Материал: Еvdokimova10

Принимаем производительность реактора П = 300000 т/г = 36764,7 кг/ч сырья, состав которого приводится в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Состав сырья

Для подавления реакций полимеризации олефинов создают в реакторе избыток (мольный) изобутана, составляющий 6-10:1 на олефины [2]. Чрезмерное повышение этого соотношения увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты, поэтому поддерживать его выше 10:1 нерентабельно.

Примем отношение изобутан:олефин равным 9:1. Тогда количество изобутана, которое необходимо подать в реактор

где Go — количество олефина (бутилена) в исходном сырье, кг/ч; Ми, Мо — молекулярная масса соответственно изобутана и олефина.

Получим

Оптимальное объемное соотношение кислоты и углеводородов в реакционной зоне составляет от 1:1 до 2:1. Произведение соотношения кислота:углеводороды на время пребывания углеводородов в реакторе определяет истинную продолжительность реакции [4].

На основе промышленных данных [5] примем для первой секции реактора отношение объемов подаваемых в нее кислоты и углеводородов α= 1,2. Как будет показано в расчете, это отношение от секции к секции будет увеличиваться.

6

В процессе алкилирования применяется 97%-ная серная кислота, которая отрабатывается до 90%-ной концентрации, считая на моногидрат — H2SО4. В таблице 1.4 приведено принятое в расчете снижение концентрации кислоты по секциям реактора.

Таблица 1.4 – Снижение концентрации кислоты по секциям реактора

Алкилирование осуществляется при низкой температуре. Пределы температуры сернокислотного алкилирования от 273 до 283 К [6]. Примем температуру реакции Т = 278 К. Будем считать, что углеводороды и кислота загружаются в реактор также при температуре Т = 278 К.

В дальнейшем при расчете всех секций реактора будем полагать, что:

-пропилен, пропан, н-бутан и пентан, находящиеся в сырье, в реакцию не вступают, поэтому их количества в процессе остаются неизменными;

-вся масса олефинов вступает в реакцию алкилиропания, образуя соответствующее количество алкилата.

1.2 Расчет горизонтального реактора алкилирования 1.2.1 Расчет первой секции

Материальный баланс. Согласно схеме работы реактора (рисунок 1.1), во все пять секций исходное сырье поступает параллельными и равными потоками. Поэтому в первую секцию подается всего изобутана:

Состав загрузки первой секции реактора представлен в таблице 1.5.

7

Таблица 1.5 – Состав загрузки первой секции

Так как плотность серной кислоты зависит от концентрации, то в дальнейшем при определении ее объема следует пользоваться графиком (рисунок 1.2) [7] и таблицей 1.3.

Рисунок 1.2 – График для определения плотности кислоты

Определим состав углеводородной массы, выходящей из первой секции. Согласно уравнению основной реакции алкилирования

eci N4 I 10 N4 I 8 N8 I 18 ,

в нее вступает 36,76 кмоль/ч олефина и такое же число кмоль/ч свежего

В таблице 1.6 приведен состав углеводородов, покидающих первую сек-

цию.

Таблица1.6 – Состав углеводородов, покидающих первую секцию

Тепловая нагрузка первой секции. Все внешние и внутренние материальные потоки реактора, по ранее принятому условию, имеют температуру Т = 278 К, поэтому тепловую нагрузку секции, без ущерба для точности расчета, принимаем равной теплу, которое выделяется в процессе алкилирования. Тепло основной реакции алкилирования по литературным данным [3] составляет 75—85% тепловой нагрузки секции. Приняв, что тепло основной реакции алкилирования составляет 80% тепловой нагрузки секции Q1, получим

где Gал1 = 4190,9 кг/ч — количество алкилата, получаемого в первой секции (таблица 1.6);

qp = 1050 кДж/кг алкилата — теплота основной реакции алкилирования [3];

Давление в первой секции. Давление при температуре реакции Т = 278 К рассчитаем по уравнению изотермы жидкой фазы [9]:

где Pi — давление насыщенных паров чистых углеводородов при Т = 278 К, определяется по диаграмме Кокса или таблицам [8]; х/i—мольные доли углеводородных компонентов (таблица 1.6); Рк — давление насыщенного пара серной кислоты (при Т = 278 К принимается равным нулю, так как температура ее кипения при нормальном давлении значительно выше 573 К).

9

π 658 0,0007 540 0,0018 180 0,939 122 0,0266 30,2 0,0008

0,55 0,0243 174 103 Ia.

Во всех остальных секциях принимается такое же давление.

Количество углеводородов, испаряющихся в первой секции.

Пары, уходящие из секции, находятся в равновесии с испаряющейся жидкостью. Их состав может быть определен по каждому компоненту из уравнения равновесия фаз, в котором все величины правой части известны [3]:

π

y/ C3H6 658000 0,0007 0,0026; 174000

y/ C3H8 540000 0,0018 0,0056; 174000

y/ eci C4H10 180000 0,939 0,97; 174000

y/ i C4H10 122000 0,0266 0,0187 ; 174000

y/ C5H12 30200 0,0008 0,000139; 174000

y/ ae 550 0,0243 0,000077. 174000

Проводим проверку:

i

y/ i 0,0026 0,0056 0,97 0,0187 0,000139 0,000077 1

1

По найденным концентрациям компонентов в парах и теплотам испарения чистых компонентов при Т = 278 К [9] находим по правилу аддитивности теплоту испарения r/m смеси паров. Весь расчет сведен в таблицу 1.7.

Таблица 1.7 – Расчет теплоты испарения

Зная теплоту испарения смеси r/m и тепловую нагрузку секции Q1, определим количество паров углеводородов, образующихся в первой секции:

10