Разработка процесса производства изопропилбензола на ОАО "Омский каучук" (стр. 5 из 9)
Принципиальная технологическая схема представлена на рисунке 2
Где цифрами обозначены материальные потоки:
1. Пропилен, поступающий со склада;
2. Пропилен газ, поступающий в алкилатор;
3. Свежий бензол, поступающий в алкилатор;
4. Осушенная бензольная шихта, поступающая в алкилатор;
5. Полиалкилбензолы, поступающие в алкилатор;
6. Вода, поступающая в аппарат с мешалкой;
7. Хлористый алюминий, поступающий в аппарат с мешалкой;
8. Катализаторный комплекс, поступающий в алкилатор;
9. Бензол-газ и абгазы с верха алкилатора;
10. Бензол-газ и абгазы, поступающие в сепаратор;
11. Бензол, после конденсатора;
12. Бензол на отстой в Е-11;
13. Абгазы на утилизацию;
14. Бензол на отстой в Е-11;
15. Реакционная масса алкилирования (РМА), выходящая из алкилатора;
16. РМА, поступающая на отстой в Е-11;
17. Катализаторный комплекс после отстоя;
18. РМА, поступающая на отстой в Е-15;
19. Реакционная масса (РМ), поступающая на отстой в Е-16;
20. РМ, поступающая в смеситель;
21. Раствор щелочи;
22. Смесь РМ со щелочью, поступающая в отстойник Е-19;
23. РМ, направленная в сборник Е-20;
24. РМ, направленная в промывную колонну;
25. РМ, прошедшая очистку водой;
26. РМ на склад.
В таблице 2.1. представлены основные материальны потоки.
Таблица 2.1.
Основные материальные потоки
| № потока | Материальный поток |
| 1 | Пропилен |
| 3 | Свежий бензол |
| 4 | Осушенная бензольная шихта |
| 8 | Катализаторный комплекс |
| 9 | Бензол-газ и абгазы |
| 15 | Реакционная масса алкилирования |
| 26 | РМ на склад |
Рис. 2 Технологическая схема узла алкилирования бензола пропиленом
2.4. Расчёт материального баланса процесса алкилирования бензола
Процесс алкилирования бензола пропиленом осуществляют в реакторе – алкилаторе. Который представляет собой вертикальный цилиндрический полый аппарат с эллиптическими днищами, выполненный из углеродистой стали. Избыточное тепло отводится за счёт испарения части бензола при температуре 120-130°С, т.е. процесс проводят при кипении реакционной массы. Произведем расчет основных материальных потоков и составим сводный материальный баланс установки алкилирования, и рассчитаем тепловой баланс алкилатора.
Исходные данные
1. Годовая производительность по товарному продукту, тонн 124000;
2. Число часов непрерывной работы в году 8520;
3. Состав РМА табл. 1;
4. Степень конверсии бензола, % 60;
5. Степень конверсии пропилена, % 70;
6. Температура промоборотной воды на охлаждение, 250С;
7. Перечень основных материальных потоков табл. 2.1;
7. Параметры водяного пара на входе:
- Давление, МПа 0,1;
- Температура, 0С 260;
- Давление, МПа 0,15;
- Температура, 0С 280.
Реакционная масса
1. Плотность 870 кг/м3
2. Состав, % масс.:
- Пропан – 0,1
- Бензол – 51,3
- Этилбензол – 1,1
- Изопропилбензол – 31,7
- Бутилбензолы – 0,4
- Полиалкилбензолы – 14,5
- Смолы – 0,9
Согласно данным действующих заводов принято:
1. Расход бензола на 1 т товарного ИПБ 0,78 т.
2. Молярное соотношение поступающего на алкилирование пропилена к бензолу 0,3:1.
3. Конверсия бензола за один проход 29,5 % массовых.
4. Расход пропилена:
| На образование ИПБ | 92,0% |
| На образование полиалкилбензолов | 0,4% |
| На образование смол | 3,8% |
| Потери с абгазами | 3,1% |
| Другие потери | 0,7% |
| ИТОГО | 100% |
5. Потери ИПБ = 3% массовых от ИПБ, полученного при алкилировании.
6. Этилен и бутилены, содержащиеся в исходном газе, переходят соответствен-но в этилбензолы и бутилбензолы полностью.
7. Расход катализатора (AlCl3) – 6,5 кг на 1 т товарного ИПБ.
8. Расход 10 % раствора щелочи – 5 кг на 1 т ИПБ.
9. Количество циркулирующей воды для разложения катализаторного комплекса, м3/м3 реакционной массы 1,0
1. Расчет часовой производительности по готовой продукции
По заданной годовой производительности и числу часов непрерывной работы в году рассчитываем часовую производительность системы по товарному продукту:
Производительность цеха по ИПБ в пересчёте на 100-процентный:
14554/0,995 = 14672 кг/ч,
где 99,5 % – содержание ИПБ в товарном продукте.
Необходимая масса товарного ИПБ составляет:
14598 / 0,97 = 15049 кг/ч
Количество примесей в ИПБ составляет:
15049 – 14598 = 451 кг/ч
2. Расчет расхода пропилена
Теоретически на образование ИПБ по реакции:
Зная молекулярную массу пропилена (42) и ИПБ (120), а также часовую производительность ИПБ, мы можем рассчитать, сколько пропилена теоретически идет на образование ИПБ:
= 3590,3 кг/ч.На образование смол:
= 148 кг/ч.На образование полиалкилбензолов:
= 15,9 кг/ч.Всего связывается пропилена:
3590,3 + 148 + 15,9 = 3754,2 кг/ч.
