Виробництво технологічного газу

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра технології неорганічних речовин та загальної хімічної технології

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до розрахунково-графічної роботи з дисципліни

Загальна хімічна технологія

на тему:

Виробництво технологічного газу

Київ 2015

1. Розрахунок рівноважного ступеня перетворення

Обчислюємо рівноважний склад суміші для реакції:

Температура на виході реактора, К: Тк= 556,8, концентрація С2Н4 у вихідній суміші (молярні частки, %): 58,8, Н2О - 41,2; тиск (МПa) 7,9.

Залежність константи рівноваги від температури Т:

Розв'язання. Приймаємо кількість вихідної суміші рівної 1 моль. У стані рівноваги число моль компонентів буде:

Nc2 н4 = 0,588 - 0,588 Хр ; Nн2о = 0,412 - 0,588 Хр;

Nc2 н5 oн = 0,588 Хр ; n = 1 - 0,588 Хр

Дана газофазна реакція відбувається зі зміною об'єму, Дn=(1)-(1+1)= -1.

Для обчислення Хр підставляємо значення рівноважних концентрацій (з врахуванням того, що парціальний тиск компонента Рі = Ni.P) у рівняння константи рівноваги . Отримуємо рівняння

Запишемо у вигляді квадратного рівняння:

Розв'язавши дане рівняння, отримаємо:

Тоді концентрації компонентів реакції в стані рівноваги:

Nc2 н4 = 0,588 - 0,588 *0,07=0,54684 ;

Nн2о = 0,412 - 0,588*0,07=0,37084;

Nc2 н5 oн = 0,588*0,07=0,04116 ;

n = 1 - 0,588*0,07=0,95884

2. Розрахунок матеріального балансу

Матеріальний баланс технологічного процесу складаються на основі закону збереження маси речовини, згідно якому маса речовин будь-якої замкнутої системи, що вступають у взаємодію (прихід) дорівнює масі речовин, що утворилися в результаті цієї взаємодії (витрата):

За ступенем досягнення рівноваги розраховуємо фактичний ступінь перетворення:

Розрахунок приходу

До реактора подається суміш водяної пари (65,3%), СО (20,2%) та азоту (14,5%). Розрахуємо кількості газів, необхідні для отримання 1 водню. Спочатку розрахуємо кількість оксиду вуглецю (ІІ), оскільки водяної пари взято у надлишку. Відповідно до рівняння реакції

19 т

28 т 46 т

Розрахуємо об'єми газів за нормальних умов:

Таблиця Матеріальний баланс виробництва технологічного газу

у=(249620,24-249620,24)/ 249620,24=0 %(нев'язка балансу)

3. Розрахунок теплового балансу

Тепловий (енергетичний) баланс складається на основі закону збереження енергії, відповідно до якого в замкнутій системі сума всіх видів енергії постійна. Зазвичай в хіміко-технологічних процесах складають тепловий баланс, для якого закон збереження теплоти формулюється так - прихід теплоти в даній виробничій операції рівний її витраті в тій же операції:

Оскільки реакція проходить зі зміною об'єму, то можна скористатися наступним рівнянням для розрахунку початкової температури:

QПР =Qфіз.пр. ± Qх.р. = no C oP (To - 273) ± no NoA XqA;

QВИТ = Qфіз.вит =nCKP (TK - 273)

і оскільки QПР = QВИТ, отримуємо:

nCoP (To - 273) ± no NoA XqA = nK CKP (TK - 273),

Випишемо теплоємності речовин при температурі 556,8 К [3]:

QВИТ = Qфіз.вит =nCKP (TK - 273)=10453.11*9,75(556,8-273)=28924278кДж

no=10040,062кмоль

Qх.р.=413,044*46.103 кДж/кмоль =19000024кДж

QПР =Qфіз.пр. ± Qх.р. = no C oP (To - 273) ± no NoA XqA=101705,83 To- 27765691,1+19000024=101705,83 T0-8765667,1

101705,83 T0-8765667,1=28924278кДж

T0 = 370,58К (температура на вході)

Таким чином, при отриманні 19000 кг С2Н5ОН необхідно відвести

19 МДж теплоти при допустимому розігріванні суміші від 370,58 до 556.8 К.

4. Обгрунтуваня типу реакторів та його габаритів

Опис реактора ідеального витіснення

Адіабатичними називають реактори ідеального витіснення, що працюють без підводу та відводу тепла в навколишнє середовище через стінки реактора чи за допомогою теплообмінних елементів. Все тепло, що виділяється (поглинається) в реакторі, акумулюється реакційною сумішшю.

Ступінь перемішування реагуючих мас в реакторах безпосередньо впливає на режим їх роботи. Повне змішування забезпечує постійність параметрів, зокрема температури у всьому реакційному об`ємі, а при ідеальному витісненні температура як правило змінюється по висоті реакційного об`єму. В результаті в реакторах витіснення змінюється константа швидкості реакції і відповідно щвидкості процесу. В реакторі ідеального витіснення всі частинки рухаються в заданому напрямку, не перемішуючись з тими, що рухаються попереду та позаду них та повністю витискуючи подібно поршню частинки потоку, що рухаються першими (поршневий рух потоку). Час перебування всіх частинок в апаратах ідеального витіснення однаково, оскільки характеристикою по часу реакторів ідеального витіснення є рівняння:

' = = v/Vс,

де ' - час перебування в реакторі любого елементарного об'єму (частинки)

- середній час перебування

До режиму витіснення відносяться по газовій фазі полочні контактні апарати (реактори для гетерогенно-каталітичних процесів).

1,2-коспресори; 3-трубчата піч; 4-теплообмінник; 5-реактор;6-сільовідділювач;7-холодильник; 8,10-сепаратори; 9-адсорбер;11-колона відгонки леткої фракції;12-етальна колона;13-установка монообмінної очистки оборотної води

На малюнку приведена технологічна схема отримання спирту с етилену обробкою водяною парою.

Проводять пряму гідратація при температурі 300 ° C, тиску 7 МПа, в якості каталізатора застосовують ортофосфорну кислоту, нанесену на силікагель, активоване вугілля або азбест:

CH2 = CH2 + H2O > C2H5OH.

Технологічні схеми синтезу етанолу розрізняються способами отримання водяної пари і системами утилізації тепла. У найбільш досконалих схемах водяна пара для синтезу отримують шляхом рецикла води після відділення етанолу та використанням водяного конденсату.

Свіжий і оборотний етилен стискають в компресорах 1,2 до 8МПа, змішуються з водяною парою, підігріваються в теплообміннику 4 теплом відходить від реактора суміші і перегріваються в трубчастої печі 3 до 275 ° С, після чого подаються в реактор - гидрататор 5. Перед входом в реактор в потік втискується фосфорна кислота для підживлення каталізатора, що продовжує термін його служби.

Реактор являє собою порожню колону висотою Юм і діаметром 1,5 м, що працює в режимі ідеального витіснення. Для виключення впливу корозії від фосфорної кислоти зсередини він викладений листами червоної міді.

Реакційні гази містять пари летючої фосфорної кислоти, яка нейтралізується гідроксидом натрію, а утворювані солі виділяються в сільовідділювачі 6. Віднесення фосфорної кислоти становить 0,4 - 0,5 т / год з 1 м3 каталізатора.

Теплота вихідних реакційних газів регенерується в теплообміннику 4 для нагріву вхідної суміші. У холодильнику 7 відбувається конденсація продуктів реакції, а в сепараторі 8 розділяються рідкі та газові потоки. Вода, як менш летючий компонент, конденсується з більшою повнотою. Тому для додаткового виділення спирту проводиться його відмивання водою в абсорбере 9. Непрореагіровавшій газе містить 90 -92% етилену, рециркулируют компресором 2, а частина його скидають, щоб уникнути накопичення домішок в системі. Отдувка становить приблизно 20% від введеного етилену і направляється на установку газоразделенія для виділення етилену.

Водний конденсат після сепаратора 8 і рідина з абсорбера 9 дросселюючі (скидають тиск), в результаті чого виділяються розчинені гази, відокремлювані в сепараторі низького тиску 10 і направляються в паливну лінію.

Рідка фаза з сепаратора 10 являє собою 15% - ний водний розчин етанолу, що містить домішки діетилового ефіру, ацетальдегіду і низькомолекулярних полімерів етилену. Цей розчин піддають ректифікації в ректифікаційних колонах 11 і 12. У першій відганяють найбільш летючий діетиловий ефір і ацетальдегіду в другій - етиловий спирт у вигляді азеотропной суміші, що містить 95% етанолу і 5% води. Обігрів колони здійснюється гострою парою. У кубі колони 12 залишається вода, яку очищають від солі в ионообменной установці 13 і повертають на гідратацію, організовуючи замкнутий цикл по технологічній воді. Це дозволяє значно знизити витрату свіжої води, виключити скидання відпрацьованої води в стоки і скоротити втрати етанолу.

Розрахуємо об'єм каталізатора:

реактор каталізатор витіснення

Vkat = Rv/Vv;

де Rv - витрата суміші за даними матеріального розрахунку, м3/год,

а Vv - об'ємна швидкість

Vkat =234149,6/ 2000 = 117,075 м3/год-1=0,478т/год-1

Висновки

В представленій розрахунково-графічній роботі для газофазної реакції:

С2Н4+Н2ОС2Н5ОН +Q =46.103 кДж/кмоль

було складено матеріальний баланс на отримання 19 т етилового спирту на годину, при ступені перетворення . Розрахована початкова температура процесу, що становить 370,58 К. Також були проаналізовані фізико-хімічні основи виробництва технологічного газу та описано технологічну схему виробництва. За такого ступеня перетворення, процес проводити дуже не вигідно. Найбільш оптимальні умови: температура 3000С та тиску 70 атмосфер.

Размещено на Allbest.ru