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甲苯加氫生產(chǎn)甲基環(huán)己烷中試工藝設計(編輯修改稿)

2024-07-14 20:46 本頁面
 

【文章內容簡介】 200℃ =Cp,氫氣,180℃ =Cp,氮氣,200℃ = Cp,氮氣,180℃ = 甲苯吸熱: △H1= Cp,甲苯,200℃,g T2 –Cp,甲苯,180℃,g T1 氫氣吸熱:△H2= Cp,氫氣,200℃ T2 –Cp,氫氣,180℃ T1 氮氣吸熱:△H3= Cp,氮氣,200℃ T2 –Cp,氮氣,180℃ T1T1 混合氣進入反應器前的溫度,180℃T2 混合氣進入反應器后的溫度,200℃混合氣吸熱總量:Q = N甲苯△H1+ N氫氣△H2+ N氮氣△H3 (313) 代入數(shù)據(jù)得:Q =104 kJ來自外界預熱蒸汽所需的量如圖(36)所示:圖 36查得:Cp,H2O,g = Cp,H2O, 100℃,l = Cp,H2O, 179℃,l = H2 = Cp,H2O,g (T2 T1)H3 = △Hvap = H4 = 1/2(Cp,H2O, 100℃,l + Cp,H2O, 179℃,l)(T3 – T2) (314) H1 = H2 + H3 H4 代入數(shù)據(jù)算得: H1 = 預熱蒸汽所放出的熱量等于混合氣吸收的熱量即 Q = N蒸汽H1N蒸汽 反應器中用來預熱的蒸汽的量,;Q 混合氣由180℃變?yōu)?00℃時所要吸收的熱量,KJ。代入數(shù)據(jù)算得 N蒸汽 = 反應熱: (315) 標準摩爾反應焓: (316) (317)反應過程的焓值可用圖(37)示意 圖 37H = △H1 △H2+△H3+△H4△H5 (318) H = △rH248。m = H1 = △Hvap,25℃ = H2 = Cp,甲苯,200℃,g T2 –Cp,甲苯,25℃,g T1H4 = Cp,甲環(huán),200℃,g T2 –Cp,甲環(huán),25℃,g T1H5 = T1 25℃T2 200℃算得 :△H3 = 反應總放熱:Q放 = N甲苯△H3 =106 KJ付產(chǎn)蒸汽的量:水的焓值如下圖(38)所示: 圖 38 △H3 = △H1+△H2 (319)查得: = = (320)H2 = = 由80℃到179℃的溫度差 計算得: △H3 = 又反應放出的熱量全部用來付產(chǎn)蒸汽即 Q放 = N熱水△H3Q放 反應放出總的熱量,KJ;N熱水 付產(chǎn)蒸汽的量,kmol。N熱水 = kmolws = kg/h 換熱器的熱量衡算熱量衡算示意圖(39):冷凝器Q3,T℃Q4加氫反應氣Q1,200℃加氫反應氣氫氣 T℃氫氣 25℃Q2 圖 39在換熱器中,反應氣中的甲基環(huán)已烷有部份冷凝,但是考慮到其相對量很小,所以計算中忽略。查高等教育出版社出版的《化工過程的物料衡算和能量衡算》 李應麟 尹其光 編得以下數(shù)據(jù): 化合物的熱熔: (321)化合物 a b102 c105 d109 H2 N2 甲基環(huán)已烷 熱平衡式: (322) (323)NH2 新鮮進氣中氫氣的物質的量,kmol;NN2 新鮮進氣中氮氣的物質的量,kmol;N`H2 加氫反應氣中氫氣的物質的量,kmol;N`N2 加氫反應氣中氮氣的物質的量,kmol;N`甲環(huán) 加氫反應氣中甲基環(huán)已烷的物質的量,kmol;dT 指溫度由25℃上升到T℃;dT` 指溫度由200℃下降到T℃代入數(shù)據(jù)可算出: T = 130℃ 冷凝器的能量衡算冷凝器能量衡算示意圖見圖(310):冷凝器H2,N2(g)130℃H2O(l)40℃H2O(l)33℃甲基環(huán)己烷(l)45℃甲基環(huán)己烷(g)130℃H2,N2(g)45℃圖 310kirchhoff法: 式中 Pvp 在T溫度下的蒸汽壓,mmHg。Tb 常壓下的沸點,K。Tc 臨界溫度,K。Pc 臨界壓力,atm查1980年化學工業(yè)出版社出版的《化工工藝設計手冊》第一篇,上冊 知甲基環(huán)已烷的關物性常數(shù):Tb= Tc= Pc = 進一步算出:Pvp = Pvpr = Tbr = = ,由以上數(shù)據(jù)可得:T = =℃℃,反過來在同樣的條件下,溫度下也會液化。又 △Hr(甲環(huán),) = KJ/mol由蒸發(fā)潛熱與溫度的關系: (324)△ HV1 正常沸點下蒸發(fā)潛熱,KJ/mol;△ HV2 T2溫度下蒸發(fā)潛熱,KJ/mol; (325) (326)由T2 = 代入可得:△ HV2 = KJ/mol甲基環(huán)已烷冷凝放熱過程示意見下圖(311):甲苯130℃(g)甲苯42℃(l)甲苯188℃(g)甲苯188℃(l)圖 311H1 = H2 + H3 + H4 (327)查1980年化學工業(yè)出版社出版的《化工工藝設計手冊》第一篇,上冊得以下數(shù)據(jù):Cp,甲環(huán),130℃,g = 45 Cp,甲環(huán),180℃,g = 51 H2 = Cp,甲環(huán),180℃,gT2 + Cp,甲環(huán),180℃,gT1H3 = H4 = Cp,甲環(huán)dTT1 130℃T2 180℃dT 指溫度由180℃下降到42℃代入得:H1 = KJ/mol甲基環(huán)已烷冷卻放熱:Q 1= N甲環(huán)H1=105 KJ不凝氣放熱:Cp,H2,130℃ = Cp,H2,42℃ = Cp,N2,130℃ = Cp,N2,42℃ = 氫氣:氮氣: T1 45℃ T2 130℃代入數(shù)據(jù)得: Q 2= 103 KJ Q 3= 103 KJ此過程共放熱:Q = Q 1 + Q 2 + Q 3= 103 KJ循環(huán)水吸熱: (328)△ T 循環(huán)冷卻水進出水溫度差,℃由 Q = Q`得 NH2O = kmol 故循環(huán)冷卻水的質量流量為: 第四章 主要設備的工藝計算 本設計中我們就工藝過程中主要設備進行工藝計算,下面就選反應器、換熱器來進行計算。 反應器 催化劑的體積 空速:,以1小時為基準;甲苯: kmol/h;Ws = = ;Vs =/179。= ;(注:)催化劑體積:V= ; 管子總體積 由于催化劑未填滿管道,取填充率為90%,∴管子體積為:V = 核算管子的根數(shù)參照《化工工藝手冊》常用設備系列選用32 的碳鋼管其內徑為:di = 2 = 25mm由一般的經(jīng)驗,立式反應器取 l= 5000mm每根管子的體積為:= 又 232。 n = 由于工業(yè)上的估算誤差,我們取n = 255根 核算反應器的公稱直徑DN外管管口面積為:∴S = 由于開孔率為35—40%, 取開孔率為38%則反應器的截面積:S器= S/ = ∴d器= 828mm查 《化工工藝手冊》 表233結合加工原則取 DN = 850mm 換熱器 總能量的計算 由能量衡算過程可知, 總傳熱系數(shù)K的計算 因為換熱器設備在設計中是比較成熟的,一些參數(shù)可以不要再算,所以這里就參照資料直接選總傳熱系數(shù)K值. 參照同類型設備,經(jīng)實際工業(yè)校核,取總傳熱系數(shù) 求取△tm (41)200 130130 25△t1 = 70℃ △t2 = 105℃ 求得 △tm = 86℃ 計算總傳熱面積 由 Q = KA△tm (42)得 A = Q/ K△tm (43) 代入數(shù)據(jù)得: A = 核算管子規(guī)格由于氣體中含有不凝氣體,且壓力較高,取其流速μ= 20m/s, 物料衡算中可知,Vs = (44) 算出 d = 參照《化工工藝手冊》 常用設備系列選用192mm 的碳鋼管其內徑為:di = 1922 = 15mm 求取管子根數(shù) (45)由一般的經(jīng)驗,立式換熱器取 l= 3000mm管子單程排列,管程數(shù)為1,NT =(π153000)=取 NT = 90 求算管心距管子的排列為正三角形,, d 管外徑Pt = 19 = 參照設備標準,圓整取 Pt = 25mm 核算換熱器的公稱直徑DN 由《化工工藝手冊》圖228的公式 (46)=查 《化工工藝手冊》 表233結合加工原則取 Ds = 200mm 折流板數(shù)折流板采用弓形,缺口高度為直徑的30%,折流板間距最小為殼體直徑的1/3~1/2即 ~~125mm考慮到氣體流速快,傳熱系數(shù)小;故采用增加折流板數(shù),減小板間距的辦法;取 折流板間距為 50mm 膨脹節(jié) 由于換熱器所要受的壓力比較大,而設備的取材采用了常用設備系列,參照《化工工藝手冊》常用設備系列,這里要設置一個膨脹節(jié)。反應器、換熱器明細詳見附圖3,設備數(shù)據(jù)表。第五章 經(jīng)濟技術指標 過程的總概算整個生產(chǎn)過程與經(jīng)濟效益緊密相聯(lián),所以過程的概算就顯得非常重要,這里只做了全過程的總概算,其它的略。主要技術經(jīng)濟指標如表(51):表 51 主要技術經(jīng)濟指標序 號 項 目 單 位 消 耗 備 注一1原材料甲苯t/t2氫氣(93%)N m3/t8323催化劑kg380一次填充4包裝桶個/t二公用物料5蒸汽()t/t6軟水t/t7循環(huán)水t/t8新鮮水t/t間斷用9氮氣N m3/t2間斷用10儀表空氣N m3/t811裝置空氣N m3/t2間斷用12電KWh/t39三投資總計13概算投資萬元 設計中采用的主要的技術標準規(guī)范 《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》 GB5016092(1999年版) 《建筑設計防火規(guī)范》 GBJ1687(2001年版) 《化工企業(yè)爆炸和火災危險環(huán)境電力設計規(guī)程》 HG/T206871989 《石油化工工藝裝置設備布置設計通則》 SH30112000 《石油化工管道
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