Установка сернокислотного алкилирования с использованием реактора каскадного типа

• Название: Установка сернокислотного алкилирования с использованием реактора каскадного типа
• Дата: 07.12.2021
• Размер: 0.76 Mb.
• Имя файла: 000dfc2b-d26fb81c (3).doc
• Тип: Диплом; #294905
• страница: 6 из 9

Исходя из исходных данных определим количество циркулирующего изобутана и состав сырья:
_изо-С₄Н₁₀=10 (4796,3+1,216) =49688,5586 кг/ч (1)

принимаем _изо-С₄Н₁₀=49688,6 кг/ч
Таблица – 4 Состав сырья, подаваемого в реактор, с учетом циркулирующего изобутана

Показатели	Компоненты						Сумма
	С3Н6	С3Н8	С4Н8	изо-С4Н10	н-С4Н10	С5Н12
Количество кг/ч	63,098	668,014	4797,516	49688,6	742,297	226,7	56186,225
Масса %	0,112302	1,188928	8,538598	88,43556	1,321137	0,40348	100

Алкилирование осуществляется в реакторе, реакционная зона которого состоит из пяти (N=5) последовательных и равных по размерам секций.

Реактор совмещен с отстойной зоной для кислоты. Исходное сырье подается в секции параллельно и в равных количествах, а циркулирующие изобутан и катализатор – последовательно. Во вторую и последующие секции вместе с катализатором и циркулирующим изобутаном подаются продукты реакции и не прореагировавшие углеводороды.

Примем для первой секции реактора отношение объемов подаваемых в нее кислоты и углеводородов α=1,2.

В процессе алкилирования применяется 97%-ная серная кислота в пересчете на моногидрат – Н₂SO₄.

2.2.1 Расчет первой секции.
Материальный баланс.
Количество изобутана подаваемого в первую секцию:
(2)
где: G_и = 4030,15 кг/ч – масса изобутана в исходном сырье (табл. 1).

Количество поступающего в первую секцию циркулирующего изобутана:
(3)


где G_иф – количество изобутана взятого со стороны (табл. 2).
Таблица 5 – Состав загрузки первой секции ректора

Компоненты	Плотность	Мi	Количество
загрузки	при
	283К, кг/м3		кг/ч	м3/ч	кмоль/ч
1	2	3	4	5	6
С3Н6	523	42	12,6196	0,02413	0,30046667
С3Н8	530	44	133,6028	0,2521	3,03642727
С4Н8	610	56	959,5032	1,5730	17,1339857
изо-С4Н10 (свежий)	567	58	1413,2396	2,4928	24,3687931
изо-С4Н10 (рециркулят)	567	58	45051,41	79,4557	776,748448
н-С4Н10	590	58	148,4594	0,2516	2,55964483
С5Н12	650	72	45,34	0,0698	0,62972222
Сумма	-	-	69269,3250	84,1190	824,777488
Катализатор	1827	-	184422,598	100,9429	-
Всего	-	-	232186,77	185,06190	-

Количество бутилена, пошедшего на основную реакцию в первой секции:

(4)

или

(5)

Согласно уравнению основной реакции алкилирования
_изо-С₄Н₁₀ + С₄Н₈ = _изо-С₈Н₁₈ (6)
находим количество изобутана, пошедшего на основную реакцию алкилирования и количество образующегося изооктана.
Выход алкилата (изооктана):
(7)

Количество изобутана, пошедшего на основную реакцию алкилирования:
(8)
Количество олефина не пошедшего на образование алкилата:

(9)

или

(10)

Таблица – 6 Состав углеводородов покидающих первую секцию

Компоненты	Мi	Количество
загрузки		кг/ч	м3/ч	кмоль/ч	Состав
1	2	3	4	5	6
С3Н6	42	12,6196	0,02413	0,300466667	0,02642064
С3Н8	44	133,6028	0,2521	3,036427273	0,2797134
Окончание таблицы 6
1	2	3	4	5	6
изо-С4Н10 (рециркулят)	58	45481,12	80,2136	784,1572414	95,2201519
н-С4Н10	58	148,4594	0,2516	2,559644828	0,31081747
	72	45,34	0,0698	0,629722222	0,0949247
Алкилат (С8Н18)	114	1933,44	2,7224	16,96	4,04788735
Потери бутилена	56	9,5932	0,0135	0,171307143	0,02008451
Сумма	-	47764,17	83,5471	807,8148	100

Тепловая нагрузка первой секции.




Все внешние и внутренние материальные потоки реактора, по ранее принятому условию, имеют температуру Т=283⁰К, поэтому тепловую нагрузку секций принимаем равной теплу, которое выделяется в процессе алкилирования.

Принимаем, что основной реакции алкилирования составляет 80% [1, с.308] тепловой нагрузки секции Q₁:
(11)

или



где: q_р – теплота реакции, ккал/ч [2, с. 309].
Давление в первой секции:
(12)
где: Р_i – давление насыщенных паров углеводородов;

x_i – мольные доли углеводородных компонентов;

Р_к – давление насыщенных паров серной кислоты при Т=283⁰К, равно 0.


Во всех остальных секциях принимается такое же давление.
Количество углеводородов, испаряющихся в первой секции.
Состав паров уходящих из первой секции определим из уравнения равновесия фаз

(13)












Проверка:


По найденным концентрациям компонентов в парах и теплотам испарения чистых компонентов при Т=283⁰К находим по правилу аддитивности теплоту испарения r^/_m смеси паров. Таблица – 7

Компоненты	y/I	r/I	y/I r/I
	моль. доли	кДж/кмоль	кДж/кмоль
1	2	3	4
С3Н6	0,00083453074	15600	13,018679544
С3Н8	0,0074246914	16200	120,28000068
Окончание таблицы 7
1	2	3	4
изо-С4Н10	0,98745268317	20400	20144,034736668
нС4Н10	0,00218825569	22000	48,14162518
С5Н12	0,0019914294	27400	54,56516556
Алкилат (С8Н18)	0,0001084096	42300	4,58572608
Сумма			20384,625933712