Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основные правила оформления выпускных квалификационных работ по направлению «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии
.pdf
Тепловой поток ПАБ (в пересчете на ДИПБ):
Q3 = 0,0016∙ 464,46 ∙ 20 = 14,863 кВт.
Рассчитаем тепловой эффект реакций:
1) С6Н6 + С3Н6 → С6Н5–С3Н
n
= m/M,
ИПБ
где n
– количество кмолей ИПБ;
ИПБ
7
m – масса ИПБ, кг;
М – молярная масса ИПБ.
N
= 12321,826/120 = 102,68 кмоль/ч,
ИПБ
∆Н°
∆Н°
∆Н°
∆Нг = ∆Н°
где ∆Н°
298(С6Н6
298(С3Н6
298(С6Н5−С3Н7
298
) = 49,04 кДж/моль,
) = 20,41 кДж/моль,
) = −41,24 кДж/моль,
298(С6Н5−С3Н7
) – (∆Н°
298(С6Н6
) + ∆Н°
– стандартная энтальпия образования веществ, кДж/моль;
∆Нг – тепловой эффект реакции.
∆Нг = −41,24 – (49,04 + 20,41) = − 110,69 кДж/моль;
2) С6Н4 – (С3Н7 )2 + С6Н6 → 2С6Н5 – С3Н7
n
= 4146,951/120 = 34,558 кмоль/ч;
ИПБ
∆Н°
298(С6Н4
∆Н°
298(С6Н6
∆Н°
298(С6Н5–С3Н7
∆Нг = ∆Н°
–(С3Н7)2) = − 75,54 кДж/моль,
) = 49,04 кДж/моль,
) = −41,24 кДж/моль,
298(С6Н5−С3Н7
) – (∆Н°
298(С6Н4
–(С3Н7)2) + ∆Н°
∆Нг = 2 ∙ (−41,24) – (−75,54+ 49,04) = −55,98 кДж/моль;
298(С3Н6
)),
298(С6Н6
)) ,
3) С6Н5–С3Н7 + С3Н6 → С6Н4 – (С3Н7)2
n
= m / M,
ДИПБ
где n
– количество кмолей ДИПБ;
ДИПБ
m – масса ДИПБ, кг;
31
М – молярная масса ДИПБ.
M
= 2343,857/162 = 14,468 кмоль/ч.
ДИПБ
∆Н°
298(С6Н5–С3Н7
∆Н°
298(С3Н6
∆Н°
298(С6Н4
∆Нг = ∆Н°
298(С6Н4
) = – 41,24 кДж/моль,
) = 20,41 кДж/моль,
–(С3Н7)2) = –75,54 кДж/моль,
–(С3Н7)2) – (∆Н°
298(С6Н5–С3Н7
∆Нг = −75,54 – (−41,24 + 20,41) = −54,71 кДж/моль;
4) С6Н4–(С3Н7)2 + С3Н6 → С6Н3–(С3Н7)3
n
= m / M,
ТИПБ
где n
– количество кмолей ТИПБ;
ТИПБ
m – масса ТИПБ, кг;
М – молярная масса ТИПБ.
M
= 483,251/204 = 2,369 кмоль/ч;
ТИПБ
∆Н°
298(С6Н3
∆Н°
298(С3Н6
∆Н°
298(С6Н4
∆Нг = ∆Н°
–(С3Н7)3) = −154,74 кДж/моль,
) = 20,41 кДж/моль,
–(С3Н7)2) = −75,54 кДж/моль,
298(С6Н3
–(С3Н7)3) – (∆Н°
298(С6Н4
∆Нг = −154,74 – (−75,54 –20,41) = − 99,61 кДж/моль;
5) С6Н3–(С3Н7)3 + С3Н6 → С6Н2–(С3Н7)
) + ∆Н°
–(С3Н7)2) +∆Н°
4
298(С3Н6
298(С3Н6
)) ,
)) ,
где n
n
ТетраИПБ
= m/M,
ТетраИПБ
– количество кмолей ТетраИПБ;
m – масса ТетраИПБ, кг;
М – молярная масса ТетраИПБ.
