2.4 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 D_y 500, p_y 1,6 береді. Сұйық өнімдерді (алкилат) қапталдағы бір штуцер арқылы бөліп алып отырады D_y 150, p_y 1,6. Газды-булы қоспа D_y 400, p_y 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	2400
Обечайкі қабырғасының қалыңдығы, мм	14
Футеровка қалыңдығы, мм	80
Цилиндрлі бөліктің биіктігі, мм	11800
Жалпы биіктігі, мм	15000
Аппараттың сыйымдылығы , м3 толық пайдалы	50 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.

2.5 Алкилатордың жылулық есептеулері

Бастапқы мәліметтер:

Материалды ағындар, кмоль/сағ.: этилен фракциясы – 424,684/(3 3600) 0,0393; техникалық бензол – 700,728/(3 3600) 0,0649; диэтилбензол – 36,030/(3 3600) 0,0033; қайтып кететін газдар – 166,992/(3 3600) 0,0155; сұйық алкилат – 737,023/(3 3600) 0,0682; материалды ағындардың құрамын Материалды есептеулерден қараймыз.

Температура, ^оС: алкилаторға кірер кезде – 20; алкилатордан шығар кезде – 90.

Жылулық есептеулердің мақсаты – алкилаторда буланған бензолдың санын анықтау.

Аппараттағы жылулық баланстың жалпы түрдегі теңдеуі:

Ф₁ + Ф₂ + Ф₃ + Ф₄ Ф₅ + Ф₆ + Ф₇ + Ф₈ + Ф_жоғ. (34)

мұндағы, Ф₁, Ф₂, Ф₃, Ф₅, Ф₆, Ф₇ – этилен фракциясының, сұйық бензолдың, диэтилбензолдың, қайтып кететін газдардың, алкилаттың және бензол буларының жылулық ағындары, кВт; Ф₄ – экзотермиялық реакциялырдың жылуы, кВт; Ф₈ – бензолды буландыруға кететін жылу шығыны, кВт; Ф_жоғ. – қоршаған ортаға жоғалтулар, кВт.

Ф₁ және Ф₅ мәндерін анықтау үшін этилен фракциясының 20+273 293 К температура кезіндегі орташа молярлық жылусыйымдылығын есептейміз. Қайтып кететін газдар үшін 90+273 363 К.

Орташа молярлық жылусыйымдылықты есептеу 6 – кестеде көрсетілген.

6-кесте-Орташа молярлық жылусыйымдылық

	xl, %	Ci, Дж/(моль*К)	Cixi/100, Дж/(моль*К)
Этилен фракциясы:
СН4	15,8	34,70	5,4826
С2Н2	0,2	43,70	0,0874
С2Н4	55,0	43,82	24,1010
С2Н6	16,9	52,09	8,8032
С3Н6	6,0	63,55	3,8130
Н2	1,3	28,82	0,3747
N2	3,5	29,13	1,0196
O2	0,7	28,06	0,1964

6-кесте жалғасы

CO	0,6	29,07	0,1744
∑	100,0	-	44,0523
Қайтып кететін газдар
СН4	40,2	39,12	15,7262
С2Н4	1,4	50,62	0,7087
С2Н6	43,0	61,69	26,5267
Н2	3,3	28,84	0,9517
N2	8,9	29,43	2,6193
O2	1,8	29,83	0,5369
CO	1,4	29,55	0,4137
∑	100,0	-	47,4832

Этилен фракциясының жылулық ағыны:

Ф_і 0,0393 44,0523 20 34,625 кВт.

Қайтып кететін газдардың жылулық ағыны:

Ф₅ 0,0155 47,4832 90 66,239 кВт.

Техникалық бензолдың жылулық ағыны:

Ф₂ (0,0649+n₆) 134,218 20 174,215 + 2684,36n₆ кВт,

мұндағы: n_б – тоңазытқыш-конденсатор – алкилатор жүйесіндегі циркуляцияланатын бензолдың саны, кмоль/сағ.

Диэтилбензолдың жылулық балансын анықтаймыз. Диэтилбензолдың молярлық жылусыйымдылығының мәнін анықтамалықтан табамыз:

Ф₃ 0,0033 369,06 20 24,358 кВт.

1-7 реакциялардың (кДж/моль) жылуын есептейміз.

7-кесте-Реакция жылулары

Реакция	ΔHo298 ∑ΔHo298(кок) - ∑ΔHo298(исх)
С6Н6+С2Н4 → С6Н5-С2Н5	-12,48+49,03-52,30 = -113,81
С6Н4-(С2Н5)2+С6Н6 → 2С6Н5-С2Н5	2(-12,48)-49,03-(-72,35) = -1,64
С6Н6+2С2Н4 → С6Н4(С2Н5)2	-72,35-49,03-2 52,30 = -225,98
С6Н6+3С2Н4 → С6Н3(С2Н5)3	-122,63-49,03-3 52,30 = -328,56
С6Н6+4С2Н4 → С6Н2(С2Н5)4	-174,54-49,03-4 52,30 = -432,77
С6Н6 + С3Н6 → С6Н5-С3Н7	-41,24-49,03-20,41 = -110,68
2С6Н6+С2Н2 → (С6Н5)2С2Н4	297,31-2 49,03-226,75 = -27,50
2С6Н6+СО → (С6Н5)2СНОН	-46,17-2 49,03-(-110,53) = -33,70

Экзотермиялық реакциялардың жылуын есептейміз:

Ф₄ = [1000/(3 3600)](110,129 113,81 + 36,030 + 44,613 225,98 + 8,564 328,56 + 1,548 432,77 + 25,481 + 0,849 27,50 + 0,255 33,70) = 1000 29010,4103/(3 ) = 2686,149 кВт.

Жалпы келіп тускен жылу:

Ф_кел.= 34,625 + 174,215 + 2684,36n_б + 24,358 + 2686,149 = (2919,347 + 2684,36n_б) кВт.

Алкилаттың жылу ағынын анықтау үшін оның 363 К температура кезіндегі орташа молярлық жылусыйымдылығын есептейміз:

C_m = 152,07 0,64 + 186,56 0,247 + 369,06 0,061 + 464,46 0,012 + 559,86 0,002 + 321,36 0,035 + 415,94 0,001 + 94,48 0,002 = 184,465 Дж/(моль К).

Сұйық алкилаттың жылу ағыны:

Ф₆ = 0,0682 184,465 90 = 1132,246 кВт.

Бензол буының жылу ағыны:

Ф₇ = 101,77 90n_б = 9159,3n_б кВт

Бензолды буландыруға кететін жылу шығыны:

Ф₈ = 78 391,3n_б = 30521,4n_б кВт,

мұндағы: 391,3 – бензолдың 363 К температура кезіндегі булануының меншікті жылуы, кДж/кг.

Қоршаған ортаға жоғалатын жылу келген жылудың 3%-ын құрайды деп қабылдай мыз:

Ф_жоғ. = 0,03(2919,347 + 2684,36n_б) = 87,580 + 80,53n_б кВт.

Жылудың жалпы шығыны:

Ф_шығ. = 66,239 + 1132,246 + 9159,30n_б + 30521,40n_б + 87,580+ 80,53n_б = 1286,065 + 39761,23n_б кВт.

Циркуляцияланатын бензолдың мөлшерін кіріс пен шығыс жылуын теңестіру жағдайынан алады:

2919,347 + 2684,36n_б = 1286,065 + 39761,23n_б;

37076,87n_б = 1633,282;

n_б = 0,04405 кмоль/с.

Алкилдеу сатысы кезіндегі буланатын бензол мөлшері:

0,04405 3 3600 = 475,740 кмоль/сағ. немесе 37108 кг/сағ.

37,108/19,312 = 1,92 т

Яғни, 1 т этилбензол алуға кетеді. Оптималды технологиялық режимге сәйкес келеді.

Алкилаторға берілетін барлық бензол (циркуляцияланатын бензолды қоса есептегенде):

700,728 + 475,740 = 1176,468 кмоль/сағ. немесе 91765 кг/сағ.

Қайтып кететін газдардың жалпы мөлшері (буланатын бензолды қоса есептегенде):

166,992 + 475,740 = 642,732 кмоль/сағ. немесе 3886 + 37108 = 40994 кг/сағ.

Алкилдеу сатысының материалдық балансын құрамыз.

8-кесте-Алкилдеу сатысының материалдық балансы

Кіріс	кмоль/сағ.	кг/сағ.	Шығыс	кмоль/сағ.	кг/сағ.
Техникалық бензол: С6Н6 Н2О	1176,468 0,056	91765 1	Қайтып кететін газдар Алкилат	642,732 737,023	40994 67245
Қорытынды... Этилен фракциясы Диэтилбензол Алюминий хлориді	1176,524 424,684 36,030 1,446	91766 11452 4828 193
Барлығы...	1638,684	108239	Барлығы...	1379,755	108239

9-кесте-Алкилатордың жылулық балансы

Кіріс	кВт	%	Шығыс	кВт	%
Этилен фракциясының жылу ағыны	34,625	1,1	Қайтып кететін газдардың жылу ағыны	469,706	15,4
Техникалық бензолдың жылу ағыны	292,461	9,6	Алкилаттың жылу ағыны	1132,246	37,3
Диэтилбензолдың жылу ағыны	24,358	0,8	Бензолды буландыруға кететін жылу шығыны	1344,468	44,3
Процесстің жылу ағыны	2686,149	88,5	Қоршаған ортаға жылу жоғалтулар	91,173	3,0
Барлығы...	3037,593	100,0	Барлығы...	3037,593	100,0

Буланатын бензолдың есептелген мөлшері арқылы жылу ағынын нақтылаймыз:

Ф₂ = (0,0649+0,04405) 134,218 20 = 292,461 кВт;

Ф₇ = 0,04405 101,77 90 = 403,467 кВт;

Ф₈ = 0,04405 391,3 = 1344,468 кВт.

Қайтып кететін газдардың жылу ағыны құрайды:

66,239 + 403,467 = 469,706 кВт.

Алкилатордың жылулық балансын құраймыз(кесте). Ф_жоғ. мәнін кірген және шыққан жылудың әр түрлілігімен анықтаймыз.