Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Литературный обзор. Промышленный синтез хлорбензола . 7
Общие сведения по технологии хлорбензола 7
Подготовка сырья 18
Хлорирование бензола 22
Выделение бензола из отходящих газов 34
Переработка реакционной массы 40
Выводы 50
Глава 2 Новый способ получения хлорбензола 50
Новая технологическая схема осушки бензола 52
Хлорирование бензола 53
Выделение бензола из абгазов 54
Переработка реакционной массы 56
Выводы 60
Глава 3 Экспериментальная часть 60
Осушка бензола и ее влияние на процессы получения хлор- 60
бензола
Обсуждение результатов 65
Выводы 66
Глава 4 Оценка способов получения хлорбензола 67
Энергетика производств 68
Расходные нормы по сырью и отходы производств 69
Оценка безотходности производств 70
Выводы 73
Глава 5 Опытно-промышленное испытание, внедрение и технико-экономические показатели разработанных процессов 74
Технологический расчет технологического оборудования 75
производства
Технико-экономические показатели разработанных процессов 97
Выводы 101
Приложения 102
Литература
- Выделение бензола из отходящих газов
- Выделение бензола из абгазов
- Обсуждение результатов
- Расходные нормы по сырью и отходы производств
Введение к работе
Впервые синтез хлорбензола в России организован на Славянском содовом заводе незадолго до 1917г. В 1928-1933г. На Рубежанском химическом заводе построен второй цех хлорбензола. Метод заключался в периодическом хлорировании бензола в реакторе емкостного типа. Ввиду того, что реакция сопровождается большим выделением тепла, регламентирующим временем процесса являлось снятие тепла реакции. В предвоенные годы в связи с необходимостью увеличением производства хлорбензола были предприняты исследование кинетики процесса хлорирования бензола, а также начата разработка схем и аппаратов для проведения промышленного синтеза хлорбензола непрерывным способом. Профессором Московского химико-технологического института им. Д.И. Менделееева Н.Н. Ворожцовым старшим разработан способ многоступенчатого непрерывного хлорирования бензола в аппаратах с выносными холодильниками и непрерывной циркуляцией. На Рубежанском химзаводе А.П. Яровой осуществил многоступенчатую схему хлорирования бензола непрерывным способом, расположив каскадом имевшиеся хлораторы периодического действия.
Исследователь Б.Е. Беркман в 1938г. обратил внимание на то, что при хлорировании в лабораторных условиях пузырьки хлора, проходя через слой бензола высотой в 40 см. в присутствии хлорного железа, полностью успевают превратиться в хлористый водород, за 1-2 сек. Как оказалось скорость промышленного хлорирования ограничивается только скоростью отвода реакционного тепла. Первые же опыты показали, что если допускать нагревание реакционной массы до температуры кипения и вводить в аппарат избыток бензола, который отнимает тепло реакции, то время пребывания реакционной массы в хлораторе может быть сокращено с нескольких часов до нескольких минут. Этот способ хлорирования бензола при температуре кипения реакционной массы был предложен автором весной 1938 г. Великая отечественная война задержала внедрение разработки. Данная технология была внедрена на Уфимском химзаводе, но по ряду причин в настоящее время производство остановлено [1].
Потребление хлорбензола в США , Западной Европе и Японии устойчиво снижается. Начиная с 2001 года, потребление уменьшилось в среднем на 3,6% в год. Производители продуктов, технология получения которых требует использования хлорбензола, продолжают поиск более экологичных заменителей или пытаются минимизировать количество хлорбензола в процессе производства.
Использование хлорбензола в качестве растворителя, по предложениям аналитиков, также будет сокращаться.
В течение прошлого десятилетия производство и потребление хлорированных бензолов, как и большинство других хлорсодержащих органических веществ, находилось под растущим давлением со стороны экологических организаций в связи с такой серьезной проблемой, как выброс хлора и твердых хлорированных отходов в окружающую среду, особенно через сточные воды.
В прошлом существовал ограниченных рынок для полихлорированного бензола в сельском хозяйстве и некоторых других областях, но в связи с токсичностью этих продуктов их использование уменьшилось до крайне малых объемов.
Кроме того, отходы полихлорированных бензолов должны сжигаться, так как захоронение их или вывоз в сраны третьего мира больше не практикуется.
Только три из множества возможных продуктов, получаемых в результате хлорирования бензола, продолжают широко применяться на практике. Это монохлорбензол, о-дихлорбензол и п-дихлорбензол.
Доля монохлорбензола в общем потреблении хлорбензола составляет 60% в США, 63% в Западной Европе и только 31% в Японии, где значительно шире, чем в других регионах используют дихлорбензол.
Основным конечным продуктом использования монохлорбензола является нитрохлорбензол. Нитрохлорбензолы используются в качестве промежуточных продуктов при изготовлении красителей и пигментов, каучука, химикатов для обработки резины, пестицидов (например, паратион и карбофуран), фармацевтических препаратов (например, ацетоминофен) и других органических веществ.
О-дихлорбензол является химическим полупродуктом, используемым в основном для производства 3,4-дихлоранилина в США, Южной Америке и Западной Европе, и промежуточным продуктом для производства гербицидов в Японии.
Основные варианты использования п-дихлорбензола в мире: в составе дезодорантов воздуха в помещениях, в качестве сырья для полифениленсульфид-ных смол и качестве средства борьбы с молью. Полифениленсульфиды являются высококачественными полимерами, получающими в последнее время все большее распространение. Вначале они производились только в США, но с 1987 года их производство было освоено и в Японии. Выпуск этих полимеров в обеих странах в последние пять лет быстро рос.
За исключением высококачественных полимеров, остальные рынки для хлорбензолов вполне сформированы.
ОАО "Химпром" (г. Новочебоксарск) испытывает потребность в данном сырье (используется при получении фенилтрихлорсилана) и в 2002 г. запущено собственное производство хлорбензола (ХБ).
После оценки различных схем получения хлорбензола был выбран принцип непрерывного хлорирования бензола с отводом тепла реакции парами кипящего бензола во всем объеме реакционной массы, с последующей двухступенчатой ректификацией.
Процесс получения хлорбензола основан на реакции жидкофазного хлорирования бензола в присутствии хлорного железа:
С6Нб + С12 > C6H5CI + HCI + 28,8 + 31,3 ккал/моль
Побочная реакция:
С6Н5С1 + С12 > СбН4С12 + HCI + 28,0 ккал/моль
Хлорное железо образуется в процессе реакции из металлического железа:
2Fe + 3CI2 >2FeCI3
Производство хлорбензола создавалось как неотъемлемая часть производства фенилтрихлорсилана (ФТХС), где одной стороны хлорбензол используется в качестве сырья для производства ФТХС. С другой стороны при производстве ФТХС в качестве побочного продукта образуется бензол (225 кг/т ФТХС) содержащий ЧХК (0,4%масс.) и хлорсилоксаны (0,3%масс.)
В связи с этим был выбран способ осушки бензола от влаги хлорсилокса-нами и ЧХК содержащиеся в бензоле с производства ФТХС [2]. Сущность данного метода заключается в том, что хлорсиланы и ЧХК реагируют с водой с образованием полихлорилокеанов по реакции:
2 sSiCI + Н20 -> s Si-O-Si = + 2HCI
При этом осушка бензола происходит практически на 100%.
Также предполагалось задействовать существующую схему очистки бензола с производства ФТХС для осушки бензола и задействовать схему абсорбции хлористого водорода производства ФТХС с производства хлорбензола.
Выделение бензола из отходящих газов
В газах, выходящих из хлоратора, содержатся хлористый водород, инертные газы (поступающие с хлором), бензол и незначительное количество хлорбензола. При хлорировании бензола, содержащего сернистые соединения (сероуглерод, тиофен и др.), в отходящих газах содержится сероводород (до 1% объемн.).
Количество бензола, уносимого с отходящими газами, может быть определено из теплового баланса процесса хлорирования. Результаты расчета, подтвержденные опытом, показывают что в промышленном реакторе, работающем при 76-80 С и содержании в реакционной массе 65-67% бензола, на 1 кг введенного хлора испаряется около 2 кг бензола. На 1 кг хлористого водорода, содержащегося в отходящих газах, приходится около 4 кг бензола и до 0,1 кг инертных газов (при удовлетворительном качестве хлор-газа).
Обследование взрывоопасности и пожароопасности отходящих газов процесса хлорирования бензола (смесь хлористого водорода, бензола, водорода и кислорода), проведенное И.С. Ройзеном и др. в Московском институте химического машиностроения, показало, что критерием пожаро- и взрывоопасности этих газов является объемное содержание кислорода (при отсутствии проскока хлора) и суммарная концентрация водорода и бензола. Пожаробезопасны отходящие газы, содержащие менее 8% кислорода при 0,5%-1,0% водорода и бензола.
Обычно, при отсутствии подсосов воздуха и проскока хлора, это условие соблюдается при использовании для хлорирования как концентрированного хлор - газа, так и абгазов после сжижения хлора.
Весь испарившийся бензол (1,4-1,5 т на 1 т товарного хлорбензола) должен быть возвращен на хлорирование. Это может быть достигнуто путем охлаждения отходящих газов. Иногда бензол извлекают из отходящих газов охлажденной реакционной массой или хлорбензолом в конденсаторах смешения. Абсорбция бензола маслами не применяется из-за усложнения схемы производства.
Как показывает анализ, в «обратном бензоле», выделенном из отходящих газов, содержится 5-10% хлорбензола. Охлаждение отходящих газов. Схема двухступенчатого охлаждения от ходящих газов изображена на рис.6 —-—
Отходящие газы из хлоратора поступают в холодильник первой ступени охлаждения. На схеме изображен стальной холодильник «труба в трубе», в рубашку которого насосом 2 подается хлорбензол, охлажденный водой в теплообменнике 4. Из холодильника 7 газ - жидкостная смесь поступает в сепаратор 5, откуда сконденсировавшийся бензол через гидравлический затвор 6 стекает в хлоркалыдиевый осушитель см. рис.3.
В первой ступени газы охлаждаются до 30 и упругость паров бензола понижается до 147 мм.рт.ст. При этом конденсируется около 90% бензола.
Охлажденные газы далее поступают в холодильник 8 второй ступени (такой же конструкции, как холодильник первой ступени).
Хлорбензол, охлажденный в рассольном теплообменнике 3, поступает в рубашку холодильника 8 при температуре от -5 до -10.
Во второй ступени газы охлаждаются до -2 и упругость паров бензола понижается до 24,2 мм.рт.ст [76,77]. При этом конденсируется около 9,2% бензола.
Охлаждение холодильников производится хлорбензолом для предупреждения коррозии труб при попадании воды в отходящие газы. Коррозия легко обнаруживается по увеличению удельного веса «обратного» бензола и по убыли циркулирующего хлорбензола.
Можно применять для охлаждения жидкие полихлориды (в основном о-дихлорбензол).
Потери бензола с неконденсирующимся хлористым водородом не должны превышать 0,8% количества бензола, испарившегося в реакторе, что составляет 10 кг бензола на 1 т товарного хлорбензола. Чтобы предотвратить замерзание паров бензола на внутренней поверхности труб, в холодильник второй ступени добавляется до 30% хлорбензола от количества бензола, содержащегося в поступающих в него газах.
Сепарационный объем в сепараторах 5 должен быть достаточно велик для предотвращения уноса капель бензола с хлористым водородом.
Л.И. Герчановский и В.Д. Симанов [27,68] предложили использовать для улавливания бензола из отходящих газов, охлажденных до 30-40 С, вторую колонну системы для абсорбции хлористого водорода. Абсорбция хлористого водорода производится в колоннах Гаспаряна при высокой температуре.
В этих условиях в первой колонне весь бензол испаряется из соляной кислоты и может быть сконденсирован во второй колонне. При применении этого способа вторую колонну целесообразно орошать рассолом, чтобы избежать потерь бензола с отходящей водой.
Выделение бензола из абгазов
Осушка бензола от растворенной в нем воды осуществляется органохлор-силанами и четыреххлористым кремнием, содержащимися в бензоле производства фенилтрихлорсилана (побочный продукт). Осушка основана на том, что хлор- и органохлорсиланы реагируют с водой, растворенной в бензоле, по схеме: 2 =SiCl + Н20 - =Si-0-Si= + 2НС1 Образующийся при этом хлор- и органохлорсилоксаны остаются в бензоле в растворенном виде. Принципиальная технологическая схема осушки бензола представлена на рис.12. Сухой бензол на синтез
Привозной бензол подается в сборник Е1. Из сборника Е1 бензол с определенным расходом поступает на всас насоса Н7. Бензол с производства ФТХС, содержащий четыреххлористый кремний, из сборников Е2, поступает в ем 53 кость Е 6, и затем на всас насоса Н7. Расход бензола автоматически регулируется. При помощи насоса Н7, работающего с рециклом жидкости, в сборнике Е6 происходит перемешивание привозного бензола и бензола с производства ФТХС, содержащего четыреххлористый кремний в определенном мольном соотношении.
При отсутствии бензола с производства ФТХС для осушки привозного бензола в сборник Е6 из расходной емкости Е5, подают четыреххлористый кремний. Заполнение емкости Е5 четыреххлористым кремнием осуществляется периодически из емкости ЕЗ. Осушенный бензол непрерывно насосом Н7 подаётся в емкость Е4, где происходит смешение осушенного бензола и возвратного бензола с 1-ой дистилляции. Сухой бензол поступает на стадию хлорирования.
Хлорирование бензола Хлорирование бензола осуществляется в хлораторе (см. рис.13), пред ставляющем собой колонный аппарат насадочного типа высотой 4500 мм и диаметром 600 мм. Насадка - кольца Рашига из углеродистой стали и керамики размером 25x25 мм
Осушенный бензол из сборника Е4 насосом Н8 подается в нижнюю часть хлоратора поз. Р9. Испаренный хлор поступает в ресивер хлора ЕЮ, стальной, обогреваемый горячей водой. Из ресивера ЕЮ хлор под давлением поступает в хлоратор Р9 через барботер. Хлор частично реагирует со стальными кольцами, загруженными в хлоратор с образованием хлорного железа, являющегося ката-лизатором процесса хлорирования бензола. Основная масса хлора реагирует с бензолом с образованием хлорбензола, дихлорбензолов и хлористого водорода. Съем тепла реакции осуществляется испарением избытка бензола.
Процесс хлорирования бензола осуществляется в жидкой фазе при давлении в верхней части хлоратора не более 0,07 МПа и температуре: ? в верхней части 70 - 90 С , ? в средней части 70 - 90 С , ? в нижней части 50 - 100 С .
Реакционная масса из хлоратора Р9 по линии перелива через холодильник ТІЇ, стальной, охлаждаемый оборотной водой направляется в емкость Е12 стальную. Из емкости Е12 насосом Н13 реакционная масса поступает в объемный испаритель. Реакционный газ из хлоратора Р10 поступает на узел конденсации бензола в холодильник ТО 14/1,2.
Выделение бензола из абгазов Конденсация бензола из абгазного хлористого водорода Конденсация бензола из реакционного газа узла хлорирования осуществляется в холодильнике ТІ4/1,2 (см.рис.13), охлаждаемом оборотной водой. Сконденсировавшийся бензол поступает в емкость поз. Е 12. Абгазный хлористый водород поступает на узел очистки хлорбензолом. Абсорбция абгазного хлористого водорода хлорбензолом Очистка абгазного хлористого водорода хлорбензолом осуществляется на абсорбционной колоне К15 (см.рис.14).
Возвратный хлорбензол из емкости Е16, насосом Н17 подается на охлаждение в холодильник ТІ8, стальной, охлаждаемый рассолом минус 20С и затем направляется на орошение абсорбционной колонны К15 и далее стекает в Е19. Расход хлорбензола в холодильник ТІ 8 регулируется при помощи регулирующего клапана.
Циркуляция хлорбензола по схеме осуществляется насосом НІ7. Расход циркуляционного хлорбензола с регулируется при помощи регулирующего клапана . Очищенный от основной массы бензола в колонне К15 хлористый водород далее направляется на стадию очистки фенилтрихлорсиланом.
Избыток хлорбензола, насыщенного бензолом, направляется из емкости Е19 в емкость Е12. Абсорбция хлористого водорода ФТХС
Хлористый водород с абсорбционной колонны К15, поступает в нижнюю часть абсорбционной колонны К20 (см. рис.14).
В циркуляционный контур непрерывно подается свежий ФТХС насосом Н21,захолаживается в холодильнике Т22. Расход ФТХС в холодильник Т22 регулируется при помощи регулирующего клапана. Из емкости поз. Е23 непрерывно выводится отработанный ФТХС. Расход отработанного ФТХС из емкости Е23 регулируется при помощи регулирующего клапана. Отработанный ФТХС поступает на дальнейшую переработку в ректификационную колонну производства ФТХС.
За счет тепло-массообменных процессов в абсорбционной колонне К20 происходит очистка хлористого водорода от остаточного количества примесей: бензол, хлорбензол, ТХС, ЧХК.
Очищенный хлористый водород поступает на компримирование и далее на синтез ТХС-ЧХК. Переработка реакционной массы Испарение реакционной массы в объемном испарителе
В испаритель Т24а/1,2 (см.рис.15) насосом Н13 с заданным расходом подается реакционная смесь из емкости Е12. В рубашку испарителя и его змеевик подается пар. В кубе - испарителе предусматривается контроль и регулирование температуры подачей пара в рубашку и змеевик куба-испарителя Т24а/1,2, а также контроль и регулирование уровня.
Обсуждение результатов
При хлорировании бензола, осушенного металлическим натрием (содержание воды — отсутствие) и при хлорировании химически чистого бензола с содержанием ЧХК 15,94% (содержание воды - отсутствие) резких подъемов температуры (скачков), свидетельствующих о начале хлорирования бензола не наблюдается (см. рис.18 и табл. 6). Небольшой и медленный подъем температуры в процессе экспериментов объясняется теплотой растворения хлора в бензоле и тем, что реакция хлорирования бензола все-таки идет, но скорость ее крайне мала. В опыте №1 через 30 мин. содержание хлорбензола в реакционной массе увеличилось с 0 % до 0,62 %, а в опыте №3 через 40 мин. с 0 % до 1,0 %.
При хлорировании бензола производства ФТХС (см. результаты опытов №2 и №4) в течение первых 15 мин. скорость подъема температуры практически не отличалась от выше описанных опытов. Но начиная с 15-ой минуты от начала опытов начался заметный подъем температуры.
В опыте №2 на 30-ой минуте температура скачкообразно поднялась с 44С до 58С за 1,0 мин. и к 40-ой минуте (окончание опыта) она достигла 67С. Анализ продуктов синтеза показал, что в реакционной массе содержалось 0,000755 % хлорного железа. Чтобы исключить влияние железа, оставшегося на стенках реакционной колбы от предыдущих опытов, опыт №4 проведен в не бывшем в употреблении стекле. В опыте №4 подъем температуры, начиная с 15-ой минуты от начала опытов и до его окончания, был плавным. В этом случае в реакционной массе после опыта содержание хлорного железа оказалось 0,000552 %. Это железо со всей очевидностью содержалось в исходном образце бензола производства ФТХС.
При хлорировании бензола в присутствии железа использовалась стружка из углеродистой стали как источника образования хлорного железа - катализатора процесса синтеза хлорбензола Во всех опытах видны характерные резкие подъемы температуры ( см. рис. 19 и таблицу 7).
Во всех опытах до 8-ой минуты с начала опыта идет процесс растворения хлора в бензоле (этим можно объяснить плавный и равномерный подъем температуры) и образование пороговой концентрации хлорного железа, при наличии которой начинается с заметной скоростью процесс хлорирования бензола. Более ранний, заметный подъем температуры в опытах №2 ( бензол производства ФТХС с содержанием ТХС- 0,80 %) и №3 ( бензол с содержанием ТХС - 7,23 % ) можно объяснить только тем, что наряду с реакцией хлорирования бензола С6Нб + С12 -» С6Н5 CI + НС1 + 28-30 ккал идет реакция Cl2 + HSiCI3 - Si CI4 + НС1 + 60-66 ккал
В этом случае, когда количество выделяющегося тепла при хлорировании ТХС больше, чем при хлорировании бензола, не содержащего ТХС скорость подъема температуры выше.
При хлорировании привозного бензола и осушенного ЧХК по принятой технологии, скорость подъема температуры в процессе синтеза даже ниже (опыт №4), чем при хлорировании бензола, осушенного металлическим натрием и не содержащего ЧХК и полихлорсилоксанов.
Обращает на себя внимание тот факт, что при хлорировании бензола, не содержащего хлорсиланы и хлорсилоксаны, в реакционной массе по окончании опытов, содержание хлорного железа на порядок выше.
Выводы
Без катализатора (хлорное железо) процесс хлорирования бензола с образованием хлорбензола практически не идет. ЧХК и полихлорсилоксаны не являются катализаторами (активаторами) в процессе хлорирования бензола с получением хлорбензола.
Влияние ТХС на скорость подъема температуры при хлорировании бензола можно объяснить, только тем, что ТХС хлорируется с получением ЧХК с более высоким выделением тепла.
Как видно, из экспериментов степень осушки исходного бензола существенно влияет на процессы хлорирования. При хлорировании 100% сухого бензола процесс протекает с минимальной концентрацией хлорного железа (0,0005-0,01%масс).
В настоящее время на ОАО "Химпром" на действующей схеме производства хлорбензола в реакционной массе концентрация хлорного железа составляет 0,001-0,005%масс. (что не предел как видно из экспериментов). Ранее для промышленного процесса нижним пределом считалась концентрация хлорного железа 0,01%масс [1].
Хлорное железо, является отходом производства. Образование его существенно влияет на процессы ректификации. Приводит к забивке кипятильника ректификационной колонны отгонки возвратного бензола. Поэтому в промышленности проводят переработку реакционной массы методами нейтрализации и испарения.
Присутствие влаги в бензоле, поступающем на хлорирование, приводит к выводу из сферы реакции катализатора (хлорное железо) и вызывает интенсивную коррозию аппаратуры схемы, в первую очередь холодильников абгазов, дефлегматоров колонн для отгонки бензола из реакционной массы, сборников обратного бензола, насосов и др [ 1 ].
Данная степень осушки позволила полностью исключить воду в технологическом цикле, тем самым исполнить всю промышленную схему из «черного» металла.
Расходные нормы по сырью и отходы производств
Массовый расход дистиллята Cd=Cf(af-aw)/(ad-aw)= Массовый расход кубового остатка Cw=Cf-Cd= Концентрация низкокипящего компонента: в дистилляте Xd=ad/M 1 /(ad/M 1 +(1 -ad)/M2)= в питании Xf af/M 1 /(af/M 1 +(1 -af)/M2)= в кубовом остатке X w=aw/M 1 /(aw/M 1+(1 -aw)/M2)= Молекулярная масса: питания Mf=XfMl+(l-Xf) M2= дистиллята Md=Xd Ml+(l-Xd) M2= кубового остатка 40532,000 Па 413,000 К 112,500 147,000 1200,000 Дж/кг К 1207,000 Дж/кг К 1107,000 кг/мЗ 1305,000 кг/мЗ 379896,000 Дж/кг 42596,000 Дж/кг 337300,000 Дж/кг 3,042 0,153 кг/с 0,002 кг/с 0,999 мол,доля 0,989 мол,доля 0,064 мол,доля 112,871 112,526 Mw=Xw Ml+(l-Xw) M2= 144,780 Число питания 0=CPMf7(Cd Md)= 1,017 Тепловой параметр питания Tn=l-(Jnf-J»cf)/r= 0,000 Граничные концентрации Хгр,= 0,989 Yrp= 0,996 Минимальное флегмовое число Rmin=(Xd-Yrp)/(Yrp-Xf)= 0,3 89 Бета= 3,000 Флегмовое число R=BeTal Rmin= 1,166 Вспомогательные комплексы A9=R+1= 2,166 A10=R/A9= 0,538 All= 0,461 А12=(А9-Ф Тп)/(Я+Ф (1 -Тп))= 0,992 А13=(Ф-1) Х\у/(11+Ф (1-Тп))= 0,001 Концентрация жидкости соответствующая точке пересечений рабочих линий Хтп=(Ха+(Ф-1) Хл )/Ф= 0,984 Расчет числа тарелок укрепляющей части ко лонны i= 6,000 Yi= 0,687 Xi= 0,419 Количество тарелок в укрепляющей части колонны Ыут= 6,000 Расчет числа тарелок исчерпывающей части колонны i= 9,000 Xi= 0,989 Yi= 0,996 Количество тарелок в исчер, части Ыи= 9,000 Общее количество теоретических тарелок в колонне NT=(Nyr+NHT)= 15,000 Вспомогательный комплекс A14=A9 NT= 32,487 Оптимальное к-во тарелок в укр, части колонны NyT= 7,000 Оптимальное к-во тарелок в исчерп, части колонны NH= 9,000 Оптимальное флегмовое число R= 0,699 Общее оптимальное кол-во тарелок N= 16,000 Допустимое гидравлическое сопротивление теоретической тарелки C1P=(PH-PB)/N= 506,650 Па Расчет диаметра насадочной колонны выделения хлорбензола (КЗ 7) Исходные данные: Удельная поверхность насадки б= 204,000 м2/мЗ Ускорение свободного падения g= 9,800 м/с2 Свободный объем насадки VCB= 0,740 мЗ/мЗ Плотность пара Рп= 1,184 кг/мЗ Плотность жидкости Рж= 1107,000 кг/мЗ Вязкость жидкости пж= 0,385 спз, Расход жидкости L= 384,594 кг/ч Расход пара G= 934,410 кг/ч Вязкость пара пп= 0,000 Па с 0,011 спз, Скорость пара в точке инверсии wn=@SQRT((10A(-0,125 1Д5 (Ь/С)л0,25 (Рп/(Рж-Рп))л0Д25) в УсвлЗ/ /(б Рп пжл0,16) (Рж-Рп))= Рабочая скорость пара wp=0,7 wn= Паровой поток в колонне Vnap=G/Pn 3600= Требуемый диаметр колонны D=(Vnap/0,785 wp)A0,5= Эквивалентная высота насадки пэ=44,3 \уА0,2 рпА0,2 пА(-0,2) бА( 1,2) Ус (С/Ь)А0,342 (рж/рп)А0,19 (пп/пж)А0,038 ( Ь/тС)/(1-тО/Ь)= Требуемая высота насадки Ннас=Ьэ Ы= 2,539 м/с 1,777 м/с 0,219 мЗ/с 0,396 м 0,738 м 11,813 м Расчет колонны очистки хлористого водорода хлорбензолом (К15) Исходные данные: 55,72 кг/час 194,29 кг/час 85,08 %масс 12,28 %масс 1,26 % масс 1,38 %масс 170,00 м2/мЗ 9,80 м/с2 0,76 мЗ/мЗ 1,48 кг/мЗ 1110,00 кг/мЗ 1,50 спз. 1185,00 кг/ч 194,29 кг/ч Насадка - керамические кольца 30x30x3 мм Расход хлорбензола G хб= Расход хлористого водорода на очистку GXB= Состав хлористого водорода: Содержание хлористого водорода х нс1= Содержание бензола х б= Содержание хлорбензола х хб= Содержание ЧХС х чхс= Удельная поверхность насадки б= Ускорение свободного падения g= Свободный объем насадки VCB.