Записать основные и побочные реакции:    

Практическое занятие № 1

Тема: «Расчёт материального баланса процесса дегидрирования н-бутана (изо-бутана)»

Цель занятия: научиться составлять материальный баланс процесса дегидрирования н-бутана (изо-бутана).

Оснащение занятия:

- калькуляторы;

- технологическая схема участка дегидрирования и её описание;

- характеристика сырья и продуктов;

- регламент соответствующего цеха.

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с целью занятия.

2. Повторить теоретические основы процесса.

3. Повторить технологию производства.

4. Составить исходные данные для расчета.

5. Составить схему материальных потоков.

6. Записать уравнения основных и побочных реакций.

7.Рассчитать материальный баланс процесса.

8. Ответить на контрольные вопросы.

 

1. Теоретическая часть

    Материальный расчет – определение расхода сырья и вспомогательных материалов для обеспечения заданной производительности по целевому продукту. Материальный баланс основан на стехиометрических законах: сохранения массы вещества, эквивалентов, кратных и простых объёмных отношений, Авогадро. Материальный баланс составляют по уравнению целевой реакции, учитывая протекающие побочные реакции. Материальный баланс для непрерывных процессов составляется в расчете на часовую производительность цеха, установки, для периодических процессов- в расчете на операционную производительность. Для выполнения материальных расчетов используют расходы веществ , выраженные в кмоль/ч, м³/ч, кг/ч.             

Дегидрирование - это процесс отщепления молекул водорода от молекулы органического вещества.  Процесс дегидрирование широко использу­ются в промышленности для получения топлива, синтетическо­го каучука, циклогексана и т. д. Сюда сле­дует отнести,  такие крупнотоннажные производства, как полу­чение олефинов С₂—C₄, высших α-олефинов,  изо-бутилена, н-бутилена, бутадиена и изопрена, стирола, ацетилена и т.д.

Реакция дегидрирования  каталитическая, обратимая, эндотермическая (идет с поглощением тепла),  за счет выделения водорода  увеличивается объем газообразных веществ. Процесс можно представить схемой:                     C_nH_2n+2           C_nH_2n + Н₂ - Q

Катализаторы, применяемые для данного процесса следующие:

- металлы VIII группы (Fe, Co, Ni, Pd, Pt) и I группы (Сu, Ag);

- оксиды металлов (MgO, Cr₂O₃, Fe₂O₃, ZnO, MоO₃, WО₃ и др.);

- сульфиды металлов (NiS, CoS, MоS₃ и WS₂);

- сложные системы, состоящие из двух и более ме­таллов (Ni + Cu, Ni + Cr), оксидов (ZnO-Cr₂О₃, CuO-Cr₂О₃), сульфидов (NiS-WS₂, CoS-MoS₃ и т. д.).

Применение катализаторов позволяет увеличить скорость дегидрирования при сравнительно низкой температуре, когда еще не получили развития вторичные реакции. Кроме того, каталитические процессы можно вести в более мягких усло­виях.

Получение изобутилена из изобутана методом каталитического дегидрирования осуществляется по реакции:

 СН₃ – СН(СН₃) – СН₃ ‹—› СН₂ = С(СН₃) – СН₃ + Н₂                                                                                        

В связи с тем, что применяемые при дегидрировании углеводородов С₄, катализаторы чувствительны к действию воды, в промышленных условиях содержание воды в изобутане, подаваемом на дегидрирование, не должно превышать 0,12 вес. %. На процесс дегидрирования изобутана (н-бутана) отрицательно влияет наличие в исходном сырье изобутилена (н-бутилена), который, разлагаясь 25-30%, вызывает повышение коксообразования на катализаторе и тормозит скорость реакции дегидрирования изобутана (н-бутана).

Механизм реакции  радикальный, т. о. процесс дегидрирования относится к типу гомолитических превращений, где важную роль играет хемосорбция реагентов на активных центрах катализатора (К). В результате электронных переходов с участием катализатора ослабляются или полностью разрываются химические связи в адсорбированной молекуле:

СН₃ – СН(СН₃) – СН₃ + К ‹—› К – Н ----- С(СН₃)₃

К – Н ----- С(СН₃)₃ + К ‹—› К – Н + К – С(СН₃)₃

К – С(СН₃)₃ + К ‹—› К – Н ----- СН₂ – С(СН₃)₂ – К

К – Н ----- СН₂ – С(СН₃)₂ – К + К ‹—› К – Н + К – СН₂ – С(СН₃)₂ – К

К – СН₂ – С(СН₃)₂ – К ‹—› К + К – СН₂ – С(СН₃)₂ –

К – СН₂ – С(СН₃)₂ – ‹—› К ----- СН₂  С(СН₃) – СН₃

К ----- СН₂  С(СН₃) – СН₃‹—› СН₂  С(СН₃) – СН₃ + К

 где К – катализатор.

В процессе работы  катализатора, его активность уменьшает­ся за счет отложения на нем смолистых веществ и кокса, а также из-за наличия нежелательных примесей в сырье.  Для восстановления активности катализатор регенерируют путем сжиганием топливного газа в присутствии кислорода воздуха. 

По принципу Ле - Шателье смещению равновесия вправо способствуют высокая температура и низкое давление. Для увеличения выхода непредельных углеводородов необходимо уменьшать парциальное давление исходного сырья. Поэтому дегидрирование  изобутана проводят в вакууме. В связи с тем, что энергия разрыва связей С—С (257 кДж/моль)  меньше, чем энергия разрыва связей С—Н (350 кДж/моль), при высо­ких температурах преимущественно протекают реакции расщепления и изомеризации, причем во много раз быстрее, чем реакции дегидрирования.

Оптимальной температурой дегидрирования изобутана (н-бутана) является 530- 580 °С, что определяет осуществление процесса в газовой фазе.

При увеличении времени контакта ускоряются вторичные реакции, поэтому время контакта должно быть минимальным (в пределах от долей секунды до нескольких секунд).

Скорость основной  реакции  зависит от диффузионных факторов. Первые из них играют тем меньшую роль, чем интенсивнее перемешивание и турбулентность потоков и ниже температура.

Селективность важна в двух отношениях — для предотвращения более глубоких превращений, ведущих к снижению выхода целевого продукта, и для направленного взаимодействия в определенной функциональной группе исходного вещества. Следовательно, селективность зависит от развития последовательных и параллельных реакций.

 

1. Практическая часть

Составить исходные данные для расчета:

Для составления исходных данных необходимо проанализировать соответствующие разделы регламента цеха:

Исходные данные:

 

Пропускная способность по изобутану, (П_с,ч), кг/ч                    30300 (по варианту)                   

Время капитального ремонта, (Т_кап.), дней                                        15(по варианту                                     

Состав изобутановой фракции, подаваемой

на дегидрирование, (ω _i ), % масс: Характеристика сырья материалов и готовой продукции (регламент)

       -метан                                                                                               0,04               

       -пропан                                                                                            0,12                         

       -этан                                                                                                 0.04                

       -изобутан                                                                                         96,0                      

       -н – бутан                                                                                         2,0                 

      -изобутилен                                                                                      0,82             

      -н – бутилен                                                                                      0,7                 

      -бутадиен                                                                                          0,03                           

      -С₅ и выше                                                                                        0,2                   

      -МТБЭ                                                                                               0,01                            

      -метанол                                                                                            0,005                           

      -ацетон                                                                                              0,004                         

     -ацетонитрил                                                                                     0,009                          

      -вода                                                                                                  0,02

- сернистые соединения                                                                              0,002              

Селективность по изобутану,(S), %                                                           46 (по варианту)

Количество катализатора, загружаемого в реактор,(G_кат), кг/ч  80000 (по варианту)

Конверсия изобутана, (Х),                                                                      80 (по варианту)

Потери катализатора, % от общего количества

закоксованного катализатора (ω_{потерь закокс. кат})                                            0,001-1,0

Количество изобутана, израсходованного на реакцию(2), (ω_{и-бат 2}),%           45

 Количество изобутана, израсходованного на реакцию (3), (ω_и-бат3),%          38

 Количество изобутана, израсходованного на реакцию (4), (ω_{и-бат 4}),%         17

Количество этилена, израсходованного на реакцию (11), (ω_{этилена 11}),%         80

Количество промышленной воды, подаваемой на очистку и охлаждение контактного газа

(G_{пр.воды}), кг/ч                                                                                                                       190000

Состав промышленной воды, %масс.

             - вода                                                                                                       96,49

              -ацетон                                                                                                       0,02

              -фенол                                                                                                        0,01

              -соли                                                                                                            3,36

              -эфир                                                                                                           0,11

Количество воды, израсходованной на реакцию (10), (ω_{воды 10}),%                       60

Количество воды, израсходованной на реакцию (12), (ω_{воды 12}),%                            40

2.2 Составить схему материальных потоков:

Схема материальных потоков:

G₁ – количество исходной изобутановой фракции, кг/ч

G₂ – количество катализатора, загружаемого в реактор, кг/ч

G₃ – количество исходной смеси, кг/ч

G₄ – количество реакционной смеси, кг/ч

G₅ – количество контактного газа после очистки в циклонах реактора, кг/ч

G₆ – количество катализатора, осажденного в циклонах реактора, кг/ч

G₇ – количество промышленной воды, подаваемой на охлаждение и очистку контактного газа, кг/ч

G₈ – количество смеси контактного газа и промышленной воды, кг/ч

G₉ – количество очищенного контактного газа, кг/ч

G₁₀ – количество шламовой воды, кг/ч.  

Уравнение материального баланса: G₁ + G₂ + G₇ = G₆ + G₉ + G₁₀

Записать основные и побочные реакции:    

Основная и побочные реакции:

        СН₃ – СН(СН₃) – СН₃ ‹—› СН₂ = С(СН₃) – СН₃ + Н₂                                                                              (1)

        СН₃ – СН(СН₃) – СН₃ —›СН₄ + СН₂ СН – СН₃                                                       (2)

         СН₃ – СН(СН₃) – СН₃ —› СН₂ СН₂ + СН₃ – СН₃                                                        (3)

         СН₂ – СН(СН₃) – СН₃‹—› СН₂ – СН – СН₂ – СН₃                                                        (4)

         СН₂  С(СН₃) – СН₃‹—› СН₂ СН – СН₂ – СН₃                                                   (5)

         С₅Н₁₂О + 2Н₂ —› СН₂  С(СН₃) – СН₃  + Н₂ О + СН₄                                              (6)

         СН₃ОН + Н₂ —›  СН₄ + Н₂ О                                                                                           (7)

         С₃Н₆ О + 2Н₂ —›  СН₃– СН₂ – СН₃ + Н₂ О                                                                     (8)

         С₂Н₃N + 3Н₂ —› СН₃ – СН₃ + NН₃                                                                                 (9)

         СН₄ + Н₂ О —› СО+3Н₂                                                                                                  (10)

         СН₂  СН₂ —› СН₄ + С                                                                                               (11)

         СО + Н₂ О —› СО₂ + Н₂                                                                                                  (12)

 

2.4 Рассчитать материальный баланс процесса:

1 Рассчитать эффективное время работы оборудования в год:

            Т_эф = (Т_кал – Т_кап) · 24                                                                                                   (1)

где Т_кал – количество календарных дней в году;

Т_кап – количество дней, отведенных на ремонт,

Т_эф =                               ч.

 

2 Рассчитать годовую пропускную способность по изобутану:

          П_с,г = П_с,ч ∙ Т_эф  /1000;                                                                                                 (2)

где П_с.ч. – часовая пропускная способность,

П_с,г =                                                    т/год.

 

3 Рассчитать  количество исходной изобутановой фракции: G₁ = П_с,ч

 

Таблица 1 - Состав и количество исходной изобутановой фракции: 

Наименование	ω i , % масс	Gi , кг/ч
Метан	Исх. данные
Пропан	Исх. данные
Этан	Исх. данные
Изобутан	Исх. данные
Н-бутан	Исх. данные
Изобутилен	Исх. данные
Н-бутилен	Исх. данные
Бутадиен	Исх. данные
С5 и выше	Исх. данные
МТБЭ	Исх. данные
Метанол	Исх. данные
Ацетон	Исх. данные
Ацетонитрил	Исх. данные
Вода	Исх. данные
Сернистые соединения	Исх. данные
Итого	100	Gпотока (G1)

Рассчитать количество компонента в смеси по формуле:

                G_i= G_потока ∙ ω _i/100                                                                                                       (3)

где ώ_i – содержание компонента в смеси, %масс

 

4 Рассчитать количество катализатора, поступающего на дегидрирования, берем по аналогии с действующим производством: G₂ = G_кат (исх.данные)                          = кг/ч.

 

5 Рассчитать количество исходной смеси: G₃ =G₁ + G₂

 

Таблица 2 – Состав и количество и исходной смеси

Наименование	ω i , % масс	Gi , кг/ч
Метан
Пропан
Этан
Изобутан
Н-бутан
Изобутилен
Н-бутилен
Бутадиен
С5 и выше
МТБЭ
Метанол
Ацетон
Ацетонитрил
Вода
Сернистые соединения
Катализатор
Итого	100	Gпотока (G3)

Рассчитать массовые доли компонентов в потоке G_потока по формуле

                            ω _i = G_i ∙ 100/ G_потока                                                                                                   (4)

 

6 Рассчитать количество изобутана, израсходованного на образование изобутилена:

                        G_{изобутана} = G_{изобутана} (табл.2) · S / 100                                                           (5)

где G_{изобутана} (табл.2) – количество изобутана в исходной смеси, кг/ч

S – селективность по изобутану, %

G_{изобутана}  =                                               кг/ч.

 

7 Рассчитать общее количество израсходованного изобутана:

                                                G_{изобутана общ} = G_{изобутана} (табл.2) · Х / 100                                 (6)

где G_{изобутана} (табл.2) – количество изобутана в исходной смеси, кг/ч

Х  – конверсия изобутана, %

 

8 Рассчитать количество изобутана, израсходованного на побочные реакции:

G_{изобутана поб} = G_{изобутана общ} - G_{изобутана} =                                  кг/ч.

 

9 Рассчитать количество непрореагировавшего изобутана G_{изобутана не пр,} кг/ч:

G_{изобутана не пр} = G_{изобутана} (табл.2) - G_{изобутана общ}  =                                       кг/ч.

 

10 Рассчитать по реакции (1) количества образовавшихся изобутилена G_{изобутилен(1)} и водорода G_{водород(1):}

G_{изобутана} (п.6)                       G_{изобутилен.(1)}                 G_{водород(1)}

СН₃ – СН(СН₃) – СН₃ ‹—› СН₂  С(СН₃) – СН₃ + Н₂                                                       

58 кг/кмоль;                    56 кг/кмоль;               2 кг/кмоль.

G_{изобутилен.(1)} = G_{изобутана} (п.6)· 56 / 58 =                      кг/ч.                                                                                     

G_{водород(1)} = G_{изобутана} (п.6)· 2 / 58 =                               кг/ч.

 

11 Рассчитать по реакции (2) количества образовавшихся метана G_{метан(2)} и пропилена G_{пропилен(2):}

Количество изобутана, израсходованного на реакцию (2):

                                                   G_{изобут.(2)} = G_{изобутана поб} · ω_{и-бат 2} / 100;                                       7

где G_{изобутана поб} – общее количество изобутана, израсходованного на побочные  реакции, (п.8), кг/ч

G_{изобут.(2)} =                                  кг/ч.

 

 G_{изобут.(2)}                         G_{метан(2)}                 G_{пропилен(2)}

СН₃ – СН(СН₃) – СН₃ —›СН₄              +       СН₂ СН – СН₃                                            

58 кг/кмоль;               16 кг/кмоль;       42 кг/кмоль.                          

G_{метан(2)} = G_{изобут.(2)}  · 16 / 58 =                    кг/ч.

G_{пропилен(2)} = G_{изобут.(2)}  · 42 / 58 =            кг/ч.

 

12 Рассчитать по реакции (3) количества образовавшихся этилена G_{этилен(3)} и этана G_{этана(3):}

Количество изобутана, израсходованного на реакцию (3) по формуле 2.7:

G_{изобут.(3)} = G_{изобутана поб} · ω_{и-бат 3} / 100;                        

G_{изобут.(3)}  =                                                    кг/ч.

 

G_{изобут.(3)}                             G_{этилен(3)}         G_{этана(3)}                   

Н₃ – СН(СН₃) – СН₃ —› СН₂ СН₂ + СН₃ – СН₃                                                                                               

58 кг/кмоль;               28 кг/кмоль; 30 кг/кмоль.

G_{этилен(3)} = G_{изобут.(3)}  · 28 / 58 =                 кг/ч.

G_{этана(3)}  = G_{изобут.(3)}  · 30 / 58 =                       кг/ч.

 

13 Рассчитать по реакции (4) количеств образовавшегося н-бутана G_{н-бутан(4)} по формуле 7:

Количество изобутана, израсходованного на реакцию (4):

G_{изобут.(4)} = G_{изобутана поб} · ω_{и-бат 4} / 100;                                        

G_{изобут.(4)} =                                кг/ч.

 

G_{изобут.(4)}                                            G_{н-бутан(4)}

СН₂ – СН(СН₃) – СН₃‹—› СН₂ – СН – СН₂ – СН₃                                                                                                 

58 кг/кмоль;                      58 кг/кмоль;                   

По уравнению реакции (4) количества вещества изобутана и н – бутана равны, значит:

G_{н-бутан(4)} = G_{изобут.(4)} =                              кг/ч.

