^{Материальный} расчет получения стирола их этилбензола
Исходные данные:

1) годовая производительность установки по стиролу-ректификату – 150000 т;

2) годовой фонд рабочего времени – 8000 ч;

3) массовая доля стирола в стироле-ректификате 99,75%;

4) состав свежего этилбензола (ω_i, %): этилбензол – 99,965, бензол – 0,035;

5) состав возвратного (циркуляционного) этилбензола (ω_i, %): этилбензол – 94; стирол – 2,70; толуол – 3,30;

6) потери на стадии ректификации, %: стирола 1,5; этилбензола 0,1;

7) суммарная степень конверсии этилбензола 0,6;

8) селективность по бензолу 0,9;

9) массовое отношение этилбензола в стирол на первой ступени дегидрирования (уточняется при тепловом расчете) 0.31.

Последовательность расчета:

a) определить расход этилбензола на процесс, состав свежего и возвратного (циркуляционного) этилбензола;

б) рассчитать расход водяного пара в испаритель и в узел смешения;

в) определить изменение состава парогазовой смеси на первой и второй ступенях катализа, состав газа после первой ступени и на выходе их реактора дегидрирования.

Часовая производительность установки:

по стиролу ректификату:



по 100%-му стиролу:



С учетом потерь на стадии ректификации в реакторе дегидрирования необходимо получить стирола:



С целью упрощения расчета принимают, что в процессе дегидрирования этилбензола протекают следующие реакции:

С₆Н₅СН₂СН₃ = С₆Н₅СНСН₂ + Н₂ (1),

С₆Н₅СНСН₂ + Н₂ = С₆Н₅СН₃ + СН₄ (2),

С₆Н₅СН₂СН₃ = С₆Н₆ + С₂Н₄ (3),

2С₆Н₅СН₂СН₃ = С₆Н₅СНСНС₆Н₅ + 2СН₄ (4).

По основной реакции расходуется этилбензола:

182,6 кмоль/ч или кг/ч.

По всем реакциям расходуется этилбензола:

---

Необходимо подать этилбензола с учетом его степени конверсии:



С учетом потерь на стадии ректификации в реактор дегидрирования подают этилбензола:



Потери этилбензола на стадии ректификации:



Остается непревращенного этилбензола в контактном газе:



В реактор дегидрирования поступает:

свежего этилбензола:



возвратного этилбензола:



Рассчитываем состав свежего этилбензола (поток 1):

Таблица 1 - Компонентный состав свежего этилбензола

компонент	ωi, %	mi, кг/ч	ni, кмоль/ч	xi, %
Этилбензол	99,965	21542,38	203,230	99,953
Бензол	0,035	7,542	0,097	0,047
Сумма	100	21549,922	203,327	100

Рассчитываем состав возвратного этилбензола (поток 2):

Таблица 2 - Компонентный состав возвратного этилбензола

компонент	ωi, %	mi, кг/ч	ni, кмоль/ч	xi, %
Этилбензол	94	14337,56	135,26	93,48
стирол	2,70	411,82	3,96	2,74
толуол	3,3	503,34	5,47	3,78
сумма	100	15252,72	144,69	100

---

Для снижения температуры кипения в жидкую этилбензольную фракцию в испарителе добавляют водяной пар. Массовую долю водяного пара в образующейся парогазовой смеси находят по формуле:



где - парциальные давления паров воды и этилбензолной фракции при температуре кипения; - молярные массы воды и этилбензольной фракции.

Так как этилбензольная фракция состоит в основном из этилбензола, молярную массу фракции принимают равной молярной массе этилбензола.

Парциальное давление паров воды при температуре кипения 155 °С составляет 0,5579 МПа парциальное давление этилбензольной фракции при общем давлении в испарителе 1,20 МПа:





Общее количество подаваемого в реактор этилбензола:



Расход водяного пара в испаритель (поток 3):



Рассчитывают по суммарному содержанию компонентов в потоках состав парогазовой смеси после испарителя (поток 4):

Таблица 3 - Состав парогазовой смеси после испарителя

компонент	ωi, %	mi, кг/ч	ni, кмоль/ч	xi, %
Этилбензол	84,96	35879,94	338,49	52,09
стирол	0,98	411,82	3,96	0,61
толуол	1,19	503,34	5,47	0,84
Бензол	0,02	7,542	0,10	0,01
Вода	12,86	5431,28	301,74	46,44
Сумма	100	42233,93	649,76	100

---

В сырьевой поток на входе в реактор дегидрирования вводят водяной пар для снижения парциального давления этилбензола, повышения его степени конверсии и подавления побочных реакций. Расход водяного пара определяют из уравнения теплового баланса узла смешения:



где  и  - массовый расход газовой смеси и поступающего водяного пара, кг/ч; и - энтальпия газовой смеси и водяного пара до смешения, кДж/кг; и -энтальпия газовой смеси и водяного пара после смешения, кДж/кг.

Принимают следующие значения температуры, °С: парогазовой смеси после перегревателя -550; водяного пара, поступающего из промежуточного теплообменника - 655; парогазовой смеси на входе в реактор - 610.

Расчет средней энтальпии парогазовой смеси представлен в таблице 4.

Таблица 4 - Расчет средней энтальпии парогазовой смеси

		Т=550+273=823К		Т=610+273=883К
компонент	ωi, %	hi', кДж/кг	(ωi*hi')/100, кДж/кг	hi", кДж/кг	(ωi*hi")/100, кДж/кг
Этилбензол	84,96	1294,2	1099,49	1458	1238,65
стирол	0,98	1223,2	11,93	1375,8	13,42
толуол	1,19	1224,3	14,59	1381,2	16,46
Бензол	0,02	1211,7	0,22	1363,3	0,24
Вода	12,86	3594,6	462,27	3725,8	479,14
Сумма	100,00		1588,49		1747,91

---

Предварительно определяют парциальное давление паров воды в парогазовой смеси:



где 0,45 - давление парогазовой смеси, МПа; 0,4644 - молярная доля паров воды в смеси.

Энтальпия водяного пара (р=0,9 МПа): до смешения (Т=655 °С):

h_п' = 3821,0 КДж/кг; после смешения (Т=610°С): h_п" = З720,4 кДж/кг.

Определяют расход водяного пара в узел смешения (поток 5):





Количество водяного пара на входе в реактор дегидрирования:



Массовое отношение водяной пар : этилбензол:



что соответствует оптимальному технологическому режиму.

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

Таблица 5 - Состав парогазовой смеси на входе в реактор дегидрирования

компонент	ωi, %	mi, кг/ч	ni, кмоль/ч	xi, %
Этилбензол	32,87	35879,94	338,49	7,749
стирол	0,38	411,82	3,96	0,091
толуол	0,46	503,34	5,47	0,125
Бензол	0,01	7,542	0,10	0,002
Вода	66,29	72359,03	4019,95	92,033
Сумма	100,00	109161,68	4367,96	100,000

---

Смотрите также файлы

• Контрольная работа по теме Десятичные дроби.doc

• На бланке организации.docx

• измерение длины тела взрослого человека стоя.docx

• Курсовая работа особенности рыночной экономики Китайской Народной Республики Студент 2 курса группы 04. 1116.docx

• Методы и средства проектирования информационных систем и технологий.docx