Курсовой проект новенький. Окисление изопропилбензола
 Скачать 3.5 Mb.
|
|
СН3СН3 СН + О2С−ООН СН3СН3 изопропилбензол гидроперекись ИПБ следует, что на целевую реакцию получения ГПИПБ ИПБ потребовалось: На целевую реакцию получения ГПИПБ кислорода пошло: На побочную реакцию получения ГПИПБ пошло ИПБ: На побочную реакцию получения ГПИПБ пошло кислорода: Итого на реакцию окисления ИПБ пошло: Конверсия ИПБ составляет: Расчёт состава примесей в окислительной шихте Содержание ЭБ: содержание н-ПБ: Рассчитаем молярную массу смеси примесей. Мольный состав примесей приведён в таблице 2.[8] Таблица 2
Средняя молярная масса примесей М=1060,3614+1200,6386=114,94кг/кмоль. Расчёт состава окислительной шихты Рассчитаем состав окислительной шихты на основе заводских данных. Таблица 3
Расчёт количества окислителя Коэффициент использования кислорода 0,85. Итого пришло кислорода: Азота пришло: Оставшийся кислород: Расчёт количества продуктов, уносимых с абгазами Количество компонента, уносимого с абгазами, определяется по формуле: где: М-молярная масса компонента; n-мольная доля компонента; Р возд-парциальное давление воздуха; Р-давление насыщенных паров компонента при температуре 1250С. Таблица 4
кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч Сводная таблица материального баланса представлена в таблице 5. Таблица 5
Таблица5(продолжение)
5.Тепловой баланс установки окисления ИПБ в гидроперекись изопропилбензола Тепловой расчёт выполнен без учёта потерь. Материальный баланс колонны окисления с учётом уноса компонентов абгазами представлен в таблице 6. Таблица 6
Температурный режим работы колонны t=1250С Температура окислительной шихты на входе tошвх=1250С Температура воздуха на входе tвозд=250С Температура реакционной массы на выходе tрмвых=1250С Термодинамические свойства компонентов реакционной массы приведены в таблице 7.[6] Таблица 7
Уравнение теплового баланса для колонны выглядит следующим образом:  где : ΣQвых(РМ) - суммарное количество тепла, приходящее с компонентами, кДж/ч; Qреакции - тепло реакции окисления ИПБ в ГПИПБ, кДж/ч; ΣQвых(РМ) - суммарное количество тепла, уносимое с продуктами реакции,кДж/ч ; Qотвод - количество тепла, отводимое водой, кДж/ч ; Qпотерь- количество тепла, потерянное в ходе процесса, кДж/ч. Определим тепло, вносимое окислительной шихтой: где Твх- температура реакционной массы на входе в реактор, К; Сpi398 - теплоемкость i-го компонента реакционной массы, Дж/(моль·К); Nприход,i- мольный поток i- го компонента реакционной массы, кмоль/ч. Определим тепло, вносимое воздухом. Теплота,выделившаяся при окислении ИПБ, превышает теплоту остальных превращений.Теплоту реакции рассчитываем по реакции окисления ИПБ в ГПИПБ(см. выше). Тепловой эффект реакции окисления ИПБ равен: ΔrH=ΔfH(ГПИПБ)393-ΔfH(кисл)393-ΔfH(ИПБ)393=-157105-0+41503= =-115606Дж/моль. Согласно материальному балансу количество ИПБ,пошедшее на образование ГПИПБ в колонне равно: Теплота,выделившаяся при окислении ИПБ в ГПИПБ, равна: Т.к. потери тепла в окружающую среду составляют 3 % от общего прихода теплоты, то Определим теплоту реакционной массы на выходе из аппарата: Определим теплоту, уносимую с абгазом: Так как процесс идет с выделением тепла, то необходимо предусмотреть съём тепла. В качестве теплоносителя для съёма тепла используют воду. Из теплового баланса окислительной колонны определим количества тепла, снимаемое водой: Температура воды на входе tвхвода=150С Температура воды на выходе tвыхвода=350С Ср(вода)=4178,24 Дж/(кг·К) Количество воды,необходимое для съёма тепла равно:  Определим поверхность теплообмена, обеспечивающую отвод тепла. 125 120 35 15 Найдём среднюю разность температур: 0С 0С Отношение следовательно, можно принять среднюю арифметическую разность температур 0С Исходя из условий теплообмена примем ориентировочный коэффициент теплопередачи К=120 Вт/(м2·0С) Тогда поверхность теплообмена равна: (3600 число секунд в одном часу для перевода кДж в кВт). 6. КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОЛОННЫ 6.1. Расчёт общей высоты колонны. Согласно заводским данным диаметр колонны равен 2,2 м. Определим общую высоту колонны по формуле [18]: Высоту от верхнего днища до первой ситчатой тарелки принимают конструктивно равной ½ диаметра, т.е. 1,10 м. Высоты определяютисходяизчислатарелок в этой части колонны и расстояния между ними. Согласно технологическому регламенту, расстояние между тарелками равно 0,5 м. Тогда: Высоту берём из расчёта расстояния между четырьмя тарелками, следовательно: Высоту принимаем равной 2 м. Высоту определяем исходя из запаса остатка на 10 минут. Объём реакционной массы внизу колонны: Площадь поперечного сечения колонны: Отсюда следует, что: Высоту опоры колонны принимаем исходя их практических данных равной 4 м. В результате общая высота колонны составляет: Согласно выполненным расчётам принимаем к эксплуатации вертикальный цилиндрический аппарат. Количество ситчатых тарелок-4 шт, диаметр – 2200 мм,высота цилиндрической части – 14040 мм Опираясь на данные технологического регламента и спецификации на оборудование, можно однозначно сказать, что имеющегося на производстве оборудования хватит с запасом для обеспечения заданной производительности. 6.2. Расчёт штуцеров колонны В общем виде формула для расчёта диаметра штуцерных соединений имеет следующий вид: – объёмный расход потока, м3/с; - скорость потока, м/с. Для расчёта диаметра штуцеров необходимо задаться объёмными скоростями, которые принимают исходя из агрегатного состояния и давления потока в трубопроводах [14]. Тогда диаметр штуцера для ввода шихты сырья составит: Принимаем по ГОСТ 12830-67 = 125 мм. Расчётная допустимая скорость потока сырья составит: Для воздуха: Принимаем по ГОСТ 12830-67 = 550 мм. Расчётная допустимая скорость потока воздуха составит: Для ввода охлаждающей воды: Принимаем по ГОСТ 12830-67 = 200 мм. Расчётная допустимая скорость потока воды составит: Для вывода оксидата: Принимаем по ГОСТ 12830-67 = 150 мм. Расчётная допустимая скорость потока оксидата составит: 6.3. Расчёт толщины обечайки корпуса. Колонна окисления выполнена из сталиО8Х18Н10Ти работает под давлением 3 ата (3 кгс/см2). Нормативно-допускаемое напряжение для стали этой марки кгс/см2; допускаемое напряжение кгс/см2. Толщина обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитывается по формуле: P – расчётное давление, кгс/см2; D – диаметр аппарата, см; – коэффициент прочности сварного шва, ; – допускаемое напряжение, кгс/см2. Расчётное значение толщины стенки: Окончательно значение толщины обечайки рассчитывается с учётом прибавок: C – прибавка на коррозию, см; - технологическая прибавка на разрушающее действие среды, см. Принимаем толщину обечайки 2 см (0,02 м). Формула для применима при условии, что . Из этого следует, что условие применимости уравнения выполняется и толщина обечайки рассчитана верно. Допускаемое внутреннее избыточное давление: 6.4. Расчёт толщины стенки днища. Форма днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. Наиболее рациональной формой днищ для цилиндрических аппаратов является эллиптическая. Определение номинальной расчетной толщины стенки эллиптического днища, исходя из прочности, рекомендуется производить по формулам в зависимости от заранее известных определяющих параметров (σд, p (расчетного давления), φ (коэф-та ослабления днища), Dв). Для расчёта толщины днища справедливы те же формулы, что и для расчёта толщины обечайки корпуса колонны: P – расчётное давление, кгс/см2; D – диаметр аппарата, см; – коэффициент прочности сварного шва, ; – допускаемое напряжение, кгс/см2. Принимаем толщину стенки днища равной 2 см. Проверим соблюдение условий применимости формулы для расчёта эллиптических днищ: Условие выполняется, следовательно, формула для расчёта толщины днища выбрана верно. 