Файл: Курсовая работа по дисциплине Химическая технология органических веществ Исполнитель.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»


Центр цифровых

образовательных технологий
18.03.01 «Химическая технология»

Проект реактора гидратации пропилена

курсовая работа

по дисциплине:

«Химическая технология органических веществ»

Исполнитель:
студент группы	Д-8Л41		ФИО		10.01.2023
					Дата сдачи
Руководитель:	ФИО
преподаватель

Томск - 2023

Оглавление

---

Введение

1 Теоретическая часть

1. 
   Физико-химические основы процесса получения
   

1.2 Выбор конструкции основного аппарата

3 Расчетная часть

3.1 Материальный расчет основного аппарата

Материальный баланс рассчитывается с целью определения расходных коэффициентов по сырью, технико-экономических показателей, объема реактора.

В основе материального баланса лежит закон сохранения вещества. В общем виде уравнение материального баланса для любого элемента ХТС может быть записано:
∑G_пр = ∑G_расх + ∑G_расх (1)
∑G_пр – сумма всех входящих в элемент ХТС материальных потоков;

∑G_расх – cумма всех выходящих из элемента ХТС материальных потоков;

∑G_расх– сумма всех материальных потерь.

Существует теоретический и практический материальный баланс. Теоретический материальный баланс рассчитывается на основе стехеометрии основной реакции и количества получаемого продукта. Практический материальный баланс рассчитывается на основе теоретического материального баланса с учетом степени превращения, селективности, выхода, соотношения исходных реагентов, степени частоты сырья, количества применяемого растворителя, инертного газа и т. д.

Основная реакция: CH₂=CH-CH₃+H₂O =CH₃-CH(OH)-CH₃

Производительность реактора П = 120 т/ч.

Состав исходного реагента A, %масс: C₃H₆ – 97% ;

примесь C₃H₈ – 3%.

Состав исходного реагента В (вода) –100%.

3.1.1 Расчет теоретического материального баланса

Составить теоретический материальный баланс на 1 Кмоль/мин и на 1 кг/мин для основной реакции. Результаты расчета представить в форме таблицы.

1. Переведем производительность, выраженную в единицах массы в мольную производительность:

(2)

2. Пересчитаем количество вещества А на 100%:

(3)

3. 
   Рассчитаем количество примесей пропена:
   

(4)

4. Рассчитаем количество воды:

---

(5)

5. Рассчитаем количество выделившегося целевого продукта:

(6)

Таблица 1 – Результат расчета теоретического материального баланса

приход					расход
вещество	кмоль/ч	% мольн.	кг/ч	% масс.	вещество	кмоль/ч	% мольн.	кг/ч	% масс.
C3H6	70,81	49,3	2974,02	68,50	С3H8O	70,81	97,1	4248,6	97,9
H2O	70,81	49,3	1274,58	29,36	С3H8	2,12	2,9	93,3	2,1
С3H8	2,12	1,5	93,28	2,15
∑	143,74	100	4341,88	100	∑	72,93	100	4341,9	100

Из таблицы видно, что для получения 4248,6 кг изопропанола необходимо 4248,60 кг пропена и 1274,58 кг воды.

3.1.2 Расчет практического материального баланса

Практический материальный баланс составляется на основе теоретического с учетом технико-экономических показателей процесса (степень превращения, селективность, выход), соотношение исходных реагентов, чистоты сырья.

Составить практический материальный баланс получения целевого продукта, используя все данные материального баланса по заданию. Расчет вести в единицах мольного потока (Кмоль/мин). Результаты расчета представить в форме таблицы

---

, где привести материальные потоки в следующих единицах измерения: кг/мин, % массовые, Кмоль/мин, % мольные, м /мин, % объемные.

Выход продукта f = 93%

Степень превращения XA = 89%

Селективность основной реакции Ф = 81%

Соотношение А:В 1:3

Расчет прихода:

1. Переведем производную реакторов выраженную, в массовых единицах, в мольную производительность:

(7)

2. Пересчитаем это количество вещества с учетом выхода продукта:

(8)

3. Пересчитаем это же количество вещества с учетом стехиометрического коэффициента:



4. Количество пропена с учетом селективности основной реакции.

G_n2 = G_n1/ = 42,66/0,81 =52,67 кмоль/ч (9)

5. Количество пропена с учетом степени превращения.

G_n3 = G_n2/X_a 52,67/0,89 = 59,18 кмоль/ч (10)

6. Количество пропена пошедшее на побочную реакцию.

G_n4 = G_n2-G_n1 =52,67-42,66=10,01 кмоль/ч

7. Количество непрореагировавшего пропена.

G_n5 = G_n3-G_n2 =59,18-52,67=6,51 кмоль/ч

8. Количество пропена в пересчете на 100%.

G_n6 = G_n3∙100%/i = 59,18∙100/0,97 =6101 кг/ч

9. Количество примесей.

G_n7 = G_n6∙i= 6101∙ 0,03= 183,03 кг/мин

10. 
    Рассчитаем количество воды пошедшее на образование изопропанола.
    

G_n8= G_n3∙В=59,18∙3 = 177,54 кмоль/ч

10. 
    Рассчитаем количество воды пошедшее на основную реакцию.
    

G_n9 = G_n1_В/_С=42,66∙1/1 = 42,66 кмоль/ч

10. 
    Рассчитаем количество воды пошедшее на побочные реакции.
    

G_n10=G_n4∙v_В1/v_А1=10,01∙ ½ = 53,01 кмоль/ч

13. Рассчитаем непрореагировавшее количество воды.

G_n11= G_n8- G_n9- G_n10=177,54-42,66-53,01 = 81,87 кмоль/ч

14.Рассчитаем количество образовавшегося целевого продукта.

G_n12 = G_n1= 42,66 кмоь/ч

15.Рассчитаем количество побочного продукта.

G_n13 = G_n4∙v_С1/v_А1 = 10,01∙1/2= 5,01 кмоль/ч

Таблица 2 – Результат расчета практичсекого материального баланса

приход					расход
вещество	кмоль/ч	% мольн.	кг/ч	% масс.	вещество	Кмоль/ч	%	кг/ч	%
C3H6	59,18	24,6	2485,56	42,38			мольн		мас
С3H8	4,16	1,7	183,03	3,12	C3H6непр	6,51	3,46	273,42	2,76
H2O	177,54	73,7	3195,72	54,49	C3H8	4,16	2,21	183,03	1,85
					С6Н14О	53,01	28,17	5407,02	54,63
					H2Oнепр	81,87	43,50	1473,66	14,89
					С3Н8О	42,66	22,67	2559,60	25,86
∑	240,88	100	5864,31	100	итог	188,21	100	9896,73	100

---

Вывод: расчет практического материального баланса показал, что для получения 2559,60 кг/ч целевого продукта необходимо взять 2485,56 кг/ч пропена и 3195,72 кг/ч воды. Расчет показал, что закон сохранения масс выполняется.

3.2 Технологический расчет

Описaние реaкторa прямой гидрaтaции пропиленa Реaктор прямой гидрaтaции пропиленa имеет большую толщину стенок и мaлый диaметр корпусa. Корпус выполнен цельноковaным, верх и низ aппaрaтa полукругло зaгнуты в горячем состоянии и зaтем отожжены.

Aппaрaт рaссчитaн нa рaботу под дaвлением, поэтому диaметр его невелик (1-1,5м), a толщинa стенок состaвляет 70 мм, высотa 16 м. В aппaрaт зaсыпaн инертный носитель и кольцa Рaшигa для уменьшения уносa фосфорной кислоты, являющейся кaтaлизaтором, и создaния подпорного слоя. Нa этих подборных слоях рaсполaгaется кaтaлизaтор.

Объем кaтaлизaторa 8 м³. Тaк кaк кaтaлизaтором служит жидкaя фосфорнaя кислотa, то для получения пористого слоя кaтaлизaторa ею пропитывaется пористый aлюмосиликaтный шaриковый носитель. Для зaщиты корпусa от действия фосфорной кислоты aппaрaт облицовaн изнутри листовой медью толщиной 3 мм.

В щтуцеры встaвлены втулки из нержaвеющей стaли. Герметичное соединение втулок с медной футеровок осуществляется серебряной пaйкой в среде aргонa. Тaким обрaзом вся внутренняя поверхность, соприкaсaющaяся с фосфорной кислотой, окaзывaется футеровaнной. Нa ответственных зaводaх aппaрaты могут изготовляться с верхней и нижней крышкaми.




Рисунок – Реактор гидратации пропилена

3. 
   Тепловой расчет аппарата
   

   1. Тепловой расчет реактора

В основе теплового баланса (энергетического) лежит закон сохранения энергии. Энергетический баланс используется для оценки экономической эффективности технологических процессов. Следует отметить, что он учитывает только количественные соотношения энергии, на основе которых определяются производительность аппарата, расход теплоносителя и коэффициент полезного действия. Но при этом не дается оценка качественного различия энергоресурсов разной физической природы и разного потенциала.

Данные теплового баланса:

Температура исходных реагентов, С – 100

Температура продуктов реакции, С – 240

---