Материальный баланс реактора

Обозначим количество изобутилена, поступающего в реактора как G_ИБ. Тогда количество конвертированного изобутилена составит

где Х_ИБ – конверсия изобутилена, доля масс. (таблица 3.1).

Количество образовавшегося МТБЭ составит:

где S – селективность процесса по изобутилену (на МТБЭ); М_МТБЭ и М_ИБ – молекулярные массы МТБЭ и изобутена соответственно, г/моль.

Таблица 3.3 – Варианты заданий для расчета реактора синтеза МТБЭ

Подбираем значение G_ИБ таким образом, чтобы количество образовавшегося МТБЭ совпадало со значением, представленным в таблице 3.1. В ходе подбора определили, что G_ИБ = 4271,6 кг/ч. Таким образом,

    Количество образовавшегося МТБЭ составит

что совпадает с табличным значением.

    Количество непрореагировавшего изобутилена определяется по формуле

    Количество углеводородной фракции, поступающей в реактор,

где 0,484 – содержание изобутилена в исходном сырье, доля мас. (таблица 3.2).

.

    Массовое соотношение метанол : изобутилен определится как

)

где К – мольное соотношение метанол : изобутилен (табл. 3.1);  М_МЕТ – молекулярная масса метанола, г/моль.

Количество метанола на входе в реактор:

Количество метанола, пошедшего на образование МТБЭ:

                       .

Количество непрореагировавшего метанола на выходе из реактора:

Количество воды, пошедшей на образование третбутилового спирта:

где М_ВОДА – молекулярная масса воды, г/моль; Х_ИБТБ - доля изобутилена, пошедшего на образование третбутанола, доля мас. (таблица 3.1).

Количество образовавшегося третбутанола:

где М_ТБ – молекулярная масса третбутанола, г/моль.

Количество образовавшегося изооктилена:

где Х_ИБИО – доля изобутилена, пошедшая на образование изооктилена, доля мас.

.

Материальный баланс реактора представлен в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Материальный баланс реактора

Тепловой баланс реактора

Суть теплового баланса реактора заключается в определении количества несбалансированного тепла, образующегося в ходе процесса и в расчете количества водяного конденсата, необходимого для снятия избытка тепла процесса синтеза МТБЭ. Количество вносимого в реактор или уносимого из реактора тепла определится по формуле

где G_i – расход i-го компонента, кг/с; Сp_i – теплоемкость i-го компонента, кДж/(кг∙град); t_i – температура, °С.

Для углеводородных компонентов сырья и продуктов реакции теплоемкость определим по формуле

где  – относительная плотность нефтепродукта.

Значение  определим по формуле

где  - относительная плотность нефтепродукта при 20 °С. Является справочной величиной.

Значения плотностей углеводородных компонентов сырья представлены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Плотности углеводородных компонентов сырья

Значения теплоемкости метанола, третбутанола и МТБЭ являются справочной величиной.

Потери тепла в реакторе принимаются равными 1 % от входящего тепла.

Реакция синтеза МТБЭ протекает с выделением тепла. Тепловой эффект реакции определяется по формуле

где Н_ПРОД и Н_С – теплоты образования продуктов реакции и исходного сырья соответственно, кДж/моль.

Ввиду малой доли побочных реакций в ходе процесса их влиянием на тепловой эффект пренебрегаем. Теплоты образования метанола, изобутилена и МТБЭ приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Теплоты образования компонентов

Таким образом, согласно реакции, по которой протекает процесс, тепловой эффект реакции составит

Мольное количество образовавшегося МТБЭ составит

Таким образом, количество тепла, выделившееся в ходе синтеза МТБЭ составит

Тепловой баланс реактора представлен в таблице 3.7.

Из таблицы 3.7 видно, что разность входящего и уходящего тепла равняется

Количество воды, необходимой для снятия избытка тепла процесса, вычисляется по формуле:

где Срв – теплоемкость воды, принимается равной 4,187 кДж/(кг∙К); t_Н и t_К – начальная и конечная температура соответственно охлаждающей воды, °С; принимаем соответственно 20 и 40 °С.

    Подставляя значения, получим

Таблица 3.7– Тепловой баланс реактора