Процесс алкилирования бензола пропиленом осуществляют в реакторе – алкилаторе. Который представляет собой вертикальный цилиндрический полый аппарат с эллиптическими днищами, выполненный из углеродистой стали. Избыточное тепло отводится за счёт испарения части бензола при температуре 120-130°С, т.е. процесс проводят при кипении реакционной массы. Произведем расчет основных материальных потоков и составим сводный материальный баланс установки алкилирования, и рассчитаем тепловой баланс алкилатора.
Исходные данные
1. Годовая производительность по товарному продукту, тонн 124000;
2. Число часов непрерывной работы в году 8520;
3. Состав РМА табл. 1;
4. Степень конверсии бензола, % 60;
5. Степень конверсии пропилена, % 70;
6. Температура промоборотной воды на охлаждение, 250С;
7. Перечень основных материальных потоков табл. 2.1;
7. Параметры водяного пара на входе:
§ Давление, МПа 0,1;
§ Температура, 0С 260;
§ Давление, МПа 0,15;
§ Температура, 0С 280.
Реакционная масса
1. Плотность 870 кг/м3
2. Состав, % масс.:
§ Пропан – 0,1
§ Бензол – 51,3
§ Этилбензол – 1,1
§ Изопропилбензол – 31,7
§ Бутилбензолы – 0,4
§ Полиалкилбензолы – 14,5
§ Смолы – 0,9
Согласно данным действующих заводов принято:
1. Расход бензола на 1 т товарного ИПБ 0,78 т.
2. Молярное соотношение поступающего на алкилирование пропилена к бензолу 0,3:1.
3. Конверсия бензола за один проход 29,5 % массовых.
4. Расход пропилена:
| На образование ИПБ | 92,0% |
| На образование полиалкилбензолов | 0,4% |
| На образование смол | 3,8% |
| Потери с абгазами | 3,1% |
| Другие потери | 0,7% |
| ИТОГО | 100% |
5. Потери ИПБ = 3% массовых от ИПБ, полученного при алкилировании.
6. Этилен и бутилены, содержащиеся в исходном газе, переходят соответствен-но в этилбензолы и бутилбензолы полностью.
7. Расход катализатора (AlCl3) – 6,5 кг на 1 т товарного ИПБ.
8. Расход 10 % раствора щелочи – 5 кг на 1 т ИПБ.
9. Количество циркулирующей воды для разложения катализаторного комплекса, м3/м3 реакционной массы 1,0
1. Расчет часовой производительности по готовой продукции
По заданной годовой производительности и числу часов непрерывной работы в году рассчитываем часовую производительность системы по товарному продукту:
Производительность цеха по ИПБ в пересчёте на 100-процентный:
14554/0,995 = 14672 кг/ч,
где 99,5 % – содержание ИПБ в товарном продукте.
Необходимая масса товарного ИПБ составляет:
14598 / 0,97 = 15049 кг/ч
Количество примесей в ИПБ составляет:
15049 – 14598 = 451 кг/ч
2. Расчет расхода пропилена
Теоретически на образование ИПБ по реакции:
Зная молекулярную массу пропилена (42) и ИПБ (120), а также часовую производительность ИПБ, мы можем рассчитать, сколько пропилена теоретически идет на образование ИПБ:
= 3590,3 кг/ч.
На образование смол:
= 148 кг/ч.
На образование полиалкилбензолов:
= 15,9 кг/ч.
Всего связывается пропилена:
3590,3 + 148 + 15,9 = 3754,2 кг/ч.
Потери пропилена составляют:
3900 – 3754,2 = 145,8 кг/ч,
в том числе: а) с пропановой фракцией 120 кг/ч; б) в виде механических потерь 25,8 кг/ч.
3. Расчет расхода свежего бензола
При принятом расходном коэффициенте на 1 т ИПБ расход свежего бензола составляет
14598 0,78 = 11386,4 кг/ч
Из этого количества расходуется
а) на образование ИПБ
(15049 78) / 120 = 9781,9 кг/ч
б) на образование этилбензола
(94 78) / 28 = 261,9 кг/ч
где 94 кг/ч количество этилена в ППФ
в) на образование бутилбензолов 65,5 кг/ч
г) на образование полиалкилбензолов
(15,9 78) / (42 2) = 14,8 кг/ч
д) на образование смол 90 кг/ч
Количество связанного бензола:
9781,9 + 261,9 + 65,5 + 14,8 + 90 = 10214 кг/ч
Потери бензола на побочные реакции:
11368,4 – 10214 = 1172,4 кг/
При принятом соотношении пропилена к бензолу количество бензола, поступающего на алкилирование составит:
(5725 78) / (42 0,3) = 35440,4763 кг/ч
Количество возвратного бензола: 35440 – 11386,4 = 24053,6 кг/ч
Конверсия бензола за один проход составит:
(10214 100) / 35440 = 29%
3. Расчёт расхода хлорида алюминия
При принятом расходном коэффициенте на 1 т. ИПБ в ректификате расход катализатора – AlCl3 составит
(14598 6,5) / 1000 = 277,362 кг/ч
При разложении хлористого алюминия водой образуется по реакции:
1) Гидроокись алюминия
(277,4 78) / 133,5 = 162,1 кг/ч
2) Хлористый водород
(277,4 3 36,5) / 133,5 = 227,5 кг/ч
3) Расходуется воды на разложение
(277,4 54) / 133,5 = 112,2 кг/ч
4. Расчёт расхода щелочи (гидроксид натрия)
При принятом расходном коэффициенте на 1 т ИПБ
(14598 5) / 1000 = 72,9 кг/ч
По реакции этим количеством щелочи нейтрализуется хлорида водорода
(72,9 36) / 40 = 65,6 кг/ч
При нейтрализации образуется:
1) Поваренной соли
(72,9 58) / 40 = 105,7 кг/ч
2) Воды
(72,9 18) / 40 = 32,8 кг/ч
Результаты расчетов материального баланса сводим в таблицы 2.3 – 2.8
Таблица 2.3
Состав и количество ППФ, поступающей на алкилирование
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. | Кмоль / ч | % мол. |
| 1 | Этилен | 94,0 | 1,0 | 8,36 | 1,5 |
| 2 | Этан | 188,0 | 2,0 | 6,27 | 2,9 |
| 3 | Пропилен | 2725,0 | 41,5 | 92,7 | 42,0 |
| 4 | Пропан | 7587,0 | 55 | 117,0 | 53,2 |
| 5 | Бутилены | 47,0 | 0,5 | 0,84 | 0,4 |
| ИТОГО | 13641,0 | 100,0 | 220,17 | 100,0 |
Состав и количество свежего бензола, поступающего на алкилирование 11386,4 кг/ч
Таблица 2.4
Состав и количество возвратного бензола, поступающего на алкилирование
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. |
| 1 | Бензол | 24053,6 | 99,5 |
| 2 | Этилбензол | 2,0 | 0,01 |
| 3 | Изопропилбензол | 83,0 | 0,49 |
| ИТОГО | 24138,6 | 100,0 |
Таблица 2.5
Состав и количество бензольной шихты, поступающей на алкилирование
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. |
| 1 | Бензол | 35525 | 99,65 |
| 2 | Этилбензол | 2,0 | 0,01 |
| 3 | Изопропилбензол | 83 | 0,34 |
| ИТОГО | 35610 | 100,0 |
Таблица 2.6
Состав и количество суспензии катализатора подаваемое на алкилирование
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. |
| 1 | Бензол | 22,0 | 2,2 |
| 2 | Полиалкилбензол | 723,8 | 70,7 |
| 3 | Хлорид алюминия | 277,4 | 27,1 |
| ИТОГО | 1023,2 | 100,0 |
Таблица 2.7
Состав и количество реакционной массы выводимой из алкилатора
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. | Кмоль / ч | % мол. |
| 1 | Пропилен | 34,0 | 0,1 | 0,81 | 0,2 |
| 2 | Пропан | 1080,0 | 3,2 | 24,55 | 6,7 |
| 3 | Бензол | 29244 | 49,8 | 219,00 | 59,4 |
| 4 | Этилбензол | 358 | 1,1 | 3,38 | 0,9 |
| 5 | Изопропилбензол | 14882 | 30,3 | 86,0 | 23,4 |
| 6 | Бутилбензолы | 132,5 | 0,4 | 0,98 | 0,3 |
| 7 | Полиалкилбензолы | 4700 | 13,7 | 29,0 | 7,9 |
| 8 | Смолы | 284,7 | 0,9 | 1,15 | 0,3 |
| 9 | Хлористый алюминий | 277,4 | 0,8 | 1,41 | 0,4 |
| ИТОГО | 50992,6 | 100,0 | 356,28 | 100,0 |
Таблица 2.8
Состав и количество паров, поступающих из алкилатора в конденсатор 8
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. | Кмоль / ч |
| 1 | Этан | 138 | 2,4 | 6,27 |
| 2 | Пропилен | 111,8 | 1,5 | 2,65 |
| 3 | Пропан | 4071 | 51,6 | 92,52 |
| 4 | Бензол | 3260 | 41,3 | 41,8 |
| 5 | Изопропилбензол | 250 | 3,2 | 2,4 |
| ИТОГО | 7830,8 | 100,0 | 145,64 |
Количество бензола, уносимое с пропановой фракцией из конденсатора 8 при температуре 40 0С
(101,45 0,24 78) / (7 – (0,24 + 0,02)) = 282 кг/ч
где: 101,45 кмоль / ч – количество пропановой фракции; 0,24 и 0,02 МПа – упругость паров бензола и изопропилбензола при температуре 40 0С.
Количество бензола, конденсирующегося в конденсаторе
3260 – 282 = 2978 кг/ч
Принимается, что весь ИПБ конденсируется.
Общее количество конденсата
29878 + 250 = 3228 кг/ч
Таблица 2.9
Состав и количество пропановой фракции из конденсатора 8
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. | Кмоль / ч | % мол. |
| 1 | Этан | 188,0 | 4,0 | 6,27 | 6,0 |
| 2 | Пропилен | 111,8 | 2,4 | 2,66 | 2,5 |
| 3 | Пропан | 4071,0 | 87,5 | 92,52 | 89,1 |
| 4 | Бензол | 282,0 | 6,1 | 3,52 | 2,4 |
| ИТОГО | 4652,8 | 100,0 | 105,67 | 100,0 |
Количество бензола, уносимое с пропановой фракцией из конденсатора 51 при температуре 15 0С
(101,45 0,097 78) / (7 – 0,079) = 79 кг/ч
где: 0,079 МПа – упругость паров бензола при температуре 15 0С.
Количество бензола, конденсирующегося в конденсаторе 51
282 – 79 = 203 кг/ч
Таблица 2.10
Состав и количество пропановой фракции, поступающей на абсорбцию в аппарат 35 из конденсатора 51
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. | Кмоль / ч | % мол. |
| 1 | Этан | 188,0 | 4,2 | 6,27 | 6,1 |
| 2 | Пропилен | 111,8 | 2,6 | 2,66 | 2,5 |
| 3 | Пропан | 4071,0 | 91,5 | 92,52 | 90,4 |
| 4 | Бензол | 79,0 | 1,7 | 1,01 | 1,0 |
| ИТОГО | 4449,8 | 100,0 | 102,46 | 100,0 |
Таблица 2.11
Состав и количество реакционной массы после дросселирования до атмосферного давления
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. | Кмоль / ч | % мол. |
| 1 | Пропилен | 25,0 | 0,1 | 0,6 | 0,1 |
| 2 | Пропан | 625,0 | 2,4 | 18,75 | 5,2 |
| 3 | Бензол | 29244 | 50,2 | 218,72 | 60,8 |
| 4 | Этилбензол | 358 | 1,1 | 3,38 | 0,9 |
| 5 | Изопропилбензол | 14882 | 30,6 | 86,0 | 23,9 |
| 6 | Бутилбензолы | 132 | 0,4 | 0,98 | 0,3 |
| 7 | Полиалкилбензолы | 4700,0 | 13,8 | 29,0 | 8,1 |
| 8 | Смолы | 284,7 | 0,8 | 1,15 | 0,3 |
| 9 | Хлорид алюминия | 277,4 | 0,5 | 1,41 | 0,4 |
| ИТОГО | 50528,1 | 100,0 | 359,99 | 100,0 |
Таблица 2.12
Состав и количество реакционной массы после отстоя, передаваемой в цех 15а
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. | Кмоль / ч | % мол. |
| 1 | Пропилен | 25,0 | 0,1 | 0,6 | 0,1 |
| 2 | Пропан | 625,0 | 2,5 | 17,75 | 5,2 |
| 3 | Бензол | 29244 | 50,5 | 218,72 | 60,9 |
| 4 | Этилбензол | 358 | 1,1 | 3,38 | 0,9 |
| 5 | Изопропилбензол | 14882 | 30,8 | 86,0 | 24,1 |
| 6 | Бутилбензолы | 132 | 0,4 | 0,98 | 0,3 |
| 7 | Полиалкилбензолы | 4700,0 | 13,8 | 29,0 | 8,2 |
| 8 | Смолы | 284,7 | 0,8 | 1,15 | 0,3 |
| ИТОГО | 50250,7 | 100,0 | 358,58 | 100,0 |
Таблица 2.13
Состав и количество фракции полиалкилбензолов, поступающей на
абсорбцию
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. |
| 1 | Бензол | 40,0 | 0,5 |
| 2 | Бутилбензолы | 39,4 | 0,5 |
| 3 | Полиалкилбензолы | 7855,4 | 98,0 |
| 4 | Смолы | 79,3 | 1,0 |
| ИТОГО | 8014,1 | 100,0 |
Таблица 2.14
Состав и количество пропановой фракции, выходящей с абсорбции
| № | Наименование | Кг/ч | % масс |
| 1 | Пропилен | 110,8 | 3,1 |
| 2 | Пропан | 4051,0 | 96,5 |
| 3 | Бензол | 10,0 | 0,4 |
| ИТОГО | 4171,8 | 100,0 |
Таблица 2.15
Состав и количество фракции полиалкилбензолов, выходящей с абсорбции
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. |
| 1 | Бензол | 109,0 | 1,35 |
| 2 | Бутилбензолы | 39,4 | 0,5 |
| 3 | Полиалкилбензолы | 7855 | 97,2 |
| 4 | Смолы | 79,3 | 0,95 |
| ИТОГО | 8082,7 | 100,0 |
Таблица 2.16
Сводный материальный баланс установки алкилирования
| Поступило | Кг/ч | Получено | Кг/ч |
| Пропан-пропиленовая фракция | 9330 | Реакционная масса | 32 261,2 |
| Бензольная шихта | 24 187 | Пропановая фракция | 4193,0 |
| Полиалкилбензолы | 4736 | Пропановая фракция | 1157,0 |
| Хлорид алюминия | 189 | Механические потери | 691,0 |
| Щёлочь, в пересчёте на 100 % | 89,6 | Химзагрязнённая вода из отстойной ямы | 76 035,4 |
| Углеводороды из цеха 14а | 14,6 | ||
| Вода на разложение комплекса | 56 741,4 | ||
| Вода из цеха 15 | 1000 | ||
| Вода на промывку алкилата | 18 000 | ||
| ИТОГО | 114 337,6 | ИТОГО | 114337,6 |
Дата: 2019-07-30, просмотров: 231.
