Основы научных исследований и проектирования Получение аллилового спирта из хлористого аллила Контрольная работа

Скачать: onin.zip [131,01 Kb] (cкачиваний: 6)  

Основы научных исследований и проектирования

Получение аллилового спирта из хлористого аллила

Контрольная работа

Содержание

Введение

Аллиловый спирт – жидкость с острым запахом (температура кипения 96,7 °С; плотность 0,85 г/см³). Хорошо растворяется в воде; образует азеотропную смесь, содержащую 73% спирта (температура кипения 88,2 °С). Аллиловый спирт очень реакционноспособное соединение. Он вступает в реакции, свойственные первичным спиртам, и в реакции, характерные для олефинов. Благодаря высокой реакционной способности аллилового спирта области его применения непрерывно расширяются. Некоторые сложные эфиры аллилового спирта используются в производстве пластичных масс, в фармацевтической и парфюмерной промышленности и т.д.

1 Теоретические основы процесса

Хлористый аллил → аллиловый спирт

Хлористый аллил омыляют разбавленным раствором щелочи при 150-160 °С и 15 ат (1,47 МПа):

СН₂=СН-СН₂Сl + Н₂О → СН₂=СН-СН₂ОН + НСl

Выход аллилового спирта, считая на хлористый аллил, составляет 88%, побочно образуется до 9% диаллилового эфира:

2СН₂=СН-СН₂Сl + Н₂О → (СН₂=СН-СН₂)₂О + 2НСl

Гидролиз хлористого аллила в аллиловый спирт можно проводить также в кислом растворе в присутствии хлористого метилена СН₂Сl; в этом случае выход аллилового спирта 85-90%.

2 Технологическая схема

Технологическая схема получения аллилового спирта омылением хлористого аллила показана на рисунке 1. Раствор щелочи, нагретый в подогревателе 2 (Т-1), и хлористый аллил направляют в реактор 1 (Р-1) (гидролизер). Продолжительность пребывания реагентов в гидролизере примерно 20 минут. Для нормального протекания процесса необходимо поддерживать рН среды в пределах 10-12; щелочность регулируется добавкой небольшого количества карбоната натрия. Продукты реакции отводят из верхней части гидролизера и направляют в колонну 4 (К-1). Из нижней части колонны 4 (К-1) отводят раствор хлористого натрия и избыток щелочи. Из верхней части колонны при 77,8 °С отбирают азеотропную смесь аллилового спирта и диаллилового эфира. Смесь поступает в емкость 5 (Е-1), где разделяется на два слоя. Из нижней части колонны 4 (К-1) жидкость направляют в ректификационную колонну 6 (К-2) для выделения спирта.

Рисунок 1 – Схема получения аллилового спирта

1 – реактор; 2 – подогреватель; 3 – колонна для отгонки с водяным паром аллилового спирта из водного рвствора; 4 – обезвоживающая колонна с диалиловым эфиром; 5 – аппараты для водной промывки; 6 – колонна для очистки аллилового спирта перегонкой; 7 – насосы.

Таблица 1 – Автоматизация процесса

3Схема материальных и тепловых потоков, определение энергетических затрат на осуществление процесса

3СН₂=СН-СН₂Сl + 2Н₂О→СН₂=СН-СН₂ОН + 3НСl + (СН₂=СН-СН₂)₂О + потери

Таблица 2 – Материальный баланс

Тепловой баланс

Таблица 3 – Исходные данные

Тепловой эффект реакции равен разности между суммой стандартных теплот образования продуктов реакции и суммой стандартных теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

(1)

где – тепловой эффект химической реакции при стандартных условиях;

– стехиометрические коэффициенты;

Подставляя числовые значения, получим

=(-124,40+3·(-92,31) + (-252,20)) – (3·(-0,63) + 2·(-286,00))=-79,64кДж/моль.

Разность теплоемкостей продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов

, (2)

где – теплоемкости соответствующих веществ

= (2,479+ 3·0,06 + 0,167) – (3·1,662 + 2·0,075) = -2,31 кДж/моль·К.

Расчет теплового эффекта по грубому уравнению Кирхгофа

,

-368,39 кДж/моль;

Q = - = 368,39 кДж/моль.

кДж/кг.

Таким образом, реакция является экзотермической и проходит с выделением тепла.

3СН₂=СН-СН₂Сl + 2Н₂О→

→СН₂=СН-СН₂ОН + 3НСl + (СН₂=СН-СН₂)₂О + потери + Q.

4 Расчет основного и вспомогательного оборудования

Теплообменник Т-1

1 Расчет теплообмена без доли отгона углеводородов (обмен тепла с теплоносителем)

Водяной пар t1 = 77,8°С t2 = 96,7°С

Рисунок 2 – Схема тепловых потоков в теплообменнике

Тепловая нагрузка аппарата

1.1. Расчет расхода теплоносителя

Тепло, получаемое продуктом:

Q_п = G_п1·С_p1·(t₂-t₁), (3)

если продуктом является углеводород

Q_п = G_п1·(h₂- h₁), (4)

G_п1 = 0,25 кг/с;

где h₁ и h₂ – энтальпии

, (5)

;

;

Q_п = 0,25·(193,435 – 152,930) = 10,126 кДж/с.

То же тепло, отданное теплоносителем:

Q_тн = Q_п = G_тн1·(h′₂- h′₁), (6)

Расход теплоносителя:

, (7)

0,138 кг/с;

Q_тн = 0,138·(2749,8 - 2676,4) = 10,126 кДж/с.

1.2 Расчет поверхности теплообмена

Общее уравнение теплообмена:

Q = dt_ср·F·K,(8)

где К – табличная величина, в зависимости от интенсивности теплообмена изменяется от 40 до 1200. К = 40-100 – для воздушных теплообменников; К = 120-400 – для жидкостных теплообменников с одним углеводородным потоком; К = 120-300 – для жидкостных теплообменников с двумя углеводородными потоками; К>400 – для водяных холодильников с жидкими потоками.

, (9)

где Δt₁ и Δt₂ – разность температур на концах участка теплообмена.

Δt₁ = t′₁ – t₁; (10)

Δt₁ = 150 – 96,7 = 53,3;

Δt₂ = t′₂ – t₂;(11)

Δt₂ = 100 – 77,8 = 22,2;

.

; (12)

.

По полученному значению F подбираем стандартный теплообменник по ГОСТ 14247-79 со следующими характеристиками:

- диаметр кожуха 159 мм;

- давление 1,6 МПа;

- поверхность теплообмена 1,5 м²;

- производитель УРАЛПРОМОБОРУДОВАНИЕ ТПК.

Холодильник Х-1

1 Расчет теплообмена без доли отгона углеводородов (обмен тепла с теплоносителем)

Вода t1 = 150°С t2 = 77,8°С

Рисунок 3 – Схема тепловых потоков в теплообменнике

Тепловая нагрузка аппарата

1.1. Расчет расхода теплоносителя

Тепло, получаемое продуктом:

G_п1 = 9,97 кг/с

;

;

Q_п = 9,97·(314,724 – 152,930) = 1613,080 кДж/с.

То же тепло, отданное теплоносителем:

Расход теплоносителя:

17,512 кг/с;

Q_тн = 17,512·4,187· (40-18) = 1613,080 кДж/с.

1.2 Расчет поверхности теплообмена

Δt₁ = 150 – 40 = 110;

Δt₂ = 77,8 – 18 = 59,8;

;

.

По полученному значению F подбираем стандартный теплообменник по ГОСТ 14247-79 со следующими характеристиками:

- диаметр кожуха 800 мм;

- давление 1,6 МПа;

- поверхность теплообмена 274 м²;

- производитель УРАЛПРОМОБОРУДОВАНИЕ ТПК.

