Реферат: Спроектировать контактный аппарат для гидрирования бензола в циклогексан

--PAGE_BREAK--

        

         В реакторе второй ступени реагирует 105,5 м3/ч бензола, расходуется 105,5*3 = 316,5 м3/ч водорода и образуется 105,5 м3/ч циклогексана. Остаётся 3656,6 — 316,5 = 3340,1 м3/ч водорода.

         Количество циклогексана на выходе из реактора второй ступени:

1323,3 + 105,5 = 1428,8 м3/ч

         Количество газовой смеси на выходе из реактора второй ступени:

1428,8 + 3340,1 + 3340 + 16,5 = 8125,4м3/ч

         Потери циклогексана с продувочными и танковыми газами составляют 0,2% или (1428,8-92,8)*0,002 = 1336*0,002 = 2,7 м3/ч, возвращается в реактор первой ступени – 92,8 м3/ч циклогексана.

         Количество циклогексана, конденсирующегося в сепараторе:

1428,8 — 2,7 — 92,8 = 1333,3 м3/ч или 5000 кг/ч.

         Растворимость компонентов газа в циклогексане:

водорода – 0,120 м3/т; азота – 0,250 м3/т при 350С и давлении 100 000 Па.

В циклогексане при давлении 18*105 Па растворяется:

водорода:  0,120 * 18 * 5 = 10,8 м3/ч или 0,96 кг/ч;

азота:                   0,250 * 18 * 5 = 22,5 м3/ч или 28,13 кг/ч.

Считаем, что метан растворяется полностью.

         Всего из сепаратора выходит жидкой фазы:

1333,3 + 10,8 + 22,5 + 16,5 = 1383,1 м3/ч

или

5000 + 0,96 + 28,13 + 11,8 = 5040,89 кг/ч
         Состав газовой смеси после сепаратора:

                            Vt,м3/ч               ji, %

C6H12                                1428,8-1333,3 = 95,5        1,4

H2                                         3340,1- 10,8 = 3329,3     49,4

å                                                6742,5     100
Состав продувочных газов:

                                                   Vt ,м3/ч          

C6H12                                                                                2,7     

H2                                                              2,7*49,4/1,4 = 95,3

                                                          192,9                      

     Состав циркуляционного газа:          

                                              Vt ,м3/ч               

C6H12                                                                   92,8      

H2                                                        3329,3-95,3= 3234

å                                                          6549,4
         Расход свежей азотоводородной смеси должен компенсировать затраты водорода на реакцию гидрирования, потери азотоводородной смеси при продувке и на растворение в циклогексане.

         Состав свежей азотоводородной смеси:

                                                                     Vt ,м3/ч           

H2                                         7348 — 3340,1 + 95,3 + 10,8 = 4114

å                                                                        4231,4

         Т.к. метан содержится в газовой смеси с водородом, то его содержание:

4114 * 0,004 = 16,5 м3/ч или 11,8 кг/ч

         Продувочные газы охлаждаются в холодильнике-конденсаторе при температуре 100С. Парциальное давление паров циклогексана при этой температуре равно 6330 Па, объёмная доля циклогексана в газе после после холодильника-конденсатора составляет:

(6330/1800000)*100 = 0,35%

         Количество водорода и азота в продувочных газах:

192,9 — 2,7= 190,2 м3/ч

         Количество циклогексана в продувочных газах после холодильника-конденсатора и сепаратора:

190,2*0,35/(100 — 0,35) = 0,67 м3/ч или 2,5 кг.

         Количество циклогексана, поступающего из сепаратора в сборник:

2,7 — 0,67 = 2,03 м3/ч или 7,6 кг.

         Сбрасывают на факел газа:

190,2+ 0,67 = 190,9 м3/ч

         Растворённые в циклогексане азот и водород отделяются при дросселировании газа до давления 200 000 Па. Образуются танковые газы, объёмная доля циклогексана в которых составляет:

(24620/200000)*100 = 12,31%

         Количество циклогексана в танковых газах:

(10,8 + 22,5)* 12,31/(100-12,31)=4,67 м3/ч или 17,5 кг/ч

         Где 10,8 и 22,5 м3/ч – количество водорода и азота, растворённых в циклогексане.

         Количество танковых газов:

10,8 + 22,5 + 4,67 = 37,97 м3/ч

         Общие потери циклогексана составляют 2,7 м3/ч или 10,1 кг, потери с продувочными газами — 2,5 кг, следовательно, с газами дросселирования после их охлаждения в холодильнике-конденсаторе теряется:

10,1 – 2,5 = 7,6 кг или 2 м3/ч

         Возвращается в сборник:

17,5 – 7,6 = 9,9 кг или  4,67 – 2 = 2,67 м3/ч

         Сбрасывают в атмосферу после холодильника-конденсатора:

37,97 — 2,67 = 35,3 м3/ч

         Сбрасывают газа на факел:

190,9 + 35,3 = 236,2 м3/ч
Материальный баланс процесса получения циклогексана.


Входит
м3/ч

кг/ч

Выходит

М3/ч

кг/ч

Бензол

1336

4652,1

Циклогексан технический:

циклогексан

метан

Итого:


1333,3

16,5

1349,8


5000

11,8

5011,8

Азотоводородная смесь:

азот

водород

метан

Итого:


117,4

4114

16,5

4247,9


146,8

367,3

11,8

525,9

Продувочные газы:

азот

водород

циклогексан
Итого:



94,9

95,3

0,67
190,87



118,6

8,5

2,5
129,6

Циркуляционный газ:

азот

водород

циклогексан

Итого:



3222,6

3234

92,8

6549,4



4028

289

348

4665

Танковые газы:

азот

водород

циклогексан

Итого:



22,5

10,8

2

35,3



28,1

0,96

7,6

36,6







Циркуляционный газ:

азот

водород

циклогексан

Итого:


3222,6

3234

92,8

6549,4


4028

289

348

4665

Всего:

12133,3

9843

Всего:

8128,04

9843
    продолжение
--PAGE_BREAK--


         Расчёт основных расходных коэффициентов рассчитываем по данным полученной таблицы:

по бензолу:                            4652,1/5000 = 0,930 кг/кг;

по азотоводородной смеси :4247,9/5 =850  м3/т.
II. Технологический расчёт реактора первой ступени.
Общий объём катализатора, загружаемого в систему Vк= 6,2 м3, объёмная скорость Vоб= 0,6 ч-1, тогда объём катализатора, обеспечиващий заданную производительность, составит:

V¢к= (4652,1/880)/0,6 = 8,8 м3,

где 4652,1 – расход бензола, кг/ч, 880 – плотность бензола кг/м3.

Определяем число систем реакторов для обеспечения заданной производительности:

n= 8,8 / 6,2 = 1,42.

Необходимо установить две системы реакторов, каждая из которых включает два последовательно соединённых реактора: первый по ходу сырья трубчатый (Vк= 2,5 м3), второй – колонный (Vк= 3,7 м3). Запас производительности по катализатору:

(6,2*2-8,8)*100 / 8,8 = 41%.
Тепловой расчёт трубчатого реактора.
Температура на входе в реактор – 1350С;

Температура на выходе из реактора – 1800С;

Давление насыщенного водяного пара – 600 000 Па.

Зная коэффициенты уравнения С0р = f(Т) для компонентов газовой смеси:
Компонент
a

b*103

c*106

CH4

14,32

74,66

-17,43

C6H6

-21,09

400,12

-169,87

C6H12

-51,71

598,77

-230,00

H2

27,28

3,26

0,50

N2

27,88

4,27



Найдём средние объёмные теплоёмкости газовой смеси:

Компо-нент


Т=135+273=408 К
Т=180+273=453 К


j
i
,%

Ci
, Дж/ /(моль*К)

Ci
j
i
, кДж/ /(м3*К)

j
i
,%

Ci
, Дж/ /(моль*К)

Ci
j
i
, кДж/ /(м3*К)

C6H6

11


113,88


0,559232


1,2


125,31


0,0671304


C6H12

0,76


154,3


0,052352


15,7


172,33


1,2078487


H2

60,6


28,91


0,782119


43,3


29,00


0,5605804


N2

27,5


29,62


0,363638


39,6


29,81


0,5269982


CH4

0,14


41,88


0,002618


0,2


44,56


0,0039786


å

100


-

1,759959


100


-

2,3665362




        

Тепловой поток газовой смеси на входе в реактор:

F1= [12133,3/(2*3600)]*1,76*135 = 400,4 кВт

Теплота реакции гидрирования по условиям задачи – 2560 кДж/кг бензола,

Тогда в пересчёте на 1 моль бензола (молекулярная масса бензола – 78):

q= 199,68 кДж/моль

F2= [(5000-348)/(2*3600*84)]* 199,68*1000 = 1535,9 кВт

где 5000 и 348 – количество циклогексана на выходе и входе, кг/ч.

Тепловой поток газовой смеси на выходе из реактора:

F3= [8441,9/(2*3600)]*2,3665*180 = 499,44 кВт

         Теплопотери в окружающую среду составляют 5% от общего прихода тепла:

Fпот= (400,4 + 1535,9)*0,05 = 96,8 кВт
    продолжение
--PAGE_BREAK--