5 Описание технологической схемы процесса
Рециркулирующий газ дожимают до рабочего давления (~2 МПа), подогревают в теплообменнике 2 за счет горячего реакционного газа и смешивают со свежим этиленом и кислородом. Полученная смесь, поступающая в реактор 1, содержит 20-30% (об.) этилена, 7-8% (об.) кислорода и 4-5% (об.) СО2; остальное - инертные примеси (N2, Ar и др.) из исходных газов. Окисление осуществляется в трубчатом реакторе 1 с охлаждением промежуточным теплоносителем; в парогенераторе 3 продуцируется пар с давлением ~2 МПа.
Горячие реакционные газы, содержащие 1,8-2% (об.) этиленоксида, охлаждают в теплообменнике 2, холодильнике 4 и подают в абсорбер 5, где поглощают водой весь этиленоксид и часть СО2. Газ после абсорбера разделяют на два потока; один идет прямо на рециркуляцию, а другой - в абсорбер 6 на очистку от СО2 водным раствором карбоната калия:
На холоду под давлением карбонат поглощает из газа СО2, и этот очищенный газ возвращают в реактор после дожимания компрессором 7 до рабочего давления. Полученный в абсорбере раствор подогревают в теплообменнике 8 обратным потоком абсорбента, дросселируют и направляют в десорбер 9, где при нагревании отгоняется СО2. Регенерированный абсорбент насосом возвращают через теплообменник 8 в абсорбер 6.
Водный раствор этиленоксида и СО2 из куба абсорбера 5 дросселируют до 0,5 МПа и через теплообменник 10 подают в отпарную колонну 11, где отгоняются этиленоксид, СО2 и часть воды. Основная масса воды остается в кубе, и после охлаждения в теплообменнике 10 ее возвращают в абсорбер 5. Пары из отпарной колонны 11 направляют в ректификационную колонну 12, где отгоняют СО2 и часть этиленоксида. Оксид поглощают из газа водой в абсорбере 13, возвращая водный раствор в колонну 11. Кубовая жидкость колонны 12 поступает в ректификационную колонну 14, где получают чистый этиленоксид. [8]
6 Расчет материального баланса хтс
Блок
1 - блок смешения
Блок 2 - блок синтеза
Блок 3 - блок абсорбации оксида этилена
Блок 4 - блок ректификации
Блок 5 - блок очистки от оксида углерода (IV)
Поток
-поток свежего этилена, поступающего в
реактор
Поток
-поток технического кислорода, поступающего
в реактор
Поток
- поток смеси газов из реактора, содержащий
этилен и кислород, поступающий на синтез
Поток
- поток смеси газов из блока, содержащий
этилен и кислород, поступающий в абсорбер
Поток
- поток из абсорбера содержащий водный
раствор оксида этилена, поступающий на
ректификацию
Поток
- рециркуляционный неочищенный поток,
содержащий непрореагировавший этилен,
кислород, азот и оксид углерода(IV)
Поток
- рециркуляционный очищенный поток,
содержащий непрореагировавший этилен,
кислород, азот и оксид углерода(IV)
Поток
– отдувка
Поток
- поток оксид этилена после ректификации
Поток
- поток диоксид углерода после очистки
Поток
- поток воды после ректификации
Функциональная схема
Уравнения
Уравнение по этилену, суммируя количество молей (киломолей) свежего этилена и этилена в циркуляционном газе
+
*
=
Уравнение по свежему кислороду
3*
*0,99=
+
+
*
Уравнение определяющее массу оксида этилена
*χ*φ=
Количество молей (киломолей) воды, отделяемой в четвёртом блоке
2*
=
Распределение количества молей (киломолей) получающегося оксида углерода(IV) на отделяемый в пятом блоке и отдуваемый
2*
=
+
*
Распределение поступающего на синтез этилена – на конвертированный и этилен, направляемый на рециркуляцию и «отдувку».
*(1-χ)=
*
+
*
Количество инерта (азота), введённого с техническим кислородом, приравнивают к количеству азота в отдуваемом газе
*(1-0,99)=
Показатели |
Значения |
Обозначения |
|
|
|
Конверсия этилена, %: |
15 |
χ |
Селективность процесса, %: |
76 |
φ |
Состав циркуляционного газа, % (по объему): - С2Н4 - О2 - СО2 - N2 |
17 4 6 73 |
γЭ γO2 γCO2 γN2 |
Базис расчета, кг оксида этилена |
1000 |
|
Обозначения
Усл. обознач |
Xi |
Наименование потока |
Численное значение |
|
X1 |
Свежий этилен |
29,8886 |
|
X2 |
Рециркуляционный газ |
995,5714 |
|
X3 |
Смесь газов (этилен и кислород) |
199,1358 |
|
X4 |
Свежий технический кислород |
7,8404 |
|
X5 |
Углекислый газ после очистки |
3,5779 |
|
X6 |
Отдувка |
0,1074 |
|
X7 |
Вода после ректификации |
3,5844 |
Матрица
Приход
=
* M
(C2H4)
= 836,603 кг
=
* 0.99 * M
(O2)
= 617,696 кг
=
* 0.01* M
(N2)
= 540,484 кг
Расход
=
Базис = 1000 кг
=
* M
(H2O)
= 258,08 кг
=
* M (CO2)
= 630,164 кг
Отдувка
=
* M (CO2)
= 11,635 кг
=
* M (C2H4)
= 7,417 кг
=
* M (O2)
= 8,462 кг
=
* M (N2)
= 7,404 кг
Невязка
Невязка = ( + + ) - - - - - - - = 71,622 кг
Таблица материального баланса
Приход |
кг |
% |
Расход |
кг |
% |
GC2H4 |
836,602762 |
41,93953 |
GC2H4O |
1000 |
51,99772 |
GO2 |
617,6963476 |
30,96558 |
GH2O |
258,0799 |
13,41957 |
GN2 |
540,4843041 |
27,09489 |
GCO2 |
630,164 |
32,76709 |
|
|
|
Отдувка |
|
|
|
|
|
GCO2 |
11,63469 |
0,604977 |
|
|
|
GC2H4 |
7,417116 |
0,385673 |
|
|
|
GO2 |
8,461594 |
0,439984 |
|
|
|
GN2 |
7,403895 |
0,384986 |
|
|
|
Невязка |
71,62221 |
3,724192 |
Всего |
1994,783414 |
100 |
Всего |
1923,161 |
100 |
Массы потоков для поточного графа
Поток 011: = 836,603 кг
Поток 012: + = 617,696 + 540,484 = 1158,181 кг
Поток
51: (
* M (CO2) *
)
+ (
* M (C2H4) *
)
+ (
* M (O2) *
)
+ (
* M (H2O) *
)
= 4749,155 + 1274,807 + 2629,2899 + 20357,079 = 29010,331 кг
Поток 12: Поток 011 + Поток 012 + Поток 51 = 31005,114 кг
Поток 23: Поток 12 = 31005,114 кг
Поток 401: = 258,08 кг
Поток 402: = Базис = 1000 кг
Поток 50: = 630,164 кг
Поток 510: Отдувка = + + + = 34,917 кг
Поток 35: Поток 50 + Поток 51 = 29640,495 кг
Поток 34: Поток 23 – Поток 35 = 1364,619 кг
Поточный граф
