2.2 Выбор конструкционных материалов

Поскольку эпихлоргидрин является коррозионной средой, элементы конструкций аппаратов, соприкасающиеся с ним (корпус и крышка реактора; крышки, трубная решетка и трубки конденсатора), следует изготавливать из коррозионно-стойкой стали. Выбираем сталь марки 12Х18Н10Т.

В качестве материала для изготовления элементов конструкций, не соприкасающихся с эпихлоргидрином (рабочие среды – вода, водяной пар), применяем сталь ВСт3сп, обладающую значительно более низкой стоимостью.

Скорость коррозии рассмотренных материалов соответственно составляют /8/: П₁ = 0,01 мм/год; П₂ = 0,1 мм/год.

В качестве материала прокладок принимаем паронит, стойкий к воздействию вышеупомянутых сред .

3. Расчеты реактора

1. Технологический расчет

3.1.1 Расчет материальных балансов стадий производства ЭД-16

Данные для расчета:

среднее содержание примесей в смоле ЭД-16,%:
хлорид натрия	х1 = 0,001;
Эпихлоргидрин	х2 = 0,2;
гидроксид натрия	х3 = 1,25;
масса загружаемого дифенилолпропана	mДФП = 722,29 кг/т;
соотношения загружаемых компонентов по массе
дифенилолпропан: эпихлоргидрин: NaOH	100:85:37;
коэффициент поликонденсации	n = 0,59;
содержание примесей в дифенилолпропане	хп1 = 0,5%;
концентрация эпихлоргидрина в растворе	хщ = 90%;
концентрация гидроксида натрия в растворе	хщ = 44%;
содержание примесей в щелочи,%:
NaCl	хс = 3,8;
другие примеси Расчет ведем согласно /11/.	хп2 = 0,8.

Материальные балансы составляем в расчете на 1 тонну готовой смолы ЭД-16. Массовые доли потерь веществ и др. берутся в соответствии с технологическим регламентом .

Рассчитываем материальный баланс стадии приготовления конденсационного раствора.

Определяем состав и количество дифенилолпропана.

Общее количество вещества определяем по формуле:

, (3.1)

где m_вещ – масса чистого вещества;

х_прим – содержание примесей, %.

Масса технического дифенилолпропана по формуле (3.1) при m_вещ = 722,29 кг; х_прим = 0,5%:

Масса оставшегося компонента:

m_ост = m_общ – m_i, (3.2)

где m_общ – общая масса смеси;

m_i – сумма масс остальных компонентов.

Количество примесей в дифенилолпропане определяем по формуле (3.2), подставляя m_общ = 725,92 кг; m_i = 722,29 кг:

m_ост = 725,92 – 722,29 = 3,63 кг

Определяем состав и количество эпихлоргидрина.

Масса 100%-го эпихлоргидрина составляет:

,

где 85/100 – соотношение масс эпихлоргидрина и дифенилолпропана;

м_ДФП = 722,29 кг – масса дифенилолпропана.

Массу технического вещества определяем по формуле:

, (3.3)

где m_вещ – масса чистого вещества;

х_вещ – содержание чистого вещества, %.

Для эпихлоргидрина m_вещ = 613,95 кг; х_вещ = 90%:

Масса воды в техническом эпихлоргидрине определяем по формуле (3.2), подставляя m_общ= 682,17 кг; m_i = 613,95 кг:

m_ост = 682,17 – 613,95 = 68,22 кг

Определяем потери эпихлоргидрина.

Потери вещества находим по формуле:

m_п = _пm_вещ/100, (3.4)

где _п – доля теряемого вещества, %;

m_вещ – масса вещества.

Потери эпихлоргидрина через воздушку смесителя при _п = 0,002%:

m_п = 0,002613,95/100 = 0,01 кг

Потери эпихлоргидрина через воздушку реактора при _п = 0,005%:

m_п = 0,005613,95/100 = 0,03 кг

Общее количество вещества определяем по формуле:

m_= m_i (3.5)

Результаты расчета сводим в таблицу 3.1

Таблица 3.1 Материальный баланс стадии приготовления конденсационного раствора

Приход			Расход
№ п/п	Компоненты	кг/т	№ п/п	Компоненты	кг/т
1 1.1 1.2	ДФП технический ДФП Примеси	725,92 722,29 3,63	1	Конденсационный раствор	1468,05
			2 2.1 2.2	Потери ЭХГ Через воздушку смесителя Через воздушку реактора	0,04 0,01 0,03
2 2.1 2.2	ЭХГ 90%-ный ЭХГ 100%-ный Вода	682,17 613,95 68,22
3	Вода	60
Итого		1468,09	Итого		1468,09

Составляем материальный баланс стадий конденсации смолы и отгонки эпихлоргидрина.

Определяем состав и количество технической щелочи.

Количество 100%-го гидроксида натрия:

, (3.5а)

где 37/100 – соотношение масс NaOH и дифенилолпропана;

м_ДФП = 722,29 кг – масса дифенилолпропана.

Масса технического NaOH по формуле (3.3) при m_вещ = 267,25 кг; х_вещ = 44%:

Масса отдельного компонента:

m_i = x_im_общ/100, (3.6)

где x_i – содержание рассматриваемого компонента,%;

м_общ – общая масса смеси.

Масса NaCl по формуле (3.6) при х_i = 3,8%:

m_NaCl,щ = 3,8607,39/100 = 23,08 кг

Масса примесей при х_i = 0,8%:

m_п,щ = 0,8607,39/100 = 4,86 кг

Количество воды в технической щелочи согласно (3.2):

m_ост = 607,39 – (267,25 + 23,08 + 4,86) = 312,2 кг

Определяем состав готовой смолы.

Масса NaCl в смоле по формуле (3.6) при x₁ = 0,001%:

m₁ = 0,0011000/100 = 0,01 кг

Масса эпихлоргидрина в смоле (x₂ = 0,2%):

m₂ = 0,21000/100 = 2 кг

Масса NaOH в смоле (x₃ = 1,25 %):

m₃ =1,25 1000/100 = 12,5 кг

Масса чистой смолы по формуле (3.2):

m_ост = 1000 – (0,01 + 2 + 12,5) = 985,49 кг

Рассчитываем материальный баланс реакции поликонденсации.

Суммарное уравнение реакции имеет вид:

(n+2)ЭХГ + (n+1)ДФП + (n+2)NaOH  ЭДС + (n+2)NaCl + (n+2)H₂O, (3.7)

где n = 0,59 – коэффициент поликонденсации;

ЭДС – эпоксидно-диановая смола.

Массу реагентов и продуктов реакции (3.7) определяем по формуле:

, (3.8)

где m_смолы = 985,49 кг –масса получаемой смолы;

а – стехиометрический коэффициент при соответствующем веществе;

M – мольная масса вещества, кг/кмоль;

М_смолы – мольная масса смолы, определяемая в зависимости от коэффициента поликонденсации n:

M_смолы = 284n + 340, кг/кмоль (3.9)

M_смолы = 2840,59 + 340 = 507,56 кг/кмоль

Масса прореагировавшего эпихлоргидрина при а = n + 2, M = 92,5 кг/кмоль:

Масса прореагировавшего дифенилолпропана при а = n + 1, M = 232 кг/кмоль:

Масса прореагировавшего NaOH при а = n + 2, M = 40 кг/кмоль:

Масса образующегося NaCl при а = n + 2, M = 58,5 кг/кмоль:

Масса образующейся воды при а = n + 2, M = 18 кг/кмоль:

Определяем потери эпихлоргидрина.

Масса эпихлоргидрина, теряемого в вакуум-нейтрализаторах, определяем по формуле (3.4) при _п = 1,35% и m_вещ = 613,91 кг:

m_п = 1,35613,91/100 = 8,29 кг

Потери эпихлоргидрина в атмосферу после санитарной колонны по формуле (3.4) при _п = 1,15%:

m_п = 1,15613,91/100 = 7,06 кг

Составляем материальный баланс реакции омыления эпихлоргидрина.

Массу NaOH, участвующего в побочных реакциях, определяем по формуле (3.2):

m_NaOH = 267,25 – (+ 12,5) = 53,6 кг,

где 201,15 кг и 12,5 кг –масса NaOH, участвующего в целевой реакции и содержащегося в смоле соответственно.

Масса NaOH, участвующего в реакции омыления эпихлоргидрина:

m_р = m_NaOH/100, (3.9а)

где  = 96% -доля NaOH, омыляющего эпихлоргидрин.

m_р = 9653,6/100 = 51,46 кг

Реакция омыления эпихлоргидрина имеет вид:

ЭХГ + NaOH + H₂O  C₃H₈O₃ + NaCl, (3.10)

где C₃H₈O₃ – глицерин.

Массу реагентов и продуктов реакции (3.10) определяем по формуле:

, (3.11)

где M –мольная масса соответствующего вещества, кг/кмоль;

M_NaOH =40 кг/кмоль – мольная масса NaOH.

Масса реагирующего эпихлоргидрина (M = 92,5 кг/кмоль):

Масса реагирующей воды (M = 18 кг/кмоль):

Масса образующегося глицерина (M = 92 кг/кмоль):

Масса образующегося NaCl (M = 58,5 кг/кмоль):

Определяем массу выпариваемых веществ.

Масса отгоняемого эпихлоргидрина по формуле (3.2):

m_э,отг = 613,91 – (2 + 456,16 + 119) = 27,75 кг,

где 2 кг; 456,16 кг; 119 кг – масса эпихлоргидрина в смоле и реагирующего по реакциям образования смолы и омыления эпихлоргидрина.

Масса эпихлоргидрина, возвращаемого в процесс:

m_э,в = m_э,отг/100, (3.11а)

где  = 80% – доля возвратного эпихлоргидрина;

m_э,отг = 27,75 кг – масса отгоняемого эпихлоргидрина.

m_э,в = 8027,75/100 = 22,2 кг

Оставшаяся часть эпихлоргидрина отгоняется с водой в виде азеотропа с массовой долей эпихлоргидрина _э = 75%. Его масса по формуле (3.2):

m_э,аз = 27,75 – 22,2 = 5,55 кг

Масса азеотропа по формуле (3.3):

Рассчитываем баланс по хлориду натрия.

Масса NaCl в реакционной массе:

m_NaCl,рм = 23,08 + 294,18 + 75,26 – 0,01 = 392,51 кг,

где 23,08 кг; 294,18 кг; 75,26 кг – масса NaCl, вносимого NaOH,образующегося по реакции получения смолы и по реакции омыления соответственно.

Результаты расчета сводим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 Материальный баланс стадий конденсации смолы и отгонки эпихлоргидрина

Приход			Расход
№ п/п	Компоненты	кг/т	№ п/п	Компоненты	кг/т
1 1.1 1.2 1.3 1.4	Конденсационный раствор ДФП ЭХГ Вода Примеси	1468,05 722,29 613,91 128,22 3,63	1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6	Реакционная масса NaCl Смола Вода Примеси в сырье Глицерин Продукты побочных реакций	2030,49 392,51 1000 461,86 8,49 118,36 49,27
2 2.1 2.2 2.3 2.4	Гидроксид натрия 44%-ный NaOH 100%-ный Вода NaCl Примеси	607,39 267,25 312,2 23,08 4,86
			2 2.1 2.2	Потери ЭХГ В вакуум-нейтрализаторах В атмосферу после санитарной колонны	15,35 8,29 7,06
			3	ЭХГ, отогнанный и возвращенный в процесс	22,2
			4	Азеотроп вода–ЭХГ	7,4
Итого		2075,44	Итого		2075,44

Рассчитываем материальный баланс стадии водно–толуольных промывок.

Масса толуола в водном слое после промывок определяем по формуле (3.4), подставляя _п = 1,375% и m_вещ = 2200 кг:

m_т,в.с = 1,3752200/100 = 30,25 кг

Потери толуола в атмосферу через воздушку реактора при загрузке и в процессе промывки по формуле (3.4) при _п = 0,25%:

m_п.т1 = 0,252200/100 = 5,5 кг

Количество толуола в толуольном растворе смолы по формуле (3.2):

m_т,трс = 2200 – 30,25 – 5,5 = 2164,25 кг

Количество воды в водном слое после промывок определяем по формуле (3.5):

m_в,в.с = 456,28 + 1200 = 1656,28 кг,

где 456,28 кг и 1200 кг – масса воды в реакционной массе и подаваемой на промывку соответственно.

Результаты расчета сводим в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 Материальный баланс стадии водно–толуольных промывок

Приход			Расход
№ п/п	Компоненты	кг/т	№ п/п	Компоненты	кг/т
1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6	Реакционная масса NaCl Смола Вода Примеси в сырье Глицерин Продукты побочных реакций	2030,49 361,86 1000 456,28 8,49 118,36 49,27	1 1.1 1.2	Толуольный раствор смолы Смола Толуол	3164,25 1000 2164,25
			2	Продукты побочных реакций	49,27
			3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5	Водный слой после промывок Вода Примеси в сырье Глицерин Толуол NaCl	2211,47 1661,86 8,49 118,36 30,25 392,51
2	Толуол для растворения смолы	2200
3	Вода для растворения NaCl	1200
			4	Потери толуола	5,5
Итого		5430,49	Итого		5430,49

Рассчитываем материальный баланс стадии выпаривания толуола и затаривания смолы в тару

Потери толуола в атмосферу после санитарной колонны определяем по формуле (3.4) при _п = 0,8% и m_вещ = 2164,25 кг:

m_п.т2 =0,82164,25/100 = 17,31 кг

Потери летучих веществ на стадии затаривания определяем по формуле (3.4) при _п = 0,006 % и m_вещ = 1000 кг:

m_п.л = 0,0061000/100 = 0,06 кг

Масса толуола, возвращаемого после отгонки в процесс, определяем по формуле (3.2):

m_т.в = 2164,25 – 17,31 = 2146,94 кг

Результаты расчета сводим в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 Материальный баланс стадии выпаривания толуола и затаривания смолы

Приход			Расход
№ п/п	Компоненты	кг/т	№ п/п	Компоненты	кг/т
1 1.1 1.2	Толуольный раствор смолы Смола Толуол	3164,25 1000 2164,25	1	Смола ЭД-16	999,94
			2	Толуол, отогнанный и возвращенный в процесс	2146,94
			3	Потери толуола	17,31
			4	Потери летучих на стадии затаривания	0,06
Итого		3164,25	Итого		3164,25