 

14 Рассчитать по реакции (5) количеств образовавшегося н-бутилена G_{н-бутилен(5)}:

G_{изобутилен} (табл.2)                             G_{н-бутилен(5)}

СН₂  С(СН₃) – СН₃‹—› СН₂ СН – СН₂ – СН₃                                                                 

56 кг/кмоль;                             56 кг/кмоль.

По уравнению реакции (5) количества вещества изобутилена и н – бутилена равны, значит:

G_{н-бутилен(5)} = G_{изобутилен} (табл.2)   =                                кг/ч.

 

15 Рассчитать по реакции (6) количество израсходованного водорода G_{водород(6)} и образовавшихся изобутана G_{изобутана(6),} метана G_{матан(6)}, и воды G_воды(6):.

 

G_(МТБЭ) (табл.2) G_{водород(6)}                          G_{изобутана(6)}      G_воды(6)            G_{метан(6)}

С₅Н₁₂О      +     2Н₂    —›  СН₃ -СН(СН₃) – СН₃  + Н₂ О   +    СН₄                                         

88 кг/кмоль;      2 кг/кмоль.       58 кг/кмоль;          18 кг/кмоль. 16 кг/кмоль;

 G_{водород(6)} = G_(МТБЭ) (табл.2)  · 2 · 2 / 88 =                   кг/ч.

G_{изобутана(6)} = G_(МТБЭ) (табл.2)   · 58 / 88 =                     кг/ч.

G_{метан(6)} = G_(МТБЭ) (табл.2)   · 16 / 88 =                           кг/ч.

G_воды(6) = G_(МТБЭ) (табл.2)  · 18 / 88 =                           кг/ч.

 

16 Рассчитать по реакции (7) количество израсходованного водорода G_{водород(7)} и образовавшихся метана G_{матан(7)} и воды G_воды(7):

 

G_{(метанол)} (табл.2) G_{водород(7)}             G_{метан(7)}          G_вода(7)

СН₃ОН          +       Н₂             —›    СН₄            +  Н₂ О                                                       

32 кг/кмоль.    2 кг/кмоль.    16 кг/кмоль;        18 кг/кмоль.

G_{водород(7)} = G_{(метанол)} (табл.2) · 2 / 32 =              кг/ч.

G_{метан(7)} = G_{(метанол)} (табл.2) · 16 / 32 =              кг/ч.

G_вода(7) = G_{(метанол)} (табл.2) · 18 / 32 =                 кг/ч.

 

17 Рассчитать по реакции (8) количество израсходованного водорода G_{водород(8)} и образовавшихся  пропана G_{пропан(8)}, и воды G_воды(8):

G_{(ацетон)}(табл.2)   G_{водород(8)}                 G_{пропан(8)}                         G_воды(8)

С₃Н₆ О        +           2Н₂       —›      СН₃– СН₂ – СН₃   +  Н₂ О                                                  

58 кг/кмоль;         2 кг/кмоль;     44 кг/кмоль;      18 кг/кмоль

G_{водород(8)} = G_{(ацетон)}(табл.2)   · 2 ∙ 2 / 58 =                 кг/ч.

G_{пропан(8)} = G_{(ацетон)}(табл.2)   · 44 / 58 =                     кг/ч.

G_воды(8) = G_{(ацетон)}(табл.2)   · 18 / 58 =                        кг/ч.

 

18 Рассчитать по реакции (9) количество израсходованного водорода G_{водород(9)} и образовавшихся этана G_этан(9) и аммиака G_{аммиака(9)}:

G_{(ацетонитрил)} (табл.2) G_{водород(9)}             G_этан(9)    G_{аммиака(9)}

С₂Н₃N           +            3Н₂      —›      СН₃ – СН₃   +  NН₃                                                                                                                                                                          41 кг/кмоль;            2 кг/кмоль;     30 кг/кмоль; 17 кг/кмоль.

G_{водород(9)} = G_{(ацетонитрил)} (табл.2) · 3 ∙ 2 / 41 =                             кг/ч.

G_этан(9) = G_{(ацетонитрил)} (табл.2) · 30 / 41 =                                  кг/ч.

G_{аммиака(9)}= G_{(ацетонитрил)} (табл.2) · 17 / 41 =                              кг/ч.

