Решение

1. Определяем массовый расход бензина на выходе из каскада реакторов:

GБО = GБ (1−εБ) = 6250 (1−0,3) = 4375 кг/ч.

2. Определяем расход полиэтилена на выходе из каскада реакторов:

GПЭ = GЭ yБ = 4375 0,18 = 960, 4 кг/ч. yПЭ 0,82

3. Определяем массовый расход этилена на входе в каскад реакторов:

	GЭ =	VЭ M	=	8200 28,05	=10261,97 кг/ч.
		22,41383		22,41383

4. Определяем степень конверсии этилена:

x =	GПЭ	=		960, 4	= 0,094 или 9,4 %.
			10261,97
	G
	Э

Пример 2.11

Производительность установки полимеризации этилена при низком давлении равна 5000 кг полиэтилена в час. Определить объемный расход этилена и полезный реакционный объем, если степень конверсии этилена равна 98 %, массовая концентрация полимера в суспензии, выходящей из реактора, 80 кг/м3, а время пребывания реакционной массы в реакторе 6 ч.

Решение

1. Определяем массовый расход этилена:

GЭ =			GПЭ		=	5000 = 5102 кг/ч.
			х			0,98
			Э
2. Определяем объемный расход этилена:
V	= GЭ 22,41383						= 5102 22,41383 = 4076,84 ≈ 4077 кг/ч.
Э					M		28,05
3. Определяем полезный объем реактора:
VР	=	VПЭ		τ = 5000			6 = 375 м3.
		СПЭ				80

Пример 2.12

Составить материальный баланс реактора полимеризации этилена под низким давлением.

Исходные данные:

1) производительность по полиэтилену 24000 т/год (GПг );

55

2)число часов работы реактора в году 7200 (τэф);

3)суммарные потери этилена и полиэтилена в процессе полимеризации:

П1 = 1,5 % масс;

4) потери этилена на образование низкомолекулярного полиэтилена:

П2 = 2 % масс.; 5). состав свежего этилена, % масс.:

xCH4 = 0,2,

xC2H4 = 99,5, xС2Н6 = 0,3;

6)содержание этилена в циркулирующем этилене у = 0,98;

7)расход катализаторов: триэтилаллюминия (ТЭА) аТЭА = 0,4;

тетрахлоридтитаната (TiCl4) аTiCl4 = 0,6;

8) в реактор подается 1%-й раствор катализатора в бензине; 9) концентрация полиэтилена в катализаторной пульпе

сП = 130 кг/м3 бензина;

10) бензин – растворитель, плотность бензина d420 = 0,7;

11) давление в реакторе РР = 0,35 МПа.

Полимеризацию этилена приводят в растворе бензина. Часть этилена, не вступившего в реакцию, рециркулирует с целью отвода тепла. В связи с этим инертные примеси, поступающие с этиленом, удаляют с отдуваемым циркулирующим газом.

Решение

1. Определяем расход полиэтилена:

GП′ = GПг 1000 = 24000 1000 = 3333,3 кг/ч. τэф 7200

2. Определяем расход полиэтилена с учетом потерь:

GП = GП′	1+П1	= 3333,3 +	3333,3 1,5	= 3383,3 кг/ч.
	100		100

3. Определяем потери полиэтилена:

GП −GП′ = 3383,3 −3333,3 = 50 кг/ч.

4. Определяем количество низкомолекулярного полиэтилена:

GНП = GП′100ПНП = 3333,3100 2 = 66,7 кг/ч.

5. Определяем расход 100%-го этилена на реакцию:

АЭ = GП +GНП = 3383,3 +66,7 = 3450 кг/ч.

6. Определяем количество отдуваемых газов.

56

Количество отдуваемого газа находим из газового баланса. Поскольку давление в системе низкое, количеством растворенного циркулирующего этилена пренебрегаем:

V= АЭ (1− х).

х− у

Размерность А и V может быть кг/ч, кмоль/ч или м3/ч, соответственно, для расчета следует использовать х и у, выраженные в массовых или мольных долях.

V = 3450 (1−0,995) =1150 кг/ч. 0,995 −0,98

7. Определяем количество отдуваемого 100 %-го этилена:

VC2H4 =Vy =1150 0,98 =1127 кг/ч.

8. Определяем количество отдуваемых примесей:

Vпр =V −VC2H4 =1150 −1127 = 23 кг/ч.

9. Определяем количество поступающего свежего этилена:

GСсв2H4 = A +XVy = (3450 +1127) 0,995 = 4600 кг/ч.

10. Определяем количество поступающего 100 %-го этилена:

GС2Н4 = 4600 995 = 4577 кг/ч.

11. Определяем количество поступающих примесей:

Vпр = 4600 (1−0,995)= 23 кг/ч,

т. е. примеси, поступающие с этиленом, равны отдуваемым примесям.

12. Определяем объемный расход бензина:

VБ = 3383,3130 = 26,025 м3/ч.

13. Определяем массовый расход бензина:

GБ = 26,025 700 =18217,8 кг/ч.

14. Определяем расход TiCl4:

′	=	Уn аTiCl4			=	3383,3 0,6	= 20,3 кг/ч.
GTiCl4		100				100
15. Определяем расход ТЭА:
′		GП аТЭА				3383,3 0, 4	=13,5 кг/ч.
GТЭА	=				=	100
		100

16. Определяем количество раствора TiCl4:

			′	100		20,3 100
	Gр-ра TiCl4	=	GTiCl4		=		= 2030 кг/ч.
			C			10

17. Определяем количество раствора ТЭА:

57