Рассчитать и спроектировать узел дегидрирования этилбензола производительностью 50000т стирола в год

       Таблица №3.2

 

 

     

     4. Описание технологической схемы процесса 

     

     Рис. 4.1 Общая принципиальная схема производства стирола из этилбензола 

 

     

     Этилбензольная  шихта (ЭБШ) – смесь свежего этилбензола  и возвратного этилбензола подается в испаритель поз.204. В испарителе поз.204 ЭБШ нагревается до температуры кипения, испаряется и частично перегревается.

     Для снижения температуры кипения ЭБШ  испарение осуществляется в токе водяного пара. Расход пара на смешение в трубное пространство поз.204 поддерживается регулятором в количестве 10-15% от подачи ЭБШ.

     Пары  ЭБШ с температурой 150-160⁰С, регулируемой расходом пара на испарение, поступают из испарителя в трубное пространство перегревателя поз.203, где нагреваются за счет тепла перегретого водяного пара, поступающего из межступенчатого подогревателя. Перегретые пары ЭБШ из перегревателя поступают в смесительную камеру реактора поз.202, где смешиваются с перегретым водяным паром в соотношении   1 : 2 ÷ 3,5, поступающим из печи поз.201/2, состоящей из двух радиантных камер и одной конвекционной камеры.

     В реакторе происходит каталитический процесс  адиабатического двухступенчатого дегидрирования этилбензола в стирол в токе водяного пара с промежуточным  подогревом контактного газа.

     Контактный  газ из реактора поступает в котел-утилизатор поз.205/1-2, Далее контактный газ, охлажденный до температуры не более 180⁰С подается в пенный аппарат поз.209, где проходит через слой вспененного конденсата, подаваемого на сетчатые тарелки аппарата, охлаждается до температуры не более 120⁰С, очищается от катализаторной пыли и извлекает углеводороды из водного конденсата.

     Контактный  газ из пенного аппарата направляется на трех – ступенчатую конденсацию:

     -Первая  ступень конденсации – охлаждение  контактного газа производится  до температуры 40-650С в конденсаторах воздушного охлаждения (АВЗ) поз.210/1.

     -Вторая  ступень конденсации – охлаждение  контактного газа производится  при температуре не более 45⁰С в конденсаторе поз.211, охлаждаемом оборотной водой. Из конденсатора поз.211 несконденсированный газ поступает последовательно через каплеотбойник поз.212 (вертикальный аппарат, объемом 5,0 м3), конденсатор – холодильник поз.216/1, охлаждаемый раствором этиленгликоля или минуя его, затем в расширитель поз.212а.

     Контактный  газ после каплеотбойника поз.212а  направляется во всасывающий трубопровод компрессора поз.213/1-3, где сжимается до давления не более 2,0 кгс/см², нагреваясь при этом до температуры не более 150°С для поз.213/3, не более 170⁰С для поз.213/1-2.

     -Третья  ступень конденсации - несконденсированный  газ из каплеотбойника поз.215 поступает в межтрубное пространство конденсаторов поз.216/1-2, где охлаждается до температуры 1– 8°С раствором этиленгликоля, поступающим из заводской сети с температурой (-12⁰С) и конденсируется. 

     5. Нормы технологического режима 

Таблица 5.1

 
 

 

     

     6. МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ СТАДИИ ДЕГИДРИРОВАНИЯ  ЭТИЛБЕНЗОЛА 

     6.1. Основные положения при расчете  материального баланса. 

• конверсия этилбензола  56 %
• разбавление шихты водяным паром 1:2,5 (мас.), в том числе в испаритель – 10 % от массы шихты
• баланс разложения этилбензола приведен в таблице 8.1.
• содержание толуола в возвратном этилбензоле н/б 1 % мас.
• содержание стирола в возвратном этилбензоле н/б 1,5 % мас.
• содержание этилбензола в бентоле н/б 1,0 % мас.
• осмоление стирола при ректификации не более 10 кг/т стирола (для расчета принято 10,0 кг/т)
• содержание стирола в КОРС не более 17,5 % мас (для расчета принято 17,13 % мас).
• ксилолы, поступающие с шихтой, конвертируют на катализаторе на 20 % (в толуол)
• конверсия изопропилбензола в альфа-метилстирол 50 %
• парафиновые углеводороды выводятся с бентолом
• степень извлечения индивидуальных ароматических углеводородов из абгаза – 95%  

 

     Материальный баланс на мощность 50 тыс. т/год стирола при числе часов работы в году 8000 приведен в таблицах 8.2 – 8.4. Схема материальных потоков представлена на рис. 4.1.

     При расчете балансов не учтены механические потери. 

     Часовая производительность установки:

     По  стиролу ректификату:

     

     По 100%-ому стиролу:

     

     С учетом потерь на стадии ректификации в реакторе дегидрирования необходимо получить стирола:

     

     Рассчитаем  мольный поток:

       

     Для упрощения расчета принимаем, что  в процессе дегидрирования протекают следующие реакции:

     Основная  реакция дегидрирования:

       ^(6.1)

     Кроме основной реакции протекает ряд  побочных реакций с образованием бензола, толуола, метана, этилена, окиси  углерода, двуокиси углерода, кокса.

         ^(6.2)

        ^(6.3)

       ^(6.4)

     По  основной реакции расходуется этилбензола:

     

     или

     где M_eb= 106.17 кг/кмоль – молекулярная масса этилбензола

     Ф=0,89 – селективность по стиролу 

     С учетом степени конверсии:

     

     или

     

     где Х=0,56 – степень конверсии этилбензола 

     С учетом потерь на стадии ректификации в реактор подают этилбензола:

     

     или

     

     где p=0.08 – потери этилбензола 

     Потери  этилбензола на стадии ректификации:

   

     или

     

     Непревращенный  этилбензол в контактном газе:

     или

     

     В реактор поступает:

     Свежего этилбензола:

     

     или

     

     Возвратного этилбензола:

     

     или

     Таблица 6.1.

     Состав  свежего этилбензола (поток 1)

        

     Таблица 6.2.

     Состав  возвратного этилбензола (поток 2)

        

     Для снижения температуры кипения в жидкую этилбензольную фракцию добавляют водяной пар. Массовую долю водяного пара в образующейся парогазовой смеси находят по формуле:

     

     где и – парциальные давления паров воды и этилбензольной фракции при температуре кипения

       и  – мольные массы воды и этилбензольной фракции.