 

19 Рассчитать общее количество воды G_{воды общ}:

G_{воды общ} = G_воды (табл.2)+ G_воды(6) + G_воды(7) + G_воды(8)                

G_{воды общ} =                                             кг/ч.

 

20 Рассчитать количество воды, израсходованной на реакции (10) и (12):

G_воды(10) = G_{воды общ} (п.19)∙ ω_{воды 10} (исх.данные) / 100 =                           кг/ч;

G_воды(12) = G_{воды общ} (п.19)∙ ∙ ω_{воды 12} (исх.данные) / 100 =                           кг/ч.

 

21 Рассчитать по реакции (10) количества израсходованного метана G_{метан(10)} и образовавшихся окиси углерода G_СО(10) и водорода G_{водорода(10)}:

G_{метан(10)}             G_воды(10)(п.20)         G_СО(10)       G_{водорода(10)} 

СН₄                +      Н₂ О   —›          СО +  3Н₂                                                                    

16 кг/кмоль;      18 кг/кмоль   28 кг/кмоль; 2 кг/кмоль;         

G_{метан(10)} = G_воды(10)(п.20)· 16 / 18 =                   кг/ч.

G_СО(10) = G_воды(10)(п.20)· 28 / 18 =                      кг/ч

G_{водорода(10)} = G_воды(10)(п.20)· 3 ∙ 2 / 18 =           кг/ч.

 

22 Рассчитать по реакции (12) количества израсходованного окиси углерода G_СО(12) и образовавшихся двуокиси углерода G_СО2(12) и водорода G_{водорода(12)}:

 G_СО(12)               G_воды(12)(п.20) G_СО2(12)            G_{водорода(12)} 

СО                  +         Н₂ О        —› СО₂          +      Н₂                                                                                              

28 кг/кмоль; 18 кг/кмоль    44 кг/кмоль 2 кг/кмоль;                    

G_СО(12) = G_воды(12)(п.20) · 28 / 18 =                       кг/ч.

G_СО2(12) = G_воды(12)(п.20)  · 44 / 18 =                     кг/ч.

G_{водорода(12)} = G_воды(12)(п.20)  · 2 / 18 =             кг/ч.

 

23 Рассчитать по реакции (11) количества образовавшихся метана G_{метан(11)} и кокса G_{кокса(11):}

Количество этилена, израсходованного на реакцию (11):

G_{этилена(11)} = G_{этилен(3)}(п.12) ∙ ω_{этилена 11}(исх.данные) / 100;                                                                                      

G_{этилена(11)} =                      кг/ч.

G_{этилена(11)}               G_{метан(11)}             G_С(11)

СН₂  СН₂  —›  СН₄                +   С                                                                                                       

28 кг/кмоль;  16 кг/кмоль       12 кг/кмоль.

G_{метан(11)} = G_{этилена(11)} ∙ 16 / 28 =                      кг/ч.

G_С(11) = G_{этилена(11)} ∙ 12 / 28 =                           кг/ч.

 

24 Рассчитать количество реакционной смеси:

 

Таблица 3 – Состав и количество реакционной смеси

Наименование	ω i , % масс	Gi , кг/ч
Изобутан		Gизобутан .р.с (п.24.2)
Изобутилен		Gизобутилен.(1)  (п.10)
Метан		Gметан .р.с (п.24.3)
Этан		Gэтан .р.с (п.24.4)
Этилен		Gэтилен .р.с (п.24.5)
Пропан		Gпропан .р.с (п.24.6)
Пропилен		Gпропилен(2) (п.11)
Н-бутан		Gн-бутан .р.с (п.24.7)
Н-бутилен		Gн-бутилен .р.с (п.24.8)
Бутадиен		Gбутадиен (табл.2)
Водород		Gводород .р.с (п.24.9)
Окись углерода		GСО .р.с (п.24.10)
Двуокись углерода		GСО2(12) (п.22)
Сернистые соединения		Gсернистые соед. (табл.2)
С5 и выше		GС5 и выше (табл.2)
Закоксованный катализатор		Gзакокс.кат (п.24.1)
Аммиак		Gаммиака(9) (п.18)
Итого	100	Gпотока (G4)

 

24.1Рассчитать количество закоксованного катализатора G_{закокс.кат,} если в процессе дегидрирования образуется кокс, который отлагается на катализаторе:

G_{закокс.кат} = G_кат (исх.данные) + G_С(11) (п.23)                                   

G_{закокс.кат} =                                                кг/ч.

24.2 Рассчитать общее количество непрореагировавшего изобутана в реакционной смеси:

G_{изобутан .р.с} = G_{изобутана не пр}(п.9) + G_{изобутана(6)} (п.15)                          

G_{изобутан .р.с} =                                    кг/ч.

24.3 Рассчитать общее количество метана в реакционной смеси:

G_{метан .р.с} = G_4метан (табл.2)+ G_{метан(2)}(п.11) + G_{метан(6)} (п.15)+ G_{метан(7)} (п.16)+ G_{метан(11)} (п.23)- G_{метан(10)} (п.21)                                                                                                                      

G_{метан .р.с} =                                                кг/ч.

24.4 Рассчитать общее количество этана в реакционной смеси:

G_{этан .р.с} = G_{этана(3)} (п.12)+ G_этан(9) (п.18)+ G_4этан(табл.2)                                                     

G_{этан .р.с} =                                    кг/ч.

24.5 Рассчитать количество этилена в реакционной смеси:

G_{этилен .р.с} = G_{этилен(3)} (п.12)- G_{этилена(11)} (п.23)                                                                     

G_{этилен .р.с} =                                    кг/ч.

24.6 Рассчитать общее количество пропана в реакционной смеси:

G_{пропан .р.с} = G_{4пропан} (табл.2)+ G_{пропан(8)}(п.19)                                                                      

G_{пропан .р.с} =                                        кг/ч.

24.7 Рассчитать общее количество н-бутана в реакционной смеси:

G_{н-бутан .р.с} = G_{4н-бутан}(табл.2)+ G_{н-бутан(4)} (п.13)                                                                          

G_{н-бутан .р.с} =                                   кг/ч.

24.8 Рассчитать общее количество н-бутилена в реакционной смеси:

G_{н-бутилен .р.с} = G_{4н-бутилен} (табл.2) + G_{н-бутилен(5)} (п.14)                                                 

G_{н-бутилен .р.с} =                                 кг/ч.

24.9 Рассчитать общее количество водорода в реакционной смеси:

G_{водород .р.с} = (G_{водород(1)} (п.10)+ G_{водород(10)} (п.21)+ G_{водород(12)} (п.22)) – (G_{водород(6)}(п.15)+ G_{водород(7)} (п.16)+ G_{водород(8)}  (п.17)+ G_{водород(9)} (п.18))                                                                                                                                                                                                     

G_{водород .р.с} =                                          кг/ч.

24.10 Рассчитать количество окиси углерода в реакционной смеси:

G_{СО .р.с} = G_СО(10) (п.21)- G_СО(12) (п.22)                                                            

G_{СО .р.с} =                                              кг/ч.

Рассчитать массовые доли компонентов в потоке G_потока по формуле 4.

 

25 Рассчитать количество катализатора, уносимого с контактным газом:                                        

где ω_{потерь закокс. кат}–  потери закоксованного катализатора, (исх.данные), %

G_кат.К.Г =                                            кг/ч.

 

26 Рассчитать количество контактного газа после очистки в циклонах реактора:

 

Таблица 4 – Состав и количество контактного газа после очистки в циклонах реактора

Наименование	ω i , % масс	Gi , кг/ч
Изобутан		Табл.3
Изобутилен		Табл.3
Метан		Табл.3
Этан		Табл.3
Этилен		Табл.3
Пропан		Табл.3
Пропилен		Табл.3
Н-бутан		Табл.3
Н-бутилен		Табл.3
Бутадиен		Табл.3
Водород		Табл.3
Окись углерода		Табл.3
Двуокись углерода		Табл.3
Сернистые соединения		Табл.3
С5 и выше		Табл.3
Закоксованный катализатор		Gкат.К.Г (п.25)
Аммиак		Табл.3
Итого	100	Gпотока (G5)

Рассчитать массовые доли компонентов в потоке G_потока по формуле 4.

 

27 Рассчитать количество закоксованного катализатора после очистки в циклонах реактора:

G₆ = G_{закокс.кат} (табл.3) - G_кат.К.Г (табл.4)_;                                                

G₆ =                                         кг/ч.

 

28 Рассчитать количество промышленной воды, подаваемой на охлаждение и очистку контактного газа:

Таблица 5 – Состав и количество промышленной воды, подаваемой на охлаждение и очистку контактного газа

Наименование	ω i , % масс	Gi , кг/ч
Вода	Исх.данные
Ацетон	Исх.данные
Фенол	Исх.данные
Соли	Исх.данные
Диизопропиловый эфир	Исх.данные
Итого:	100	Gпотока (G7) =Gпр.воды (исх.данные)

Рассчитать количество компонента в смеси по формуле 3.

