Процесс алкилирования на примере получения этилбензола в присутствии катализатора хлорида алюминия

После конденсации и расслаивания во флорентийском сосуде 2 верхний слой (обводненный бензол) поступает в ректификационную колонну 1, а нижний слой

Процесс алкилирования на примере получения этилбензола в присутствии катализатора хлорида алюминия

Курсовой проект

Химия

Другие курсовые по предмету

Химия

Сдать работу со 100% гаранией
p;

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 Nτ, кмоль/ч Xi,% mτ,г/сωi,% 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, 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) 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 90°С, 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-38±2м3;

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/(моль×К)

 

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

37076,87×n6=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 385

Похожие работы

<< < 1 2 3 4 >