Технологический расчет контактного аппарата

- Для уменьшения вредных выделений в помещении насосном предусмотрены бессальниковые герметичные электронасосы и насосы с двойными торцевыми уплотнениями.

- Аппараты и коммуникации тщательно герметизируются. Жидкие и газообразные продукты транспортируются по трубопроводам.

- Аппараты и трубопроводы, находящиеся в помещении с температурой выше плюс 45°С, а также все трубопроводы и емкости, находящиеся на улице, теплоизолированы.

- Перед ремонтом аппараты и трубопроводы опорожняются в подземные емкости, промываются и продуваются сжатым азотом и воздухом.

Электробезопасность

Электробезопасность - система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, статического электричества.

Изоляция

Исправность изоляции - основное условие, обеспечивающее безопасность эксплуатации и надежность электроснабжения электроустановок. В электроустановках применяются следующие виды изоляций: рабочая изоляция - электрическая изоляция токоведущих частей, обеспечивающая нормальную работу электроустановки и защиту от поражения электрическим током; дополнительная изоляция - электрическая изоляция, предусмотренная дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции.

Регулярное наблюдение за состоянием изоляции электрических сетей - одна из основных мер, предотвращающих поражение человека электрическим током. Контроль сопротивления изоляции может быть периодическим и непрерывным. Сопротивление изоляции силовых и осветительных электропроводов должно быть не ниже 0,5 МОм.

Во взрывоопасных зонах всех классов с химически активными средами должны применяться провода и кабели с поливинилхлоридной изоляцией, а также провода с резиновой изоляцией и кабели с резиновой и бумажной изоляцией в свинцовой или поливинилхлоридной оболочке.

Чтобы обеспечить надежную работу электрооборудования в химически активных средах, необходимо исключить возможность проникновения химически активных реагентов в оболочки электрооборудования и применять специальные конструкционные материалы и защитные покрытия. Конструкция вводных устройств электрооборудования должна обеспечивать защиту токоведущих частей, изоляции и мест соединений от воздействия химически активных сред, для которых оно предназначено.

Статическое электричество

Заряды статического электричества могут возникнуть при соприкосновении или трении твердых материалов, при размельчении или пересыпании однородных и разнородных непроводящих материалов, при разбрызгивании диэлектрических жидкостей, при транспортировке сыпучих веществ по трубопроводам и др.

Продукты, используемые при производстве формалина имеют объемное сопротивление, что способствует возникновению статического электричества при их транспортировке, так как все трубопроводы и аппараты изготовлены из углеродистой и легированной стали.

Для предупреждения возможности накопления разрядов статического электричества на производстве формалина предусмотрены:

1. Заземление оборудования, трубопроводов.

2. Скорость транспортирования по трубопроводам метанола, формалина не должна превышать 10 м/с.

Одним из надежных методов снижения потенциалов статического электричества является заземление всех металлических частей оборудования, где возможна электризация. Заземлять следует не только те части оборудования, которые учавствуют в регенировании зарядов, но и все другие изолированные проводники, которые могут зарядиться по индукции.

Оборудование следует считать электростатически заземленным, если сопротивление в любой точке при самых неблагоприятных условиях не превышают 106 Ом.

Заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением при замыкании на корпус и по другим причинам. Задача защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим токоведущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.

Защита зданий, сооружений, оборудования, трубопроводов от прямых ударов молнии, осуществляется путем присоединения корпусов отдельных аппаратов к заземляющему устройству и установкой молниеприемников. Защита аппаратов и трубопроводов от статической индукции и статического электричества осуществляется присоединением к контуру заземления.

Система устройства заземления состоит из внутреннего и внешнего контуров.

Внешний контур выполнен из электродов, изготовленных из стальных вертикальных стержней длиной 2,5 м и соединенных между собой полосовой сталью (4х40) мм. Внутренний контур заземления выполнен из полосовой стали (4х25) мм, (4х40) мм и присоединен к внешнему. Все соединения заземляющего устройства выполнены сваркой.

Все электрооборудование, пусковая аппаратура, оборудование, трубопроводы, а так же все металлические части, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие под таковым оказаться вследствие нарушения изоляции, заземлены присоединением к контуру.

Металлические вентиляционные короба и кожухи теплоизоляции трубопроводов также присоединены к внутреннему контуру защитного заземления.

Заземление кабельных конструкций осуществляется с помощью строительных металлоконструкций, на которых они установлены.

Колонные и емкостные аппараты заземлены в двух точках.

Пожаровзрывобезопасность

Для максимального ограничения количества горючих веществ, которые могут поступать в окружающую среду при аварийной разгерметизации системы, производства формалина разделено на блоки, каждый из которых должен быть отключен от технологической схемы запорной арматурой без опасных изменений режима, приводящих к развитию аварии в смежной аппаратуре.

Оценка взрывоопасности блоков производства формалина произведена в соответствии с "Общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств" утвержденными Гостехнадзором СССР 06.09.88 г. АООТ "Сибхимпроект" (г.Новосибирск).

Расчетная категория взрывоопасности для всех блоков III, а так как формалин - вещество II класса опасности, то для всех блоков устанавливается II категория взрывоопасности в таблице 1.8.

Таблица 1.8 - Категории взрывоопасности для всех блоков

№ блока и наименование	Границы блока	Общий энергетический потенциал взрывоопасности Е,кДж	Относительный энергетический потенциал взрываемости	Категория взрывоопасности	Радиус разрушения блока, м
1	2	3	4	5	6
1.Испарение метанола	Испаритель поз.Е2а, теплообменник поз.Т2, перегреватель поз.Т2, огнепреградитель поз.Х3	7,67 *107	25,7	III	5,5
2.Синтез Формальдегида	Реактор поз.Р1	2,35 *107	25,7	II	2,8
3.Абсорбция формальдегида и метанола	Абсорбционная колонна поз.К1	2,7 *107	18,2	II	3,0
4.Охлаждение формалина	Теплообменник поз.Х4, насос поз.Н3/1,2	1,0 *107	13,0	II	1,5
5.Подача абгаза на сжигание	Трубопроводов абгазов от абсорбционной колонны поз.К1	3,85 *107	9,5	III	0,8
6.Ректификация формалина	Ректификационная ко- лона поз.К2, сборник поз.Е5, вакуум-насос поз.Н7/1,2	3,03 *107	18,9	II	3,3
7.Транспорти-ровка метанола в испаритель	Насос поз.Н6/1,2	2,3 *107	17,2	III	2,8
8.Стандартиза-ция	Стандатизатор	1,04 *107	6,1	II	-
9.Транспорти-ровка формалина	Насос	0,78 *107	5,7	II	0,23
10.Прием и подача метанола в процесс	Трубопроводы мета- нала	5,06 *107	22,4	III	4,2
11.Опорожне-ние метанола	Емкость	4,88 *107	4,8	II	0,18
12.Хранение формалина	Емкость	5,06 *107	22,4	II	1,6
13.Перекачива-ние формалина в емкостях и налив в ж/д цистерны	Насосы	1,16 *107	16,8	II	1,2

Пожаровзрывоопасные свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства представлены в таблице 1.9.

Таблица 1.9 - Пожаровзрывоопосные свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства (ГН 2.2.4.586 - 98)

Наименование сырья, полупродуктов, готовой продукции, отходов производства	Класс опас-ности ГОСТ 12.1.007 -76	Температура, °С	Концентрационный предел воспламенения
		ВСП	ВОСП	Само. ВОСП.	Нижний	Верхний
1	2	3	4	5	6	7
Метанол	3	8	13	464	6	34,7
Формалин (по формальдегиду)	2	56-85	62-80	435	7	73
Едкий натр	2	-	-	-	-	-
Надсмольная вода	-	63	-	610	-	-
Азотная кислота	3	Не горючая. При контакте с горючими веществами вызывает их самовозгорание.
Азотнокислое Серебро		Не горючее
Окислы азота	3	Не горючие
Выхлопные газы (абгазы)	3			по водороду
				500	4	75
				по окиси углерода
				610	12,5	74
Природный газ (по метану)	3			с воздухом
				537	4,9	15,4
				с кислородом
					5,6	6,1

Для обеспечения пожарной безопасности производство формалина оборудуется первичными противопожарными средствами согласно "Нормам первичных средств пожаротушения для производственных складских и жилых помещений".

Пожаротушение внутри помещений осуществляется от пожарных кранов, оборудованных рукавами и стволами - распылителями.

В помещении насосной предусмотрена автоматическая система пожаротушения, сблокированная с отключением вентиляции.

Для пожаротушения наружной установки предусмотрены лафетные установки и стояки - сухотрубы.

На лестничных клетках на входе в здание и у этажерки по периметру здания установлены пожарные извещатели.

Для обнаружения подачи сигнала пожарной тревоги, локализации и ликвидации возможного пожара, в насосной и на наружной установке предусмотрена установка автоматического пожаротушения. Огнегасящее вещество - тонко распыленная вода. Подача воды на установку осуществляется по трубопроводам из распределительного пункта по секциям.

Насосная формалина (секции 4-13, 26-28) обслуживается дренчерной установкой, которая приводится в действие автоматически или дистанционно (с ЦПУ), или вручную.

Наружная установка, секции (14-17), обслуживается до 30 м - лафетными стволами, а колонные аппараты выше 30 м - кольцами орошения. Секции (14-17) приводятся в действие дистанционно и вручную.

Узлами управления являются клапаны типа КМ и вентили с электромагнитным приводом.

Для хранения необходимого запаса воды предусмотрен резервуар емкостью 1000 м3.

До пожара элементы установок находятся в состоянии контроля, трубопроводы до узлов управления заполнены водой и находятся под давлением импульсного устройства, а от узлов управления до секций (4-17) - "сухотрубы".

Автоматический пуск установки: При возникновении пожара в секциях (4-13), (22-26) срабатывают электроизвещатели, и сигналы поступают на вскрытие вентиля с электромагнитным приводом и включение насосов. При вскрытии вентиля срабатывает узел управления установкой, пропуская огнетушащее вещество по трубопроводам через оросители на очаг пожара.

Дистанционный пуск установки: Производится от приемной станции ППС-1 в корпусе в случае, если не сработала автоматическая система пуска.

На пульте ППС-1 тумблер соответсвующей секции переводится в положение "дистанционное управление" и после нажатия кнопки "пуск" осуществляется дистанционное включение насосов, поступает сигнал на срабатывание электромагнитного вентиля, вскрывается соответсвующий клапан типа КМ-150 в распределительном пункте и поступает вода по трубопроводам через оросители на очаг пожара.

Ручной пуск осуществляется при отказе автоматического пуска и при проверке системы.

Для вызова пожарной части у входа в корпус производства формалина, на ЦПУ расположены пожарные извещатели и кнопки отключения приточной вентиляции. Взрывопожарная и пожарная опасность, санитарная характеристика производственных зданий, помещений и наружных установок в таблице 1.10.

Таблица 1.10 - Взрывопожарная и пожарная опасность производственных зданий, помещений и наружных установок

Наименование производственных зданий, помещений, установок.	Категория взрывопожар.и пожароопасности помещений и зданий ОНТП 24-86	Классификация зон внутри помещений для выбора и установки электрооборудования (ПУЭ)
		Класс взрывоопасности или пожароопасной зоны	Категория и группа взрывоопасных смесей
Наружная установка	-	В-1г	2В-Т1 2В-Т2 2А-Т2
Стандартизация формалина.	-	П-3	-
Насосное отделение	А	В-1а	2А-Т2 2В-Т2
Воздуходувное отделение	Д	норм.	-
Теплопункт	Д	норм.	-
Факельная установка	-	В-1г	2В-Т2

1.9 Охрана окружающей среды

Мероприятия, связанные с охраной окружающей среды:

- охрану атмосферного воздуха от загрязняющих веществ;

- снижение концентрации загрязняющих веществ в сточных водах производства.

Твердых отходов в производстве формалина нет.

1.9.1 Охрана атмосферного воздуха

Возможными источниками загрязнения атмосферы являются:

- абсорбционная колонна поз.К1,

- вакуум-насосы поз.Н6 процесса ректификации,

- сальники насосов,

- воздушки от аппаратов,

- факельная установка,

- дымовая труба УТО,

- парк емкостей формалина и наливная эстакада,

- аппараты катализаторного отделения.

Выбросы формальдегида и метанола на производстве сведены до минимума.

Абсорбционные газы с верха колонны поз.К1 при стабильном ведении процесса получения формалина подаются на установку термического обезвреживания в водогрейные котлы КВГМ-10-150, где сгорают с выделением тепла.

Избыток выхлопных газов с узла абсорбции при работе и при аварии сжигается на факельной установке.

При остановке УТО в течение продолжительного времени возможно сжигание абсорбционных газов на факеле.

При пуске в атмосферу выбрасывается воздух с парами метанола. При остановке технологической нитки абгазы выбрасываются в атмосферу в течение 0,5 часа.

Инертные газы, содержащие метанол и формальдегид, от вакуум-насосов поз.Н6/1-2 направляются в верхнюю часть колонны поз.К1 и далее на сжигание.

Загрязнение воздуха от сальников насосов уменьшается ввиду использования герметичных насосов и насосов с двойным торцевым уплотнением.

Ко всем аппаратам с метанолом и формалином подведено "азотное дыхание", которое объединяются в общий коллектор и направляется на сжигание.

На складе формалина выбросы от "дыхания" емкостей, при приеме и перекачивании формалина, и выбросы с наливной эстакады при заполнении железнодорожных цистерн очищаются частично в ловушках. Выбросы в атмосферу в таблице1.11.

Таблица 1.11 - Выбросы в атмосферу

Аппарат, диаметр и высота выброса	Количество источников выбросов	Суммарный объем от- ходящих газов, м3/ч	Периодичность, ч/сутки	Характеристика выбросов
				Температура, °С	Состав выброса	Допустимое количество Нормируемых компонентов, кг/ч
1.Колонна абсорбци- онная поз.К1 Н-14 м, d-4 м	3	6660,0	6 ч/год	21	Формальдегид-4 г/м3 метанол - 7,0 г/м3, окись углерода - 50 г/м3	0,012 0,0082 0,0145
2.Факел поз.Ф1 Н-23,5 м, d-0,5 м	1	20000,0	24	20	Окись углерода -0,561 г/м3, оксиды азота - 0,084 г/м3, метан - 0,014 г/м3	11,232 1,6848 0,2808

Принципиальная схема сжигания отходов (факельной установки):

Схема факельной установки работающей под давлением 1,5 атм.

Пго поступают через гидрозатвор 1, препятствующий возможному проскоку воздуха из атмосферы в систему, в огнепреградитель 2 в факел, на конце которго установлена горелка 3. Для поджигпния основной горелки предусматривается установка дежурной горелки 4 , работающей на природном газе. Поджигание дежурной горелки осуществляется с помощью системы зажигания 5.

Принципиальная схема факельной установки со сбросом газов в трубу:

1.9.2 Очистка сточных вод

Сточные воды от производства формалина, образующиеся при опорожнении промывке насосов, перед ремонтом собираются в подземную емкость и по мере заполнения передавливаются азотом в стандартизатор и далее в процесс.

Сточные воды от смыва полов через приямок у II технологической нитки направляются в химически загрязненную канализацию.

Ливневые стоки с отметок наружной установки через приямки технологических ниток направляются в ливневую канализацию.

Стоки от катализаторного отделения после предварительной нейтрализации растворенной азотной кислоты через подземную емкость направляются в химически загрязненную канализацию.

Стоки от продувки водогрейных котлов, содержащие соли жесткости (Na2CO3, СaCO3, МgCO3) направляются в ливневую канализацию.

Стоки от смыва полов на складе формалина направляются в химически загрязненную канализацию. Сточные воды в таблице 12.2.

Таблица 1.12 - Сточные воды

Наименова- ние стока	Куда сбра- сывается	Количес- тво стоков, м3/сутки	Перио- дичность стоков	Состав сбросов, мг/м	Допустимое количество сбрасывае- мых вредных веществ, кг/сутки
1.Сточные воды от промывки насосов	В емкость	0,5	Перио- дически 1 раз в 3 дня	Формальдегид-2000 метанол - 2000	ДВП, мг/л формальде- гид 1,0, метанол-12,5
2.Сточные воды от смыва полов и ливневые стоки	В химзаг- рязненную канализа- цию	не более 20 м3, на операцию	Перио- дически 2 раза в сутки	Формальдегид-1860 метанол-1550	Формальде- гид-1,0, метанол-12,5

1.9.3 Твердые отходы

Таблица 1.13 - Твердые отходы

Наименова- ние отхода	Куда скла- дируется	Коли- чество отходов кг/сутки	Периодичность образования	Характеристика отхода
				Химический состав	Физические показатели
1.Отработан- ный катали- затор «сере- бро на пемзе»	Сдается на завод реге- нерации драгоцен- ных метал- лов	7,40	При перегрузках катализатора в реакторах 3 раза в год	Металличес- кое серебро, нанесенное на гранулы пемзы, заг- рязненное сажей (мас- совая доля до 40%)
2.Пемза раз- мером зерен менее 2 мм	Сдается как строи- тельные отходы на полигон ТБО в р-не д.Михай- ловки	0,192	При просеивании гранулированной пемзы перед про- цессом наработки катализатора	SiO2 до 74%, AlO+FeO+TiO до 24%, Mg н/б 3%, CaO н/б 5%	Твердое ве- щество пем- за кусковая или грану- лированная

2. Расчетная часть

По ориентировочным подсчетам, к 2000г. мировой выпуск формалина (37-й водный раствор формальдегтда) возрвстает до 5млн.т, что связано с использованием его в производстве пластических масс, изопреного каучука и других химических продуктов.

Среди методов получения формальдегида наибольшее промышленное значение приобрел процесс окислительного дегидрирования метанола на серебрянных и железомолибденовых оксидных катализаторах, протекающий по следующим осноаным реакциям:

CH3OH CH2O + H2, - H298 = -85.10 кДж/моль

CH3OH +0,5O2 CH2O + H2O, - H298 = 156.71 кДж/моль

На серебрянном катализаторе процесс осуществляют под давлением, близким к нормальному, при температуре 600-700С и объемной скорости 24000-26000 ч??. В таких условиях выход формальдегтда в расчете на превращенный метанол достигает 80-90

Материальный расчет:

Исходнве данные:

1) производительность по формальдегиду, т/год: 50000

2) годовой фонд рабочего времени, ч : 8000

3) массовая доля формальдегтда ():

· в продукционном формалине: 37

· в формалине-сырце: 30,0

4) потери формалина на стадии ректификации () : 2,0

5) параметры подаваемого воздуха:

· температура: 28С

· давление: 0,20 МПа

6) степень конверсии метанола () : 56

7) доля преврвщенного метанола, расходуемого:

· по реакции 1: 0,25

· по реакции 2: 0,65

· по реакции 3: 0,08

· по реакции 4: 0,02

8) состав технического метанола ():

· метанол: 99,92

· вода: 0,08

Последовательность расчета:

1. определяют общий расход метанола на процесс, колличество и состав контактного газа;

2. расчитывают расход воздуха на получение формальдегида, соделжание в нем водных паров;

3. составляют материальный баланс контактного аппарата, определяют состав формалина-сырца и выхлопных газов на выходе из абсорбционной колонны.

Часовая производительность агрегата:

По формалину: 50000*1000/8000 = 6250 кг/ч

По формальдегиду: 6250*37/100 = 2312,5 к/ч или 2312,5/30 = 77,083 кмоль/ч

С учетом потерь на стадии ректификации необходимо получить в контактном аппарате формальдегида:

77,083*1,02 = 78,6246 кмоль/ч или 2358,7398 кг/ч

Протекающие реакции:

1. CH3OHCH2O + H2

2. CH3OH +0.5O2 CH2O + H2O

3. CH3OH + 1.5O2 CO2 + 2H2O

4. CH3OH CO + 2H2

Расход метанола по реакциям 1 и 2: 78,6246 кмоль/ч или 2358,7398 кг/ч

Расход метанола по реакциям 1-4:

78,6246/ (0,25+0,65) = 87,3606 кмоль/ч или 2795,5392 кг/ч

Где 0,25 и 0,65 - доля метанола, превращенного в формальдегид по реакциям 1-2.

Подают метанола с учетом степени конверсии:

87,3606/0,56=156,00107 кмоль/ч или 4992,0342 кг/ч

Колличество воды в техническом метаноле:

4992,0342*0,08/99,92=3,99682кг/ч или 0,22204 кмоль/ч

Остается метанола в контактном газе:

156,00107-87,3606=68,64047 кмоль/ч или 2196,495 кг/ч

По реакции 1 расходуется метанола:

87,3606*0,25=21,84015 кмоль/ч или 698,8848 кг/ч

Образуется:

Формальдегида: 21,84015 кмоль/ч или 655,2045 кг/ч

Водорода: 21,84015 кмоль/ч или 43,6803 кг/ч

По реакции 2 расходуется:

Метанола: 87,3606*0,65=56,784 кмоль/ч или 1817,1004 кг/ч

Кислорода: 56,784*0,5=28,392 кмоль/ч или 908,544 кг/ч

Образуется:

Формальдегида: 56,784 кмоль/ч или 1703,52 кг/ч

Водяного пара: 56,784 кмоль/ч или 1022,112 кг/ч

По реакции 3 расходуется:

Метанола: 87,3606*0,08=6,988848 кмоль/ч или 223,64313 кг/ч

Кислорода: 6,988848*1,5=10,483272 кмоль/ч или 335,4647 кг/ч

Образуется:

Диоксида углерода: 6,988848 кмоль/ч или 307,493 кг/ч

Водяного пара: 6,988848*2=13,977696 кмоль/ч или 251,59852 кг/ч

По реакции 4 расходуется:

Метанола: 87,3606*0,02=1,7472 кмоль/ч или 55,9107 кг/ч

Образуется:

Оксида углерода: 1,7472 кмоль/ч или 48,9216 кг/ч

Водяного пара: 1,7472*2=3,4944 кмоль/ч или 6,9888 кг/ч

Всего образуется:

Водорода: 21,84015+3,4944=25,33455 кмоль/ч или 50,6691 кг/ч

Водяного пара: 56,6691+13,977696=70,7616 кмоль/ч или 1273,7105 кг/ч

Общий расход кислорода:

28,392+10,483272=38,875272 кмоль/ч или 1244,0087 кг/ч

Молярное соотношение O2: CH3OH равно:

38,875272/156,00107=0,2492 кмоль/ч

Расход сухого воздуха:

38,875272/0,21=185,1203 кмоль/ч

Где 0,21 - объемная (молярная) доля кислорода в сухом воздухе.

Колличество азота в воздухе:

185,1203-38,875272=146,2450 кмоль/ч или 4094,86 кг/ч

Таблица 1: материальный баланс стадии контактирования:

Входит:	кмоль/ч	кг/ч	Выходит:	кмоль/ч	кг/ч
Спиртовоздушная смесь: CH3OH O2 N2 H2O	156,00107 38,875272 146,2450 4,33986	4992,0342 1244,0087 4094,86 78,11748	Контактный газ: CH3OH CH2O CO CO2 N2 H2 H2O	68,64047 78,6246 1,7472 6,988848 146,2450 25,33455 75,10146	2196,495 2358,7398 48,9216 307,493 4094,86 50,6691 1351,8263
Всего:	345,4612	10409,02	Всего:	402,6821	10409,0048

Объемная доля водяных паров в воздухе:

Pпарц.= 0,004352, т.к.

Т=28С

На 1С: (0,01258-0,00323)/25=0,000374

На 3С: 0,000374*3=0,001122

0,00323+0,001122=0,004352

0,004352*106=4352 Па

4352*100/0,20*106=2,176

Где 4352-парциальное давление паров в воздухе при температуре 28С, Па; 0,20*106 - общее давление воздуха, Па

Колличество водяных паров в воздухе:

185,1203*2,176/(100,00-2,176)=4,11782 кмоль/ч или 74,1207 кг/ч

Суммарное колличество водяных паров:

В спиртовоздушной смеси: 0,22204+4,1172=4,33986 кмоль/ч или 78,11748 кг/ч

В контактном газе: 4,33986+70,7616=75,10146 кмоль/ч или 1351,8263 кг/ч

Объяемная (молярная) доля метанола в спиртовоздушной смеси сотавляет 45,15 ,соответствует оптимальному технологическому режиму 4, с. 474

В выхлопные газы абсорбционной колонны переходят полностью оксид и диоксид углерода, азот, водород, суммарное колличество которых составляет 180,3156 кмоль/ч.

Объемная доля водяных паров в выхлопных газах:

1740*100/0,14*106= 1,24

Где 1740-парциальное давление водяных паров при температуре 15С, Па; 0,14*106 -общее давление выхлопных газов

Колличество водяных паров в выхлопных газах:

180,3156*1,24/(100,00-1,24)=2,264 кмоль/ч или 40,752 кг/ч

Колличество формалина-сырца:

2358,7398/0,30=7862,466 кг/ч

Где 0,30 - массовая доля формальдегида в формалине-сырце

Колличество воды в формалине-сырце:

7862,466-2358,7398-2196,495=3307,2312 кг/ч или 183,7351 кмоль/ч

Следовательно, на орошение абсорбционной колонны необходимо подать воды: 3307,2312+40,752-1351,8263=1996,1569 кг/ч

Состав формалина-сырца и выхлопных газов на выходе из абсорбционной колонны:

	n, кмоль/ч	Xi,	m, кг/ч	i,
Формалин-сырец: CH3OH CH2O H2O	68,64047 78,6246 183,7351	20,74 23,75 55,51	2196,495 2358,7398 3307,2312	27,94 30 42,06
Сумма:	333,00017	100,00	7862,466	100,00
Выхлопные газы: CO CO2 N2 H2 H2O	1,7472 6,988848 146,2450 25,33455 2,264	0,96 3,83 80,09 13,88 1,24	48,9216 307,493 4094,86 50,6691 40,752	1,08 6,77 90,14 1,1 0,91
Сумма:	182,580	100,00	4542,6957	100,00

Полученный состав выхлопных газов соотвтетствует оптимальному технологическому режиму.

Степень конверсии метанола в формальдегиде принята 90. Для проверки правильности выполненного расчета определяют степень конверсии метанола по формуле:

= 100-100 CO2 + CO/ 0,528 N2 + H2 - CO - 2CO2

= 100-100 3,83+0,96 / 0,528*80,09+13,88-0,96-2*3,83= 89,9

Что практически совпадает с принятой.

Расчет основных расходных коэффициентов. Расходные коэффициенты:

По метанолу: 87,3606*32/6250*0,9992=0,4476 кг/кг

Где 87,3606 - расход метанола по реакциям 1-4, кмоль/ч; 6250 - часовая производительность агрегата по формалину, кг; 0,9992 - массовая доля метанола в техническом метаноле;

По воздуху: (10409,0048-4992,0342)/6250=0,8668 кг/кг или 866,8/1,29=672 м3/т,

Где 1,29 - плотность воздуха в нормальных условиях, кг/м3

По воде: 1996,1569/6250=0,320 кг/кг

Где 1996,1569 - расход воды на орошение, кг/ч

Технологический расчет основного оборудования

Технологический расчет реактора ( контактного аппарата)

Назначение, устройство и основные размеры. Определение числа реакторов

Реактор (контактный аппарат) предназначен для окислительного деилрирования метанола в формальдегид в газовой фазе на пемзосеребрянном катализаторе. Для расчета выбран вертикальный стальной цилиндрический аппарат, смонтированный непосредственно над верхней трубной решеткой подконтактного холодильника. В нижней части аппарата на свободно лежащую рештку, покрытую двумя слоями сеток, засыпан катализатор. Над слоем катализатора предусмотрено распределительное устройство, имеющее 24 щели размером 200 * 50 мм для равномерного распределения потока спиртовоздушной смеси.

Разогрев катализатора производят тремя нихромовыми электроспиралями (d = 0,4 мм, U = 220 В).

Техническая характеристика контактного аппарата:

Производительность, кг/ч :
По формальдегиду По спиртовоздушной смеси Диаметр внутренний, мм Высота (без подконтактного холодильника), мм Объем катализатора, м3	2800 13500 2000 2150 0,4

Аппарат снабжен штуцером входа спиртовоздушной смеси Dy = 500, ру = 1, двумя взрывными мембранами Dy = 600, ру = 1, люком-лазом Dy = 500, ру = 0,4.

По данным таблицы 1, на стадии контактирования образуется 2358,7398 кг/ч формальдгида, расход спиртовоздушной смеси составляет 10409,02 кг/ч.

Необходимое число реакторов:

n = 2358,7398/2800=0,8424 кг/ч или n = 10409,02/13500=0,7710 кг/ч

таким образом, нужно установить один реактор (контактный аппарат).

Тепловой расчет:

Исходные данные:

Расход спиртовоздушной смеси 345,4612/3600=0,096 кмоль/с;

Количество контактного газа 402,6821/3600=0,112 кмоль/с;

Температура на входе в аппарат 100-120С; на выходе из аппарата 680С.

Цель расчета - уточнение температуры спиртовоздушной смеси на входе в контактный аппарат.

Уравнение теплового баланса в общем виде:

Ф1+Ф2=Ф3+ФПОТ.

Где Ф1, Ф3 - тепловые потери спиртовоздушной смеси и контактного газа соответственно, кВт; Ф2 - теплота выднляющаяся за счетхимических реакций, кВт; ФПОТ. - теплопотери в окружающую среду, кВт.

Для определения значений Ф1, Ф3 расчитывают средние молярные теплоемкости спиртовоздушной смеси при

tср. = (100+120)/2=110С (T1=110+273=383 К)

и контактного аппарата при

Т3=680+273=953 К :

	Xi,	Ci, Дж/(моль*К)	Ci* Xi/100, Дж/(моль*К)
Спиртовоздушная смесь: CH3OH O2 N2 H2O	45,16 11,25 42,33 1,26	51,02 30,19 29,52 34,32	23,04 3,40 12,5 0,43
Всего:	100,00	-	39,37
Контактный газ: CH3OH CH2O CO CO2 N2 H2 H2O	17,04 19,5 0,43 1,73 36,6 6,3 18,4	87,35 60,28 32,27 51,82 31,95 30,45 40,25	14,9 11,75 0,14 0,9 11,7 2 7,406
Всего:	100,00	-	48,796

156,00107/345,4612 *100=45,16

Тепловой поток спиртовоздушной смеси:

Ф1=0,096*39,37tх=3,77952tx, кВт.

Определяют теплоты реакций 1-4 (в кДж/моль):

Реакция:	H298= H298 (кон) - H298(исх)
CH3OH(г)CH2O + H2	-115,90-(-201,00)=85,1
CH3OH(г)+0.5O2 CH2O+H2O(г)	-115,90+(-241,81)-(201,00)= - 156,71
CH3OH(г)+1.5O2 CO2 + 2 H2O(г)	-393,51+2(-241,81)-(-201,00)= -673,13
CH3OH(г) CO + 2H2	-110,53-(-201,00)=90,47

Рассчитывают теплоту Ф2, выделяющуюся за счет химических реакций:

Ф2=1000(21,84015(-85,1)+56,784*156,71+6,988848*673,13+1,7472(-90,47))/3600=3221,255 кВт.

Тепловой поток контактного газа:

Ф3=0,112*48,796*680=3716,303 кВт.

Принимают, что теплопотери в окружающую среду составляют 3 от общего прихода (расхода) теплоты:

Фпот.= 3716,303*3/(100-3)=114,94 кВт

Общий расход теплоты:

Фрасх=Ф3+Фпот=3716,303+114,94=3831,243 кВт.

Температуру спиртовоздушной смеси находят из уравнения теплового баланса:

3,77952 tх+3221,255=3831,243

3,77952 tх=3831,243-3224,255

3,77952 tх=609,988

tх=160,6С

что соответствует принятому интервалу температур.

Составляют тепловой баланс контактного аппарата.

Минимальная температура спиртовоздушной смеси на входе в контактный аппарат должна быть на 20-25С выше температуры кипения метанола в спиртоиспарителе. Температура кипения метанола при нормальном давлении равна 64,7С; при 0,2 МПа - 84С; при 0,5 МПа -112С

Из данных теплового баланса контактного аппарата видно, что приход теплоты в аппарат определяется теплотой, выделяющейся за счет химических реакций (89,9). Отсюда следует, что температура подогрева спиртовздушной смеси зависит от морярного соотношения кислорода и метанола на взоде в систему. Если в результате теплового расчета будет получено значение температуры ниже минимально допустимого, то необходимо уменьшить молярное соотношение кислорода и метанола, что повлечет за собой умньшение доли метанола, расходуемого по электрическим реакциям окисления ( реакции 2 и 3 ), и повышение температуры подогрева спиртовоздушной смеси.

Расчет реактора (контактного аппарата):

Объемный расход спиртовоздушной смеси:

Vвх=345,4612*22,4=7738,33 м3/ч

При объемной скорости Vоб=25000 ч-1 необходимый объем катализатора равен:

Vк =Vвх/Vоб=7738,33/25000=0,31 м3

Тепловой баланс контактного аппарата:

приход	кВт		Расход	кВт
Тепловой поток спиртовоздушно смеси Теплота, выделяющаяся за счет химических реакций	609,988 3221,255	16 84	Тепловой поток контактного газа Теплопотери в окружающую среду	37,16 114,94	97 3
Всего:	3831,243	100,00	Всего:	3831,243	100,00

В принятом стандартном аппарате объем катализатора Vк=0.4 м3, следовательно, запас производительности по катализатору составляет:

(0,400-0,31) * 100/0,31=29,03

Высота слоя катализатора в аппарате:

Hк=Vк/S=0,4/(0,758*2,02)=0,127 м

Объемный расход контактного газа при температуре Т=680+273=953 К и давлении р=0,22 МПа:

Vвых=(402,6821*22,4/3600)*(953*101325/273*0,22*106)=4 м3/с

Линейная скорость газа в сечении контактного аппарата:

=Vвых/S=4/(0,785*2,02)=1,273 м/с

Что соответствует оптимальному технологическому режиму.

Технологический расчет спиртоиспарителя

Назначение, устройство и основные размеры.

Определение числа аппаратов

Спиртоиспаритель предназначен для испарения жидкого метанола и получения спиртовоздушной смеси. Для расчета выбран вертикальный стальной цилиндрический аппарат с циркуляционноц трубой и выносной греющей камерой, выполненной в виде кожухотрубчатого теплообменника.

Греющая камера представляет собой пучок труб, верхние и нижние концы которых завальцованы в трубные решетки, приваренные к обечайке. Греющая камера соединяется с циркуляционной трубой переходной (вверху) и нижней камерами. Переходная камера тангенциально соеденина с сепаратором - цилиндрическим сосудом с коническим днищем, сообщающимся с нижней камерой циркуляционной трубой. В верхней части сепаратора расположен секционный объмно-сетчатый брызгоотделитель.

Длина общая, мм	5460
Ширина, мм	2720
Высота, мм	12420
Число труб греющей камеры, (dтр=573,5 мм)	227
Длина трубы, мм	4000
Площадь поверхности теплообмена, м2	162

Циркуляция раствора в аппарате осуществляется по замкнутому контуру: сепаратор - циркуляционная труба - нижняя камера - греющая камера - переходная камера - сепаратор. Метанол, поднимаясь по трубам греющей камеры, нагревается и вскипает по мере подъема. В переходной камере парожидкостная смесь насыщается воздухом и направляется в сепаратор, где происходит разделение жидкой и паровой фаз. Спиртовоздушная смесь, проходя брызгоотделеитель, освобождается от капель и выходит из аппарата, а метанол возвращается по циркуляционной трубе в греющую камеру, где происходит его испарение.

Техническая характеристика спиртоиспарителя:

Аппарат снабжен штуцером входа метанола в циркуляционную трубу Dу 450, ру 1, штуцерами входа воздуха Dу 300, ру 1 и выхода конденсата Dу 100, ру 1, штуцером выхода спиртовоздушной смеси Dу 800, ру 0,4.

Для расчета принимают агрегатную схему компоновки оборудования, по которой на один контактный аппарат приходится один спиртоиспаритель.

Тепловой расчет

Исходнве данные:

Теплоноситель - водяной насыщенный пар, образующийся при охлаждении контактного газа конденсатом в подконтактном холодильнике, давление пара 0,3 МПа, температура 133С; температура в С: жидкого метанола - 25; воздуха - 120; спиртовоздушной смеси на выходе из испарителя - 85; в спиртоиспаритель подают: жидкого метанола - 156,00107/3600=0,043 кмоль/с или 4992,0342/3600=1,39к кг/с; сухого воздуха - (38,875272+146,2450)/3600= 0,051 кмоль/с; количество: паров воды в воздухе 4,11782/3600=0,00114 кмоль/с, воды в техническом метаноле 3,99682 кг/ч; спиртовоздушной смеси на выходе из испарителя 0,096 кмоль/с.

Цель расчета - определение расхода греющего пара.

Уравнение теплового баланса в общем виде:

Ф1 + Ф2 + Ф3 = Ф4 + Ф5 + ФПОТ,

Где Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 - тепловые потоки жидкого технического метанола, воздуха, греющего пара и спиртовоздушной смеси, кВт;

Ф5 - теплота, расходуемая на испарение метанола и воды, кВт;

ФПОТ - теплопотери в окружающую среду, кВт.

Тепловой поток жидкого технического метанола:

Ф1=0,043*81,60+(3,99682*4,187/3600)*25=87,83 кВт

Где 81,60 - молярная теплоемкость жидкого технического метанола, Дж/(моль*К);

4,187 - удельная теплоемкость воды, кДж/(моль*К).

Тепловой поток воздуха:

Ф2=(0,051*29,725+0,00114*34,42)*120=187,108 кВт

Где 29,725 - средняя молярная теплоемкость сухого воздуха, Дж/(моль*К);

34,42 - молярная теплоемкость водяного пара, Дж/(моль*К).

Значение молярных теплоемкостей компонентов воздуха и жидкого метанола рассчитывают при температуре Т=120+273=393 К. для определения теплового потока спиртовоздушной смеси Ф4 используют данные таблицы материального баланса стадии контактирования; среднюю молярную теплоемкость спиртовоздушной смеси рассчитывают при температуре Т=85+273=358 К.

Расчет средней молярной теплоемкости спиртовоздушной смеси:

	Xi,	Ci, Дж/(моль*К)	Ci* Xi/100, Дж/(моль*К)
CH3OH O2 N2 H2O	45,16 11,25 42,33 1,26	48,96 29,73 29,41 34,09	22,11 3,34 12,45 0,43
Всего:	100,00	-	38,33

Тепловой поток спиртовоздушной смеси:

Ф4=0,096*38,33*85=312,7728 кВт

Расход теплоты на испарение метанола и воды:

Ф5=1,39*1050,1+1050,1+(3,99682/3600)*2297,0=1462,19 кВт

Где: 1050,1 и 2297,0 - удельная теплота парообразования метанола и воды, кДж/кг

Принимают, что теплопотери в окружающую среду составляют 1 от общего прихода (расхода) теплоты:

Фпот=(312,7728+1462,19)*1/(100-1)=18 кВт

Общий расход теплоты:

Фрасх=Ф4+Ф5+Фпот=312,7728+1462,17+18=1793 кВт

Тепловой поток греющего пара находят из уравнения теплового баланса:

Ф3 = Фрасх - Ф1 - Ф2=1793-87,83-187,108=1518,062 кВт

Расход греющего пара:

1518,062/(0,9*2171)=0,777 кг/с или 2797,2 кг/ч

Где: 2171 - удельная теплота парообразования при р=0,3 МПа, кДж/кг;

0,9 - к.п.д. теплообменника.

Расчет спиртоиспарителя:

Выполняют проверочный расчет площади поверхности теплообмена.

Необходимую площадь поверхности теплообмена определяют по формуле:

Fа = Фа/(кТср)

Расчет ведут по зонам нагрева метанола от 25 до 85С и испарения его при 85С.

Тепловая нагрузка аппарата по зоне нагрева:

Фан=87830(85-25)/25=210792 Вт

Тепловая нагрузка по зоне испарения:

Фисп=1462190 Вт

Температурная схема теплообмена:

Водяной пар

133С 133С 133С

метанол

25С 85С 85С

зона нагрева зона испарения

Средняя разность температур:

В зоне нагрева:

tmax=133-25=108С, tmin=133-85=48С,

tсрн=(108-48)/2,303lg(108/48)=74С, Тсрисп=48 К.

Тепловой баланс спиртоиспарителя:

Коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

к = (1/1+rст+1/2)-1

приход	кВт		Расход	кВт
Тепловой поток метанола Тепловой поток воздуха Тепловой поток греющего пара	87,83 187,108 1518,062	4,9 10,4 84,7	Тепловой поток спиртовоздушной смеси Теплопотери на испарение Теплопотери в окружающую среду	312,7728 1462,19 18	17,4 81,6 1
Всего:	1793	100,00	Всего:	1793	100,00

где: 1 - коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке трубы, Вт/(м2*К);

2 - кэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемому метанолу (зона нагрева) и кипящему метанолу (зона испарения), Вт/(м2*К).

Данные о теплофизических параметрах воды, водяного пара и метанола при соответствующих температурах находят по спарвочнику:

Метанол:

При t=25С = 767,5 кг/м3

При t=85С = 730,5 кг/м3; п = 2,47 кг/м3; r = 1072*103 Дж/кг;

= 17,13*10-3 Н/м; = 277,5*10-6 Па*с; = 18,70*10-2 Вт/(м*К);

При t=55С = 760,5 кг/м3; = 373,5*10-6 Па*с;

= 20,64*10-2 Вт/(м*К); с = 2840 Дж/(кг*К); Рr=5,14;

Вода:

При t=133С = 932,3 кг/м3; = 207,2*10-6 Па*с;

= 68,57*10-2 Вт/(м*К); r = 2171*103 Дж/кг.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара к стенке трубы высотой Н определяют по формуле:

1 = 1,21(2rg / Н)1/3-1/3,

1 = 1,21*68,75*10-2(932,32*2171*103*9,81 / 207,2*10-6*4)1/3-1/3 = 2,33*105-1/3.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к потоку метанола (в зоне нагрева) определяют по формуле:

2н = Nu/d.

При скорости движения метанола в трубном пространстве = 0,05 м/с критерий Рейнольдса равен:

Re=d/=0.05*0.05*760.5/(373.5*10-6)=5090/

Режим движения - переходный, следовательно, критерий Нуссельта рассчитывают по формуле:

Nu=0.008Re0.9Pr0.43=0.008*50900.9*5.140.43=35.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемому метанолу:

2н = 35*20,64*10-2 / 0,05=144 Вт/(м2К).

Определяют коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящему метанолу (в зоне испарения) по формуле:

2исп = b2/ (Tкип)1/32/3,

Где: b - безразмерный коэффициент; - поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2.

Так как эта формула справедлива при умеренной плотности теплового потока (0,4кр), то рассчитывают критическую поверхность теплового потока по формуле:

,

0,4кр=0,4*785114=314046 Вт/м2.

Поверхностная плотность теплового потока для принятого испарителя:

=Фисп/F=1462190/162=9025,864 Вт/м2.

Так как 0,4кр, то, следовательно, принятая для расчета 2исп формула применима.

Коэффициент b определяют по формуле:

b=0,075*1+10(/п-1)-2/3,

b=0,075*1+10(730,5/2,47-1)-2/3=0,0919.

.

Сумма термических сопротивлений стенки трубы с учетом слоев загрязнений:

rст=r1+r2+r3=0.00018+0.0035/17.5+0.00035=0.00074 м2К/Вт,

Где: r1 и r3 - сопротивление слоев загрязнений с обеих сторон стенки трубы, м2К/Вт; 0,0035 - толщина стенки трубы, м; 17,5 - теплопроводность нержавеющей стали, Вт/(м*К).

Из основного уравнения теплопередачи и уравнения аддитивности термических сопротивлений следует:

При Тср = 48 К получают:

у1 = 0,00000431,33 + 0,00074 + 0,4630,33 - 48 = 0.

Принимают 1=20000 Вт/м2, тогда:

у1=0,0000043*200001,33+0,00074*20000+0,463*200000,33-48=2,259+12,160+14,800-48,000=-18,781.

Принимают 2=40000 Вт/м2, тогда:

у2=0,0000043*400001,33+0,00074*40000+0,463*400000,33-48=5,678+29,600+15,285-48,000=2,563.

Истинное значение поверхностной плотности теплового потока при у=0:



Коэффициент теплоотдачи от греющего водяного пара к стенке трубы:

1=2,33*105*37598-1/3=7204 Вт/(м2К).

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящему метанолу:

2исп=2,16*375982/3=2424 Вт/(м2К).

Коэффициент теплопередачи по зоне нагрева:

К1=(1/7204+0,00074+1/144)-1=128 Вт/(м2К).

Коэффициент теплопередачи по зоне испарения:

К2=(1/7204+0,00074+1/2424)-1=774 Вт/(м2К).

Площадь поверхности теплообмена:

F=F1+F2=262843/(128*74)+1462190/(774*48)=27,75+39,36=67,11 м3.

Так как при расчете процесса теплопередачи для случая кипения жидкости отклонения экспереминтальных данных от рассчитанных по формуле лежат в приделах 35, то площадь поверхности зоны испарения должна быть увеличена. Кроме того , возможно попадение воздуха в кипящий метанол, что резко снижает коэффициент теплопередачи; следовательно, для спиртоиспарителя, работающего в данных условиях, необходим большой запас площади поверхности теплообмена.

Технологический расчет подконтактного холодильника

Назначение, устройство и основные размеры.

Определение числа аппаратов

Подконтактный холодильник предназначен для быстрого охлаждения контактного газа до 140-160С во избежание разложения образовавшегося формальдегида.

Для установки выбран вертикальный стальной кожухотрубчатый теплообменник с противоточным движением теплоносителя в межтрубном пространстве и контактного газа в трубном пространстве. Теплоноситель - паровой конденсат (р=0,3 МПа, t=133С).

В холодильнике предусмотрено шахматное расположение труб (по вершинам правильных шестиугольников). Температурные напряжения, вызываемые разностью температур между кожухом и трубами, могут привести к разрушению аппарата; во избижание этого на корпусе установлен линзовый компенсатор.

Техническая характеристика:

Диаметр внутренний, мм	2000
Высота общая, мм	5500
Число труб (dтр=252,5 мм)	1752
Длина трубки, мм	4000
Площадь поверхности теплопередачи, м2	550

Аппарат снабжен штуцером выхода газа Dy 600, ру 1, шестью штуцерами входа конденсата Dy 80, ру 1 и шестью штуцерами выхода пароводяной эмульсии Dy 150, ру 1.

Принимают агрегатную схему компоновки оборудования - контактный аппарат смонтирован непосредственно на подконтактном холодильнике.

Тепловой расчет

Исходные данные:

В холодильник подают 402,6821/3600=0,112 кмоль/ч контактного газа;

Температура:

На входе в холодильник 680С; на выходе из холодильника 150С.

Цель расчета - определение тепловой нагрузки холодильника и расхода парового конденсата.

Уравнение теплового баланса холодильника в общем виде:

Ф1=Ф2+Ф3+Фпот

Где: Ф1 и Ф2 - тепловые потоки контактного газа на входе в холодильник и на выходе из него, кВт; Ф3 - теплота, отводимая испаряющимся конденсатом, кВт; Фпот - теплопотери в окружающую среду, кВт.

Тепловой поток контактного газа на входе в холодильник Ф1 определен в тепловом расчете контактного аппарата Ф1=3716,303 кВт.

Для определения значения Ф2 рассчитывают среднюю молярную теплоемкость контактного газа при Т=150+273=423 К.

Расчет средней молярной теплоемкости контактного газа:

	Xi,	Ci, Дж/(моль*К)	Ci* Xi/100, Дж/(моль*К)
CH3OH СН2O СО СО2 N2 Н2 H2O	17,04 19,5 0,43 1,73 36,6 6,3 18,4	54,23 40,72 29,88 43,19 29,09 28,94 34,71	9,24 7,74 0,13 0,75 10,65 1,82 6,39
Всего:	100,00	-	36,72

Тепловой поток контактного газа на выходе из холодильника:

Ф2=0,112*36,72*150=616,9 кВт.

Тепловой баланс холодильника:

приход:	кВт		Расход:	кВт
Тепловой поток контактного газа на входе	3716,303	100	Тепловой поток контактного газа на выходе Теплота, отводимая испаряющимся конденсатом Теплопотери в окружающую среду	616,9 2913,588 185,815	16,6 78,4 5
Всего:	3716,303	100	Всего:	3716,303	100

Принимают, что теплопотери в окружающую среду составляют 5% от общего прихода теплоты:

Фпот=0,05*3716,303=185,815 кВт.

Теплоту, отводимую испаряющимся конденсатом (тепловую нагрузку холодильника), находят из уравнения теплового баланса:

Ф3=Ф1-Ф2-Фпот=3716,303-616,9-185,815=2913,588 кВт.

Расход конденсата:

m=2913,588/2171=1,342 кг/с или 4831,376 кг/ч,

где: 2171 - удельная теплота парообразования при р=0,3 МПа, кДж/кг

Расчет подконтактного холодильника

Выполняют проверочный расчет площади поверхности теплообмена определяют по формуле. Тепловая нагрузка определена в тепловом расчете подконтактного холодильника Фа=2913588 Вт.

Температурная схема теплообмена:

Контактный газ

680С 150С

конденсат

133С 133

tmax=680-133=547C (547 K)

tmin=150-133=17C (17 K)

Т=153 К.

Коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

К=(1/1+rст+1/2)-1,

Где: 1 - средний коэффициент теплоотдачи от контактного газа к стенке трубы, Вт/(м2К); 2 - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящему конденсату, Вт/(м2К).

Определяют средний коэффициент теплоотдачи от контактного газа к стенке трубы:

2 = АтрW0,8d-0,2,

Где: Атр - коэффициент, учитывающий физические свойства контактного газа при средней температуре; W - массовая скорость контактного газа в трубном пространстве, кг/(м2с); d - внутренний диаметр трубы, м.

Теплофизические параметры контактного газа находят при средней температуре:

tср=(680+150)/2=415С.

Рассчитывают среднее значение молярной теплоемкости контактного газа для интервала температур 150-680С (значения Сm при 150 и 680С рассчитаны ранее):

Сm=(48,796+36,72)/2=42,758 Дж/моль*К

Динамическую вязкость контактного газа определяют по формуле. Для упращения расчета делают следующие допущения:

В поток «метанол» включают метанол и формальдегид;

В поток «диоксид углерода» включают диоксид и оксид углерода.

Расчет динамической вязкости контактного газа:

	СН3ОН	СО2	N2	Н2	Н2О
xi, %	36.54	2.19	36.6	6.3	18.4	100
Mr	32	44	28	2	18	-
Mixi/100	11.7	0.96	10.248	0.126	3.312	26.346
i107, Пас	231	304	315	156	237	-
(Mixi/100)10-7, Пас	0.0506	0.00315	0.0325	0.0008	0.014	0.10105

см=(26,346/0,10105)10-7=260,722410-7 Пас

Удельная теплоемкость контактного газа:

С=42,758*1000/26,346=1622,941 Дж/кг*К.

Принимают, что критерий Прандля для двухатомных газов Рr=0,72 , тогда теплопроводность контактного газа:

=1622,941*260,7224*10-7/0,72=0,0588 Вт/м*К.

Площадь сечения трубного пространства подконтактного холодильника:

Sтр=0,785*2,02*1752=0,55 м2.

Массовая скорость контактного газа в трубном пространстве:

W=m/Sтр=10409,0048/0,55/3600=5,25 кг/(м2с),

Где: m - расход контактного газа, кг/ч

Коэффициент, учитывающий физические свойства контактного газа, определяют по формуле:

Атр=17,2*10-3(/0,8)*(Рr/0,73)0,4,

Атр=17,2*10-3(0,0588/(260,7224*10-7)0,8)*(0,72/0,73)0,4=4,67.

Средний коэффициент теплоотдачи:

1=4,67*5,250,8*0,02-0,2=38,48 Вт/(м2К).

Определяют коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящему конденсату по формуле:

2=Nu*/,

Где: - теплопроводность конденсата, Вт/(м*К); - определяющий параметр, м.

При 133С =68,6*10-2 Вт/(м*К), =7,05*10-6 м.

Для выбора формулы, по которой рассчитывают значение критерия Нуссельта, необходимо знать режим движения конденсата в межтрубном пространстве.

Критерий Рейнольдса определяют по формуле:

Re=B,

Где: В - коэффициент, учитывающий теплофизические свойства кипящего конденсата, м2/Вт;

- поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2.

При 133С В=9,03*10-6 м2/Вт.

При тепловой нагрузке Фа=2913588 Вт и площади поверхности теплообмена Fа=550 м2.

=Фа/Fа=2913588/550=5297,433 Вт/м2.

Re=9,03*10-6*5297,433=0,047.

Так как, Re10-2, то для определения критерия Нуссельта используют формулу:

Nu=0,125Re0,65Рr0,3

При температуре 133С Pr=1,29.

Nu=0,125*0,0470,65*1,290,33=0,0186.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящему конденсату:

2=0,0186*68,6*10-2/7,05*10-6=1809,8723 Вт/(м2К).

Сумма термических сопротивлений стенки трубы с учетом слоев с обеих сторон:

rст = r1 + r2 + r3 = 0.00009+0.0025/17.5+0.00018=0.000413 м2К/Вт.

Где: r1 и r3 -сопротивление слоев загрязнений с обеих сторон трубы, м2К/Вт;

0,0025 - толщина стенки трубы, м; 17,5 - теплопроводность нержавеющей стали, Вт/(м*К).

Коэффициент теплопередачи:

к = (1/38,48+0,000413+1/1809,8723)-1=37,10 Вт/(м2К).

площадь поверхности теплопередачи:

Fa = 2913588/3710*153=513,2 м2.

Запас площади поверхности теплопередачи:

(550-513)*100/513=7,2

Заключение

Проведенные расчеты показали, что у производственных мощностей, реакторов и аппаратов есть весьма солидный технологический запас по увеличению мощности производства. На примере одной технологической нитки были проведены материальный, тепловой расчеты, а также поверочные расчеты вспомогательного оборудования. Большим плюсом оказалось, что увеличение мощности производства не требует внедрения нового оборудования или замены существующего, а следовательно и не понесет за собой практически никаких убытков.

Список литературы

1 Огородников С.К. Формальдегид. - Л: Химия, 1984. - 280 с.

2 Технологический регламент производства формалина ?Завода формалина и карбосмол? Томского Нефтехимического комбината.

3 Лебедев Н.Н. Химия и технология основного и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. - М: Химия, 1981. - 608 с.

4 Охрана труда в химической промышленности. Под ред. Г.В. Макарова. М: Химия, 1989. - 476 с.

5 Криницына З. В. Менеджмент. Томск ТПУ, 2002. - 54 с.

6 Иванов Г.Н., Ляпков А.А., Бочкарев В.В. Учебное пособие - Томск: изд. ТПУ - 2002. - 113 с.

7 Гутник С.П. Расчеты по технологии органического синтеза. М: Химия, 1988. - 272 с.

8 Справочник нефтехимика. Под ред. С.К. Огородникова - Л: Химия, 1978. Т.2. - 592 с.

9 Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского М: Химия 1991. - 496 с.

10 Павлов. К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л: Химия, 1987. - 576 с.

11 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. - Л: Машиностроение, 1970. - 752 с.

12 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. - М: Энергия, 1969. - 264 с.

13 Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М: Наука, 1972. - 653 с.

14 Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. - Л: Химия, 1991. - 352 с.

15 Основы проектирования. Под ред. Лащинского А.А. - М: Химия, 1971. - 466 с.

16 Бочкарев В.В., Ляпков А.А. Основы проектирования предприятий органического синтеза. Методические указания к выполнению дипломного проекта. - Томск: ТПУ, 2002. - 52 с.

17 Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя. М: Машиностроение, 1980. Т.3. - 557 с.

18 Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты: Л: Химия, 1977. - 360с.

Размещено на Allbest.ru