Холодильник Х-2

1 Расчет теплообмена без доли отгона углеводородов (обмен тепла с теплоносителем)

Вода t1 = 96,7°С t2 = 20°С

Рисунок 4 – Схема тепловых потоков в теплообменнике

Тепловая нагрузка аппарата

1.1. Расчет расхода теплоносителя

Тепло, получаемое продуктом:

G_п1 = 8,77 кг/с

;

;

Q_п = 8,77·(193,435 – 42,898) = 1320,208 кДж/с.

То же тепло, отданное теплоносителем:

Расход теплоносителя:

10,510 кг/с;

Q_тн = 10,510·4,187· (50-20) = 1320,208 кДж/с.

1.2 Расчет поверхности теплообмена

Δt₁ = 96,7 – 50 = 46,7;

Δt₂ = 23 – 20 = 3;

;

.

По полученному значению F подбираем стандартный теплообменник по ГОСТ 14247-79 со следующими характеристиками:

- диаметр кожуха 1200 мм;

- давление 1,6 МПа;

- поверхность теплообмена 651 м²;

- производитель УРАЛПРОМОБОРУДОВАНИЕ ТПК.

Расчет количества водяного пара, подаваемого в реактор Р-1

Q_в.п= Q_аз.см. - Q_хл.ал.– Q_экз.р.;

Q_в.п= G _аз.см.·(h₂^/- h₁^/) - G_хл.ал·(h₂- h₁) – Q_экз.р.;

;

;

;

;

Q_в.п= 9,97·(314,724 – 37,193) - 5,98·(300,444 – 35,505) – 611,33 = 571,319 кДж/с.

5 Технико-экономический расчет

Таблица 4 – Выбранное технологическое оборудование

Таблица 5 – Затраты на возведение основных объектов строительства

Таблица 6 – Заработная плата рабочих

Таблица 7 – Заработная плата руководителей

Годовой фонд оплаты труда рабочих и руководителей составляет:

ФОТ_общ = 940886,76 + 6194214,18 = 7135100,94 руб.

Расчет себестоимости получаемой продукции

Таблица 8 – Затраты на сырье, реагенты и энергию

Таблица 9 – Условно-постоянные расходы

Себестоимость всей продукции проектируемой установки

18015,09 + 7135,10+ 87185414,40 + 1852839,08 = 89063403,67 тыс.руб/год.

Себестоимость единицы продукции (аллиловый спирт)

89063403,67/250000 = 356,25 тыс.руб/т.

Себестоимость единицы продукции (аллиловый спирт и диаллиловый эфир)

89063403,67/(250000 + 25568,18) = 323,20 тыс.руб/т.

Расчет срока окупаемости

Для определения срока окупаемости определяем цену за единицу продукции проектируемой установки.

Таблица 10 – Стоимость готового продукта

Срок окупаемости будущего производства аллилового спирта

;(13)

где КЗ – общие капитальные затраты;

А – амортизация;

ВП – валовая прибыль

ВП = 250000 · 1000 · 2,562 - 89063403,67 = 551436596,33 тыс.руб/год;

лет.

Срок окупаемости будущего производства аллилового спирта и диаллилового эфира

лет.

Заключение

В ходе практической работы провели научное исследование химической реакции с получением целевых продуктов. Определили условия протекания процесса: давление 1,47 МПа, температура 150-160 °С, время пребывания 20 минут, а также выход продуктов реакции [6]. Разработали технологическое оформление процесса, представили основные параметры, по которым ведется регулирование процесса. По разработанной технологической схеме рассчитали размеры емкостного оборудования, параметры теплообменников, подобрали насосы, при этом определили материальное исполнение.

После определения стоимости подобранного оборудования, количества работников, фонда оплаты труда, затрат на сырье и реагенты разработали ТЭР, на основании которого рассчитали срок окупаемости.