Курсовая работа: Производство уксусной кислоты
2.3
Технико-технологические расчёты
2.3.1
Материальный баланс реактора и стадии синтеза уксусной кислоты
Исходные
данные:
годовая производительность
агрегата в расчете на 100%-ю. уксусную кислоту 120000 т; годовой фонд рабочего
времени 8450 ч; состав материальных потоков:
технический
оксид углерода — поток 1 (т, %): Н2— 1; N2 — 2,0; СО — 97,0;
метанол
— поток 2 (ф, %): СН3ОН — 99,9; Н2О —0,1;
дистиллят
колонны отгонки легких фракций — поток 3 (w, %): СН3I —48,9; СН3СООН — 22,4; СН3СООСН3 — 4,0;
Н2О — 24,7;
кубовые
остатки колонны отгонки легких фракций — поток 4 (w, %); СН3СООН — 90,3; С2Н5СООН
—0,1; Н2О — 7,7; НI —
1,9;
отдувочные газы реактора — поток 5 (φ, %): Н2 — 5,2; N2— 4,2; СО —30,1; СО2 — 2,7; СН3I — 26,0; СН3СООН — 11,2;
СН3СООСН3— 1,1; Н2О — 19,5;
жидкая
фаза из реактора — поток 6 (w, %):
СН3I — 9,7;СНзСООН — 70,0; СН3СООСН3
— 0,9; С2Н5СООН — 0,1; Н2О— 16,3; HI — 3,0;
отдувочные
газы сепаратора СI — поток 7 (φ, %): Н2— 12,0; N2 —9,7;
СО —68,8; СО2 — 4,9; СН3I — 4,1; СН3СООН —0,1; СН3СООСН3
—0,1; Н2О 0,3;
количество
пропионовой кислоты, образующейся в процессе, 1 кг на 1 т уксусной кислоты;
избыток
оксида углерода от стехиометрического расхода 16,4%.
Последовательность
расчета:
а)
рассчитывают расход сырья и количество продуктов по реакциям получения уксусной
кислоты и побочных продуктов;
б)
определяют состав материальных потоков 1 — 4 и состав реакционной массы;
в)
рассчитывают состав отдувочных газов реактора синтеза, газовой и жидкой фаз
сепаратора C1;
г) определяют
состав жидкой фазы из реактора, газовой и жидкой фаз сепаратора C2;
д)
составляют материальный баланс реактора и стадии синтеза уксусной кислоты.
Часовая
производительность реактора по 100%-и уксусной кислоте:
120000*1000/8450=14201,2
кг/ч или 236,687 кмоль/ч
В
соответствии с исходными данными образуется пропионовой кислоты:
1*14,2=14,2
кг/ч или 0,192 кмоль/ч
По
реакциям
СН3ОН+СО
= СН3СООН, (1)
СН3ОН+2СО
+ 2Н2 = С2Н5СООН + Н20 (2)
расходуется:
метанола:
236,687 + 0,192=236,879 кмоль/ч или 7580,1 кг/ч;
оксида углерода:
236,687+ 0,192*2 = 237,071 кмоль/ч или 6638,0 кг/ч;
водорода:
0,192*2=0,384 кмоль/ч или 0,8 кг/ч;
образуется
водяного пара 0,192 кмоль/ч или 3,5 кг/ч.
По
реакции
СО + Н2О
= СО2+Н2 (3)
расходуется
1,85% от общего расхода оксида углерода, что составляет:
237,071
*1,85/(100,00 — 1,85) =4,468 кмоль/ч или 125,1 кг/ч.
Расходуется
водяного пара: 4,468 кмоль/ч или 80,4 кг/ч;
образуется
диоксида
углерода: 4,468 кмоль/ч или 196,6 кг/ч;
водорода:
4,468 кмоль/ч или 8,9 кг/ч.
Всего
расходуется по реакциям (1)—(3)
оксида
углерода: 237,071+4,468=241,539 кмоль/ч или 6763,1 кг/ч;
водяного
пара: 4,468—0,192=4,276 кмоль/ч или 77,0 кг/ч;
образуется
водорода: 4,468—0,384=4,084 кмоль/ч или 8,2 кг/ч.
Фактически
подают сырья:
технического
метанола: 7580,1*100,0/99,9=7587,7 кг/ч, в том числе воды:
7587,7—7580,1=7,6
кг/ч;
оксида
углерода:
241,539*
(100+16,4)/100=281,151 кмоль/ч или 7872,2 кг/ч,
где 16,4
— избыток оксида углерода от стехиометрического расхода, %.
Рассчитывают
состав технического оксида углерода (поток 1):
H2 N2 CO Сумма
φi(xi), % 1,0 2,0 97,0 100,0
nτ, кмоль/ч 2,898 5,797 281,151 289,846
М, кг/кмоль 2 28 28 -
mτ,кг/ч 5,796
162,316 7872,2 8040,312
Остается
оксида углерода в реакционной массе:
281,151—241,539=39,612
кмоль/ч или 1109,1 кг/ч.
Расходуется:
дистиллята
колонны отгонки легких фракций:
14201,2*1,8=
= 25562,2 кг/ч;
кубовых
остатков
14201,2*0,0665=944,
4 кг/ч;
где 1,8 и
0,0665 — массовые отношения подаваемых на синтез продуктов очистки уксусной
кислоты и 100%-и уксусной кислоты.
Определяют
расход и состав потоков 3 и 4.
Наличие
метилацетата в дистилляте колонны отгонки легких фракций объясняется тем, что,
хотя на стадии синтеза он практически не образуется, на последующих стадиях
вследствие протекания реакций
СН3ОН
+ СН3СООН = СН3СООСН3+Н2О (4)
СН3СООСН3
+ HI = СН3СООН + СН3I (5)
метилацетат
накапливается в системе, так как реакция 5 протекает медленнее реакции 4.
Рассчитывают
состав дистиллята (поток 3):
CH3I CH3COOH CH3COOCH3 H2O Сумма
wi,% 48,09 22,4 4,0
24,7 100,0
mτ, кг/ч 12499,9
5725,9 1022,5 6313,9 25562,2
Рассчитывают
состав кубовых остатков (поток 4):
CH3COOH
C2H5C00H H2O HI Сумма
wi,% 90,3 0,1 7,7 1,9 100,0
mτ, кг/ч 852,8 0,9 72,7 17,9 944,4
Состава
реакционной массы Таблица 4
|
mτ,кг/ч |
H2
|
5,796+8,2=13,996 |
N2
|
162,316 |
CO |
1109,1 |
CO2
|
196,6 |
CH3I
|
12499,9 |
CH3COOH
|
14201,2+5725,9+852,8=20779,9 |
CH3COOCH3
|
1022,5 |
C2H5COOH
|
0,9+14,2=15,1 |
H2O
|
7,6+6313,9+72,7-77,0=6317,2 |
HI |
17,9 |
Сумма |
42134,512 |
Молярный
поток отдувочных газов реактора синтеза:
39,612*89,0/30,1
= 117,125 кмоль/ч,
Где39,612
— количество оксида углерода в реакционной массе, кмоль/ч; 89,0 — степень
отдувкн оксида углерода, %; 30,1—объемная доля оксида углерода в отдувочных
газах, %.
Состав
отдувочных газов реактора (поток 5) Таблица 5
|
φi,% |
nτ,кмоль/ч |
Мi,кг/кмоль |
mτ,кг/ч |
H2
|
5,2 |
6,091 |
2 |
12,2 |
N2
|
4,2 |
4,919 |
28 |
137,7 |
CO |
30,1 |
35,255 |
28 |
987,1 |
CO2
|
2,7 |
3,162 |
44 |
139,1 |
CH3I
|
26,0 |
30,453 |
142 |
4324,3 |
CH3COOH
|
11,2 |
13,118 |
60 |
787,1 |
CH3COOCH3
|
1,1 |
1,288 |
74 |
95,3 |
H2O
|
19,5 |
22,839 |
18 |
411,1 |
Сумма |
100,0 |
117,125 |
- |
6893,9 |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 |