Материалдық есептеулер.
Бастапқы мәліметтер:
100 %-ды этилбензолға есептегендегі жылдық өнімділік 150 000 т;
Жылдық жұмыс уақыт қоры 8000 сағат;
Этиленді фракцияның құрамы [φ1(x1), %]: СН4 – 15,8; С2Н2 – 0,2; С2Н4 – 55,0; С2Н6 – 16,9; С3Н6 – 6,0; Н2 – 1,3; N2 – 3,5; О2 – 0,7; СО – 0,6;
Этиленге есептегендегі этилбензолдың селективтілігі 0,78;
1 т этилбензол алғандағы ректификация кезеңінен қайта келетін диэтилбензол мөлшері 250 кг;
Реакторға кірер кездегі бензол:этилен молярлық қатынасы (ұстап алу кезеңінен келетін циркуляциялық бензолды есептемегенде) 3:1;
1 т этилбензол түзілгенге кететін алюминий хлориді шығыны 10 кг;
Бөліну кезеңдеріндегі этилбензолдың жоғалуы 3%;
Есептеудің реттілігі:
А) этилен фракциясының компоненттерінің алкилдеу реакторына кірер кездегі шығынын анықтайды;
Б) бензолдың, катализатордың және ректификация кезеңінен алкилде реакторына қайтып келген диэтилбензолдың шығынын есептейді;
В) қайтып кеткен газдардың құрамын анықтайды;
Г) алкилаттың құрамын есептейді;
Д) реактордың жылулық есептеулерін жүргізеді, буланатын бензолдың санын анықтайды және алкилдеу сатысының жалпы материалдық балансын жасайды;
100 %-ды этилбензол бойынша алкилдеу сатысының сағаттық өнімділігі:
Процестің селективтілігін қоса есептегендегі этиленнің шығыны:
Этиленнің көлемдік үлесін есептей отырып этилен фракциясының шығынын анықтаймыз:
Бензол:этиленнің реакторға кірер кездегі молярлық қатынасы 3:1, сәйкесінше, шығындалатын бензол:
Азеотропты кептіруден кейінгі бензолдағы судың массалық үлесі 0,002%, сәйкесінше, бензолмен бірге түсетін су:
Алюминий хлориді шығыны:
Этилен фракциясының құрамын есептейміз.
2-кесте-Этилен фракциясының құрамы
| xl, % | nτ, кмоль/сағ. | mτ, кг/сағ. | |
| CH4 | 15,8 | 67,100 | |
| C2H2 | 0,2 | 0,849 | |
| C2H4 | 55,0 | 233,576 | |
| C2H6 | 16,9 | 71,772 | |
| C3H6 | 6,0 | 25,481 | |
| H2 | 1,3 | 5,521 | |
| N2 | 3,5 | 14,864 | |
| O2 | 0,7 | 2,973 | |
| CO | 0,6 | 2,548 | |
| ∑ | 100,0 | 424,684 |
Ректификация сатысынан қайтып келетін диэтилбензол мөлшері:
Қайтып кететін газдардың құрамын анықтау үшін ондағы хлорсутектің, этиленнің, бензолдың, көміртек оксидінің мөлшерін есептейді. Этилен фракциясының құрамына кіретін метан, этан, сутек, азот және оттегі толығымен қайтып кететін газға өтеді. Бензолдың құрамындағы ылғал алюминий хлоридімен келесі реакция бойынша әрекеттеседі:
(25)
бұл кездегі әрекеттесетін алюминий хлориді:
Түзіледі:
алюминий гидроксиді: 0,019 кмоль/сағ. немесе 2 кг/сағ;
хлорсутек: 0,056 кмоль/сағ. немесе 2 кг/сағ.
Қайтып кететін газға өтеді (эксперименттік деректер бойынша):
берілетін этиленнің 1 %-ы:
берілетін көміртек оксидінің 90 %-ы:
1 т этилбензолға сәйкес бензолдың 0,3 кг:
Қайтып кететін газдардың құрамы 3 – кестеде көрсетілген.
3 кесте-Қайтып кететін газдар құрамы
| nτ, кмоль/сағ. | xl, % | mτ, кг/сағ. | |
| CH4 | 67,100 | 40,2 | |
| C2H4 | 2,336 | 1,4 | |
| C2H6 | 71,772 | 43,0 | |
| C6H6 | 0,077 | См.* | |
| H2 | 5,521 | 3,3 | |
| N2 | 14,864 | 8,9 | |
| O2 | 2,973 | 1,8 | |
| CO | 2,293 | 1,4 | |
| HCI | 0,056 | См.* | |
| ∑ | 166,992 | 100,0 | |
| *xC6H6 (0,046 %) және хHCI (0,034 %) аз шамасына байланысты оларды кейінгі есептеулерде есепке алмаймыз. |
Алкилаттың құрамын анықтау үшін алкилдеу процесі кезіндегі шикізат қоспасы құрамынының өзгеруін есептейміз.
Қайта алкилдеу реакциясы бойынша:
C6H5-(C2H5)2 + C6H6 → 2C6H5-C2H5 (26)
бензол шығыны: 36,030 кмоль/сағ. немесе 2810 кг;
түзілетін этилбензол: 36,030 
2 
72,060 кмоль/сағ. немесе 7638 кг/сағ.
Сәйкесінше, бензолды алкилдеу арқылы этилбензол алынады:
Мақсатты реакция бойынша:
C6H6 + C2H4 → C6H5-C2H5 (27)
бензол шығыны: 110,129 кмоль/сағ. немесе 8590 кг/сағ;
этилен шығыны: 110,129 кмол/сағ. немесе 3084 кг/сағ.
Реакция бойынша:
C6H6 + 2C2H4 → C6H4-(C2H5)2 (28)
Шығындалады:
келіп түсетін этиленнің 38,2%-ы, ол құрайды:
бензол шығыны:
түзілетін диэтилбензол: 44,613 кмоль/сағ. немесе 5978 кг/сағ.
Реакция бойынша:
C6H6 + 3C2H4 → C6H3-(C2H5)3 (29)
Шығындалады:
келіп түсетін этиленнің 11%-ы, ол құрайды:
бензол шығыны:
түзілетін триэтилбензол: 8,564 кмоль/сағ. немесе 1387 кг/сағ.
Реакция бойынша:
C6H6 + 4C2H4 → C6H2-(C2H5)4 (30)
Шығындалады:
этилен (2-4 реакциялар бойынша шығынын қайта кететін газдардағы құрамын есептей отырып):
233,576-110,129-89,226-25,693-2,336 
6,192 кмоль/сағ. немесе 174 кг/сағ;
бензол шығыны: 6,192/4 1,548 кмоль/сағ. немесе 120 кг/сағ.;
түзілетін тетраэтилбензол: 1,548 кмоль/сағ. немесе 294 кг/сағ.
Реакция бойынша:
C6H6 + C3H6 → C6H5-C3H7 (31)
Шығындалады:
пропилен: 25,481 кмоль/сағ. немесе 1070 кг/сағ.;
бензол: 25,481 кмоль/сағ. немесе 1988 кг/сағ.:
түзілетін изопропилбензол: 25,481 кмоль/сағ. немесе 3058 кг/сағ.
Реакция бойынша:
2C6H6 + C2H2 → (C6H5)2-C2H4 (32)
Шығындалады:
ацетилен: 0,849 кмоль/сағ. немесе 22 кг/сағ.
бензол: 2 0,849 1,698 кмоль/сағ. немесе 132 кг/сағ.;
түзілетін дифенилэтан: 0,849 кмоль/сағ. немесе 154 кг/сағ.
Реакция бойынша:
2C6H6 + CО → (C6H5)2-CHOH (33)
Шығындалады:
көміртек оксиді: 2,548 – 2,293 0,255 кмоль/сағ. немесе 7 кг/сағ.;
бензол: 2 0,255 0,510 кмоль/сағ. немесе 40 кг/сағ.;
түзілетін дифенилкарбинол 0,255 кмоль/сағ. немесе 47 кг/сағ.
1-8 реакциялар бойынша бензолдың жалпы шығыны:
110,129+36,030+44,613+8,564+1,548+25,481+1,698+0,510 228,573 кмоль/сағ. немесе 17828 кг/сағ.
Қайтып кететін газдардың құрамындағы бензолдың мөлшері: 0,077 кмоль/сағ. немесе 6 кг/сағ.
Алкилаттың құрамында қалады:
бензол: 700,728 – 228,573 – 0,077 472,078 кмоль/сағ. немесе 36823 кг/сағ.;
алюминий хлориді: 1,446-0,019 
1,427 кмоль/сағ. немесе 190 кг/сағ.
Алкилат құрамы 4 – кестеде келтірілген.
4-кесте-Алкилат құрамы
| nτ, кмоль/сағ. | xl, % | mτ, кг/сағ. | wi, % | |
| C6H6 | 472,078 | 64,0 | 54,8 | |
| C6H5-C2H5 | 182,189 | 24,7 | 28,7 | |
| C6H4-(C2H5)2 | 44,613 | 6,1 | 8,9 | |
| C6H3-(C2H5)3 | 8,564 | 1,2 | 2,1 | |
| C6H2-(C2H5)4 | 1,548 | 0,2 | 0,4 | |
| C6H5-C3H7 | 25,481 | 3,5 | 4,5 | |
| (C6H5)2-CHCH3 | 0,849 | 0,1 | 0,2 | |
| (C6H5)2-CHOH | 0,255 | См.* | 0,1 | |
| AlCI3 | 1,427 | 0,2 | 0,3 | |
| Al(OH)3 | 0,019 | См.* | См.* | |
| ∑ | 737,023 | 100,0 | 100,0 | |
| *x(C6H5)2CHOH (0,0023 %) және хAl(OH)3 (0,0002 %) аз шамасына байланысты оларды кейінгі есептеулерде есепке алмаймыз. |
Алкилат құрамы ұтымды технологиялық режимге сәйкес келеді.
Негізгі шығын коэффициенттерін есептеу.Шығын коэффициенттерін анықтаймыз (кг/кг):
- бензол бойынша: (17828+6)/19312 0,923;
- этилен бойынша: 6540/19312 0,339;
- этилен фракциясы бойыша: 11452/19312 0,593,
мұндағы: 17828 – 1-8 реакциялар бойынша бензол шығыны, кг/сағ.; 6 – қайтып кететін газдармен бензолдың шығыны, кг/сағ.; 19312 – 100 %-ы этилбензол бойынша алкилдеу сатысының өнімділігі, кг/сағ.; 6540 және 11452 – этилен мен этилен фракциясының сәйкесінше шығыны, кг/сағ.
Алкилатордың технологиялық есептеулері. Құрылғының негізгі өлшемдері және тағайындалуы. Алкилаторлардың санын анықтау.
Негізгі аппарат есебінде, яғни алкилатор ретінде көміртекті болаттан жасалған сфералы түптері бар вертикальды цилиндрлі аппарат алынады.
Аппараттың ішкі беті қышқылға қарсы плиткалармен футирленген. Сфералы түптер обечайкіге «дөңес-ойыс» тығыз беті бар жалпақ пісірілгіш фланецтер арқылы бекітіледі. Реактор реакция өнімдерінің бензол қоспасымен және сұйық алюминий кешенімен толтырылған. Бастапқы шикізатты (таза және қайталама бензол, этилен фракциясы, қайталама диэтилбензол және сұйық алюминий кешені) алкилатордың төменгі жағына таратқыш коллектор арқылы Dy 500, py 1,6 береді. Сұйық өнімдерді (алкилат) қапталдағы бір штуцер арқылы бөліп алып отырады Dy 150, py 1,6. Газды-булы қоспа Dy 400, py 1,6 штуцері арқылы аппараттың жоғарғы түбінен бөлініп алынады.
Артық жылу бензолдың бір бөлігінің 90 оС температурада булануы арқылы шығарылып отырады. Бұл кезде процесс реакциялық массаның қайнауы арқылы өтеді.
Алкилатордың техникалық сипаттамалары 5 – кестеде көрсетілген.
5-кесте-Алкилатордың техникалық сипаттамалары
| Болат обечайкінің ішкі диаметрі, мм | |
| Обечайкі қабырғасының қалыңдығы, мм | |
| Футеровка қалыңдығы, мм | |
| Цилиндрлі бөліктің биіктігі, мм | |
| Жалпы биіктігі, мм | |
| Аппараттың сыйымдылығы , м3 толық пайдалы |
38  2
|
| 1 м3 алкилаторға есептегендегі этилбензолдың өнімділігі, кг/сағ. | 180-200 |
Көрсетілген өнімділікті қамтамасыз ету үшін қажетті аппараттар саны (алкилатордың минимальды сыйымдылығы кезінде):
Осылайша, бір-бірімен паралельді түрде қосылған 3 аппарат орнату қажет.