6.5. Расчёт опор колонны. Примем максимальный вес аппарата равным 60000 кг/с (0,6MH), число лап n=4, конструкцию лап – двухреберную, вылет лапы м. Высота лапы м. Толщину ребра определим по формуле [17]: – максимальный вес аппарата, MH; – число лап (не менее двух); – число рёбер в одной лапе (одно или два); – допускаемое напряжение на сжатие (можно принять 100 MH/м2); - вылет опоры, м; – коэффициент, который сначала принимается равным 0,6, а затем рассчитывается [17]. Отношение По графику уточняем значение Поскольку он принимает близкое к принятому значение, пересчёт толщин ребра не требуется. Общая длина сварного шва: Прочность сварного шва проверим по формуле: – общая длина сварных швов, м; – катет сварного шва, м (=0,008 м); - допускаемое напряжение материала шва на срез, МН/м2). Таким образом, можно сделать вывод, что условие выполняется и прочность швов обеспечена. 7.РАСЧЁТ И ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 7.1. Расчёт насоса № 61 для подачи окислительной шихты, которая проходит подогреватели № 5а в отд.101. Для всасывающего и нагнетательного трубопроводов примем одинаковую скорость течения окислительной шихты, равную 0,8 м/с. Зададимся длиной линии всасывания 20 м, длину линии нагнетания примем равной 50 м. Примем геометрическую высоту подъёма окислительной шихтыHг равной 35 м. Рассчитаем объемный расход перекачиваемой жидкости:  Тогда диаметр трубопровода находим по формуле:  Определим потери на трение и местные сопротивления.Находим критерий Рейнольдса: – скорость течения потока, м/с; - диаметр трубопровода, м; - плотность потока, кг/м3; – динамическая вязкость среды, Н. Для окислительной шихты динамическая вязкость составляет 0,000281 Н, тогда: Из этого следует, что режим течения в трубопроводе – турбулентный. В турбулентном потоке различают три зоны, для которых коэффициент λ рассчитывают по разным формулам. Абсолютную шероховатость труб примем м. Тогда относительная шероховатость труб составит: далее получим: Т.к. в трубопроводе смешанное трение и расчёт коэффициента трения будем производить по формуле: Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.
 Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:  Потерянный напор на линии всасывания: - коэффициент трения; – соответственно длина и диаметр трубопровода, м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений; – скорость потока, м/с. Тогда потери на линии всасывания составят: Рассчитаем потери напора на линии нагнетания. Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений. 1.Выход из трубы ζ1=1 2. Прямоточные вентили: для d=0,150 м ξ=0,42; для d=0,200 м ξ=0,36. Интерполяцией находим, что для d=0,165ξ=0,407 3. Плавный отвод круглого сечения: ζ=А·В ; коэффициент А зависит от угла φ, на который изменяется направление потока в отводе; примем φ = 90°, значит А=1. Коэффициент В зависит от отношения радиуса поворота трубы R0 к внутреннему диаметру трубы d; примем R0/ d=6, тогда В=0,09. Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии:  Потерянный напор на линии нагнетания:  Общие потери напора:  .Начальное давление подачи сырья P1 - атмосферное (101325 Па), рабочее давление в колонне P2 = 6 ата или 588399 Па. Рассчитаем напор насоса по формуле: Полезную мощность насоса определим по формуле: – подача (расход), м3/с; – напор насоса, м; - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3. Принимая КПД передачи и КПД насоса (для центробежного насоса средней производительности рассчитаем мощность на валу двигателя: Заданным напору и подаче соответствуют 2 насоса марки2ЦГ 100/80-К-37-5-У5 , установленные на производстве, для которых в оптимальных условиях работы производительность составляет 100 м3/ч и мощностью 37 кВт. Число оборотов 3000 об/мин. 7.2. Расчёт теплообменного аппарата. Произведём расчёт теплообменного аппарата, предназначенного для отвода тепла, выделяющегося в ходе процесса окисления в колонне. Изначально примем к установке теплообменник согласно ГОСТу 15118-79 [12] и проверим, возможно ли его использование для нормального поддержания технологического режима. Таблица 8
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
