Органический синтез

Тогда получим:

Полезная мощность насоса определяется по формуле:

где Q – расход, м3/с;

Н – напор насоса, мм. вод. ст.

Тогда получим:

Принимаем hпер. = 1 и hн = 0,7 (КПД для центробежного насоса средней производительности), найдем мощность на валу двигателя:

По таблице 1.2 устанавливаем, что заданным подаче и напору соответствует центробежный насос марки Х500/37, для которого в оптимальных условиях работы Q = 1,5×10-1м3/с, Н = 37м, hн = 0,7. Насос обеспечен электродвигателем АО-103-6 номинальной мощности Nн = 160кВт, hдв. = 0,93. Частота вращения вала n = 16,0с-1.

4. Определение предельной высоты всасывания

Рассчитаем запас напора на кавитацию по формуле:

где n – частота вращения вала, с-1;

Тогда получим:

По таблице давления насыщенного водяного пара находим, что при 1000С

Р = 10,76×104Па. Диаметр всасывающего трубопровода равен диаметру патрубка.

Высота всасывания Нвс не может быть больше следующей величины:

2. Расчет концевого холодильника

1. Определение тепловой нагрузки и расхода охлаждающей жидкости

Кол-во смешанного газа – 20649,64кг/ч;

Начальная температура смешанного газа tнач. = 1200С;

Конечная температура смешанного газа tкон. = 400С.

Для газовой смеси удельная теплоемкость рассчитывается по соотношению:

где сi – удельная массовая теплоемкость компонентов смеси;

gi – массовые компоненты смеси;

начальная температура охлаждающей воды t1 = 280С;

конечная температура охлаждающей воды t2 = 400С;

удельная теплоемкость воды

Тепловую нагрузку находим по формуле:

где G – кол-во горячего теплоносителя, кг/сек;

с – удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг×0С;

Т1, Т2 – начальная и конечная температура теплоносителя, 0С;

W – водяной эквивалент.

Определим расход воды по формуле:

2. Определение среднего температурного напора и средних температур теплоносителей

Для расчета среднего температурного напора при смешанном потоке можно использовать следующую формулу:

где DТ, Dt – температурные перепады горячего и холодного теплоносителей;

Q1, Q2 – температурные напоры на входе и выходе теплообменника при работе противотоком с теми же начальными и конечными температурами теплоносителей;

123 DТ = 120 – 40 = 80 40

40 Dt = 40 – 28 = 12  28

Q1 = 80    Q2 = 12

Тогда получим:

Средняя температура горячего (Тср) и холодного (tср) теплоносителей определяется из соотношения:

При Dt < DТ      

Средняя температура воды:

Средняя температура смешанного газа:

По трубам пускаем воду и принимаем ее массовую скорость W = 650кг/м2сек, тогда необходимое сечение труб:

Выбираем стальную трубы диаметром 25/21. По таблице выбираем одноходовой теплообменник с диаметром корпуса 600мм с общим числом труб n=257.

Площадь сечения трубы Sтр = 0,02м2.

Массовая скорость воды:

3. Определение коэффициента теплоотдачи

При средней температуре воды, равной 340С, находим по справочным данным следующие константы воды:

вязкость    m = 0,834×10-3н×сек/м2;

теплопроводность   l = 0,618Вт/м×град;

удельная теплоемкость  с = 4190Дж/кг×град.

Находим критерий Рейнольдса по формуле:

Находим критерий Прандтля по формуле:

Критерий Прандтля характеризует физические свойства теплоносителя.

Так как Re >10000, то для определения критерия Нуссельта применяем уравнение:

Критерий Нуссельта характеризует процесс теплообмена между теплоносителем и стенкой.

Коэффициент теплоотдачи вычисляем по следующей формуле:

Коэффициент теплоотдачи a1 от горячего газа к стенке вычисляем по критериальному уравнению теплоотдачи при продольном движении теплоносителя в канале в зависимости от критерия Рейнольдса:

где w1 – массовая скорость газовой смеси, принимается от 1,5 до 5,5 м/с;

d1 – диаметр трубки, м;

g1 – кинетическая вязкость смешанного газа, м2/сек.

Для расчета числа Рейнольдса, необходимо рассчитать физические параметры смешанного газа.

Для смешанного газа при средней температуре Тср = 63,520С, находим значение плотности по формуле:

где G1 – кол-во смешанного газа, кг/ч;

Р – давление в реакторе, кг/см2;

Есм – коэффициент местных сопротивлений, 1,43;

V0 – объемный расход смешанного газа, 5500м3/ч.

Тогда получим:

Динамическая вязкость смеси определяется по формуле:

где gi – объемные доли компонентов в смеси;

mI – динамическая вязкость компонентов газовой смеси, кг/м×с;

Кинетическая вязкость:

Коэффициент теплопроводности вычисляем по формуле:

где А – постоянная, 1,9;

k – постоянная, 1,4.

Тогда получим:

Критерий Прандтля:

Пусть массовая скорость газовой смеси равняется 3,0м/с. Тогда критерий Рейнольдса будет равен:

Так как Re > 10000, то для определения критерия Нуссельта принимаем уравнение:

Принимаем для газов отношение близкое единице, тогда получим:

Принимаем тепловое сопротивление загрязнений со стороны воды равное 0,00018м2×град/Вт; d = 0,002м и l = 45Вт/м×град, находим коэффициент теплопередачи по формуле:

Необходимая поверхность теплообмена определяется по формуле:

Длина труб при расчете по наружному диаметру определяется по формуле:

Принимаем длину труб равную 6м.

6. Безопасность и экологичность проектируемого производства

1. Анализ безопасности проектируемого производства

Винилхлорид на стадии гидрохлорирования ацетилена образуется при взаимодействии ацетилена, содержащегося в газах крекинга нафты и хлористого водорода, полученного на стадии крекинга ДХЭ, в присутствии катализатора – дихлорида ртути (сулемы), нанесенной на активированный уголь.

Применяемые в данном методе производства винилхлорида вредные вещества могут вызвать профессиональные заболевания и тяжелые отравления.

Токсические свойства применяемых и образующихся в процессе эксплуатации проектируемого производства веществ приведены в таблице 6.1

Таблица 6.1 Токсические свойства применяемых и образующихся веществ

Наименование вещества	Агрегат-ное состояние	Класс опас-ности	ПДК мг/м3	Характер воздействия на организм
Винилхлорид	При н.у. газ	2	5	Обладает наркотическим действием.
Крекинг-газ и горючий газ (по окиси углерода)	газ	4	20	При попадании в организм человека через органы дыхания окись углерода соединяется с гемоглобином крови, образуя соединение (оксигено-глобин), неспособное поглощать кислород
Хлористый водород	Газ	2	5	Отравление проявляется в ощущении сильной боли в горле и груди, в ощущении удушья
Водный раствор едкого натра	Жидкость	2	0,5	При попадании на кожу действует обжигающе, растворяя белки и образуя мягкий струп. Опасно попадание в глаза
Ртуть металлическая	пары	1	0,01	Кровяной яд

Характеристика пожароопасных свойств применяемых и образующихся в процессе эксплуатации проектируемого производства веществ и материалов приведена в таблице 6.2

 

Таблица 6.2 Пожароопасные свойства веществ и материалов

Наименование сырья, п/прод., и т. д.	Класс опасности	Агрегатное состояние при н. у.	Плотность паров газа на воздухе	Удельный вес для тв. и жидких в – в г/см3	Растворимость в воде при н. у. % (мас.)	Возможно ли восплам. или взрыв при воздействии на него		Температура 0С					Пределы воспламенения					ПДК в воздухе рабочей зоны промышленных помещений
													Концентра-ционные, % об.			Температурные 0С
						Воды	Кислой среды	Кипения	Плавлен.	Самовоспламен.	Восплам.	Вспышки	Нижний	Верхний		Нижний	Верхний
ВХ	1	Газ	2,17	0,92	0,26	нет	нет	-13,8	-159,7	545			3,6		33			5
ДХЭ	2	Жид.	3,4	1,253	0,81	нет	нет	83,5	-35,3	413		-43	6,2		16	8	31	10
К-г, горюч. газ по окиси углерода	4	Газ	1,25	-	0,02	нет	нет	-192	-207	605		9	12,5		74			20
Хлорист. водород	2	Газ	1,639	-	81	нет	нет	-85,1	-114,2									5
Мономерн. катализатор	1	Тв.		0,5	-	нет	нет			600	400		240					0,2
NaOH 23%	2	Жид.		1,248				1390	320									0,5

 

 

В процессе эксплуатации производства не исключена возможность разгерметизации емкостных аппаратов. Сбор разливов производится с разработкой конкретных мероприятий по каждой аварии. Это может быть:

а) сбор с помощью вакуума;

б) засыпка продукта песком с последующим вывозом его на полигон захоронения отходов;

в) нейтрализация на месте кальцинированной содой.

Винилхлорид – наркотик, поражающий нервную и сердечно- сосудистую систему. Длительное воздействие вызывает у человека характерный ангиодистонический синдром. Трехминутное воздействие его паров в воздухе производственных помещений с концентрацией 2,5% вызывает головокружение, потерю ориентации. При содержании ВХ до 1,1мг/м3 характерно снижение поверхностной чувствительности кожи.

Хлористый водород – при высоких концентрациях вызывает раздражение слизистой оболочки, удушье. Хронические отравления вызывают разрушение зубов, желудочно-кишечного расстройства. Туман хлористоводородной кислоты вызывает ожоги кожи.

Окись углерода – при вдыхании наибольших концентраций может привести к острым отравлениям с такими симптомами, как сдавливание головы, головокружение, шум в ушах. Первые симптомы хронического отравления появляются через 2-3 месяца после работы в контакте с окисью углерода.

Ртуть металлическая – может вызывать острые и хронические отравления. При отравлении парами ртути наблюдается общая слабость, отсутствие аппетита, головная боль. В крови вначале увеличивается содержание гемоглобина, затем по мере ослабления явлений отравления наступает анемия.

Водный раствор едкого натра – на кожу действует обжигающе, растворяя белки и образуя мягкий струп. Опасно попадание, даже незначительного кол-ва, в глаза.

Мономерный катализатор – это активированный уголь с адсорбированной на его поверхностью сулемой. На свету, особенно в присутствии органических соединений, легко восстанавливается до металлической ртути  и каломели (Hg2Cl2). Сулемы и ее растворы – сильный яд. Смертельная доза растворенных солей ртути при введении в желудок 0,2 – 0,5г. Первые признаки хронического отравления – повышенная усталость, утомляемость, слабость, головные боли, головокружение. /26/

Опасности, которые могут возникнуть при проведении технологического процесса

При повышении содержания кислорода в крекинг-газе, подаваемом в реактор синтеза винилхлорида, выше 1,5% объемных возможно образование взрывопожароопасной смеси кислорода и ацетилена.

Хлористый водород, присутствующий на всех стадиях процесса при наличии воды в технологических потоках приводит к образованию соляной кислоты, которая приводит к коррозии оборудования и трубопроводов.