Расчет материального баланса установки
Производительность установки с учетом потерь
Рассчитываем часовую производительность установки
С учетом состава технического ДХЭ
В реакторе протекают следующие реакции: 1. Образование 1,2 – дихлорэтана.
С2Н4 + 2Cl2 C2H4Cl2
2. Образование 1,1,2 – трихлорэтана
С2Н4 + Cl2 C2H3Cl3 + HCl
3. Образование винилхлорида
С2H4 + Cl2 C2H3Cl + HCl 4. Образование хлористого этила
C2H4 + HCl C2H5Cl
При этом образуется: ДХЭ – 15565 • 0,98 = 15254 кг/ч ТХЭ – 15565 • 0,02 = 311,3 кг/ч ВХ – 15565 • 0,1/100 = 15,56 кг/ч ХЭ – 15565 • 0,1/100 = 15,56 кг/ч Определение количества хлора и этилена, идущих на образование ДХЭ – сырца. На образование ДХЭ (100%-ого):
X1 X2 15254 CH2=CH2 + Cl2 C2H4Cl2 28 71 99 М (С2Н4) = 28 кг/кмоль М (Сl2) = 71 кг/кмоль М (С2Н4Cl2) = 99 кг/кмоль X1 (C2H4) = 28•15254/99 = 4402,2 кг/ч Х2 (Сl2) = 71•15254/99 = 10939,7 кг/ч
На образование ТХЭ:
Х1 Х2 311,3 Х3 С2Н4 + 2Cl2 С2Н3Cl3 + НCl 28 142 133,5 36,5 M(HCl) = 36,5 кг/кмоль М(С2H3Cl3) = 133,5 кг/кмоль Х1 (С2Н4) = 28•∙311,3/133,5 = 65,3 кг/кмоль Х2 (Cl2) = 142•311,3/133,5 = 331,2 кг/кмоль Х3(НCl) = 65,3•36,5/28 = 85,1 кг/ч
На образование ВХ:
Х1 X2 15,56 X3 С2H4 + Сl2 C2H3Cl + HCl 28 71 62,5 36,5 M(C2H3Cl) = 62,5 кг/кмоль Х1(C2H4) = 28•15,56/62,5 = 6,97 кг/ч Х2 (Сl2) = 71•15,56/62,5 = 17,27 кг/ч Х3(НCl) = 6,97•36,5/28 = 9,1 кг/ч
На образование ХЭ:
Х1 X3 15,56 С2Н4 + НCl C2H5Сl 28 36,5 64,5 M(C2H5Cl) = 64,5 кг/кмоль Х1(С2Н4) =28•15,56/64,5 = 6,7 кг/ч
В данном случае идет утилизация хлористого водорода, образовавшегося в предыдущих реакциях. Х3 (HCl) = 15,56•36,5/64,5=8,8 кг/ч Определяем суммарное количество образовавшегося хлористого водорода: На реакцию образования этилхлорида расходуется хлористого водорода – 10,1 кг/ч. остальное количество 94,2 – 8,8 = 85,4 кг/ч растворяется в дихлорэтане сырце. Общий расход этилена. Расход технического этилена. Состав технического этилена, % об.: Этилен (С2Н4) – 99,9 Метан (СН4) – 0,048 Этан (С2Н6) – 0,048 Пропилен (С3Н6) – 0,005 Плотность при нормальных условиях [5]
где М – молекулярная масса газа, кг/кмоль – плотность газа при н.у., кг/м3 22,4 м3 – объем, занимаемый 1 кмоль газа. (С2Н4) = 28/22,4 = 1,250 кг/м3 (СН4) = 16/22,4 = 0,714 кг/м3 (С2Н6) = 30/22,4 = 1,339 кг/м3 (С3Н6) = 42/22,4 = 1,875 кг/м3 (С2Н2) = 26/22,4 = 1,161 кг/м3
Объем при нормальных условиях [5]
где – объем, занимаемый газом при н.у., м3 m–масса газа, кг - плотность газа при н.у., кг/м3 Объемный расход чистого 100%-ого этилена для получения дихлорэтана.
Общий объемный расход этиленовой фракции составит:
Расход остальных газов: Пропилен или Метан или Этан или Общий массовый расход технического этилена составит: Состав этилена в массовых процентах :
[5]
Этилен Пропилен Метан Этан Общий расход хлора
G = 11288,6 кг/ч – расход чистого 100%-ого хлора пошедшего на реакцию получения 1,2 – дихлорэтана и побочные реакции. Определим состав технического хлора в массовых процентах. Определим плотность газов, входящих в состав технического хлора. (Cl2) = 71/22,4 = 3,17 кг/м3 (Н2O) = 18/22,4 = 0,8 кг/м3 (O2) = 32/22,4 = 1,43 кг/м3
Объемный расход чистого 100%-ого хлора составит:
Объемный расход технического хлора:
Остальные компоненты: Вода или Кислород или
Массовый расход технического хлора.
(вода)
где – массовый расход технического хлора mi (хлор) – массовый расход 100%-ого (чистого) хлора mi (кислород) – массовый расход 100%-ого (чистого) кислорода mi (вода) – массовый расход 100%-ого (чистого) водяного пара Определим состав технического хлора в массовых процентах.
[5]
хлор вода кислород
Таблица 5.1. Материальный баланс стадии прямого хлорирование этилена
Таблица 5.2. Материальный баланс реактора прямого хлорирование этилена
Тепловой баланс Уравнение теплового баланса в общем виде: Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6 + Q пот., [6]
где Q1, Q2, Q3, Q4 – тепловые потоки технического этилена, технического хлора азота и продуктов реакции соответственно, кВт; Q5 – теплота экзотермических реакций; Q6 – теплота, отводимая кипящим конденсатом, кВт; Q пот. – теплопотери в окружающую среду, кВт
Исходные данные: Материальные потоки (из таблицы материального баланса реактора) Технический этилен: Технический хлор: Продукты реакции (ДХЭ – сырец): Остальные: Для расчета тепловых расчетов технического хлора, технического этилена, продуктов реакции рассчитаем средние молярные теплоемкости:
[6]
технического хлора при температуре: Т1=25+273=298К технического этилена при температуре: Т2=25+273=298К продуктов реакции при температуре: Т3=55+273=328К остальных при температуре: Т4=55+273=328К
Средние молярные теплоемкости
Тепловые потоки: Технического этилена
[6]
где GM – материальный поток, кмоль/с t – температура, 0С – средняя молярная теплоемкость, Дж/(моль·К) Технического этилена: Q1=0,04·43,56·25 = 43,56 кВт Технического хлора: Q2=0,04·33,88·25 = 33,88 кВт Продукты реакции +остальные: Q3=(0,043+0,002)·79,8·55 = 197,5 кВт Рассчитаем теплоты реакции. Теплоты образования веществ (кДж/моль)
С2Н4 52,28 [5] Cl2 0 HCl -92,31 C2H4Cl2 -130,02 C2H3Cl3 -138,49 C2H3Cl 31,37 C2H5Cl -105,0
[5]
где - теплота химической реакции - теплота продуктов реакции - теплота исходных веществ
1. С2Н4+Сl2→C2H4Cl2 = -130,02 – (0+52,28) = -182,3 кДж/моль 2. С2Н4+2Сl2→C2H3Cl3+НCl = -138,49+(-92,31) – 52,28 = -283,08 кДж/моль 3. С2Н4+Сl2→C2H3Cl+НCl = 31,37+(-92,31) – 52,28= -113,22 кДж/моль 4. С2Н4+НСl→C2H5Cl = -105,0 – (-92,31+52,28) = -64,97 кДж/моль
Теплота экзотермических реакций.
Qреак=[1000/3600] (17,89·182,3+2,4·283,08+0,28·113,22·0,27·64,97) = 9109,27 кВт
Общий приход тепла.
Qприх=Qреак+Q1+Q2 [6]
где Qприх – общий приход тепла Q1 – тепловой поток технического этилена Q2 – тепловой поток технического хлора Qприх = 9109,27+43,56+33,88 = 9186,44 кВт Потери тепла в окружающую среду принимаем равными – 5% от общего прихода тепла. Qпотерь= 9186,44·0,05=459,32 кВт Определим количество тепла, отводимое из реактора дихлорэтаном.
Qсжим = Qприх – Qпотерь - Qпрод.реак Qсжим = 9186,44 – 459,32 – 197,5 = 8529,62 кВт
Данные расчета теплового баланса заносим в таблицу.
Таблица 6.2. Тепловой баланс реактора прямого хлорирования этилена
На основании теплового расчета определяем количество дихлорэтана, циркулирующее в холодильнике.
Формула: [6]
где G – количество дихлорэтана – сырца, кг/ч Q – тепло, снимаемое в выносном холодильнике, кВт С– теплоемкость ДХЭ – сырца, кДж/кг∙К tн, tк – начальная и конечная температура ДХЭ – сырца.
Популярное: Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (343)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |