Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО
Воронежская государственная технологическая академия
Кафедра промышленной экологии
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Технология основных производств»
Зав. кафедрой промэкологии: проф. Корыстин С.И.
Разработали: доц. Енютина М.В.,
доц. Пугачева И.Н.
Утверждено на методическом семинаре
кафедры промэкологии
протокол №
от «____»_________
для студентов дневной формы обучения
Воронеж
2008
Лабораторная работа 1
1) Расчет материального баланса процесса получения изопропилбензола.
Исходные данные.
В первой стадии (алкилирование) образуется 40 % алкилбензолов от массы взятого бензола: из них 22 % моно-, 10 % ди-, и 8 % триизопропилбензолов. Второй стадией процесса является деалкилирование полиалкилбензолов. Расчет проводится на 1 т изопропилбензола. Потери бензола и пропилена в расчете условно не учитываются.
Расчет
При алкилировании протекают реакции:
C6H6 + C3H6 C6H5C3H7
78 42 120
C6H6 + 2C3H6 C6H4(C3H7)2
78 2 .42 162
C6H6 + 3C3H6 C6H3(C3H7)3
78 3 .42 204
Для получения 1 т изопропилбензола требуется
бензола:
кг
пропилена:
кг
Подсчитаем, как распределяется расход пропилена на образование моно-, ди- и триизопропилбензолов:
|
Количество алкилбензолов в смеси, мол.д. |
Расход пропилена, мол.д. |
мас. д., % |
|
|
образование C6H5C3H7 |
1,83 |
43,4 |
|
|
образование C6H4(C3H7)2 |
1,22 |
28,9 |
|
|
образование C6H3(C3H7)3 |
1,17 |
27,7 |
|
|
Всего: |
2,83 |
4,22 |
100,0 |
При расходе 350 кг пропилена образуется:
моноизопропилбензола: кг;
диизопропилбензола: кг;
триизопропилбензола: кг.
Всего образуется изопропилбензолов в первой стадии:
434 + 195 + 157 = 786 кг
Количество получаемых изопропилбензолов составляет 40 % от массы исходного бензола. Количество бензола, вводимого в реак ционную зону, составляет:
кг
Подсчитаем количество непрореагировавшего бензола:
1965 - (786 - 350) = 1529 кг
Материальный баланс первой стадии процесса сводим в табл. 1.
Таблица 1
|
Поступает |
кг |
Получается |
кг |
|
Бензол Пропилен |
1965 350 |
Моноизопропилбензол Диизопропилбензол Триизопропилбензол Непрореагиров. Бензол |
434 195 157 1529 |
|
Всего: |
2315 |
Всего: |
2315 |
Во второй стадии (деалкилирование) протекают следующие реакции:
C6H4(C3H7)2 + C6H6 2C6H5C3H7
162 78 2 .120
C6H3(C3H7)3 + 2C6H6 3C6H5C3H7
204 2 .78 3 .120
На деалкилирование ди- и триизопропилбензолов затрачивает ся бензола:
кг
Всего в обеих стадиях получается моноизопропилбензола:
434 + 195 + 157 + 214 = 1000 кг
Количество непрореагировавшего бензола по окончании второй стадии составит:
1529 - 214 = 1315 кг
Общий баланс процесса получения 1 т моноизопропилбензола сводим в таблицу (табл. 2 ).
Таблица 2
|
Поступает |
кг |
Получается |
кг |
|
Бензол Пропилен |
1965 350 |
Моноизопропилбензола Непрореагировавший бензол |
1000 1315 |
|
Всего: |
2315 |
Всего: |
2315 |
Задача 1. В первой стадии (алкилирование) образуется М % алкилбензолов от массы взятого бензола: из них А % моно-, В % ди-, и С % триизопропилбензолов. Второй стадией процесса является деалкилирование полиалкилбензолов. Расчет проводится на К т изопропилбензола. Потери бензола и пропилена в расчете условно не учитываются.
Варианты
|
№ вар. |
Кол-во, образующихся алкилбензолов М, % мас. |
Кол-во, образующихся моноизопропил-бензолов А, % мас. |
Кол-во, образующихся диизопропилбен-золов В, % мас. |
Кол-во, образующихся триизопропил-бензолов С, % мас. |
Масса изопропилбензола К, т |
|
1 |
45 |
20 |
15 |
10 |
1,0 |
|
2 |
50 |
15 |
20 |
15 |
1,1 |
|
3 |
60 |
25 |
15 |
20 |
1,0 |
|
4 |
70 |
30 |
25 |
15 |
1,2 |
|
5 |
42 |
22 |
10 |
10 |
1,3 |
|
6 |
56 |
26 |
15 |
15 |
1,1 |
|
7 |
64 |
34 |
20 |
10 |
1,2 |
|
8 |
62 |
30 |
22 |
10 |
1,0 |
|
9 |
72 |
35 |
25 |
12 |
1,1 |
|
10 |
54 |
24 |
18 |
12 |
1,2 |
|
11 |
50 |
32 |
10 |
8 |
1,1 |
|
12 |
44 |
28 |
12 |
4 |
1,0 |
|
13 |
66 |
46 |
15 |
5 |
1,3 |
|
14 |
68 |
38 |
24 |
6 |
1,2 |
2) Составление материального баланса установки сернокислотного алкилирования бензола пропиленом на основании следующих исходных положений:
1. Производительность установки по изопропилбензолу 2500 кг/ч;
2. Соотношение бензол : алкены = 4 : 1 ( моль );
3. Принять, что в условиях процесса 95 % алкенов идут на образование моноалкилбензола, остальные 5 % - на образование диалкилбензолов;
4. Состав поступающей пропан-пропиленовой фракции приведен в табл.3.
Таблица 3
|
Компонент |
мас. д., % |
Молек. масса |
|
Этилен Этан Пропилен Пропан Бутилен Бутан |
0,4 0,5 62,7 34,6 0,8 1,0 |
28 30 42 44 56 58 |
5. При расчете потерями пренебречь.
Расчет
Реакция алкилирования бензола пропиленом:
C6H6 + C3H6 C6H5C3H7
78 42 120
1. Для получения 2500 кг/ч кумола требуется пропилена:
кг/ч
2. Расход пропилена на образование диизопропилбензола:
кг/ч
3. Полный расход пропилена: 875 + 46 = 921 кг/ч.
4. Расход пропан-пропиленовой фракции:
кг/ч
Количество отдельных компонентов фракции (табл. 4).
Таблица 4
|
Компонент |
кг/ч |
кмоль/ч |
|
Этилен Этан Пропилен Пропан Бутилен Бутан |
5,9 7,4 921,0 509,2 11,8 14,7 |
0,211 0,247 21,900 11,560 0,211 0,254 |
|
Всего: |
1470,0 |
34,383 |
6. Расход бензола на образование изопропилбензола:
2500 - 875 = 1625 кг/ч
7. Расход бензола на образование диизопропилбензола по реакции:
C6H6 + 2C3H6 C6H4(C3H7)2
кг/ч
8. Расход бензола на образование этилбензола:
кг/ч
9. Расход бензола на образование диэтилбензола:
кг/ч
10. Расход бензола на образование бутилбензола и дибутилбензола:
кг/ч
11. Общий расход бензола:
1625,0 + 42,7 + 15,6 + 0,4 + 15,6 + 0,4 = 1699,7 кг/ч
12. Общее количество алкенов в пропан-пропиленовой фракции:
0,211 + 21,9 + 0,211 = 22,322 кмоль/ч
Количество подаваемого бензола:
4 . 22,322 кмоль/ч,
или 4 . 22,322 . 78 = 6960 кг/ч
13. Количество возвратного бензола:
6960 – 1699,7 = 5260,3 кг/ч
14. Образовалось
этилбензола: 5,6 + 15,6 = 21,2 кг/ч;
диэтилбензола: 0,005 . 5,9 + 0,4 = 0,3 + 0,4 = 0,7 кг/ч
диизопропилбензола: 46 + 42,7 = 88,7 кг/ч;
бутилбензола: 0,95 . 11,8 + 15,6 = 26,8 кг/ч;
дибутилбензола: 0,05 . 11,8 + 0,4 = 1 кг/ч;
15. Сводная таблица материального баланса (табл. 5).
Таблица 5
|
Поступило на установку |
Получено с установки |
||
|
Компонент |
Кг/ч |
Компонент |
Кг/ч |
|
Пропан-пропиленовая фракция в том числе этилен этан пропилен пропан бутилен бутан Бензол в том числе свежий возвратный |
1470,0 5,9 7,4 921,0 509,2 11,8 14,7 6960,0 1699,7 5260,3 |
Алкилат (моно) в том числе этилбензол изопропилбензол бутилбензол Полиалкилбензолы в том числе диэтилбензол диизопропилбензол дибутилбензол Остаточный газ в том числе этан пропан бутан Бензол-возврат |
2548,0 21,2 2500,0 26,8 90,4 0,7 88,7 1,0 531,3 7,4 509,2 14,7 5260,3 |
|
Всего: |
8430,0 |
Всего: |
8430,0 |
Задача 2. Составить материальный баланс установки сернокислотного алкилирования бензола пропиленом на основании следующих исходных положений:
1. Производительность установки по изопропилбензолу А, кг/ч;
2. Соотношение бензол : алкены = 4 : 1 ( моль );
3. Принять, что в условиях процесса В % алкенов идут на образование моноалкилбензола, остальные С % - на образование диалкилбензолов;
4. Состав поступающей пропан-пропиленовой фракции К, Л, М, Н, О, П % мас.
5. При расчете потерями пренебречь.
Варианты
|
№ вар. |
Произ-вод. уст. по изопропилбензолу, А кг/т |
Кол-во алкенов на образ. моноалкилбензола В, % мас. |
Кол-во алкенов на образ. диалкилбензолов С, % мас. |
Кол-во этилена К, % мас. |
Кол-во этана Л, % мас. |
Кол-во пропи-лена М, % мас. |
Кол-во про-пана Н, % мас. |
Кол-во бутилена О, % мас. |
Кол-во бутана П, % мас. |
|
1 |
2600 |
96 |
4 |
0,6 |
0,3 |
62,5 |
34,5 |
1,3 |
0,8 |
|
2 |
2700 |
92 |
8 |
0,8 |
0,5 |
58,4 |
38,2 |
1,1 |
1,0 |
|
3 |
2650 |
98 |
2 |
1,0 |
0,8 |
60,0 |
32,4 |
5,0 |
0,8 |
|
4 |
2550 |
94 |
6 |
1,1 |
0,5 |
68,2 |
28,5 |
0,7 |
1,0 |
|
5 |
2800 |
99 |
1 |
0,7 |
0,5 |
65,4 |
30,2 |
2,2 |
1,0 |
|
6 |
2720 |
97 |
3 |
0,4 |
0,3 |
70,5 |
27,3 |
0,9 |
0,6 |
|
7 |
2450 |
93 |
7 |
0,8 |
0,5 |
69,8 |
25,7 |
2,2 |
1,0 |
|
8 |
2400 |
95 |
5 |
0,4 |
0,2 |
74,5 |
21,6 |
2,3 |
1,0 |
|
9 |
2300 |
91 |
9 |
1,0 |
0,8 |
72,6 |
24,3 |
0,8 |
0,5 |
|
10 |
2800 |
92 |
8 |
0,5 |
0,8 |
70,6 |
26,5 |
1,0 |
0,6 |
|
11 |
2850 |
95 |
5 |
0,9 |
0,6 |
74,0 |
22,3 |
1,2 |
1,0 |
|
12 |
2350 |
90 |
10 |
1,2 |
0,8 |
75,2 |
20,8 |
1,6 |
0,4 |
|
13 |
2250 |
96 |
4 |
1,4 |
0,7 |
65,6 |
30,5 |
1,0 |
0,8 |
|
14 |
2200 |
94 |
6 |
0,9 |
0,7 |
64,6 |
32,4 |
0,8 |
0,6 |
Лабораторная работа № 2
1) Расчет часового материального баланса производства дихлорэтана оксихлорированием этилена. Производительность - 130000 т/год дихлорэтана.
Исходные данные.
1. В процессе протекают реакции:
C2H4 + 2HCl + 0,5O2 C2H4Cl2 + H2O (1)
C2H4 + 3HCl + O2 C2H3Cl3 + 2H2O (2)
C2H4 + 4HCl + 1,5O2 C2H2Cl4 + 3H2O (3)
2.Состав исходных газов.
|
Этиленовая фракция |
об.д,% |
Воздух |
об.д,% |
Хлористый водород |
об.д,% |
|
Этилен Этан Метан |
97 2,6 0,4 |
АзотКислород Инерты |
78 21 1 |
HCl Примеси |
99,95 0,05 |
3. Количество образующегося трихлорэтана (в % от количества дихлорэтана) – 4,6;
Количество образующегося тетрахлорэтана (в % от дихлорэтана) – 1,4;
4. Избыток воздуха от стехиометрического в массовых долях - 1,2;
5. Потери дихлорэтана - 3 %;
6. Число рабочих дней в году - 354.
Расчет
1. Часовая производительность по дихлорэтану с учетом потерь составит:
кг/ч
или
м3/ч.
2. Образуется трихлорэтана по реакции (2):
15775 .0,046 = 725,65 кг/ч
или
м3/ч
и тетрахлорэтана по реакции (3):
15775 . 0,014 = 220,85 кг/ч,
или
м3/ч
3. Расход этилена на образование хлорпроизводных:
кг/ч
или
м3/ч
4. Расход этиленовой фракции:
м3/ч
в том числе этана: 3835,54 .0.026 = 99,72 м3/ч
метана: 3835,54 .0,004 = 15,34 м3/ч
5. Расход кислорода на образование хлорпроизводных:
кг/ч
6. С учетом избытка расход кислорода составит:
2786,53 . 1,2 = 3343,84 кг/ч
или
м3/ч
7. Расход воздуха:
м3/ч
в том числе:
азота: 11146,09 .0,78 = 8693,95 м3/ч
или
кг/ч
инертов: [11146,09 .1,293 - (3343,84 + 10867,43)] = 208,73 кг/ч
где 1,293 кг/м3 - плотность воздуха.
8. Расход хлористого водорода на образование хлорпроизводных:
кг/ч
или
м3/ч
9. Количество образовавшегося водяного пара:
кг/ч
Материальный баланс производства дихлорэтана оксихлорированием этилена сведем в таблицу.
Приход |
кг/ч |
Расход |
кг/ч |
|
Этиленовая фракция в том числе: этилен этан метан Хлористый водород в том числе: HCl примеси Воздух в том числе: азот кислород инерты |
4765,66 4650,60 99,72 15,34 12425,40 12419,19 6,21 8693,95 3343,84 208,73 |
Дихлорэтан Трихлорэтан Тетрахлорэтан Вода Оборотный газ в том числе: этан метан азот кислород инерты |
15776,00 725,65 220,85 3134,85 9581,23 99,72 15,34 8693,95 557,31 214,94 |
|
Всего: |
29437,58 |
Всего: |
29437,58 |
Варианты заданий
|
№ в-т |
Этиленовая фракция, об.д % |
Воздух, об. д., % |
Хлористый водород об.д., % |
Кол-во рабочих дней, В |
|||||
|
Этилен |
Этан |
Метан |
Азот |
Кисло-род |
Инерты |
НСL |
Примеси |
||
|
1 |
96,0 |
3,5 |
0,5 |
79,0 |
20,0 |
1,0 |
99,98 |
0,02 |
350 |
|
2 |
96,5 |
3,0 |
0,5 |
80,0 |
18,0 |
2,0 |
99,96 |
0,04 |
352 |
|
3 |
97,5 |
1,9 |
0,6 |
81,5 |
17,0 |
1,5 |
99,94 |
0,06 |
356 |
|
4 |
97,0 |
2,7 |
0,3 |
82,0 |
16,0 |
2,0 |
99,92 |
0,08 |
358 |
|
5 |
95,5 |
4,0 |
0,5 |
76,5 |
21,5 |
2,0 |
99,90 |
0,10 |
355 |
|
6 |
95,0 |
4,5 |
0,5 |
77,0 |
20,5 |
2,5 |
99,94 |
0,06 |
358 |
|
7 |
98,0 |
1,5 |
0,5 |
78,0 |
20,0 |
2,0 |
99,96 |
0,04 |
360 |
|
8 |
95,5 |
3,5 |
1,0 |
79,5 |
18,5 |
2,0 |
99,93 |
0,07 |
352 |
|
9 |
94,5 |
4,5 |
1,0 |
82,0 |
17,0 |
1,0 |
99,97 |
0,03 |
354 |
|
10 |
96,5 |
2,5 |
1,0 |
80,5 |
18,5 |
1,0 |
99,94 |
0,06 |
356 |
|
11 |
97,0 |
2,5 |
0,5 |
78,5 |
19,5 |
2,0 |
99,98 |
0,02 |
350 |
|
12 |
97,5 |
1,5 |
1,0 |
79,5 |
19,0 |
1,5 |
99,95 |
0,05 |
362 |
|
13 |
95,5 |
3,0 |
1,0 |
78,0 |
21,0 |
1,0 |
99,91 |
0,09 |
356 |
|
14 |
98,5 |
1,0 |
0,5 |
80,5 |
19,0 |
0,5 |
99,99 |
0,01 |
355 |
2) Материальный расчет процесса производства формалина.
Исходные данные.
Часовая производительность установки - 2 т формалина;
Концентрация спирта - 98 % CH3OH.
Состав формалина:
об. д., % мас. д., %
Формальдегид 40 36,22
Метиловый спирт 11 7,96
Вода 49 55,82
Плотность формалина – 1,095 кг/л
Состав сухих отходящих газов, об. д., %:
азот - 73,7
метан - 0,8
водород - 21,0
кислород - 0,5
оксид углерода (IV) - 4,0
Потери формальдегида с отходящими газами составляют 2 % В контактном аппарате протекают следующие реакции:
CH3OH + 0,5O2 HCHO + H2O (1)
CH3OH HCHO + H2 (2)
CH3OH + 1,5O2 CO2 + 2H2O (3)
CH3OH + H2 CH4 + H2O (4)
На каждые 100 м3 отходящих газов в систему подают воздух в количестве:
м3
Состав компонентов, содержащихся в 93,9 м3 воздуха и в 100 м3 отходящего газа, приведен в табл. 28.
Таблица 28
|
Компоненты |
Воздух (93,3 м3) |
Отходящие газы (100 м3) |
||||||
|
об.д., % |
м3 |
кмоль |
кг |
об.д., % |
м3 |
Кмоль |
кг |
|
|
Азот Кислород Водород Метан Оксид углерода (IV) |
79 21 - - - |
73,7 19,6 - - - |
3,290 0,874 - - - |
92,12 27,96 - - - |
73,7 0,5 21,0 0,8 4,0 |
73,7 0,5 21,0 0,8 0,4 |
3,290 0,022 0,937 0,035 0,178 |
92,120 0,704 1,874 0,560 7,832 |
|
Всего: |
100 |
93,3 |
4,164 |
120,08 |
100 |
100 |
4,462 |
103,90 |
По данным таблицы, исходя из молярных соотношений веществ, реагирующих и получаемых по реакции (1-4), подсчитываем расход кислорода и спирта в процессе окисления и количество образую щегося формальдегида.
На реакции окисления расходуется: кислорода (кмоль):
0,874 – 0,022 = 0,852 спирта (кмоль):
по реакции (4) – 0,035
по реакции (3) – 0,178
по реакции (2) – 0,937 + 0,035 = 0,972
по реакции (1) - 2 .(0.852 - 1.5 0.178) = 1,170
Всего: 2,355
или
2,355 .32 = 75,36 кг
Образуется формальдегида (кмоль):
по реакции (1) – 1,170
по реакции (2) - 0.972
Всего: 2.142
или
2,142 .30 = 64,26 кг
За вычетом 2 % потерь на образование формалина расходует ся формальдегида:
64,26 – 0,02 .64,26 = 63 кг
Из этого количества формальдегида получается формалина:
кг
В формалине содержится метилового спирта:
174 .7,96 .10-2 = 13,85 кг
Общий расход метилового спирта составляет:
75,36 + 13,850 = 89,21 кг
Количество воды в формалине равно:
174 .55,82 .10-2 = 97,1 кг
Поступает воды вместе со спиртом:
кг
Образуется воды (кмоль):
по реакции (1) – 1,170
по реакции (3) - 2 .0,178 = 0,356
по реакции (4) – 0,030
Всего: 1.556
или
1,556 .18 = 28,0 кг
Для получения формалина указанного выше состава требуется дополнительное количество воды:
97,1 - (28,0 + 1,8) = 67,3 кг
Расчет проведен на 100 м3 отходящих газов, или на 174 кг формалина.
Часовой материальный баланс процесса получения 2000 кг формалина сведен в таблицу.
(на 2000 кг формалина)
|
Поступает |
кг/ч |
Образуется |
кг/ч |
|
Спирт метиловый 98 % - ный: |
1046,0 |
Формалин |
2000 |
|
Отходящие газы: |
1184,5 |
||
|
Воздух: |
1380,0 |
14,5 |
|
|
Вода: |
773,0 |
||
|
Всего: |
3199,0 |
3199,0 |
Варианты заданий
|
№ в-т |
Произ-ть установки, т |
Состав сухих отходящих газов, об. д., % |
Конц. спирта, мас. д.,% |
||||
|
Азот |
метан |
Водород |
Кислород |
СО2 |
|||
|
1 |
2,0 |
73,0 |
0,8 |
22,0 |
0,2 |
4,0 |
98,0 |
|
2 |
3,0 |
74,5 |
0,9 |
21,5 |
0,1 |
3,0 |
98,5 |
|
3 |
2,5 |
74,0 |
1,0 |
22,3 |
0,7 |
2,0 |
99,0 |
|
4 |
3,5 |
74,5 |
0,8 |
20,5 |
0,2 |
4,0 |
99,5 |
|
5 |
1,5 |
75,0 |
0,6 |
20,4 |
0,4 |
3,6 |
98,6 |
|
6 |
1,8 |
76,0 |
0,4 |
19,5 |
0,1 |
4,0 |
98,4 |
|
7 |
2,2 |
76,5 |
0,3 |
20,0 |
0,7 |
2,5 |
99,2 |
|
8 |
2,7 |
73,5 |
0,5 |
22,5 |
0,5 |
3,0 |
97,6 |
|
9 |
3,2 |
75,5 |
0,3 |
20,7 |
0,5 |
3,0 |
96,8 |
|
10 |
3,1 |
77,0 |
0,4 |
18,5 |
0,6 |
4,0 |
98,1 |
|
11 |
3,0 |
77,5 |
0,6 |
19,0 |
0,4 |
2,5 |
97,7 |
|
12 |
2,6 |
76,0 |
0,8 |
20,0 |
0,2 |
3,0 |
96,9 |
|
13 |
2,8 |
75,5 |
0,6 |
18,4 |
0,5 |
5,0 |
99,5 |
|
14 |
2,7 |
77,5 |
0,5 |
19,0 |
0,4 |
2,6 |
99,3 |
Лабораторная работа № 3
1) Материальный расчет производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида.
Исходные данные.
Годовая производительность установки - 15000 т в год
Состав технического ацетальдегида в мас. д., %:
Ацетальдегид – 99,3
Паральдегид – 0,2
Уксусная кислота – 0,25
Кротоновый альдегид – 0,05
Вода – 0,2
Выход уксусной кислоты на стадии окисления составляет 96% от теоретического (по ацетальдегиду). Потери уксусной кислоты на стадии окисления при ректификации и химической очистке - 4 %
Состав катализаторной жидкости в мас. д., %:
Ацетат марганца - 5
Уксусная кислота - 70
Вода - 25
В растворе (ацетальдегид + катализаторная жидкость), подаваемом на окисление, содержится 0,065 мас. д., % ацетата марганца.
При окислении ацетальдегида протекают следующие реакции (приводятся в суммарном виде):
CH3-CHO + 0,5O2 CH3-COOH (1)
2CH3-CHO + 1,5O2 CH3-COOCH3 + H2O + CO2 (2)
3CH3-CHO + O2 CH3-CH(OCOCH3)2 + H2O (3)
3CH3-CHO + 3O2 HCOOH + 2CH3-COOH + H2O + CO2 (4)
2CH3-CHO + 5O2 4CO2 + 4H2O (5)
Из всего количества ацетальдегида, поступающего на окисление, по реакции (2) окисляется 1 %, по реакции (3) - 0.25 %, по реакции (4) - 0.5 % и по реакции (5) – 0,25 %. Остается непрореагировавшего ацетальдегида 2 %.
Из 365 календарных дней в году 12 дней отводится для планово-предупредительного ремонта (ППР) и 20 дней - на капитальный ремонт. При круглосуточной работе цеха без остановки на воскресные и праздничные дни часовая производительность с покрытием потерь должна составлять:
кг/ч
Расход технического ацетальдегида на это количество уксусной кислоты:
кг/ч
где 44 и 60 - молекулярные массы ацетальдегида и уксусной кислоты;
0,96 - выход уксусной кислоты по ацетальдегиду на стадии окисления;
0,993 - концентрация ацетальдегида в техническом продукте. Количество компонентов технического ацетальдегида ( в кг/ч):
Ацетальдегид - 1502 .0,993 = 1490,8
Паральдегид - 1502 .0,002 = 3,2
Уксусная кислота - 1502 .0,0025 = 4,0
Кротоновый альдегид - 1502 .0,0005 = 0,8
Вода - 1502 .0002 = 3,2
Для определения расхода катализаторной жидкости составляем уравнение :
0,00065 .(1502 + x) = 0,05x
где x - количество катализаторной жидкости, кг/ч
Решая это уравнение, получаем:
x = 19,8 кг/ч
Отсюда количество компонентов катализаторной жидкости составляет (в кг/ч):
Ацетат марганца – 19,8 .0,05 = 0,99
Уксусная кислота – 19,8 .0,7 = 13,86
Вода – 19,8 .0,25 = 4,95
Расход ацетальдегида (в кг/ч):
по реакции (1): 1490,8 .0,96 = 1431,2
по реакции (2): 1490,8 .0,01 = 14,9
по реакции (3): 1490,8 .0,0025 = 3,73
по реакции (4): 1490,8 .0,005 = 7,45
по реакции (5): 1490,8 .0,0025 = 3,72
Количество непрореагировавшего ацетальдегида (в кг/ч):
1490,8 .0,02 = 29,80
Образуется продуктов (в кг/ч ):
по реакции (2):
метилацетат
вода
оксид углерода (IV)
по реакции (3):
этилидендиацетат
вода
по реакции (4):
муравьиная кислота
уксусная кислота
вода
оксид углерода (IV)
по реакции (5):
оксид углерода (IV)
вода
Для образования этих продуктов потребуется кислорода:
кг/ч
Кроме того, кислород затрачивается на окисление кротонового альдегида в кислоту по реакции
CH3-CH=CH-CHO + 0,5O2 CH3-CH=CH-COOH
в количестве:
кг/ч
Тогда количество образующейся кротоновой кислоты составит:
0,8 + 0,18 = 0,98 кг/ч
Если кислород связывается на 98 % и чистота его 99 %, расход технического кислорода будет равен:
кг/ч
в том числе (в кг/ч):
кислорода - 559 .0,99 = 553,4
азота - 559 .0,01 = 5,6
Остается неиспользованного кислорода:
554 - (542 + 0,18) = 11 кг/ч
Составим часовой материальный баланс стадии окисления, учитывая, что 34% непрореагировавшего ацетальдегида уносится с отходящими газами и 66 % ацетальдегида остается в жидкой фазе.
|
Поступает |
кг/ч |
Образуется |
кг/ч |
|
Ацетальдегид сырец в том числе: ацетальдегид паральдегид уксусная кислота кротоновый альдегид вода Катализаторная жидкость в том числе: ацетат марганца уксусная кислота вода Кислород технический в том числе: кислород азот |
1502,0 1490,8 3,2 4,0 0,8 3,2 19,8 0,99 13,86 4,95 559,0 553,4 5,6 |
Уксусная кислота-сырец в том числе: уксусная кислота ацетальдегид паральдегид кротоновая кислота ацетат марганца метилацетат этилидендиацетат муравьиная кислота вода Отходящие газы в том числе: кислород азот оксид углерода (IV) ацетальдегид Потери уксусной кислоты на стадии окисления |
2012 1952 19,80 3,20 0,98 0,99 12,52 4,15 2,60 15,78 44,00 11,00 5,60 17,40 10,00 24,80 |
|
Всего: |
2080,8 |
Всего: |
2080,8 |
Исходные данные
|
№ в-та |
Ацетальдегид, мас. д, % |
Паральдегид, мас. д, % |
Уксусная к-та, мас. д, % |
Кротоновый альдегид, мас. д., % |
Вода, мас.д., % |
|
1 |
99,0 |
0,3 |
0,35 |
0,05 |
0,3 |
|
2 |
99,1 |
0,2 |
0,35 |
0,05 |
0,3 |
|
3 |
99,1 |
0,3 |
0,25 |
0,05 |
0,3 |
|
4 |
99,2 |
0,2 |
0,25 |
0,05 |
0,3 |
|
5 |
99,2 |
0,3 |
0,15 |
0,05 |
0,3 |
|
6 |
99,3 |
0,2 |
0,15 |
0,05 |
0,3 |
|
7 |
99,3 |
0,3 |
0,15 |
0,05 |
0,2 |
|
8 |
99,4 |
0,1 |
0,25 |
0,05 |
0,2 |
|
9 |
99,0 |
0,4 |
0,25 |
0,05 |
0,3 |
|
10 |
99,1 |
0,3 |
0,35 |
0,05 |
0,2 |
|
11 |
99,5 |
0,2 |
0,15 |
0,05 |
0,1 |
|
12 |
99,4 |
0,2 |
0,25 |
0,05 |
0,1 |
|
13 |
99,2 |
0,3 |
0,35 |
0,05 |
0,1 |
|
14 |
99,5 |
0,3 |
0,10 |
0,05 |
0,05 |
2) Материальный баланс производства винилхлорида гидрохлорированием ацетилена.
Исходные данные
1. Конверсия по ацетилену - 99 %
2. Избирательность процесса - 98 %
3. Чистота исходного ацетилена – 99,5 мас. д., %
4. Чистота исходного хлористого водорода – 99,0 мас. д., %
5. Избыток хлористого водорода на основную и побочную реакцию составляет 10 % от стехиометрического.
6. Побочным продуктом процесса является дихлорэтан
7. Расчет провести на 1 т хлористого винила.
1. Расход ацетилена по реакции:
C2H2 + HCl CH2=CHCl (1)
26 36,5 62,5
кг
2. С учетом конверсии и селективности процесса расход аце тилена составит:
кг
3. Расход ацетилена на образование дихлорэтана по реакции:
C2H2 + 2HCl CH3-CHCl2 (2)
составит:
кг
4. Количество образовавшегося дихлорэтана по реакции (2) равно:
кг
5. Расход хлористого водорода на реакцию (1):
кг
6. Расход хлористого водорода на реакцию (2):
кг
7. Расход хлористого водорода с учетом избытка:
(584 + 23,9) .1,1 = 668,7 кг
Материальный баланс производства хлористого винила гидрохлорированием ацетилена сведем в таблице.
Таблица
Поступает |
кг |
Образуется |
кг |
|
Ацетиленовая фракция в том числе: ацетилен инерты Хлористый водород в том числе: HCl инерты |
431 428,8 2,2 675,4 668,7 6,7 |
Хлористый винил Дихлорэтан Ацетилен HCl Инерты |
1000 32,4 4,3 60,8 8,9 |
|
Всего: |
1106,4 |
1106,4 |
Исходные данные
|
№ в-та |
Конверсия по ацетилену, % |
Избирательность процесса, % |
Чистота исходного ацетилена, % |
Кол-во винила, т |
Чистота исходного HCL, % |
|
1 |
99,0 |
98,0 |
99,5 |
1,0 |
99,0 |
|
2 |
99,1 |
98,1 |
99,6 |
1,1 |
99,1 |
|
3 |
99,2 |
98,2 |
99,4 |
1,2 |
99,2 |
|
4 |
99,0 |
98,3 |
99,3 |
1,3 |
99,3 |
|
5 |
99,3 |
98,4 |
99,2 |
1,0 |
99,4 |
|
6 |
99,5 |
98,5 |
99,0 |
1,4 |
99,5 |
|
7 |
99,6 |
97,9 |
99,1 |
1,2 |
99,6 |
|
8 |
99,7 |
97,8 |
98,9 |
1,1 |
99,7 |
|
9 |
98,9 |
97,9 |
99,5 |
1,5 |
99,8 |
|
10 |
98,7 |
97,7 |
99,4 |
1,0 |
98,9 |
|
11 |
98,8 |
97,6 |
99,7 |
1,1 |
98,7 |
|
12 |
99,0 |
97,9 |
99,6 |
1,3 |
98,8 |
|
13 |
99,1 |
98,0 |
99,4 |
1,2 |
98,7 |
|
14 |
99,2 |
98,1 |
99,3 |
1,0 |
98,5 |
Лабораторная работа № 4
1) Материальный расчет реакционного отделения производства дихлорэтана.
Исходные данные.
Годовая производительность установки - 12000 т дихлорэтана.
Потери дихлорэтана - 3 %.
Число рабочих часов в году – 8616.
Количество образующегося трихлорэтана, % от массы дихлорэтана – 4,6.
Избыток этилена, % от стехиометрического количества – 10.
Давление в системе - 1470 мм рт.ст.
В дихлорэтане-сырце растворяется 50 % хлористого водорода, образующегося при реакциях замещения.
Состав исходных газов в об. д., %:
Технический хлор Этиленовая фракция
Хлор - 85,0 Этилен - 92,0
Азот - 10,4 Этан - 5,0
Кислород - 3,0 Пропилен - 3,0
Оксид углерода (IV) - 1,6
Производительность реакционного отделения по дихлорэтану (с учетом потерь) составляет:
кг/ч
При этом образуется трихлорэтана:
1435,8 . 0,046 = 66,05 кг/ч
При взаимодействии хлора и этилена протекают следующие реакции:
CH2=CH2 + Cl2 CH2Cl-CH2Cl
28 71 99
CH2=CH2 + 2Cl2 CH2Cl-CHCl2 + HCl
28 2.71 133,5 36,5
Кроме того, хлор реагирует с пропиленом:
CH2=CH-CH3 + Cl2 CH2Cl-CHCl-CH3
42 71 113
Исходя из этих реакций, находим:
1. Расход этилена на образование ди- и трихлорэтана:
кг/ч,
или
м3/ч
С учетом 10%-ного избытка этилена его расход составит:
419,9 . 1,1 = 461,9 кг/ч
2. Расход этиленовой фракции (с учетом 10%-ного избытка этилена):
м3/ч
3. Содержание пропилена в этиленовой фракции:
401,64 .0,03 = 12,05 м3/ч
или
кг/ч
4. Расход хлора на образование ди- и трихлорэтана и дихлорпропана:
кг/ч
или
м3/ч
5. Расход технического газообразного хлора:
м3/ч
6. Количество образующегося дихлорпропана:
кг/ч
7. Количество образующегося хлористого водорода:
кг/ч
или
м3/ч
8. Количество отходящих газов в таблице:
|
Газы |
Объем газов, нм3/ч |
Состав об. д., % |
Количество газов, кг/ч |
|
Этилен Этан Азот Кислород Оксид уг лерода (IV) Хлористый водород |
401,64 . 0,92 - 335,92 =33,6 401,64 . 0,05 = 20,08 422 . 0,104 = 43,90 422 . 0,03 = 12,60 422 . 0,016 = 6,75 11,1 . 0,5 = 5,55 |
27,37 16,42 35,86 10,29 5,52 4,54 |
(33,6 : 22,4) . 28 = 41,8 (20,08 : 22,4) .30 = 27,0 (43,9 : 22,4) . 28 = 54,9 (12,6 : 22,4) . 32 = 17,9 (6,75 : 22,4) . 44 = 13,2 (5,55 : 22,4).36.5 = 9,0 |
|
Всего: |
122,48 |
100,0 |
163,8 |
Отходящие газы насыщены парами дихлорэтана, количество которых можно рассчитать по формуле:
где Gж - количество паров жидкости, уносимых газами, кг/ч;
Gг - количество газов, пропускаемых через жидкость, кг/ч;
- коэффициент насыщения (в данном случае = 1);
р - давление пара над жидкостью, мм рт. ст. (для дихлорэтана при 30о р = 120 мм рт. ст.);
Mж - молекулярная масса дихлорэтана;
Mг - средняя молекулярная масса газовой смеси;
Р - общее давление в системе.
Находим среднюю молекулярную массу газовой смеси:
Mг = 0,273728 + 0,164230 + 0,358628 + 0,102932 + 0,055244
+ 0,045436,5 = 30,00
Унос паров дихлорэтана составит:
кг/ч
Из реактора отводится жидкий дихлорэтан, количество кото рого составляет:
1435,8 - 48 = 1387,8 кг/ч
Материальный баланс реакционного отделения производства дихлорэтана сводим в таблицу.
Поступает |
кг/ч |
Получается |
кг/ч |
|
Этиленовая фракция газа пиролиза в том числе: этилен пропилен этан Технический газо- Бразный хлор в том числе: хлор азот оксид углерода (IV) кислород |
511,5 461,9 22,6 27,0 1223,9 1137,9 54,9 13,2 17,9 |
Дихлорэтан-сырец в том числе: дихлорэтан трихлорэтан дихлорпропан хлористый водород Отходящие газы в том числе: этилен этан азот кислород оксид углерода (IV) хлористый водород пары дихлорэтана |
1523,6 1387,8 66,05 60,75 9,00 211,8 41,8 27,0 54,9 17,9 13,2 9,0 48,0 |
|
Всего: |
1735,4 |
17354 |
Исходные данные
|
№ вар. |
Годовая произ-ть установки, т |
Потери дихлорэтана % |
Число рабочих часов в году |
Кол-во образующегося трихлорэтана, % от массы дихлорэтана |
Давление в системе мм.рт.ст. |
|
1 |
10000 |
0,5 |
8600 |
2,2 |
1460 |
|
2 |
11000 |
1,0 |
8560 |
4,0 |
1450 |
|
3 |
12000 |
1,5 |
8950 |
3,5 |
1420 |
|
4 |
13000 |
1,8 |
8700 |
3,8 |
1430 |
|
5 |
14000 |
2,2 |
8060 |
4,2 |
1440 |
|
6 |
13500 |
0,8 |
8150 |
4,4 |
1500 |
|
7 |
12500 |
1,6 |
8240 |
4,9 |
1480 |
|
8 |
11500 |
2,6 |
8350 |
5,0 |
1510 |
|
9 |
10500 |
3,0 |
8460 |
2,6 |
1470 |
|
10 |
9000 |
3,2 |
8720 |
2,8 |
1520 |
|
11 |
15000 |
1,7 |
8190 |
3,8 |
1530 |
|
12 |
15500 |
1,3 |
8340 |
4,1 |
1500 |
|
13 |
95000 |
2,2 |
8550 |
3,9 |
1460 |
|
14 |
16000 |
2,6 |
8700 |
3,6 |
1430 |
2) Материальный баланс производства нитрила акриловой кислоты окислительным аммонолизом пропилена..
Исходные данные.
Производительность - 60000 т/год нитрила акриловой кислоты.
1. В процессе протекают следующие реакции:
а) основная:
CH3-CH=CH2 + NH3 + 1,5O2 CH2=CH-CN + 3H2O (1)
б) побочные:
CH3-CH=CH2 + NH3 + 2,5O2 CH3CN + CO2 + 3H2O (2)
CH3-CH=CH2 + NH3 + 2O2 HCN + CO2 + CH4 + 2H2O (3)
2. Состав технического пропилена в мас. д., %:
C3H6 - 96 ; C3H8 – 4.
3. В реакцию вступает 55 % исходного C3H6, из этого количества
по реакции (1) реагирует 70 %;
по реакции (2) реагирует 14 %;
по реакции (3) реагирует 16 %.
