Головна

І МАТЕРІАЛЬНІ РОЗРАХУНКИ ХІМІКО-технологічних процесів

  1. III. Психічні властивості особистості - типові для даної людини особливості його психіки, особливості реалізації його психічних процесів.
  2. XIV. Дослідження інтелектуальних процесів
  3. А) Розрахунки платіжними дорученнями
  4. Автоматизація основних процесів
  5. Автоматизація процесів бізнесу
  6. Автоматизація супутніх арбітражного судочинства процесів
  7. Автосинхронизация процесів в суперсистемах

Хіміко-технологічні розрахунки становлять головну, найбільш трудомістку частину проекту будь-якого хімічного виробництва, вони ж є завершальною стадією лабораторного технологічного дослідження і виконуються також при обстеженні діючих цехів і установок. Метою цих розрахунків може бути визначення кінетичних констант і оптимальних параметрів виробництва або ж обчислення реакційних обсягів і основних розмірів хімічних реакторів.

Матеріальні розрахунки, поряд з тепловими, є основою технологічних розрахунків. До них слід віднести визначення виходу основного і побічних продуктів, видаткових коефіцієнтів по сировині, виробничих втрат. Тільки визначивши матеріальні потоки, можна зробити необхідні конструктивні розрахунки виробничого устаткування і комунікацій, оцінити економічну ефективність і доцільність процесу.

Матеріальний баланс може бути представлений рівнянням, ліву частину якого становить маса всіх видів сировини і матеріалів, що надходять на переробку S G, а праву - маса одержуваних продуктів S G/ плюс виробничі втрати Gпіт:

S G = S G/ + Gпіт (3.1)

Основою матеріального балансу є закони збереження маси речовини і стехиометрических співвідношень.

Матеріальний баланс складають за рівнянням основний сумарною реакції з урахуванням побічних реакцій відповідно до закону збереження маси речовини. Загальна маса всіх вступників до апарат (або в цех) матеріалів, тобто прихід, дорівнює загальній масі виходять матеріалів, тобто витраті. Матеріальний баланс складають на одиницю маси основного продукту (кг, т) або на одиницю часу (ч, добу). Визначення маси вводяться компонентів і отриманих продуктів виробляється окремо для твердої, рідкої і газоподібної фаз відповідно до рівняння:

Gг + GЖ + Gт =  (3.2)

В процесі не завжди присутні всі фази, в одній фазі може міститися кілька речовин, що призводить до спрощення або ускладнення рівняння.

При складанні повного балансу зазвичай вирішують систему рівнянь з декількома невідомими. При цьому можуть бути використані відповідні формули для визначення рівноважного і фактичного виходу продукту, швидкості процесу та ін.

Теоретичний матеріальний баланс рссчітивается на основі стехіометричного рівняння реакції. Для його складання досить знати рівняння реакції і молекулярні маси компонентів.

Практичний матеріальний баланс враховує склад вихідної сировини і готової продукції, надлишок одного з компонентів сировини, ступінь перетворення, втрати сировини і готового продукту і т.д.

З даних матеріального балансу можна знайти витрата сировини і впомогательних матеріалів на задану потужність апарату, цеху, підприємства, собівартість продукції, виходи продуктів, обсяг реакційної зони, число реакторів, виробничі втрати (непродуктивна витрата сировини, матеріалів, готового продукту на розлив, витік, винесення ).

На основі матеріального балансу складають тепловий баланс, що дозволяє визначити потребу в паливі, величину теплообмінних поверхонь, витрата теплоти або хладоагентов. Всі ці дані записують у вигляді таблиці.

Розрахунки зазвичай виконують в одиницях маси (кг, т); можна вести розрахунок в молях. Тільки для газових реакцій, що йдуть без зміни обсягу, в деяких випадках можливо обмежитися складанням балансу в кубічних метрах.

Витратні коефіцієнти - величини, що характеризують витрата різних видів сировини, води, палива, електроенергії, пара на одиницю вироблюваної продукції. При конструюванні апаратів і визначенні параметрів технологічного режиму задаються також умови, при яких раціонально поєднуються висока інтенсивність і продуктивність процесу з високою якістю продукції і максимально низькою собівартістю.

Собівартістю називається грошовий вираз витрат даного підприємства на виготовлення і збут продукції. Для складання калькуляції собівартості, тобто розрахунку витрат на одиницю продукції - визначають статті витрат і в тому числі витратні коефіцієнти по сировині, матеріалам, паливу і енергії і з урахуванням ціни на них розраховують калькуляцію. На практиці зазвичай чим менше витратні коефіцієнти, тим економічніше процес і відповідно тим менше собівартість продукції. Однак зниження видаткових коефіцієнтів нижче певного мінімуму пов'язане з необхідністю підвищення чистоти вихідних матеріалів, ступенів вилучення, виходу продукту, що вимагає значних витрат і може повести до збільшення собівартості продукту.

Особливе значення мають витратні коефіцієнти по сировині, оскільки для більшості хімічних виробництв 60-70% собівартості припадає на цю статтю.

Для розрахунку видаткових коефіцієнтів необхідно знати всі стадії технологічного процесу, в результаті здійснення яких відбувається перетворення вихідної сировини в готовий продукт.

Теоретичні витратні коефіцієнти Ат враховують стехиометрические співвідношення, за яким відбувається перетворення вихідних речовин в цільовий продукт. Практичні витратні коефіцієнти Апр, Крім цього, враховують виробничі втрати на всіх стадіях процесу, а також побічні реакції, якщо вони мають місце.

Витратні коефіцієнти для одного і того ж продукту залежать від складу вихідних матеріалів і можуть значно відрізнятися один від одного. Тому в тих випадках, коли виробництво і сировина віддалені один від одного, необхідна попередня оцінка за видатковими коефіцієнтам при виборі того чи іншого типу сировини з метою визначення економічної доцільності його використання.

Приклад 3.1.Розрахувати витрата бензолу і пропан-пропіленової фракції газів крекінгу w1 = 30% (об.) Пропілену і w2 = 70% (об.) Пропану для виробництва G = 1т фенолу, якщо вихід ізопропіленбензола з бензолу становить w3 = 90% від теоретичного, а фенолу з изопропилбензола - w4 = 93%.

Рішення.Отримання фенолу і ацетону на основі бензолу і пропилену складається з трьох стадій:

перша стадія

отримання ізопропіленбензола (кумола)

СН3

|

С6Н6 + СН2 = СН - СН3 > З6Н5 - СН

|

СН3

друга стадія

окислення ізопропіленбензола в гідроперекис

СН3 СН3

| |

С6Н5 - СН + Про2 > З6Н5 - С - О - ОН

| |

СН3 СН3

третя стадія

розкладання гідропероксиду ізопропіленбензола (кип'ятінням з Н2SO4)

СН3 СН3 СН3

| Про2 | |

С6Н6 + СН2 = СН - СН3 > З6Н5 - СН > З6Н5 - С - О - ОН > З6Н5ВІН + С = 0

бензол | | фенол |

СН3 СН3 СН3

ацетон

а) Отримання 1 кмоль фенолу забезпечує 1 кмоль бензолу; таким чином, теоретичний витрата бензолу на 1т продукту (фенолу)

 830 кг = 0,83 т

З урахуванням ступенів перетворення на стадіях процесу отримаємо:

 = 0,99 т бензолу

б) На освіту 1 кмоль фенолу йде 22,4 м3 пропілену, тобто обсяг пропілену, необхідного для отримання 1 т фенолу

 = 238 м3

Разом з пропиленом буде подано пропану

 = 60 м3

Всього пропан-пропіленової фракції

283 + 660 = 943 м3

або витрата:

пропілену

 = 541 кг

пропану

 = 1300 кг

Всього пропан-пропіленової фракції: +1841 кг = 1,84 т.

 параметри  варіант
w1 %
w2 %
 G т
w3 %  87,5  88,5  89,5  90,5  91,5
w4 %  90,5  91,5  92,5  93,5  94,5

Приклад 3.2.Розрахувати видатковий коефіцієнт для природного газу, що містить w1 = 97% (об.) Метану в виробництві оцтової кислоти на G = 1т з ацетальдегіду. Вихід ацетилену з метану становить w2 = 15% від теоретично можливого, ацетальдегіду з ацетилену w3 = 60%, а оцтової кислоти з ацетальдегіду w4 = 90% (мас.).

Рішення.Оцтова кислота виходить з метану багатостадійним методом. Схематично процес може бути описаний наступними, послідовно протікають реакціями:

2СН4 ? З2Н2 + 3Н2

С2Н2 + Н2Про ? СН3СНТ

СН3СНТ + 0,5о2 ? СН3СООН

Мовляв. маса: З2Н2 - 26; СН3СНТ - 44; СН3СООН - 60; СН4 - 16.

Теоретична витрата метану на 1т оцтової кислоти складе:

 = 534 кг

з урахуванням виходу продукту за стадіями

 = 6590 кг

або

 = 9226 м3 СН4

або

 = 9500 м3 природного газу

 параметри  варіант
w1 %  93,5  94,5  95,5  96,5  97,5
 G т
w2 %  13,5  14,5  15,5  16,5  17,5
w3 %  57,5  58,5  59,5  60,5  61,5
w4 %  88,5  89,5  90,5  91,5  92,5

Приклад 3.3.Скласти матеріальний баланс виробництва окису етилену прямим каталітичним окисленням етилену повітрям. Склад вихідної газової суміші в% (об.): Етилен - wэ = 3, повітря - wв = 97. Ступінь окислювання етилену х = 0,5. Розрахунок слід вести на G = 1т окису етилену.

Рішення.Окис етилену є одним з найважливіших напівпродуктів, що мають широке застосування в різних синтезах - для отримання етиленгліколю, полигликолей, лакових розчинників, пластифікаторів, етаноламінів, різних емульгуючих і миючих засобів; з'єднання, що синтезуються з окису етилену, знаходять застосування у виробництві синтетичних волокон, каучуків і інших продуктів.

В даний час застосовуються два основні методи отримання окису етилену:

1. Гіпохлорірованіе етилену з подальшим відщепленням хлористого водню від получающегося етиленхлоргідрин.

2. Пряме каталітичне окислення етилену. При пропущенні суміші повітря з етиленом (нижня межа вибуховості етіленовоздушной суміші - 3,4% С2Н4) На срібному каталізаторі при 250 - 280 ° C утворюється окис етилену:

2СН2 = СН2 + Про2 = 2СН2 - СН2

\ /

О

Окис етилену з газової суміші виділяють водної абсорбцією, а залишковий газ направляють у 2-й контактний апарат.

За рівняння реакції знаходимо витрата етилену на 1т окису етилену. З 28 кг етилену утворюється 44 кг З2Н4Про або витрата З2Н4 на 1000 кг окису етилену складе:

 = 640 кг

З урахуванням ступеня окислення:

 = 1280 кг або  = 1020 м3

Обсяг повітря в етіленвоздушной суміші складе

 = 33000 м3

в тому числі кисню 33000 · 0,21 = 6800 м3 або

 кг

азоту 33000 · 0,79 = 26200 м3 або

 кг

Витрачено кисню на окислення

м3

У продуктах окислення міститься кисню:

6800 - 255 = 6545 м3 або  кг

Результати розрахунків зведені в таблицю:

 




Очищення світлих нафтопродуктів | Очищення мастил | ТИПИ нафтопереробних заводів | Основні об'єкти газопереробних заводів | абсорбційний метод | адсорбційний метод | конденсаційний метод | газофракційні установки | виробництво полімерів | пластмаси |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати