Спроектировать контактный аппарат для гидрирования бензола в циклогексан
Рефераты >> Химия >> Спроектировать контактный аппарат для гидрирования бензола в циклогексан

Исходные данные:

1.

Производительность

40 000 т/год

2.

Чистота бензола

99,9995%

3.

Состав водородной смеси

H2 – 97%, N2 – 2,6%, CH4 – 0,4%

4.

Чистота циклогексана

99,6%

5.

Время на перезагрузку катализатора

760 ч/год

6.

Производительность узла гидрирования

4 т/час

7.

Степень гидрирования

99,6%

8.

Соотношение газов на входе в реактор

(H2 + N2)/C6H6 = 8

9.

Объёмная скорость газов

0,6 л/(л·кат·час)

10.

Температура ввода газов в реактор

130 – 1400 С

11.

Температура гидрирования

180 – 2000 С

12.

Температура циркуляции газа

400 С

13.

Тепловой эффект гидрирования

2560 кДж/кг бензола

14.

Состав циркуляционного газа

H2 – 50%, N2 – 50%

15.

Давление в системе

18 кгс/см2

16.

Коэффициент растворимости

водорода в реакционной смеси при 350 С

азота в реакционной смеси при 350 С

0,12 нм3/т.атм.

0,25 нм3/т.атм.

Материальный баланс

Принципиальная схема процесса получения циклогексана представлена на рисунке.

Процесс производства циклогексана – непрерывный. Отсюда годовой фонд рабочего времени:

365 * 24 – 760 = 8000 час/год

Часовая производительность по циклогексану с учётом 0,2% потерь:

(40000*1000/8000)*1,002 = 5010 кг/ч

или 5010*22,4/84 = 1336 м3/ч

По уравнению реакции C6H6 + 3H6 « C6H12 расходуется:

бензола: 1336 м3/ч или 4652,1 кг/ч;

водорода: 3*1336 = 4008 м3/ч или 358 кг/ч;

Расход технического бензола:

4652,1*100/99.9995 » 4652,1 кг/ч;

В соответствии с заданным объёмным отношением компонентов [(H2 + N2)/C6H6 = 8; H2 : N2 : C6H6 = 5,5 : 2,5 : 1] в реактор первой ступени подают:

водорода: 5,5*1336 = 7348 м3/ч;

азота: 2,5*1336 = 3340 м3/ч;

остаётся водорода в циркуляционном газе после реактора второй ступени:

7348 – 4008 = 3340 м3/ч

Выходит после реактора азотоводородной смеси:

3340 + 3340 = 6680 м3/ч

Определяем объёмную долю циклогексана в циркуляционном газе с учётом частичной конденсации циклогексана из газовой смеси. Давление насыщенного пара циклогексана при 400 С составляет рп = 24620 Па. При давлении газовой смеси в сепараторе рсм = 18*105 Па объёмная доля циклогексана в циркуляционном газе:

j = (рп / рсм) * 100 = [24620/1800000]*100 » 1,37 %

Пренебрегая для упрощения расчёта растворимостью азота и водорода в циклогексане, находим количество циклогексана в газовой смеси на входе в реактор первой ступени:

6680*1,37/(100 – 1,37) = 92,8 м3/ч или 348 кг/ч

16,5 м3/ч или 11,8 кг/ч

Состав газовой смеси на входе в реактор первой ступени:

 

C6H6

C6H12

H2

N2

CH4

S

Vt , м3/ч

1336

92,8

7348

3340

16,5

12133,3

ji, %

11

0,76

60,6

27,5

0,14

100

mt , кг/ч

4652,1

348

656,1

4175

11,8

9843

wi, %

47,26

3,54

6,67

42,41

0,12

100

Принимаем, что степень конверсии бензола в реакторе первой ступени равна 0,93, следовательно, реагирует:

бензола: 1336 * 0,93 = 1242,5 м3/ч;

водорода: 1242,5 * 3 = 3727,5 м3/ч.

Образуется циклогексана: 1242,5 м3/ч.

Рассчитываем состав газовой смеси на выходе из реактора первой ступени:

Vt , м3/ч ji, %

C6H6 1336-1242,5 = 93,5 1,1

C6H12 92,8 + 1242,5 = 1335,3 15,9

H2 7348 - 3727,5 = 3620,5 43,1

N2 3340 39,7

CH4 16,5 0,2

_

å 8405,8 100,0

С целью уточнения степени конверсии рассчитаем константу равновесия реакции получения циклогексана по формуле:

lgKp = 9590/T-9,9194lgT+0,002285T+8,565

где Т = 273+180 = 453 К.

lgKp = 4,4232, Kp = 26 500

Определяем константу равновесия реакции по значениям парциальных давлений компонентов.


Страница: