Производство оксида пропилена

 

Обозначения:

Т. – таблица; ст. – столбец; п. –  пункт.

 

 

V.Тепловой расчет реактора эпоксидирования

Процесс эпоксидирования  осуществляется в каскаде 3-х последовательно  соединенных реакторов, каждый из которых  снабжен рубашкой, лопастной мешалкой и змеевиками, вмонтированными в реактор.

Так как в каждом реакторе поддерживается определенная температура, а эпоксидирование – процесс  экзотермический, то тепловой расчет реакторного  блока заключается в определении  тепловой нагрузки на каждый реактор (определение  количества тепла, которое необходимо отвести) и расчете поверхности теплообмена. Для этого необходимо определить количество реакторов в блоке эпоксидирования.

 В настоящее время  на промышленной установке принят  реактор, имеющий следующую характеристику:

Объем
Диаметр
Высота цилиндрической части
Поверхность змеевиков
Рабочая температура  в реакторе
в трубном пространстве змеевика
Коэффициент заполнения реактора
Давление в реакторе
в трубном пространстве змеевика
Диаметр труб змеевика
внутренний
наружный
Среднее время пребывания эпоксидата в трех реакторах

 

2.1.Определение количества  реакторов

Реакционный объем определяют по формуле

,

где - количество эпоксидата (кг/ч);

       - плотность реакционной массы (кг/м³);

       - коэффициент заполнения.

Количество реакторов  составит:

При трех работающих реакторах  в технологической нитке число  ниток составит:

 

2.2.Определение поверхности  теплосъема

Тепло реакции отводится  с помощью змеевиков, вмонтированных в реактор.

Распределение теплоты  реакции по реакторам определяется с учетом доли конверсии гидропероксида в каждом из реакторов. Так, при общей  конверсии ГПЭБ – 97,2%, соответственно в реакторах: К_I=72%, К_II=91%, К_III=97,2%.

В первом реакторе часть  тепла снимается за счет нагрева  сырья от температуры на входе  в реактор (t_вх) до температуры в реакторе (t_р):

В результате в реакторах  необходимо отвести тепло:

I реактор:

II реактор:

III реактор:

По практическим данным наиболее теплонагруженным является второй реактор, поэтому расчет поверхности  теплосъема ведется для этого  ректора.

Съем тепла осуществляется циркулирующим хладагентом через  змеевики с внутренним  и наружным диаметрами.

Расход хладагента составит:

,

где - плотность антифриза, кг/м³;

        - теплоемкость антифриза, кДж/кг*^оС;

         - разность начальной и конечной температур хладагента (^оС);

Скорость хладагента в змеевике

,

Где S – сечение трубы змеевика:

Коэффициент теплопередачи  от хладагента к трубе змеевика

 

где  = 0,73 Вт/м²*^оС – коэффициент теплопроводности антифриза;

        =1070 кг/м³ – плотность антифриза;

      = 2400 Дж/кг*^оС – средняя теплоемкость среды;

       = 0,005 Па*с – динамический коэффициент вязкости;

       = 0,057м – внутренний диаметр трубы змеевика;

       = 0,06м – средний диаметр змеевика.

 

Коэффициент теплопередачи  к змеевику от реакционной среды

 

где n =2,2с^-1 – частота вращения мешалки;

       d_м=0,7м – диаметр мешалки;

       = 2170 Дж/кг*^оС – средняя теплоемкость реакционной массы;

       =720 кг/м³ – плотность реакционной массы;

        = 0,128 Вт/м²*^оС – коэффициент теплопроводности эпоксидата;

        = 0,00027 Па*с – динамический коэффициент вязкости эпоксидата;

        D_ап =2,4м – диаметр аппарата.

 

Термические сопротивление стенки змеевика

 

где - толщина стенки, м;

      - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/м^2оС.

 

Коэффициент теплопроводности:

Средняя разность температур

120                      120

70                          60

50                         60

^оС

Необходимая поверхность  теплопередачи змеевика

 

 

 

Приложение 1

Титульный лист курсового проекта (работы)

 

Российский государственный Университет нефти и газа

им. И.М. Губкина

 

Факультет химической технологии и экологии

Кафедра технологии химических веществ для нефтяной и газовой  промышленности

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)

на тему:

«----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------»

 

 

 

 

Выполнил: Студент гр. ХТ-….-….. Фамилия И.О. Подпись__________________	Проверил: Должность, Фамилия И.О.   Оценка_________________ Рейтинг________________ Подпись________________ Дата___________________-

 

 

Москва – 20… г.

 

Наименование параметров	Условные обозначения	Единицы измерения	Варианты
			1	2	3	4	5
Производительность установки  по оксиду пропилена		тыс.т/год	задается преподавателем
Число рабочих дней в году	N	дн.	340	350	345	335	348
Потери оксида пропилена		кг/ч	0,045	0,06	0,05	0,04	0,055
Селективность расходования гидропероксида этилбензола (ГПЭБ) на образование оксида пропилена		%	78	77	79	80	77
Конверсия гидропероксида ЭБ в процессе эпоксидирования		%	98	97,5	97	96,5	97,2
Мольное соотношение С3Н6:ГПЭБ	С3Н6:ГПЭБ	-	7:1	8:1	9:1	6:1	7,5:1
Мольное соотношение молибден:гидропероксид	Мо:ГПЭБ	-	7,5*10-3:1	6*10-3:1	4*10-3:1	5*10-3:1	3*10-3:1
Конверсия ГПЭБ в процессе приготовления  катализаторного комплекса		%	95	96	97	95,5	94,8
Количество возвратного катализаторного  комплекса		%масс.	60	70	75	80	85
Температура в реакторах эпоксидированияя	tp	оС	115	116	118	115	120
Давление в реакторе эпоксидирования	Pp	МПа	3,5	4,0	3,5	3,5	4,0
Время реакции	t	ч	1,2	1,15	1,1	1	1,1

Приложение 2

Исходные данные для расчета

 

 

 

Продукты	Т кип, оС
Ацетальдегид	20
Оксид пропилена	34,5
Пропионовый альдегид	48,8
Ацетон	56,1
МФК	98
Толуол	110,6
Этилбензол	136
Стирол	145
Бензальдегид	178
Фенол	181,7
Ацетофенон	202

Условное обозначение материальных потоков	Наименование  среды
1	Вода
1к	Паровой конденсат
11	ГПЭБ
23	Свежий пропилен
23В	Возвратный пропилен
28	Возвратный ГПЭБ
29	Молибден
30	Прямой антифриз
30В	Возвратный антифриз
31	Отдувка паров пропилена
32	Этанол
33	Катализатор
Условное обозначение  аппаратов	Наименование
Р1-2	Реакторы приготовления  катализатора
P3-5	Реакторы эпоксидирования
Е1	Отстойник кат. комплекса
Е2	Емкость для катализатора
ЕЗ	Емкость для антифриза
Т1-4	Теплообменники
БР	Блок ректификации реакционной массы эпоксидирования пропилена гидропероксидом этилбензола

 

Литература

1. Белов П.С., Крылов И.Ф. Методические указания по дипломному проектированию для специальностей 0807. – М.: МИНГ, 1985, 48с.
2. Белов П.С., Крылов И.Ф., Тонконогов Б.П. Методические указания по оформлению графической части курсовых и дипломных проектов. – М.: МИНГ, 1987, 63с.
3. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1985, 607с.
4. Казанская А.С., Скобло В.А. Расчеты химических равновесий. Сб.примеров и задач. – М.: Высшая школа, 1974, 225с.
5. Сталл Д., Вестром Э., Зинке Г. Химическая термодинамика органических соединений. – М.: Мир, 1971, 809с.
6. Павлов К.Ф., Романков Н.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии/ Под ред. Романкова П.Г. –   9-е изд. перераб. и доп. – Л.: Химия, 1981, 560с.
7. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие для вузов/ Под ред. Дытнерского Ю.И. – М.: Химия, 1983, 271с.
8. Жоров Ю.М. Термодинамика химических процессов. – М.: Химия, 1985, 462с.
9. Смирнов Н.Н., Волжинский А.И. Химические реакторы в примерах и задачах. – Л.: Химия, 1986, 224с.
10. Методы и средства автоматизированного расчета химико-технологических систем: Учеб. пособ. для вузов/ Н.В. Кузичкин, С.Н. Саутин, А.Е. Пунин и др. – Л.: Химия, 1987, 152с.
11. Игнатенков В.И., Бесков В.С. Примеры и задачи по общей химической технологии: Учебное пособие. – М.:  ИКЦ «Академкнига», 2006. – 198 с.
12. Проектирование и расчет аппаратов основного органического и нефтехимического синтеза  / Под ред. Н.Н.Лебедева: Учебное пособие. – М.: Химия,1995. – 256 с.
13. Решетников С.М. Ингибиторы кислотной коррозии металлов. – Л.: Химия, 1986. – 144 с.
14. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник / И.Г.Анисимов, К.М.Бадыштова, С.А.Бнатов и др.; Под ред. В.М.Школьникова. – М.: Изд. центр «Техинформ», 1999. – 596 с.