Проектирование реактора омыления адипиновых кислот и эфиров производительностью 35 м3 в час

Для защиты от превышения давления в аппаратах омыления реактора поз. Р-1 снабжены двумя предохранительными клапанами каждый, срабатывающими при давлении 70 кПа. Газы с предохранительных клапанов сбрасываются через свечу в атмосферу.

При необходимости жидкость из аппаратов  поз. Р-1, Р-3, Е-8 может быть сдренирована в дренажную ёмкость поз. Е-141, работающую под избыточным давлением не более 60 кПа.

Уровень жидкости в Е-141 не должен превышать 20 % по прибору LIA/1403, кратковременно во время дренирования аппаратов допускается увеличение уровня до 80 %. При достижении уровня 80 % срабатывает световая и звуковая сигнализация.

Температура жидкости в поз. Е-141 по прибору TR/1104  должна быть  
15 - 60 °С. Емкость поз.Е-141 работает под давлением не более 60 кПа. Газы из емкости отводятся в объединенную воздушку цеха.

Продукты  из дренажной емкости поз.Е-141 по мере накопления откачиваются насосом поз.Н-142 в реактора омыления поз.Р-1 или в разделительный сосуд поз.ЕФ-16 в зависимости от продукта,  сдренированного в ёмкость. При откачке продуктов из емкости поз. Е-141 она отключается от объединенной воздушки цеха и подачей в нее азота набирает давление не более  
60 кПа. 

 

 

1.4 Выбор основного и вспомогательного оборудования и его

спецификация

 

 

 

Вспомогательное оборудование состоит из: насосов  для органики, ПАЩа, щелочи и водного слоя, накопительных емкостей, ректификационной колонны для ПАЩа и связующих трубопроводов (схема 1) все вспомогательное оборудование из легированной стали Х17Н13М2Т.

Таблица 5

Номер позиции  по схеме	Наименование  оборудования или технических устройств	Количество	Материал, способ защиты	Техническая характеристика
1)Р-1	Реактор омыления первой ступени	1	10Х17Н14М3Т	Горизонтальный цилиндрический аппарат. Внутри корпуса расположен успокоитель Длинна  – 7710 мм Внутренний диаметр –                                         2600 мм  Общая масса аппарата -                                        18500 кг Характеристика: Сосуд:                                                                       V – 35 м³                                                                   P –0.06МПа                                                               Т – 65 ºС.

Продолжение таблицы 5.

Номер позиции по схеме	Наименование  оборудования или технических устройств	Количество	Материал, способ защиты	Техническая характеристика
2)Р- 3	Реактор омыления второй ступени	1	10Х17Н14М3Т	Горизонтальный цилиндрический аппарат. Внутри корпуса расположен успокоитель Длинна  – 7710 мм Внутренний  диаметр –                                         2600 мм  Общая масса аппарата -                                        18500 кг Характеристика: Сосуд:                                                                       V – 35 м³                                                                   P –0.06МПа                                Т – 65 ºС.
3)Е - 8	Фазоразделительный сосуд	1	10Х17Н13М2Т	Горизонтальный цилиндрический аппарат для раздела ПАЩа и НОС Диаметр – 2500 мм; Длинна – 7800 мм; Вместимость- 45 м³; Р – 0.06 МПа; Т - 65 ºС.
4)Е - 9	Сборник щелочи	1	Х18Н12М3Т Х18Н12М2Т	Вертикальный  цилиндрический аппарат. Диаметр – 15000мм, высота – 28000мм, вместимость – 1,69м³,  масса – 1570 кг,   Р – 0,1 МПа, Т- 60 ºС.
5) ЕФ-6	Сепаратор	1	10Х17Н13М2Т	Вертикальный  цилиндрический аппарат. Диаметр  –1800мм, высота – 2600 мм, вместимость – 6м³,  масса – 1570 кг, Р – 0,06МПа, Т- 60 ºС.
6) Е - 3	Накопительный сосуд	2	10Х17Н13М2Т	Вертикальный цилиндрический аппарат. Диаметр – 1800 мм, высота – 2600мм, вместимость – 6 м³, Р – 60кПа, Т – 100ºС
7) Е - 2	Сборник ПАЩа	1	10Х17Н13М2Т  ЭИ943	Горизонтальный  цилиндрический аппарат. Диаметр –   2400 мм, длина – 6528мм, вместимость – 25 м³, Р – 60кПа, Т – 60ºС

Продолжение таблицы  5.

8)КР-1	Ректификационная колонна	1	10Х17Н13М2Т	Вертикальный  цилиндрический аппарат с колпачковыми тарелками и спаренным подогревателем куба Т – 1 Высота – 12560 мм; Диаметр – 1300 мм; Температура куба - 90 ºС; Температура верха - 75 ºС; Р – 0,06 МПа.
9Е-109.1,2	Подогреватель куба колонны КР - 1	1	10Х17Н13М2Т	Горизонтальный, одноходовой теплообменник. Количество элементов – 1, длина аппарата  - 3970мм, высота – 1429мм Характеристика  элементов: Диаметр – 159мм, количество трубок – 10, диаметр трубок – 32мм, F- 3м², длина элемента – 3000 мм. Трубное пространство:                            Межтрубное пространство: Р – 0,6 МПа                                               Р – 0,6 МПа Т – 85  ºС                                                     Т – 90 ºС
10) Н - 1	Насос щелочи	1	10Х17Н13М2Т	Центробежный  насос типа 2АЦСН3Х3. Q-20 м³/ч, Н-0,53 МПа. Электродвигатель в взрывозащищенном исполнении.  N – 13 кВт.
11)Н - 3	Насос Ad. Na.	1	10Х17Н13М2Т	Центробежный  насос типа 2АЦСН3Х3. Q-20 м³/ч, Н-0,53 МПа. Электродвигатель в взрывозащищенном исполнении.  N – 13 кВт.
13)Н-4	Насос для  перекачивания органических продуктов	1	10Х17Н13М2Т	Центробежный  насос погружной для перекачивания химически активных и нейтральных жидкостей, типа 2ХП6Е. Диаметр – 600 мм, длина – 1750 мм, Q – 4 м³/ч, Н- 0,25 МПа. Электродвигатель в взрывозащещеном исполнении N – 8 кВт.

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

2.1. Источники снабжения цеха водой, паром и электроэнергией.

Цех окисления  циклогексана снабжают следующие вспомогательные цеха:

1. Паром- ТЭЦ
2. Электроэнергией – электроцех
3. Водой – водоцех.

 

2.1 Материальный расчет стадии омыления

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Диаграмма материальных потоков стадии омыления.

 

G₁, G₂, G₃ – потоки на входе в реактор;

G₄, G₅, G6 – потоки на выходе из реактора.

Состав кислого органического слоя.

Таблица 6

Наименование  вещества	Доля в %
Циклогексанон	3%
Циклогексанол	3%
Кислоты (в пересчете на адипиновую)	1%
Эфиры (в пересчете на эфир адипиновой кислоты)	1%
“Х”-масло ; спирты	Не нормируются  – принимаем 1%
Циклогексан	91%

 

 

 

На стадии омыления происходит нейтрализация  эфиров, кислот, а также разложение гидропероксида. Согласно действующему производству процесс происходит в две стадии. Материальный баланс стадии омыления представляет собой суммарный материальный баланс по двум ступеням омыления эфиров и нейтрализации кислот. Поэтому расчет произведем в дипломной работе также на две ступени процесса.

