Окисление изопропилбензола

Отношение По графику уточняем значение Поскольку он принимает близкое к принятому значение, пересчёт толщин ребра не требуется.

Общая длина сварного шва:

Прочность сварного шва проверим по формуле:

- общая длина сварных швов, м; - катет сварного шва, м (=0,008 м); - допускаемое напряжение материала шва на срез, МН/м2).

Таким образом, можно сделать вывод, что условие выполняется и прочность швов обеспечена.

8. Расчёт и подбор вспомогательного оборудования

Расчёт насоса № 61 для подачи окислительной шихты, которая проходит подогреватели № 5а в отд.101.

Для всасывающего и нагнетательного трубопроводов примем одинаковую скорость течения окислительной шихты, равную 0,8 м/с. Зададимся длиной линии всасывания 20 м, длину линии нагнетания примем равной 50 м. Примем геометрическую высоту подъёма окислительной шихтыHг равной 35 м.

Рассчитаем объемный расход перекачиваемой жидкости:

Тогда диаметр трубопровода находим по формуле:



Определим потери на трение и местные сопротивления.Находим критерий Рейнольдса:

- скорость течения потока, м/с; - диаметр трубопровода, м; - плотность потока, кг/м3; - динамическая вязкость среды, Н.

Для окислительной шихты динамическая вязкость составляет 0,000281 Н, тогда:

Из этого следует, что режим течения в трубопроводе - турбулентный.

В турбулентном потоке различают три зоны, для которых коэффициент л рассчитывают по разным формулам.

Абсолютную шероховатость труб примем м. Тогда относительная шероховатость труб составит:

Т.к. в трубопроводе смешанное трение и расчёт коэффициента трения будем производить по формуле:



Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.

1. Вход в трубу (принимаем с острыми краями): ж1=0,5

2. Прямоточные вентили: для d=0,150 м о=0,42; для d=0,200 м о=0,36. Интерполяцией находим, что для d=0,165о=0,407.

3. Плавный отвод круглого сечения: ж=А·В ; коэффициент А зависит от угла ц, на который изменяется направление потока в отводе; примем ц = 90°, значит А=1. Коэффициент В зависит от отношения радиуса поворота трубы R0 к внутреннему диаметру трубы d; примем R0/ d=6, тогда В=0,09.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:

Потерянный напор на линии всасывания:

- коэффициент трения; - соответственно длина и диаметр трубопровода, м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений; - скорость потока, м/с.

Тогда потери на линии всасывания составят:

Рассчитаем потери напора на линии нагнетания.

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.

1.Выход из трубы ж1=1

2. Прямоточные вентили: для d=0,150 м о=0,42; для d=0,200 м о=0,36. Интерполяцией находим, что для d=0,165о=0,407

3. Плавный отвод круглого сечения: ж=А·В ; коэффициент А зависит от угла ц, на который изменяется направление потока в отводе; примем ц = 90°, значит А=1. Коэффициент В зависит от отношения радиуса поворота трубы R0 к внутреннему диаметру трубы d; примем R0/ d=6, тогда В=0,09.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии:

Потерянный напор на линии нагнетания:

Общие потери напора:

.

Начальное давление подачи сырья P1 - атмосферное (101325 Па), рабочее давление в колонне P2 = 6 ата или 588399 Па. Рассчитаем напор насоса по формуле:

Полезную мощность насоса определим по формуле:



- подача (расход), м3/с; - напор насоса, м; - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3.

Принимая КПД передачи и КПД насоса (для центробежного насоса средней производительности рассчитаем мощность на валу двигателя:

Заданным напору и подаче соответствуют 2 насоса марки2ЦГ 100/80-К-37-5-У5 , установленные на производстве, для которых в оптимальных условиях работы производительность составляет 100 м3/ч и мощностью 37 кВт. Число оборотов 3000 об/мин.

Расчёт теплообменного аппарата.

Произведём расчёт теплообменного аппарата, предназначенного для отвода тепла, выделяющегося в ходе процесса окисления в колонне.

Изначально примем к установке теплообменник согласно ГОСТу 15118-79 [12] и проверим, возможно ли его использование для нормального поддержания технологического режима.

Таблица 8

Длина труб	6	м
Поверхность теплообмена	219
Число ходов z	1
Диаметркожуха	800	мм
Диаметр труб	25x2	мм
Число труб n	465

Исходя из материального баланса, массовый приход шихты составляет 46461,03 кг/час. Удельная теплоёмкость шихты составляет 260,81 Дж/кг·К, начальная температура - 125, конечная - 122. Плотность шихты , динамическая вязкость , теплопроводность .

В качестве хладагента используется вода с температурой . Физико-химические свойства воды: плотность воды , динамическая вязкость , теплопроводность Вт/моль·К.

Тепловая нагрузка аппарата составляет Вт, расход охлаждающей воды 0,029 м/с.

Произведём уточненный расчёт коэффициента теплопередачи.

где и - коэффициенты теплоотдачи шихты и воды соответственно, Вт/(м*К);

- сумма температурных сопротивлений, Вт/(*К).

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для трубного пространства .

В трубное пространство подаётся шихта =46461,03 кг/час = 12,91кг/сек.

Плотность шихты =754,30кг/.

Объёмная скорость шихты равна

,

Внутренний диаметр трубы равен .

Линейная скорость , м/с, находится по формуле

,

где G - объёмная скорость подачи, сек; d - внутренний диаметр трубы, м; n - число труб в теплообменнике; z - число ходов в теплообменнике.

Следовательно, линейная скорость шихты

.

Динамическая вязкость сырья0,000135 Па*с.

Критерий Рейнольдса

,

где w - линейная скорость, м/с; d - внутренний диаметр трубы, м;- плотность шихты, ;

динамическая вязкость, Па*с;

, т.е. режим турбулентный.

Для турбулентного режима критерий Нуссельта рассчитывается по формуле

,

где

, где - удельная теплоёмкость шихты=260,81 Дж/(кг К); - удельная теплопроводность шихты=0,121 Вт/(м К), - динамическая вязкость шихты =0,000135 Пас.

.

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи:

,

где - коэффициент теплоотдачи, В/(м К); - критерий Нуссельта; - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); - внутренний диаметр трубы, м;

Коэффициент теплоотдачи окисляемой шихты:

.

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для межтрубного пространства .

В межтрубное пространство реактора подается вода.

Объёмный расход воды найдем по формуле:



Рассчитаем площадь межтрубного пространства:

Эквивалентный диаметр находим по формуле:

Определим скорость воды в межтрубном пространстве:

Критерий Рейнольдса для воды:

, т.е. режим турбулентный.

Для турбулентного режима критерий Нуссельта рассчитывается по формуле

,

где

,

где - удельная теплоёмкость воды=4181,1 Дж/(кг К);

- удельная теплопроводность воды=0,58 Вт/(м·К), - динамическая вязкость воды =0,000809Па·с.

.

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи воды:

.

Термические сопротивления по справочным данным составляют:

теплопроводность стали =47 Вт/(м К);

толщина стенки =0,002м;

тепловое сопротивление для воды

Таким образом ,

Коэффициент теплопередачи по формуле:

.

Тогда расчётная поверхность теплообмена по формуле:

м.

Запас составит .

Вывод: выбранный теплообменный аппарат подходит для нормального поддержания технологического режима с запасом поверхности равной 9,94%.

Расчёт ёмкости сбора абгазов.

Рассчитаем объём сборника,предназначенного для приема конденсата абгазов окисления после аппаратов № 61-6, 71-6, а также с узла очистки абгазов.

Примем время заполнения ёмкости равным 0,5 часа и установим коэффициент заполнения 0,8. Плотность абгазовсоставляет 796,04 кг/м3.

Объём ёмкости рассчитывается по формуле:

Рассчитаем объем емкости:

Принимаем к установке горизонтальный, цилиндрический аппарат,установленный на производстве, объём которого равен 3,2м3.Характеристики данной ёмкости:

Диаметр - 1400 мм

Длина - 2400 мм

Рабочее давление - 4 кгс/см2

Расчётное давление - 4 кгс/см2

Рабочая температура - 20°С

Материал - Х18Н10Т

9. Автоматизация и сигнализация процесса

Регистрируется:

1. Давление (поз.2) и расход (поз.1) технологического воздуха в отделение 101.

2. Уровень в аварийной емкости № 10 (поз.20).

3. Уровень в кубе окислительной колонны № 21-6(поз.18).

4. Расход пара давления 12 кгс/см2(поз.35).

5. Температура пара давления 12 кгс/см2(поз.72).

6. Температура пара давления 5 кгс/см2(поз.73)

7. Расход окислительной шихты из отделения 102 в колонну окисления № 21-6(поз.8).

8. Уровень в емкости № 69 (поз.11).

9. Температура прямой химочищенной воды (поз.10).

10. Температура обратной химочищенной воды (поз.30).

11. Температура окислительной шихты после теплообменника № 5в(поз.3).

12. Температура абгазов(поз.29).

13. Температура окислительной шихты после подогревателей № 5а1,2(поз.7).

14. Температура технологического воздуха, подаваемого на окисление (поз.5).

15. Уровень в сборнике № 8 (поз.22).

Регистрируется и регулируется:

1. Расход технологического воздуха на систему окисления регулятором расхода (поз.13), клапан которого установлен на линии подачи воздуха в колонну окисления.

2. Температура на секциях колонны окисления регуляторами температуры (поз.161-9), клапаны которых установлены на линии подачи химочищенной воды в решиферы секций.

3. Давление в системе окисления ИПБ и на установке очистки абгазов регулятором давления (поз.27), клапан которого установлен на линии подачи абгазов в буфер-глушитель № 111.

4. Температура окислительной шихты регулятором температуры (поз.4), клапан которого установлен на линии подачи пара в теплообменник № 5б.

5. Уровень в сборнике № 8 регулятором уровня (поз.21), клапан которого установлен на линии подачи ИПБ из сборника № 8 в емкость № 21.

6. Уровень в верху колонны окисления № 21-6 регулятором уровня (поз.17), клапан которого установлен на линии подачи окислительной шихты из отделения 102 в колонну № 21-6.

7. Отбор реакционной массы из куба колонны окисления № 21-6, регулятором расхода (поз.19), клапан которого установлен на линии отбора реакционной массы.

8. Давление в коллекторе химочищенной воды на нагнетании насоса № 701,2 регулятором давления (поз.12), клапан которого установлен на линии сброса химочищенной воды с нагнетания насоса № 701,2 на всас.

10. Давление пара Р = 5 кгс/см2 в коллекторе регулятором давления (поз.9), клапан которого установлен на коллекторе 5 атм.пара.

11. Давление воздуха КИП Р=1,2 кгс/см2 в операторную регулятором давления (поз.33), клапан которого установлен на линии подачи воздуха КИП в операторную.

12. Давление воздуха КИП Р=1,2 кгс/см2 на наружную установку регулятором давления (поз.34), клапан которого установлен на линии подачи воздуха КИП на наружную установку.

Блокировки:

1. При завышении температуры по секциям колонн окисления № 21-6 возможен процесс распада гидроперекиси ИПБ с взрывом. Для предотвращения завышения температуры в колонне окисления предусмотрена блокировка: прекращается подача технологического воздуха на систему (закрывается отсечной клапан на линии подачи технологического воздуха).

2. В случае остановки насоса № 701,2 и снижения давления в коллекторе химочищенной воды менее 2,5 кгс/см2 предусмотрено автоматическое переключение на подачу промышленной воды в решиферы секций колонн окисления для съема тепла реакции. Отсечные клапаны на линии подачи химочищенной воды с решиферов секций колонн окисления в холодильник № 72 (поз.12б) и на линии подачи промышленной воды в холодильник № 72 (поз.12а) закрываются, отсечные клапаны на линии подачи промышленной воды (поз.12в) и на линии подачи обратной воды (поз.12г) с колонн окисления открываются.

Предусмотрена световая, звуковая сигнализации и блокировка следующих параметров.

Заключение

В ходе выполнения представленной работы был рассмотрен литературный обзор процесса окисления изопропилбензола, подробно представлено описание схемы технологического процесса и проведен системный анализ установки окисления изопропилбензола.

В результате выполнения технологических расчётов и сопоставления их результатов с регламентскими данными, можно сделать вывод о том, что установленного на действующем производстве оборудования хватит с запасом для проведения процесса в условиях повышения производительности.

Библиографический список

1.Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для ВУЗов.4-е изд., - М. Химия,1988-592 с.

2.Б.Д.Кружалов, Б.И.Голованенко. Совместное получение фенола и ацетона. М.,Госхимиздат,1963 г.

3.А.И. Динцесан, Л.А. Потоловского. Основы технологии нефтехимического синтеза под редакцией. Гостоптехиздат, 1960.

4.Справочник нефтехимика/ Под ред. С.К.Огородникова. В 2-х т.: Химия,1978-496 с.

5.Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. М.:Химия,1985-599 с.

6. Варгафтик Н.Б. Справочник по физическим свойствам газов и жидкостей.- М.: Физматгиз, 1963, 150 с.

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

8. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов/ Под ред. В.М. Татевского. М.: Гос. науч.-техн. изд-во нефтяной и горно-топливной лит., 1960. 412 с.

9. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справ.пособ. Л.:Химия, 1982. 592с.

10. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Учебник для вузов. Изд. 2-е. В 2 кн. Часть 2. Масообменные процессы и аппараты. М.:Химия, 1995. - 368 с .: ил.

11. Глазко И.Л. Основы проектирования оборудования предприятий органического синтеза: учеб. пособ./ И.Л. Глазко, О.П. Гурьянова, Ю.А. Дружинина, С.В. Леванова. - Самара. Самар. гос. техн. ун-т, 2008. - 144 с.: ил.

12. Касаткин А.Г. Основные процесы и аппараты химической технологии. М.:"Химия",1974. - 780 с.

13.Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. - Л. Машиностроение, 1981. -382 с.

14. Воденкова Н.Н. Дипломное проектирование: подготовка, оформление и защита: учеб. пособ. Ч.1./. Е.Л. Красных, С.В. Леванова, А.С. Леолько, А.Б. Соколов. - Самара. Самар. гос. техн. ун-т., 2007. - 137 с

15. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов под ред. чл.- корр. АН России П.Г. Романкова.- 12-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987 г. М.: ООО ТИД «Альянс»,2005.-576 с.

Размещено на Allbest.ru