Производство диоксиэтиланилина
Содержание
Введение
1. Характеристика продукта реакции
2. Характеристика исходного сырья, материалов и
полупродуктов
. Пожаро-взрывоопасные и токсические свойства сырья,
полупродуктов и готового продукта
. Описание технологии
. Расчет материального баланса процесса оксиэтилирования
. Нормы технологического режима
. Тепловой расчет процесса оксиэтилирования
. Технологический расчет оксиэтилирования
Список используемой литературы
Введение
Практически все органические
красители являются соединениями ароматического ряда или производные
гетероциклических соединений. Все они производятся из небольшого количества
исходных соединений. В данном случае для производства полупродукта исходным
соединением является анилин. Он подвергается реакции оксиэтилирования с этиленоксидом.
Этиленоксид с воздухом образует взрывоопасные смеси. Поэтому перед реакцией
аппарат и все трубопроводы продувают азотом. В результате реакции
оксиэтилирования получается диоксиэтиланилин, который в свою очередь является
промежуточным продуктом в процессе получения красителя зеленого
противоореольного ф-3.
Производство диоксиэтиланилина
технического состоит из одного технологического потока. Проектная мощность
производства - 18,6 т/год.
1. Характеристика продукта реакции
Наименование продукта:
диоксиэтиланилин технический.
Диоксиэтиланилин технический должен
соответствовать требованиям и нормам СТП 6-14-04-121-85.
Таблица 1.
Наименование показателей
|
Норма
|
1.Внешний вид при 40°С
|
Кристаллическая масса светло-коричневого цвета
|
2.Температура кристаллизации, °С не ниже
|
48
|
Основные физико-химические свойства
и константы:
Эмпирическая формула: С10H15О 2N
Структурная формула:
Молярная масса: 181,234
кг/кмоль.
Внешний вид перегнанного
продукта - твердая воскообразная масса, белого или желтоватого цвета.
Температура кипения
187-195°С при 1 мм.рт.ст. или 210-214°С при 8-10 мм.рт.ст.
Температура
кристаллизации - 50оС.
Область применения:
диоксиэтиланилин после дистилляции применяется для получения красителя зеленого
противоореольного ф3.
Примечание: свойства, характеризующие пожаро-взрывоопасность и токсичность
диоксиэтиланилина технического приведены в разделе «Основные правила безопасной
эксплуатации производства».
2. Характеристика исходного сырья,
материалов и полупродуктов
Таблица 2
Наименование сырья и полупродуктов
|
ГОСТ или ОСТ, ТУ или методика на подготовку сырья
|
Показатели, обязательные для проверки
|
Регламентируемые показатели с допус-тимыми отклонениями
|
1. Анилин технический
|
ГОСТ 313-77Е
|
1.Внешний вид 2.Массовая доля влаги, %, не более
|
Маслянистая масса светло-желтого или светло-коричневого цвета
0,2
|
2.Окись этилена
|
ГОСТ 7568-73 высшая категория качества
|
1.Внешний вид 2.Массовая доля основ-ного вещества, %, не
менее 3.Массовая доля воды, %, не более
|
Бесцветная прозрачная жидкость, не содержащая механических
примесей. 99,9 0,01
|
3.Азот газообразный
|
ГОСТ 9293-74 сорт 1
|
1.Объёмная доля кислорода, %, не более
|
0,4
|
Примечание: Свойства, характеризующие пожаро-взрывоопасность и токсичность
сырья приведены в разделе «Основные правила безопасности эксплуатации
производства».
3. Пожаро-взрывоопасные и
токсические свойства сырья, полупродуктов и готового продукта
Таблица 3
Наименование сырья, полупродуктов, готового продукта, отходов
производства
|
Температура,оС
|
Область воспламе-нения, %, объёмн.
|
Характеристика токсичности
|
ПДК в воздухе рабочей зоны в производственном помеще-нии, мг/м3
|
|
вспышки
|
воспла-менения
|
самовос-пламене-ния
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел нижний
|
Предел верхний
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
1.Анилин
|
79
|
-
|
493
|
1,2
|
8,3
|
Высокоопасное вещество. 2 класс опасности (ГОСТ 12.1.005-76).
Отравления возможны как при вдыхании паров, так и при попадании жидкого
анилина на кожу. Действует на кровь, нервную систему и на кожу (может вызвать
появление экземы). Метгемоглобинообразователь. (Н.В.Лазарев. т. II,стр.281, изд..1976 г.)
|
0.1
|
|
Горючая жидкость. (Справочник под ред. И.В.Рябова «Пожарная
опасность веществ и материалов, применяемых в химической промышленности».
Изд. 1970г. Стр.45.)
|
|
|
2.Окись этилена
|
-18
|
-
|
429
|
3,0
|
80
|
Вещество высоко опасное, II
класс опасности по ГОСТ 12.1.005-76. Наркотик с сильной специфи-ческой
ядовитостью. При попадании в глаза вызывает ожог роговицы, резко раздражает
кожу, хорошо проникает через одежду, перчатки, обувь. Вызывает изменение
световой чувстви-тельности глаз, нарушение сердечной деятель-ности. Возможны
отдалённые последствия интоксикации. (Лазарев Н.В. «Вредные вещества в
промышленности» т. I,
стр. 475-478, изд. 1976г.).
|
1
|
|
(Справочник под ред. И.В.Рябова «Пожарная опасность веществ и
материалов, применяемых в химической промышленности». Изд. 1970г. Стр. 187).
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
3.Азот
|
Инертный газ, огнегасительное действие азота сводится к
понижению концентрации кислорода в очаге горения. (Справочник под ред. И.В.Рябова,
стр. 32, изд. 1970 г.)
|
Физиологически индифферентный газ, при атмосферном давлении
может быть вреден тем, что уменьшает парциональное давление кислорода в
лёгких и вызывает удушье. Под давлением проявляет наркотические свойства.
(Лазарев Н.В. «Вредные вещества в промышленности» т. III,
стр. 87, изд. 1977 г)
|
|
4. Диоксиэтиланилин технический
|
-
|
183
|
-
|
-
|
-
|
Умеренно опасное соединение. III
класс опасности (ГОСТ 12.1.007-76) ЛД50 на мышах 0,36 г/кг, на
крысах ЛД50=4,83. Диоксиэтиланилин обладает специфическим влиянием
на кровь, обладает кожно-резорбтивным действием. (Заключение Харьковского
научно-исследовательского института гигиены труда и проф.заболеваний).
|
|
|
Горючее вещество. (Заключение НИОПиК анализ № 366)
|
|
|
4. Описание технологии
Основная стадия - реакция
оксиэтилирования:
Побочная реакция:
Вспомогательные стадии:
1. Поступление и подготовка
сырья;
2. Выделение основного
продукта;
. Улавливание окиси этилена.
Описание технологического
процесса.
Перед началом процесса проверяют
герметичность автоклава № 83 по специальной инструкции, исправность автоклава и
коммуникаций. Открывают подачу воды для охлаждения сальника мешалки. Включают в
работу масляную станцию для уплотнения сальника мешалки и вызывают прибориста
КИПиА, который устанавливает защитные блокировки в соответствии с параметрами
ведения процесса.
В чистый сухой автоклав №83
загружают с помощью вакуума взвешенное количество анилина, предварительно
проанализированного на содержание влаги. Если массовая доля воды больше 0,2%,
ведут обезвоживание анилина, для чего включают мешалку, создают в автоклаве
вакуум, остаточное давление 0,4 кгс/см2-0,6 кгс/см2
(40-60кПа).
Включают пар в рубашку автоклава №
83 и нагревают массу до температуры 105°С ± 5, при этом отгоняется вода и
собирается в ловушке (б/Н), периодически воду сливают в канализацию. По
прекращении конденсата в стеклянной вакуумной линии, из автоклава отбирают
пробу для определения массовой доли воды. Отбор пробы производят с помощью
сжатого азота в специальном шкафу, снабженном вытяжной вентиляцией;
предварительно промывают стояк и линию небольшим количеством анилина,
отдавливая его из автоклава в приемник, затем снова возвращают вакуумом в
автоклав. Массовая доля воды должна быть не более 0,2% (к.т. 2.1).
Примечание: если массовая доля воды
при анализе анилина из бочек меньше 0,2%, то стадия обезвоживания исключается.
При удовлетворительном результате
анализа (массовая доля воды не более 0,2%) автоклав №83 вакуумируют до
остаточного давления 0,4 кгс/см2-0,6 кгс/см2 (40-60 кПа)
(к.т. 2.2.), закрывают вентиль на вакуумной линии и продувают сжатым азотом
(к.т. 2.3),, для чего создают избыточное давление азота в автоклаве 0,7-2,5
кгс/см2 (70-250 кПа), выдерживают в течение 3-х минут, затем
сбрасывают давление в атмосферу через систему улавливания до 0,1-0,2кгс/см2
(10-20кПа). Вакуумирование автоклава проводят перед каждой продувкой его сжатым
азотом. Количество продувок зависит от избыточного давления применяемого для продувки
сжатого азота:
при избыточном давлении 0,7 кгс/см2
(70 кПа) -6 продувок,
,0 кгс/см2 (100 кПа) -5
продувок
,5 кгс/см2 (150 кПа) -4
продувки
,0 кгс/см2 (200 кПа) -4
продувки
,5 кгс/см2 (250 кПа) -4
продувки.
После продувки автоклава №83 сжатым
азотом, отбирают пробу газа из автоклава для определения объемной доли
кислорода в азоте, которая не должна превышать 0,5% (к.т. 2.3.5).
Отбор пробы газа из автоклава и его
анализ проводят согласно инструкции №2-130 для аппаратчика и лаборанта по
отбору проб газовой фазы после продувки автоклава сжатым азотом и определения в
ней объемной доли кислорода. Одновременно с продувкой автоклава сжатым азотом в
рубашку автоклава №83 пропускают пар для нагрева анилина до 125 оС
(125±5 оС) (к.т. 2.4).
Перед началом оксиэтилирования
устанавливают длину хода плунжера насоса-дозатора № 121 (122), которая должна
быть для автоклава № 83 16 мм, что соответствует максимальной скорости подачи
окиси этилена на процесс 146-154 кг/час (165-175 л/час) (к.т. 2.5) и
обеспечивает устойчивую работу насоса-дозатора.
А также перед началом
оксиэтилирования проверяют давление сжатого азота на емкостях-хранилищах №6
(7,9), которое поддерживается автоматически на уровне 3,0±0,5 кгс/см2
(300±50 кПа) (к.т. 2.6).
Не открывая вентиль у автоклава № 83
на линии подачи окиси этилена в автоклав, включают насос-дозатор № 121 (122) и
создают давление в линии перед автоклавом 4-5 кгс/см2 (400-500 кПа)
(к.т. 2.7) во избежание образования газовой фазы окиси этилена.
Когда температура в массе достигнет
120°С начинают подачу окиси этилена в автоклав: осторожно открывают вентиль на
линии подачи окиси этилена в автоклав. Окись этилена поступает по барботеру с
помощью насоса-дозатора № 121 (122) со скоростью 60-80 л/час, что достигается
частичным возвратом окиси этилена во всасывающий трубопровод, для чего
открывают регулирующий клапан и контролируют расход окиси этилена по ротаметру.
Регулирующий клапан открывается
дистанционно со щита КИПиА с помощью воздушного редуктора. Для увеличения
скорости подачи окиси этилена регулирующий клапан закрывают путем поворота
ручки воздушного редуктора на щите КИПиА. Максимальная скорость на процесс 100
л/час. При условии соблюдения температурного режима и давления.
Начало загрузки окиси этилена
следует проводить осторожно, внимательно следя за температурой и давлением в
автоклаве, при этом температура должна быть не ниже 120°С, давление - не более
4 кгс/см2 (400 кПа) (к.т. 2.8).
Окись этилена поступает на
насос-дозатор из емкости 6 (7,9) через змеевик охладителя № 130, в корпус которого
подается рассол, через счетчик «Бопп-Рейтер» и ротаметр.
Признаком начала реакции является
повышение температуры массы за счет теплоты реакции. При достижении температуры
массы 125оС закрывают подачу пара для обогрева автоклава и включают
охлаждение автоклава водой, воду подают в рубашку автоклава №83 через
регулирующий клапан. Давление воды в магистрали должно быть не ниже 2 кгс/см2
(200 кПа), а давление воды, поступающей в рубашку автоклав не ниже 1,8 кгс/см2
(180 кПа) (к.т. 2.9).
Если давление воды в магистрали ниже
2 кгс/см2 (200 кПа), то автоматически включается насос № 5 подачи
воды.
Температура в процессе
оксиэтилирования поддерживается в пределах 120-145оС (к.т. 2.8.4)
скоростью подачи окиси этилена и охлаждением реакционной массы водой через рубашку
автоклава № 83.
В процессе загрузки окиси этилена
давление в автоклаве должно быть не выше 4 кгс/см2 (400 кПа) (к.т.
2.8.3). Контроль за количеством окиси этилена, поступающей на реакцию,
осуществляется по показаниям счётчика «Бопп-Рейтер» (к.т. 2.8.6.).
По окончании загрузки необходимого
количества окиси этилена дают выдержку в течение 30 мин при температуре 120-145оС
и давлении не более 4 кгс/см2 (400 кПа) (к.т. 2.10.).
Затем реакционную массу охлаждают до
75-80 оС (к.т. 2.11), спускают избыточное давление на систему
улавливания окиси этилена.
Автоклав продувают сжатым азотом,
как указано ранее (к.т. 2.13). Линию отбора проб промывают небольшим
количеством (4-5 л) реакционной массы, которую принимают в приемник № 81,
отбирают пробу реакционной массы и сдают в лабораторию для определения
температуры кристаллизации.
С помощью вакуума возвращают массу
из приёмника №81 в автоклав в случае, если проба имела положительный анализ,
при отрицательном анализе массу из приёмника №81 присоединяют к следующей операции.
Температура кристаллизации должна
быть не ниже 48 оС.
Готовый продукт сжатым азотом
сливают в чистые сухие стальные бочки.
Масса продукта 395±1 кг, что
составляет 99,7% от суммы загруженного сырья. Продукт из бочек сдают на анализ
в ОТК (к.т. 2.14) и направляют с паспортом ОТК в цех № 4, для перегонки под
вакуумом производства красителя зеленого противоореольного ф-3.
При остановке производства на
выходные дни автоклав освобождают от реакционной массы и продувают сжатым
азотом.
Контроль воздушной среды в
автоклавном помещении осуществляется постоянно газосигнализатором СВК-ЗМ 194,
отрегулированном на концентрацию окиси этилена 0,6% объёмных (20% от нижнего
предела взрываемости) с подачей звукового и светового сигналов.
. Расчет материального баланса
процесса оксиэтилирования
(А) C6H7N (В) C2H4O (С) C10H15O2N
М= 93 кг/кмоль М= 44
кг/кмоль М= 181 кг/кмоль
Техническая масса
анилина: GАтех=201,00 кг;
Процентное содержание
анилина: Y=99,4%;
Масса чистого вщества: GАчист = GАтех×Y =201,00×0,994=199,79 кг;
Техническая масса окиси
этилена: GBтехн
=195,8 кг;
Процентное содержание
окиси этилена: Y=99,9%;
Масса чистого вещества: GBчист
= GBтех×Y =195,8×0,999=195,60 кг;
Т.к. окись этилена в
избытке, то расчёт ведётся по анилину:
GВреак==кг;
Gcреак=
кг;
GВост=GВчист -GВреак=195,6-188,48=7,12
кг;
Примеси: GВприм = GВтех-GВчист= 195,80-195,60=0,20 кг.
Т.к. степень превращения
99,7%, то количество непрореагировавшего анилина:
GАпрореаг
= GАчист×η= 199,79×0,997=199,19
кг;
GАнепрор
= GАчист- GАпрореаг
= 199,79-199,19= 0,6 кг;
Примеси по анилину GАпримеси = 0,81 кг.
Побочная реакция:
(В) C2H4O (D) Н2О (Е) C2H6O2
М=44 кг/кмоль М=18
кг/кмоль М=62 кг/кмоль
Т.к. вода, вносимая с
анилином, в недостатке, считаем по ней.
Принимаем, что Ха=1.
GBреакц=
кг;
GВост=7,12-0,98=6,14
кг;
GЕреак=
кг.
Материальный баланс
Таблица 4
Загружено
|
Получено
|
Вещество
|
Масса, техн., кг
|
Масса, 100%, кг
|
Вещество
|
Масса, техн., кг
|
Масса 100 %,кг
|
Анилин Примеси по анилину: - вода - прочие примеси Окись этилена
Примеси по окиси этилена
|
201,00 195,80
|
199,79 0,40 0,81 195,60 0,20
|
Диоксиэтиланилин Примеси по продукту: - непрореагировав-ший
анилин - прочие примеси Окись этилена Примеси по окиси этилена Этиленгликоль
|
389,07 6,15 0,20 1,38
|
387,66 0,60 0,81 6,14 0,21 1,38
|
ИТОГО:
|
396,80
|
396,80
|
|
396,80
|
396,80
|
6. Нормы технологического режима
Таблица 5
№
|
Наименование операции
|
Продолжи-тельность
|
Темпер.
|
Давлен. кгс/см2 (кПа)
|
Кол. загруж. Реагентов
|
Прочие показа-тели
|
|
|
|
|
|
Масс. Доля осн. в-ва
|
кг
|
|
|
|
часы
|
Мин.
|
Нач.
|
Кон.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
1.
|
Проверка автоклава № 83 и коммуникаций
|
-
|
10±5
|
15
|
20
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2.
|
Включение воды для охлаждения сальника и масляной станции для
уплотнения сальника
|
-
|
10±5
|
15
|
20
|
-
|
-
|
-
|
-
|
3.
|
Установка блокировок
|
-
|
10±5
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
4.
|
Загрузка анилина
|
-
|
30±5
|
-
|
-
|
Ост. давл. от минус 0.4кгс/см2 до минус 0.6кгс/см2
|
99,4
|
201
|
-
|
5.
|
Нагрев
|
-
|
25±5
|
15
|
110
|
- // -
|
-
|
-
|
-
|
6.
|
Отгонка воды под вакуумом
|
-
|
30±5
|
100
|
110
|
- // -
|
-
|
-
|
-
|
7.
|
Отбор пробы и анализ
|
-
|
30±5
|
100
|
110
|
- // -
|
-
|
-
|
-
|
8.
|
Вакуумирование
|
-
|
05
|
100
|
110
|
- // -
|
-
|
-
|
-
|
9.
|
Продувка автоклава сжатым азотом и нагрев
|
-
|
20±5
|
100
|
110
|
избыт. давл. от 0.7 до 2.5кгс/см2 (70-250 кПа)
|
-
|
-
|
-
|
10.
|
Отбор пробы газа и анализ
|
-
|
15±5
|
100
|
110
|
-//-
|
-
|
-
|
-
|
11.
|
Нагрев
|
-
|
20±5
|
100
|
120
|
-
|
-
|
-
|
-
|
12.
|
Загрузка окиси этилена
|
3
|
±10
|
120
|
145
|
Избыт. давл.не выше 4кгс/см2 (400 кПа)
|
99,9
|
195,8
|
220 л
|
13.
|
Выдержка после загрузки всего кол-ва окиси этилена
|
30
|
120
|
145
|
Избыт. давл.не выше 4кгс/см2 (400 кПа)
|
-
|
-
|
-
|
|
14.
|
Охлаждение
|
-
|
25±5
|
75
|
80
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
15.
|
Спуск давления через систему улавливания
|
-
|
10±5
|
75
|
80
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
16.
|
Продувка сжатым азотом
|
-
|
20±5
|
75
|
80
|
избыт. давл. от 0.7 до 2.5кгс/см2 (70-250 кПа)
|
-
|
-
|
-
|
|
17.
|
Отбор пробы и анализ реакционной массы
|
-
|
30±5
|
60
|
80
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
18.
|
Выгрузка готового продукта
|
-
|
30±5
|
75
|
80
|
избыт. давл. от 0.7 до 2.5кгс/см2 (70-250 кПа)
|
Т.м.
|
395
|
-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И Т О ГО: 8 50± 1 час 25 мин.
. Тепловой расчет процесса
оксиэтилирования
Тепловой баланс: Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 , где
Q1 - теплосодержание
веществ в аппарате в начале зоны теплообмена;
Q2 - тепло, отдаваемое
теплоносителем перерабатываемым веществам и аппарату или отдаваемое от них
хладагенту;
Q3 - тепловой эффект
процесса;
Q4 - теплосодержание
веществ в аппарате в конце стадии теплообмена;
Q5 - тепло, расходуемое на
нагрев отдельных деталей аппарата или отнимаемое от них хладагентом;
Q6 - тепло, теряемое
аппаратом в окружающую среду или получаемое им из неё.
Температурный график:
Область 1:
· Осмотр автоклава,
установка блокировок, охлаждение сальника;
· Загрузка анилина в
автоклав.
Область 2:
· Включение вакуума и
нагрев;
· Отгонка воды из
автоклава.
· Отбор пробы и анализ;
· Вакуумирование и
продувка сжатым азотом;
· Отбор пробы газа из
автоклава и анализ на содержание кислорода;
· Нагрев реакционной
массы перед подачей окиси этилена.
Область 3:
· Загрузка окиси этилена
(реакция оксиэтилирования).
Область 4:
· Выдержка;
Область 5:
· Охлаждение;
Область 6:
· Спуск давления через
систему улавливания;
· Продувка сжатым
азотом;
· Отбор пробы и
анализ реакционной массы;
· Выгрузка и взвешивание
готового продукта.
Тепловой расчёт области
2.
Q1=∑Gн×CPн×Тн=(GА× CРА +Gводы ×CРводы +Gпримеси ×CРпримеси)×Tн ;
Тн=293К;
CРА=0,498 ккал/кг×град=2,086 кДж/кг×К; CРводы=1 ккал/кг×град=4,19 кДж/кг×К;
CРпримеси≈ CРА=0,498 ккал/кг×град=2,086 кДж/кг×К.
Q1=(199,79×2,086+0,40×4,19+0,81×2,086)×293=123097,39 кДж;
Q3=0, т.к. нет химической
реакции;
Q4=∑Gк×CPк×Тк=(GА×CРа+Gводы×CРводы+Gпримеси×CРпримеси)×Tк;
Тк=393 К;
Q4=(199,79×2,305+0,40×4,19+0,81×2,305)×393=182375,19 кДж;
Q5=Gапп×СРапп×ΔТ;
ΔТ=Тк-Тн=393-293=100
град;
Gапп=1825
кг; СРапп=0,12;
Q5=1825×0,5×100=91250
кДж;
Из теплового баланса
Q2=Q4+Q5-Q1
Q2=182375,19+91250-123097,39=150527,80
кДж;
Q2=Ктп×ΔТср×Sт×τоп;
Sт=
ΔТср=
град
τ=145
мин =8700 с
Ктп=250
Sт=
Sт=
SТспр=2,9
м2; SТспр>Sт
Тепловой расчёт области
3.
Q1=∑Gн×CPн×Тн=(GА×CРа +Gводы ×CРводы +Gпримеси ×CРпримеси +GВ×CРВ)×Tн ;
Тн=393К; СРА=2,305
СРводы
=4,19
СРВ=;
Са- атомная теплоемкость атомов.
СРВ =
=1,59;
Q1=(199,79×2,305+0,40×4,19+0,81×2,305+195,80×1,59)×393=304724,73
кДж;
Q3=Qp+Qф.х.п. ; Qф.х.п.=0;
Qp=;
Gc=389,07 кг; Мс=181 ;
qp=
q-
q×-
q
×;
qов-ва=∑n×q-q;
Анилин:
C6H7N: ∑n×q=6×94,38+7×34,19+1×0=805,61
ккал/кг×ат;
q=26,05×mэл+∑Δξ
mэл
=4×6+7×1=31;
q=26,05×31+6,5=814,05
ккал/моль;
qов-ва=∑n×q-q=805,61-814,05=
-8,44 ккал/моль;
Окись этилена:
C2H4O: q=-ΔНf=52,63
Диоксиэтиланилин: C10H15O2N: ∑n×q=10×94,38+15×34,19=1456,65
ккал/кг×ат;
q=26,05×mэл+∑Δξ
mэл
=4×6+5×1+2×(4+3+4)=51;
q=26,05×51+13+19,5=1310,05
ккал/моль;
qов-ва=∑n×q-q=1456,65-1310,05=146,6
ккал/моль;
qp=
q-
q×-
q
×=
146,6+8,44-2×12,59= 129,86 ккал/моль=544,11 кДж/моль;
Qp==
Q3=1169596,01
кДж;
Q4=∑Gк×CPк×Тк=(GС×Срс+GАнепрор×СрА+∑Gпримеси×Српримеси+GВост*×СрВ)×Тк;
Тк=418К; СрС=
СрЕ=
Q4=(387,66×1,55+0,60×2,35+0,81×2,35+6,15×1,59+0,20×1,59+1,38×1,72)×418=257762,46 кДж;
Q5=Gапп×СРапп×ΔТ;
ΔТ=Тк-Тн=443-403=40
град;
Gапп=1825
кг; СРапп=0,12
Q5=1825×0,5×25=22812,5
кДж;
Q6=0,05×Q2;
Из теплового баланса Q2=Q4+Q5-Q3-Q1=257762,46+22812,5-1169596,01-304724,73=
=-1193745,78 кДж;
Q2= -1193745,78 кДж;
Q2=Ктп×ΔТср×Sт×τоп;
Sт=
Ктп=400 ;
τоп=3 ч=10800 сек;
Прямоток
Противоток
.
Sт=Sт=
SТспр=2,9
м2; SТспр>Sт
Тепловой расчёт области 5.
Q1=Q4’, где Q4’- теплосодержание веществ в аппарате в конце стадии теплообмена
области 3. Следовательно, Q1=257762,46 кДж;
Q3=0, т.к. нет химической
реакции (физико-химических превращений);
Q4=∑Gк×CPк×Тк=(GС×Срс+GАнепрор×СрА+∑Gпримеси×Српримеси+GВост×СрВ)×Тк
СРА=0,52
= 2,179
СРВ=1,6
Q4=(387,66×1,55+1,41×2,179+6,15×1,6+0,20×1,6+1,38×1,72)×348=214534,69
кДж.
Q5=Gапп×СРапп×ΔТ;
ΔТ=Тк-Тн=418-348=70
град;
Gапп=1825
кг; СРапп=0,12
Q5=1825×0,5×70=63875
кДж; т.к. реакционная смесь охлаждается, то Q5=-63875
кДж
Q6=0,
т.к. температура среды в аппарате понижается до 750С;
Из теплового баланса
Q2=Q4+Q5 -Q1=214534,69+(-63875)-257762,46= -107102,77 кДж;
Q2=Ктп×ΔТср×Sт×τоп;
Sт= Ктп=200
τоп=115 мин=6900 сек;
Прямоток
Противоток
Sт=Sт=
SТспр=2,9
м2; SТспр>Sт
. Технологический расчёт
оксиэтилирования
В ходе расчетов определяется
производительность, размеры и число единиц оборудования, устанавливаемого на
каждой стадии процесса, для обеспечения заданной проектной мощности цеха по
производству диоксиэтиланилина технического.
Мощность производства
диоксиэтиланилина - 18 т/год.
С учетом затрат времени на
капитальный ремонт оборудования принимается продолжительность работы
оборудования равная 330 суткам в течение года. При расчете принимаются
следующие условные обозначения:
G - годовая мощность производства,
т/год;(i) - требуемое число аппаратов на стадии;
Gc - суточная мощность производства
т/сут;
z(i) - запас производительности
аппарата;c(i) - суточная производительность одного аппарата, т/сут ;p(i)
- рабочий объем аппарата, л;т(i) - удельный объем реакционной массы,
приходящийся на тонну продукта, л/т;c(i) - суточный объем реакционной
массы на стадии, л/сут;a(i) - объем аппарата, л;
t(i) - продолжительность
операции, ч;
j(i) - степень заполнения
емкостного аппарата;
a(i) - число операций,
проводимых на данной стадии в сутки;
Ra - расходный коэффициент, т/т;
b(i) - число операций
,проводимых в одном аппарате i - той стадии в сутки.
Т.к. расчёт ведётся по одной стадии,
то i=1.
Суточная производительность
диокситиланилина определяется по формуле:
Gс=
Расходный коэффициент:
Ra=
где -коэффициенты
соответствующие веществам А и С;
Ма, Мс-
мольные массы соответствующие веществам А и С;
η
- степень превращения.
Ra==515,36
кг в-ва /т пр-та;
Коэффициент заполнения
емкостных аппаратов зависит от особенностей процесса:
· для периодических
процессов:
- если нет вспенивания и кипения φ=0,7÷0,85;
если есть вспенивание и кипение φ=0,3÷0,5;
· для непрерывного
процесса φ=1.
Для реакции оксиэтилирования
принимается φ=0,6,
тогда рабочий объём реактора составит: Vp=Va×φ=0,63×0,6=0,378 м3;
Удельный объём реакционной массы,
приходящийся на тонну продукта, составит:
Vт=,
где Ga=201 кг - техническая масса анилина,
Vт=м3/т;
Суточный объём
реакционной массы:
Vcут=Gcут×Vт=0,055×0,97=0,053 м3/cут;
Необходимое число
аппаратов на стадии процесса оксиэтилирования для выполнения заданной мощности
по готовому продукту определяется уравнением
n=,
где запас производительности аппарата z(i)=0,1;
Для емкостных
реакционных аппаратов значение Gсут
рассчитывается из соотношения
Gcут=а
qc-по уравнению: qc=
диоксиэтиланилина сырье
полупродукт оксиэтилирование
В итоге уравнение для
расчёта числа единиц оборудования преобразуется к виду:
n=
При этом вводятся
обозначения: β-число операций в одном аппарате и α-число
операций на стадии в сутки:
Таким образом, расчёт
числа единиц оборудования сводится к виду:
n=
Объём аппарата, который
необходимо установить на стадии оксиэтилирования, определяется по формуле:
Vann=
Принимается для стадии
оксиэтилирования один аппарат объёмом 0,63 м3.
Список используемой литературы
1. В.П. Перевалов, Г.И. Колдобский «Основы проектирования и
оборудование производств тонкого органического синтеза».
2. Д.А. Гуревия, А.Н. Плановский «Аппаратура промышленности
органических полупродуктов и красителей».
. Ю.И. Дытнерский «Основные процессы и аппараты химической
технологии; Пособие по проектированию».
. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков «Примеры и задачи
по курсу процессов иаппаратов химической технологии».
. А.А. Равдель, А.М. Пономарева «Краткий справочник
физико-химических величин».