Производство бутилена

Задание Провести материальные расчеты и составить материальный баланс стадии каталитического дегидрирования бутана до бутиленов производительностью по бутану 48 тыс. т/год.
Исходные данные:
– производство работает 8275 ч/год;
– конверсия бутана в расчете на пропущенный бутан, поступивший со свежим и рециркулирующим газом, 53,7 %;
– конверсия бутана без учета рецикла 98 %:
на образование бутиленов 92 %;
на образование метана и этана 4 %.
Состав свежего технического бутана, поступающего на окисление, мол.доли:
– бутан 0,96;
– легкие углеводороды 0,02;
– инертные примеси 0,02.
Состав газа, выходящего из реактора, мол.доли:
– бутан 0,285;
– легкие углеводороды 0,05;
– инертные примеси 0,018;
– бутилены 0,31;
– водород 0,337.
Состав бутиленовой фракции, мол.доли:
– бутан 0,01;
– легкие углеводороды 0,02;
– инертные примеси 0,005;
– бутилены 0,96;
– водород 0,005.
Молекулярные массы, кг/кмоль:
бутан – 58;
бутилен – 56;
легкие углеводороды – 24,67;
водород – 2;
инертные примеси – 28;
уголь –12.

Решение

При дегидрировании бутана до бутиленов в реактор поступает смесь свежего технического бутана с оборотным бутаном, получаемым после разделения продуктов реакции. На рис. 1 изображена схема материальных потоков.

Рис. 1. Схема материальных потоков:
1 – аппарат смешения; 2 – реактор; 3 – система разделения; N1 – свежий технический бутан; N2 – суммарный газ на входе в реактор; N3 – реакционный газ; N6 – рецикл бутана; N4 – топливный газ; N5 – бутиленовая фракция

При дегидрировании протекают реакции, в результате которых получается реакционный газ и на катализаторе откладывается уголь:

C₄H₁₀ → C₄H₈ + H₂, (1)

C₄H₁₀ → CH₄ + С₃H₆, (2)

C₄H₁₀ → C₂H₆ + С₂H₄, (3)

C₄H₁₀ → 2С + 2CH₄ + H₂. (4)

В данном примере расчет удобнее вести в кмоль/ч исходного технического бутана 48000000 / (8275 × 58) = 100 кмоль/ч. .....