Вычислить расход этилена на 1 т этилового спирта и количество диэтилового эфира, которое можно получить при прямой гидратации этилена, если наряду с основной реакцией присоединения воды протекают побочные реакции и 2 мас.д.,% этилена расходуется на образование простого этилового эфира, 1 мас.д.,% на образование ацетальдегида и 2 мас.д.,% на образование низкомолекулярного жидкого полимера.
СН2=СН2 + Н2О→ CH3−CH2ОН,
2СН3−СН2ОН→ CH3−CH2 −О−СН2−СН3 + Н2О,
СН2=СН2 + Н2О → CH3−CH2ОН → CH3−CHО + Н2О
Решение
Вещество Формула Молекулярная масса
этилен СН2=СН2 28,06 А
вода H2O 18,02 В
этанол С2Н5ОН 46,08 С
диэтиловый эфир (С2Н5)2О 74,14 D
ацетальдегид C2Н4O 44,06 E
вододрод H2 2,02 F
этан С2Н6 30,08
Исходные данные, необходимые для расчета материального баланса составляем на основе литературных данных и исходных:
годовая производительность установки по этанолу, 10000 т;
- годовой фонд рабочего времени, ч 8000;
- конверсия этилена, 5% из которых
2 мас.д.,% этилена расходуется на образование этилового эфира,
1 мас.д.,% на образование ацетальдегида,
2 мас.д.,% на образование жидкого полимера.
диэтилового эфира: 95%
Часовая производительность по этанолу с учетом содержания в ректификате
Сс=П*1000*х8000
Сс=10000*1000*0,958000=11875 кг/ч
Перевод производительности по этанолу из единиц массового потока в единицы мольного потока
NC=GDMC
NC=1187546.08=257.704 кмоль/ч
С учетом потерь:
NC=1,025*257,04=264,147 кмоль/ч
GC=264,147*46,08=1217,9 кмоль/ч
Согласно литературным данным, оптимальная температура ведения процесса составляет 290 0C, общее давление 80 атм,
молярное соотношение водяной пар:этилен=0.7:1.
Основная реакция
СН2=СН2 + Н2О→ CH3−CH2ОН
Расход этилена:
NA1=Nc*nA1nC
NA1=264,147*11=264,147 кмоль/ч
GA1=264,147*28,06=7412 кг/ч
Расход воды:NВ1=Nc*nВ1nC
NВ1=264,147*11=264,147 кмоль/ч
GВ1=264,147*18,02=4759,9 кг/ч
Побочная реакция (1)
2СН3−СН2ОН→ CH3−CH2 −О−СН2−СН3 + Н2О
Количество образовавшегося диэтилового эфира:
ND=Nc*ФDФC
ND=264,147*395=8,341 кмоль/ч
GD=8,341*74,14=618,4 кг/ч
Расход этилена:
NA2=ND*nA2nD
NA2=8,341*21=16,682 кмоль/ч
GA2=16,682*28,06=468,1 кг/ч
Расход воды:NВ2=ND*nВ2nD
NВ2=8,341*11=8,341 кмоль/ч
GВ2=8,341*18,02=150,3 кг/ч
Побочная реакция (2)
СН2=СН2 + Н2О → CH3−CH2ОН → CH3−CHО + Н2О
Количество образовавшегося ацетальдегида:
NЕ=Nc*ФЕФC
NЕ=264,147*295=5,561 кмоль/ч
GЕ=5,561*44,06=245 кг/ч
Расход этилена:
NA3=NЕ*nA3nЕ
NA3=5,561*11=5,561 кмоль/ч
GA3=5,561*28,06=156,0 кг/ч
Расход воды:NВ3=NЕ*nВ3nЕ
NВ3=5,561*11=5,561 кмоль/ч
GВ3=5,561*18,02=100,2 кг/ч
Количество образовавшегося водорода:
NF=NЕ*nFnЕ
NF=5,561*11=5,561 кмоль/ч
GF=5,561*2,02=11,2 кг/ч
Расход сырья
Количество прореагировавшего этилена:Nвых=Nвход
NA=264,147+16,682+5,561=286,39 кмоль/ч
GA=286,39*28,06=8036,1 кг/ч
Расчет количества этилена с учетом степени превращения:
NA=NAx
NA=286,3900,05=5727,800 кмоль/ч
GA=5727,8*28,06=160722,1 кг/ч
Количество прореагировавшей воды: Nвых=Nвход
NВ=264,147+8,341+5,561=278,049 кмоль/ч
GВ=278,049*18,02=5010,4 кг/ч
Расчет количества воды исходя из мольного соотношения:
NВ=0,7*NА
NВ=0,7*5727,800=4009,460 кмоль/ч
GВ=4009,460*18,02=72250,5 кг/ч
Расчет непрореагировавшего сырья
Количество непрореагировавшего этилена:
NА=5727,800-286,390=5441,410 кмоль/ч
GА=5441,41*28,06=152686,0 кг/ч
Количество непрореагировавшего водяного пара:
NВ=4009,460-278,049=3731,411 кмоль/ч
GВ=3731,411*18,02=67240,1 кг/ч
Результаты расчетов сведены в таблицу материального баланса
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
