5. Тепловой баланс
Уравнение теплового баланса
Qc+Qxp+Qнил=Qпроц+Qисп
Где Qс – теплота выносимая сырьем
Расчет
Теплота, вносимая сырьем – Qс
анилином, С=191 Дж/моль*К
Q=
Теплота, выносимая сырьем – Qс
Формула
для расчета
анилином, С=191 Дж/моль*К
Q=
ацетоном, Сж=125 Дж/моль*К
Q=
мономером, (С12H15N)С=12*11,72+15*17,99=469,1 Дж/моль*К
Q=
Хлористый водород, С=299,16 Дж/моль*К
Q=
Водой, С=75,31 Дж/моль*К
Q=
Итого: Qc=37458Вт
5.2. Теплота химических реакций
Формула для расчета
Q==
Где:
m-масса
продукта M-молярная
масса
-тепловой
эффект реакции
Теплота реакции синтеза мономера
Q==
Теплота реакции синтеза димера
Q==
Т еплота реакции синтеза тримера
Q==
Теплота реакции синтеза ацетонанила
Q==
Теплота реакции синтеза ДАДФП
Q==
Итого: Qхр=46444 Вт
Теплота выносимая продуктами
3.1 анилином, С=19 Дж/моль
Q==
3.2 ацетоном, С=125 Дж/моль
Q==
3.3 мономером, С=469,1
Q==
3.4 димером C24H30N2 C=938,2
Q==
3.5 тримером C36H45N3 C=1407,3
Q==
3.6 ацетоанилом C48H60N4 C=1876,4
Q==
Итого: Qпрод=219738 Вт
Теплота испарения анилина
Q==
Где: m-масса испаряющегося вещества
-мольная
теплота испарения, M-молярная
масса
Q==
Теплота, подводимая теплоносителем
Qтепл=Qпрод-Qс-Qхр+Qисп=219738-4644-37458+309612=445448 Вт
Масса необходимого пара
m=
= 0,21=738
кг/ч
где: r-теплота преобразования
5.3 Расчет поверхности теплообмена
Коэффициент теплообмена от стенки трубок к реакционной массе
Критерий Рейнольдса
Re=
Где:
u-линейная
скорость, d-диаметр
трубки,
– плотность,
– вязкость
Re
=
=422
Критерий Прандтля
Pr=
=
Где: – вязкость, с-удельная теплоёмкость, -теплопроводность
Критерий Нуссельта (Rc<2300)
Nu=1,55(RePrd/L)*0,33=1,55(422*6*0,021/9)*0,33=1,8
Коэффициент теплопередачи
d2=
=
=14,5
Вт/м2*К
Принимаем коэффициент теплопередачи от пара к трубки
d1=5000 Вт/м2*К
Коэффициент теплопередачи от пара к реакционной массе
К=
=
=14,4
Вт/м2*К
Средний температурный напор
130-> 130 пар
100<- 20
t=30
t
=110
tcр=
=62°
Поверхность тепелообмена
F=
Для проведения реакционного процесса устанавливаем четыре реактора общей площадью поверхности теплообмена 311м2+670м2.
6. Инженерные решения, предлагаемые в проекте
6.1 Стадия выделения анилина.
Выделение анилина осуществляется на вакуумной ректификационной колонне поз.1125, представляющей собой вертикальный аппарат с решетчатыми провальными тарелками: 12 штук в исчерпывающей; 8 штук в укрепляющей части.
Подвод тепла в колонну осуществляется подачей пара 0,9 МПа в выносной кожухотрубчатый теплообменник поз.1130. Расход пара поддерживается автоматически (к.т. 1).
Температурный режим в колонне контролируется (к.т.2, к.т.3). Остаточное давления по колонне контролируется: верхней (к.т. 4), средней (к.т. 5) и нижней частью (к.т. 6).
Вакуум в поз.1125 создается вакуум-насосом поз.1171/1-3 и поддерживается автоматически (к.т.7) подачей азота 2 кПа в линию всаса насоса. Возвратный анилин с примесями со стадий регенерации толуола и возврата анилина и мономера из сборника поз.1133 вместимостью 3,2 м3 анализируются (к.т. 1а) и насосом поз.1142/1 непрерывно расходом 1,0 - 1,2 м3 /час (к.т.8) подается на тарелку питания колонны поз.1125. Уровень в сборнике поз.1133 контролируется (к.т.9), минимальное и максимальное значение уровня сигнализируются.
Давление нагнетания насоса поз.1142/1 контролируется (к.т.10) и сигнализируется. Предусмотрено автоматическое отключение насоса при минимальном значении уровня в сборнике поз.1133, минимальном давлении нагнетания и максимальном токе электродвигателя, дистанционное отключение с ЦЩУ.
Пары анилина, выходящие из колонны поз.1125 конденсируются в холодильнике поз.1126, охлаждаемом оборотной водой. Абгазы, пройдя хвостовой холодильник поз.1127, охлаждаемый оборотной водой, выбрасываются насосом поз.1171/1-3 через фазоразделитель поз.2190 и узел мокрой очистки поз.1050 в систему местных отсосов в соответствии с действующим регламентом ТР-2-71.
Дистиллят (регенерированный анилин) проходит через гидрозатвор поз.1141/А, анализируется (к.т.2а) и поступает в расходную емкость поз.1141. Уровень в поз.1141 контролируется (к.т.11), максимальное и минимальное значения уровня сигнализируется. Дистиллят из сборника поз.1141 и насосом поз.1142/2 непрерывно подается на синтез в смеситель поз. 2007.
Давление нагнетания насоса поз. 1142/2 контролируется (к.т.12) и сигнализируется. Предусмотрено автоматическое отключение насоса при минимальном значении уровня в сборнике поз. 1142/2, минимальном давлении нагнетания и максимальном токе электродвигателя.
Флегмирование колонны осуществляется дистиллятом, подаваемым из холодильника поз.1126. Расход флегмы поддерживается автоматически (к.т.13).
Кубовая жидкость колонны поз.1125 проходит гидрозатвор поз.3030/А, анализируется (к.т.3а) и поступает непрерывно в сборник поз.3030 вместимостью 6,3 м3 для сжигания в цехе 81.
