Из куба колонны КЛ1 выводят тяжелую фазу, состоящую из метилиодида и уксусной кислоты; этот поток самотеком поступает в сепаратор С2 и таким образом иодоводород и родий возвращают в цикл.

Сырую уксусную кислоту отбирают из средней части колонны легких фракций КЛ1 и направляют на стадию очистки.

Из верхней части реактора синтеза РТ1 выводят отдувочные газы, содержащие пары метилиодида, уксусной кислоты и воды. После охлаждения в холодильнике-конденсаторе АТЗ газовую фазу отделяют от жидкой в сепараторе С1, после чего жидкость возвращают в реактор синтеза, а газ направляют на очистку.

2.3 Технико-технологические расчёты

2.3.1 Материальный баланс реактора и стадии синтеза уксусной кислоты

Исходные данные:

годовая производительность агрегата в расчете на 100%-ю. уксусную кислоту 120000 т; годовой фонд рабочего времени 8450 ч; состав материальных потоков:

технический оксид углерода — поток 1 (т, %): Н2— 1; N2 — 2,0; СО — 97,0;

метанол — поток 2 (ф, %): СН3ОН — 99,9; Н2О —0,1;

дистиллят колонны отгонки легких фракций — поток 3 (w, %): СН3I —48,9; СН3СООН — 22,4; СН3СООСН3 — 4,0; Н2О — 24,7;

кубовые остатки колонны отгонки легких фракций — поток 4 (w, %); СН3СООН — 90,3; С2Н5СООН —0,1; Н2О — 7,7; НI — 1,9;

отдувочные газы реактора — поток 5 (φ, %): Н2 — 5,2; N2— 4,2; СО —30,1; СО2 — 2,7; СН3I — 26,0; СН3СООН — 11,2; СН3СООСН3— 1,1; Н2О — 19,5;

жидкая фаза из реактора — поток 6 (w, %): СН3I — 9,7;СНзСООН — 70,0; СН3СООСН3 — 0,9; С2Н5СООН — 0,1; Н2О— 16,3; HI — 3,0;

отдувочные газы сепаратора СI — поток 7 (φ, %): Н2— 12,0; N2 —9,7; СО —68,8; СО2 — 4,9; СН3I — 4,1; СН3СООН —0,1; СН3СООСН3 —0,1; Н2О 0,3;

количество пропионовой кислоты, образующейся в процессе, 1 кг на 1 т уксусной кислоты;

избыток оксида углерода от стехиометрического расхода 16,4%.

Последовательность расчета:

а) рассчитывают расход сырья и количество продуктов по реакциям получения уксусной кислоты и побочных продуктов;

б) определяют состав материальных потоков 1 — 4 и состав реакционной массы;

в) рассчитывают состав отдувочных газов реактора синтеза, газовой и жидкой фаз сепаратора C1;

г) определяют состав жидкой фазы из реактора, газовой и жидкой фаз сепаратора C2;

д) составляют материальный баланс реактора и стадии синтеза уксусной кислоты.

Часовая производительность реактора по 100%-и уксусной кислоте:

120000*1000/8450=14201,2 кг/ч или 236,687 кмоль/ч

В соответствии с исходными данными образуется пропионовой кислоты:

1*14,2=14,2 кг/ч или 0,192 кмоль/ч

По реакциям

СН3ОН+СО = СН3СООН, (1)

СН3ОН+2СО + 2Н2 = С2Н5СООН + Н20 (2)

расходуется:

метанола: 236,687 + 0,192=236,879 кмоль/ч или 7580,1 кг/ч;

оксида углерода: 236,687+ 0,192*2 = 237,071 кмоль/ч или 6638,0 кг/ч;

водорода: 0,192*2=0,384 кмоль/ч или 0,8 кг/ч;

образуется водяного пара 0,192 кмоль/ч или 3,5 кг/ч.

По реакции

СО + Н2О = СО2+Н2 (3)

расходуется 1,85% от общего расхода оксида углерода, что составляет:

237,071 *1,85/(100,00 — 1,85) =4,468 кмоль/ч или 125,1 кг/ч.

Расходуется водяного пара: 4,468 кмоль/ч или 80,4 кг/ч;

образуется

диоксида углерода: 4,468 кмоль/ч или 196,6 кг/ч;

водорода: 4,468 кмоль/ч или 8,9 кг/ч.

Всего расходуется по реакциям (1)—(3)

оксида углерода: 237,071+4,468=241,539 кмоль/ч или 6763,1 кг/ч;

водяного пара: 4,468—0,192=4,276 кмоль/ч или 77,0 кг/ч;

образуется водорода: 4,468—0,384=4,084 кмоль/ч или 8,2 кг/ч.

Фактически подают сырья:

технического метанола: 7580,1*100,0/99,9=7587,7 кг/ч, в том числе воды:

7587,7—7580,1=7,6 кг/ч;

оксида углерода:

241,539* (100+16,4)/100=281,151 кмоль/ч или 7872,2 кг/ч,

где 16,4 — избыток оксида углерода от стехиометрического расхода, %.

Рассчитывают состав технического оксида углерода (поток 1):

H2 N2 CO Сумма

φi(xi), % 1,0 2,0 97,0 100,0

nτ, кмоль/ч 2,898 5,797 281,151 289,846

М, кг/кмоль 2 28 28 -

mτ,кг/ч 5,796 162,316 7872,2 8040,312

Остается оксида углерода в реакционной массе:

281,151—241,539=39,612 кмоль/ч или 1109,1 кг/ч.

Расходуется:

дистиллята колонны отгонки легких фракций:

14201,2*1,8= = 25562,2 кг/ч;

кубовых остатков

14201,2*0,0665=944, 4 кг/ч;

где 1,8 и 0,0665 — массовые отношения подаваемых на синтез продуктов очистки уксусной кислоты и 100%-и уксусной кислоты.

Определяют расход и состав потоков 3 и 4.

Наличие метилацетата в дистилляте колонны отгонки легких фракций объясняется тем, что, хотя на стадии синтеза он практически не образуется, на последующих стадиях вследствие протекания реакций

СН3ОН + СН3СООН = СН3СООСН3+Н2О (4)

СН3СООСН3 + HI = СН3СООН + СН3I (5)

метилацетат накапливается в системе, так как реакция 5 протекает медленнее реакции 4.

Рассчитывают состав дистиллята (поток 3):

CH3I CH3COOH CH3COOCH3 H2O Сумма

wi,% 48,09 22,4 4,0 24,7 100,0

mτ, кг/ч 12499,9 5725,9 1022,5 6313,9 25562,2

Рассчитывают состав кубовых остатков (поток 4):

CH3COOH C2H5C00H H2O HI Сумма

wi,% 90,3 0,1 7,7 1,9 100,0

mτ, кг/ч 852,8 0,9 72,7 17,9 944,4

Состава реакционной массы Таблица 4

Молярный поток отдувочных газов реактора синтеза:

39,612*89,0/30,1 = 117,125 кмоль/ч,

Где39,612 — количество оксида углерода в реакционной массе, кмоль/ч; 89,0 — степень отдувкн оксида углерода, %; 30,1—объемная доля оксида углерода в отдувочных газах, %.

Состав отдувочных газов реактора (поток 5) Таблица 5