Расчет стадии пиролиза 1,2-дихлорэтана

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: “Химический реактор”

Расчет стадии пиролиза 1,2-дихлорэтана

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Характеристика продуктов и сырья

3. Аппаратурное оформление процесса

4. Расчет материального баланса

5. Расчет теплового баланса

6. Технологический расчет

Вывод

Введение

Винилхлорид -- органическое вещество; бесцветный газ со слабым сладковатым запахом, имеющий формулу C2H3Cl и представляющий собой простейшее хлорпроизводное этилена. Вещество является чрезвычайно огне- и взрывоопасным, выделяя при горении токсичные вещества. Винилхлорид -- сильный яд, оказывающий на человека канцерогенное, мутагенное и тератогенное действие. Промышленное производство винилхлорида входит в первую десятку крупнейших многотоннажных продуктов основного органического синтеза; при этом почти весь производимый объём используется для дальнейшего синтеза полихлорвинила (ПВХ), мономером которого и является винилхлорид. По мнению издания «The 100 MostImportant Chemical Compounds» (Greenwood Press, 2007), винилхлорид входит в сотню самых важных химических соединений.

Винилхлорид очень ценное вещество. Его используют для производства поливинилхлорида, а также для производства 1,1,1-трихлорэтана, винилиденхлорида, хлорацетальдегида и др.

До середины 70-х годов 20-го века винилхлорид использовался как хладагент, пропеллант для аэрозольных баллонов и компонент для некоторых видов косметики.

1. Исходные данные

Сущность получения хлористого винила пиролизом дихлорэтана заключается в дегидрохлорировании дихлорэтана в паровой фазе в присутствии катализатора--активированного угля--при температуре 500°С.

Дихлорэтан центробежным насосом подается в напорный бак, из которого самотеком поступает в подогреватель--испаритель. При температуре 100°С пары дихлорэтана направляются в перегреватель, вмонтированный в контактную печь, откуда с температурой 300°С пары дихлорэтана поступают в контактный аппарат. Трубки контактного аппарата засыпаны катализатором--активированным углем.

В контактном аппарате протекают:

1. Основная реакция--получение хлористого винила:

СН2С1 - СН2С1 > СН2 = СНС1+НС1;

2. Побочные реакции:

а) образование ацетилена CH2Cl--СН2С1 > СН = CH +2HCl;

б) образование этилена CH2Cl -- CH2Cl > СН2 = СН2+ Cl2;

в) образование сажи и продуктов полимеризации.

Обогрев контактной печи производится топочными газами, полученными при сжигании метано-водородной или какой-либо другой фракции. Так как температура топочных газов достигает 1000°С, то для снижения ее и более равномерного обогрева с помощью газодувки осуществляется частичная циркуляция топочных газов. Продукты реакции, выходящие из контактной печи при температуре 500°С, поступают в пылеуловитель. С целью освобождения от увлеченных током газа частиц катализатора и частично от непрореагировавшего дихлорэтана, продукты реакции проходят через воздушный холодильник и поступают в абсорбер для поглощения хлористого водорода. Вытекающая из абсорбера соляная кислота, с концентрацией НС1 не менее 27,5%, охлаждается в холодильнике и стекает в сборник соляной кислоты. Продукты реакции для окончательной очистки от хлористого водорода подвергаются нейтрализации 10%-ным раствором едкого натра в нейтрализационной колонне.

Скорость подачи 1,2-дихлорэтана в реакторе термического дегидрохлорирования 6 л/мин. Высота и диаметр реактора 23,9 м и 1,5 м. Плотность 1,2-дихлорэтана - 1,258 г/мл, степень конверсии дихлорэтана составляет 0,484. Мощность печи по винилхлориду 135000 т/г, время работы печи в году 8000 ч, конверсия 1,2-дихлорэтана 50 % масс, селективность образования винилхлорида 98,58 % масс, выход винилхлорида, 49,3 % масс. Состав сырья 1,2-дихлорэтан 99,33 % масс, примеси 0,67 % масс.

2. Характеристика продуктов и сырья

Винилхлорид (хлористый винил) представляет собой при нормальных условиях бесцветный газ с температурой кипения --13,9 °С. Он хорошо растворяется в хлороформе, дихлорэтане, этаноле, эфире, ацетоне, углеводородах нефти и очень мало в воде. Наличие двойной связи обусловливает его способность к реакциям полимеризации. Формула винилхлорида: CH2=CHCl.

1,2-дихлорэтан ClCH2--СН2Cl - хлорорганическое соединение, прозрачная бесцветная жидкость с сильным запахом похожим на запах хлороформа, практически не растворимая в воде. Хороший растворитель многих органических соединений и полимеров. Легко испаряется, образует азеотропную смесь с водой (71,5°С, 82,9 вес % дихлорэтана). 1,2-дихлорэтан относится к токсичным веществам. Наиболее часто 1,2-дихлорэтан используется при производстве поливинилхлорида, который в свою очередь используется при производстве большинства пластиковых и виниловых продуктов, включая поливинилхлоридные трубы, обивку для мебели и автомобилей, покрытия стен, посуды и автомобильных частей. 1,2-дихлорэтан также используется в качестве промежуточного химического соединения для других органических химических соединений, а также в качестве растворителя.

3. Аппаратурное оформление процесса

Печь пиролиза R-501 А, В, Спредставляет собой стальную вертикальную, зауженную вверху камеру с габаритными размерами: нижней части -- 15200х1900х6300 мм, верхней части -- 15200х1224х5200мм. Тепловая мощность 1,9х106 ккал/ч.Внутри печь пиролиза футерована огнеупорным материалом, на верхней частирасположены дымовая труба диаметром 1500мм высотой 26000мм. Общая высота печи пиролиза, вместе с дымовой трубой, составляет 40м.

В печи пиролиза R-501А, В размещен змеевик из 96 горизонтальныхтруб, в печи пиролиза R-501С из 88 горизонтальных труб, который по потоку условно делится назоны подогрева, испарения, перегрева паров и реакции. Длина змеевика в печи R-501А, В-1308 п.м., в печи R-501С -1199п.м.

Зона подогрева печи пиролиза R-501А, В состоит из двух рядного встроенного подогревателя, состоящего из 8 горизонтальных труб диаметром 114,3ґ4 мм по 4 трубы в каждом и десятирядного подогревателя, состоящего из 40 горизонтальных труб диаметром 114,3ґ4 мм по 4 трубы в каждом ряду. Общая длина зоны подогрева 654 п.м. Трубы семи верхних рядов имеют оребренную поверхность.

Зона подогрева печи пиролиза R-501С представляет собой десятирядный подогреватель из труб диаметром 114,3ґ4 мм по 4 трубы в каждом ряду, общей длиной 544 п.м.Трубы пяти верхних рядов имеют оребренную поверхность.

Зона испарения состоит из 14 горизонтальных труб диаметром 168,3ґ5,6 мм, общей длиной 191 п.м., размещенных в пять рядов, по 3 трубы в каждомряду; в пятом 2 трубы.

Зона перегрева паров состоит из 8 горизонтальных труб диаметром 168,3ґ9,5 мм, общей длиной 109 п.м., размещенных в 2 ряда, по 4 трубы в каждомряду.

Зона реакции состоит из 26 горизонтальных труб диаметром 168,3ґ9,5 мм, длиной 354 п.м., размещенных в 13 рядов, по 2 трубы в каждом ряду.

В зоне реакции дихлорэтан нагревается излучением тепла при сгорании топлива на форсунках. В зонах испарения и подогрева дихлорэтан нагревается отходящими дымовыми газами.

По потоку дымовых газов, печь пиролиза разделена на три зоны излучения: радиантную, переходную (шоковая) и конвекции.

Зона излучения находится в расширенной части печи пиролиза, где расположены в шахматном порядке 128горелок (64 шт на каждой стенке в 5 рядов по высоте: 1, 2 ряд по 14 шт., 3, 4,5 - ряды по 12 шт.). В торцевых стенках печи пиролиза R-501 А, В, С расположены смотровые окна, для контроляза горением топлива на форсунках и состоянием труб змеевика.

Вверху расширенной части находится переходная или шоковая зона, предусмотренная для защиты труб конвекционной зоны от шокового эффекта прямого излучения (радиации) горелочной камеры. Зона конвекции размещается в самой верхней части печи, которая заужена для увеличения скорости дымовых газов и улучшения теплообмена.

Верхняя часть печи пиролиза соединена с дымовой трубой двумя дымоходами со встроенными шиберами, для ручного регулирования перепада давления в топке печи.

В печи пиролиза R-501 А, В, С при температуре350-520оС происходит пиролиз дихлорэтана. Пиролиз - эндотермический процесс, который проходит со степенью конверсии не более 55 %.

4. Расчет материального баланса

Исходные данные

Таблица 1 - Расчет материального баланса

СН2С1 - СН2С1 > СН2 = СНС1+НС1

М (СН2С1 - СН2С1) = 12 2 + 4 1 + 35,52 = 99 кг/кмоль

М (СН2 = СНС1) = 122 + 31 + 35,5 =62,5 кг/кмоль

М (НС1) = 1+ 35,5 =36,5 кг/кмоль

Производительность: П = 135000000/8000 = 16875 кг/ч

С учетом примесей, количество дихлорэтана, подаваемого на пиролиз, составляет: G = 16875 * 99 / 62,5 = 26730 кг/ч

С учетом конверсии сырья, селективности образования винилхлорида, расход дихлорэтана составит: G = 26730 * 98,58 / 49,3 = 53449 кг/ч

С учетом примесей, количество дихлорэтана, подаваемого на пиролиз, составляет: G = 53449 * 100 / 99,33 = 53810 кг/ч

Рассчитываем количество примесей, поступающих в печь с дихлорэтаном согласно приведенному выше составу:

Количество легкокипящих составляет: 53810 * 0,04 / 100 = 21,5 кг/ч

Количество бензола составляет: 53810 * 0,65 / 100 = 349,8 кг/ч

Количество 1,1,2- трихлорэтана составляет: 53810 * 0,001 / 100 = 0,54кг/ч

Количество высококипящих составляет: 53810 * 0,16 / 100 = 86,1 кг/ч

Количество винилхлорида в отходящих газах пиролиза составляет:

G = 53810 * 30,95 / 100 =16654,2 кг/ч

Количество хлорида водорода в отходящих газах пиролиза составляет:

G = 53810 * 18,14 / 100 = 9761,1 кг/ч

Остальные компоненты газов пиролиза находим аналогичными вычислениями. Полученные результаты по расчету материального баланса пиролиза 1,2-дихлорэтана сводим в таблицу.

пиролиз хлористый винил

5. Расчет теплового баланса

Таблица 2 - Расчет теплового баланса

Тепло, вносимое сырьем: Q = 53810·1,0102·473 = 26087789 кДж

Тепло от сгорания топливного газа:

Q = 78628,1·1,550·473 = 57646212 кДж

Тепло воздуха: Q = 53810·1,1 ·500 = 28251872 кДж

Нагрев сырья: Q = 53810·2,78 ·500 = 40184401 кДж

Тепло реакции : Q = 53810·341 =18332590 кДж

Тепло продуктов пиролиза: Q = 53810·( 0,3095·1,475 +0,1814·0,834 +0,0004·1,860 + 0,0002·1,395 +0,0001·1,823 +0,0001·0,817 +0,0072·2,572 +0,4958·1,27 +0,0001·1,032 )·773К = 53105959кДж

Тепло дымовых газов: Q = 53810·( 2,143·0,0004+2,992·0,00002+0,666·0,0001)·523=28071,02 кДж

Результаты вычислений заносим в таблицу.

6. Технологический расчет

Время пребывания газовой смеси:

Скорость подачи газовой смеси:

Производительность аппарата:

Необходимое количество реакторов: Vгаза = m * = 53810 * 1,253 = 67424

Вывод

В ходе работы была рассчитана стадия пиролиза 1,2 - дихлорэтана для получения винилхлорида.

Были рассмотрены физико-химические основы процесса. Приведена характеристика исходного сырья и готового продукта, аппаратурное оформление.

Также был произведен расчет теплового и материального баланса, в результате чего были рассчитаны все тепловые и материальные потоки, а также технологический расчет.

Размещено на Allbest.ru