 

29 Рассчитать количество смеси контактного газа и промышленной воды: G₈ =G₅ +G₇

 

Таблица 6 – Состав и количество смеси контактного газа и промышленной воды

Наименование	ω i , % масс	Gi , кг/ч
Изобутан
Изобутилен
Метан
Этан
Этилен
Пропан
Пропилен
Н-бутан
Н-бутилен
Бутадиен
Водород
Окись углерода
Двуокись углерода
Сернистые соединения
С5 и выше
Закоксованный катализатор
Аммиак
Вода
Ацетон
Фенол
Соли
Диизопропиловый эфир
Итого:	100	Gпотока (G8)

Рассчитать массовые доли компонентов в потоке G_потока по формуле 4.

 

30 Рассчитать количество очищенного контактного газа:

 

Таблица 7 – Состав и количество контактного газа

Наименование	ω i , % масс	Gi , кг/ч
Изобутан		Табл.6
Изобутилен		Табл.6
Метан		Табл.6
Этан		Табл.6
Этилен		Табл.6
Пропан		Табл.6
Пропилен		Табл.6
Н-бутан		Табл.6
Н-бутилен		Табл.6
Бутадиен		Табл.6
Водород		Табл.6
Окись углерода		Табл.6
Двуокись углерода		Табл.6
Сернистые соединения		Табл.6
С5 и выше		Табл.6
Итого:	100	Gпотока (G9)

Рассчитать массовые доли компонентов в потоке G_потока по формуле 4.

 

30 Рассчитать количество шламовой воды: G₁₀ =G₈ –G₉

 

Таблица 8 – Состав и количество шламовой воды

Наименование	ω i , % масс	Gi , кг/ч
Вода
Ацетон
Фенол
Соли
Диизопропиловый эфир
Закоксованный катализатор
Аммиак
Итого:	100	Gпотока (G10)

Рассчитать массовые доли компонентов в потоке G_потока по формуле 4.

 

31 Составить сводную таблицу материального баланса

 

Таблица 9 – Сводный материальный баланс процесса дегидрирования изобутановой фракции

 

Наименование	Выход % масс на сырье	Выход продуктов
		% масс. на загрузку	кг/ч	кг/с
Поступило: 1. Свежая изобутановая фракция 2. Свежий катализатор 3. Промышленная вода
Итого:
Получено: 1. Катализатор, осажденный в циклонах реактора 2. Шламовая вода 3. Очищенный контактный газ
Итого:

 

      3. Задания для самостоятельной работы

Расчет материального баланса производить в соответствии с вариантом, который назначается преподавателем:

 

Таблица 10 - Исходные данные для расчета

Вариант	Пропускная способ-ность по изобутану, (Пс,ч), кг/ч	Время капиталь- ного ремонта, (Ткап.), дн.	Селективность по изобутану, (S), %	Количество ка-тализатора, загружаемого в реактор,(Gкат), кг/ч	Конверсия изобутана, (Х),  %
1	25000	10	38	70000	70
2	25500	11	39	70500	70,5
3	26000	12	40	71000	71
4	26500	13	41	71500	71,5
5	27000	14	42	72000	72
6	27500	15	43	72500	72,5
7	28000	16	44	73000	73
8	28500	17	45	73500	73,5
9	29000	18	46	74000	74
10	29500	19	47	74500	74,5
11	30000	20	48	75000	75
12	30500	10	49	75500	75,5
13	31000	11	50	76000	76
14	31500	12	38	76500	76,5
15	32000	13	39	77000	77
16	32500	14	40	77500	77,5
17	33000	15	41	78000	78
18	33500	16	42	75500	78,5
19	34000	17	43	79000	79
20	34500	18	44	80000	79,5
21	35000	19	45	80500	80
22	35500	20	46	81000	80,5
23	30300	10	47	81500	81
24	31300	11	48	82000	81,5
25	32300	12	49	82500	82

 

Контрольные вопросы

 

1. Процесс дегидрирования бутана и изобутана. Теоретические основы.

2. Механизм дегидрирования.

3. Основная и побочные реакции процесса дегидрирования изобутана.

4. Катализаторы дегидрирования.

5. Изобутилен: свойства, применение.

 

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 790; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!