Потери пропилена составляют:
3900 – 3754,2 = 145,8 кг/ч,
в том числе: а) с пропановой фракцией 120 кг/ч; б) в виде механических потерь 25,8 кг/ч.
3. Расчет расхода свежего бензола
При принятом расходном коэффициенте на 1 т ИПБ расход свежего бензола составляет
14598 0,78 = 11386,4 кг/ч
Из этого количества расходуется
а) на образование ИПБ
(15049 78) / 120 = 9781,9 кг/ч
б) на образование этилбензола
(94 78) / 28 = 261,9 кг/ч
где 94 кг/ч количество этилена в ППФ
в) на образование бутилбензолов 65,5 кг/ч
г) на образование полиалкилбензолов
(15,9 78) / (42 2) = 14,8 кг/ч
д) на образование смол 90 кг/ч
Количество связанного бензола:
9781,9 + 261,9 + 65,5 + 14,8 + 90 = 10214 кг/ч
Потери бензола на побочные реакции:
11368,4 – 10214 = 1172,4 кг/
При принятом соотношении пропилена к бензолу количество бензола, поступающего на алкилирование составит:
(5725 78) / (42 0,3) = 35440,4763 кг/ч
Количество возвратного бензола: 35440 – 11386,4 = 24053,6 кг/ч
Конверсия бензола за один проход составит:
(10214 100) / 35440 = 29%
3. Расчёт расхода хлорида алюминия
При принятом расходном коэффициенте на 1 т. ИПБ в ректификате расход катализатора – AlCl3 составит
(14598 6,5) / 1000 = 277,362 кг/ч
При разложении хлористого алюминия водой образуется по реакции:
1) Гидроокись алюминия
(277,4 78) / 133,5 = 162,1 кг/ч
2) Хлористый водород
(277,4 3 36,5) / 133,5 = 227,5 кг/ч
3) Расходуется воды на разложение
(277,4 54) / 133,5 = 112,2 кг/ч
4. Расчёт расхода щелочи (гидроксид натрия)
При принятом расходном коэффициенте на 1 т ИПБ
(14598 5) / 1000 = 72,9 кг/ч
По реакции этим количеством щелочи нейтрализуется хлорида водорода
(72,9 36) / 40 = 65,6 кг/ч
При нейтрализации образуется:
1) Поваренной соли
(72,9 58) / 40 = 105,7 кг/ч
2) Воды
(72,9 18) / 40 = 32,8 кг/ч
Результаты расчетов материального баланса сводим в таблицы 2.3 – 2.8
Таблица 2.3
Состав и количество ППФ, поступающей на алкилирование
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. | Кмоль / ч | % мол. |
| 1 | Этилен | 94,0 | 1,0 | 8,36 | 1,5 |
| 2 | Этан | 188,0 | 2,0 | 6,27 | 2,9 |
| 3 | Пропилен | 2725,0 | 41,5 | 92,7 | 42,0 |
| 4 | Пропан | 7587,0 | 55 | 117,0 | 53,2 |
| 5 | Бутилены | 47,0 | 0,5 | 0,84 | 0,4 |
| ИТОГО | 13641,0 | 100,0 | 220,17 | 100,0 |
Состав и количество свежего бензола, поступающего на алкилирование 11386,4 кг/ч
Таблица 2.4
Состав и количество возвратного бензола, поступающего на алкилирование
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. |
| 1 | Бензол | 24053,6 | 99,5 |
| 2 | Этилбензол | 2,0 | 0,01 |
| 3 | Изопропилбензол | 83,0 | 0,49 |
| ИТОГО | 24138,6 | 100,0 |
Таблица 2.5
Состав и количество бензольной шихты, поступающей на алкилирование
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. |
| 1 | Бензол | 35525 | 99,65 |
| 2 | Этилбензол | 2,0 | 0,01 |
| 3 | Изопропилбензол | 83 | 0,34 |
| ИТОГО | 35610 | 100,0 |
Таблица 2.6
Состав и количество суспензии катализатора подаваемое на алкилирование
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. |
| 1 | Бензол | 22,0 | 2,2 |
| 2 | Полиалкилбензол | 723,8 | 70,7 |
| 3 | Хлорид алюминия | 277,4 | 27,1 |
| ИТОГО | 1023,2 | 100,0 |
Таблица 2.7
Состав и количество реакционной массы выводимой из алкилатора
| № | Наименование | Кг/ч | % масс. | Кмоль / ч | % мол. |
| 1 | Пропилен | 34,0 | 0,1 | 0,81 | 0,2 |
| 2 | Пропан | 1080,0 | 3,2 | 24,55 | 6,7 |
| 3 | Бензол | 29244 | 49,8 | 219,00 | 59,4 |
| 4 | Этилбензол | 358 | 1,1 | 3,38 | 0,9 |
| 5 | Изопропилбензол | 14882 | 30,3 | 86,0 | 23,4 |
| 6 | Бутилбензолы | 132,5 | 0,4 | 0,98 | 0,3 |
| 7 | Полиалкилбензолы | 4700 | 13,7 | 29,0 | 7,9 |
| 8 | Смолы | 284,7 | 0,9 | 1,15 | 0,3 |
| 9 | Хлористый алюминий | 277,4 | 0,8 | 1,41 | 0,4 |
| ИТОГО | 50992,6 | 100,0 | 356,28 | 100,0 |
Таблица 2.8