,375 кмоль/ч или 47999 кг/ч.

Массовая доля воды в бензоле после азеотропной осушки составляет 0,002 % [4], следовательно, с бензолом поступает воды

47999-0,002/(100,000-0,002)=1 кг/ч или 0,056 кмоль/ч.

Расход хлорида алюминия составит

11,5-17395/1000=200 кг/ч или 1,498 кмоль/ч.

Рассчитываем массовое количество диэтилбензола возвращаемого со стадии ректификации

247-17395/1000=4297 кг/ч или 32,067 кмоль/ч.

Для определения состава отходящих газов рассчитаем 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 [5]. Влага в составе бензола взаимодействует с хлоридом алюминия по реакции

А1С13 + 3Н2О > А1(ОН)3 + 3НС1,

При этом реагирует хлорида алюминия

0,056/3 = 0,019 кмоль/ч или 3 кг/ч.

Образуется

    ? гидроксида алюминия: 0,019 кмоль/ч или 2 кг/ч, ? хлороводорода: 0,056 кмоль/ч или 2 кг/ч.

В отходящие газы переходит

    ? 1 % подаваемого этилена 205,125-0,01=2,051 кмоль/ч или 57 кг/ч, ? 90 % подаваемого оксида углерода 3,282-0,9=2,954 кмоль/ч или 83кг/ч, ? 0,3 кг бензола на 1 т этилбензола 0,3-17395/1000=5 кг/ч или 0,064 кмоль/ч.

Состав отходящих газов приведен в таблице 2.

Таблица 2 ? Состав отходящих газов

Наименование компонента

NI, кмоль/ч

ХI, %

MI, кг/ч

Метан CH4

Этилен C2H4

Этан C2H6

Бензол C6H6

Водород H2

Азот N2

Кислород O2

Оксид углерода CO

Хлорид водорода HCl
    51,199 2,051 22,318 0,064 4,595 11,815 8,829 2,954 0,056
    49,3 2,0 21,5 0,061* 4,4 11,4 8,5 2,9 0,054*
    819 57 625 5 9 331 283 83 2

Всего

103,881

100,0

2214

* В связи с малыми значениями бензола (0,061 %) и хлорида водорода (0,054 %) в дальнейших расчетах их не учитываем.

Для определения состава алкилата рассчитаем изменение состава исходной смеси в процессе алкилирования.

По реакции переалкилирования

С6Н4?(С2Н5)2 + С6Н6 > 2С6Н5?С2Н5 (1)

Расходуется бензола 32,067 кмоль/ч или 2501 кг/ч,

Образуется этилбензола 32,067-2=64,134 кмоль/ч или 6798 кг/ч.

Следовательно, алкилированием бензола получают этилбензола

164,1?64,134=99,966 кмоль/ч или 10596 кг/ч.

По основной реакции

С6Н6 + С2Н4 > С6Н5?С2Н5 (2)

Расходуется

    ? бензола 99,966 кмоль/ч или 7797 кг/ч, ? этилена 99,966 кмоль/ч или 2799 кг/ч.

По реакции

С6Н6 + 2С2Н4 > С6Н4?(С2Н5)2 (3)

Расходуется

    ? 38,2 % от поступающего этилена, что составляет 0,382-205,125=78,358 кмоль/ч или 2194 кг/ч, ? бензола 0,5-78,358=39,179 кмоль/ч или 3056 кг/ч,

Образуется диэтилбензола 39,179 кмоль/ч или 5250 кг/ч.

По реакции

С6Н6 + 3С2Н4 > С6Н3?(С2Н5)3 (4)

Расходуется

    ? 11 % от поступающего этилена, что составляет 0,1-205,125=22,564 кмоль/ч или 632 кг/ч, ? бензола 22,564/3=7,521 кмоль/ч или 587 кг/ч,

Образуется триэтилбензола 7,521 кмоль/ч или 1218 кг/ч.