4. Аммиак, подаваемый в процесс, имеет чистоту 99.6 % и связывается на 97%.
5. Для окисления используется кислород воздуха.
6. Число рабочих дней в году 335.
7. Потери нитрила акриловой кислоты составляют 17 %.
Расчет
1. Часовая производительность по нитрилу акриловой кислоты с учетом потерь составит:
кг/ч
2. Расход пропилена по реакциям:
на (1): кг/ч;
на (2): кг/ч;
на (3): кг/ч.
3. Суммарный расход пропилена по реакциям:
7135 + 1425 + 1630 = 10190 кг/ч
4. Расход технического пропилена с учетом степени конверсии:
кг/ч
в том числе
пропилена 19300 .0,96 = 18530 кг/ч
пропана: 19300 .0.04 = 770 кг/ч
5. Расход аммиака на все реакции:
кг/ч
6. Расход технического аммиака:
кг/ч
в том числе
аммиака 4280 .0,996 = 4260 кг/ч ;
примесей 4280 .0,004 = 20 кг/ч.
7. Расход кислорода на все реакции:
кг/ч
или м3/ч.
8. Расход воздуха:
м3/ч
или 44550 .1,293 = 57500 кг/ч
в том числе:
азота - 44152 кг/ч
кислорода - 13348 кг/ч.
9. Количество образовавшихся продуктов:
вода по реакции (1): кг/ч;
ацетонитрил по реакции (2): кг/ч;
углекислый газ по реакции (2): кг/ч;
вода по реакции (2): кг/ч;
синильная кислота по реакции (3): кг/ч;
углекислый газ по реакции (3): кг/ч;
вода по реакции (3): кг/ч;
метан по реакции (3): кг/ч.
Материальный баланс производства нитрила акриловой кислоты окислительным аммонолизом пропилена сведен в табл.
Таблица
|
Подается в процесс |
кг/ч |
Образуется в процессе |
кг/ч |
|
Пропиленовая фракция в том числе: пропан пропилен Аммиак технический в том числе: аммиак примеси в аммиаке Воздух в том числе: кислород азот |
19300 770 18530 4280 4260 20 57500 13348 44152 |
Нитрил акриловой кислоты Ацетонитрил Синильная кислота Вода Пропилен Пропан Аммиак Примеси в аммиаке Азот Метан Углекислый газ |
9000 1391 1048 12400 8340 770 138 20 44152 621 3200 |
|
Всего: |
81080 |
Всего: |
81080 |
Производительность - 60000 т/год нитрила акриловой кислоты.
6. Число рабочих дней в году 335.
7. Потери нитрила акриловой кислоты составляют 17 %.
Исходные данные
|
№ вар. |
Производительность, т/год |
Число рабочих дней в году |
Потери нитрила акриловой кислоты, % |
|
1 |
62000 |
356 |
17,0 |
|
2 |
50000 |
352 |
16,5 |
|
3 |
55000 |
350 |
15,8 |
|
4 |
48000 |
355 |
16,2 |
|
5 |
53000 |
354 |
15,4 |
|
6 |
65000 |
352 |
16,3 |
|
7 |
70000 |
362 |
16,7 |
|
8 |
35000 |
358 |
15,4 |
|
9 |
30000 |
368 |
15,9 |
|
10 |
54000 |
370 |
16,0 |
|
11 |
68000 |
324 |
17,2 |
|
12 |
72000 |
320 |
17,5 |
|
13 |
46000 |
390 |
18,0 |
|
14 |
66000 |
370 |
18,1 |
Лабораторная работа № 5
1) Материальный баланс производства гидроперекиси изопропилбензола.
Исходные данные.
1. Глубина окисления изопропилбензола - 20 %.
2. Степень распада гидроперекиси в процессе окисления - 8 %.
3. Реакции, протекающие при окислении ИПБ:
C6H5CH(CH3)2 + O2 C6H5C(CH3)2OOH (1)
120 32 152
C6H5C(CH3)2OOH C6H5C(CH3)2OH + 0,5O2 (2)
152 136 32
C6H5C(CH3)2OOH C6H2COCH3 + CH3OH (3)
152 120 32
2C6H5C(CH3)2OOH C6H5C(CH3)-OO-C(CH3)2C6H5 + H2O2 (4)
152 270 34
H2O2 H2O + 0,5O2 (5)
34 18 32
CH3OH + 0,5O2 HCHO + H2O (6)
32 30
CH2O + 0,5O2 HCOOH (7)
30 46
HCOOH + 0,5O2 CO2 + H2O (8)
46 44
4. Распад гидроперекиси происходит с образованием 68 % диметилфенилкарбинола, 27 % ацетофенона и 5 % перекиси ИПБ.
5. Использование кислорода воздуха - 70 %.
6. Состав изопропилбензола, подаваемого на окисление, %:
Изопропилбензол - 96
Гидроперекиси изопропилбензола - 4
7. Расчет произвести на 1 т окисляемого изопропилбензола, без учета уносов с отходящими газами.
1. Количество изопропилбензола, вступающего в реакцию окисления:
1000 .0,2 = 200 кг или кмоль
2. Количество образующейся гидроперекиси по реакции (1):
кг
3. Количество гидроперекиси, подвергающейся распаду:
253,3 .0,08 = 20,3 кг
4. Количество образующегося диметилфенилкарбинола по реакции (2):
кг
5. Количество образующегося ацетофенона по реакции (3):
кг
6. Количество перекиси изопропилбензола по реакции (4):
кг
7. Количество метилового спирта по реакции (3):
кг
8. Количество перекиси водорода по реакции (4):
кг
9. Количество муравьиной кислоты по реакциям (6) и (7):
кг
10. Кислород по реакции (2):
кг
по реакции (5):
кг
11. Количество воды по реакции (6):
кг
по реакции (5):
кг
Всего – 0,71 кг.
12. Кислород на реакцию (8)- расход на окисление спирта:
кг
13. Выделилось кислорода в результате разложения гидроперекиси:
0,05 + 1,45 – 1,15 = 0,35 кг
14. Количество гидроперекиси в реакционной массе:
253,3 + 40 – 20,3 = 273 кг
15. Расход кислорода на окисление изопропилбензола:
кг или нм3.
16. Расход воздуха:
нм3 или 2541,293=329 кг
17. Остается кислорода:
254 .0,209 – 37,3 = 16 нм3 или кг
Всего кислорода:
22,9 + 0,35 = 23,25 кг
18. Азота:
254 .0,791 = 201 нм3 или кг
Материальный баланс производства гидроперекиси изопропилбензола в расчете на 1 т окисляемого изопропилбензола сведем в таблицу.
Таблица
|
№ |
Приходит |
кг |
№ |
Получается |
кг |
|
1. 2. |
Исходный изопропилбензол в том числе: изопропилбензол гидроперекись изопропилбензола Воздухв том числе: кислород азот |
1000 960 40 329 77 252 |
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. |
Гидроперекись изопропилбензола Изопропилбензол Диметилфенилкарби-нол Ацетофенон Перекись изопропил-бензола Муравьиная кислота Вода Газы в том числе: азот кислород |
273,0 760,0 12,35 4,32 0,91 1,55 0,71 275,25 250,00 23,25 |
|
Всего: |
1329 |
Всего |
1328,3 |
Исходные данные
|
№ в-т |
Глубина окисления ИПБ, % |
Кол-во деметилфенил-карбонила, % |
Кол-во ацетофенона, % |
Кол- во перекиси ИПБ, % |
Исп-е кислорода воздуха, % |
|
1 |
18,0 |
67,0 |
26,0 |
7,0 |
70,0 |
|
2 |
18,5 |
65,0 |
27,0 |
8,0 |
72,0 |
|
3 |
19,2 |
64,5 |
28,5 |
7,0 |
75,0 |
|
4 |
18,6 |
66,5 |
29,0 |
4,5 |
68,0 |
|
5 |
19,1 |
65,5 |
26,5 |
8,0 |
64,0 |
|
6 |
19,4 |
67,5 |
27,0 |
5,5 |
66,0 |
|
7 |
19,6 |
68,0 |
28,5 |
3,5 |
71,0 |
|
8 |
20,2 |
69,0 |
25,0 |
6,0 |
73,0 |
|
9 |
19,8 |
68,5 |
24,5 |
7,0 |
79,0 |
|
10 |
18,8 |
70,0 |
28,5 |
1,5 |
80,0 |
|
11 |
20,3 |
67,5 |
29,5 |
3,0 |
82,0 |
|
12 |
20,5 |
66,0 |
30,0 |
4,0 |
65,0 |
|
13 |
20,9 |
70,5 |
27,5 |
2,0 |
78,0 |
|
14 |
21,0 |
71,0 |
25,5 |
3,5 |
76,0 |
2) Материальный баланс процесса окисления циклогексана кислородом воздуха.
Исходные данные.
Производительность - 7650 кг/ч циклогексана
1. В процессе протекают следующие реакции:
Образование циклогексанона:
О
/\ /\//
| | + O2 ------> | | + H2O (1)
\/ \/
84 98
Образование циклогексанола:
/\ /\/ ОН
| | + 0,5 O2 ------> | | (2)
\/ \/
84 100
Образование кислых эфиров адипиновой кислоты:
/\ / О
2 | | + 3 O2 ------> C6H11OC-(CH2)4-COOH + 2H2O (3)
\/
84 228
Окисление циклогексана до двухосновных кислот: адипиновой:
C6H12 + 2,5 O2 HOOC-(CH2)4-COOH + H2O (4)
84 146
глутаровой:
C6H12 + 4 O2 HOOC-(CH2)3-COOH + CO2 + 2H2O (5)
84 132
янтарной:
C6H12 + 5,35 O2 HOOC-(CH2)2-COOH + 0,3 CO + 1,7 CO2 + 3 H2O (6)
щавелевой:
C6H12 + 8,2 O2 HOOC-COOH + 0,6 CO + 3,4 CO2 + 5 H2O (7)
2. Выход продуктов окисления на превращенный циклогексан:
Циклогексанона - 29,0 %.
Циклогексанола - 36,0 %
Эфиров - 8,4 %
Адипиновой кислоты – 16,4 %
Глутаровой кислоты - 1,5 %
Янтарной кислоты - 3,2 %
Щавелевой кислоты - 1,1 %
Продуктов осмоления – 4,4 %
100,0 %
3. Степень окисления циклогексана – 5,3 %.
4. В газовой фазе на выходе из реактора содержится в мас. д.,%:
кислорода - 8,5
оксида углерода – 0,14
паров воды - 2,0
остальное - углекислый газ, азот и пары циклогексана.
Расчет
1. Количество циклогексана, необходимое для образования 7650 кг/ч циклогексанона по реакции (1), равно:
кг/ч
2. Всего для окисления требуется циклогексана:
кг/ч
в том числе:
на реакцию (2): 22610,82 .0,36 = 8139,90 кг/ч;
на реакцию (3): 22610,82 .0,084 = 1899,31 кг/ч;
на реакцию (4): 22610,82 .0,164 = 3708,17 кг/ч;
на реакцию (5): 22610,82 .0,015 = 339,16 кг/ч;
на реакцию (6): 22610,82 .0,032 = 723,55 кг/ч;
на реакцию (7): 22610,82 .0,011 = 248,72 кг/ч;
на образование смол: 22610,82 .0,044 = 994,87 кг/ч.
3.С учетом степени окисления количество подаваемого в про цесс циклогексана составит:
кг/ч
4. В результате реакций (1-7) образуется:
циклогексанола по реакции (2):
кг/ч
эфиров по реакции (3):
кг/ч
адипиновой кислоты по реакции (4):
кг/ч
глутаровой кислоты по реакции (5):
кг/ч
янтарной кислоты по реакции (6):
кг/ч
щавелевой кислоты по реакции (7):
кг/ч
воды по реакциям (1), (3-7):
кг/ч
оксида углерода по реакциям (6) и (7):
кг/ч
оксида углерода (IV) по реакциям (5), (6) и (7):
кг/ч
5. Расход кислорода на окисление циклогексана по реакциям (1-7):
6. Состав газовой реакции.
Компоненты |
мас. д., % |
кг/ч |
|
Оксид углерода (II) Оксид углерода (IV) Кислород Азот Пары воды Пары циклогексана |
0,14 1,45 8,50 72,34 2,00 15,57 |
122,10 1264,92 7413,21 63096,47 1744,28 13573,22 |
|
Всего: |
100,0 |
87214,20 |
7. Расход воздуха на окисление циклогексана составит:
кг/ч
где 0,23 - массовая доля кислорода в воздухе.
в том числе кислорода – 18847,00 кг/ч,
азота - 63096,47 кг/ч.
Материальный баланс процесса окисления циклогексана сведем в таблицу.
Таблица
|
Поступает |
Образуется |
||
|
Компоненты |
кг/ч |
Компоненты |
кг/ч |
|
Жидкая фаза Циклогексан Воздухв том числе: кислород азот |
426619,20 81943,47 18847,00 63096,47 |
Жидкая фаза Циклогексан Циклогексанол Циклогексан Адипиновая кислота Глутаровая кислота Янтарная кислота Щавелевая кислота Эфиры Вода Смолы Газовая фаза Оксид углерода Оксид углерода (IV) Кислород Азот Пары воды Пары циклогексана |
7650,00 9650,35 390435,16 6445,15 532,97 1016,42 266,49 2577,64 1739,41 994,87 122,10 1264,92 7413,21 63096,47 1739,41 994,87 |
|
Всего: |
508562,7 |
Всего: |
508562,66 |
Исходные данные
|
№ в-т |
Производительность циклогексана, кг/ч |
Степень окисления циклогексана, % |
|
1 |
7600 |
5,5 |
|
2 |
7800 |
5,2 |
|
3 |
7750 |
4,8 |
|
4 |
7850 |
4,6 |
|
5 |
7860 |
5,4 |
|
6 |
8000 |
5,8 |
|
7 |
8500 |
5,3 |
|
8 |
8200 |
6,2 |
|
9 |
9000 |
6,4 |
|
10 |
10000 |
7,0 |
|
11 |
10500 |
7,2 |
|
12 |
9500 |
7,5 |
|
13 |
11000 |
7,6 |
|
14 |
7900 |
8,0 |
Лабораторная работа № 6
1) Баланс производства циклогексанона дегидрогенизацией циклогексанола.
Исходные данные.
Производительностью 7500 кг/ч циклогексанона
1. В процессе протекают реакции:
C6H12O C6H10O + H2 (1)
100 98
C = O CH2
/ \ / \
H2C - C = C CH2
2C6H10O -----> | | | | + H2O (2)
H2C CH2 CH2 CH2
\ / \ /
CH2 CH2
178
2. Степень конверсии циклогексанола - 75 %.
3. Количество побочного продукта по реакции (2) составляет 0,576 % от веса циклогексанона.
1. Количество продукта конденсации по реакции (2):
7500 .0,00576 = 43,2 кг/ч
2. Расход циклогексанона на конденсацию по реакции (2):
кг/ч
3. Расход циклогексанола на образование циклогексанона с учетом конверсии составит:
кг/ч
в том числе на реакции:
10268,8 .0,75 = 7701,6 кг/ч
4. Образовалось водорода по реакции (1):
кг/ч
5. Образовалось воды по реакции (2):
кг/ч
Материальный баланс производства циклогексанона дегидрогенизацией циклогексанола сведем в таблицу.
Таблица
|
Приход |
кг/ч |
Расход |
кг/ч |
Циклогексанол |
10268,8 |
Циклогексанон Продукт конденсации Вода Водород |
7500,0 43,2 4,4 154,0 |
|
Всего: |
10268,8 |
Всего: |
10268,8 |
Исходные данные
|
№ в-т |
Производительность циклогексанона, кг/ч |
Степень конверсии циклогексанола, % |
Кол-во побочного продукта по р-ции (2), % |
|
1 |
8000 |
75,0 |
0,576 |
|
2 |
7500 |
75,2 |
0,574 |
|
3 |
7000 |
75,8 |
0,572 |
|
4 |
7600 |
76,0 |
0,570 |
|
5 |
8200 |
76,2 |
05,68 |
|
6 |
8500 |
76,5 |
0,566 |
|
7 |
7300 |
76,8 |
0,564 |
|
8 |
6800 |
77,0 |
0,562 |
|
9 |
6500 |
77,2 |
0,560 |
|
10 |
8400 |
77,6 |
0,578 |
|
11 |
9000 |
77,8 |
0,580 |
|
12 |
9200 |
78,0 |
0,582 |
|
13 |
8600 |
80,0 |
0,584 |
|
14 |
8800 |
74,8 |
0,586 |
2) Материальный баланс производства адипиновой кислоты окислением циклогексана азотной кислотой.
