1. Các số liệu kĩ thuật để tính toán
Tính cân bằng bằng vật chất của dây chuyền sản xuất maleic anhydride từ benzene với công xuất 500 tấn/năm.
Bảng 11. Thành phần nguyên liệu:
Benzene nguyên liệu Không khí
C6H6 98% khối lượng O2 21% V
Toluene, xylene 2% khối lượng N2 79% V
Độ chuyển hóa tính theo benzene là 97%, tổn thất benzene 3%,mất mát sản phẩm 3%.
Đổi nồng độ thể tích sang nồng độ khối lượng. ai= Mi.Xi/∑Mi.Xi
Trong đó:
Mi : khối lượng phân tử của các cấu tử (kg/kmol) Xi : phần mol của các cấu tử (kmol/kmol)
ở đây chỉ cần đổi giá trị của không khí từ %V sang % khối lượng Thay các giá trị vào công thức ta được:
aO2==0,23 aN2 = = 0,77
Bảng 12: Thành phần khối lượng sau khi chuyển đổi sang % khối lượng
Benzene nguyên liệu Không khí
C6H6 98% khối lượng O2 23% khối lượng
Toluene, xylene 2% khối lượng N2 77% khối lượng
Mức độ chuyển hóa theo benzene la 97%, trong đó 95% tạo maleic, 2% tạo CO,CO2. 3% tạo quinol.
Thời gian làm việc của phân xưởng quyết định đến năng suất làm việc của phân xưởng đó. Dây chuyền sản xuất maleic anhydride hoạt động 24/24h. Dây chuyền hoạt động 330 ngày/năm, nghỉ dưỡng sửa chửa kĩ thuật 35 ngày.
Phân xưởng làm việc lien tục trong năm nên thời gian làm việc trong năm là: 330x24=7920h
Tổng năng suất của 1 năm là: 500 tấn =500.000 kg
Năng suất làm việc trong 1h là: 500000/7920 = 63,13 (kg/h)
Nhưng do lượng maleic tạo thành bị mất mát 3%, vậy lượng mất mát là: 63,13x3%=1,89 (kg/h)
Vậy lượng maleic tạo thành tổng cộng là: 63,13 + 1,89 = 65,02 (kg/h)
2. Tính lượng vật chất đi vào thiết bị phản ứng.
G1: khối lượng benzene đưa vào(kg/h)
G1’: khối lượng benzene chưa phản ứng (kg/h) G2:khối lượng oxi đưa vào(kg/h)
G2’:khối lượng oxi chưa phản ứng (kg/h) G3:khối lượng nito (kg/h)
G4 :khối lượng maleic (kg/h) G5:khối lượng CO2 (kg/h) G6:khối lượng nước (kg/h) G7: khối lượng CO(kg/h) G8 :khối lượng Quinol ((kg/h)
Lượng vật chất đi vào thiết bị phản ứng bao gồm: C6H6, O2, N2, Toluene, xylene.
Phản ứng chính: C6H6 + 4,5O2 → C4H2O3 + 2CO2 + 2H2O ΔH0 289=-1470kJ/mol Phản ứng phụ: C4H2O3 + 3 O2→ 4CO2 + H2O C6H6+ 6O2 → 3CO2 + 3CO +3 H2O ΔH0 289=2320kJ/mol C6H6 + 1,5 O2 → C6H4O2 + H2O
Tính lượng C6H6tạo thành maleic trong phản ứng chính: Gọi x(kg/h) là lượng C6H6tạo maleic anhydride là: Phản ứng :
C6H6 + 4,5O2 → C4H2O3 + 2CO2 + 2H2O
78(kg/kmol)C6H6 phản ứng với O2 để tạo ra 98(kg/kmol) maleic. (kg/kmol)C6H6phản ứng với O2 để tạo ra 65,02(kg/kmol) maleic,CO2và nước.
Lượng C6H6tạo maleic anhydride là: = 51,75 (kg/h)
Theo giả thiết mức độ chuyển hóa theo benzene la 97%, trong đó 95% tạo maleic, 2% tạo CO,CO2. 3% tạo quinol.
- Lượng benzene 2% tạo thành CO,CO2
= 1.09 (kg/h)
- Lượng benzene 3% tạo thành quinol = 1,63 (kg/h)
Do đó tổng lượng benzene tạo thành sản phẩm là: 51,75+1,09+1,63=54,47(kg/h)
Nhưng độ chuyển hóa chỉ có 97% nên lượng benzene: = 56,15 (kg/h)
Lượng nguyên liệu thực tế cần có là: G1= 57,19
Tính lượng O2 cần cho phản ứng tạo maleic anhydride:O2 chuyển hóa 95% Gọi (kg/h) là lượng O2tạo maleic anhydride là:
Phản ứng :
C6H6 + 4,5O2 → C4H2O3 + 2CO2 + 2H2O
144(kg/kmol) O2phản ứng với 78 (kg/kmol) C6H6để tạo ra maleic. (kg/kmol) O2phản ứng với 51,75(kg/kmol) C6H6 để tạo ra 65,02(kg/kmol)
maleic,CO2và nước
- Lượng O2tham gia phản ứng tạo maleic anhydride là: = 95,54 (kg/h)
Ngoài ra O2 còn tham gia 2 phản ứng tạo quinol, CO,CO2.
- Lượng O2 tham gia phản ứng tạo CO,CO2
= 2,68 (kg/h)
- Lượng O2 tham gia phản ứng tạo quinol
= 1(kg/h) Vậy tổng lượng O2 chuyển hóa là:
95,54+2,68+1=99,22 (kg/h) Tổng lượng O2 đưa vào
G2= = 104,44 (kg/h) Dựa vào lượng O2 ta tính được lượng N2:
G3 = = 392,89 (kg/h)
Các sản phẩm tạo ra gồm:C4H2O3,CO2,2H2O,CO,C6H4O2
• Phản ứng chính:
C6H6 + 4,5O2 → C4H2O3 + 2CO2 + 2H2O -Khối lượng maleic anhydride tạo thành:
65,02(kg/kmol) + 3% tổn thất =66,97 (kg/h) -Khối lượng CO2tạo thành:
= 58,38 (kg/h) -Khối lượng H2O tạo thành:
• Phản ứng phụ:
C4H2O3 + 3 O2→ 4CO2 + H2O C6H6+ 6O2 → 3CO2 + 3CO +3 H2O
C6H6 + 1,5 O2 → C6H4O2 + H2O -Lượng CO2 do phản ứng phụ tạo ra:
= 1,84 (kg/h) -Lượng CO do phản ứng phụ tạo ra:
= 1,17 (kg/h) -Lượng Quinol do phản ứng phụ tạo ra:
= 2,25 (kg/h) -Lượng H2O do phản ứng phụ tạo ra:
= 1,13 (kg/h)