Стадия ректификации винилхлорида в производстве поливинилхлорида на ОАО "Саянскхимпласт" - Дипломная работа

Химическая промышленность - важная и сложная отрасль индустрии. Цех получения винила хлористого входит в состав производства ПВХ ОАО «Саянскхимпласт». Цех предназначен для получения дихлорэтана методом прямого и окислительного хлорирования, из которого получают винил хлористый методом пиролиза и дальнейшего разделения на компоненты с помощью процесса ректификации. Стадия ректификации винилхлорида имеет высокую важность в процессе производства ПВХ. Требуется высокая степень чистоты (99,99 %) винилхлорида - мономерного сырья для получения качественного поливинилхлорида. Поэтому винилхлорид, поступающий с печей пиролиза, необходимо отделить от непрореагировавшего дихлорэтана, хлористого водорода и других веществ Целью дипломной работы является проектирование стадии ректификации винилхлорида производительностью 300000 т/год по готовому продукту. 1. В настоящее время существуют пять промышленных метода синтеза винилхлорида. Сбалансированный метод на основе этилена, включающий стадию прямого и окислительного хлорирования до 1,2-дихлорэтана, пиролиз его до винилхлорида и хлористого водорода, последний в свою очередь отправляется на окислительное хлорирование этилена. Современная структура методов производства винилхлорида свидетельствует о том, что ведущую роль отводят сбалансированному методу. Процесс дегидрохлорирования дихлорэтана протекает при t = 450-500 °С, Это требует больших энергозатрат, поэтому снижение температуры процесса дегидрохлорирования является одной из основных задач химической промышленности в литературе предложено использовать различные катализаторы для процесса дегидрохлорирования. При этом из пара в жидкость переходит один или несколько компонентов с меньшей относительной летучестью (высококипящие), а в обратном направлении - эквивалентное количество компонентов с большей относительной летучестью (низкокипящие). Движущая сила ректификации - разность между фактическими (рабочими) и равновесными концентрациями К4 · wк для верхней части колонны: 1,74 ? 0,46 > 1 ? 0,3608; 0,800 > 0,361 для нижней части колонны: 0,88 ? 0,46 > 1 ? 0,3953; 0,406 > 0,395 Условие выполняется. Удельную весовую нагрузку клапана найдем по формуле: q = 16,6 · ? ? ?М где ? - толщина клапана, м [1]. Так как давление в колонне 1,6 МПа, то толщину клапана принимаем 0,0016 м ?М - плотность материала; для нержавеющей стали принимаем 8000 кг ?м3 [1]. q = 16,6 ? 0,0016 ? 8000 ? 212,48 Па Рассчитаем минимально допустимую скорость пара в свободном сечении тарелки по формуле [3]: w0 min =(2?q /lщ??п)0,5 lщ - коэффициент сопротивления; для клапанных тарелок принимаем равным 3 по [1 таблица 2.1]. w0В min =(2? 212,48 /3? 27,81) 0,5 = 2,26 м/с w0Н min =(2? 212,48 /3? 33,13) 0,5 = 2,07 м/с Коэффициент запаса сечения для верхних и нижних тарелок найдем по уравнению: К1 = К3 ? wК / fс ? w0 min К1В = 1 ? 0,3608 / 0,1323 ? 2,26 = 1,208 >1 К1Н = 1 ? 0,3953 / 0,1323 ? 2,07 = 1,445 >1 свободное сечение тарелки и число клапанов остается неизменными. Фактор паровой нагрузки для верхней и нижней части колонны определим по уравнению: FФ = wк? ?п0,5 FФВ = 0,3608 ? 27,81 0,5 = 1,902 кг0,5/м0,5?с FФ Н= 0,3953 ? 33,13 0,5 = 2,275 кг0,5/м0,5?с Вспомогательный комплекс А3 найдем по уравнению: А3 =0,5 ? LКл/q ? (FФ / fc)2 где LКл - коэффициент сопротивления клапана равен 2,5 [1]: А3В = 0,5 ? 2,5 / 212,48 ?(1,902 / 0,1323)2= 1,216 А3Н = 0,5 ? 2,5 / 212,48 ?(2,275 / 0,1323)2= 1,740 Степень открытия клапана найдем по формуле: В3=((0,25 А3)0,5 - 0,5)0,5 В3В=((0,25 1,216)0,5 - 0,5)0,5 = 0,843 В3Н=((0,25 1,740)0,5 - 0,5)0,5 = 0,954 Так как В3 приблизительно равен 1 то принимаем В3 = 1. Фактор аэрации для верхней и нижней части колонны определим по уравнению: ? = [0,1 / (4 0,3 ? wк /fс)] 0,253 / hБ0,25 ?В = [0,1 / (4 0,3 ? 0,3608 / 0,1323)] 0,253 / 0,1 0,25 = 0,4707 ?Н = [0,1 / (4 0,3 ? 0,3953 / 0,1323)] 0,253 / 0,1 0,25 = 0,4703 Гидравлическое сопротивление тарелки определим по уравнению: ?Pт = 0,5 ? LЩ ? (FФ/В3 ? fс)2 9810 ? ? ? hБ где LЩ - коэффициент сопротивления щели, равный 3 [1] для клапанных тарелок; ?PmВ = 0,5?3?(1,902 /(0,843 ? 0,1323))2 9810 ? 0,4707 ? 0,1 = 898,0 Па ?PmН = 0,5?3?(2,275 /(0,954 ? 0,1323))2 9810 ? 0,4703 ? 0,1 = 948,5 Па Подпор жидкости над сливным порогом определим по уравнению: h0w = 0,667 ? (Vж/lw)0,66 lw- периметр слива выбираем в зависимости от диаметра колонны, так как диаметр колонны КР1 равен 1,6 м, то периметр слива равен 1,26 м из [3, прил. 69]; h0Вw = 0,667 ? (0,0101 / 1,26) 0,66 = 0,0276 м h0Нw = 0,667 ? (0,0695 / 1,26) 0,66 = 0,0985 м Найдем высоту парожидкостного слоя по формуле: hf= hБ ? 1000/?ж hfВ= 0,1 ? 1000/ 977 = 0,1024 м hfН= 0,1 ? 1000/ 757 = 0,1321 м Высоту сливного порога определим по уравнению: hw = hf - how hВw = 0,1024 - 0,0276 = 0,0747 м hНw = 0,1321 - 0,0985 = 0,0336 м Определим высоту сепарационного пространства по формуле: Hс = Нмт - 2,5 ? h6 ? 1/К5, гле К5 - коэффициент вспениваемости, принимаем по таблице [1, табл. 2.4] равным 1; Hс = 0,5 -2,5 ? 0,1 ? 1 / 1 = 0,25