Lưu lượng (kg/h) Lưu lượng (kmol/h)
C2H4 240 8.57
C2H6 160 5.33
Giả sử dòng xúc tác AlCl3 có lưu lượng: 1 (kg/h)
Từ bảng tính tốn số liệu nhóm em chọn độ chuyển hóa là 94% vì qua bảng số liệu cho thấy từ độ chuyển hóa 94% lên gần bằng 99% trong khoảng thời gian hơn 1 giấy nhưng lượng sản phẩm phụ khoảng 15% khối lượng sản phẩm chính của chúng ta. Nên nhóm em chọn độ chuyển hóa 94%.
Các phản ứng xảy ra trong thiết bị:
C6H6 + C2H4 → C6H5-C2H5 (1) x x x K1=1.528× 106 E(cal/mole) = 17000 C6H6-C2H5 + C2H4 → C6H4-(C2H5)2 (2) y y y K2=2.778× 107 E(cal/mole) = 20000
Do hiệu suất của tháp là 94% nên ta có:
nC6H5-C2H5 = 0,94 × nC2H4 Từ phương trình (1) và (2) ta được hệ: { 𝑥 + 𝑦 = 8.57
𝑥 − 𝑦 = 0,94 × (𝑥 + 𝑦)
Giải hệ ta được: x= 8.313, y= 0.257 Vậy ta được:
28
Lưu lượng Benzen đã phản ứng: mC6H6 pư = 8.313×78 = 648.414 (kg/h)
Lưu lượng Benzen dư ra khỏi tháp: mC6H6 dư = 916.05 – 648.414 = 267.64 (kg/h)
Lưu lượng EtylBenzen được tạo thành: mC6H5-C2H5 = (8.313−0.257)×106 = 853.936 (kg/h)
Lưu lượng dietylbenzen được tạo thành: mC6H4-(C2H5)2 = 0.257×134 = 34.438 (kg/h) Lưu lượng Etylen dư ra khỏi tháp: mC2H4 = 240 – 240×0.94 = 14.4 (kg/h)
Bảng 2. 4. Cân bằng vật chất cho tháp Alkyl hóa.
Vào Ra
Cấu tử Lưu lượng (Kg/h) Cấu tử Lưu lượng (kg/h)
C6H6 916.05 C6H6 267.64 C7H8 39.4 C7H8 39.4 H2O 0.45 H2O 0.45 C2H4 240 C2H4 14.4 C2H6 160 C2H6 160 AlCl3 1 AlCl3 1 C6H5-C2H5 853.936 C6H4-(C2H5)2 34.438 Tổng 1356.9 Tổng 1356.8
2.2.3. Tháp chuyển nhóm Alkyl (hiệu suất: 95%)
Phản ứng xảy ra trong tháp:
C6H4-(C2H5)2 + C6H6 → 2C6H5-C2H5
29 Vậy ta được:
Lưu lượng dietylbenzen dư ra khỏi tháp: mC6H4-(C2H5)2 = 34.438 – 34.438*0.95 = 1.722 (kg/h)
Lưu lượng Benzen ra khỏi tháp: mC6H6 = 267.64 – 0.257*78 = 247.59 (kg/h) Lưu lượng Etylbenzen ra khỏi tháp: 2*0.257*0.95*106 + 853.936 = 905.7 (kg/h)
Bảng 2. 5. Cân bằng vật chất cho tháp chuyển nhóm Aklyl.
Vào Ra
Cấu tử Lưu lượng (Kg/h) Cấu tử Lưu lượng (Kg/h)
C6H6 267.64 C6H6 247.59 C7H8 39.4 C7H8 39.4 H2O 0.45 H2O 0.45 C2H4 14.4 C2H4 14.4 C2H6 160 C2H6 160 AlCl3 1 AlCl3 1 C6H5-C2H5 853.936 C6H5-C2H5 905.7 C6H4-(C2H5)2 34.438 C6H4-(C2H5)2 1.722 Tổng 1371.264 Tổng 1370.9
2.2.4. Thiết bị xả nhanh (hiệu suất: 97.5%)
Xét trong pha khí, các khí thốt ra từ hỗn hợp phản ứng chiếm 97.5% thể tích của khí đó trong hỗn hợp. 3% cịn lại theo dịng lỏng ra khỏi thiết bị.
Lưu lượng C2H4 tách ra: mC2H4 = 14.4*0.975 = 14.04 (kg/h) Lưu lượng C2H6 tách ra: mC2H6 = 160*0.975 = 156 (kg/h)
30 Một phần lỏng bị dòng hơi cuốn ra 2.75%
Lưu lượng C6H6 bị cuốn: mC6H6 = 247.59*0.025 = 7.43 (kg/h) Lưu lượng C7H8 bị cuốn: mC7H8 = 39.4*0.025 = 1.182 (kg/h) Lưu lượng H2O bị cuốn: mH2O = 0.45*0.025 = 0.01 (kg/h) Lưu lượng AlCl3 bị cuốn: mAlCl3 = 1*0.025 = 0.025 (kg/h)
Lưu lượng C6H5-C2H5 bị cuốn: mC6H5-C2H5 = 905.7*0.025 = 27.17 (kg/h)
Lưu lượng C6H4-(C2H5)2 bị cuốn: mC6H4-(C2H5)2 = 1.722*0.025 = 0.05 (kg/h) Bảng 2. 6. Cân bằng vật chất của thiết bị xả nhanh.
Vào Ra
Cấu tử Lưu lượng (Kg/h) Cấu tử Lưu lượng (Kg/h)
Đỉnh Đáy C6H6 247.59 C6H6 7.43 240.16 C7H8 39.4 C7H8 1.18 38.22 H2O 0.45 H2O 0.01 0.44 C2H4 14.4 C2H4 14.04 0.36 C2H6 160 C2H6 156 4 AlCl3 1 AlCl3 0.025 0.97 C6H5-C2H5 905.7 C6H5-C2H5 27.17 878.53 C6H4- (C2H5)2 1.722 C6H4-(C2H5)2 0.05 1.672 Tổng 1370.9 Tổng 206.85 1163.41 1370.26
31
2.2.5. Thiết bị rửa khí thu hồi benzen (hiệu suất: 97%)
Dịng khí sau khi ra khỏi thiết bị xả nhanh sẽ được đưa vào thiết bị rửa khí để thu hồi lượng benzen cịn lại trong phần khí. Dịng benzen ngun liệu được đưa vào thiết bị từ trên xuống, dịng khí đi từ dưới lên. Dòng benzen sẽ hấp thụ các thành phần: benzen, toluen, etylbenzen, dietylbenzen, nước.
Lưu lượng C6H6 vào thiết bị: mC6H6 = 916.05 + 7.43 = 923.48 (kg/h) Lưu lượng C7H8 vào thiết bị: mC7H8 = 1.18 + 39.4 = 40.58 (kg/h) Lưu lượng H2O vào thiết bị: mH2O = 0.01 + 0.45 = 0.46 (kg/h) Vậy ta có:
Lưu lượng C6H6 ra ở đỉnh: 923.48*0.03 = 27.704 (kg/h) Lưu lượng C7H8 ra ở đỉnh: 40.58*0.03 = 1.22 (kg/h) Lưu lượng H2O ra ở đỉnh: 0.46*0.03= 0.0138 (kg/h)
Lưu lượng C6H5-C2H5 ra ở đỉnh: 27.17*0.03 = 0.815 (kg/h) Lưu lượng C6H4-(C2H5)2 ra ở đỉnh: 0.05*0.03= 1.5*10-3 (kg/h)
Bảng 2. 7. Cân bằng vật chất của tháp rửa khí thu hồi Benzen.
Vào Ra
Cấu tử Lưu lượng (Kg/h) Cấu tử Lưu lượng (Kg/h)
Đỉnh Đáy
C6H6 923.48 C6H6 27.704 895.78
C7H8 40.58 C7H8 1.22 39.36
H2O 0.46 H2O 0.0138 0.446
32 C2H6 156 C2H6 156 0 AlCl3 0.03 AlCl3 0.03 0 C6H5-C2H5 27.17 C6H5-C2H5 0.815 26.355 C6H4-(C2H5)2 0.05 C6H4- (C2H5)2 1.5*10-3 0.0485 Tổng 1147.77 Tổng 185.78 963.13 1148.1
2.2.6. Tháp chưng Benzen (hiệu suất: 92.5%)
Dòng sản phẩm sau khi đi ra từ đáy thiết bị xả nhanh được đưa qua thiết bị lắng cặn, trung hòa axit bằng NH3 và được đưa vào tháp chưng tách thu Benzen với hiệu suất 92.5%.
Lưu lượng sản phẩm thu được ở đỉnh tháp chưng: mC6H6 = 240.16*0.925 = 222.15 (kg/h) mC7H8 = 38.22*0.925 = 35.35 (kg/h) mH2O = 0.44*0.925 = 0.407 (kg/h) mC2H4 = 0.36* 0.925 = 0.333 (kg/h) mC2H6 = 3*0.925 = 3.7 (kg/h) mAlCl3 = 0.97*0.925 = 0.897 (kg/h)
Lưu lượng Etylbenzen, dietylbenzen bị cuốn theo ra ở đỉnh tháp: mC6H5-C2H5 = 878.53*0.025 = 21.96 (kg/h)
mC6H4-(C2H5)2 = 1.672*0.025 = 0.0418 (kg/h)
33
Vào Ra
Cấu tử Lưu lượng (Kg/h) Cấu tử Lưu lượng (Kg/h)
Đỉnh Đáy C6H6 240.16 C6H6 222.15 18.01 C7H8 38.22 C7H8 35.35 2.87 H2O 0.44 H2O 0.407 0.033 C2H4 0.36 C2H4 0.333 0.027 C2H6 4 C2H6 3.7 0.3 AlCl3 0.97 AlCl3 0.897 0.003 C6H5-C2H5 878.53 C6H5-C2H5 21.96 856.57 C6H4-(C2H5)2 1.672 C6H4- (C2H5)2 0.0418 1.63 Tổng 1164.352 Tổng 284.82 879.443 1164.263 2.2.7. Tháp chưng Etylbenzen
Dòng sản phẩm đáy từ tháp chưng Benzen đi vào tháp chưng Etylbenzen với hiệu suất 94%, dòng sản phẩm đỉnh được lấy ra là etylbenzen.
Lưu lượng sản phẩm đỉnh:
mC6H6 = 18.01*0.94 = 16.93 (kg/h) mC7H8 = 2.87*0.94 = 2.7 (kg/h) mH2O = 0.033*0.94 = 0.03(kg/h)
34 mC2H6 = 0.3*0.94 = 0.282 (kg/h)
mAlCl3 = 0.003*0.94 = 2.82*10-3 (kg/h) Lưu lượng dietylbenzen lẫn ở đỉnh tháp: mC6H4-(C2H5)2 = 1.63*0.06 = 0.099 (kg/h)
Bảng 2. 9. Cân bằng vật liệu của tháp chưng Etylbenzen
Vào Ra
Cấu tử Lưu lượng (Kg/h) Cấu tử Lưu lượng (Kg/h)
Đỉnh Đáy C6H6 18.01 C6H6 16.93 1.08 C7H8 2.87 C7H8 2.7 0.17 H2O 0.033 H2O 0.03 0.001 C2H4 0.027 C2H4 0.254 1.6*10-3 C2H6 0.3 C2H6 0.282 0.018 AlCl3 0.003 AlCl3 2.82*10-3 1.8*10-4 C6H5-C2H5 856.57 C6H5-C2H5 805.18 51.39 C6H4-(C2H5)2 1.63 C6H4- (C2H5)2 0.099 1.531 Tổng 879.443 Tổng 825.24 54.19 879.43
35
2.2.8. Tháp chưng Polyetylbenzen (hiệu suất 93.5%)
Dòng sản phẩm đáy từ tháp chưng Etylbenzen đi sang tháp chưng polyetylbenzen với hiệu suất 93.5%, sản phẩm đỉnh được lấy ra là polyetylbenzen sẽ được tuần hoàn lại thiết bị chuyển nhóm alkyl.
Lưu lượng sản phẩm đỉnh: mC6H6 = 1.08*0.935 = 1.01 (kg/h) mC7H8 = 0.17*0.935 = 0.159 (kg/h) mH2O = 0.001*0.935 = 0.935*10-4(kg/h) mC2H4 = 1.6*10-3*0.935 = 1.496*10-3 (kg/h) mC2H6 = 0.018*0.935 = 0.017 (kg/h) mAlCl3 = 1.8*10-4 *0.935 = 1.683*10-4 (kg/h) mC6H5-C2H5 = 51.39*0.935 = 48.05 (kg/h) mC6H4-(C2H5)2 = 1.531*0.065 = 0.099 (kg/h)
Bảng 2. 10. Cân bằng vật chất của tháp chưng polyetylbenzen.
Vào Ra
Cấu tử Lưu lượng (Kg/h) Cấu tử Lưu lượng (Kg/h)
Đỉnh Đáy C6H6 1.08 C6H6 1.01 0.07 C7H8 0.17 C7H8 0.159 0.011 H2O 0.001 H2O 0.935*10-4 0 C2H4 1.6*10-3 C2H4 1.496*10-3 0 C2H6 0.018 C2H6 0.017 0.001
36 AlCl3 1.8*10-4 AlCl3 1.683*10-4 0 C6H5-C2H5 51.39 C6H5-C2H5 48.05 3.34 C6H4-(C2H5)2 1.531 C6H4-(C2H5)2 0.099 1.43 Tổng 54.19 Tổng 49.23 4.85 54.14
2.2.9. Cân bằng vật chất của tồn bộ q trình.
Lưu lượng dòng sản phẩm ở đỉnh tháp chưng thu Etylbenzen: Lưu lượng C6H6: 16.93 (kg/h)
Lưu lượng C7H8: 2.7 (kg/h) Lưu lượng H2O: 0.03 (kg/h) Lưu lượng C2H4: 0.254 (kg/h) Lưu lượng C2H6: 0.282 (kg/h) Lưu lượng AlCl3: 2.82*10-3 (kg/h) Lưu lượng C6H5-C2H5: 805.18 (kg/h)
Lưu lượng C6H4-(C2H5)2: 0.099 (kg/h)
Lưu lượng dịng ra của khí dư được xả ở thiết bị rửa khí thu hồi Benzen: Lưu lượng C6H6: 923.48*0.03 = 27.704 (kg/h)
Lưu lượng C7H8: 40.58*0.03 = 1.22 (kg/h) Lưu lượng H2O: 0.46*0.03= 0.0138 (kg/h) Lưu lượng C2H4: 14.04 (kg/h)
37 Lưu lượng AlCl3: 0.03 (kg/h)
Lưu lượng C6H5-C2H5: 27.17*0.03 = 0.815 (kg/h) Lưu lượng C6H4-(C2H5)2: 0.05*0.03= 1.5*10-3 (kg/h)
Lưu lượng dòng ra của sản phẩm nặng ở thiết bị chưng tách polyetylbenzen: Lưu lượng C6H6: 0.07 (kg/h)
Lưu lượng C7H8: 0.011 (kg/h) Lưu lượng C2H6: 0.001 (kg/h) Lưu lượng C6H5-C2H5: 3.34 (kg/h) Lưu lượng C6H4-(C2H5)2: 1.43 (kg/h)
Lưu lượng dòng ra của sản phẩm đỉnh ở thiết bị sấy khô benzen: Lưu lượng C6H6: 13.95 (kg/h)
Lưu lượng C7H8: 0.6 (kg/h) Lưu lượng H2O: 29.55 (kg/h)
Tổng lưu lượng sản phẩm ra khỏi quá trình
Lưu lượng C6H6: 16.93 + 27.704 + 0.07 +13.95 + 301.156 = 359.81 (kg/h) Lưu lượng C7H8: 2.7 + 1.22 + 0.011 +0.6 + 25.35 = 29.881 (kg/h)
Lưu lượng H2O: 0.03 + 0.0138 + 29.55= 29.594 (kg/h) Lưu lượng C2H4: 0.254 + 14.04 = 14.294 (kg/h)
Lưu lượng C2H6: 0.282 + 156 + 0.001 = 156.283(kg/h) Lưu lượng AlCl3: 2.82*10-3 + 0.03 = 0.033 (kg/h)
38
Lưu lượng C6H4-(C2H5)2: 0.099 +1.5*10-3 +1.43 = 1.5305(kg/h) Bảng 2. 11. Bảng cân bằng vật chất toàn hệ thống.
Vào Ra
Cấu tử Lưu lượng (Kg/h) Cấu tử Lưu lượng (Kg/h)
C6H6 930 C6H6 359.81 C7H8 40 C7H8 29.881 H2O 30 H2O 29.594 C2H4 240 C2H4 14.294 C2H6 160 C2H6 156.283 AlCl3 1 AlCl3 0.033 C6H5-C2H5 809.335 C6H4-(C2H5)2 1.5305 Tổng 1401 Tổng 1400.78
Lưu lượng sản phẩm Etylbenzen thu được sau quá trình là 805.18 (kg/h)
Dây chuyền hoạt động liên tục 24/24. Trong một năm tổng thời gian làm việc là 350 ngày, còn lại là thời gian sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị.
Năng suất của một năm là: 805.18*350*24*10-3 = 6763.5 tấn/năm
Do độ tinh khiết sản phẩm yêu cầu 97.5% nên lượng etylbenzen thực tế thu được là: 6763.5* 0975 = 6594.41 tấn/năm
Yêu cầu ban đầu năng suất 9500 tấn/năm Hệ số hiệu chỉnh:
39 ε = 9500/6594.41 = 1.4406
Vậy ta có lưu lượng Benzen cần sử dụng để đạt năng suất 9500 tấn/năm là: 1000*1.4406 = 1440.6 (kg/h)
Lượng Etylen cần sử dụng là: 400*1.4406 = 576.2 (kg/h) Lượng xúc tác AlCl3 cần sử dụng là: 1*1.4406 = 1.4406 (kg/h)
2.2.10. Cân bằng lại vật chất của quá trình
Lưu lượng dịng vào
Với lưu lượng nguyên liệu Benzen sử dụng: 1440.6 (kg/h) Lưu lượng nguyên liệu etylen: 576.2 (kg/h)
Lưu lượng xúc tác AlCl3: 1.44 (kg/h) Lưu lượng C7H8: 40*1.4406 = 57.624 (kg/h) Lưu lượng H2O: 30 *1.4406 = 43.218 (kg/h) Lưu lượng C2H4: 240 *1.4406 = 345.7 (kg/h) Lưu lượng C2H6: 160 *1.4406 = 230.5 (kg/h) Lưu lượng sản phẩm ra khỏi quá trình
Lưu lượng C6H6: 359.81 *1.4406 = 518.34 (kg/h) Lưu lượng C7H8: 29.881 *1.4406 = 43.05 (kg/h) Lưu lượng H2O: 29.594 *1.4406 = 42.63 (kg/h) Lưu lượng C2H4: 14.294 *1.4406 = 20.59 (kg/h) Lưu lượng C2H6: 156.283 *1.4406 = 225.14 (kg/h) Lưu lượng AlCl3: 0.033*1.4406 = 0.048 (kg/h)
40
Lưu lượng C6H4-(C2H5)2: 1.5305*1.4406 = 2.205(kg/h)
Bảng 2. 12. Bảng cân bằng lại vật chất toàn hệ thống.
Vào Ra
Cấu tử Lưu lượng (Kg/h) Cấu tử Lưu lượng (Kg/h)
C6H6 1440.6 C6H6 518.34 C7H8 57.624 C7H8 43.05 H2O 43.218 H2O 42.63 C2H4 345.7 C2H4 20.59 C2H6 230.5 C2H6 225.14 AlCl3 1.4406 AlCl3 0.048 C6H5-C2H5 1165.9 C6H4-(C2H5)2 2.205 Tổng 2018.3 Tổng 2018.0
2.3. Cân bằng nhiệt lượng
2.3.1. Cân bằng nhiệt ở tháp sấy Benzen.
Để tách nước ra khỏi benzen ở đây ta sử dụng tháp chưng có hồi lưu và gia nhiệt đáy thiết bị. Dung mơi sử dụng là Axeton (vì axeton hịa tan hồn tồn nước và tạo dung dịch có nhiệt độ sơi là 56oC thấp hơn của benzen là 80.1oC).
Ta có cân bằng nhiệt lượng: Qvào +Q = Qy + Qw + Qxq + Qng Trong đó:
Qvào : nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào.
Q: nhiệt lượng cần để cung cấp cho tháp sấy benzen. Qy : nhiệt lượng do sản phẩm mang ra ở đỉnh tháp.
41
Qw : nhiệt lượng do sản phẩm mang ra ở đáy tháp. Qxq : nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh. Qng : nhiệt lượng do nước ngưng mang ra.
