Органический синтез

(для органических веществ)

(для неорганических веществ)

Исходные вещества (373К)

Теплоемкость компонента	Дж/моль К
Неорганические вещества
N2	29,46
O2	32,72
H2	28,5
CO	29,94
CO2	47,19
HCl	28,25
Органические вещества
CH4	40,16
C2H2	47,34
C2H4	50,58
C3H6	74,92
C2H3Cl	60,29

 

Пример расчета

Продукты реакции (453К)

Теплоемкость компонента	Дж/моль К
Неорганические вещества
N2	29,46
O2	32,72
H2	28,5
CO	29,94
CO2	47,19
HCl	28,25
Органические вещества
CH4	40,16
C2H2	47,34
C2H4	50,58
C3H6	74,92
C2H3Cl	60,29

1.

2.

    

N2	0
O2	0
H2	0
CO	4766970
CO2	20281505,4
HCl	7064642
CH4	14478235,5
C2H2	-17722780
C2H4	-3926228
C3H6	-235123,2
C2H3Cl	-377197,86
Итого:	24 330 023,84
N2		0
O2		0
H2		0
CO		4766970
CO2		20281505,4
HCl		1846
CH4		14478235,5
C2H2		-371870
C2H4		-3926228
C3H6		-235123,2
C2H3Cl (прод.)		-2846467,48
C2H3Cl (ДХЭ)		-377197,86
Итого:		31 771 670,36

3.

4.

Таблица 4.3 Тепловой баланс

Приход	кДж/час	Расход	кДж/час
КГ + HCl	41 863 794,70	С реакционными газами	50 312 272,14
Тепловой эффект	7 441 646,52	Потери в окружающую среду	837 275,89
		Охлаждение теплоносителем	- 1 844 106,80
Итого:	49 305 441,22	Итого	49 305 441,22

 

3. Расчет оборудования основного узла

1. Технологический расчет основного аппарата

Основной аппарат – реактор гидрохлорирования ацетилена.

Технологическая характеристика:

Реактор предназначен для получения моновинилхлорида. Номинальный объем реактора 40м3, рабочее давление в трубном пространстве 0,6МПа, в межтрубном – 0,2МПа. Максимальная температура рабочей среды в аппарате 423К, в трубном пространстве – 473К. /24/

Рабочая среда в межтрубном пространстве – конденсат, в трубках – катализатор (HgCl2/АУ), ВХ, HCl

Расчет необходимого количества реакторов для обеспечения заданной производительности сводится к определению необходимого реакционного объема катализатора.

Расчет ведем по методике А. А. Дытнерского.

Реакционный объем катализатора определяется по формуле:

где Yз – коэффициент запаса = 1,25, принимаемый из-за неравномерности работы контактов поверхности;

Е – порозность слоя катализатора = 0,45

t – время реакции = 18,9с

где Мр – массовый расход смешанного газа

r - плотность газа в рабочих условиях

В рабочих условиях при давлении 0,6МПа и температуре 1800С плотность газа равна:

r0 - плотность газа при нормальных условиях

где Yi – объемные доли компонентов в газовой смеси

Объемный расход смешанного газа в рабочих условиях равен:

Тогда реакционный объем катализатора, необходимый для обеспечения производительности 37500тонн в год равен:

Количество реакторов объемом 14м3 для производства 37500 тонн в год составит:

Принимаем реактор объемом 14м3, внутренним диаметром трубок D = 78мм и длиной l = 6000мм

Объем трубки равен:

Необходимое количество трубок:

Поверхность всех трубок:

Внутренний объем реактора с учетом размещения трубок:

где р – расстояние между осями трубок

dн – наружный диаметр трубок

в – число трубок расположенных по диагонали шестиугольника

р = 105,6мм

Число трубок на сторону шестиугольника:

3 n (n - 1) = 480 d

n = 13, в = 2 n = 26 штук

2. Конструктивно-механический расчет основного аппарата

Таблица 4.4 Техническая характеристика реактора /25/

Наименование		Трубное пространство	Межтрубное пространство
Рабочее давление		6кгс/см2	6кгс/см2
Расчетное давление		8кгс/см2	6кгс/см2
Рабочая температура стенки			1500С
Среда	Вредность	Да	Нет
	Взрывоопасность	Да	Нет
Основной материал		Сталь 10	ВСт3сп5.09Г2С
Давление гидроиспытания		11кгс/см2	11кгс/см2
Прибавка для компенсации коррозии		0,1см	0,1см
Число циклов нагружения за весь срок службы		Менее 1000	Менее 1000

Исходные данные:

1. Материал сталь       ВСт3сп5
2. Рабочая температура      +1500С
3. Допускаемое напряжение материала   G = 1450кгс/см2
4. Расчетное внутреннее давление    6кгс/см2
5. Внутренний диаметр обечайки    D = 2800мм
6. Исполнительная толщина стенки    S = 12мм
7. Величина прибавки к толщине стенки   C = 0,18см
8. Коэффициент прочности продольного шва  Р = 1

Расчет:

1. Условие применения расчетных формул:

   

2. Расчетная толщина стенки:

  

3. Допустимое внутреннее избыточное давление:

Расчет эллиптической фланцевой крышки и днища, нагруженного внутренним избыточным давлением.

Расчет сводится к определению толщины стенки крышки. Аналогично производится расчет стенки днища.

Исходные данные:

1. Материал сталь      ВСт3сп5
2. Расчетная температура    2000С
3. Расчетное давление    Р = 8кгс/см2
4. Внутренний диаметр     D = 280см
5. Радиус кривизны в вершине днища  R =  280см
6. Высота выпуклой части    Н = 70см
7. Толщина стенки     S = 1,4см
8. Величина прибавки к толщине стенки С = 0,18см
9. Допускаемое напряжение материала  G = 1420кгс/см2

Результат расчетов:

1. Расчет толщины стенки днища

Условие расчета

Коэффициент прочности сварного шва Р = 1

1,4 > 0,97 – условие выполняется

2. Допустимое внутреннее избыточное давление

 

5. Расчет и подбор оборудования вспомогательных стадий

1. Расчет центробежного насоса

При пуске реактора со свежим катализатором для подогрева реактора используется горячая вода, подогретая в подогревателе Т-3/1-3 до 1000С. Давление в подогревателе 0,51МПа. Циркуляция воды осуществляется насосом Н-1/1-3. Давление в межтрубном пространстве реактора 0,2МПа. Расход воды 0,0047м3/с. Геометрическая высота подъема воды 1,6м. Длина трубопровода на линии всасывания 5м, на линии нагнетания 1,5м. На линии нагнетания имеется два отвода под углом 1200 с радиусом поворота равным 6 диаметрам трубы и 2 нормальных вентиля. На всасывающем участке трубопровода установлено 2 прямоточных вентиля, имеется 4 отвода под углом 900 с радиусом поворота, равным 6 диаметрам трубы.

1. Выбор трубопровода

Для всасывающего и нагнетающего трубопровода примем одинаковую скорость течения воды, равную 2м/с. Тогда диаметр определяем по формуле:

где Q – расход воды, м3/с;

w – скорость течения воды, м/с;

Тогда получим:

Выбираем стальной трубопровод с незначительной коррозией.

2. Определение потери на трение и местные сопротивления

Находим критерий Рейнольдса:

где w – средняя скорость потока, м/с;

d – диаметр трубопровода, м;

r - плотность жидкости, 998кг/м3;

m - динамический коэффициент вязкости, 1,005×10-3Па×с;

Тогда получим:

Режим турбулентный (Re > 10000).

Абсолютную шероховатость трубопровода принимаем D = 2×10-4м;

Тогда получим относительную шероховатость трубы:

  

     

Таким образом в трубопроводе имеет место смешанное трение и расчет коэффициента трения l следует проводить по формуле:

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений отдельно для всасывающей и нагнетательной линии:

Для всасывающей линии:

а) выход в трубу (принимаем с острыми краями) x1 = 0,5;

б) прямоточные вентили:  для d = 0,050м x = 0,79

для d = 0,065м x = 0,65

для d = 0,055м x = 0,75.

Экстрополяцией находим для d = 0,055м, x = 0,75;

Умножая на поправочный коэффициент k = 0,91, получим x = 0,68;

в) отводы: коэффициент А = 1 (900); коэффициент В = 0,09; x = А×В = 0,09.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:

Потерянный напор во всасывающей линии находим по формуле:

где l - коэффициент трения;

l – длина трубопровода, м;

S x - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

Тогда получим:

Для нагнетательной линии:

а) отводы под углом 1200; А = 1,17; В = 0,09; x1 = 0,105;

б) нормальные вентили:   для d = 0,04м x = 4,9

для d = 0,08м x2 = 4,0

Экстрополяцией находим для d = 0,055м, x = 4,56;

Умножая на поправочный коэффициент k = 0,91, получим x = 0,68;

в) выход из трубы: x3 = 1.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии:

Потерянный напор в нагнетательной линии находим:

Общие потери напора:

3. Выбор насоса

Находим напор насоса по формуле:

где Р1 – давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость;

Р2 – давление в аппарате, в который подается жидкость;

НГ – геометрическая высота подъема жидкости;

Hп – суммарные потери во всасывающей и нагнетательной линиях.