Производство стирола из этилбензола

 

     Массовая  доля стирола в контактном газе (в  расчете на органические соединения):

11241,4*100,00/(23796+11241,4+1056,8+8,27) = 31,14 %,

что соответствует  нормам оптимально технологического режима (30 - 32 %).

     На  второй ступени дегидрирования по реакции 1 реагирует этилбензола:

218,201-103 = 115,201 или 12211 кг/ч;

Образуется:

     Стирола: 115,201 кмоль/ч или 14941 кг/ч;

     Водорода: 115,201 кмоль/ч или 230 кг/ч.

Количество стирола  на выходе из реактора дегидрирования:

108,09+115,201 = 223,291 кмоль/ч или 23222 кг/ч.

Расход этилбензола  по реакциям 1-4 составляет 222,654 кмоль/ч, следовательно, по реакциям 2-4 расходуется  этилбензола:

222,654-218,201 = 4,453 кмоль/ч или 472 кг/ч.

По реакции 2 реагирует 60%этилбензола, что составляет:

     4,453*0,6 = 2,672 кмоль/ч или 283 кг/ч;

     расходуется водорода: 2,672 кмоль/ч или 5 кг/ч;

 Образуется:

     толуола: 2,672 кмоль/ч или 246 кг/ч;

     метана: 2,672 кмоль/ч или 43 кг/ч.

Всего содержится толуола в контактном газе:

2,672+11,4487 = 14,159 кмоль/ч или 1303 кг/ч.

По реакции 3 реагирует 37% этилбензола, что составляет:

4,453*0,37 = 1,648 кмоль/ч или 175 кг/ч;

Образуется:

     Бензола: 1,648 кмоль/ч или 129 кг/ч;

     Этилена: 1,648 кмоль/ч или 46 кг/ч.

Всего содержится бензола в контактном газе:

1,648+0,106 = 1,754 кмоль/ч или 137 кг/ч.

По реакции 4 реагирует 3% этилбензола, что составляет:

4,453*0,03 = 0,134 кмоль/ч или 14 кг/ч.

Образуется:

     Дибензилидена:   0,134/2 = 0,067 кмоль/ч или 12 кг/ч;

     Метана: 0,134 кмоль/ч или 2 кг/ч.

Образовавшийся  при дегидрировании этилен разлагается  по реакции:

С₂Н₄ СН₄+ С                                                 (2.18)

При степени  разложения этилена 0,95 его расход составит:

1,648*0,95 = 1,5656 кмоль/ч или 44кг/ч.

Остается этилена  в контактном газе:

1,648-1,5656 = 0,0824 кмоль/ч или 2 кг/ч

Образуется:

     Метана: 1,5656 кмоль/ч или 25 кг/ч;

     Углерода: 1,5656 кмоль/ч или 19 кг/ч.

Образовавшийся  углерод конвертируют водяным паром по реакции:

С + Н₂О СО + Н₂                                             (2.19)

Расходуется водяного пара: 1,5656 кмоль/ч или 28 кг/ч;

Образуется:

     Оксида  углерода: 1,5656 кмоль/ч или 44 кг/ч;

     Водорода: 1,5656 кмоль/ч или 3 кг/ч.

Всего образуется метана по реакциям 2,4,5:

2,672+0,134+1,5656 = 4,372 кмоль/ч или 70 кг/ч.

Метан конвертируют водяным паром по реакции:

СН₄+ Н₂О СО + 3Н₂                                                                      (2.20)

При степени конверсии метана 0,8 расходуется:

     Метана: 4,372*0,8 = 3,498 кмоль/ч или 56 кг/ч;

     Водяного  пара: 3,498 кмоль/ч или 63 кг/ч;

Образуется:

     Оксида  углерода: 3,498 кмоль/ч или 98 кг/ч;

     Водорода: 3*3,498 = 10,494 кмоль/ч или 21 кг/ч.

Остается метана в контактном газе:

4,372-3,498 = 0,874 кмоль/ч или 14 кг/ч.

Всего образуется оксида углерода по реакциям 6 и 7:

1,5656+3,498 = 5,064 кмоль/ч или 296 кг/ч.

Оксид углерода конвертируют водяным паром по реакции

СО +  Н₂О СО₂ + Н₂                                                                         (2.21)

При степени  конверсии оксида углерода 0,99 расходуется:

     Оксида  углерода: 5,064*0,99 = 5,013 кмоль/ч или 140 кг/ч;

     Водяного  папа: 5,013 кмоль/ч или 90кг/ч;

Образуется:

     Диоксида  углерода: 5,013 кмоль/ч или 221 кг/ч;

     Водорода: 5,013 кмоль/ч или 10 кг/ч.

Остается оксида углерода в контактном газе:

5,064-5,013 = 0,051 кмоль/ч или 1,43 кг/ч.

Общий расход водяного пара по реакциям 6-8:

1,5656+3,498+5,013 = 10,08 кмоль/ч или 181 кг/ч.

Остается водяного пара в контактном газе:

4018,07-10,08 = 4007,99 кмоль/ч или 72144 кг/ч.

Образуется водорода по реакциям 1,6-8:

115,201+1,5656+10,494+5,013 = 132,274 кмоль/ч или 230+3+21+10 = 264 кг/ч.

Расходуется водорода по реакции 2:

2,672 кмоль/ч  или 5 кг/ч.

Остается водорода в контактном газе:

108,09+132,274-2,672 = 237,692 кмоль/ч или 206+264-5 = 465 кг/ч.

     Рассчитывают  состав контактного газа на выходе из реактора дегидрирования (поток 7): 

Таблица 2.7. Состав контактного газа на выходе из реактора дегидрирования

 
 

2.3.2. Расчет основных  расходных коэффициентов

     Для получения 22727 кг/ч стирола-ректификата  расходуется по реакциям 1-4 23601 кг/ч  этилбензола.

     Расходный коэффициент по этилбензолу:

23601/22727 = 1,038 кг/кг.

Дополнительно образуется (кг на 1 т стирола-ректификата):

     Толуола: 246/22727 = 0,0108;

     Бензола: 129/22727 = 0,0056. 

2.3.3. Тепловой расчет 

Исходные данные:

     В реактор дегидрирования попадают 109175/(3600*2) = 15,163 кг/с парогазовой смеси;

     Состав  потоков 6,7 и потока на выходе их реактора п.2.3.1. Материальный расчет;

     Температура парогазовой смеси, °С: на входе в реактор – 610; на выходе из первой ступени (уточняется расчетом) – 530-540; на входе во вторую ступень реактора – 610; на выходе из реактора (уточняется расчетом) – 570-590;

Температура водяного пара на выходе из промежуточного теплообменника 655°С. 

2.3.4. Тепловой расчет первой ступени 

     Цель  расчета – определение температуры  парогазовой смеси на выходе из первой ступени катализа.

     Уравнение теплового баланса в общем  виде:

Ф₁ = Ф₂ +Ф₃+ Ф_пот                                                                    (2.22)

где Ф₁, Ф₃ – тепловые потоки парогазовой смеси на входе в реактор и выходе из первой ступени катализа соответственно, кВт; Ф₂ – теплота, расходуемая на осуществление химических реакций, кВт; Ф_пот – теплопотери в окружающую среду, кВт.

     Тепловой  поток парогазовой смеси на входе  в реактор рассчитывают, используя  определенные ранее значения средней  энтальпии парогазовой смеси и энтальпии водяного пара после смешения:

Ф₁ = [42285,36/(2*3600)]*1746,3+[66887,4/(2*3600)]*3720,4 = 44813,3 кВт.

     Для расчета Ф₂ определяют теплоту реакции дегидрирования (реакция 1); значение энтальпий образования H ⁰₂₉₈ [1] с.265 табл.3:

H ⁰₂₉₈ = 147,36-29,79 = 117,57 кДж/моль;

Ф₂ = (103,01/(2*3600))*117,57*10³ = 1682,07 кВт,

где 103,01 – расход этилбензола на первой ступени катализа, кмоль/ч.

     Для определения температуры парогазовой  смеси на выходе из первой  

Таблица 2.8. Температура  парогазовой смеси на выходе из первой ступени катализа

     ступени катализа, используя данные о составе  смеси, рассчитывают средние энтальпии  парогазовой смеси при температурах 530 и 540°С.

 

     Значения энтальпий органических соединений и перегретого водяного пара находят по справочнику, предварительно рассчитывают парциальное давление водяного пара (молярную дою водяного пара):

pH₂0 = pхH₂0 = 0,4*0,8999 = 0,35 МПа.

     Принимают, что теплопотери в окружающую среду составляют 1,5 % от общего прихода  теплоты: