Файл: Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Кузбасский государственный технический университет имени

Т. Ф. Горбачева»

Кафедра энергоресурсосберегающих процессов в химической и нефтегазовой технологиях

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

«Оптимизация процесса получения фталевого ангидрида окислением нафталина»

Студент гр. ХОб-141 Билло Е. В.

Руководитель Изотов Н. Н.

Кемерово 2017

Задание на курсовой проект: « Оптимизация процесса получения фталевого ангидрида окислением нафталина».



Содержание

Введение………………………………………………………………….………4

1. 
   Обоснование выбора базовой конструкции аппарата……………………..6
   
2. 
   Описание технологической схемы установки……………………………10
   
3. 
   Расчёт основного аппарата………………………………………………....11
   
   1. 
      Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число……..11
      
   2. 
      Скорость пара и диаметр колонны………………………………….15
      
   3. 
      Высота колонны………………………………………………….…..18
      
   4. 
      Высота светлого слоя жидкости на тарелках и паросодержание барботажного слоя………………………………………….………..19
      
   5. 
      Коэффициенты массопередачи и высота колонны………………..22
      
   6. 
      Гидравлическое сопротивление тарелок колонны………………...27
      
4. 
   Выбор конструкционных элементов аппарата……………………………29
   
   1. 
      Выбор материала………………………………………………….…29
      
   2. 
      Подбор штуцеров……………………………………………………29
      
   3. 
      Подбор толщины стенки обечайки………………………………...31
      
   4. 
      Подбор элиптических днища и крышки………………………..….31
      
   5. 
      Подбор опоры аппарата…………………………………………..…31
      
   6. 
      Подбор насоса……………………………………………………..…32
      
   7. 
      Подбор фланцев………………………………………………….…..32
      
   8. 
      Подбор люков…………………………………………………..……34
      

Список используемой литературы……………………………………..……..35



Введение



Фталевый ангидрид – это бесцветные кристаллы, которые практически нерастворимы в воде и умеренно растворимы в органических растворителях, проявляет свойства ароматических соединений [1].

---

Фталевый ангидрид – является важнейшим исходным продуктом в производстве различных производных фталевой кислоты, сложных эфиров, фталимида, фталонитрила и др.

В настоящее время потребителями фталевого ангидрида являются промышленность пластмасс и лакокрасочных материалов, в которых он применяется для изготовления пластификаторов. Из него получают различные красители, лекарственные препараты, инсектициды, присадки к смазочным маслам, добавки для авиационного топлива, для резины и шин в качестве замедлителя подвулканизации. Также фталевый ангидрид используют для производства бензойной кислоты, пестицидов, и некоторых эфирных масел и духов. Он является реагентом для обнаружения и титриметрического определения низших первичных и вторичных алифатических спиртов, идентификации фенолов и фенольных смол [2].

Мировой объем производства фталевого ангидрида в 1988 г. составлял около 2.5 млн. т. Темпы роста потребления фталевого ангидрида в 1990-е годы были на уровне 4-5 % в год. В СССР в 1990 г. было произведено 249 тыс. т фталевого ангидрида. К 1997 г. масштабы производства фталевого ангидрида в Европе достигли 810 тыс. т, однако в 1998 г. снизились до 780 тыс. т. Загрузка мощностей в Европе составляла около 90 % [3]. В 2007 году объемы производства фталевого ангидрида в России составляли 181 175 тонн. По мере наступления экономического кризиса объемы стали понижаться. В 2008 году они составили 169 249 тонн, в 2009 - 180 тонн и к 2010 году достигли самого минимума – 141 631 тонну [4].

Целью выполнения курсового проекта является систематизация, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по дисциплине «Общая химическая технология». Необходимо решить инженерно-технические задачи по расчету, проектированию и оптимизации аппарата в составе конкретной технологической установки. В соответствии с поставленной целью, необходимо разработать эскизный проект технологической установки, содержащий:

- технологическую схему установки;

- чертеж общего вида аппарата;

- расчеты конструктивно-технологических параметров проектируемого объекта;

- прочностные расчеты, показывающие работоспособность и достаточную прочность конструкции в условиях эксплуатации.

Процесс ректификации предназначен для разделения гомогенных смесей летучих жидкостей на практически чистые компоненты или фракции, различающиеся по температуре кипения.

---

Физическая сущность процесса ректификации заключается в двухстороннем массо- и теплообмене между неравновесными потоками пара и жидкости при высокой турбулизации поверхности контактирующих фаз. Разделение осуществляется обычно в колонных аппаратах при многократном или непрерывном контакте фаз. При каждом контакте из жидкости испаряются преимущественно низкокипящие компоненты, которыми обогащаются пары, а из паровой фазы конденсируются преимущественно высококипящие компоненты, переходящие в жидкость. При определенном числе контактов можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих, а жидкость – из высококипящих компонентов [5].

На практике ректификация чаще всего осуществляется в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность составов встречных потоков. Жидкое орошение при ректификации паров создается путем конденсации части парового потока в верхней части колонны, а паровое орошение при ректификации жидкости – путем испарения части жидкости в нижней части колонны.

1. 
   Обоснование выбора базовой конструкции аппарата
   

Ректификационные аппараты можно классифицировать в зависимости от технологического назначения, давления и внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между паром и жидкостью.

По технологическому назначению ректификационные аппараты разделяют на колонны атмосферно-вакуумных установок, термического и каталитического крекингов, вторичной перегонки нефтепродуктов, а также на колонны для ректификации газов, стабилизации легких нефтяных фракций.

В зависимости от применяемого давления аппараты подразделяются на вакуумные (для разделения смесей высококипящих веществ), атмосферные и работающие под давлением больше атмосферного (для разделения смесей, являющихся газообразными при нормальных температурах).

В зависимости от внутреннего устройства различают аппараты тарельчатые, насадочные, пленочные и роторные (с вращающимися деталями). Наиболее широкое распространение в промышленности получили тарельчатые и насадочные колонны.

К современным ректификационным аппаратам предъявляются следующие требования: высокая разделительная способность и производительность, достаточная надежность и гибкость в работе,

---

низкие эксплуатационные затраты, небольшой вес и, наконец, простота и технологичность конструкции.

Конструкция аппарата зависит от способа организации контакта фаз. Наиболее простое конструктивное оформление ректификационных аппаратов применяется при движении жидкости от одной ступени контакта к другой под действием силы тяжести. В этом случае контактные устройства (тарелки) располагаются одно над другим и разделительный аппарат выполняется в виде вертикальной колонны. В промышленной практике известны также

разделительные аппараты, выполненные в виде горизонтальной емкости.

При ступенчатом осуществлении процесса ректификации в колонных аппаратах контакт пара и жидкости может происходить в противотоке (например, на тарелках провального типа), в перекрестном токе (например, на колпачковых тарелках) и в прямотоке (например, на струйных тарелках). Если процесс ректификации осуществляется непрерывно во всем объеме колонного аппарата, то контакт пара и жидкости может происходить только в противотоке (например, в слое насадки) .

Особенностью аппаратов перекрестного тока и полного смешения является то, что взаимодействие фаз в этих аппаратах осуществляется посредством барботажа паровой фазы через жидкую.

В зависимости от производительности и назначения ректификационные установки для разделения бинарных смесей делятся на непрерывного и периодического действия.

Основным преимуществом установок непрерывного действия по сравнению с периодическим действием является возможность стабильных по составу продуктов и относительной простоте автоматизации процесса.

Наиболее широкое распространение получили тарельчатые колонны, применяемые для больших производительностей, широкого диапазона изменений нагрузок по пару и жидкости и обеспечивающие весьма четкое разделение смесей. Недостатком является относительно высокое гидравлическое сопротивление, однако в условиях ректификации это приводит лишь к некоторому увеличению давления и соответственно к небольшому повышению температуры кипения жидкости в кипятильнике колонны. [6]

Ректификационная колонна, рассмотренная в курсовом проекте относится к непрерывным установкам перекрестного тока в которой рабочее пространство разделено на секции, образуемые клапанными тарелками.

---

Для заданного разделения любой исходной смеси на две части применяется схема полной ректификационной колонны (рис. 1). В таком аппарате сырье

подается в середину колонны, дистиллят, обогащенный низкокипящими компонентами или фракциями, отбирается сверху, а остаток, обогащенный высококипящими компонентами или фракциями – снизу колонны. Для создания

жидкостного и парового орошения колонна имеет конденсатор вверху и кипятильник внизу. Секция колонны, расположенная выше ввода сырья, называется конденсационной (укрепляющей); секция, расположенная ниже ввода сырья – отгонной (исчерпывающей). Верхняя тарелка исчерпывающей секции колонны, на которую поступает жидкая часть сырья, называется тарелкой питания.

Кипятильник предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадку или нижнюю тарелку). Кипятильник имеет поверхность нагрева в виде змеевика или представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, встроенный в нижнюю часть колонны.

Более удобны для ремонта и замены выносные кипятильники, которые устанавливаются ниже колонны с тем, чтобы обеспечить естественную циркуляцию жидкости. Обогрев кипятильников наиболее часто производится водяным насыщенным паром.

Дефлегматор, предназначенный для конденсации паров и подачи орошения (флегмы) в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденсируются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода). В случае полной конденсации паров в дефлегматоре его устанавливают выше колонны, непосредственно на колонне или ниже верха колонны для того, чтобы уменьшить общую высоту установки [4].

Колпачковые тарелки имеют сотни модификаций. Достоинством их является удовлетворительная работа в широком диапазоне нагрузок по жидкости и пару, а также небольшая стоимость эксплуатации. Работают они по принципу слива. Как и во всех тарелках со сливными устройствами, на колпачковых тарелках наблюдается гидравлический уклон по направлению движения жидкости, что вызывает явление продольной неравномерности барботажа по тарелке [5].

Наибольшее распространение получили тарелки с круглыми (капсульными) и туннельными колпачками.

---