По реакции

С6Н6 + 4С2Н4 > С6Н2?(С2Н5)4 (5)

Расходуется

    ? этилена с учетом его расхода по реакциям (2)-(4) и содержания в отходящих газах 205,125-99,966-78,358-22,564- 2,051=2,186 кмоль/ч или 61 кг/ч, ? бензола 2,186/4 = 0,547 кмоль/ч или 43 кг/ч,

Образуется тетраэтилбензола 0,547 кмоль/ч или 104 кг/ч.

По реакции

С6Н6 + С3Н6 > С6Н5?С3Н7 (6)

Расходуется

    ? пропилена 20,348 кмоль/ч или 855 кг/ч, ? бензола 20,348 кмоль/ч или 1587 кг/ч,

Образуется изопропилбензола 20,348 кмоль/ч или 2442 кг/ч.

По реакции

2С6Н6 + С2Н2 > (С6Н5)2?С2Н4 (7)

Расходуется

    ? ацетилена 0,689 кмоль/ч или 18 кг/ч, ? бензола 20,689=1,378 кмоль/ч или 107 кг/ч,

Образуется дифенилэтана 0,689 кмоль/ч или 125 кг/ч.

По реакции

2С6Н6 + СO > (С6Н5)2?СНOH (8)

Расходуется

    ? оксида углерода 3,282-2,954=0,328 кмоль/ч или 9 кг/ч, ? бензола 2-0,328=0,656 кмоль/ч или 51 кг/ч,

Образуется дифенилкарбинола 0,328 кмоль/ч или 60 кг/ч.

Общий расход бензола по реакциям (1)-(8) составляет

99,966+32,067+39,179+7,521+0,547+20,348+1,378+

+0,656=201,662 кмоль/ч или 15730 кг/ч.

В составе отходящих газов содержится бензола 0,064 кмоль/ч или 5 кг/ч.

Остается в составе алкилата

    ? бензола 615,375?201,662?0,064=413,649 кмоль/ч или 32265 кг/ч, ? хлорида алюминия 1,498?0,019=1,479 кмоль/ч или 197 кг/ч.

Состав алкилата приведен в таблице 3.

Таблица 3 ? Состав алкилата

Компонент

NI, кмоль/ч

ХI, %

MI, кг/ч

ЩI, %

1

2

3

4

5

C6H6

413,649

63,9

32265,0

54,6

C6H5?C2H5

C6H4?(C2H5)2

C6H3?(C2H5)3

C6H2?(C2H5)4

C6H5?C3H7

    (C6H5)2?C2H4 (C6H5)2?CHOH

AlCl3

Al(OH)3
    164,100 39,179 7,521 0,547 20,348 0,689 0,328 1,479 0,019
    25,3 6,1 1,2 0,1 3,1 0,1 0,051* 0,2 0,003*
    17395,0 5250,0 1218,2 104,0 2442,0 125,0 60,0 197,4 1,4
    29,5 8,9 2,1 0,2 4,1 0,2 0,1 0,3 0,002*

Всего

647,859

100,0

59058,0

100,0

*В связи с малыми значениями дифенилкарбинола (0,051 %) и гидроксида алюминия (0,002 %) и (0,003 %) в дальнейших расчетах их не учитываем.

Состав алкилата соответствует оптимальному технологическому режиму.

Определяем расходные коэффициенты (кг/кг)

    ? по бензолу (15730+5)/17395=0,905, ? по этилену 5744/17395=0,330, ? по этиленовой фракции 8821/17395=0,507,

Где 15730 - расход бензола по реакциям (1)-(8), кг/ч;

    5 - потери бензола с отходящими газами, кг/ч; 5744 и 8821- расход этилена и этиленовой фракции соответственно, кг/ч; 17395 - производительность стадии алкилирования по 100% этилбензолу, кг/ч [6].

Похожие статьи




Расчет материального баланса процесса производства этилбензола алкилированием в присутствии хлорида алюминия - Процесс производства этилбензола: сырье, способы получения и использование

Предыдущая | Следующая