= Плотность газа Р хв= Плотность жидкости Рж.= Вязкость жидкости пж= Расход циркулируемой жидкости L= Расход газа G= Вязкость реакционного газа n рг= 0,000013 Па с 0,013 спз. Расчет: Скорость газа в точке инверсии ШП=((10Л(0.022-1.15 (Ь/С)Л0.25 (РП/(РЖ-РП))Л0.125) Е УСВ.ЛЗ/ /(б Рп пжл0.16) (Рж-Рп))л0,5= 1,74 м/с Рабочая скорость пара wp=0.5 wn= 0,87 м/с Газовый поток в колонне Vnap=G/Pn 3600= 0,04 мЗ/с Требуемый диаметр колонны D=1.2 (Vnap/0.785 wp)A0.5= 0,28 м Эквивалентная высота насадки Ьэ=44.3 шЛ0.2 рпЛ0.2 пЛ(-0.2) бЛ(-1.2) Ус (С/Ь)Л0.342 (рж/рп)А0.19 (nri/rra)A0.038 (lgL/mG)/(l-mG/L)= 1,37 м 2,74 0,17 530,00 87,55 160,68 м мЗ кг/мЗ кг кг/час Требуемая высота насадки Ннас=пэ Ы= Обьем насадочной части Унас= Масса 1 мЗ насадки т= Общая масса насадки М= 96,95 %масс 2,22 % масс 0,76 %масс 0,07 %масс 89,33 кг/час Расход газового потока после OHHCTKHG гп= Состав газового потока после очистки хлорбензолом: Содержание хлористого водорода х нс1= Содержание бензола х б= Содержание хлорбензола ххб= Содержание ЧХК х чхк= Расход абсорбента Ga6= Состав абсорбента: Содержание хлористого водорода х нс!= 10,67 % масс Содержание бензола х б= Содержание хлорбензола ххб= Содержание ЧХК х чхк= 22,72 %масс 63,64 % масс 2,97 %масс Расчет теплообменика охлаждения хлорбензола Исходные данные: Расход хлорбензола G хб= Расход хлористого водорода на очистку GXB= Расход газового потока после очисткиО гп= Расход абсорбента Ga6= Температура хлорбензола tx6= Температура хлористого водорода txe= Температура газового потока trn= Температура абсорбента ta6= Температура рассола на входе tBx= Температура рассола на выходе tBbix= Теплоемкость хлорбензола С хб= Теплоемкость хлористого водорода С хв= Теплоемкость газового потока Сгп= Теплоемкость абсорбента С аб= Коэффициент теплопередачи К= Расчет: Энтальпия хлорбензола Н ф= Сф Сф«Чф= Энтальпия хлористого водорода Н хв= GxB CxB txB= Энтальпия газового потока Н гп= Grn Crn trn= Энтальпия абсорбента Н аб= Ga6 Ca6 ta6= 55,72 кг/час 194,29 кг/час 160,68 кг/час 89,33 кг/час 30 град С 40 град С -5 град С 0 град С -15 град С -12 град С 1036 Дж/кг град К 787 Дж/кг град К 796 Дж/кг град К 1024 Дж/кг град К 100 Вт/м2 град К 1731778 Дж/час 6116375 Дж/час -639506 Дж/час 0 Дж/час Тепловая нагрузка на теплообменник Q= Н гп+ Наб- Нхв- Нф= или Средняя разность температур 8487659 Дж/час 2358 Вт tH=0 _М =- t вых=-12 " 1вх=- dt Cp=(tHBbIX)- (tKBX)/ln(tHBb!X)/(tKBX)= П,0 К Необходимый поверхность теплообмена F= 1,2 Q/K dtcp= 2,6
