Расчет реактора. 
Разработка и оптимизация методов получения аллилового спирта

Материальный баланс

Материальный баланс рассчитывается с целью нахождения расходных коэффициентов по сырью и технико-экономических показателей объема реактора [15, 16]. В основе расчета материального баланса лежит закон сохранения массы вещества. В общем виде уравнение расчета материального баланса для любого элемента ХТС может быть записано:

I — сумма всех входящих в элемент ХТС материальных потоков.

II — сумма всех выходящих из элемента ХТС материальных потоков.

III — сумма всех материальных потерь в элементе ХТС.

I определяет приход веществ в материальном балансе;

II и III — расход веществ в материальном балансе.

Существует теоретический и практический материальный баланс.

Теоретический материальный баланс рассчитывается на основе стехиометрии основной реакции и количества полученного продукта. Практический материальный баланс составляется на основе теоретического материального баланса с учетом степени превращения, селективности, выхода, соотношения исходных реагентов, степени чистоты сырья, количества примененного растворителя, инертного газа и т. д.

Отклонения практического материального баланса от теоретического обусловлены тремя основными факторами:

• 1) термодинамическим процессом (реакции не идут до конца вследствие их обратимости);
• 2) кинетическим фактором (реакции не идут до конца из-за снижения скорости реакции);
• 3) механизмом реакции (обуславливается протеканием побочных превращений).

Материальный баланс записывается в виде уравнения, таблицы или диаграммы.

Подготовка исходной информации Реакции:

Основная:

.

(А) (В) © (D).

Побочная:

.

(А1) (В1) (С1) (D1).

Исходные данные для расчета материального баланса, взятые в источнике [18] сводим в табл. 4.

Таблица 4

Данные для расчета материального баланса.

Производительность реактора П, т/год.
Число дней работы реактора в году n.
Степень превращения.
Селективность основной реакции.
Технологический выход продукта.
Молярное соотношение исходных реагентов А: В.	1:1.
Состав исходного реагента А, % масс.
Состав исходного реагента B, % масс.

Расчет практического материального баланса.

1) Переводим производительность реактора в мольную:

2) Рассчитываем производительность с учетом технологического выхода:

3) Рассчитываем количество хлористого аллила, необходимого для получения 0,211 кмоль/мин аллилового спирта с учетом селективности:

4) Рассчитываем количество хлористого аллила, необходимого для получения 0,211 кмоль/мин аллилового спирта с учетом степени превращения:

5) Рассчитываем количество хлористого аллила, вступившего в побочную реакцию:

• 6) Рассчитываем количество не прореагировавшего хлористого аллила:
• 8) Рассчитываем количество хлористого аллила на 100%:
• 9) Рассчитываем количество примеси вещества А- 1,3 дихлорпропилена:

• 10) Рассчитываем количество воды исходя из молярного соотношения реагентов:
• 11) Рассчитываем количество воды на 100%:
• 12) Рассчитываем количество воды, пошедшей на основную реакцию:

13) Рассчитываем количество воды, пошедшей на побочную реакцию:

• 14) Рассчитываем количество не прореагировавшей воды:
• 15) Рассчитываем количество образовавшегося в основной реакции хлороводорода:

16) Рассчитываем количество образовавшегося целевого продуктааллилового спирта:

17) Рассчитываем количество диаллилового эфира, образовавшегося в побочной реакции:

• 18) Рассчитываем количество хлороводорода, выделяемого в побочной реакции:
• 19) Рассчитываем суммарное количество хлороводорода:

Результаты вычислений записываем в таблицу материального баланса табл. 5.

Таблица 5

Материальный баланс синтеза аллилового спирта.

Приход.
В-во.
0,279.	47,94.	21,35.	73,55.	22,80.
0,279.	47,94.	5,04.	17,36.	5,00.	16,67.
0,024.	4,12.	2,64.	9,09.	2,20.	7,33.
итого.	0,582.	100,00.	29,03.	100,00.	30,00.	100,00.
Расход.
В-во.
0,211.	34,99.	12,24.	41,59.	14,40.	48,00.
0,240.	39,80.	8,66.	29,77.	6,03.	20,10.
0,015.	2,49.	1,37.	4,99.	1,97.	6,57.
0,024.	3,98.	2,54.	8,97.	2,51.	8,37.
0,039.	6,47.	2,88.	10,13.	3,79.	12,63.
0,074.	12,27.	1,34.	4,55.	1,30.	4,33.
итого.	0,603.	100,00.	29,03.	100,00.	30,00.	100,00.

Вывод: Расчет материального баланса показывает, что для получения 12,24 кг/мин аллилового спирта необходимо взять 21,35 кг/мин хлористого аллила и 5,04 кг/мин воды.

Анализ технико-экономических показателей свидетельствует о том, что реакция не является каталитической, однако технологический выход продукта достаточно высокий (f = 92%). Степень превращения ХА < 100%, что связано с потерями на стадиях синтеза целевого продукта.

Для повышения данного технико-экономического показателя можно повышать температуру в реакторе; потери могут быть связаны с дефектами оборудования, в этом случае его необходимо заменить.

Практический материальный баланс в отличие от теоретического считается с использованием расходных коэффициентов и также зависит от стехиометрических коэффициентов.