2.3 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	1074
C2H2	0,2	0,849	22
C2H4	55,0	233,576	6540
C2H6	16,9	71,772	2153
C3H6	6,0	25,481	1070
H2	1,3	5,521	11
N2	3,5	14,864	416
O2	0,7	2,973	95
CO	0,6	2,548	71
∑	100,0	424,684	11452

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	1074
C2H4	2,336	1,4	65
C2H6	71,772	43,0	2153
C6H6	0,077	См.*	6
H2	5,521	3,3	11
N2	14,864	8,9	416
O2	2,973	1,8	95
CO	2,293	1,4	64
HCI	0,056	См.*	2
∑	166,992	100,0	3886
*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	36823	54,8
C6H5-C2H5	182,189	24,7	19312	28,7
C6H4-(C2H5)2	44,613	6,1	5978	8,9
C6H3-(C2H5)3	8,564	1,2	1387	2,1
C6H2-(C2H5)4	1,548	0,2	294	0,4
C6H5-C3H7	25,481	3,5	3058	4,5
(C6H5)2-CHCH3	0,849	0,1	154	0,2
(C6H5)2-CHOH	0,255	См.*	47	0,1
AlCI3	1,427	0,2	190	0,3
Al(OH)3	0,019	См.*	2	См.*
∑	737,023	100,0	67245	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.