Файл: Расчетнографическая работа по курсу Системный анализ процессов химической технологии Производство изопропилового спирта прямой гидратацией пропилена.docx
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 94
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
O. Конденсат, содержащий 15 – 16 % спирта, отделяется от не прореагировавщего пропилена в сепараторе 8 и затем направляется на ректификацию. Не прореагировавший пропилен возвращается в процесс. Гидрататор – контактный аппарат емкостного типа представляет собой полую цилиндрическую колонну из углеродистой стали, днище и стенки которой защищены от действия фосфорной кислоты листовой красной медью.
1 – компрессор; 2 – смеситель; 3 – теплообменник; 4 – трубчатая печь; 5 – реактор-гидрататор; 6 – нейтрализатор; 7 – холодильник – конденсатор; 8 – сепаратор.
Рисунок 1 – Упрощенная химико-технологическая схема установки для производства изопропилового спирта методом прямой гидратации пропилена.
1 – сжатие пропилена; 2 – нагрев парогазовой смеси; 3 – химическое превращение; 4 – охлаждение продуктов реакции; 5 – отделение циркуляционного газа; 6 – отделение пропанола.
Рисунок 2 – Упрощенная функциональная схема.
1 – смеситель; 2 – смеситель; 3 – теплообменник; 4 – трубчатая печь; 5 – реактор-гидрататор; 6 – нейтрализатор; 7 – холодильник – конденсатор; 8 – сепаратор.
G1 – входной поток свежего пропилена; G2 – ; G3 – поток реакционной смеси; G4 – нагретый теплотой реакции поток парогазовой смеси; G5 – поток реагентов, нагретых до 300 °С; G6 – поток продуктов реакции; G7 – поток продуктов реакции, отдавших тепло реагентам; G8 – поток охлаждаемых продуктов реакции; G9 – поток пропанола, выводимый из процесса; G10 – поток циркулирующего пропилена, отделенных от остатков фосфорной кислоты; G11 – поток реакционного пара.
Рисунок 3 – Структурная схема.
1 – смеситель свежего и циркулирующего пропилена; 2 – смеситель пропиленовой смеси и пара; 3 – теплообменник; 4 – нагрев реакционной смеси; 5 – реактор; 6 – охлаждение продуктов реакции;
7 – конденсатор.
Рисунок 5 – Операторная схема.
Таблица 1 – Сводная таблица тепловых и массовых потоков
В работе был произведен расчет промышленной установки, предназначенной для получения изопропанола прямой гидратацией пропилена. Были разработаны химико-технологическая, функциональная и структурная, операторная схемы, а также проведен покомпонентный расчет основных массовых и тепловых потоков.
Таблица 2 – Теплофизические свойства веществ
Текст программы Mathcad
Задаем нумерацию элементов массивов данных, начиная с 1:
Зададим начальные значения теплофизических свойств, взятые из справочника:
С3Н6
Н2О(г)
С3Н7OH(г)
Н2О(ж)
С3Н7OH(ж)
Проводим векторизацию и перевод размерностей из молей в кг:
Определяем функцию расчета энтальпии при температуре Т:
Необходимо определить температурные и массовые потоки. Массовые потоки по компонентам будут записаны в матрице G из 11 векторов, энтальпийные потоки и температура - в векторах GH и T соответственно, состоящие из 3 элементов.
Зададим функцию расчета температуры по энтальпии и расходу:
Задаем входные данные:
- поток свежего пропилена
- поток водяного пара
Соотношение потоков:
Алгоритм расчета:
0. Расчет начальных потоков: пропилена, водяного пара и рециклового пропилена.
Задаем начальные приближения (разрываем связь G10)
Данные для рецикловового потока не прореагировавшего пропилена произвольные:
1. Расчет смесителя: смешение свежего и рециклового пропилена.
Стехиометрические коэффициенты:
Химико-технологическая схема процесса прямой гидратации пропилена
1 – компрессор; 2 – смеситель; 3 – теплообменник; 4 – трубчатая печь; 5 – реактор-гидрататор; 6 – нейтрализатор; 7 – холодильник – конденсатор; 8 – сепаратор.
Рисунок 1 – Упрощенная химико-технологическая схема установки для производства изопропилового спирта методом прямой гидратации пропилена.
Функциональная схема
1 – сжатие пропилена; 2 – нагрев парогазовой смеси; 3 – химическое превращение; 4 – охлаждение продуктов реакции; 5 – отделение циркуляционного газа; 6 – отделение пропанола.
Рисунок 2 – Упрощенная функциональная схема.
Структурная схема
1 – смеситель; 2 – смеситель; 3 – теплообменник; 4 – трубчатая печь; 5 – реактор-гидрататор; 6 – нейтрализатор; 7 – холодильник – конденсатор; 8 – сепаратор.