M
∆Н°
∆Н°
∆Н°
= 70,762/246 = 0,288 кмоль/ч;
ТетраИПБ
298(С6Н3
298(С3Н6
298(С6Н2
– (С3Н7)3) = − 154,74 кДж/моль,
) = 20,41 кДж/моль,
–(С3Н7)4) = − 204,91 кДж/моль,
32
∆Нг = ∆Н°
298(С6Н2
–(С3Н7)4) – (∆Н°
298(С6Н4
–(С3Н7)2) + ∆Н°
∆Нг = −204,91 – (−154,74 + 20,41) = − 70,58 кДж/моль;
6) С6Н6 + С2Н4 → С6Н5–С2Н5
298(С3Н6
)) ,
n
где n
= m/M,
этилбенз.
– количество кмолей этилбензола;
этилбенз.
m – масса этилбензола, кг;
М – молярная масса этилбензола.
N
∆Н°
∆Н°
∆Н°
∆Нг = ∆Н°
= 234,048/106 = 2,208 кмоль/ч,
этилбенз.
298(С6Н6
298(С2Н4
298(С6Н5–С2Н5
) = 49,04 кДж/моль,
) = 52,28 кДж/моль,
) = −12,68 кДж/моль,
298(С6Н5–С2Н5
) – (∆Н°
298(С6Н6
∆Нг = −12,68 – (49,04 + 52,28) = −114,0 кДж/моль;
7) С6Н6 + С4Н8 → С6Н5–С4Н9
где n
n
бутилбенз.
= m / M,
бутилбенз.
– количество кмолей бутилбензола;
m – масса бутилбензола, кг;
М – молярная масса бутилбензола.
n
бутилбенз.
= 197,248/134 = 1,472 кмоль/ч,
) + ∆Н°
298(С2Н4
)),
∆Н°
298(С6Н6
∆Н°
298(С4Н8
∆Н°
298(С6Н5–С4Н9
∆Нг = ∆Н°
) = 49,04 кДж/моль
) = 1,17 кДж/моль,
) = 25,12 кДж/моль,
298(С6Н5–С4Н9
) – (∆Н°
298(С6Н6
∆Нг = 25,12 – (49,04 + 1,17) = −25,09 кДж/моль.
Рассчитаем теплоту химических реакций:
Q4 = (n
ИПБ(1
) ∙∆Н
г(1) +nИПБ(2)
∙∆Н
33
) + ∆Н°
г(2)+nДИПБ
∙∆Н
298(С4Н8
г(3)+nТИПБ
)) ,
∙∆Н
г(4)
+
+n
С
,
С
,
С6Н5–
С3Н7
122,7716
28,8 321,36
92,552
С6Н4–
(С3Н7)2
12,0994
2,81 464,46
13,051
С6Н3–
(С3Н7)3
2,0812
0,49 607,56
2,977
С6Н2–
(С3Н7)4
0,2876
0,07 750,66
0,525
С6Н5–
С2Н5
2,2
085 0,52 186,56
0,970
С6Н5–
С4Н9
1,4723
0,35 369,06
1,292
С6Н6
284,733
66,8 162,57
108,363
АlCl3
0,5228
0,12 102,65
0,164
NiCl
0,1522
0,04 В связи с
Аl
(ОН)
0,07096
0,01 Итого
426,3957
100
219,894
ТетраИПБ
∙∆Н
г(5)+nэтилбенз.
∙ ∆Н
г(6)+nбутилбенз.
∙ ∆Н
)∙1000/(3∙3600) ,
г(7)
Q4 = (102,6819∙110,69 + 34,5579∙55,98 + 14,4683∙54,71 +
+ 2,3689∙99,61 + 0,2876∙70,58 + 2,2085∙114 + 1,4723∙5,09) х
х 1000/(3∙3600) = 1355,273 кВт.
Общий приход теплоты:
Q
= Q1 + Q2 + Q3 + Q4;
прих
Q
= 17,221+101,460 + 2684,36∙n
прих
Q
= (1488,826 + 2684,36∙nб) кВт.
прих
+14,863 + 1355,273,
бенз.цир.
Для определения теплового потока жидкого алкилата необходимо
рассчитать среднюю теплоёмкость при 403 К.
Таблица 5 − Средняя молярная теплоёмкость для жидкого алкилата
Вещество
n,
кмоль/ч
хi, %
Дж/(мольград)
i, 403
i, 403•хi
Дж/(мольград)
2
3
малыми
значениями в
расчетах не
учитываем
34
Тепловой поток жидкого алкилата:
Q6 = 0,0395 ∙ 219,894 ∙ 130 = 1129,156 кВт.
Тепловой поток паров бензола:
Q7 = 112,57 ∙nб ∙ 130 = 14634,1 ∙ nб.
Тепловой поток теплоты на испарение бензола:
Q8 = nб∙qуд∙ Мб .
где qуд – удельная теплота испарения бензола при температуре 403 К,
кДж/кг;
Q8 = 78 ∙ 354,68∙nб = 27665,04 ∙ nб.
Потери в окружающую среду составляют 3 % от общего прихода
тепла:
Q
= Q
пот
Q
= (1488,826 + 2684,36 ∙nб) ∙ 0,03 = 44,665 + 80,53 ∙nб.
пот
прих
∙ 0,03,
Общий расход теплоты:
Q
= Q5 + Q6 + Q7 + Q8 + Q
расх
Q
= 24,260 + 1129,156+ 14634,1 ∙nб+ 27665,04 ∙nб +
расх
пот
,
44,665 + 80,53 ∙nб= = 1198,081 + 42379,67 ∙nб .
Количество циркулирующего бензола находим из условия равенства
прихода и расхода теплоты:
Q
= Q
прих
расх
,
1488,826 + 2684,36 ∙nб = 1198,081 + 42379,67 ∙nб,
39695,31∙nб = 290,745,
nб = 0,00732 кмоль/с .
Количество бензола, испаряющегося на стадии алкилирования:
nб = 0,00732∙3∙3600 = 79,056 кмоль/ч или 6166,37 кг/ч.
Всего в алкилатор подают бензола (с учётом циркулирующего бензола):
n
= n + n
общ
n
= 408,5911 + 79,056 = 487,6471 кмоль/ч или 38036,47 кг/ч .
общ
бенз.цир.
,
35
По рассчитанному количеству испаряющегося бензола уточняем
Приход
Расход
кВт
кВт
Тепловой поток
Тепловой поток
Тепловой поток
Тепловой поток
Итого
1508,4
Итого
1508,3
тепловые потоки:
Q2 = 101,469+2684,36 0,00732 = 121,119 кВт ;
Q7 = 14634,1∙0,00732 = 107,122 кВт ;
Q8 = 27665,04∙0,00732 = 202,508 кВт ;
Q
= 44,665 + 80,53∙0,00732 = 45,254 кВт .
пот
В табл. 6 приведен тепловой баланс алкилатора.
Таблица 6 – Тепловой баланс алкилатора
пропан-пропиленовой
фракции
жидкого бензола
диизопропилбензола
(с ректификации)
Тепловой эффект
химических реакций
17,221
121,119
14,863
1355,273
Тепловой поток
отходящих газов
алкилата
Расход теплоты на
испарение бензола
Тепловой поток
паров бензола
Теплопотери в
окружающую среду
24,260
1129,156
202,508
107,122
45,254
Толщина теплоизоляции аппарата
В качестве изоляционного материала используется совелит. Температура
наружной поверхности изоляции не должна превышать 40°С.
Определим суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду
лучеиспусканием и конвекцией по уравнению
q = K∙(tвн – t0 ) ≈ λ/δ∙(tвн – t0 ),
36
откуда толщина слоя изоляции:
δ = λ/q∙(tвн – t0 ) = 0,098/222(130 – 20) = 0,049 м ,
где λ = 0,098 Вт/(м∙К) – коэффициент теплопроводности совелита.
Пример механического расчета алкилатора
В качестве основного аппарата – алкилатора (рис. 2) – принят
вертикальный цилиндрический полый аппарат со сферическими днищами,
выполненный из материала сталь 3.
Внутренняя поверхность аппарата футерована графитовой плиткой.
Сферические днища крепятся к обечайке при помощи приварных фланцев с
уплотнительной поверхностью типа «шип-паз».
Процесс протекает при температуре до 130°С и давлении до 0,4 МПа.
Реактор заполнен смесью бензола с продуктами реакции и жидким
алюминиевым комплексом (ЖАК).
Исходное сырье (свежий и возвратный бензол, пропан-пропиленовая
фракция, возвратный диизопропилбензол и ЖАК) подают в нижнюю часть
алкилатора через распределительный коллектор. Жидкие продукты (алкилат)
отводят через один из боковых штуцеров. Парогазовая смесь выводится через
штуцер в верхнем днище аппарата.
1. Расчет толщины обечайки
Расчетное давление в нижней части обечайки с учетом
гидростатического давления столба жидкости
ρ = ρс+g∙ρж∙Нж∙10
-6
= 0,4 + 9,8 ∙0,86∙ 103 ∙12,2∙10
– 6
= 0,503 МН/м2,
где ρс – рабочее избыточное давление среды, МН/м2;
g – ускорение силы тяжести, м/с2;
ρж – плотность жидкости, кг/см3;
Нж – высота столба жидкости, м.
Номинальное допускаемое напряжение для Ст.3 составляет
*
132
д
МН/м2.
Допускаемое напряжение
ää
1321132*
МН/м2,
37
где
парогазовая смесь
1
2
пропилен
катализатор
*
– величина нормального допускаемого напряжения, МН/м2;
д
η – поправочный коэффициент, учитывающий условия работы аппарата.
бензол
жидкие продукты
Рис. 2. Алкилатор: 1 – корпус; 2 – рубашка
Определение отношения определяющих параметров
коэффициента
:
ø
д
132
,
2524995,0
503,0
*
и с учетом
ä
38
где φш – коэффициент прочности сварных и паяных соединений;
ρ – давление в нижней части обечайки, МН/м2.
Номинальная расчетная толщина стенки обечайки для данного
отношения определяется:
D
в
s
2
шд
503,06,1
95,01322
3
21,31021,3
м
мм,
где Dв – внутренний диаметр обечайки, мм.
Выбираем прибавку на округление толщины стенки (до ближайшего
большего размера по сортаменту), 79,2
С мм.
0
Суммарную прибавку к номинальной расчетной толщине стенки
определяем:
79,679,222
0
дэк
ССССС
мм ,
где Ск – прибавка на коррозию или другой вид химического воздействия
рабочей среды на материал, мм;
Сэ – прибавка на эрозию или другой вид механического воздействия
рабочей среды на материал, мм;
Сд – дополнительная прибавка по технологическим, монтажным и
другим соображениям, мм;
С0 – прибавка на округление размера, мм.
Толщина стенки обечайки с учетом прибавок:
Css
1079,621,3
мм.
Проверяем условие
D
Cs
к
в
210
1600
Допускаемое давление в обечайке:
д
д
CsD
1,0005,0
.
)(2
Cs
кшд
;
)(
кв
)002,001,0(95,01322
)002,001,0(6,1
39
248,1
МН/м2.
2. Расчет эллиптического днища (крышки)
s
Определение отношения определяющих параметров
коэффициента
:
ш
*
и с учетом
д
д
132
ш
503,0
2524995,0
.
Номинальная расчетная толщина эллиптического днища для данного
отношения определяется как
D
s
s
в
2
;
шд
503,06,1
95,01322
3
м
21,31021,3
мм .
Выбираем прибавку на округление толщины днища (до ближайшего
большего размера по сортаменту),
79,20С
мм.
Суммарная прибавка к номинальной расчетной толщине днища С∂ = 2
мм:
ССССС
,
0
дэк
С
мм.
79,679,2202
Толщину эллиптического днища с учетом прибавок определяем:
,
Css
мм.
1079,621,3
Проверяем условие
D
Cs
к
в
1600
210
1,0005,0
Допускаемое давление в днище определяется:
)(2
Cs
д
кшд
)(
CsD
кв
.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]