На стадии омыления эфиров и нейтрализации  кислот протекают следующие реакции:

Нейтрализация кислот:

)

1). Количество NaOH пошедшей на нейтрализацию адипиновой кислоты:

Х= 280 х 80 / 146  / 40=153,5 / 40= 3,84 кмоль / час;

2). Количество  образовавшихся Ад. Na:

Х = 280 х 190  / 146 / 190 = 364,4 / 190 = 1,9 кмоль / час;

3). Количество  образовавшейся воды:

Х = 280 х 36  / 146 / 18 = 69 / 18 = 3,8 кмоль / час;

Омыление эфиров:

 

(2.2)

1). Количество NaOH пошедшей на нейтрализацию эфиров адипиновой кислоты:

Х = 280 х 80 / 310 / 40 = 72,3 / 40 = 1,8 кмоль / час;

2). Количество  образовавшихся Ад. Na:

Х = 280 х 190 / 310 / 190 = 171,6 / 190 = 0 ,903 кмоль / час;

3). Количество  образовавшегося анола:

Х = 280 х 100 / 310 / 100 = 90,3 / 100 = 0,903 кмоль / час;

         Расчет произведем следующим образом

Согласно материальному  балансу действующего производства на стадии окисления образуется 840кг/час аннона. При получении 840кг/час аннона на нейтрализацию кислот расходуется 225,8кг/час щелочи, следовательно, щелочи расходуется:

Материальный  баланс стадии омыления эфиров и нейтрализации кислот при

 

водится в  таблице 7.

Таблица 7

Наименование  вещества	Массовая  доля в смеси, кг/ч.
Циклогексанон	840
Циклогексанол	840
Кислоты (в пересчете на адипиновую)	280
Эфиры (в пересчете на эфир адипиновой кислоты)	280
“Х”-масло ; спирты	280
Циклогексан	25480

 

Нумерация потоков:

Поток №1. Кубовая  жидкость после отгона циклогексана.

Поток №2. Свежая щелочь.

Поток №3. Адипаты  натрия.

Поток №4. Нейтральный  органический слой.

Поток №5. Адипаты  натрия в колонну ректификации.

 

2.2. Тепловой расчет реактора омыления

На рис. 3 показана диаграмма тепловых потоков реактора

 

 

 

 

 

Рис 3. Диаграмма тепловых потоков реактора омыления

Общее уравнение  теплового баланса имеет следующий  вид

                      Q_{1 +} Q₂  = Q₃ + Q₄ + Q₅                                                                                 (2.3); 

Q₁ – тепло, вносимое в реактор кислым оргслоем:

Q₂ – суммарный тепловой эффект реакций, протекающих в реакторе;

Q₃ – тепло, уносимое продуктами;

Q₄ – тепло, отводимое из реактора;

Q₅ – тепловые потери (принимаются за 5% от Q₁).

 

Таблица 8. Значение молярных теплоемкостей для определения при

Вещество
щелочь	27,61
вода	33,56
∑

 

Таблица 9. Значения молярных теплоемкостей для определения при

Вещество
ЦГ	-16,62
Анол	479,28
Анон	479,28
Вода	145,77
Адипаты натрия	610,94
∑

 

 

Таблица 10.Значения молярных теплоемкостей для определения при

Вещество
1	3
ЦГ	130,99
Анон	80,46
Анол	141,31
Гидроперекись	130,99
Эфиры	1106,94
Кислоты	417,92
∑

 

Теплоту химической реакции (в Дж/моль) можно вычислить по следствию закона Гесса.

                                               (2.4)

где - соответственно сумма теплоты образования исходных веществ и продуктов реакции.  Тепловой поток зависит от расхода материала, его теплоемкости  и температуры.

Ф = n x c x t                (2.5)

где  Ф –  тепловой поток, Дж;

       c – удельная теплоемкость, Дж/кг*;

        t – температура материала,

 

Расчет тепла,  приносимого в реактор кислым оргслоем (Q_прих)

         (2.6)

   (2.7)

 9433,2 + 51548,16  - 30215,6 + 244432,8 + 241557,12 + 47642,88 + 59974 =

= 624282,56 ДЖ

Q_{прих =}  / 3600 = 624282, 56 / 3600 = 173,411 Вт.    (2.8)

Расчет тепла,  уносимого из реактора омыления (Q_ухода)