Объемный расход природного газа составит:
4,44/0,94 = 4,72 кмоль/ч,
где 0,94 – молярная (объемная) доля метана в природном газе, доли ед.
Состав природного газа (поток 3):
| СН4 | С2Н6 | N2 | CO2 | S | |
| ji (хi), % | 94,0 | 4,2 | 1,5 | 0,3 | 100 |
| nt, кмоль/ч | 4,44 | 0,19 | 0,08 | 0,01 | 4,72 |
| Мt, г/моль | 16 | 30 | 28 | 44 | - |
| mt, кг/ч | 71,04 | 5,7 | 2,24 | 0,44 | 79,42 |
| wi, % | 89,26 | 7,49 | 2,44 | 0,81 | 100 |
Необходимо получить дополнительно тетрахлорэтилена:
16,62 - 7,19 = 9,43 кмоль/ч или 9,43×166 = 1565,38 кг/ч.
Тетрахлорэтилен образуется из этилена, а также из этана, содержащегося в природном газе и техническом этилене, поэтому в хлоратор необходимо ввести технического этилена:
(9,43 – 0,19)/0,985 = 9,38 кмоль/ч,
где 0,985 – молярная доля углеводородов С2 в техническом этилене, доли ед.;
0,19 – количество этана в природном газе, кмоль/ч.
Состав технического этилена на входе в хлоратор (поток 2):
| СН4 | С2Н4 | С2Н6 | N2 | CO2 | S | |
| хi, % | 0,5 | 98,0 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 100 |
| nt, кмоль/ч | 0,0475 | 9,19 | 0,0475 | 0,0475 | 0,0475 | 9,38 |
| Мt, г/моль | 16 | 28 | 30 | 28 | 44 | - |
| mt, кг/ч | 0,76 | 257,32 | 1,425 | 1,33 | 2,09 | 262,925 |
| wi, % | 0,29 | 97,89 | 0,54 | 0,49 | 0,79 | 100 |
Всего в хлоратор поступает метана:
4,44 + 0,0475 = 4,4875 кмоль/ч или 4,4875×16 = 71,8 кг/ч.
Остается метана (учитывая его расход на реакцию (2.30):
4,4875 – 3,11 = 1,3775 кмоль/ч или 1,3775×16 = 22,04 кг/ч.
По реакции:
6СН4 + 15Сl2®C6Cl6 + 24HCl (2.31)
реагирует (по экспериментальным данным) 62% оставшегося метана, что составляет: 0,62×1,3775 = 0,85 кмоль/ч или 0,85×16 = 13,6 кг/ч.
Расходуется хлора: (15/6)×0,85 = 2,125 кмоль/ч или 2,125×71 = 150,87 кг/ч.
Образуется:
гексахлорбензола: 0,85/6 = 0,14 кмоль/ч или 0,142×285 = 40,47 кг/ч;
хлороводорода: (24/6)×0,85 = 3,4 кмоль/ч или 3,4×36,5 = 124,1 кг/ч.
Всего из хлоратора выходит гексахлорбензола:
0,23 + 0,14 = 0,37 кмоль/ч или 0,37×285 = 105,45 кг/ч.
По реакции
4СН4 + 11Сl2®C4Cl6 + 16HCl (2.32)
реагирует 26,5% оставшегося метана, что составляет:
0,265×1,3775 = 0,365 кмоль/ч или 0,365×16 = 5,84 кг/ч;
расходуется хлора: (11/4)×0,365 = 1,003 кмоль/ч или 1,003×71 = 71,213 кг/ч;
Образуется:
гексахлорбутадиена: 0,365/4 = 0,09 кмоль/ч или 0,09×261 = 23,49 кг/ч;
хлороводорода: (16/4)×0,365 = 1,46 кмоль/ч или 1,46×36,5 = 53,29 кг/ч.
Всего из хлоратора выходит гексахлорбутадиена:
0,65 + 0,09 = 0,74 кмоль/ч или 0,74×261 = 193,14 кг/ч.
По реакции
2СН4 + 7Сl2®C2Cl6 + 8HCl (2.33)
реагирует 11,5% оставшегося метана, что составляет:
0,115×1,3775 = 0,158 кмоль/ч или 0,158×16 = 2,528 кг/ч;
расходуется хлора: (7/2)×0,158 = 0,553 кмоль/ч или 0,553×71 = 39,263 кг/ч;
Образуется:
гексахлорэтана: 0,158/2 = 0,079 кмоль/ч или 0,079×237 = 18,723 кг/ч;
хлороводорода: (8/2)×0,158 = 0,632 кмоль/ч или 0,632×36,5 = 23,07 кг/ч.
Всего из хлоратора выходит гексахлорэтана:
1,46 + 0,079 = 1,539 кмоль/ч или 1,539×237 = 364,74 кг/ч.
