Производство акрилонитрила винилированием синильной кислоты

Задание Составить материальный баланс стадии винилирования синильной кислоты ацетиленом в производстве 30000 т/год товарного акрилонитрила.
Исходные данные:
– производство работает 8296 ч /год;
– содержание акрилонитрила в товарном продукте 99,51%;
– объемное соотношение HCN:С2H2 = 1:17;
– HCN подается в избытке от стехиометрического количества 0,5 % масс.
Состав свежего технического ацетилена, % об.:
ацетилен – 99,2;
моновинилацетилен – 0,5;
углекислый газ – 0,2;
кислород – 0,02;
водород – 0,08.
Состав циркулирующего ацетилена, % об.:
ацетилен – 95,2;
моновинилацетилен – 0,2;
ацетальдегид – 1,2;
лактонитрил – 0,6;
углекислый газ – 0,1;
водяной пар – 0,5;
азот – 2,2.
Распределение превращенного ацетилена (в % масс.) на образование:
– акрилонитрила 81,03;
– ацетальдегида 4,11;
– винилацетилена 6,41;
– дивинилацетилена 2,33;
– лактонитрила 1,52;
– цианбутадиена 0,21;
– полимеров 4,39.
Потери акрилонитрила 2 % масс.
Потери ацетилена 1 % об. от превращенного.
Для вывода из слоя катализатора побочных продуктов подается вода в объемном отношении вода: ацетилен = 4,5.

Решение

Акрилонитрил образуется по реакции C₂H₂ + HCN→ CH₂=CH–CN. (1)

Побочные реакции:

– гидратация ацетилена в ацетальдегид C₂H₂ + Н₂O→ CH₃CHO; (2)

– димеризация ацетилена в винилацетилен 2C₂H₂ → CH₂=CH–C≡СН; (3)

– образование дивинилацетилена 3C₂H₂ → CH₂=CH–C≡С–СН=СН₂; (4)

– образование лактонитрила C₂H₂ + Н₂O+ HCN→ CH₃CH(OH)СN; (5)

– образование цианбутадиена 2C₂H₂ + HCN→ CH₂=CH–C(СN)=СН₂. (6)

Часовая производительность по акрилонитрилу Пч = 30000 × 1000/8296 = 3616,2 кг/ч.
Производительность в расчете на 100%-й акрилонитрил 3616,2 × 0,9951 = 3598,48 кг/ч.