Nhiệt lượng do nguyên liệu benzen và axeton mang vào: Ở 25oC, benzen vào có Cp = 0.42 ( kcal/kg.độ )
QBz= Gbz*Cbz*tbz = 1000*0.42*25 = 10500 (kcal/h) Ở 25oC, axeton vào có Cp = 0.52 (kcal/kg.độ) Qaxe= Gaxe*Caxe*taxe = 200*0.52*25 = 2600 (kcal/h)
Qvào = QBz + Qaxe = 10500 + 2600 = 13100 (kcal/h) = 54847080 (J/h)
Nhiệt lượng do hơi nước bão hòa sử dụng để cung cấp cho tháp sấy benzen là: Q = D*λ = D*( r + θ* C)
Trong đó:
D : Lượng hơi đốt sử dụng (kg/h). λ : Hàm nhiệt của hơi đốt (J/h).
θ: Nhiệt độ của hơi nước quá nhiệt: θ = 119.6oC.
C: Nhiệt dung riêng của hơi nước. Tại 119.6oC ta có C = 2156.62 (J/kg.độ). r : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt (J/kg). Tại t = θ = 119.6oC ta có r = 2199.7*103
(J/kg).
Q = 2457631.8*D (J/h)
Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra ở đỉnh tháp: Qy = Gđỉnh * λđ
42 Trong đó:
λđ là nhiệt lượng riêng của sản phẩm tại đỉnh tháp λđ = α1*λ1 + α2*λ2
Với axeton λ1 = r1 + C1*θ = 548470.8 + 25* 2195 = 603345.8 (J/kg) Với Benzen λ2 = r2 + C2*θ = 432077.8 + 25* 1753.75 = 475921.6 (J/kg) λđ = α1*λ1 + α2*λ2 = 0.985*603345.8+0.015*475921.6 = 601434 (J/kg) Qy = 601434*44.1 = 26523239.4 (J/h)
Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra ở đáy tháp: QW = GW. CW. tW
Trong đó :
GW : lượng sản phẩm đáy; W = 955.9 ( kg/h ) CW : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy J/kg.độ Với axeton C1 = 2292 (J/kg.độ)
Với Benzen C2 = 1909 (J/kg.độ) Nồng độ sản phẩm đáy aW = 0.015%
CW = C1. aW + ( 1 - aW ). C2 = 2292*0,015+ 1909*0.985 = 1914.7 (J/kg.độ) QW = GW. CW. tW = 955.9*1914.17*56 = 102466286 (J/h)
Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh.
Lượng nhiệt mất mát ra ngồi mơi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp: Qxq2 = 0,05* D* r (J/ h)
43 r2 = r1 = 2199,7*103 ( J/ kg )
Qxq2 = 0,05*2199,7*103*D = 109985*D (J/ h) Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra:
Qng = Gng*C* θ= D*C*θ Trong đó :
Gng : Lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt (kg/ h) θ: Nhiệt độ nước ngưng (oC)
C : Nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/ kg.độ) Qng = D*2156.62*100 = 215662*D
Vậy, lượng hơi cần sử dụng cho tháp sấy benzen là: D= 34.776 (kg/h)
2.3.2. Cân bằng nhiệt lượng tháp alkyl hóa.
Phương trình cân bằng nhiệt lượng có dạng tổng qt sau: Qngl+ Qtỏa +Q= Qsp+ Qmm
Qngl = QBz + QEtylen
Ở 25oC , nhiệt dung riêng của :
- Etylen Cp = 0.36 (kcal/kg.độ), Qetylen = 240*0.36*25 = 2160 (kcal/h) - Etan có Cp = 0.51 (kcal/kg.độ), Qetan = 160*0.51*25 = 2040 (kcal/h) Qngl = QBz + QEtylen = 25760 + 2160 + 2040 = 29960 (kcal/h)
44
C6H6+ C2H4 → C6H5 -C2H5 ΔH = -114 ( kJ/mol )
Do phản ứng tiến hành ở 170oC nên cần gia nhiệt thiết bị alkyl với nhiệt lượng Q Qtỏa = nC2H4 * ΔH = 8313*(-114) *0.24 = -227443.7 (kcal/h)
Qsp = nsp * ΔHsp = 8313*46.31*0.24 = 92394 (kcal/h) Qmm = 5% * Qvào = 0.05*( Qngl+ Qtỏa +Q )
Vậy ta có lượng nhiệt Q là:
Q = Qsp + Qmm – Qngl – Qtỏa
Q = 92394 + 0.05*( 29960 - 227443.7 +Q) – 29960 + 227443.7 Q = 294740.5 (kcal/h) = 12340119525 (J/h)
Lượng hơi nước sử dụng để gia nhiệt cho thiết bị:
D = 12340119525
2457631.8 = 502.12 (kg/h)