Всего поступает в хлоратор этана:
0,19 + 0,0475 = 0,2375 кмоль/ч или 0,2375×30 = 7,125 кг/ч.
Тетрахлорэтилен образуется из этана через 1,1-дихлорэтан по реакции
С2Н4 + 5Сl2®C2Cl4 + 6HCl (2.34)
При этом расходуется хлора:
5×0,2375 = 1,1875 кмоль/ч или 1,1875×71 = 84,31 кг/ч;
Образуется:
тетрахлорэтилена: 0,2375 кмоль/ч или 0,2375×166 = 39,43 кг/ч;
хлороводорода: 6×0,2375 = 1,425 моль/ч или 1,425×36,5 = 52,01 кг/ч.
Этилен хлорируется по основной реакции:
С2Н4 + 4Сl2®C2Cl4 + 4HCl (2.35)
При этом расходуется:
этилена: 9,19 кмоль/ч или 9,19×28 = 257,32 кг/ч
хлора: 4×9,19 = 36,76 кмоль/ч или 36,76×71 = 2609,96 кг/ч;
Образуется:
тетрахлорэтилена: 9,19 кмоль/ч или 9,19×166 = 1525,54 кг/ч;
хлороводорода: 36,76 моль/ч или 36,76×36,5 = 1341,74 кг/ч.
Общий расход хлора:
0,36 + 0,18 + 57,52 + 12,44 + 2,125 + 1,003 + 0,553 + 1,1875 + 36,76 – 2,805 » 109,32 кмоль/ч;
25,56 + 12,78 + 4083,92 + 883,24 + 150,87 + 71,213 + 39,263 + 84,31 + 2609,96 – 199,19 = 7761,926 кг/ч.
При степени использования хлора 0,85 расход хлора в хлоратор (поток 1) составляет: 109,32/0,85 = 128,61 кмоль/ч или 128,61×71 = 9131,31 кг/ч. Остается хлора в продуктах реакции:
128,61 – 109,32 = 19,29 кмоль/ч или 19,29×71 = 1369,59 кг/ч.
Всего образуется хлороводорода:
0,12 + 0,18 + 57,52 + 12,44 + 3,4 + 1,46 + 0,632 + 1,425 + 36,76 = 113,937 кмоль/ч;
4,38 + 6,57 + 2099,48 + 454,06 + 124,1 + 53,29 + 23,07 + 52,01 + 1341,74 = 4158,7 кг/ч.
Количество хлороводорода на выходе из хлоратора:
113,937 + 2,36 = 116,297 кмоль/ч или 116,297×36,5 = 4244,84 кг/ч.
Количество диоксида углерода на выходе из хлоратора (состав потоков 2 и 3): 0,01 + 0,0475 = 0,0575 кмоль/ч или 0,0575×44 = 2,53 кг/ч.
Количество азота на выходе из хлоратора:
0,08 + 0,0475 = 0,1275 кмоль/ч или 0,1275×28 = 3,57 кг/ч.
Количество тетрахлорэтилена на выходе из хлоратора:
12,01 + 16,62 = 28,63 кмоль/ч или 28,63×166 = 4752,58 кг/ч.
где 12,01 – количество тетрахлорэтилена на входе в хлоратор (рассчитано по составам потоков 4, 5), кмоль/ч; 16,62 – количество образовавшегося тетрахлорэтилена, кмоль/ч.
Количество тетрахлорметана на выходе из хлоратора (рассчитано с учетом составов потоков 4-7 и образующегося тетрахлорметана): 9,6 + 17,91 = 27,51 кмоль/ч или 27,51×154 = 4236,54 кг/ч.
Составляем материальный баланс хлоратора (табл. 2.1).
Таблица 2.1.
Материальный баланс хлоратора
| Компонент | Входит (поток 8)* | Выходит (поток 9) | ||
| кмоль/ч | кг/ч | кмоль/ч | кг/ч | |
| СН4С2Н4С2Н6CCl4С2Cl4C2Cl6C4Cl6C6Cl6CHCl3C2HCl3C2H4Cl2Cl2N2CO2HCl | 4,48759,190,23759,612,011,460,650,230,180,1214,38131,4150,12750,05752,36 | 71,8257,327,1251470,021994,41346,91169,8466,8521,2416,231424,269330,53,572,5386,12 | –––27,5128,631,5390,740,37–––19,290,12750,0575116,297 | –––4236,544752,58364,74193,14105,45–––1369,593,572,534244,84 |
| Всего | 186,505 | 15182,61 | 194,563 | 15272,98 |
· – для расчета состава потока 8 используют данные о составе потоков 1-7
2.3.2 Расчет закалочной колонны КЛ1
Исходные данные:
степень использования хлора 0,85;
количество кубового продукта, подаваемого из колонны выделения тетрахлорэтилена, 85 кг на 1 т перхлоруглеводородов;
состав кубового продукта (wi, %): С2Cl4 – 90,0; С2Сl6 – 7,0; C4Cl6 – 2,2; C6Cl6 – 0,8;
количество флегмовой жидкости, подаваемой в закалочную колоннуиз емкости сырого тетрахлорметана, 4400 кг на 1 тонну перхлоруглеводородов;
состав флегмовой жидкости (wi, %): ССl4 – 60,0; C2Cl4 – 36,0; С2Сl6 – 0,42; C4Cl6 – 0,15; С6Сl6 – 0,05; Cl2 – 2,5; HCl – 0,88.
