Производство изопропилбензола

Тепловой поток  пропиленовой фракции:

Q₁ = 0,00939*66,6822*40=25,046 кВт

Тепловой поток отходящих газов:

Q₅ = 0,000078*78,626*100=0,613 кВт

Тепловой поток технического бензола:

Q₂ = (0,0465+Пб)*141,868*40=263,87+5674,72Пб кВт

где Пб – количество циркулирующего бензола в системе холодильник  – конденсатор – алкилатор, кмоль/с.

Определяют тепловой поток дипропилбензола:

Q₃ = 0,0016*464,46*50=37,157 кВт

Рассчитывают теплоты реакций 1-6 (кДж/моль):

C₆H₆+C₃H₆ C₆H₅-C₃H₇                                       -41,24-(49,03+20,41)=-110,68

C₆H₄(C₃H₇)₂+C₆H₆ 2C₆Н₅-С₃H₇                         2*(-41,24)-(-42,24+49,03)=-89,27

C₆H₆+2C₃H₆ C₆H₄(C₃H₇)₂                                   -42,24-(49,03+2*20,41)=-132,09

C₆H₆+3C₃H₆ C₆H₃(C₃H₇)₃                                   -43,13-(49,03+3*20,41)=-153,39

C₆H₆+4C₃H₆ C₆H₂(C₃H₇)₄                                   -43,57-(49,03+4*20,41)=-174,24

C₆H₆+C₂H₄ (C₆H₅)₂-C₂H₆                                    -12,48-49,03-52,3=-113,81 

Рассчитывают  теплоту экзотермических реакций  по формуле:

Q = 1000qm*nt,

где Q – теплота экзо- и эндотермических реакций, кВт;

       qm – теплота химических реакций, кДж/моль;

       nt – количество вещества, вступившего в реакцию, кмоль/с.

Q₄ = (1000/(3*3600))*(58,18*110,68+17,112*89,27+10,545*132,09+2,343*153,39+3,535*

*174,24+0,406*113,81) =961,439 кВт.

Общий приход теплоты:

Q_прих = 25,046+263,87+5674,72Пб+37,157+961,239=1281,389+5674,72Пб кВт.

Для определения теплового потока алкилата рассчитывают его среднюю  молярную теплоёмкость при температуре 363К.

C_m=152,07*0,7888+321,36*0,1779+464,46*0,0203+607,56*0,0045+750,66*0,0068+

+186,56*0,0008+94,48*0,0007=194,61 Дж/кмоль*К.

Тепловой поток жидкого алкилата:

Q₆ = 0,0486*C_m*100=0,0482*194,61*100=937,87 кВт.

Тепловой поток паров бензола:

Q₇ = 101,77*100Пб=10177Пб кВт.

Расход теплоты на испарение бензола:

Q₈ = 78*391,3Пб=30521,4Пб кВт

391,3 – удельная теплота испарения  бензола при температуре 373К,  кДж/кг.

Принимают, что теплопотери в  окружающую среду составляют 3% от общего прихода теплоты:

Q_пот = 0,03Q_прих = 0,03(1281,389+5674,72Пб)=38,44+170,2416Пб кВт

Общий расход теплоты:

Q_расх = 0,618+842,47+10177Пб+30521,4Пб+212,802Пб+40,42=40911,202Пб+977,073

Количество циркулирующего бензола  находят из условия равенства  прихода и расхода теплоты:                                      Q_прих = Q_расх

5674,72Пб+1287,312 = 40911,202Пб+977,073

35236,482Пб = 310,239

Пб = 0,0088 кВт.

Количество бензола, испаряющегося  на стадии алкилирования:

0,0088*3*3600=95,04 кмоль/ч  или 7413,12 кг/ч, что составляет 7413,12/11088,52=

=0,67 т на 1 т получаемого пропилбензола  и соответствует оптимальному  технологическому режиму.

Всего в алкилатор подают бензола (с учётом циркулирующего бензола):

502,2+95,04=597,24 кмоль/ч или 44058,612 кг/ч

Общее количество отходящих газов (с учётом испаряющегося бензола):

0,848+95,04=95,888 кмоль/ч или 7413,12+37,28=7450,4 кг/ч

 

              Таблица №10 - Тепловой баланс алкилатора

Приход	кВт	%	Расход	кВт	%
Тепловой поток пропиленовой фракции	25,046	1,87	Тепловой поток отходящих газов	90,171	6,8
Тепловой поток технического бензола	313,812	23,49	Тепловой поток алкилата	937,87	69,95
Тепловой поток дипропилбензола	37,157	2,76	Расход теплоты на испарение  бензола	268,588	20,25
Тепловой поток дипропилбензола	961,439	71,88	Теплопотери в окружающую среду	40,825	3
Всего	1337,454	100	Всего	1337,454	100

Q₂ = (0,0465+0,0088)*141,868*40=313,812 кВт;

Q₇ = 0,0088*101,77*100=89,558 кВт;

Q₈ = 0,0088*78*391,3=268,588 кВт.

Тепловой поток отходящих газов  составляет:

0,613+89,558=90,171[3]

2.6 Механический расчет оборудования.

 

Таблица №11 - Исходные данные для расчёта на прочность.

№ п/п	Наименование величины		Обозначение	Величина
1	Расчётное давление аппарата	Внутреннее	р, кгс/см2	6
		Наружное		-
2	Расчётное давление рубашки	Внутреннее	р, кгс/см2	-
		Наружное		-
3	Расчётная температура стенки	Аппарата	t, ºC	130
		Рубашки		-
4	Внутренний диаметр	Аппарата	Д, см	160
		Рубашки		-
5	Допускаемое напряжение стали Вст3сп5 по  ГОСТ 14637-79 при расчётной температуре		, кгс/см2	1465
6	Модуль продольной упругости при  расчётной температуре	Материала аппарата	Е1, кгс/см2	-
		Материала рубашки		-
7	Коэффициент прочности сварных  швов	Аппарата		1
		Рубашки		-
8	Значение предела текучести  при расчётной температуре	Материала аппарата	Т, кгс/см2	-
		Материала рубашки		-
9	Расчётный диаметр днища	Аппарата	DR, см	-
		Рубашки		-
10	Радиус кривизны в вершине днища. Для стандартных эллиптических  днищ при Н=0,25Д R=Д	Аппарата	R, см	160
		Рубашки		-
11	Расчётная длина гладкой (неподкрепленной  кольцами) обечайки	Аппарата	1, см	-
		Рубашки		-
12	Сумма прибавок к расчётным толщинам стенок	Аппарата	С	0,28
		Рубашки		0,44

 

13	Прибавка на коррозию принимается  в соответствии со скоростью коррозии 0,2 см/год и сроком службы аппарата 10 лет	Для аппарата	С1,см	0,2
		Для рубашки		-
14	Прибавка для компенсации минусового отклонения по толщине листа	Корпуса аппарата	С2,см	0,08
		Корпуса рубашки		-
15	Прибавка для компенсации утанения при штамповке днищ С3=0,15*S1	Аппарата	С3,см	0,24
		Рубашки		-
16	Коэффициент запаса устойчивости		Пу	-
17	Вес аппарата в рабочем состоянии		G1	-
18	Вес аппарата при гидроиспытании		G2	-
19	Вес аппарата после монтажа		G3	-
20	Район установки аппарата по скоростному напору ветра
21	Сейсмичность		Баллы	-
22	Прибавка на коррозию		СS1,см	-
23	Сумма прибавок к расчётной толщине  стенки штуцера		СS,см	-
24	Допускаемое напряжение для материала  штуцера		, кг/см2	-
25	Допускаемое напряжение для материала кольца		, кг/см2	1465
26	Коэффициент прочности продольного  сварного соединения штуцера			1
27	Половина угла при вершине конической обечайки		α,град	-

                                                                                                          Продолжение таблицы №11

 

2.6.1 Расчёт  толщины обечайки корпуса, работающей  под внутренним давлением.

Исполнительная толщина обечайки S определяется по формуле:

S≥S_R+C

1,0>0,33+0,28=0,61

S_R= = =0,33 см

Принимаем: S=10 мм

Примечание:

Формула действительна  при выполнении условия:

≤0,1                               <0,1                     

0,0045<0,1

Условие выполняется.

 

2.6.2 Расчёт укрепления одиночного отверстия на обечайке корпуса, работающей под внутренним давлением.

Наибольший допускаемый диаметр  одиночного отверстия, не требующего дополнительного  укрепления, определяется по формуле:

d₀=2· · =2· · =29,6 см

S_R=0,33 см, расчётная толщина обечайки.

Проверяем условие d_R≤d₀

d_R=d+2C₃=30,7+2(0,2+0,135)=31,37 см

Условие укрепления выполняется.

Отверстия под штуцера Ж, З_1,2, вырезанные на обечайке, требует укрепления.

 

2.6.3 Расчёт  эллиптического днища корпуса,  работающего под давлением.

Исполнительная толщина днища  S₁, определяется по формуле: S₁≥S_1R+C

S_1R= = =0,33 см

1,0>0,33+0,35=0,68 см

Принимаем толщину стенки днища  S₁=10 мм.

Примечание:

Формула действительна при выполнении условия:

0,002≤ ≤0,1                                     0,2≤ ≤0,5

0,002< <0,1                                0,2≤ <0,5

0,002<0,0041<0,1                                     0,2<0,25<0,5

Наибольший расчётный диаметр  одиночного отверстия на эллиптическом  днище, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки, определяется по формуле:

d₀=

Определяем укрепления штуцера (D_y).

Расчетная толщина  эллиптического днища в зоне штуцера определяется по формуле:

S_1R= = =0,33 см

Расчётный диаметр днища в зоне расположения штуцера определяется по формуле: