Промышленные способы получения стирола. Каталитическое дегидрирование этилбензола, получаемого из бензола и этилена. Основные технологические схемы выделения стирола. Оптимальная температура дегидрирования. Расчет процессов и аппаратов производства.
1. Технологическая часть 1.1 Теоретические основы процесса 1.2 Описание технологической схемы 1.3 Обоснование выбора технологической схемы 1.4 Материальный баланс 1.5 Расчёт процессов и аппаратов 1.5.1 Аппарат Е-001 1.5.2 Аппарат Н-002 1.5.3 Аппарат Т-003 1.5.4 Аппарат К-004 1.5.5 Аппарат Т-005 1.5.6 Аппарат Т-006 1.5.7 Аппарат С-007 1.5.8 Аппарат Е-008 1.5.9 Аппарат Н-009 1.5.10 Аппарат Т-010 1.5.11 Аппарат Н-011 1.5.12 Аппарат Т-012 1.5.13 Аппарат К-013 1.5.14 Аппарат Т-014 1.5.15 Аппарат Т-015 1.5.16 Аппарат С-016 1.5.17 Аппарат Е-017 1.5.18 Аппарат Н-018 1.5.19 Аппарат Т-019 1.5.20 Аппарат Н-020 2. Во всех способах синтеза стирол получают в смеси с другими углеводородами, близкими по температуре кипения. Оптимальная температура дегидрирования этилбензола 580 - 600 и давление не выше 0,15 МПа. Для понижения температуры в ректификационных колоннах используется вакуум, создаваемый паро-эжекционной установкой. Пары с верха колонны поступают в конденсатор Т-005, охлаждаемый оборотной водой. Кубовая жидкость колонны К-004 насосом Н-011 подаётся на питание колонны К-013, предварительно охлаждаясь в холодильнике Т-012 оборотной водой. Выбор обусловлен тем, что они имеют малое гидравлическое сопротивление и небольшой унос жидкости за счёт отбойников. Всё оборудование выполнено из углеродистой стали Ст.3. 1.4 Материальный баланс Производительность установки выделения стирола из продуктов дегидрирования этилбензола («печного масла») 100000 т/год, часовая производительность по стиролу 7380 кг/ч. Состав «печного масла», поступающего на установку, массовые доли, %: Бензол 2,13 Толуол 4,26 Октан 0,20 Этилбензол 32,10 м- и п-ксилол 0,44 о-ксилол 0,034 Стирол 60,40 Изопропилбензол 0,006 - Метилстирол 0,19 Смолы 0,24 В качестве ингибитора применяется 0,5 - 1 % паранитрофенола в стироле-сырце. Минимальная требуемая вместимость ёмкости рассчитывается по формуле [3]: , (1) где - минимальная допустимая вместимость емкости, м3; - массовый расход жидкости, кг/ч; - запас времен пребывания, ч; - коэффициент заполнения ёмкости; - плотность жидкости [10], кг/м3. Полезная мощность, затрачиваемая на перекачивание жидкости, определяется по формуле: , (2) где - мощность, затрачиваемая на перекачивание жидкости, Вт; - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; - ускорение свободного падения (9,81), м/с2; - объёмная производительность (подача) насоса, м3/c; - полный напор, развиваемый насосом, м. На установку приходит 20000 кг/ч печного масла при температуре 35 , плотность печного масла при этой температуре рассчитывается по формуле: , (7) где - плотность жидкости, кг/м3; - массовая доля i - го компонента в смеси; - плотность i - го компонента [10], кг/м3; n - количество компонентов в смеси. кг/м3. Принимаем = 1,0 и = 0,6 находим по уравнению (4) мощность на валу двигателя: Вт = 2,5 кВт. Необходимую поверхность теплопередачи определяют из основного уравнения теплопередачи: , (7) где - площадь поверхности теплопередачи, м2; - тепловой поток (расход передаваемой теплоты), Вт; - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2.К); - средняя разность температур горячего и холодного теплоносителя, . Удельную тепловую нагрузку (удельный тепловой поток) находят исходя из следующего уравнения [6]: , (8) где - удельный тепловой поток, Вт/м2; - тепловой поток (расход передаваемой теплоты), Вт; - площадь поверхности теплопередачи, м2; - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2.К); - средняя разность температур горячего и холодного теплоносителя, . В общем виде если нет изменения агрегатного состояния среды, то коэффициент теплоотдачи определяют из критерия Нуссельта: , (15) где - критерий Нуссельта; - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2.К); - определяющий размер (высота, диаметр), м; - коэффициент теплопроводности среды, Вт/(м.К). Начальная температура печного масла 35 , конечная температура печного масла равна температуре питания колонны К-004 и составляет 85 . В качестве горячего теплоносителя в подогревателе используется водяной пар со следующими параметрами: давление греющего пара 0,2 МПа, температура 119,6 , удельная теплота конденсации 2208 кДж/кг. С учётом потерь холода в размере 5 % тепловая нагрузка аппарата равна: , (17) где - тепловую нагрузку аппарата (расход передаваемой теплоты), Вт; - расход холодного теплоносителя (печного масла), кг/с; - удельная теплоёмкость холодного теплоносителя, Дж/(кг.К); - конечная температура холодного теплоносителя, ; - начальная температура холодного теплоносителя, . Расход греющего пара в теплообменнике рассчитывается по уравнению: , (19) где - расход греющего пара, кг/с; - тепловая нагрузка аппарата, Вт; - удельная теплота конденсации греющего пара (2208 кДж/кг), Дж/кг. кг/с. По величине ориентировочной поверхности теплообмена подбираем теплообменник со следующими характеристиками [5]: - диаметр кожуха 500 мм; - наружный диаметр труб 25 мм; - внутренний диаметр труб 21 мм; - число ходов 2; - общее число труб 100; - длина труб 3 м; - поверхность теплообмена 31 м2; - количество аппаратов 1 штуки. Рассчитывается критерий Рейнольдса
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
