Расчет материальных потоков реактора

Найдем количество подаваемого в реактор этилена.

Исходя из уравнения реакции и с учетом стехиометрических коэффициентов, мольный расход этилена равен 52, 4 кмоль/ч.

Молярная масса этилена равна 28 кг/кмоль.

С учетом конверсии и селективности по этанолу, рассчитаем мольный расход этилена на входе в реактор по формуле (5.4):

кмоль/ч.

Массовый расход этилена при этом составляет

кг/ч.

С учетом технологических потерь, составляющих 5% этилена, массовый расход этилена на входе в реактор составляет

кг/ч.

Тогда мольный расход этилена на входе в реактор по формуле (5.3) равен

кмоль/ч.

Массовое соотношение водяной пар/этилен составляет 0, 4/1, следовательно, количество водяного пара подаваемого в реактор будет равно

кг/ч.

Молярная масса воды равна 18 кг/кмоль, тогда мольный расход водяного пара составляет кмоль/ч.

Количество этилена, израсходованного в процессе, составляет

кмоль/ч, или кг/ч.

Таким образом, на выходе из реактора количество этилена составляет кг/ч.

Рассчитаем количество побочных продуктов, образующихся в ходе процесса. Расчет осуществляется на основе данных по селективности и стехиометрическим коэффициентам соответствующих реакций:

, (5.5)

где - количество образующегося продукта, кмоль/ч;

- количество этилена, израсходованного в процессе, кмоль/ч;

- селективность по данному продукту, доли единицы;

ν – стехиометрический коэффициент соответствующего компонента.

Диэтиловый эфир образуется по следующей реакции

2С₂Н₄ + Н₂О ↔ (С₂Н₅)₂О

Мольное количество диэтилового эфира составляет

кмоль/ч;

массовое количество диэтилового эфира при этом равно

кг/ч.

Ацетальдегид и этан образуются по реакции

2С₂Н₄ + Н₂О ↔ СН₃СОН + С₂Н₆

Мольное количество ацетальдегида равно мольному количеству этана и составляет кмоль/ч.

Массовое количество этана равно кг/ч; массовое количество ацетальдегида кг/ч.

Полимеры образуются по реакции

n (СН₂ = СН₂ ) ↔ (–СН₂ – СН₂ –)_n

Массовый расход полимеров в процессе равен

кг/ч.

Расход водяного пара на все реакции составляет

кмоль/ч;

кг/ч.

Таким образом, на выходе из реактора расход водяного пара составляет

кг/ч.

Поскольку конверсия этилена составляет всего 4, 5%, то необходимо возвращать не прореагировавший этилен в реактор, а для поддержания определенной концентрации этилена в циркулирующем газе необходимо выводить из системы накапливающиеся примеси, поступающие с прямым газом и образующиеся с побочными реакциями.

Произведем расчет количества и состава поступающего и отводимого газа.

Инертные примеси удаляют из системы двумя путями: с отдуваемым газом высокого давления после отмывочного скруббера и в виде отдувок низкого давления из емкости промежуточного хранения водно-спиртового конденсата (ВСК). Вместе с отдуваемыми примесями из системы выводится этилен, поэтому количество требуемого свежего этилена больше количества конвертируемого и зависит от количества отдувок.

Количество отдувок низкого давления (S) исходя из заводских данных, составляет 0, 2-0, 3% от подаваемого этилена:

кг/ч.

Записываем уравнения материального баланса по этилену и этану.

Материальный баланс по этилену:

, (5.6)

материальный баланс по этану:

, (5.7)

где – количество конвертируемого этилена, =1552, 6 кг/ч;

В – количество подаваемой этиленовой фракции, кг/ч;

V – количество отдуваемого газа высокого давления, кг/ч;

S – количество газа, растворенного в ВСК (отдувки низкого давления), S=108.7 кг/ч;

– количество образующегося этана, =18.0 кг/ч;

–массовые доли этилена в свежем техническом этилене, в циркулирующем газе и в отдувках низкого давления, соответственно. По данным установки синтеза этилового спирта, мольные доли этилена в приведенных фракциях составляют x=0, 98, у=0, 92, z=0, 97, соответственно.

Пересчет мольных долей в массовые производится по формуле:

, (5.8)

где - массовая доля i-го компонента;

M_i - молярная масса i-го компонента;

- мольная доля i-го компонента.

Тогда массовые доли этилена в перечисленных фракциях составляют:

; ;

.

Решая систему уравнений (5.6) и (5.7), находим количество отдувок высокого давления и количество свежего этилена, которое необходимо подать в реактор.

B=2421, 9 кг/ч, в том числе этилена 2421, 9·0, 9786 = 2370 кг/ч;

V=778, 6 кг/ч, в том числе этилена 778, 6·0, 9148 = 712, 2 кг/ч.

Состав и количество свежей этиленовой фракции, а также отдувок высокого и низкого давления представлены в таблицах 4, 5 и 6, соответственно.

 

Таблица 4 - Состав и количество свежей этиленовой фракции

Компонент	Количество, кг/ч	Состав, % масс
Этан	51, 9	2, 14
Этилен		97, 86
Итого	2421, 9

 

Таблица 5 - Состав и количество отдувок высокого давления

Компонент	Количество, кг/ч	Состав, % масс
Этан	66, 4	8, 52
Этилен	712, 2	91, 48
Итого	778, 6

 

Таблица 6 - Состав и количество отдувок низкого давления

Компонент	Количество, кг/ч	Состав, % масс
Этан	3, 5	3, 21
Этилен	105, 2	96, 79
Итого	108, 7

Количество циркулирующего этилена составит :

, (5.9)

кг/ч.

Состав и количество циркулирующего газа приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Состав и количество циркулирующего газа

Компонент	Количество, кг/ч	Состав, % масс
Этан	3153, 3	8, 52
Этилен	33857, 1	91, 48
Итого	37010, 4

 

5) Сводная таблица материального баланса реактора приведена в таблице 8.

Таблица 8 - Сводная таблица материального баланса реактора гидратации этилена

Приход	Расход
Компонент	кг/час	%, масс	Компонент	кг/час	%, масс
Свежая фракция	Этанол	2409, 9	4, 73
Этан	51, 9	0, 1	Эфир	51, 8	0, 10
Этилен		4, 6	Этан		0, 04
Водяной пар	14490, 9	26, 9	Ацетальдегид	27, 4	0, 05
Циркулирующая фракция	Полимеры	15, 5	0, 03
Этан	3153, 3	5, 8	Водяной пар	13524, 3	24, 98
Этилен	33857, 1	62, 6	Отдувки ВД
			Этан	66, 4	0, 13
			Этилен	712, 2	1, 39
			Отдувки НД
			Этан	3, 5	0, 01
			Этилен	105, 2	0, 20
			Циркулирующая фракция
			Этан	3153, 3	5, 83
			Этилен	33857, 1	62, 57
Итого	53944, 6	100, 0		53944, 6	100, 00

Далее материальный баланс продолжается расчетом количества уносимой из реактора кислоты. Расчет проводится по эмпирическому уравнению:

, (5.10)

где - объемная скорость подачи, ч^-1;

- весовое отношение воды к циркулирующему этилену.

Заканчивается материальный баланс расчетом процесса конденсации. Этот расчет представлен в разделе 7.4.
6 Расчет теплового баланса [2-5]

Общие положения

Тепловые расчеты выполняются с целью определения тепловой нагрузки основного аппарата, типа реактора по тепловому режиму (эндотермический, экзотермический или адиабатический), количества поглощающегося (выделяющегося) в ходе процесса тепла, количества теплоносителя или хладагента, необходимого для подведения (снятия) тепла, а также для выбора конструктивного оформления основного аппарата с учетом теплового режима.

Тепловые расчеты выполняются на основе уравнения теплового баланса:

, (6.1)

где - суммарное количество тепла, приходящее с компонентами, Вт;

- тепловой эффект реакции, Вт;

- суммарное количество тепла, уносимое продуктами реакции, Вт;

- количество тепла, потерянное в ходе процесса;

- количество тепла, которое необходимо подвести или отвести, Вт.

 

Рекомендуется следующий порядок расчета.

1) Приводятся исходные данные для расчетов: температура на входе в аппарат, внутри аппарата и на выходе из него (если имеется), давление в аппарате, состав и количество сырья и продуктов. Указывается цель расчета (определение расхода теплоносителя, определение температуры на выходе из реактора и т.д.).

2) Рассчитывается количество поступающего тепла. Производится расчет тепла поступающего с входящими в аппарат потоками (при температуре входа).

3) Рассчитывается тепло реакции (для реакторов). Расчет производится на основе закона Гесса, с учетом температуры и давления в реакторе. Приводятся значения энтальпий при данных условиях для всех реагирующих веществ. Рассчитывается тепловой эффект реакции с учетом мольного количества вступивших в реакцию веществ.

4) Определяется или принимается количество тепловых потерь. Количество тепловых потерь обычно составляют около 3-5% от общего количества тепла.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: