Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Схема материальных потоков приведена на рис. 2.1.

Исходные данные:

годовая производительность агрегата по перхлоруглеводородам (отношение ССl₄:С₂Сl₄ = 1:1) 40 000 т;

годовой фонд рабочего времени 7250 ч;

расход хлоруглевпдородного сырья (в кг на 1 т образующихся перхлоругленодородов CCl₄ + C₂Cl₄): жидкие хлоруглеводороды – 70; жидкие рециркулирующке хлоруглеводороды из емкостей сырого продукта – 655; жидкий 1,2-дихдорэтан из реактора хлорирования этилена – 270;

объем продуктов отпарки сырца перхлоруглеводородов 20 м³ на 1 т перхлоруглеводородов; степень использования хлора 0,85; селективность но ССl₃ в расчете на метан 0,70; состав исходного углеводородного сырья (j, %):

 

Этилен технический (поток 2):		Природный газ (поток 3)
СН4 С2Н4 С2Н5 N2 CО2	0,5 98,0 0,5 0,5 0,5	СН4 С2Н6 N2 CO2	94,0 4,2 1,5 0,3

 

состав хлоруглеводородного сырья:

Жидкие хлоруглеводороды (поток 4) wi, %:		Жидкие рециркулирующие перхлоруглеводороды (поток 5) wi, %:
СCl4 С2Cl4 СНCl3 C2HCl3 C2H4Cl2	77,3 6,0 5,5 4,2 7,0	СCl4 С2Cl4 С2Cl6 C4Cl6 C6Cl6 Сl2 HCl	29,2 54,55 9,6 4,7 1,85 0,05 0,05
Продукты отпарки сырца перхлоруглеводородов (поток 6) хi, %:		Жидкий 1,2-дих-лорэтан (поток 7) wi, %:
СCl4 Cl2 НCl	6,75 55,75 37,5	СCl4 С2Н4Cl2 HCl	5,0 93,8 1,2

 

Последовательность расчета:

а) определяют компонентный состав материальных потоков хлоруглево» дородного сырья на вход в хлоратор;

б) рассчитывают изменение состава реакционной смеси, расход и состав природного газа и технического этилена;

в) составляют материальный баланс хлоратора;

г) определяют состав потоков на входе в закалочную колонну, состав газовой фазы в кубовой жидкости на выходе из колонны;

д) рассчитывают расход технического этилена па прямое хлорирование, составляют материальные баланс реактора;

е) определяют состав сырца перхлоруглеводородов на входе в колонну отпарки, а также передаваемого на стадию выделения товарных продуктов;

ж) составляют сводный материальный баланс стадии совместного получения тетрахлорметана в тетрахлорэтилена.

Схема потоков стадии получения тетрахлорметана и тетрахлорэтилена приведена на рис. 2.2.

Схема потоков получения тетрахлорметана и тетрахлорэтилена

 

Рис. 2.2.

1 - хлор; 2, 12, 15 - этилен; 3 - природный газ; 4 - жидкие хлоруглеводороды; 5 - рециркулирующие перхлоруглеводороды; 6 - продукты отпарки сырца перхлоруглеводородов; 7 - 1,2-дихлорэтан; 8 - общий поток сырья; 9 - продукты хлорирования; 10, 16 - газовая фаза; 11 - отходящий хлороводород; 13 - кубовая жидкость, 14 - жидкая фаза; 17 - кубовый продукт; 18 - флегмовая жидкость; 19 - сырец перхлоруглеводородов; 20 - смесь целевых продуктов; 21, 22 - вода; РТ1 - реактор газофазного хлорирования; КЛ1 - закалочная колонна; С1, С2 -сепараторы; Е1 - сборник; РТ2 - реактор жидкофазного хлорирования, КЛ2 - колонна отпарки.

 

Часовая производительность агрегата по перхлоруглеводородам:

40000×1000/7250 = 5517,24 кг/ч.

в том числе:

по CCl₄: 5517,24/2 = 2758,62 кг/ч или 2758,62/154 = 17,91 кмоль/ч;

по С₂Сl₄: 2758,62 кг/ч или 2758,62/166 = 16,62 кмоль/ч.

Определяем расход хлоруглеводородного сырья на входе в хлоратор:

жидкие хлоруглеводороды: 70×5517,27/1000 = 386,21 кг/ч;

жидкие рециркулирующие перхлоруглеводороды из емкостей сырого продукта: 655×5,517 = 3613,64 кг/ч;

жидкий 1,2-дихлорэтан из реактора хлорирования этилена: 270×5,517 = 1489,59 кг/ч;

продукты отпарки сырца перхлоруглеводородов: 20×5,517 = 110,34 м³/ч или 110,34/22,4 = 4,93 кмоль/ч.

Состав жидких хлоруглеводородов (поток 4):

 

	ССl4	C2Cl4	CHCl3	C2HCl3	C2H4Cl2	S
wi, %	77,3	6,0	5,5	4,2	7,0	100
mt, кг/ч	298,54	23,17	21,24	16,23	27,03	386,21
Мt, г/моль	154	166	119,5	131,5	99,0	-
nt, кмоль/ч	1,94	0,14	0,18	0,12	0,27	2,65
хi, %	73,08	5,26	6,72	4,67	10,27	100

 

Состав жидких рециркулирующих перхлоруглеводородов из емкостей сырого продукта (поток 5):

	ССl4	C2Cl4	C2Cl6	C4Cl6	C6Cl6	Cl2	HCl	S
wi, %	29,2	54,55	9,6	4,7	1,85	0,05	0,05	100
mt, кг/ч	1055,18	1971,24	346,91	169,84	66,85	1,81	1,81	3613,64
Мt, г/моль	154	166	237	261	285	71	36,5	-
nt, кмоль/ч	6,85	11,87	1,46	0,65	0,23	0,025	0,05	21,135
хi, %	32,4	56,15	6,92	3,07	1,11	0,12	0,23	100

 

Состав продуктов отпарки сырца перхлоруглеводородов (поток 6):

	ССl4	Сl2	HCl	S
хi, %	6,75	55,75	37,50	100
nt, кмоль/ч	0,33	2,78	1,82	4,93
Мt, г/моль	154	71	36,5	-
mt, кг/ч	50,82	197,38	66,43	314,63
wi, %	16,33	62,15	21,52	100

Состав жидкого 1,2-дихлорэтана из реактора хлорирования этилена (поток 7)

	ССl4	С2Н4Сl2	HCl	S
wi, %	5,0	93,8	1,2	100
mt, кг/ч	74,48	1397,23	17,88	1489,59
Мt, г/моль	154	99	36,5	-
nt, кмоль/ч	0,48	14,11	0,49	15,08
хi, %	3,2	93,54	3,26	100

 

По реакции

С₂НСl₃ + 3Cl₂ ® 2CCl₄ + HCl   (2.27)

расходуется:

трихлорэтилена: 0,12 кмоль/ч или 16,23 кг/ч;

хлора: 3×0,12 = 0,36 кмоль/ч или 0,36×71 = 25,56 кг/ч;

образуется:

тетрахлорметана: 2×0,12 = 0,24 кмоль/ч или 0,24×154 = 36,96 кг/ч;

хлороводорода: 0,12 кмоль/ч или 0,12×36,5 = 4,38 кг/ч.

По реакции

СНСl₃ + Cl₂ ® CCl₄ + HCl   (2.28)

расходуется:

трихлорметана: 0,18 кмоль/ч или 21,24 кг/ч;

хлора: 0,18 кмоль/ч или 0,18×71 = 12,78 кг/ч;

образуется:

тетрахлорметана: 0,18 кмоль/ч или 0,18×154 = 27,72 кг/ч;

хлороводорода: 0,18 кмоль/ч или 0,18×36,5 = 6,57 кг/ч.

По реакции

2С₂Н₄Сl₂ + 8Cl₂ ® С₂Сl₄ + 2CCl₄ + 8HCl (2.29)

расходуется:

1,2-дихлорэтана: 14,38 кмоль/ч или 1424,26 кг/ч;

хлора: (8/2)×14,38 = 57,52 кмоль/ч или 57,52×71 = 4083,92 кг/ч;

образуется:

тетрахлорэтилена: 14,38/2 = 7,19 кмоль/ч или 7,19×166 = 1193,54

тетрахлорметана: 14,38 кмоль/ч или 14,38×154 = 2214,52 кг/ч;

хлороводорода: 57,52 кмоль/ч или 57,52×36,5 = 2099,48 кг/ч.

Всего образуется тетрахлорметана:

0,24 + 0,18 + 14,38 = 14,8 кмоль/ч или 2279,2 кг/ч.

Необходимо получить дополнительно трихлорметана:

17,91 – 14,8 = 3,11 кмоль/ч или 3,11×166 = 516,26 кг/ч.

По уравнению основной реакции:

СН₄ + 4Cl₂ ® CCl₄ + 4HCl   (2.30)

расходуется:

метана: 3,11 кмоль/ч или 3,11×16 = 49,76 кг/ч;

хлора: 4×3,11 = 12,44 кмоль/ч или 12,44×71 = 883,24 кг/ч;

образуется хлороводорода: 12,44 кмоль/ч или 12,44×36,5 = 454,06 кг/ч.

При выходе тетрахлорметана в расчете на превращенный метан 0,70 необходимо ввести в процесс метана (без учета метана, содержащегося в техническом этилене): 3,11/0,70 = 4,44 кмоль/ч или 4,44×16 = 71,04 кг/ч.

Объемный расход природного газа составит:

4,44/0,94 = 4,72 кмоль/ч,

где 0,94 – молярная (объемная) доля метана в природном газе, доли ед.

Состав природного газа (поток 3):

 

	СН4	С2Н6	N2	CO2	S
ji (хi), %	94,0	4,2	1,5	0,3	100
nt, кмоль/ч	4,44	0,19	0,08	0,01	4,72
Мt, г/моль	16	30	28	44	-
mt, кг/ч	71,04	5,7	2,24	0,44	79,42
wi, %	89,26	7,49	2,44	0,81	100

 

Необходимо получить дополнительно тетрахлорэтилена:

16,62 - 7,19 = 9,43 кмоль/ч или 9,43×166 = 1565,38 кг/ч.

Тетрахлорэтилен образуется из этилена, а также из этана, содержащегося в природном газе и техническом этилене, поэтому в хлоратор необходимо ввести технического этилена:

(9,43 – 0,19)/0,985 = 9,38 кмоль/ч,

где 0,985 – молярная доля углеводородов С₂ в техническом этилене, доли ед.;

0,19 – количество этана в природном газе, кмоль/ч.

Состав технического этилена на входе в хлоратор (поток 2):

 

	СН4	С2Н4	С2Н6	N2	CO2	S
хi, %	0,5	98,0	0,5	0,5	0,5	100
nt, кмоль/ч	0,0475	9,19	0,0475	0,0475	0,0475	9,38
Мt, г/моль	16	28	30	28	44	-
mt, кг/ч	0,76	257,32	1,425	1,33	2,09	262,925
wi, %	0,29	97,89	0,54	0,49	0,79	100

 

Всего в хлоратор поступает метана:

4,44 + 0,0475 = 4,4875 кмоль/ч или 4,4875×16 = 71,8 кг/ч.

Остается метана (учитывая его расход на реакцию (2.30):

4,4875 – 3,11 = 1,3775 кмоль/ч или 1,3775×16 = 22,04 кг/ч.

По реакции:

6СН₄ + 15Сl₂ ® C₆Cl₆ + 24HCl  (2.31)

реагирует (по экспериментальным данным) 62% оставшегося метана, что составляет: 0,62×1,3775 = 0,85 кмоль/ч или 0,85×16 = 13,6 кг/ч.

Расходуется хлора: (15/6)×0,85 = 2,125 кмоль/ч или 2,125×71 = 150,87 кг/ч.

Образуется:

гексахлорбензола: 0,85/6 = 0,14 кмоль/ч или 0,142×285 = 40,47 кг/ч;

хлороводорода: (24/6)×0,85 = 3,4 кмоль/ч или 3,4×36,5 = 124,1 кг/ч.

Всего из хлоратора выходит гексахлорбензола:

0,23 + 0,14 = 0,37 кмоль/ч или 0,37×285 = 105,45 кг/ч.

По реакции

4СН₄ + 11Сl₂ ® C₄Cl₆ + 16HCl  (2.32)

реагирует 26,5% оставшегося метана, что составляет:

0,265×1,3775 = 0,365 кмоль/ч или 0,365×16 = 5,84 кг/ч;

расходуется хлора: (11/4)×0,365 = 1,003 кмоль/ч или 1,003×71 = 71,213 кг/ч;

Образуется:

гексахлорбутадиена: 0,365/4 = 0,09 кмоль/ч или 0,09×261 = 23,49 кг/ч;

хлороводорода: (16/4)×0,365 = 1,46 кмоль/ч или 1,46×36,5 = 53,29 кг/ч.

Всего из хлоратора выходит гексахлорбутадиена:

0,65 + 0,09 = 0,74 кмоль/ч или 0,74×261 = 193,14 кг/ч.

По реакции

2СН₄ + 7Сl₂ ® C₂Cl₆ + 8HCl   (2.33)

реагирует 11,5% оставшегося метана, что составляет:

0,115×1,3775 = 0,158 кмоль/ч или 0,158×16 = 2,528 кг/ч;

расходуется хлора: (7/2)×0,158 = 0,553 кмоль/ч или 0,553×71 = 39,263 кг/ч;

Образуется:

гексахлорэтана: 0,158/2 = 0,079 кмоль/ч или 0,079×237 = 18,723 кг/ч;

хлороводорода: (8/2)×0,158 = 0,632 кмоль/ч или 0,632×36,5 = 23,07 кг/ч.

Всего из хлоратора выходит гексахлорэтана:

1,46 + 0,079 = 1,539 кмоль/ч или 1,539×237 = 364,74 кг/ч.

Всего поступает в хлоратор этана:

0,19 + 0,0475 = 0,2375 кмоль/ч или 0,2375×30 = 7,125 кг/ч.

Тетрахлорэтилен образуется из этана через 1,1-дихлорэтан по реакции

С₂Н₄ + 5Сl₂ ® C₂Cl₄ + 6HCl   (2.34)

При этом расходуется хлора:

5×0,2375 = 1,1875 кмоль/ч или 1,1875×71 = 84,31 кг/ч;

Образуется:

тетрахлорэтилена: 0,2375 кмоль/ч или 0,2375×166 = 39,43 кг/ч;

хлороводорода: 6×0,2375 = 1,425 моль/ч или 1,425×36,5 = 52,01 кг/ч.

Этилен хлорируется по основной реакции:

С₂Н₄ + 4Сl₂ ® C₂Cl₄ + 4HCl   (2.35)

При этом расходуется:

этилена: 9,19 кмоль/ч или 9,19×28 = 257,32 кг/ч

хлора: 4×9,19 = 36,76 кмоль/ч или 36,76×71 = 2609,96 кг/ч;

Образуется:

тетрахлорэтилена: 9,19 кмоль/ч или 9,19×166 = 1525,54 кг/ч;

хлороводорода: 36,76 моль/ч или 36,76×36,5 = 1341,74 кг/ч.

Общий расход хлора:

0,36 + 0,18 + 57,52 + 12,44 + 2,125 + 1,003 + 0,553 + 1,1875 + 36,76 – 2,805 » 109,32 кмоль/ч;

25,56 + 12,78 + 4083,92 + 883,24 + 150,87 + 71,213 + 39,263 + 84,31 + 2609,96 – 199,19 = 7761,926 кг/ч.

При степени использования хлора 0,85 расход хлора в хлоратор (поток 1) составляет: 109,32/0,85 = 128,61 кмоль/ч или 128,61×71 = 9131,31 кг/ч. Остается хлора в продуктах реакции:

128,61 – 109,32 = 19,29 кмоль/ч или 19,29×71 = 1369,59 кг/ч.

Всего образуется хлороводорода:

0,12 + 0,18 + 57,52 + 12,44 + 3,4 + 1,46 + 0,632 + 1,425 + 36,76 = 113,937 кмоль/ч;

4,38 + 6,57 + 2099,48 + 454,06 + 124,1 + 53,29 + 23,07 + 52,01 + 1341,74 = 4158,7 кг/ч.

Количество хлороводорода на выходе из хлоратора:

113,937 + 2,36 = 116,297 кмоль/ч или 116,297×36,5 = 4244,84 кг/ч.

Количество диоксида углерода на выходе из хлоратора (состав потоков 2 и 3): 0,01 + 0,0475 = 0,0575 кмоль/ч или 0,0575×44 = 2,53 кг/ч.

Количество азота на выходе из хлоратора:

0,08 + 0,0475 = 0,1275 кмоль/ч или 0,1275×28 = 3,57 кг/ч.

Количество тетрахлорэтилена на выходе из хлоратора:

12,01 + 16,62 = 28,63 кмоль/ч или 28,63×166 = 4752,58 кг/ч.

где 12,01 – количество тетрахлорэтилена на входе в хлоратор (рассчитано по составам потоков 4, 5), кмоль/ч; 16,62 – количество образовавшегося тетрахлорэтилена, кмоль/ч.

Количество тетрахлорметана на выходе из хлоратора (рассчитано с учетом составов потоков 4-7 и образующегося тетрахлорметана): 9,6 + 17,91 = 27,51 кмоль/ч или 27,51×154 = 4236,54 кг/ч.

Составляем материальный баланс хлоратора (табл. 2.1).

 

Таблица 2.1.

Материальный баланс хлоратора

Компонент	Входит (поток 8)*		Выходит (поток 9)
	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч
СН4 С2Н4 С2Н6 CCl4 С2Cl4 C2Cl6 C4Cl6 C6Cl6 CHCl3 C2HCl3 C2H4Cl2 Cl2 N2 CO2 HCl	4,4875 9,19 0,2375 9,6 12,01 1,46 0,65 0,23 0,18 0,12 14,38 131,415 0,1275 0,0575 2,36	71,8 257,32 7,125 1470,02 1994,41 346,91 169,84 66,85 21,24 16,23 1424,26 9330,5 3,57 2,53 86,12	– – – 27,51 28,63 1,539 0,74 0,37 – – – 19,29 0,1275 0,0575 116,297	– – – 4236,54 4752,58 364,74 193,14 105,45 – – – 1369,59 3,57 2,53 4244,84
Всего	186,505	15182,61	194,563	15272,98

 

· – для расчета состава потока 8 используют данные о составе потоков 1-7