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:
( = (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 (
V( , м3/ч 1336 92,8 7348 3340 16,5 12133,3
(i, % 11 0,76 60,6 27,5 0,14 100
m( , 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:
V( , м3/ч (i, %
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
___________________________________________________________
( 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.
рбензола = 1,8 * 0,0111 = 0,01998;
рциклогексана = 1,8 * 0,1586 = 0,28548;
рводорода = 1,8 * 0,43 = 0,774.
Kp = рциклогексана /( рбензола* р3водорода) =
0,28548*1000/(0,01998*0,7743) = 30790
Сравнивая значения Kp, рассчитанные по значениям по значениям
парциальных давлений компонентов и по эмпирической формуле (26 500
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
