Производство 12-дихлорэтана (стр. 5 из 16)

[6]

технического хлора при температуре:

Т₁=25+273=298К

технического этилена при температуре:

Т₂=25+273=298К

продуктов реакции при температуре:

Т₃=55+273=328К

остальных при температуре:

Т₄=55+273=328К

Средние молярные теплоемкости

Наименование
Технический этилен:ЭтиленПропиленМетанЭтанИтого:Технический хлор:ХлорВодаКислородИтого:Остальные газы + продукты реакции:ДХЭТХЭВХХЭХлористый водородПропиленМетанЭтанВодаКислород	99,90,0060,0270,0510099,10,00030,910097,31,280,0040,0041,340,0010,010,0380,00120,009	43,5663,8935,7152,6433,9375,4229,3779,63148,5053,6812,7629,076,0839,7463,0234,2330,02	43,520,0040,0090,02643,5633,620,000230,26433,8877,481,900,0020,0040,390,00010,00040,0240,00040,0027
ИТОГО:	100	79,8

Тепловые потоки:

Технического этилена

[6]

где G_M – материальный поток, кмоль/с

t – температура, ⁰С

– средняя молярная теплоемкость, Дж/(моль·К)

Технического этилена:

Q₁=0,04·43,56·25 = 43,56 кВт

Технического хлора:

Q₂=0,04·33,88·25 = 33,88 кВт

Продукты реакции +остальные:

Q₃=(0,043+0,002)·79,8·55 = 197,5 кВт

Рассчитаем теплоты реакции.

Теплоты образования веществ (кДж/моль)

С₂Н₄ 52,28 [5]

Cl₂ 0

HCl -92,31

C₂H₄Cl₂ -130,02

C₂H₃Cl₃ -138,49

C₂H₃Cl 31,37

C₂H₅Cl -105,0

[5]

где

- теплота химической реакции

- теплота продуктов реакции

- теплота исходных веществ

1. С₂Н₄+Сl₂→C₂H₄Cl₂

= -130,02 – (0+52,28) = -182,3 кДж/моль

2. С₂Н₄+2Сl₂→C₂H₃Cl₃+НCl

= -138,49+(-92,31) – 52,28 = -283,08 кДж/моль

3. С₂Н₄+Сl₂→C₂H₃Cl+НCl

= 31,37+(-92,31) – 52,28= -113,22 кДж/моль

4. С₂Н₄+НСl→C₂H₅Cl

= -105,0 – (-92,31+52,28) = -64,97 кДж/моль

Теплота экзотермических реакций.

Q_реак=[1000/3600] (17,89·182,3+2,4·283,08+0,28·113,22·0,27·64,97) = 9109,27 кВт

Общий приход тепла.

Q_прих=Q_реак+Q₁+Q₂ [6]

где Q_прих – общий приход тепла

Q₁ – тепловой поток технического этилена

Q₂ – тепловой поток технического хлора

Q_прих= 9109,27+43,56+33,88 = 9186,44 кВт

Потери тепла в окружающую среду принимаем равными – 5% от общего прихода тепла.

Q_потерь= 9186,44·0,05=459,32 кВт

Определим количество тепла, отводимое из реактора дихлорэтаном.

Q_сжим = Q_{прих –}Q_потерь- Q_{прод.реак}

Q_сжим= 9186,44 – 459,32 – 197,5 = 8529,62 кВт

Данные расчета теплового баланса заносим в таблицу.

Таблица 6.2. Тепловой баланс реактора прямого хлорирования этилена

Приход			Расход
кВт	%	кВт	%
1. Тепловой поток технического этилена.2. Тепловой поток технического хлора.3. Тепловой поток экзотермических реакций.	43,5633,889109,27	0,590,4798,94	1. Тепловой поток: продукты реакции + остальные2. Потери в окружающую среду.3. Тепло, снимаемое в холодильнике	197,5459,328529,62	2,485,092,55
ИТОГО:	9286,44	100	ИТОГО:	9286,44	100

На основании теплового расчета определяем количество дихлорэтана, циркулирующее в холодильнике.

Формула:

[6]

где G – количество дихлорэтана – сырца, кг/ч

Q – тепло, снимаемое в выносном холодильнике, кВт

С– теплоемкость ДХЭ – сырца, кДж/кг∙К

tн, tк – начальная и конечная температура ДХЭ – сырца.

7. Технологические расчеты

7.1 Определение основных размеров реактора

Основные размеры проектируемого реактора рассчитываем исходя из соотношения действующего реактора

[7]

Высоту реакционной зоны реактора принимаем 8500 мм на основании литературных и практических данных.

Объемная производительность реактора синтеза ДХЭ 0,72

При производительности реактора 15.25 т/ч, объем реакционной зоны составит: 15.25 • 0,72 = 10.98 м³

Для определения внутреннего диметра проектируемого аппарата воспользуемся системой уравнений

;

[7]

Решим уравнение относительно

Высота:

7.2 Определение диаметра основных патрубков

Расчет диаметра ведем по формуле:

[7]

где d– внутренний диаметр патрубка, м

G – массовый расход вещества, кг/ч

W – скорость среды, м/с

– плотность среды, кг/м³

Расходы:

G (ДХЭ) = 7414 кг/ч

G (этилен) = 4484,77 кг/ч

G (хлор) = 11392,63 кг/ч

Скорости:

W (ДХЭ-пар) = 30 м/с [7]

W (этилен) = 25 м/с

W (хлор) = 25 м/с

Плотности:

(ДХЭ-пар) = 1200 кг/м³ при t = 55 ⁰С,

= 0,18 МПа [7]

(этилен) = 4,69 кг/м³ при t = 25 ⁰С,

= 0,3 МПа [7]

(хлор) = 11,64 кг/м³ при t = 25 ⁰С,

= 0,3 МПа [7]

d (ДХЭ-пар)=

– принимаем стандартный диаметр равный 80 мм.

D (этилен) =

– принимаем стандартный диаметр равный 125 мм

D (хлор) =

– принимаем стандартный диаметр равный 125 мм.

7.3 Расчёт теплообменника

Исходные данные:

Тепловая нагрузка Q = 8524050 Вт

ДХЭ охлаждается от 60°С до 45°С оборотной водой с начальной температурой 25°С и конечной температурой 35°С.

7.3.1 Cредняя разность температур при противотоке

=25

[8]

7.3.2 Средняя температура воды

7.3.3 Средняя температура ДХЭ

[8]

7.3.4 Определим расход воды

где с

– теплоёмкость воды, Дж/(кг×К)

=4190 Дж/(кг×К) [8]

м³/с

=1000 кг/м

[8]

7.3.5 Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена

По т. 4.8. K

800 Вт/(м

×К) [8]

[8]

7.3.6 Выбираем по ГОСТ 15120–79 теплообменник [8]