Расчет реактора. 
Формирование химической концепции процесса дегидратации трет-бутилового спирта, как метода получения изобутилена

Материальный баланс

Материальный баланс процесса дегидратации трет-бутилового спирта расчитывается исходя из проведения реакции на катализаторе КУ-2 с использованием водного раствора трет-бутилового спирта. Процесс осуществляется при температуре 100−140^оС; выход до 99,98%, конверсия трет-бутилового спирта 100%. Селективность получаемого изобутилена составляет 99,98% [29]. Селективность побочной реакции — образования димеров — составляет 100−99,98%-0,02%.

Таким образом, исходящими данными для расчета материального баланса являются;

Выход f_c -99,98%.

Степень превращения x_a -100%.

Селективность основной реакции ц_осн -99,98%.

Селективность побочной реакции ц_поб -0,02%.

Исходим из того, что все реагенты берутся без примесей.

В реакторе протекает реакция дегидратации трет-бутилового спирта (основная реакция):

А также реакция образования олефинов С₈:

Общее выражение для материального баланса процесса имеет вид:

?G_прих. = ?G_расх. + ?G_потр.

где ?G_прих. — мольный поток, приходящий в реактор;

• ?G_расх. — мольный поток, уходящий из реактора;
• ?G_потр. — потери (для теоретического расчета баланса принимаем? G_потр =0).

Для процесса дегидрации трет-бутилового спирта выражение материального баланса будет иметь вид:

G_тбс+ G_воды = G_и+ G_воды+ G_тбс+ G_с8+ G'_воды

где G_тбс — мольный поток трет-бутилового спирта;

G_воды— мольный поток воды (20%);

G_и— мольный поток, полученного изобутилена;

G_воды— мольный поток воды (20%);

G'_воды— мольный поток воды, образовавшийся в результате реакции;

G_с8— мольный поток, образовавшихся в результате побочной реакции диизобутиленов.

Расчет материального баланса ведется исходя из образования 1 кмоль/мин. изобутилена.

Производительность реактора G_n0= 1 кмоль/мин.

1. Производительность реактора с учетом выхода продукта.

G'_n0 = G_n0 /f = 1/0.9998 кмоль/мин =1,0002 кмоль/мин Приход:

2. Количество трет-бутилового спирта пошедшего на получение изобутилена:

G_n1 = G'_n0 н_и/ н_тбс = 1,0002 * 1/1 = 1,0002 кмоль/мин.

3. Количество трет-бутилового спирта с учетом селективности основной массы:

G_n2 = G_n1 /ц_осн = 1,0002/0,9998 = 1,0004 кмоль/мин.

4. Количество трет-бутилового спирта с учетом степени превращения:

G_n3 = G_n2 / Ха = 1,0004/1 = 1,0004 кмоль/мин.

5. Количество трет-бутилового спирта расходуемого на побочную реакцию:

G_n4 = G_n2? G_n1 = 1,0004? 1,0002 = 0,0002 кмоль/мин Расход:

1. Количество получаемого изобутилена:

G_n5 = G'_n0 = 1,0002 кмоль/мин.

2. Количество получаемой воды:

G_n1 = G_n0 * н_воды/ н_тбс = 1,0002 кмоль/мин.

3. Количество диизобутилена С8, получаемого в побочной реакции:

G_n2 = G_n4 * н_с8/ н_и = 1,0002*0,5 = 0,0001 кмоль/мин.

4. Количество воды, поступающей в реактор вместе с трет-бутиловым спиртом. Исходя из мольного соотношения ТБС/вода = 80%/20%:

Gводы = Gтбс * 20%/ 80% = 1,0004* 20/80 = 0,2501 кмоль/мин Сведем полученные результаты в таблицу 5.1.

Таблица 5.1. Материальный баланс дегидрации ТБС.