Производство этилового спирта (стр. 3 из 3)

6.Расчет материального баланса ХТС

Исходные данные

1.	Концентрация С₂Н₄ в этиленовой фракции.	g₀₁₁^С2Н4	0,98
2.	Содержание С₂Н₅ОН в ректификате	g₄₀₃^С2Н5ОН	0,95
3.	Норма расхода пара.	Q_H₂_O	0,6
4.	Конверсия этилена	Х	0,06
5.	Селективность	j^C^2Н5ОН	0,95
6.	Степень превращения конвертированного этилена в: диэтиловый эфир; Ацетальдегид	j^(С2Н5)2О j^С2Н4О	0,03 0,02
7.	Содержание инертов в циркуляционном газе	g₃₁^инерт	0,15
8.	Количество С₂Н₅ОН (базис расчета)	П	9000

Балансовая математическая модель.

1) N₁₂^C²^H⁴= П*g₀₁₁^C²^H⁴+ N₃₁*(1-g₃₁^инерт)

₂₎(N₀₁₂^Н2О+N₄₁^Н2О)/ N₁₂^C2H4 = Q_H₂_O

3) N₁₂^C2H4*(1-Х) = N₃₁*(1-g₃₁^инерт) + N₃₀*(1-g₃₁^инерт)

₄₎Х*М^С2Н5ОН*N₁₂^C^2Н5ОН*j^С2Н5ОН=G₄₀₁*g₄₀₁^C2Н5ОН

5) 0,5* N₁₂^C2H4*Х*j^(С2Н5)2О*М^(С2Н5)2О=G₄₀₂^(С2Н5)2О

₆₎N₁₂^C2H4*Х*j^С2Н4О*М^С2Н4О=G₄₀₃

7) N₀₁₂^H²^O =G₄₀₁*j^С2Н5ОН/ М^С2Н5ОН+ G₄₀₁(1 - j^С2Н5ОН)/M^H²^O + G₄₀₂/ М^(С2Н5)2О + G₄₀₃/ М^С2^H⁴^O

8) П(1- g₀₁₁^С2Н4)/M^C²^H⁶ + G₄₀₃/ М^С2^H⁴^O =N₃₀*g₃₁^инерт

Соответствие переменных потокам:

№	Наименование потока	Условное обозначение	Х_i
1.	Рецикл этилен – этановой фракции	N₃₁	Х₁
2.	Поток этилена	N₁₂^C2H4	Х₂
3.	Поток воды	N₀₁₂	Х₃
4.	Рецикл воды	N₄₁	Х₄
5.	Отдувка	N₃₀	Х₅
6.	Масса ректификата	G₄₀₁	Х₆
7.	Масса эфира (С₂Н₅)₂О	G₄₀₂	Х₇
8.	Масса ацетальдегида С₂Н₄О	G₄₀₃	Х₈

Упорядочение переменных:

1) Х₂ = 9000*0,98/28+Х₁(1-0,15)

2) (Х₃+Х₄)/Х₂=0,6

3) Х₂(1-0,06)=Х₁(1-0,15)+Х₅(1-0,15)

4) 0,06*46*Х₂*0,95=Х₆*0,95

5) 0,5*0,06*0,03*74*Х₂=Х₇

6) 0,06*0,02*44*Х₂=Х₈

7) Х₃=Х₆*0,95/46+Х₆(1-0,95)/18+Х₇/74+Х₈/44

8) 9000(1-0,98)/30+Х₈/44=Х₅*0,15

ИЛИ:

1) Х₂=315+0,85Х₁

2) Х₃+Х₄-0,6Х₂=0

3) 0,64Х₂₌0,85Х₁+0,85Х₅

4) 2,74Х₂=0,95Х₆

5) 0,07Х₂=Х₇

6) 0,05Х₂=Х₈

7) Х₃=0,023Х₆+0,014Х₇+0,023Х₈

8) 6+0,023Х₈=0,15Х₅

Матрица:

Х₁	Х₂	Х₃	Х₄	Х₅	Х₆	Х₇	Х₈	Своб. чл.
-0,85 0 -0,85 0 0 0 0 0	1 -0,6 0,64 2,74 0,07 0,05 0 0	0 1 0 0 0 0 1 0	0 1 0 0 0 0 0 0	0 0 -0,85 0 0 0 0 -0,15	0 0 0 -0,95 0 0 -0,023 0	0 0 0 0 -1 0 -0,014 0	0 0 0 0 0 -1 -0,023 0,23	315 0 0 0 0 0 0 6

Решив её получим

Х₁= 595,12 Х₅= 22,93

Х₂= 820,85 Х₆= 2367,52

Х₃= 56,20 Х₇= 57,46

Х₄= 436,31 Х₈= 41,04

Определение масс потоков:

1. Масса воды:G₀₁₂= N₀₁₂* М_Н2О=56,20*18=1011,6(кг)

2. Масса эталона в ректификате: G_рект^С2Н5ОН=G₄₀₁*j₄₀₂=2367,52*0,95=2249,14(кг)

3. Масса воды в ректификате:

G_рект^Н2О=G_{401 *}G_рект^С2Н5ОН=2367,52-2249,14=118,38(кг)

4. Вода рецикла: G_рец^Н2О= N₄₁* М_Н2О=436,31*18=17853,58(кг)

5. Рецикл этиленэтановой фракции:

(кмоль)

6. Количество этана + этилена:N₃₁-N_C₂_H₄_O=595,12-0,93=594,19(кмоль)

7. Масса этилена в рециклеN_C₂_H₄=594,19*0,98=582,30(кмоль) G_C₂_H₄=582,30*28=16304,4(кг)

8. Масса этана в рецикле N_C₂_H₆=595,12*0,02=11,90(кмоль) G_C₂_H₆=11,90*30=357(кг)

9. Масса водорода в рецикле G_H₂=0,93*2=1,86(кг)

Для отдувки:

N_Н2=0,93 кмоль

Поток (этилен + этан): N₃₀-N_H₂=22,93-0,93=22(кмоль)

Массы этилена, этана и водорода

N_C₂_H₄=22*0,98=21,56(кмоль) G_C₂_H₄=28*21,56=603,68(кг)

N_C₂_H₆=0,02*22=0,44(кмоль) G_C₂_H₆=30*0,44=13,2(кг)

G_H₂= N_H₂* М_Н2=0,93*2=1,86(кг)

Материальный баланс ХТС производства этанола

приход			расход
наименование	кг	% масс.	Наименование	кг	% масс.
1. этиленовая фракция: этилен этан 2. вода 3. рециркулирующий газ: этилен этан водород вода	9000 8820 180 1011,6 16304,4 357 1,86 17853,6	20,2 19,8 0,04 2,3 36,6 0,8 0,004 40,1	1. ректификат. этанол вода 2. ацетальдегид 3. отдув. газы: этилен этан водород 4. рециркулирующий газ: этилен этан водород вода 5. эфир 6. невязка	2367,5 2249,1 118,38 41,04 603,68 13,2 1,86 16304,4 357 1,86 17853,6 57,46 92	7,3 7,1 1,3 0,09 6,8 0,03 0,004 36,6 0,8 0,004 40,1 0,13 0,21
Всего	44528,5	100	ВВсего	44528,5	100

7.Расчет основных технологических показателей процесса:

Расходные коэффициенты по сырью:

g^практ = G_С2Н4/ G_C₂_H_5ОН=8820/2249,1= 3,9

g^стех = М_C₂_H₄/ М_C₂_H_5ОН = 28/46 = 0,61

Выход:

h = (G_C₂_H_5ОН/ М_C₂_H_5ОН)/(G_C₂_H₄/ М_C₂_H₄) = 75,8%

Х=((G_C₂_H_5ОН/ М_C₂_H_5ОН)/(G₍_C₂_H_5)О/ М₍_C₂_H_5)О)*2/1)/ G_C₂_H₄/ М_C₂_H₄=79%

h = Х*j = 75,1%

8.Литература:

1. Общая химическая технология: Учебник для химико-технологических специальностей. Т. 2.

2. Важнейшие химические производства. / Мухленов И.П., Авербух А.Я., Кузнецов Д.А. и др. Под редакцией И.П. Мухленова. – М.: Высш. шк.,1984.

3. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1981.

4. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1992.

5. Кононова Г.Н., Сафонов В.В. Учебно-методическое пособие «Производство этилового спирта прямой гидратацией этилена».