Количество кубового продукта, подаваемого в закалочную колонну из колонны выделения тетрахлорэтилена: 85×5517,24/1000 = 468,96 кг/ч.
Состав кубового продукта на входе в закалочную колонну (поток 17):
| С2Cl4 | С2Сl6 | C4Cl6 | C6Cl6 | S | |
| wi, % | 90,0 | 7,0 | 2,2 | 0,8 | 100 |
| mt, кг/ч | 422,06 | 32,83 | 10,32 | 3,75 | 468,96 |
| Мt, г/моль | 166 | 237 | 261 | 285 | - |
| nt, кмоль/ч | 2,543 | 0,139 | 0,039 | 0,013 | 2,734 |
| хi, % | 93,02 | 5,05 | 1,46 | 0,47 | 100 |
Количество флегмовой жидкости, подаваемой в закалочную колонну из емкости сырого тетрахлорметана: 4400×5517,24/1000 = 24275,86 кг/ч.
Состав флегмовой жидкости на входе в закалочную колонну (поток 18):
| ССl4 | С2Сl4 | С2Сl6 | C4Cl6 | Cl2 | C6Cl6 | HCl | S | |
| wi, % | 60,0 | 36,0 | 0,42 | 0,15 | 2,5 | 0,05 | 0,88 | 100 |
| mt, кг/ч | 14565,52 | 8739,31 | 101,96 | 36,41 | 606,89 | 12,13 | 213,64 | 24275,86 |
| Мt, г/моль | 154 | 166 | 237 | 261 | 71 | 285 | 36,5 | - |
| nt, кмоль/ч | 94,58 | 52,65 | 0,43 | 0,14 | 8,55 | 0,17 | 5,85 | 162,37 |
| хi, % | 58,3 | 32,45 | 0,26 | 0,08 | 5,27 | 0,03 | 3,61 | 100 |
Состав подаваемых в закалочную колонну продуктов реакции рассчитывают по составам потоков 9, 17 и 18 (табл. 2.2).
Таблица 2.1.
Состав продуктов реакции на входе в закалочную колонну
| Компонент | mt, кг/ч | wi, % | nt, кмоль/ч | хi, % |
| CCl4С2Cl4C2Cl6C4Cl6C6Cl6Cl2N2CO2HCl | 18802,0613913,95499,53203,46121,331976,483,572,534458,48 | 46,9834,791,250,60,314,940,010,0111,14 | 122,0983,8232,1080,9190,55327,840,12750,0575122,147 | 32,9623,310,590,250,127,740,030,0233,98 |
| S | 39981,39 | 100 | 359,665 | 100 |
В газовую фазу на выходе из закалочной колонны переходит:
практически весь хлор, кроме возвращаемого в хлоратор (поток 5):
27,84 – 0,025 = 27,815 кмоль/ч или 1976,48 – 1,81 = 1974,67 кг/ч;
весь азот и диоксид углерода;
практически весь хлороводород, кроме возвращаемого в хлоратор (потока 5):
122,147 – 0,05 = 122,097 кмоль/ч или 4458,48 – 1,81 = 4456,67 кг/ч;
94% тетрахлорметана:
0,94×122,09 = 114,76 кмоль/ч или 114,76×154 = 17673,04 кг/ч;
82% тетрахлорэтилена:
0,82×83,823 = 68,73 кмоль/ч или 68,73×166 = 11409,18 кг/ч;
20% гексахлорэтана:
0,2×2,108 = 0,42 кмоль/ч или 0,42×237 = 99,54 кг/ч;
12% гексахлорбутадиена:
0,12×0,919 = 0,11 кмоль/ч или 0,11×261 = 28,71 кг/ч;
10% гексахлорбензола:
0,1×0,553 = 0,06 кмоль/ч или 0,06×285 = 17,1 кг/ч;
Доля отгоняемых продуктов реакции (94, 82, 20, 12 и 10%) принята с учетом их температур кипения и молярного состава потока.
Рассчитываем состав газовой фазы на выходе из закалочной колонны (табл. 2.3).
Таблица 2.3.
Состав газовой фазы на выходе из закалочной колонны (поток 10)