Расчет теплового баланса алкилатора - Процесс производства этилбензола: сырье, способы получения и использование

Исходные данные:

? материальные потоки, кмоль/с:

Этиленовая фракция: 328,200/(3-3600)=0,0304,

Технический бензол: 615,375/(3-3600)=0,0570,

Диэтилбензол: 32,067/(3-3600)=0,0030,

Отходящие газы: 103,881/(3-3600)=0,0096,

Жидкий алкилат:647,859/(3-3600)=0,0600.

? 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;

ФПот - Теплопотери в окружающую среду, кВТ.

Для определения значений Ф1 И Ф5 рассчитываем средние молярные теплоемкости этиленовой фракции при температуре 20+273=293 К и отходящих газов при 90+273=363 К.

Расчет средних молярных теплоемкостей приведен в таблице 4.

Таблица 4 ? Средние молярные теплоемкости

Компонент

XI, %

СI, Дж/(моль-К)

СIXI /100, Дж/(моль-К)

1

2

3

4

Этиленовая фракция:

Метан СН4

15,6

34,70

5,4132

Ацетилен С2Н2

Этилен С2H4

Этан С2Н6

Пропилен С3Н6

Водород H2

Азот N2

Кислород O2

Оксид углерода CO
    0,21 62,5 6,8 6,2 1,4 3,6 2,69 1,0
    43,70 43,82 52,09 63,55 28.82 29,13 28,06 29,07
    0,0918 27,3875 3,5421 3,9401 0,4035 1,0487 0,7548 0,2907

Всего

100,0

?

42,8724

Отходящие газы:

Метан СН4

Этилен С2Н4

Пропилен С3Н6

Водород H2

Азот N2

Кислород О2

Оксид углерода CO
    49,3 2,0 21,5 4,4 11,4 8,5 2,9
    39,12 50,62 61,69 28,84 29,43 29,83 29,55
    19,2862 1,0124 13,2634 1,2690 3,3550 2,5356 0,8570

Всего

100,0

?

41,5786

Тепловой поток этиленовой фракции

Ф1=0,0304-42,8724-293=381,9 кВт.

Тепловой поток отходящих газов

Ф5=0,0096-41,5786-363=144,9 кВт.

Тепловой поток технического бензола

Ф2=(0,0570+NБ)-134,218-293=2241,6+39325,9-NБ кBт,

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

Определяем тепловой поток диэтилбензола, значение молярной теплоемкости диэтилбензола находим по справочнику

Ф3=0,0030-369,06-293=324,4 кBт.

Теплоты реакций (1)-(7), кДж/моль приведены в таблице 5.

Таблица 5 ? Теплоты реакций (1)-(7)

Реакция

ДН0298 = УДН0298(кон) - УДН0298(исх)

С6Н6 + С2Н4 > С6Н5?С2Н5

С6Н4?(С2Н5)2 + С6Н6 > 2С6Н5?С2Н5

С6Н6 + 2С2Н4 > С6Н4?(С2Н5)2

С6Н6 + 3С2Н4 > С6Н3?(С2Н5)3

С6Н6 + 4С2Н4 > С6Н2?(С2Н5)4

С6Н6 + С3Н6 > С6Н5?С3Н7

    2С6Н6 + С2Н2 > (С6Н5)2?С2Н4 2С6Н6 + СO> (С6Н5)2?СНOH
    ?12,48?49,03?52,30=?113,81 2-(?12,48)?49,03?(?72,35)=?1,64 ?72,35?49,03?2-52,30=?225,98 ?122,63?49,03?3-52,30=?328,56 ?174,54?49,03?4-52,30=?432,77 ?41,24?49,03?20,41=?110,68 ?297,31?2-49,03?226,75=?27,50 ?46,17?2-49,03?(?110,53)=?33,70

Рассчитываем теплоту экзотермических реакций

Ф4=[1000/(3-3600)]-(99,966-113,81+32,067-1,64+39,179-225,98+

+7,521-328,56+0,547-432,77+20,348-110,68+0,689-27,50+

+0,328-33,70)=1000-25273,3/(3-3600)=2340,1 кBт.

