Каталитическое дегидрирование этилбензола в стирол

 

7. Основные исходные данные

Годовая производительность установки дегидрирования этилбензола в стирол составляет 100 000 т/год по целевому продукту. Исходные данные для проектирования процесса дегидрирования этилбензола в стирол взяты в соответствии с выданным преподавателем заданием(Вариант №4) и представлены в таблицах 6-9[6].

Таблица 2 – Состав свежего технического этилбензола, , % масс.

№п/п	Компоненты	Состав, % масс.
1	Бензол	0,5
2	Этилбензол	98,6
3	Растворенный кислород	0,2
4	Растворенный азот	0,7
Итого		100,00

Таблица 3 – Состав рециркулирующего технического этилбензола, 
, % масс.

№п/п	Компоненты	Состав, % масс.
1	Бензол	0,12
2	Толуол	1,68
3	Этилбензол	97,1
4	Стирол	1,1
Итого		100,00

Таблица 4 – Состав продуктов разложения этилбензола , % масс.

№п/п	Компоненты	Состав, % масс.
1	Водород	2,2
2	Углерод в СО	0,07
3	Углерод в СО2	1,43
4	Метан	0,32
5	Этилен	0,18
6	Бензол	1,8
7	Толуол	3,9
8	Стирол	89,2
9	Смолы, включая кокс	0,9
Итого		100

 

Таблица 5 – Показатели дегидрирования этилбензола

№ п/п	Обозна-чение	Расшифровка	Числовое значение
1	n	Число часов работы установки в году	8400
2	Аб	Расход бензола на получение 1 т товарного этилбензола, т	0,770
3	Аэ	Расход этилена на получение 1 т товарного этилбензола, т	0,295
4	K	Конверсия этилбензола, %	43,9
5	Пэб	Потери изопропилбензола при дегид-рировании и ректификации, % масс.	1,1
6	Пст	Потери стирола при дегидрировании и ректификации, % масс.	1,5
7	m	Массовое отношение водяного пара к этилбензольной шихте на входе в реактор дегидрирования	2,7
8	yрст	Содержание стирола в стироле-ректификате, % масс.	99,75
9	gст	Производительность одного контакт-ного аппарата по стиролу, кг/ч	1000
10	τ	Доля времени, затраченного на дегид-рирование на 1 цикл работы контакт-ного аппарата	0,95
11	TШ	Температура этилбензольной шихты на входе в камеру смешения контактного аппарата, К	793
12	ТВХ	Температура на входе в реакционную зону контактного аппарата, К	908

 

 

 

 

 

 

II. Расчетная часть

1. Расчет  материального баланса установки  каталитического дегидрирования  этилбензола в стирол:

1.1. Часовая производительность  установки дегидрирования по  свежему техническому этилбензолу, кг/ч:

Gсв=Gсвг*103/n=100000*103/8400=11 904,8

1.2. Количество разлагающегося 100%-ного ЭБ с учетом потерь при дегидрировании и ректификации, кг/ч:

Gэбр=Gэбсв*(100-Пэб)/100=11 904,8 *(100-1,1)/100=11773,85

1.3. Потери ЭБ при дегидрировании  и ректификации, кг/ч:

Gэбп=Gэбсв-Gэбр=11 904,8 -11773,85=130,9528

1.4. Общее количество 100%-ного этилбензола, которое необходимо подать в реактор дегидрирования с учетом заданной конверсии этилбензола, кг/ч:

Gэбк=Gэбр*100/К=11773,85*100/44=26819,7

1.5. Количество 100%-ного рециркулирующего этилбензола, кг/ч:

Gэбрец=Gэбк-Gэбр=26819,7-11773,85=15045,85

 

 

 

 

 

 

Таблица 6. Количество и состав свежего технического этилбензола.

№	компоненты	состав хсв,% мас.	кг/час
1	бензол	0,5	59,5
2	этилбензол	98,6	11738,1
3	раствор.О2	0,2	23,8
4	раствор. N2	0,7	83,3
Итого		100,00	11904,8

 

1.6. Количество и состав  рециркулирующего технического этилбензола.

Таблица 7. Количество и состав рециркулирующего технического этилбензола

№	Компоненты	состав хрец,i, % мас.	кг/час
1	бензол	0,12	18,1
2	толуол	1,68	252,8
3	этилбензол	97,10	14609,5
4	стирол	1,10	165,5
Итого		100,00	15045,9

 

 

 

 

 

 

 

1.7. Количество и состав  этилбензольной шихты, поступающей  в реактор.

Таблица 8. Количество и состав этилбензольной шихты, поступающей в реактор.

№	Компоненты	кг/ч	% масс
1	Бензол	77,6	0,29
2	Толуол	252,8	0,94
3	Этилбензол	26347,7	97,76
4	Стирол	165,5	0,61
5	Растворенный O2	23,8	0,09
6	Растворенный N2	83,3	0,31
7	Итого	26950,7	100

 

1.8. Количество водяного  пара подаваемого в реактор

Gв.п= 26950,7*2,7 =72766,76 кг/ч.

 

1.9. Таблица 9. Количество и состав продуктов разложения этилбензола.

№	Kомпоненты	Cостав zi, % масс.	кг/час
1	водород	2,20	259,0
2	углерод в CO	0,07	8,2
3	углерод в СО2	1,43	168,4
4	метан	0,32	37,7
5	этилен	0,18	21,2
6	бензол	1,80	211,9
7	толуол	3,90	459,2
8	стирол	89,20	10502,3
9	смолы, вкл. кокс	0,90	106,0
Итого		100,00	11773,8

 

Продукты разложения водяного пара

Согласно уравнению: C + H2O → CO + H2

G(H2Oпар) = 8,2*2*18/12 = 24,72 кг/ч

G(CO) = 8,2*28/12 = 19,23 кг/ч

G(Н2) = 24,72 *2/18 = 2,75 кг/ч

G(O2) = 19,23-8,2 = 11,0 кг/ч

Согласно уравнению: C + 2H2O → CO2 + 2H2

G(H2O) = 168,4*2*18/12 = 505,1 кг/ч

G(CO2) = 168,4*44/12 = 617,34 кг/ч

G(Н2) = 505,1 *2/18 = 56,12 кг/ч

G(O2) = 617,34-168,4 = 449,0 кг/ч

G(H2Oпар) (общ) = 24,72+505,1 = 529,82 кг/ч

G(Н2) (общ) = 2,75+56,12 = 58,87 кг/ч

GΣпр=Gэбр+Gвпр=11773,85+529,82=12303,67 кг/ч.

 

1. 10. Выход стирола в расчете на пропущенный ЭБ, %:

ᵞ=Gстпр*Mэб/(Mст*Gэбш)*100=10502,3*106,17/(104,15*26347,7)*100=40,6%

1.11. Селективность стирола, %:

β= Gстпр*Mэб/(Mст*Gэбp)*100=10502,3*106,17/(104*11773,85)*100=90,9%

12. Потери стирола при дегидрировании и ректификации, кг/ч:

Gстпот=Gсткг*Пст/100=10502,3*1,5/100=157,53

1.13.Количество 100%-ного стирола на выходе с установки, кг/ч:

Gств=Gсткг-Gстпот=10502,3-157,53=10344,7

1.14.Часовая производительность  установки по стиролу-ректификату, кг/ч: Gст=Gств*100/yстр=10344,7*100/99,75=10370,6

14.Годовая производительность  установки по стиролу-ректификату, т/год:Gстг=Gст*n/1000=10370,6*8400/1000=87113,58

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Компоненты	Количество сырья, кг/ч			Продукты разложения, кг/ч			продукты реакции	контактный газ
	поступ.	разл.	не разл.	ЭБ	H2O	всего	кг/ч	кг/ч	% масс
Водород				259,0	58,9	317,9	317,9	317,9	0,321
Метан				37,7		37,7	37,7	37,7	0,038
Этилен				21,2		21,2	21,2	21,2	0,021
Бензол	77,6		77,6	211,9		211,9	289,5	211,9	0,214
Толуол	252,8		252,8	459,2		459,2	712,0	459,2	0,463
Этилбензол	26347,7	11773,84	14573,8				14573,8	14573,8	14,705
Стирол	165,5		165,5	10502,3		10502,3	10667,8	10502,3	10,597
СО2				168,4	449,0	617,3	617,3	617,3	0,623
СО				8,2	11,0	19,2	19,2	19,2	0,019
Раств. О2	23,8		23,8				23,8	23,8	0,024
Раств. N2	83,3		83,3				83,3	83,3	0,084
Смолы+кокс				106,0		106,0	106,0
В.П.	72766,8	529,82	72236,9				72236,9	72236,9	72,890
Итого:	99717,4	12303,7	87413,7	11773,8	518,8	12292,7	99706,4	99104,6	100,0