G1 – входной поток свежего пропилена; G2 – ; G3 – поток реакционной смеси; G4 – нагретый теплотой реакции поток парогазовой смеси; G5 – поток реагентов, нагретых до 300 °С; G6 – поток продуктов реакции; G7 – поток продуктов реакции, отдавших тепло реагентам; G8 – поток охлаждаемых продуктов реакции; G9 – поток пропанола, выводимый из процесса; G10 – поток циркулирующего пропилена, отделенных от остатков фосфорной кислоты; G11 – поток реакционного пара.
Рисунок 3 – Структурная схема.
Операторная схема
1 – смеситель свежего и циркулирующего пропилена; 2 – смеситель пропиленовой смеси и пара; 3 – теплообменник; 4 – нагрев реакционной смеси; 5 – реактор; 6 – охлаждение продуктов реакции;
7 – конденсатор.
Рисунок 5 – Операторная схема.
Расчет ХТС
Таблица 1 – Сводная таблица тепловых и массовых потоков
| | G1 | G2 | G3 | G4 | G5 | G6 | G7 | G8 | G9 | G10 | G11 |
| С3H6, кг/с | 1 | 16.667 | 16.667 | 16.667 | 16.667 | 15.667 | 15.667 | 15.667 | 0 | 15.667 | 0 |
| H2O (г), кг/с | 0 | 0 | 0.65 | 0.65 | 0.65 | 0.007 | 0.007 | 0 | 0 | 0 | 0.65 |
| C3H7OH(г), кг/с | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.643 | 1.643 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| H2O (ж), кг/с | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.007 | 0.007 | 0 | 0 |
| C3H7OH (ж), кг/с | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.643 | 1.643 | 0 | 0 |
| T, °C | 25 | 25 | 25 | 205.827 | 300 | 363.578 | 180 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| G, кг/с | 1 | 16.667 | 17.317 | 17.317 | 17.317 | 17.317 | 17.317 | 17.317 | 1.65 | 15.667 | 0.65 |
| GH, кВт | 190.396 | 3173.323 | 2282.867 | 2783.339 | 3043.98 | 3043.98 | 2543.509 | 1960.273 | 1022.65 | 2982.924 | -890.456 |
Заключение
В работе был произведен расчет промышленной установки, предназначенной для получения изопропанола прямой гидратацией пропилена. Были разработаны химико-технологическая, функциональная и структурная, операторная схемы, а также проведен покомпонентный расчет основных массовых и тепловых потоков.
Список использованных источников
-
Соколов Р. С. Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 т. – М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2000. – Т. 2: Металлургические процессы. Переработка химического топлива. Производство органических веществ и полимерных материалов. – 448с. -
Кузнецов Д. А. Общая химическая технология. /Д.А. Кузнецов, И. Э. фурмер, А. И. Малахов и др. Под ред. И. Э. Фурмер. – М.: Высшая школа, 1970, 344с., илл. -
Рабинович В.А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. Изд. 2-е, испр. И доп. – Л.: Химия, 1978.
Приложение 1
Таблица 2 – Теплофизические свойства веществ
| Вещество | М, кг/кмоль | Cp, Дж/(моль*К) | Н, кДж/моль |
| С3Н6 | 42 | 63.89 | 20.41 |
| Н2О(г) | 18 | 33.58 | -241.82 |
| С3Н7OH(г) | 60 | 65.75 | -148.6 |
| Н2О(ж) | 18 | 75.30 | -285.83 |
| С3Н7OH(ж) | 60 | 113 | -153.4 |
Приложение 2
Текст программы Mathcad
Задаем нумерацию элементов массивов данных, начиная с 1:
Зададим начальные значения теплофизических свойств, взятые из справочника:
С3Н6
Н2О(г)
С3Н7OH(г)
Н2О(ж)
С3Н7OH(ж)
Проводим векторизацию и перевод размерностей из молей в кг:
Определяем функцию расчета энтальпии при температуре Т:
Необходимо определить температурные и массовые потоки. Массовые потоки по компонентам будут записаны в матрице G из 11 векторов, энтальпийные потоки и температура - в векторах GH и T соответственно, состоящие из 3 элементов.
Зададим функцию расчета температуры по энтальпии и расходу:
Задаем входные данные:
- поток свежего пропилена
- поток водяного пара
Соотношение потоков:
Алгоритм расчета:
0. Расчет начальных потоков: пропилена, водяного пара и рециклового пропилена.
Задаем начальные приближения (разрываем связь G10)
Данные для рецикловового потока не прореагировавшего пропилена произвольные:
1. Расчет смесителя: смешение свежего и рециклового пропилена.
Стехиометрические коэффициенты: