6. Расчет материального баланса процесса хлорирования этилена
Данные для расчета:
На основании табл. 4.1 [1] определяем выходы продуктов реакции при температуре 255 К:
Рис. 2. Выход продуктов реакции.
На основании рис. 2 данные по выходу продуктов реакции сводим в табл. 1.
Таблица 1.
Выход продуктов реакции при Т=265К
|
Состав продуктов хлорирования, %(масс.) |
|
|
Дихлорэтан |
76,0 |
|
Трихлорэтан |
13,9 |
|
Тетрахлорэтан |
3,2 |
|
Высшие хлориды |
3,2 |
Избыток этилена в % от стехиометрии 10
В дихлорэтане растворяется 50 % хлористого водорода
Давление в системе, МПа 0,89
Производительность установки, т/год дихлорэтана 10000.
Число рабочих дней в году 350
Таблица 2.
Состав хлора и этиленовой фракции
|
Состав хлора, %(об.) |
Состав этиленовой фракции, %(об.) |
|||||
|
Cl2 |
CO2 |
H2 |
N2 |
C2H4 |
C2H6 |
C3H6 |
|
98 |
1,2 |
0,3 |
0,5 |
92,0 |
6,0 |
2,0 |
Часовая производительность установки по дихлорэтану составляет:
.
При этом образуется:
Трихлорэтана ;
Тетрахлорэтана ;
Высших хлоридов ;
При взаимодействии хлора с этиленом протекают следующие реакции:
(1)
(2)
(3)
(4)
Исходя из этих реакций, определяем:
1. Расход этилена на образование ди-, три-, тетрахлорэтана и высших хлоридов:
или
.
С учетом 10 %-ного избытка этилена его расход составит:
1,1·318,1=349,9 м3/ч
или
349,9·1,250=437,4кг/ч.
2. Расход этиленовой фракции (с учетом 10 %-ного избытка этилена):
.
3. Расход хлора:
или
.
4. Расход технического хлора:
.
5. Количество образующегося хлористого водорода:
или
.
6. Количество отходящих газов:
|
Газы |
Объем, м3/ч |
Состав %(об.) |
Количество, кг/ч |
|
Этилен |
380,3·0,92-318,1=31,8 |
30,77 |
(31,8:22,4)·28=39,8 |
|
Этан |
380,3·0,06=22,8 |
22,08 |
(22,8:22,4)·30=30,6 |
|
Пропилен |
380,3·0,02=7,6 |
7,36 |
(7,6:22,4)·42=14,3 |
|
Двуокись углерода |
392,5·0,012=4,7 |
4,56 |
(4,7:22,4)·44=9,3 |
|
Азот |
392,5∙0,005=2,0 |
1,91 |
(2,0:22,4)·28=2,5 |
|
Водород |
392,5∙0,003=1,2 |
1,14 |
(1,2:22,4)·2=0,1 |
|
Хлористый водород |
66,5·0,5=33,3 |
32,18 |
(33,3:22,4)·36,5=54,2 |
|
ИТОГО: |
103,3 |
100,00 |
150,6 |
Отходящие газы насыщены парами дихлорэтана, количество которых можно рассчитать по формуле [2]:
,
где - количество паров дихлорэтана, уносимых газами, кг/ч;
Gг – количество газов, пропускаемых через дихлорэтан, кг/ч;
φ – коэффициент насыщения (в данном случае φ=1 [2]);
р – давление пара над жидкостью (при Т=265 К р=0,0021 МПа рис. XIV [4]);
Мж – молекулярная масса дихлорэтана;
Мг – средняя молекулярная масса газовой смеси;
Р – общее давление в системе, МПа.
Находим среднюю молекулярную массу газовой смеси:
Мг=0,3077·28+0,2208·30+0,0736·42+0,0456·44+0,0191∙28+0,0114∙2+0,2487·36,5=32,64.
Унос паров дихлорэтана составит:
.
Из реактора отводится жидкий дихлорэтан, количество которого составляет:
1190,5-1,1=1189,4 кг/ч.
Массовый расход сырья:
Масса газа при нормальных условиях равна его молярной массе, поделенной на объем, занимаемый одним молем, т.е. , где - плотность газа при нормальных условиях.
Этиленовая фракция:
;
;
;
Технический хлор:
;
;
;
Массовый расход сырья составит:
Этиленовая фракция:
;
;
;
Хлор технический:
;
;
.
Материальный баланс производства дихлорэтана сводим в таблицу 3:
Таблица 3
Материальный баланс производства дихлорэтана
|
№ п/п |
Приход |
кг/ч |
№ п/п |
Расход |
кг/ч |
|
1 |
Этиленовая фракция |
482,3 |
1 |
Дихлорэтан-сырец |
1561,5 |
|
|
в том числе: |
|
|
в том числе: |
|
|
|
Этилен |
437,4 |
|
дихлорэтан |
1189,4 |
|
|
Этан |
30,6 |
|
трихлорэтан |
217,7 |
|
|
Пропилен |
14,3 |
|
тетрахлорэтан |
50,1 |
|
|
|
|
|
высшие хлориды |
50,1 |
|
2 |
Хлор технический газообраный |
1231,0 |
|
хлористый водород |
54,2 |
|
|
в том числе: |
|
2 |
Отходящие газы |
150,6 |
|
|
хлор |
1219,1 |
|
в том числе: |
|
|
|
двуокись углерода |
9,3 |
|
этилен |
39,8 |
|
|
водород |
0,1 |
|
этан |
30,6 |
|
|
азот |
2,5 |
|
пропилен |
14,3 |
|
|
|
|
|
двуокись углерода |
9,3 |
|
|
|
|
|
хлористый водород |
54,2 |
|
|
|
|
|
дихлорэтан |
1,1 |
|
|
|
|
|
водород |
0,1 |
|
|
|
|
|
азот |
2,5 |
|
|
ИТОГО: |
1713,3 |
|
ИТОГО: |
1712,1 |
Расхождение баланса составляет:
, что вполне допустимо.
Конверсия исходного сырья.
Основным реагентом в сырье является этилен, поэтому конверсию рассчитываем по этилену, как отношение количества израсходованного этилена (Gн-Gк), где Gк – количество непрореагировавшего этилена, к общему его количеству в начале процесса Gн:
Селективность находим как отношение готового продукта Gп к прореагировавшему сырью Gc
Выход целевого продукта.
Если количество целевого (товарного) продукта Gп, то выход продукта Ф в расчете на сырье Gз составит
ЛИТЕРАТУРА
1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. – М.: «Высшая школа», 1990. – 512 с.
2. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. – М. Химия, 1988. – 592 с.
3. Общая химическая технология: Учеб. для химико-техн. спец. вузов. В 2-х т./под ред. проф. И.П.Мухленова. – М.: Высш. шк., 1984. – 263 с.
4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.
5. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях. Ч. I. Углеводородное сырье и продукты его окисления. М.: «Химия», 1973. – 448 с.
Страницы: 1, 2
