Материальный баланс реактора

;

7) дихлорацетальдегид

С₂Н₄ + 3/2О₂ + 2HCl             ССl₂НCHO + 2Н₂О

;

8) трихлорацетальдегид

С₂Н₄ + 2О₂ + 3HCl               ССl₃CHO + 3Н₂О

;

9) хлороформ и метиленхлорид 

С₂Н₄ + 2О₂ + 6HCl              2CHCl₃ + 4Н₂О

.

Общий расход кислорода

или , где – плотность кислорода, кг/нм³[3]

.

 

Фактически кислород, пошедший на образование каждого продукта, расходуется не при непосредственном взаимодействии его с этиленом, а при окислении катализаторного раствора. Для окисления катализаторного раствора используется кислород воздуха.

Необходимое количество воздуха находим из баланса по кислороду согласно которому количество кислорода, пошедшее на окисление , равно разности количества кислорода в поступающем воздухе и количества кислорода в отработанном воздухе :

,

где – количество воздуха, поступающего на окисление, нм³/ч;

        – содержание кислорода в поступающем воздухе, об.доли;

      – содержание  кислорода в отработанном воздухе, об.доли.

Отсюда находим:

(нм³) или

 

Д) Определяем расход НСl на образование каждого продукта

 

1) хлористый этил

С₂Н₄ + НCl                     С₂Н₅Сl

;

2) хлористый метил

С₂Н₄ + 2НCl                     2СН₃Сl

;

3) монохлорацетальдегид

С₂Н₄ + О₂ + HCl                 ССlН₂CHO + Н₂О

;

4) дихлорацетальдегид

С₂Н₄ + 3/2О₂ + 2HCl                  ССl₂НCHO + 2Н₂О

;

5) трихлорацетальдегид

С₂Н₄ + 2О₂ + 3HCl               ССl₃CHO + 3Н₂О

;

6) хлороформ

С₂Н₄ + 2О₂ + 6HCl              2CHCl₃ + 4Н₂О

.

Общий расход НСl:

 

Результаты расчета  сводим в таблицу 1.

 

Таблица 1.    Баланс превращения продуктов.

№	Наименование  продуктов реакции			Расход этилена, %	Расход, кг/ч			Получено, кг/ч
					этилена	кислорода	HCl	Орг. пр-кт	Н2О
1	Ацетальдегид			С1	7,1270	4,0726	-	11,1996	-
2	Уксусная кислота			С2	0,1140	0,1303	-	0,2442	-
3	Углекислота			С3	0,0912	0,3126	-	0,2866	0,1172
4	Щавелевая кислота			С4	0,0532	0,1520	-	0,1710	0,0342
5	Кротоновый  альдегид			С5	0,0760	0,0434	-	0,0950	0,0244
6	Полимерные  соединения			С6	0,0456	-	-	0,0456	-
7	Хлористый этил			С7	0,0046	-	0,0059	0,0105	-
8	Хлористый метил			С8	0,0023	-	0,0059	0,0082	-
9	Монохлорацетальдегид			С9	0,0661	0,0755	0,0862	0,1853	0,0425
10	Дихлорацетальдегид				0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000
11	Трихлорацетальдегид			С10	0,0152	0,0347	0,0594	0,0801	0,0293
12	Хлороформ и  метиленхлорид			С11	0,0030	0,0069	0,0238	0,0259	0,0078
			Итого	100	7,5981	4,8281	0,1813	12,35195	0,2555

 

Правильность баланса  превращения этилена проверяется  по уравнению:

,

 

Необходимое количество циркулирующего катализаторного раствора составит:

или

;

 

где – плотность катализаторного раствора, кг/м³ [1];

в том числе

;

;

;

2.1.2. Материальный баланс  реактора.

 

 

 

Рис.3   Схема материальных потоков реактора

 

I. Этилен: .

II. Катализаторный раствор: .

     С катализаторным  раствором поступает воздух: .

III. Сумма полученных органических продуктов:  .

IV. Непрореагировавший этилен:

   .

  С катализаторным  раствором уходит также отработанный воздух

      .

 Результаты расчета  сводим в таблицу 2.

Таблица 2. Материальный баланс реактора.

№	Компоненты					Количество, кг/ч		% масс.
	Приход:
1	Этилен					10,66		0,48
2	Катализаторный  раствор,
		в том числе:
	-	воздух				24,62		1,10
	-	катализатор				2201,96		98,42
								100
			в том числе:
		-	PdCl2			13,21		0,60
		-	CuCl2·2H2O			462,41		21,00
		-	CH3COOH			176,16		8,00
		-	H2O			1550,18		70,40
	ИТОГО:					2237,24		100
	Расход:
	Реакционная масса
3	Органические  продукты					12,35		0,552
4	Непрореагировавший  этилен					3,07		0,137
5	Катализаторный  раствор,
		в том числе:
	-	отработанный  воздух				19,79		0,885
	-	катализатор				2201,96		98,423
								100,000
			в том числе
		-	PdCl2			13,21		0,600
		-	CuCl2·2H2O			462,41		21,000
		-	CH3COOH			176,16		8,000
		-	H2O			1550,18		70,400
6	Потери					0,07		0,003
	ИТОГО:					2237,24		100,000

 

2.2. Расчет теплового  баланса и основных размеров  реактора .

 

В технологический расчет входит определение теплового баланса  аппарата, а также определение  его основных размеров по укрупненным  показателям.

В рассматриваемой технологической  схеме окисления этилена в ацетальдегид  реактор представляет собой аппарат идеального вытеснения, выполненный в виде змеевика (рис.3).

 

 

Рис.4 Реактор окисления этилена в ацетальдегид.

2.2.1. Расчет основных  размеров реактора

 

1. Исходя из количества  катализаторного раствора и времени пребывания его в реакторе находим необходимый объем реактора:

;

где – количество катализаторного раствора, поступающего в реактор, м³/ч;

   – время пребывания  катализаторного раствора в реакторе, с;

.

2. Исходя из принятой  скорости движения жидкости  , определяем диаметр реактора:

.

3. Длина реактора:

.

4. По конструктивным соображениям принимается высота витка реактора [1] и определяется количество витков реактора:

.

5. Рассчитываем конструктивную  длину реактора  с учетом расстояния между витками S, м [1]:

.

2.2.2. Расчет теплового  баланса реактора

 

Целью расчета теплового  баланса реактора является определение  температуры реакционной массы  на выходе из реактора.

Значения температур принимаем по описанию технологической схемы [2].

Приход  тепла:

1. С этиленом при  (Сэ=10,41 кДж/(кг^.оС)  [3]:

.

2. С воздухом, поступающим  в реактор окисления катализаторного  раствора при  (С_возд = 1,008 кДж/(кг^.оС)  [3]  )::

.

3. С катализаторным  раствором, поступающим из отпарной  колонны в реактор окисления  катализаторного раствора при  (С_кат = 4,2 кДж/(кг^.оС)  [1]  )

.

4. За счет теплового  эффекта реакции окисления этилена в ацетальдегид [2]:

.

Итого приход тепла:

 

Расход  тепла

1. С реакционной массой  на выходе из реактора:

;

где принимается равным [1]:

.

2. С отработанным воздухом, выходящим из реактора окисления  катализаторного раствора при  . C_возд принимается равным 1,008 кДж/(кг^.оС)  [3]  :

. 

3. С теплопотерями  в окружающую среду – принимается по производственным данным, равным (5-10%) от [1]:

.

Итого расход тепла:

Из равенства  определяем температуру реакционной массы на выходе из реактора:

 

Заключение.

В данной работе были рассмотрены основные промышленные методы получения ацетальдегида, некоторые из них уже утратили свою актуальность, некоторые, напротив, широко используются по сей день. Более подробно был исследован процесс получения ацетальдегида  двухстадийным окислением этилена. В работе представлены физико-химические основы этого процесса, дана блок схема, а также принципиалная технологическая схема получения ацетальдегида по этому методу. Согласно исходным данным, полученным у преподавателя, был произведен расчет реактора окисления этилена в ацетальдегид, который включает  в себя материальный баланс, тепловой баланс, а также расчет основных конструкционных размеров реактора. Данная работа позволяет сделать довод о целесообразности получения ацетальдегида этим методом. 

Список использованной литературы

 

1. Голубева И.А., Крылов И.Ф., Никонов В.И., Методические указания по выполнению курсовых работ по курсу “Технология нефтехимического синтеза”. Производство ацетальдегида окислением этилена. Дегидрирование изобутана. – М., МИНГ, 1987, 30с.
2. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М.,  Технология нефтехимического синтеза. – М., Химия, 1985, 480с.
3. Варгафтик Н.Б., Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М., Наука, 1972, 720с.
4. Казанская А.С., Скобло В.А., Расчеты химических равновесий. Справочные таблицы. – М., Химия, 1998, 75с.