Проектирование производства по получению карбинола метанола (стр. 5 из 17)

Расход состоит из суммирования статей "танковые газы", "продувочные газы", "газ перед сепаратором", "карбинол-сырец".

Определим эффективный фонд рабочего времени

Z=(365-II-B-P)∙24,ч (3.31)

Z=365∙24-160=8600 ч

Часовая производительность цеха:

Находим массовые и мольные расходы всех компонентов реакционной массы по всем статьям:

(3.32)

(3.33)

Пример расчета статьи "карбинол-сырец":

;

(3.34)

Весь остальной расчет выполняется аналогично.

Результаты расчетов сведем в таблицу 3.5.

Таблица 3.5

Материальный баланс синтеза карбинола-сырца

Приход			Расход
Статья	кг/ч, 10-3	кмоль/ч, 10-3	Статья	кг/ч, 10-3	кмоль/ч, 10-3
Исходный газ	29390,0	2804,57	Танковые газы	622,9	33,69
Газ перед сепаратором	123146,0	14111.97	Газ перед сепаратором	123146,0	14111.97
Продувочные газы	1957,7	224,32
Карбинол-сырец	17441,9	818,11
Всего	152536,0	16480,59	Всего	143168,5	15188,09

Расхождение составляет 0,06%, что допустимо.

Найдем степени конверсии исходных веществ:

(3,35)

Находим селективности реакций по целевому и побочному продукту:

(3.36)

4. ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1. Тепловой расчет

Рис. 4.1 Схема тепловых потоков

Q₁-теплота, поступающая с исходной реакционной смесью;

Q₂- теплота, поступающая с электрообогревом,

Q₂-теплота, уносимая с продуктами реакций;

Q₄- потери тепла в окружающую среду;

Q₅-теплота химического превращения.

Q₅+ Q₂+ Q₅= Q₃-Q₄ (4.1)

4.1.1. Теплота, поступающая с исходной реакционной смесью и теплота, уносимая продуктами реакций

Тепловые потоки поступающего сырья и продуктов реакций определяют по формулам:
Q_i=G_i∙C_i∙T (4.2)

Qi=Fj∙C° _p,i∙T (4.3)

где, Q-тепловой поток, Вт

G-массовый расход, кг/с

Cj-удельная теплоемкость, Дж/кг-К

С°_р,i-молярная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/моль-К Т-температура, К

Примем температуру парогазовой смеси на входе в реактор180 °С (453 К), температура на выходе 300 °С (573 К). Найдем теплоемкости веществ, входящих и выходящих из реактора при указанных температурах по справочнику [7, с. 73-75]. Полученные данные сведем в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Теплоемкость компонентов реакционной смеси

В-ва Пар-мы	СО2	СО	Н2	СН4	N2	(СНз)2О	СНзОН	С4Н9ОН	Н2О
Т=453К С, Дж/моль∙K •К	44,074	30,043	29,00	44,564	29,814
Т=573К С, Дж/моль∙K •К	46,719	30,619	29,30	51,377	30,327	102,28	75,231	190,64	36,237

По формуле (4.3) найдем теплоту, поступающую с исходной реакционной cмесью:

Qi=453 • (170,02∙10³ ∙44,074 + 2099,35∙10³∙30,043 + 11752,82∙10³∙29,00 + +530,52∙10³∙44,564 +1927,88∙10³∙29,814) /3600=61974,92∙10³ кВт

По формуле (4.3) найдем теплоту, уносимую с продуктами реакций:

Q₃=573∙ (133,2∙10³∙46,719 + 1583,06∙10³∙30,619 + 10493,61∙10³∙29,30 + 519,37∙10³∙51,377 + 1638,78∙10³∙30,327 + 13,32∙10³∙102,28 + 498,11∙10³∙75,231 + +266,03∙10³∙190,64+42,61∙10³∙36,237) /3600 =84305,89∙10³ кВт

4.1.2. Теплота химического превращения

Теплота химического превращения состоит из теплоты основных и побочных химических реакций. Теплота химической реакции рассчитывается по закону Гесса:

(4.4)

CO + 2H₂^→ CH₃OH + 90,73 кДж/моль

2СО + 4H₂^→ (CH₃)₂O +H₂O - 322,0 кДж/моль

CO + 3H₂^→ CH4 + H₂O + 257,0 кДж/моль

4СО + 8H₂^→ C₄H₉OH + 3H₂O + 568,60 кДж/моль

CO₂ + H₂^→ CO + H₂O + 41,2 кДж/моль

Q₅=(-12553,76+1191,4 – 795,99 – 42017,96 – 487,64)∙10³=-54663,95∙10³ кВт

4.1.3. Потери тепла в окружающую среду

По таблице 2.4. [8, с.28] выбираем в качестве теплоизоляции маты минераловатные марки 75. Коэффициент теплопередачи для этой изоляции:

λ_из=0,043+0,00022·t_ср, Вт/м∙град (4.5)

α_из=12,6 Вт/м²∙град [8, c.54]

Температура изолируемой стенки 200 °С.

λ_из=0,045+0,0002·130=0,071 Вт/м·град

Толщину изоляции определяем по следующей формуле:

(4.6)

где t_ст- температура стенки, °С;

t_n = 40-45 °С - температура на поверхности изоляции;

t₀= (-10,8 + 16,6)/2 =13,7 °С- среднегодовая температура окружающего воздуха для г.Щекино Тульской области.

Теплопотери через изоляцию составят:

(4.7)

где d_из - диаметр (наружный) с изоляцией для реактора без рубашки, м;

d_н - наружный диаметр без изоляции, м.

Q₄=q_из∙F, (4.8)

где F=0,9 ∙π ∙D ∙Н=0,9 ∙3,14 ∙3,8 ∙16,345 =175,6 м². Q₄ =13991,72 ∙175,6 =2,46∙10³ кВт

4.1.4. Тепло, поступающее в реактор с электрообогревом

Q₂=Q₃+Q₄-Q₁-Q₅ (4.9)

Q₂= (84305,89 +2,46 - 61974,92 +54663,95) ∙10³ =76997,34∙10³ кВт

Таблица 4.2

Тепловой баланс

Приход		Расход
Статья	Количество теплоты, кВт 10-3	Статья	Количество теплоты, кВт 10 -3
Q1	61974,92	Q3	84305,89
Q2	76997,34	Q4	2,46
Q5	- 54663,95
Всего	84308,35	Всего	84308,35

4.2. Механический расчет реактора