Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Исходные данные:

степень использования хлора 0,85;

количество кубового продукта, подаваемого из колонны выделения тетрахлорэтилена, 85 кг на 1 т перхлоруглеводородов;

состав кубового продукта (w_i, %): С₂Cl₄ – 90,0; С₂Сl₆ – 7,0; C₄Cl₆ – 2,2; C₆Cl₆ – 0,8;

количество флегмовой жидкости, подаваемой в закалочную колоннуиз емкости сырого тетрахлорметана, 4400 кг на 1 тонну перхлоруглеводородов;

состав флегмовой жидкости (w_i, %): ССl₄ – 60,0; C₂Cl₄ – 36,0; С₂Сl₆ – 0,42; C₄Cl₆ – 0,15; С₆Сl₆ – 0,05; Cl₂ – 2,5; HCl – 0,88.

Количество кубового продукта, подаваемого в закалочную колонну из колонны выделения тетрахлорэтилена: 85×5517,24/1000 = 468,96 кг/ч.

Состав кубового продукта на входе в закалочную колонну (поток 17):

 

	С2Cl4	С2Сl6	C4Cl6	C6Cl6	S
wi, %	90,0	7,0	2,2	0,8	100
mt, кг/ч	422,06	32,83	10,32	3,75	468,96
Мt, г/моль	166	237	261	285	-
nt, кмоль/ч	2,543	0,139	0,039	0,013	2,734
хi, %	93,02	5,05	1,46	0,47	100

 

Количество флегмовой жидкости, подаваемой в закалочную колонну из емкости сырого тетрахлорметана: 4400×5517,24/1000 = 24275,86 кг/ч.

Состав флегмовой жидкости на входе в закалочную колонну (поток 18):

 

	ССl4	С2Сl4	С2Сl6	C4Cl6	Cl2	C6Cl6	HCl	S
wi, %	60,0	36,0	0,42	0,15	2,5	0,05	0,88	100
mt, кг/ч	14565,52	8739,31	101,96	36,41	606,89	12,13	213,64	24275,86
Мt, г/моль	154	166	237	261	71	285	36,5	-
nt, кмоль/ч	94,58	52,65	0,43	0,14	8,55	0,17	5,85	162,37
хi, %	58,3	32,45	0,26	0,08	5,27	0,03	3,61	100

Состав подаваемых в закалочную колонну продуктов реакции рассчитывают по составам потоков 9, 17 и 18 (табл. 2.2).

 

Таблица 2.1.

Состав продуктов реакции на входе в закалочную колонну

Компонент	mt, кг/ч	wi, %	nt, кмоль/ч	хi, %
CCl4 С2Cl4 C2Cl6 C4Cl6 C6Cl6 Cl2 N2 CO2 HCl	18802,06 13913,95 499,53 203,46 121,33 1976,48 3,57 2,53 4458,48	46,98 34,79 1,25 0,6 0,31 4,94 0,01 0,01 11,14	122,09 83,823 2,108 0,919 0,553 27,84 0,1275 0,0575 122,147	32,96 23,31 0,59 0,25 0,12 7,74 0,03 0,02 33,98
S	39981,39	100	359,665	100

 

В газовую фазу на выходе из закалочной колонны переходит:

практически весь хлор, кроме возвращаемого в хлоратор (поток 5):

27,84 – 0,025 = 27,815 кмоль/ч или 1976,48 – 1,81 = 1974,67 кг/ч;

весь азот и диоксид углерода;

практически весь хлороводород, кроме возвращаемого в хлоратор (потока 5):

122,147 – 0,05 = 122,097 кмоль/ч или 4458,48 – 1,81 = 4456,67 кг/ч;

94% тетрахлорметана:

0,94×122,09 = 114,76 кмоль/ч или 114,76×154 = 17673,04 кг/ч;

82% тетрахлорэтилена:

0,82×83,823 = 68,73 кмоль/ч или 68,73×166 = 11409,18 кг/ч;

20% гексахлорэтана:

0,2×2,108 = 0,42 кмоль/ч или 0,42×237 = 99,54 кг/ч;

12% гексахлорбутадиена:

0,12×0,919 = 0,11 кмоль/ч или 0,11×261 = 28,71 кг/ч;

10% гексахлорбензола:

0,1×0,553 = 0,06 кмоль/ч или 0,06×285 = 17,1 кг/ч;

Доля отгоняемых продуктов реакции (94, 82, 20, 12 и 10%) принята с учетом их температур кипения и молярного состава потока.

Рассчитываем состав газовой фазы на выходе из закалочной колонны (табл. 2.3).

 

Таблица 2.3.

Состав газовой фазы на выходе из закалочной колонны (поток 10)

Компонент	mt, кг/ч	wi, %	nt, кмоль/ч	хi, %
CCl4 С2Cl4 C2Cl6 C4Cl6 C6Cl6 Cl2 N2 CO2 HCl	17673,04 11409,18 99,54 28,71 17,1 1974,67 3,57 2,53 4456,67	49,56 31,99 0,28 0,08 0,03 5,54 0,01 0,01 12,5	114,76 68,73 0,42 0,11 0,06 27,815 0,1275 0,0575 122,097	34,34 20,57 0,13 0,03 0,01 8,32 0,04 0,02 36,54
S	35665,01	100	334,177	100

 

Состав кубовой жидкости, отбираемой из закалочной колонны в емкость сырого тетрахлорэтилена, определяют по разности составов потоков на входе в закалочную колонну (табл. 2.2) и газовой фазы на выходе из нее (табл. 2.3).

Состав кубовой жидкости на выходе из закалочной колонны (поток 13):

 

	ССl4	С2Сl4	С2Сl6	C4Cl6	C6Cl6	Cl2	HCl	S
wi, %	25,88	57,46	9,18	4,85	2,55	0,04	0,04	100
mt, кг/ч	1129,02	2504,77	399,99	174,75	104,23	1,81	1,81	4316,38
Мt, г/моль	154	166	237	261	285	71	36,5	-
nt, кмоль/ч	7,33	15,093	1,688	0,809	0,493	0,025	0,05	25,488
хi, %	28,87	59,46	6,66	3,19	1,53	0,1	0,19	100

Газовая фаза из закалочной колонны охлаждается и разделяется в сепараторе С1. В газовую фазу на выходе из сепаратора (поток 11) переходит:

весь азот и диоксид углерода;

59% хлора из потолка 10 (табл. 2.3):

0,59×27,815 = 16,41 кмоль/ч или 16,41×71 = 1165,11 кг/ч;

93,5% хлороводорода:

0,935×122,097 = 114,16 кмоль/ч или 114,16×36,5 = 4166,87 кг/ч;

тетрахлорметана (см. состав потока 7): 0,48 кмоль/ч или 74,48 кг/ч.

С целью очитски отходящего хлороводорода в реакторе РТ2 проводят жидкофазное хлорирование этилена хлором, содержащимся в газовой фазе из сепаратора.

На улавливание хлора по реакции:

С₂Н₄ +Сl₂ ® C₂H₄Cl₂    (2.37)

расходуется хлора: 16,41 кмоль/ч или 1165,11 кг/ч.

При степени хлорирования этилена 82% (по экспериментальным данным) в реактор необходимо подать этилена:

16,41/0,82 = 20,012 кмоль/ч или 20,012×28 = 560,336 кг/ч.

Состав технического этилена на входе в реактор РТ2 (поток 12):

 

	СН4	С2Н4	С2Н6	N2	CO2	S
хi, %	0,5	98,0	0,5	0,5	0,5	100
nt, кмоль/ч	0,1	19,612	0,1	0,1	0,1	20,012
Мt, г/моль	16	28	30	28	44	-
mt, кг/ч	1,6	548,536	3,0	2,8	4,4	560,336
wi, %	0,29	97,89	0,54	0,49	0,79	100

 

Остается этилена: 19,612 – 16,41 = 3,202 кмоль/ч или 3,202×28 = 89,656 кг/ч.

Образуется 1,2-дихлорэтана: 16,41 кмоль/ч или 16,41×99 = 1624,59 кг/ч.

Подают в хлоратор 1,2-дихлорэтана (см. состав потока 7): 14,11 кмоль/ч или 1397,23 кг/ч.

Поступает 1,2-дихлорэтана в абсорбер хлороводорода:

16,41 – 14,11 = 2,3 кмоль/ч или 227,36 кг/ч.

В жидком 1,2-дихлорэтане, поступающем в хлоратор:

растворено хлороводорода: 0,49 кмоль/ч или 17,88 кг/ч;

уходит в абсорбер хлороводорода:

114,16 – 0,49 = 113,67 кмоль/ ч или 4166,87 – 17,88 = 4148,99 кг/ч.

Составляют Материальный баланс реактора РТ2 (табл. 2.4).

Определяем состав жидкой фазы из сепаратора С1 (поток 14), поступающей в емкость сырого тетрахлорметана, по разности составов потоков 10 и 11.

Состав жидкой фазы из сепаратора С1 (поток 14):

 

	ССl4	С2Сl4	С2Сl6	C4Cl6	C6Cl6	Cl2	HCl	S
wi, %	58,18	37,72	0,33	0,09	0,04	2,68	0,96	100
mt, кг/ч	17598,56	11409,18	99,54	28,71	17,1	809,56	289,8	4316,38
Мt, г/моль	154	166	237	261	285	71	36,5	-
nt, кмоль/ч	114,28	68,73	0,42	0,11	0,06	11,4	7,94	202,94
хi, %	56,32	33,87	0,21	0,05	0,02	5,62	3,91	100

 

Состав сырца перхлоруглеводородов, поступающего из емкостей для хранения сырых перхлоруглеводородов в колонну отпарки сырца (поток 19) определяют по разности составов поступающих потоков 13 и 14 и выходящих потоков 5 и 18.

 

Таблица 2.4.

Материальный баланс реактора РТ2

Входит	кг/ч	%	Выходит	кг/ч	%
Газовая фаза из сепаратора С1 (поток 11): ССl4 Cl2 N2 CO2 HCl	74,48 1165,11 3,57 2,53 4166,87	1,38 21,52 0,06 0,05 76,99	Жидкий ДХЭ в хлоратор (поток 7): ССl4 C2H4Cl2 HCl	74,48 1397,23 17,88	5,0 93,8 1,2
Итого	5412,56	100	Итого	1489,59	100
Этилен технический (поток 12): СН4 С2Н4 С2Н6 N2 CO2	1,6 548,536 3,0 2,8 4,4	0,29 97,89 0,54 0,49 0,79	Отходящий хлороводород в абсорбер (поток 16): C2H4Cl2 СН4 С2Н4 С2Н6 N2 CO2 HCl	227,36 1,79 89,656 3,15 9,841 13,84 4148,99	5,5 0,04 2,24 0,07 0,13 0,16 92,31
Итого	560,336	100	Итого	4494,627	100
Всего	5972,896		Всего	5984,217

 

Состав сырца перхлоруглеводородов на входе в колонну отпарки (поток 19):

 

	ССl4	С2Сl4	С2Сl6	C4Cl6	C6Cl6	Cl2	HCl	S
wi, %	46,25	47,67	0,76	0,51	0,66	3,02	1,13	100
mt, кг/ч	3106,88	3203,24	50,66	34,26	44,34	202,87	75,33	6717,58
Мt, г/моль	154	166	237	261	285	71	36,5	-
nt, кмоль/ч	20,17	19,29	0,21	0,13	0,16	2,86	2,06	44,88
хi, %	44,93	42,96	0,48	0,29	0,34	6,36	4,64	100

 

Состав сырца, передаваемого из колонны отпарки на стадию выделения чистых перхлоруглеводородов, определяют по разности составов потоков 19 и 6.

Состав сырца перхлоруглеводородов, передаваемого на стадию выделения чистых перхлоруглеводородов (поток 20):

 

	ССl4	С2Сl4	С2Сl6	C4Cl6	C6Cl6	Cl2	HCl	S
wi, %	47,72	50,02	0,8	0,53	0,69	0,11	0,13	100
mt, кг/ч	3056,06	3203,24	50,66	34,26	44,34	7,04	8,55	6404,15
Мt, г/моль	154	166	237	261	285	71	36,5	-
nt, кмоль/ч	19,84	19,29	0,21	0,13	0,16	0,09	0,24	39,96
хi, %	49,66	48,28	0,54	0,33	0,39	0,24	0,56	100

 

В закалочной колонне КЛ1 в результате резкого охлаждения выходящих из реактора РТ1 продуктов реакции хлор и хлороводород полностью переходят в газовую фазу. Содержание этих веществ в сырце перхлоруглеводородов после его отпаривания в колонне КЛ2 зависит от степени конденсации газовой фазы в холодильнике-конденсаторе и степени разделения газожидкостиой смеси в сепараторе С1. Массовые доли хлора и хлороводорода в сырце перхлоруглеводородов не должны превышать 0,10-0,15%. В противном случае необходимо повысить температуру конденсации и увеличить степень отдувки хлора и хлороводорода в сепараторе С1.

Составляем материальный баланс стадии получения перхлоруглеводородов (табл. 2.5).

 

Таблица 2.5.

Материальный баланс стадии получения перхлоруглеводородов

Входит	кмоль/ч	кг/ч	Выходит	кмоль/ч	кг/ч
Хлор Этилен технический Природный газ Жидкие хлоруглеводороды Кубовый продукт колонны выделения тетрахлорэтилена	128,61 29,392 4,72   2,65     2,734	9131,31 832,261 79,42   386,21     468,96	Сырец перхлоруглеводородов на стадию выделения Отходящий хлороводород	39,96   123,12	6404,15   4494,01
Всего	168,106	10898,16	Всего	163,08	10898,16

 

Расчет основных расходных коэффициентов. Для получения 5517,24 кг/ч перхлоруглеводородов (отношение ССl₄:C₂Cl₄ = 1:1) необходимо: 9131,31 кг/ч хлора; 832,261 кг/ч технического этилена; 79,42 кг/ч природного газа (см. табл. 2.5).

Расходные коэффициенты составят:

по хлору: 9131,31/5517,24 = 1,655 т/т;

по техническому этилену: 832,261×1000/5517,24 = 150,85 кг/т;

по природному газу: 79,42×1000/5517,24 = 14,39 кг/т.

 

Тепловой расчет хлоратора

Исходные данные:

материальные потоки (см. состав потоков 2-7): хлор – 128,61/(2×3600) = = 0,0179 кмоль/с; природный газ – 4,72/(2×3600) = 0,0007 кмоль/с; технический этилен - 9,38/(2×3600) = 0,0013 кмоль/с; жидкие хлоруглеводороды - 386,21/(2×3600) = = 0,0536 кг/с; жидкие рециркулирующие перхлорутлеводороды из емкостей сырого продукта – 3613,64/(2×3600) = 0,502 кг/с; продукты отпарки сырца перхлоруглеводородов - 4,93/(2×3600) = 0,0007 кмоль/с; жидкий 1,2-дихлорэтан 1489,59/(2×3600) = = 0,2069 кг/с; температура потоков, °С: хлор, природный газ, технический этилен - 25; хлоруглеводороды и рецикл (сырой продукт) - 20; продукты отпаркп сырца перхлоругдеводородов - 30; продукты реакции - 585.

Цель расчета - определение количества теплоты, отводимой охлаждающей водой.

Уравнение теплового баланса хлоратора в общем виде:

 

Ф₁ + Ф₂ + Ф₃ + Ф₄ + Ф₅ + Ф₆ = Ф₇ + Ф₈ + Ф₉ + Ф_пот, (2.38)

 

где Ф₁, Ф₂, Ф₃, Ф₄, Ф₈ – тепловые потоки газообразного сырья (хлор, природный газ, технический этилен), жидких хлоруглеводородов, жидких рециркулирующих перхлоруглеводородов, жидкого техническго 1,2-дихлорэтана и продуктов реакции соответственно, кВт;

Ф₆ – теплота экзотемической реакции, кВт;

Ф₇ – теплота, расходуемая на испарение жидких компонентов сырьевой смеси, кВт;

Ф₉ – теплота, отводимая охлаждающей водой, кВт;

Ф_пот – теплопотери в окружающую среду, кВт.

Определяем тепловые потоки сырья и продуктов. Значения теплоемкостей находим по /7/ (Приложения, табл. 2-4).

Тепловой поток газообразного сырья (потоки 1-3):

Ф₁ =(0,0179×33,93 + 0,0007×35,71 + 0,0013×43,56)×25 = 17,22 кВт.

Тепловой поток жидких хлоруглеводородов (поток 4):

Ф₂ = (0,0536/100)×(1,289×7,0 + 0,962×4,2 + 0,858×6,0 + 0,950×5,5 + 0,862×77,3)×20 = = 0,97 кВт.

Тепловой поток жидких рециркулирующих перхлоруглеводородов (поток 5):

Ф₃ = (0,502/100)×(0,858×70,8 + 0,862×29,2)×20 = 8,63 кВт.

Тепловой поток продуктов отпарки сырца перхлоруглеводородов (поток 6):

Ф₄ = (0,0007/100)×(0,545×154×6,75 + 34,13×55,75 + 29,11×37,5)×30 = 0,75 кВт.

где 0,545 – удельная теплоемкость паров тетрахлорметана, кДж/(кг×К);

154 – молярная масса тетрахлорметана, г/моль.

Для упрощения расчета все компоненты, присутствующие в потоке 7, объединены в поток «дихлорэтан». Тепловой поток жидкого 1,2-дихлорэтана (поток 7):

Ф₅ = 0,2069×1,289×20 = 5,334 кВт.

Рассчитываем теплоты реакций (в кДж/моль):

 

Теплота экзотермических реакций (теплота реакции образования гексахлорбутадиена принята равной теплоте реакции образования гексахлорбензола):

Ф₆ = [1000/(2×3600)]×[285,62×0,12 + 91,48×0,18 + 694,98×7,19 + 394,81×3,11 + + 1996,3×(0,14 + 0,09) + 730,2×0,079 + 484,25×0,2375 + 436,6×9,19] = = [1000/(2×3600)]×10919,69 = 1516,52 кВт.

Общий приход теплоты:

Ф_прих = 17,22 + 0,97 + 8,63 + 0,75 + 5,334 + 1516,52 = 1549,424 кВт.

Количество веществ испаряющихся в хлораторе (кг/ч): тетрахлорметан - 298,54 + 1055,18 + 74,48 = 1428,2; тетрахлорэтилен – 23,17 + 1971,24 = 1994,41; гексахлорэтан – 346,91; гексахлорбуталдиен – 169,84; гексахлорбензол – 66,85; трихлорэтилен – 16,23; трихлорметан – 21,24; 1,2-дихлорэтан – 27,03 + 1397,23 = 1424,26.

Определяем теплоту, расходуемую на испарение жидких компонентов. Значения теплот испарения компонентов по /7/ (Приложения, табл. 9) теплоты испарения гексахлорбутадиена и гексахлорбензола приняты равными теплоте испарения гексахлорэтана:

Ф₇ = [1/(2×3600)]×[1428,2×194,7 + 1994,41×209,2 + (346,91 + 169,84 + 66,85)×215,5 + + 16,23×239,3 + 21,24×248,3 + 1424×323,4] = 1164980,4/(2×3600) = 161,8 кВт

Тепловой поток продуктов реакций (поток 9; с целью упрощения расчета в поток «тетрахлорэтилен» включены гексахлорбензол, гексахлорбутадиен, гексахлорэтан, а в поток «хлор» - азот, диоксид углерода и хлороводород):

Ф₈ = [1/(2×3600)]×[(4752,58 + 105,45 + 193,14 + 364,74)×0,693 + 4236,54×0,656 + + (1369,59 + 3,57 + 2,53)×(37,21/71) + 4244,84/(30,63/36,5)]×585 = [10815,55/(2×3600)]× ×585 = 878,76 кВт.

Принимаем, что теплопотери в окружающую среду составляют 5% от общего прихода теплоты:

Ф_пот = 0,05×1549,424 = 77,47кВт.

Количество теплоты, отводимое охлаждающей водой, находят из уравнения теплового баланса хлоратора:

Ф₉ = Ф_прих – Ф₇ – Ф₈ – Ф_пот = 1549,424 – 161,8 – 878,76 – 77,47 = 431,394 кВт

или 431394 Вт.

Рассчитывают расход воды на охлаждение наружной стенки хлоратора. Принимают начальную температуру воды t_H = 20°С и считают, что в процессе теплообмена температура повысилась на 20°С, тогда расход воды составит:

m_B = Ф₉/(с_В×Δt×η) = 431394/(4187×20×0,9) = 5,7239 кг/с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

1. Изучены способы и технологии получения тетрахлорметана и тетрахлорэтилена, области их применении, используемая реакционная аппаратура и рассмотрены материалы, которые целесообразно использовать в процессах хлорирования.

2. Рассмотрен химизм получения тетрахлорметана и тетрахлорэтилена.

3. Разработана и описана технологическая схема процесса совместного получения тетрахлорметана и тетрахлорэтилена.

4. Выполнены материальные расчеты стадии получения тетрахлорметана и тетрахлорэтилена и Теловой расчет хлоратора.

Расходные коэффициенты на годовую производительность по перхлоруглеводородам составляют:

по хлору: 9131,31/5517,24 = 1,655 т/т;

по техническому этилену: 832,261×1000/5517,24 = 150,85 кг/т;

по природному газу: 79,42×1000/5517,24 = 14,39 кг/т.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1981.

2. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1985.

3. Справочник нефтехимия / Под ред. С.К. Огородникова. В 2-х т. – Л.: Химия, 1978.

4. Капкин В.Д., Савинецкая Г.А., Чапурин В.И. Технология органического синтеза. – М.: Химия, 1988.

5. Трегер Ю.А., Гужновская Т.Д. Интенсификация хлорорганических производств. Высокоэффективные каталитические системы. – М.: Химия, 1989.

6. Муганлинский Ф.Ф., Трегер Ю.А., Люшин М.М. Химия и технология галогенорганических соединений. – М.: Химия, 1993.

7. Гутник С.П., Сосонко В.Е., Гутман В.Д. Расчеты по технологии органического синтеза. – М.: Химия, 1988.

8. СТП 001-2002 Стандарты предприятия. Проекты (работы) дипломные. Требования и порядок подготовки, представления к защите и защиты. – Мн.: БГТУ, 2002.