2. Расчет материального баланса процесса производства мтбэ в изотермическом реакторе.
2.1. Основы расчета [7].
В основе процесса – взаимодействие изобутилена с метанолом:
(СНз)2С=СН2 + НОСНз ↔ (СНз)зСОСНз
Процесс реализуется так, что кроме изобутилена другие компоненты, входящие в углеводородную фракцию С4, с метанолом практически не реагируют, в связи с чем этот процесс может рассматриваться и как хемосорбционный метод извлечения изобутилена из указанных фракций.
Затем определяется содержание изобутилена в отработанной у.в. фракции XI 2( 1 )≤ xd.
Концентрация изобутилена в отходящей с установки отработанной у.в. фракции при однократном прохождении сырьевого потока через реакционный аппарат определяется:
Х12(1)=(1-а1)*Х1(1)\[1-а1*Х12(1)], доли масс.(1)
Расчет состава углеводородного потока на входе в реактор.
Когда вычисленное значение X12(l)>xd, решение задачи может быть достигнуто: снижением концентрации изобутилена в у.в. потоке на входе в реактор путем разбавления свежего сырья отработанной углеводородной фракцией.
Р
Р
СИОФ
Z
Х12(i)
Х1(i)
Х2(i)
СИОФ – система извлечения отработанной у.в. фракции,
Z – степень разбавления – отношение количества циркулирующего потока к свежему,
XI (i) – концентрация компонента в свежей фракции,
Х2(i) – концентрация компонента в отработанной у.в. фракции.
С учетом обозначений потоков на рис. выражение (1) принимает вид:
X12(l)=X2*(l-al)\(l-X2(l)*al), доли масс (2)
Отсюда получаем выражение для определения величины концентрации изобутилена на входе в реакционный блок:
X2(l)=X12(l)\(l-al-X12(l)*al), доли масс (3)
С другой стороны, из рис. ясно, что
X2(1)=X1+Z*X12(1 )\(1+Z), доли масс (4)
Далее после преобразований получаем выражение для определения необходимой степени разбавления свежего сырья отработанной у.в. фракцией С4:
Z=(X1(1)-X2(1))\(X2(1)-X12(1) X доли масс (5)
Содержание остальных компонентов углеводородного потока на входе в реактор:
X2(i)=(Xl(i)+X12(i)*Z)\(l+Z), доли масс……………. (6).
Определение состава материальных потоков установки производства мтбэ.
Количество углеводородной фракции на входе в реактор с учетом рециркулирующей отработанной углеводородной фракции:
G2=(l+Z)*Gl, кг/ч (7)
Отсюда определяют компоненты потока. Количество конвертированного изобутилена:
GKI=G2(l)*al, кг/ч (8)
Количество непрореагировавшего изобутилена:
GNI+G2(l)*(l-al), кг\час (9)
Количество свежего метанола на входе в реактор с учетом его мольного отношения к поступающему в реактор изобутилену:
G4(5)=0.57*G2(l)*MI, кг/ч (10)
Где 0.57-мол.масса метанола\мол. масса изобутилена.
Количество воды, пошедшей на образование трет.бутанола:
G4(6)=0.32*GKI*SITB, кг\ч (11)
Где 0.32-мол. масса воды\мол.масса изобутилена.
В расчете условно принимаем, что вода поступает в реактор со свежим метанолом.
Количество образовавшегося МТБЭ:
G5(7)=1.57*GKI*SIMT, кг\ч (12)
Где 1.57-мол.масса МТБЭ\мол.масса изобутилена. Количество образовавшегося трет.бутанола:
G5(8)=1.32*GKI*SITB, кг/ч (13)
Где 1.32-мол.массатрет.бутанола\мол.масса изобутилена. Количество образовавшегося диизобутилена:
G5(9)=GKI*SlDI, кг\ч (14)
Количество метанола пошедшего на образование МТБЭ:
GKME=0/36*G5(7), кг\ч (15)
Затратами метанола на другие продукты в расчете пренебрегаем.
Тогда реакционная смесь на выходе из реактора содержит следующее количество метанола:
G5(5)=G4(5)-GKME, кг\ч (16)
Заданием определено, что технический МТБЭ после выделения его из реакционной смеси в аппарате 2 содержит и трет. бутанол, и диизобутилен, и некоторое количество Х6(5) метанола.
В паровой фазе через верх аппарата 2 из реакционной массы отгоняется смесь отработанной у.в. фракции и метанола. Количество последнего составляет:
G7(5)=G5(5)-G6(5),кг/ч (17)
Количество водного конденсата (G8), поступающего в аппарат 3 для извлечения метанола из углеводород – метанольной смеси:
G8=G7*WUV, кг\ч (18)
В дальнейшем учитываем:
G11=Z*G1, кг/ч (19)
G12=G9-G11, кг/ч (20)
X9(i)=Xl l(i)=X12(i), доли масс (21)
Поток G10 в аппарате 4 делится на два потока: метанол (G13) и
G13=G10(5), кг/ч (22)
G8=G10(6), кг/ч (23)
По экологическим и экономическим соображениям метанол не может быть выведен с установки, из-за чего он целиком направляется на рециркуляцию и смешивается со свежим метанолом (G3).
То же самое относится и к водному конденсату, который контактировал с ядом (метанолом). По этой причине конденсат не может быть выведен с установки, вследствие чего он также направляется на рециркуляцию и после охлаждения снова используется для извлечения метанола из углеводород – метанольной фракции в аппарате 3.
Отсюда количество свежего метанола,поступающего на установку:
G3(5)=G4(5)-G13, кг/ч (24)
Учитывая, что вода приходит в реактор со свежим метанолом: G4(6)=G3(6), кг/ч (25)
Расчет материальных потоков процесса производства МТБЭ с применением реактора адиабатического типа проводится с применением ЭВМ по программе, выполненной на языке Паскаль.
Результат расчета содержит количества и состав всех 13 основных потоков, указанных на рисунке.
По полученным данным необходимо определить:
-расходные показатели процесса по углеводородной фракции и метанолу;
-количество отработанной углеводородной фракции С4 в расчете на 1т производимого МТБЭ.