БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА «Химическая технология» РЕКОНСТРУКЦИЯ УСТАНОВКИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛБЕНЗОЛА С ЦЕЛЬЮ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение….…………………………………………………………………...	5
1 Литературный обзор ... ……………………………………...……....…	7
1.1 Обзор реконструируемого оборудования ……………….….	7
1.2 Получение дополнительного вторичного пара, краткая характеристика процесса	14
1.3 Технология получения стирола 1.3.1 Стадия и химизм процесса дегидрирования этилбензола в стирол 1.3.2 Условия проведения процесса 2 Обоснование выбора темы	15 15 17 18
3 Технологическая часть………………………………………………….	20
3.1 Описание технологической схемы ……………………...……………	20
3.2 Характеристика сырья и готовой продукции	22
3.3 Технологические расчеты ……………………	25
3.3.1 Расчет основной ректификационной колонны К-042 ………...	25
3.4 Расчет испарителя Т-044.3……….....	36
3.5 Расчет математической модели конденсатора Т-045……………	37
4 Автоматизация, контроль и регулирование ………………..….…….....	39
4.1 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования ……….	39
4.2 Выбор и обоснование схем автоматического контроля и регулирования	39
4.3 Выбор и обоснование средств автоматизации ……………………....	40
4.4 Описание АСУТП.....	41
5 Экономическая часть ………….…...……...…………….…...…..……..	45
5.1 Расчет капитальных затрат и стоимости основных фондов	45
5.2 Расчет производственной мощности и производственной программы …	45
5.3 Расчет себестоимости продукции … 5.4 Расчёт эффективности инвестиционного проекта …………......	48 52
Заключение...........................................................................................................	57
Список использованных источников...............................................................	58
Приложение А................................................................................................	59

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Цех № 46 предназначен для производства этилбензола и стирола. Мощность по этилбензолу составляет 230 тыс. т/год.

Производство этилбензола введено в эксплуатацию в 2003г.

Технологический процесс разработан ВОАО «Синтезкаучукпроект», г. Воронеж. Проект выполнен ВОАО«Синтезкаучукпроект», г.Воронеж и фирмой «Лурги Лайф СайенсГмбХ», Германия. Генеральный проектировщик производства «Салаватгипронефтехим» г. Салават.

Этилбензол C₆H₅CH₂CH₃- бесцветная, прозрачная, горючая жидкость с запахом, напоминающим запах бензола. Смешивается с бензолом, толуолом, гексаном, петролейным эфиром, хлороформом, четыреххлористым углеродом и многими другими органическими растворителями. Практически не растворим в воде (0.014% по массе при 15 °C). Обладает свойствами органических соединений. Взаимодействие с галогенами Cl₂и Br₂ в газовой фазе при повышенных температурах или при освещении протекает по свободно-радикальному механизму с образованием 1-галогенэтил- и 2-галогенэтилбензолов. При реакции в жидкой фазе образуется набор орто- и пара- замещенных производных. Нитруется этилбензол аналогично толуолу, в результате взаимодействия получаются моно-, ди- и тринитрозамещенные аддукты.

Этилбензол содержится в незначительных количествах в сырой нефти и продуктах каталитического риформинга нефтяных фракций, однако в промышленных масштабах его получают путем алкилирования бензола этиленом.

Пар – это очень важный энергоноситель, который находит широкое применение в разных отраслях промышленности.

Универсальные свойства водяного пара давно и хорошо известны. Это один из самых теплоемких, и наиболее доступных экологически чистых веществ в природе.

Пар играет значительную роль в производстве стирола и является неотъемлемой частью технологического процесса. На установке 1803 «Стирол» пар применяется для разбавления этилбензольной шихты в реакторе с катализатором. В этом реакторе происходит эндотермическая реакция (требующая большого количества тепла) и получается контактный несконденсированный газ. Данный газ, после ряда операций, превращается в стирол. Для обеспечения установки 1803 «Стирол» паром, применяются три потока пара. Первый поток вырабатывается котлом-утилизатором (4 кгс/см²) на самой установке 1803 «Стирол», второй – вырабатывается на установке 1802 «Этилбензол» в качестве вторичного пара после теплообменника испарителя (4 кгс/см²), третий – берется из сети комбината (16 кгс/см², который редуцируется до 4 кгс/см²).

Использование пара из сети комбината, влечет за собой большие материальные затраты. Затраты возможно сократить, благодаря реконструкции установки 1802 «Этилбензол». Предлагаем увеличить количество вторичного пара, путём установки дополнительного теплообменника-испарителя Т – 044.3.

 

 

1 Литературный обзор

 

1.1 Обзор реконструируемого оборудования

 

Теплообменом называется процесс переноса теплоты происходящий между телами, имеющими различную температуру. При этом теплота переходит самопроизвольно от более нагретого к менее нагретому телу. Теплообмен между телами представляет собой обмен энергией между молекулами, атомами и свободными электронами, в результате, которого интенсивность движения частиц более нагретого тела снижается, а менее нагретого - возрастает. Все теплообменные процессы можно условно разделить на следующие группы: нагревание, охлаждение, конденсация, испарение. Нагревание – повышение температуры перерабатываемых материалов путем подвода к ним тепла. Охлаждение – понижение температуры перерабатываемых материалов путём отвода от них тепла. Конденсация – снижение паров какого-либо вещества путём отвода от них тепла. Испарение – перевод в парообразное состояние какой-либо жидкости путём подвода к ней тепла. Частным случаем испарения является процесс выпаривания – концентрирования при кипении растворов твёрдых нелетучих веществ путём удаления жидкого летучего растворителя в виде паров.

Движущей силой любого теплообменного процесса является разность температур сред, при наличии которой тепло распространяется от среды с большей температурой к среде с меньшей температурой. Тела, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями. Теплоносители с более высокой температурой называют горячими, теплоносители с более низкой температурой – холодными[16].

Расчет теплообменного аппарата включает: определение необходимой поверхности теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции, удовлетворяющих заданным технологическим условиям оптимальным образом. Необходимую поверхность теплопередачи определяют из основного уравнения теплопередачи[6]:

		(1.1)
где	– средняя разность температур, ºС;
	К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К).

Тепловую нагрузку Q в соответствии с заданными технологическими условиями находят по формуле:

 

Q= G×С×(t1 –t2)		(1.2)
где	С – теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг×К);
	t1,t2 – температуры теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, ºС

Испарители подразделяются на два класса: испарители с паровым пространством типа У – с U-образными трубами и типа П – с плавающей головкой. Испарители типов У и П отличаются достаточно простым устройством и сравнительно дешевы. К тому же эти аппараты имеют очень выгодные конструктивные особенности, позволяющие проводить очистку трубок от загрязнений и ремонт трубчатки без полного демонтажа теплообменника.

В промышленности используются разнообразные типы жаропрочного теплообменного оборудования, однако наиболее широкое применение находят кожухотрубные теплообменники. Эти теплообменники не обладают особенной компактностью, но имеют высокую механическую прочность и могут быть использованы в разных областях. Как одна из разновидностей кожухотрубных теплообменников, испарители также получили очень широкое распространение в различных областях промышленности. Оборудование этого типа можно применять при больших пло­щадях поверхности теплообмена, давлениях выше 2 МПа и температурах более 250°С.

Данный испаритель (рис.1.1) типа U относится к кожухотрубчатым теплообменникам, используемым для теплообмена потоками в агрегатных состояниях пар-жидкость. Аппарат состоит из пучка труб, помещенного внутри цилиндрического корпуса (обечайки), сваренного из листовой стали. Трубки завальцованы в подвижной трубной решетки. Трубки размещаются в пучке по вершинам квадрата с шагом , где - наружный диаметр труб. В теплообменниках с U-образными трубами обеспечивает свободное удлинение труб, что исключает возможность появления температурных напряжений вследствие разности температур труб и корпуса. Преимущество конструкции с U-образными трубами - отсутствие разъемного соединения внутри корпуса.

Для удлинения пути теплоносителя с целью увеличения скорости интенсификации теплообменника установлена перегородка в распределительной камере. Теплоноситель проходит сначала по трубам лишь половину пучка и в обратном направлении – через вторую половину пучка.

Трубное и межтрубное пространство разобщены. Второй теплоноситель (жидкий продукт) движется в межтрубном пространстве, снабженном входным и выходным штуцерами.

1 – кожух;

2 – теплообменная труба;

3 – стяжка;

4 – перегородка;

5 – прокладка кожуха;

6 – неподвижная трубная решетка;

7 – прокладка распределительной камеры;

8 – распределительная камера;

9 – подкладка под опору;

10 – опора.

Рисунок 1.1 – Конструкция испарителя с паровым пространством типа У

 

Вторичный пар выходит через штуцер в верхней части аппарата. Упаренный раствор выводится через штуцер выходе остатка продукта.

Основной частью подогревателя (испарителя) является один или несколько трубных пучков с плавающей головкой или с U-образными трубами. Пучок (один или два, три) монтируют внутри цилиндрического горизонтального корпуса.

Различают две конструкции устройства подогревателей: с передним полуконическим днищем и с эллиптическим днищем.

Аппараты с передним полуконическим днищем являются более эффективными и компактными, поэтому применение их предпочтительно.

Для достижения достаточной поверхности зеркала испарения и правильной работы испарителя следует принимать расстояние от уровня жидкости до верха корпуса аппарата равным 0,35Dв.

Используя для подогревателей (испарителей) нормальные трубные пучки теплообменников с плавающей головкой или с U-образными трубками (когда теплоносителем должен служить конденсирующийся водяной пар), количество труб распределяют по ходам неравномерно так, что в последующих ходах многоходовых трубных пучков число труб принимают меньшим, чем в первом ходу.

Верхние трубы пучка внутри корпуса подогревателя всегда должны быть покрыты слоем жидкости высотой не менее 100 мм, для чего уровень жидкости в корпусе аппарата поддерживается сливной перегородкой с верхней зубчатой кромкой, обеспечивающей равномерный слив жидкости по всему поперечному сечению.

За перегородкой автоматическое поддержание уровня жидкости в корпусе испарителя достигается регулированием уровня, без чего может быть нарушена нормальная работа насоса в результате попадания в него из подогревателя паров. Недопустимо чрезмерное поднятие уровня жидкости в подогревателе, т.к. это нарушает нормальную работу аппарата.

В заднем днище и в перегородке аппарата предусматривают штуцер и лючок, через которые вводится тяговый трос, присоединяемый к подвижной решетке пучка при монтаже последнего.

У штуцера для подачи продукта в испаритель внутри корпуса аппарата устанавливают отбойник, способствующий более рациональному обтеканию жидкости внутри пучка. В некоторых случаях для этой же цели ставят дырчатую горизонтальную перегородку, которая вместе с тем защищает близлежащие от штуцера трубы от эрозии.

Чтобы предать трубному пучку жесткость, устраивают поперечные перегородки толщиной ~10 мм. Перегородки устраивают друг от друга на равном расстоянии и закрепляют четырьмя тягами, ввернутыми в неподвижную трубную решетку и снабженными дистанционными распорными трубками. Расстояние между перегородками в целях обеспечения необходимой жесткости принимается равным (30…50)dн , где dн – наружный диаметр теплообменных трубок.

Для поддержания трубного пучка в корпусе устанавливаются балки, на которые положены прогоны из уголка. При втаскивании пучка и демонтаже его он скользит по этим прогонам.

Устанавливают подогреватели (испарители) на две опоры. Для того, чтобы испаритель в нагретом состоянии мог одним своим концом свободно перемещаться, отверстия в лапках для крепления его болтами к одной, так называемой, подвижной опоре, выполняются овальными. Т.к. к другой опоре испаритель крепят неподвижно, то для лапок в этом случае отверстия выполняют круглыми.

Материалы для изготовления химических аппаратов и машин нужно выбирать в соответствии со спецификой их эксплуатации, учитывая при этом возможное изменение исходных физико-химических свойств материалов под воздействием рабочей среды, температуры и протекающих химико-технологических процессов. При выборе материалов для аппаратуры необходимо руководствоваться отраслевым стандартом ОСТ 26-291—94.

Выбор материала необходимо начинать с уточнения рабочих условий: температуры, давления, концентрации обрабатываемой среды.

Предъявляются следующие основные требования:

1) достаточная общая химическая и коррозионная стойкость в агрессивной среде с заданными концентрацией, температурой и давлением;

2) достаточная механическая прочность при заданных давлении и

температуре технологического процесса;

3) способность материала свариваться с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений и коррозионной стойкости их в агрессивной среде.

Работоспособность изделия, т.е. состояние, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции, оценивается критериями прочности, жесткости, устойчивости, износостойкости, коррозионной стойкости.

Благодаря широкому спектру свойств, определяемых составом и химико-термической обработкой, сталь - наиболее распространенный конструкционный материал.

12Х18Н10Т – относится к классу высоколегированных сталей, способ поставки – листовая сталь. Сталь обладает удовлетворительными прочностными свойствами, в термообработанном состоянии отличается высокой пластичностью и жаропрочна при температуре до 650°С. Данная сталь в виде листового проката широко применяется для сварной химической аппарат уры ответственного назначения, работающих в интервале температур от -253ºС до +650ºС [19].

Сталь обладает повышенной вязкостью и склонностью к задиранию при трении о другой металл, имеющий одинаковую или близкую с ней твердость. Сталь технологична в обработке, хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. Штампуемость стали хорошая. Она также хорошо сваривается всеми видами сварки и не требует обязательной термической обработки изделия после сварки

Сталь характеризуется высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. Сталь склонна к межкристаллитной коррозии при нагреве в интервале температур 500—800°С, к коррозии ножевого типа при работе сварных соединений в азотной кислоте, мочевине и в некоторых других средах, а также к точечной коррозии.

Сталь склонна к коррозионному растрескиванию в средах, содержащих хлориды магния, кальция и других металлов, во влажных органических веществах, содержащих хлор, в бромистых, фтористых и йодистых солях, в концентрированных растворах едкого натра (при температурах выше 200°С), в растворах щелочей, содержащих сульфиды и сероводород. Склонность стали к коррозионному растрескиванию может быть предотвращена в результате стабилизирующего отжига металла при 900—920°С, с выдержкой в течение 1—2 ч и последующим охлаждением на воздухе [15].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2 - Поперечные сечения подогревателей (испарителей) с паровым пространством с разным количеством трубных пучков

1.2 Получение дополнительного вторичного пара, краткая характеристика процесса

 

На данный момент потребитель вторичного пара – установка «Стирол» забирает из сети комбината 20 т/ч пара 4кгс/см² температурой 150 ᴼС. Эти затраты возможно компенсировать установкой дополнительного испарителя с паровым пространством. Конденсаторы-испарители поз. Т-044.1,2, используют тепло конденсации паров бензола с верха ректификационной колонны К-042 для получения вторичного водяного пара давления не более 0,4 МПа (4кгс/см2) и температурой 150 ᴼС. В качестве дополнительного аппарата принимаем испаритель с паровым пространством Т-044.3

Проектируемый испаритель с паровым пространством Т-044.3 будет работать в паре с Т-044.1, в котором вторичный пар будет идти на объект 1803. Т-044.2 направляет вторичный пар на объект 1805.

Проектируемый испаритель с паровым пространством Т-044.3 не значительно повлияет на работу колонны К-042, так как теплообменник работает преимущественно как испаритель, конденсация в нем практически не проходит. Разность температуры на входе в теплообменники Т-044.1,2 и выходе из них паров бензола составляет всего 4 ᴼС или 2,4 %. При установке Т-044.3 температура конденсации незначительно изменится.

 

Рисунок – 1.3 Снижение температуры паров бензола при устройстве дополнительного конденсатора-испарителя Т-044.3.

 

Для получения вторичного пара, в конденсаторы-испарители подаётся конденсат с объекта 1805 «Стирол», который предварительно подогревается в печи П-011А до 120 ᴼС, образуя паровой конденсат[12].

Объект 1805 «Стирол» набирает конденсат непосредственно с установок цеха, в случае необходимости увеличения расхода конденсата, дополнительно возможен забор химобессоленной воды с 54 цеха или химочищенной воды с ТЭЦ расходом до 30т/ч.

Условная схема установки конденсатора-испарителя с паровым пространством Т-044.3 представлена на рис. 1.4. Водный конденсат, подаваемый в корпус аппарата, нагревается парами бензола, пропускаемым через трубные пучки.

 

Рисунок 1.4 - Схема установки конденсатора-испарителя

В результате нагрева происходит испарение водного конденсата. Пары последнего транспортируются на объект 1803 «Стирол».

 

1.3Технология получения стирола

 

1.3.1 Стадия и химизм процесса дегидрирования этилбензола в стирол

 

Основным промышленным способом получения стирола является дегидрирование этилбензола. Процесс каталитического дегидрирования этилбензола в стирол осуществляется в адиабатических реакторах, заполненных железоокисным катализатором, в присутствии водяного пара по уравнению реакции:

‑Н2 +Н2

СН=СН2   - Q   - Q

СН2‑СН3

 

 

 

С₆Н₅С₂Н₅ → С₆Н₅С₂Н₃ + Н₂

этилбензол стирол водород

 

Для протекания реакции необходимо подвести тепло, поскольку реакция эндотермична (тепловой эффект ~30 ккал/моль).

Вследствие того, что реакция идет с увеличением объема, на показатели процесса благоприятно сказывается понижение парциального давления – при этом повышается равновесная степень превращения этилбензола.

Технологически эти условия выполняются за счет использования в процессе перегретого водяного пара и осуществления процесса дегидрирования под вакуумом. Кроме того, водяной пар непрерывно удаляет с катализатора углерод, образующийся в процессе реакции.

Применение катализатора позволяет увеличить скорость основной реакции и обеспечить высокую избирательность процесса дегидрирования при достаточно глубокой конверсии этилбензола в стирол.

Необходимо учитывать отрицательное влияние хлора и серосодержащих соединений на железоокисный катализатор. Массовое содержание хлора и серы в этилбензольной шихте не должно превышать 0,0002% соответственно.

При прочих равных условиях (температура, катализатор и т.п.) понижение давления в зоне реакции от избыточного до вакуума позволяет увеличить степень превращения этилбензола в стирол.

Дегидрирование этилбензола осуществляется под вакуумом в двухступенчатом адиабатическом реакторе с промежуточным подогревом контактного газа. Тип реактора – радиальный с центральной подачей потока. Для выравнивания скорости во входном канале предусмотрено тело вращения заданного профиля.

 

1.3.2 Условия проведения процесса

Процесс возможен при следующих условиях:

-температура (580¸645)^оС на входе в слои катализатора;

Подогрев контактного газа, поступающего во вторую ступень реактора, производится в межступенчатом подогревателе кожухотрубчатого типа, который обогревается перегретым водяным паром, поступающим из.

Ректификация углеводородного конденсата имеет конечной целью выделение стирола‑ректификата с концентрацией основного вещества не менее 99,8% масс, возвратного этилбензола, бензол‑толуольной фракции и кубовых остатков ректификации стирола[12].

 

 

 

 

 

 

 

3.3.4 Сводка основных активных спецификаций для колонны К-042

 

Таблица 3.3 – Сводка активных спецификаций для колонны К-042

Свойство	Задано	Рассчитано
Температура верха, °С	173,0	173,1
Температура куба, °С	205,0	206,3

 

3.3.5 Потарелочные профили по температуре, давлению, расходу, транспортным свойствам, составу К-042

 

 

Рисунок 3.6 – Потарелочный расчет по температуре

 

Рисунок 3.7 – Потарелочный расчет по давлению

 

 

Рисунок 3.8 – Потарелочный профиль по расходу для К-042

 

Рисунок 3.9 – Потарелочный профиль по транспортным свойствам для К-042

 

 

Рисунок 3.10 – Потарелочный профиль по составу для К-042

 

3.3.6 Потарелочный расчет К-042

Результаты потарелочного расчета колонны К-042 с колпачковыми тарелками показаны в таблице 3.4

 

Таблица 3.4 – Результаты потарелочного расчета колонны К-042 с колпачковыми тарелками

Номер тарелки	Температура, 0С	Давление, кПа	Расход жидкости, кг/ч	Расход пара, кг/ч	Расход питания, кг/ч	Отбор продукта, кг/ч
Ребойлер	173,2	686,5	1218,7	-	-	183,66
20	173,1	686,5	1179,3	3055,3	-	-
19	177,0	695,1	1155,1	3015,9	-	-
18	179,8	703,7	1141,1	2991,8	-	-
17	181,8	712,3	1132,6	2977,7	-	-
16	183,3	720,9	1126,8	2969,2	-	-
15	184,4	729,5	1123,3	2963,4	-	-
14	185,2	738,1	1129,1	2959,9	-	-
13	185,3	746,7	1337,6	2965,8	221,7	-
12	188,7	755,3	1491,5	2952,6	171,2	-
11	191,9	763,9	1477,8	2935,2	-	-
10	194,4	772,5	1466,4	2921,6	-	-
9	196,3	781,1	1450,2	2910,1	-	-
8	198,4	789,8	1399,1	скачать dle 10.6фильмы бесплатно Другие новости на эту тему: Курсовая работа "Испаритель полистирола" Курсовой проект "Химическая технология топлив Расчет установки получения стирола" Основы нефтехимических процессов Контрольная работа Контрольная работа по физике 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ УСТАНОВКИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ Вернуться Просмотров: 1 082 При использовании материалов ссылка на источник обязательна. TatMan.ru Copyright 2016