Исходные данные.
Производительность - 50000 т/год адипиновой кислоты.
1. В процессе окисления циклогексана протекают следующие реакции:
C6H12O + 2HNO3 C6H10O4 + 2H2O + N2O (1)
C6H12O + 28HNO3 3C2H2O4 + 28NO2 + 17H2O (2)
C6H12O + 20HNO3 C4H6O4 + 20NO2 + 13H2O + 2CO2 (3)
3C6H12O + 14HNO3 3C5H8O4 + 13H2O + 14NO + 3CO2 (4)
2. Соотношение органических кислот, получаемых в результате окисления циклогексанола (в %):
адипиновая - 93
щавелевая - 2
янтарная - 2
глутаровая - 3
3. Концентрация применяемой азотной кислоты - 62 %. Кислота берется в 3,65 - кратном избытке от стехиометрии.
4. Число рабочих дней в году - 330
1. Часовая производительность по адипиновой кислоте составит:
т/ч
2. Количество продуктов окисления: щавелевой кислоты:
т/ч
янтарной кислоты:
т/ч
глутаровой кислоты:
т/ч
3. Расход циклогексанола на все реакции:
кг/ч
4. Расход азотной кислоты:
кг/ч
5. Образуется
Оксид азота по реакции (1):
кг/ч
Диоксид азота по реакциям (2) и (3):
кг/ч
Оксид азота по реакции (4):
кг/ч
Оксид углерода (IV) по реакциям (3) и (4):
кг/ч
Вода по реакциям (1-4):
кг/ч
6. Расход азотной кислоты с учетом избытка:
5727,27 .3.65 = 20904,54 кг/ч
и концентрации:
кг/ч
Сводная таблица материального баланса
|
Приход |
кг/ч |
Расход |
кг/ч |
|
Циклогексанол 62 %-ная азотная кислота в том числе: HNO3 Вода |
4355,93 33717,0 20904,5 12812,5 |
Адипиновая кислота Щавелевая кислотаЯнтарная кислота Глутаровая кислота Избыток HNO3 Вода Газы: оксид азота диоксид азота оксид азота (IV) оксид углерода (IV) |
6313,00 13,58 13,58 20,36 15177,27 14423,45 1902,54 21,59 170,66 16,92 |
|
Всего: |
38072,9 |
Всего: |
38072,9 |
Производительность - 50000 т/год адипиновой кислоты.
4. Число рабочих дней в году - 330
Исходные данные
|
№ в-т |
Производительность адипиновой к-ты, т/год |
Число рабочих дней в году |
|
1 |
60000 |
330 |
|
2 |
55000 |
356 |
|
3 |
65000 |
342 |
|
4 |
70000 |
323 |
|
5 |
72000 |
320 |
|
6 |
74000 |
324 |
|
7 |
76000 |
326 |
|
8 |
58000 |
365 |
|
9 |
62000 |
346 |
|
10 |
66000 |
350 |
|
11 |
78000 |
320 |
|
12 |
80000 |
312 |
|
13 |
82000 |
310 |
|
14 |
56000 |
360 |
Лабораторная работа № 7
1) Материальный баланса процесса эпоксидирования пропилена гидроперекисью этилбензола.
Исходные данные.
Производительность - 3750 кг/ч по гидроперекиси.
1. В процессе протекают следующие реакции:
C6H5-CH-OOH + CH3-CH=CH2 C6H5CH-OH + CH2-CH-CH3 (1)
| | CH3 \ /
CH3 CH3 O
138 42 122 58
C6H5CH(CH3)OOH C6H5COCH3 + H2O (2)
120 18
C6H5CH(CH3)OOH + CH3-CH=CH2 C6H5CH(OH)CH3 + CH3-C =O (3)
122 58
C6H5CH(CH3)OOH + CH3-CH=CH2 C6H5COCH3 + CH3-CH(OH)CH3 (4)
120 60
C6H5CH(CH3)OOH C6H5OH + CH3CHO (5)
94 44
2. Распределение гидроперекиси по реакциям (в %):
(1) - 87 (4) – 1,8
(2) – 8,3 (5) – 0,1
(3) – 2,8
3. Расход пропилена на 1 кмоль гидроперекиси – 3,6 кмоль.
4. Состав пропанпропиленовой фракции, об. д., %:
пропилен – 60;
пропан - 30;
этилен - 10.
Расчет
1. Расход гидроперекиси по реакциям (кг/ч):
(1) 3750 .0,87 = 3262,5
(2) 3750 .0,083 = 311,3
(3) 3750 .0,028 = 105,0
(4) 3750 .0,018 = 67,5
(5) 3750 .0,001 = 3,7
2. Образовалось оксида пропилена по реакции (1):
кг/ч
3. Получилось метилфенилкарбинола по реакции (1):
кг/ч
4. Образовалось ацетофенона по реакции (2):
кг/ч
5. Вода по реакции (2):
кг/ч
6. Метилфенилкарбинол по реакции (3):
кг/ч
7. Ацетон по реакции (3):
кг/ч
8. Изопропанол по реакции (4):
кг/ч
9.Ацетофенон по реакции (4):
кг/ч
10. Фенол по реакции (5):
кг/ч
11. Ацетальдегид по реакции (5):
кг/ч
12. Расход пропилена по реакциям (1), (3) и (4):
кг/ч
13. Подача пропилена в реактор:
кмоль/ч
или
97,8 .42 = 4108,44 кг/ч
14. Остается пропилена:
4108,44 – 1045,42 = 3063,02 кг/ч
15. Состав пропан-пропиленовой фракции в мас. д., %:
пропилена: ;
пропана: ;
этана:
16. Расход пропан-пропиленовой фракции:
кг/ч
в том числе:
пропана – 2152,04 кг/ч;
этана - 485,72 кг/ч.
Материальный баланс процесса эпоксидирования пропилена гидроперекисью этилбензола сведен в таблицу.
Таблица
|
Приход |
кг/ч |
Расход |
кг/ч |
|
Гидроперекись этилбензола Пропан-пропиленовая фракция в том числе: этана пропана пропилена |
3750,00 6746,20 485,72 2152,04 4108,44 |
Оксид пропилена Метилфенилкарбинол Ацетофенон Ацетон Изопропанол Фенол Ацетальдегид Вода Газ: пропилен пропан этан |
1371,19 2977,07 329,39 44,13 29,35 2,72 1,18 40,60 3063,02 2152,04 485,72 |
|
Всего: |
10496,2 |
Всего: |
10496,41 |
Исходные данные
|
№ в-т |
Производительность гидроперекиси, кг/ч |
Кол-во пропилена, % об.д. |
Кол-во пропана, % об.д. |
Кол-во этилена, % об.д. |
|
1 |
3800 |
62,0 |
28,0 |
10,0 |
|
2 |
3820 |
60,0 |
32,0 |
8,0 |
|
3 |
3840 |
61,0 |
31,0 |
8,0 |
|
4 |
3860 |
63,0 |
29,0 |
8,0 |
|
5 |
3900 |
64,0 |
30,0 |
6,0 |
|
6 |
3920 |
58,0 |
35,0 |
7,0 |
|
7 |
3960 |
57,0 |
36,0 |
7,0 |
|
8 |
3980 |
54,0 |
38,0 |
8,0 |
|
9 |
4000 |
56,0 |
40,0 |
4,0 |
|
10 |
4200 |
66,0 |
32,0 |
2,0 |
|
11 |
4400 |
69,0 |
30,0 |
1,0 |
|
12 |
4600 |
70,0 |
27,0 |
3,0 |
|
13 |
4800 |
72,0 |
23,0 |
5,0 |
|
14 |
5000 |
74,0 |
20,0 |
6,0 |