Спроектировать контактный аппарат для гидрирования бензола в циклогексан.

Исходные данные:

|1. |Производительность |40 000 т/год |
|2. |Чистота бензола |99,9995% |
|3. |Состав водородной смеси |H2 – 97%, N2 – 2,6%, |
| | |CH4 – 0,4% |
|4. |Чистота циклогексана |99,6% |
|5. |Время на перезагрузку катализатора |760 ч/год |
|6. |Производительность узла гидрирования |4 т/час |
|7. |Степень гидрирования |99,6% |
|8. |Соотношение газов на входе в реактор |(H2 + N2)/C6H6 = 8 |
|9. |Объёмная скорость газов |0,6 л/(л(кат(час) |
|10. |Температура ввода газов в реактор |130 – 1400 С |
|11. |Температура гидрирования |180 – 2000 С |
|12. |Температура циркуляции газа |400 С |
|13. |Тепловой эффект гидрирования |2560 кДж/кг бензола |
|14. |Состав циркуляционного газа |H2 – 50%, N2 – 50% |
|15. |Давление в системе |18 кгс/см2 |
|16. |Коэффициент растворимости | |
| |водорода в реакционной смеси при 350 С |0,12 нм3/т.атм. |
| |азота в реакционной смеси при 350 С |0,25 нм3/т.атм. |

[pic]

Материальный баланс

Принципиальная схема процесса получения циклогексана представлена на рисунке.

Процесс производства циклогексана – непрерывный. Отсюда годовой фонд рабочего времени:

365 * 24 – 760 = 8000 час/год

Часовая производительность по циклогексану с учётом 0,2% потерь:

(40000*1000/8000)*1,002 = 5010 кг/ч или 5010*22,4/84 = 1336 м3/ч

По уравнению реакции C6H6 + 3H6 ( C6H12 расходуется: бензола: 1336 м3/ч или 4652,1 кг/ч; водорода: 3*1336 = 4008 м3/ч или 358 кг/ч;

Расход технического бензола:

4652,1*100/99.9995 ( 4652,1 кг/ч;

В соответствии с заданным объёмным отношением компонентов [(H2 +
N2)/C6H6 = 8; H2 : N2 : C6H6 = 5,5 : 2,5 : 1] в реактор первой ступени подают: водорода: 5,5*1336 = 7348 м3/ч; азота: 2,5*1336 = 3340 м3/ч; остаётся водорода в циркуляционном газе после реактора второй ступени:

7348 – 4008 = 3340 м3/ч

Выходит после реактора азотоводородной смеси:

3340 + 3340 = 6680 м3/ч

Определяем объёмную долю циклогексана в циркуляционном газе с учётом частичной конденсации циклогексана из газовой смеси. Давление насыщенного пара циклогексана при 400 С составляет рп = 24620 Па. При давлении газовой смеси в сепараторе рсм = 18*105 Па объёмная доля циклогексана в циркуляционном газе:

( = (рп / рсм) * 100 = [24620/1800000]*100 ( 1,37 %

Пренебрегая для упрощения расчёта растворимостью азота и водорода в циклогексане, находим количество циклогексана в газовой смеси на входе в реактор первой ступени:

6680*1,37/(100 – 1,37) = 92,8 м3/ч или 348 кг/ч
16,5 м3/ч или 11,8 кг/ч

Состав газовой смеси на входе в реактор первой ступени:

| |C6H6 |C6H12 |H2 |N2 |CH4 |( |
|V( , м3/ч|1336 |92,8 |7348 |3340 |16,5 |12133,3 |
|(i, % |11 |0,76 |60,6 |27,5 |0,14 |100 |
|m( , кг/ч|4652,1 |348 |656,1 |4175 |11,8 |9843 |
|wi, % |47,26 |3,54 |6,67 |42,41 |0,12 |100 |

Принимаем, что степень конверсии бензола в реакторе первой ступени равна 0,93, следовательно, реагирует: бензола: 1336 * 0,93 = 1242,5 м3/ч; водорода: 1242,5 * 3 = 3727,5 м3/ч.

Образуется циклогексана: 1242,5 м3/ч.