2.3.3. Cân bằng nhiệt lượng tháp chưng tách benzen.
Dòng sản phẩm sau khi ra khỏi tháp alkyl hóa, được chuyển sang các thiết bị như tháp chuyển hóa alkyl, thiết bị xả nhanh, rửa khí, trung hịa xúc tác, bể lắng,… sẽ trở về nhiệt độ thường và được đưa vào tháp chưng tách Benzen.
Tháp chưng tách Benzen tiến hành ở 80.1oC.
Các cấu tử như H2O, C2H4, C2H6 , AlCl3 , C6H4-(C2H5)2 có thành phần rất nhỏ nên khơng xét đến.
Bảng 2. 13. Nhiệt dung riêng của các cấu tử.
Cấu tử Nhiệt dung riêng ở 25oC
(kcal/kg.độ)
Nhiệt dung riêng ở 80.1oC (kcal/kg.độ)
45 C6H6 0.42 0.49 C7H8 0.41 0.47 C6H5-C2H5 0.40 0.45 Vậy ta có: Ở 25oC, QC6H6 = 240.16*0.42*25 = 2521.68 (kcal/h) QC7H8 = 38.22*0.41*25 = 391.76 (kcal/h) QC6H5-C2H5 = 878.53*0.4*25 = 8785.3 (kcal/h) Ở 80.1oC, QC6H6 = 240.16*0.49*80.1 = 9426 (kcal/h) QC7H8 = 38.22*0.47*80.1 = 1438.9 (kcal/h) QC6H5-C2H5 = 878.53*0.45*80.1 = 31666.6 (kcal/h) Bảng 2. 14. Nhiệt lượng của các cấu tử.
Cấu tử Qngl (kcal/h) Qra (kcal/h)
C6H6 2521.68 9426
C7H8 391.76 1438.9
C6H5-C2H5 8785.3 31666.6
Tổng 11698.74 42531.5
Cân bằng nhiệt lượng tháp chưng tách benzen: Qngl + Q = Qra
Q = Qra - Qngl = 42531.5 – 11698.74 = 30832.8 (kcal/h) = 1290908767 (J/h) Lượng hơi nước sử dụng để gia nhiệt cho thiết bị:
D = 1290908767
46
2.3.4. Cân bằng nhiệt lượng tháp chưng tách Etylbenzen.
Tháp chưng tách benzen tiến hành ở 136oC.
Bảng 2. 15. Bảng nhiệt dung riêng của các cấu tử.
Cấu tử Nhiệt dung riêng ở 80.1oC
(kcal/kg.độ)
Nhiệt dung riêng ở 136oC (kcal/kg.độ) C6H6 0.49 0.53 C7H8 0.47 0.52 C6H5-C2H5 0.45 0.52 Vậy ta có: Ở 80.1oC, QC6H6 = 18.01*0.49*80.1 = 706.9 (kcal/h) QC7H8 = 2.87*0.47*80.1 = 108 (kcal/h) QC6H5-C2H5 = 856.57*0.45*80.1 = 30875.1 (kcal/h) Ở 136oC, QC6H6 = 18.01*0.53*136 = 1298.2 (kcal/h) QC7H8 = 2.87*0.52*136 = 203 (kcal/h) QC6H5-C2H5 = 856.57*0.52*136 = 60576.6 (kcal/h) Bảng 2. 16. Bảng nhiệt lượng của các cấu tử.
Cấu tử Qngl (kcal/h) Qra (kcal/h)
C6H6 706.9 1298.2
C7H8 108 203
C6H5-C2H5 30875.1 60576.6
Tổng 31690 62077.8
47
Q = Qra - Qngl = 62077.8– 31690 = 30387.8 (kcal/h) = 127227641 (J/h) Lượng hơi nước sử dụng để gia nhiệt cho thiết bị:
D = 127227641
48
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ KINH TẾ
Q trình tính tốn và ước lượng triển vọng kinh tế cho quá trình Alkyl hố sản xuất Etylbenzene với xúc tác pha lỏng của Monsanto được thực hiện gồm các bước sau: