Рассчитать и спроектировать узел дегидрирования этилбензола производительностью 50000т стирола в год

     Т.к. этилбензольная фракция состоит  в основном из этилбензола, молярную массу фракции принимают равной массе этилбензола.

     Парциальное давление паров воды при температуре 155°С составляет 0,5579 МПа, парциальное  давление этилбензольной фракции при общем давлении в испарителе 1,2 МПа равно: 1,2-0,5579=0,6421 МПа.

     

     Общее количество подаваемого этилбензола  в реактор:

   

     Расход  водяного пара в испаритель:

     

     Таблица 6.3.

     Состав  парогазовой смеси после испарителя (поток 4)

     Для снижения парциального давления на входе в реактор в сырьевой поток вводят водяной пар. Расход водяного пара:

     

где m_Г и m_П – массовый расход газовой смеси и поступающего водяного пара, кг/ч

h_Г’ и h_П’ – энтальпия газовой смеси и водяного пара до смешения, кДж/ч

h_Г” и h_П” – энтальпия газовой смеси и водяного пара до смешения, кДж/ч

     Температура парогазовой смеси после:

            Перегревателя – 550°С

            Водяного пара из промежуточного теплообменника 655°С

            Парогазовой смеси  на входе в реактор – 610°С

     Таблица 6.4.

     Расчет  средней энтальпии парогазовой  смеси

     Парциальное давление паров воды в парогазовой  смеси:

     

     где 0,45 – давление парогазовой смеси, МПа

         0,4575 – мольная доля паров воды в смеси, (см. поток 4) 

     Энтальпия водяного пара:

     до  смешения (T=655°C): h_П’=3821 кДж/кг

     после смешения (T=610°C): h_П”=3720,4 кДж/кг 

     Расход  водяного пара в узел смешения (поток 5):

     

     

     Количество  водяного пара на входе в реактор:

     

     Отношение водяной пар:этилбензол

       

     Суммируя  содержание компонентов в потоках 4 и 5, определяем состав парогазовой  смеси на входе в реактор дегидрирования (поток 6): 

     Таблица 6.5.

     Состав парогазовой смеси на входе в реактор дегидрирования

     Для упрощения расчета принимаем, что  на первой ступени протекает только основная реакция конверсии этилбензола.

     Расход  этилбензола на первой ступени:

     

     где X₁ = 0,31 – степень конверсии этилбензола в стирол на первой ступени дегидрирования

 

     

     Таблица 6.6.

     Составим  таблицу материального баланса  для целевой реакции:

       

     Таблица 6.7.

     Состав  парогазовой смеси после первой ступени катализа

       

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

     

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

     На  второй ступени дегидрирования по реакции 1 реагирует этилбензола:

       

     Таблица 6.8.

     Материальный  баланс для целевой реакции на второй ступени реактора

     

 

      

     Расход  этилбензола по реакциям 1-4 составляет:

     

     Следовательно по реакциям 2-4 расходуется этилбензола:

     

     По  реакции (2) реагирует 60% этилбензола, что составляет:

     

     По  реакции (3) реагирует 37% этилбензола, что  составляет:

     

     По  реакции (4) реагирует 3% этилбензола, что  составляет:

     

     Образуется  дибензилидена:

       

 

     

     Таблица

     Материальный  баланс для побочных реакций (6.2-6.4)

       

       

 

      

     Этилен  разлагается по реакции:

     

  (6.5.)

     Степень разложения этилена 0,95

     

     Остаток этилена в контактом газе:

     

     Образовавшийся  углерод конвертируют водяным паром  по реакции:

     

  (6.6.)

     Расходуется водяного пара:

     

 

     

     Таблица

     Материальный  баланс для побочных реакций (6.5-6.6)

       

     

 

     

     Метан конвертируют водяным паром по реакции:

     

  (6.7.)

     При степени конверсии метана 0,8 расходуется:

     метана:

     

       
 

 

     

     Оксид углерода конвертируется водяным паром  по реакции:

     

  (6.8.)

     При степени конверсии оксида углерода 0,99 расходуется:

     оксида  углерода:

     

       

 

     

     Рассчитываем  состав контактного газа на выходе из реактора дегидрирования:

 
 
 
 

       
 
 

 

     

     7. Тепловой расчет 

     Исходные  данные:

     В реактор дегидрирования подают:

       или 

     Температура парогазовой смеси, °С:

• на входе в реактор 610°С
• после первой ступени 530-540°С
• на входе во вторую ступень 610°С
• на выходе из реактора 570-590°С

 

     7.1. Тепловой расчет первой ступени  катализа 

     Уравнение теплового баланса: