Получение этанола прямой гидратацией этилена

 

 

3.2.Расчет материального баланса реактора

 

Для расчета материального  баланса реактора необходимо учесть степень превращения этилена  за однократное контактирование, количество циркулирующего газа и мольное отношение Н₂О:С₂Н₄, на входе в реактор.

1. Количество этилена,  поступающего в реактор:

2. Определяем количество  спирта, полученного в реакторе  для обеспечения заданной производительности  установки:

3. Состав этан-этиленовой  фракции на входе в реактор  рассчитывается, исходя из следующих  данных:

В реактор поступает  свежий этилен в количестве 14408,98 кг, этан в количестве 294,06 кг и циркуляционный газ. Количество этилена, поступающего с циркуляционным газом:

F_{ц этилена} = F_{этилена} – F_св ;

F_{ц этилена} = 288179,5 – 14408,98 = 273770,52 кг

Состав циркуляционного  газа соответствует составу отдуваемого  газа. Количество циркуляционного газа:

С циркуляционным газом  поступает этан в количестве:

F_{ц этана} = F_газа – F_{этилена}

F_{ц этана} = 311173,58 – 273770,52 = 37367,06 кг

Состав этан-этиленовой фракции на входе в реактор приведен в таблице 5.

 

Таблица 5 – Состав этан-этиленовой фракции, поступающей в реактор

Компонент фракции	Содержание в свежей фракции, кг	Содержание в циркуляционном газе, кг	на входе в реактор
			кг	% масс.
Этилен	14408,98	273770,52	288179,5	88,4
Этан	294,06	37367,06	37661,12	11,6
Итого:	14703,04	311137,58	325840,62	100,0

 

4. Состав продуктов,  выводимых из реактора, определяется, исходя из следующих данных: количества диэтилового эфира, альдегида, полимеров – приведены в расходной части материального баланса установки.

Количество спирта G'_B = 17043,75 кг.

5. Количество выводимой  воды равно количеству воды, поступившей  в реактор, за вычетом воды, вступившей в реакцию.

G_воды = F_воды – F_{воды пр} = 111154,95 – 7002,76 = 104152,19 кг.

6. Количество этилена,  выходящего из реактора, равно  количеству введенного за вычетом  вступившего в реакцию:

G_{этилена} = F_{этилена} – F_{этилена пр} = 288179,5 – 11527,18 = 276652,32 кг

7. Количество этана  равно количеству этана поступившего  в реактор плюс полученного  по второй побочной реакции:

G_{этана р-р} = F_{ц этана} + F_этана + G_этана

G_{этана р-р} = 37367,06 + 294,06 + 67,93 =37729,05 кг

Материальный баланс реактора сводится в таблицу 6.

 

Таблица 6 – Материальный баланс реактора

Приход			Расход
Компонент	кг	% масс.	Компонент	кг	% масс.
С2Н4	288179,5	66,0	С2Н5ОН	17043,75	3,9
C2H6	37661,12	8,6	(С2Н5)2O	1203,36	0,3
Н2O	111154,95	25,4	СН3СНО	99,63	0,02
			(C2H4)n	115,27	0,03
			H2O	104152,19	23,83
			C2H4	276652,32	63,32
			С2Н6	37729,05	8,6
Итого:	436995,57	100,0	Итого:	436995,57	100,0

 

 

3.3.Расчет числа реакторов-гидрататоров

 

Этанол получают прямой гидратацией этилена на установке  суточной производительностью 450 т технического этанола, массовая доля С₂Н₅ОН в котором равна 92,4%. Определим число реакторов-гидрататоров (объем катализатора в каждом 10 м³) для обеспечения этой производительности, если степень конверсии этилена за один проход через катализатор равна 4,3%, селективность по этанолу 95%, а объемная скорость подачи этилена составляет 2000 ч^-1.

Уравнение реакции:

СН₂=СН₂ + Н₂О ↔ СН₃-СН₂ОН

28 кг       18 кг           46 кг

Часовая производительность установки по 100%-ному этанолу:

 кг/ч

Объемный расход этилена на входе в реактор:

 м³/ч

Общий объем катализатора в реакторах:

206524,4 : 2000 = 103,2622 м³

Число реакторов, необходимых  для обеспечения заданной производительности:

103,2622 : 10 ≈ 10

Принять к установке 11 реакторов: 10 находятся в работе, 1 – на перегрузке катализатора.

 

 Список используемой литературы

 

1. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза. Ч.1. – М.: Химия, 1973. – 448 с.
2. Гутник С.П., Кадоркина Г.Л., Сосонко В.Е. Примеры и задачи по технологии органического синтеза. – М.: Химия, 1984. – 192 с.
3. Соколов Р.С. Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 т. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000. - Т. 2: - 448 с.

¹ Производительность единицы реакционного объема выражается съемом спирта (в кг) с 1 м³ катализатора в час.