Общий приход теплоты составляет

ФПрих=381,9+2241,6+39325,9-NБ+324,4+2340,1=(5288+39325,9-NБ) кBт.

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

СM=152,07-0,64+186,56-0,247+396,06-0,061+464,46-0,012+559,86-0,002+

+321,36-0,035+415,94-0,001+94,48-0,002=184,465 Дж/(моль-К).

Тепловой поток жидкого алкилата

Ф6=0,0600-184,465-363=4017,6 кВт.

Тепловой поток паров бензола

Ф7=101,77-363-NБ=36942,5-NБ кВт.

Расход теплоты на испарение бензола

Ф8=78-391,3-NБ=30521,4-NБ кВт,

Где 391,3 - удельная теплота испарения бензола при температуре 363 К, кДж/кг.

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

ФПот= 0,03-(5288+39325,9-NБ)=158,64+1179,8-NБ КВт.

Общий расход теплоты

ФРасх=144,9+4017,6+36942,5-NБ+30521,4-NБ + +158,64+1179,8-NБ =4321,14+68643,7-NБ кВт.

Массовое количество циркулирующего бензола находим из условия равенства прихода и расхода теплоты

    5288+39325,9-NБ=4321,14+68643,7-NБ, 29317,8-NБ=966,86,

NБ=0,033 кмоль/с.

Масса бензола, испаряющегося на стадии алкилирования

0,033-3-3600=356,4 кмоль/ч или 27799,2 кг/ч,

Что составляет 27,799/17,395=1,60 т на 1 т получаемого этилбензола и соответствует оптимальному технологическому режиму.

Всего в алкилатор подают бензола (с учетом циркулирующего бензола)

459,9+499,464=959,364 кмоль/ч или 74830,392 кг/ч.

Общее массовое количество отходящих газов (с учетом испаряющегося бензола):

615,375+356,4=971,775 кмоль/ч или 75798,5 кг/ч.

Общее массовое количество отходящих газов (с учетом испаряющегося бензола) 103,881+356,400=460,281 кмоль/ч или 28537,4 кг/ч.

Материальный баланс стадии алкилирования приведен в таблице 6.

Таблица 6 ? Материальный баланс стадии алкилирования

Приход

Кмоль/ч

Кг/ч

Расход

Кмоль/ч

Кг/ч

1

2

3

4

5

6

Технический

971,775

75798,5

Отходящие газы

103,881

2389,3

Бензол

Этиленовая фракция

Диэтилбензол

Хлорид алюминия
    328,200 32,067 1,479
    8861,4 4297,0 197,4

Алкилат

Возвратный бензол
    647,859 356,400
    58955,2 27799,2

Всего

1333,521

89154,3

Всего

1108,140

89143,7

По рассчитанному массовому количеству испаряющегося бензола уточняем тепловые потоки

Ф2=(0,0570+0,033)-134,218-293=3539,3 кВт,

Ф7=0,033-101,77-363=1219,1 кВт,

Ф8=0,033-78-391,3=1007,2 кВт.

Тепловой поток отходящих газов составляет

144,9+1219,1=1364,0 кВт.

Тепловой баланс алкилатора приведен в таблице 7.

Таблица 7 ? Тепловой баланс алкилатора

Приход

КВт

%

Расход

КВт

%

Тепловой поток этиленовой фракции

Тепловой поток технического бензола

Тепловой поток диэтилбензола

Тепловой поток процесса
    381,9 3539,3 324,4 2340,1
    5,8 53,74 4,93 35,53

Тепловой поток отходящих газов

Тепловой поток алкилата

Расход теплоты на испарение бензола

Теплопотери в окружающую среду
    144,9 4017,6 2226 197,6
    2,2 61,0 33,8 3,0

Всего:

6585,7

100,0

Всего:

6586,4

100,0

Похожие статьи




Расчет теплового баланса алкилатора - Процесс производства этилбензола: сырье, способы получения и использование

Предыдущая | Следующая