Реферат: 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 )/C6 H6 = 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 C6 H6 + 3H6 «C6 H12 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»4652,1кг/ч;
В соответствии с заданным объёмным отношением компонентов [(H2 + N2 )/C6 H6 = 8; H2 : N2 : C6 H6 = 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 р п = 24620 Па. При давлении газовой смеси в сепараторе р см = 18*105 Па объёмная доля циклогексана в циркуляционном газе:
j = (р п / р см ) * 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:
| C6 H6 | C6 H12 | H2 | N2 | CH4 | S | |
| Vt , м3 /ч | 1336 | 92,8 | 7348 | 3340 | 16,5 | 12133,3 |
| ji , % | 11 | 0,76 | 60,6 | 27,5 | 0,14 | 100 |
| m t , кг/ч | 4652,1 | 348 | 656,1 | 4175 | 11,8 | 9843 |
| w i , % | 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:
Vt ,м3 /чji , %
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--