Дипломная работа: Производство сульфаминовой кислоты марки А мощностью 500 тонн

3.4 Нормы технологического режима

Таблица 3.4.1

Нормы технологического режима

3.5 Технологические расчеты [15,16]

Целью технологических расчетов является определение числа единиц оборудования, объемов емкостного оборудования (реакторов, мерников, промежуточных емкостей, хранилищ и т.д.). V_c (1+Z)

V_a = ,(3.5.1)

где V_c - объем реакционной массы, перерабатываемой в течение суток, м³;

V_a - объем аппарата, м³;

n - число аппаратов;

- продолжительность операции (для периодических процессов) или время пребывания реакционной массы в реакторе (для непрерывных процессов), час;

- коэффициент заполнения емкостного аппарата, доли единицы.

Расчет основного оборудования

1. Сульфуратор

V_a = = 5,95 м³

Принимаем равным V_a = 6,3 м³, D = 2200 мм, H = 5750 мм, m = 4860 кг

Число операций, проводимых в течение суток для обеспечения заданной производительности:

б = (3.5.2)

б = = 1,64

Число операций, проводимыхв одном аппарате в течение суток:

в = (3.5.3)

в = = 1

n= (3.5.4)

n= = 1,64; Примем n = 2 (2 сульфуратора по 6,3 м³).

Реактор для выделения сульфаминовой кислоты

V_a = (3.5.5)

V_a = = 20,24 м³

Принимаем n = 2, V_a = 12 м³, D = 2200 мм, H = 6580 мм, m = 8140 кг

Расчет вспомогательного оборудования

1. Хранилище олеума

V_a = (3.5.6)

V_a = = 7,33 м³

Принимаем равным V_a = 8 м³, D = 1800 мм, L = 3420 мм, m = 1875 кг

2. Мерник олеума

V_a = = = 4,47 м³

Принимаем n = 2, V_a =2,5 м³

D = 1300 мм, H = 1460 мм

3. Хранилище фильтрата

V_a = = = 18.79 м³

Принимаем хранилище V_а=20 м³

4. Мерник фильтрата

V_a = = = 11,46 м³

Принимаем n = 2, V_a = 6 м³

D = 1600 мм, H = 1550 мм

5. F = , (3.5.7)

где F- поверхность фильтрации, м²;

G_с - масса пасты, получаемой в сутки, кг;

g_ф - производительность фильтра по массе получаемой пасты, кг/м²ч;

- продолжительность одной операции, ч.

Для расчета производительности фильтра используем регламентные данные: поверхность фильтрации 6,2 м². По этим данным рассчитаем производительность фильтра:

g_ф = (3.5.8)

G - масса пасты, получаемая в ходе одной операции, кг (равна );

F- поверхность фильтрации, м²;

- продолжительность одной операции, ч.

g_ф = = 11,642 кг/м²ч

F = = 6,184 м²

Выбираем нутч-фильтр с поверхностью фильтрации 6.2 м²

технологический сульфаминовый кислота краситель автоматизация

3.6 Теплотехнические расчеты [16]

I период

Q₁ + Q₂ = Q₄ + Q₅ + Q₆ (3.6.1)

Q₁ = ? m_нc_нt_н, (3.6.2)

m_н = (3.6.3)

где m_н - масса компонентов или смеси, находящейся в аппарате в начале периода, или загружаемой в аппарат в течение данного периода, кг;

с_н - теплоемкость компонента или реакционной массы при температуре tн, кДж/кгград;

t_н - температура реакционной массы в начале периода или температура компонента, загружаемого в течение данного периода, ^oС.

Для расчета теплоемкости олеума воспользуемся правилом Коппа:

c = , (3.6.4)

где с_а - атомная теплоемкость элементов;

n - число одноименных атомов в молекуле;

М - молекулярная масса соединения.

c_олеум = = 1,109;

Q₁ = 1,10920 = 80487,970 кДж

Q₄ = ?m_кc_кt_к, (3.6.5)

где m_к, с_к, t_к - соответственно масса реакционной смеси, ее теплоемкость и температура в конце периода.

Q₄ = 1,10970 = 281707,2 кДж

Q₃ = 0 кДж

Q₅ = ? m_аc_а (t_ак + t_ан), (3.6.6)

где m_а - масса какой-либо части аппарата, кг;

с_н - теплоемкость компонента конструкционного материала, кДж/кгград;

t_ак и t_ан - конечная и начальная температура частей аппарата, ^oС.

Масса аппарата составляет 4860 кг, массу крышки принимаем равной 1/3 массы аппарата, массу рубашки - 1/6 массы аппарата, массу корпуса - Ѕ массы аппарата

m_кр = 1620 кг

m_руб = 810 кг

m_корп = 2430 кг

Примем конечную температуру крышки аппарата равной 55 ^oС. Конечная температура стенки аппарата

t_ак = 0,5 (t_t + t_k), (3.6.7)

где t_t - температура теплоносителя, ^oС;

где t_k - температура реакционной массы, ^oС.

По справочным данным, температура 3 атм пара равна 132,8 ^oС.

t_ак = 0,5 (132,8 + 70) = 101,4 ^oС

c_a (сталь) = 0,5 кДж/ кгград

Q₅ = 0,5 [1620(55-20) + 2430 (101,4-20)] = 127251 кДж

Для крышки:

Q₆ = бДtF , (3.6.8)

б - коэффициент теплоотдачи от нагретой поверхности аппарата (изоляции) к воздуху, кВт/м²град;

Дt - разность температур нагретой поверхности и воздуха, град;

F - поверхность теплопотерь, м₂;

- продолжительность периода, с.

Дt = 55-20 = 35^oС

ф₁ = 1 час 30 минут = 5400 с

б = (9,74 + 0,07Дt) 10^-3 (3.6.9)

б = (9,74 + 0,0735) 10^-3 = 0,012 кВт/м²град

F = 2рrh_кр + р (3.6.10)

F = 23,141,10,758 + 3,141,1² = 9,036 м²

Q_6.1 = 0,012359,0365400 = 20493,65 кДж

Для обечайки:

Дt = 101,4-20 = 81,4^oС

ф₁ = 5400 с

б = (9,74 + 0,0781,4) 10^-3 = 0,0154 кВт/м²град

F = 2рrh_об (3.6.11)

F = 23,141,10,234 = 1,647 м²

Q_6.2 = 0,01545400 = 11176,42 кДж

Q₆ = 20493,65 + 11176,42 = 31670,07 кДж

Q₂ = Q₄ + Q₅ + Q₆ - Q₁ (3.6.12)

Q₂ = 281707,2 + 127251 + 31670,07 - 80487,970 = 360140,3 кДж

Расход греющего пара для периода I:

G = ; (3.6.13)

= ?c_а (m_а1/6 )((t_тн - 3) - 20) (3.6.14)

= 0,5810((132,8-3) - 20) = 44469 кДж

б = (9,74 + 0,07Дt) 10^-3

б = (9,74 + 0,07109,8) 10^-3 = 0,017 кВт/м²град

= 0,017109,86,225400 = 62667,138 кДж

G = = 229,66 кг

II период

+ Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₆ (3.6.15)

= Q₄ (I периода) + m_нc_нt_н (карбамида)

= 281707,2 + 1,34 20 = 298165 кДж

c_карб. = = 1,34

= 1,094 70 = 286586 кДж

Теплоемкость сульфомассы:

c = g₁c₁ +g₂c₁ + … + g_ic_i , (3.6.16)

где g₁, g₂, g₃ - содержание соединений, входящих в состав указанных растворов и веществ, мас. доли;

с₁, с₂, с₃ - удельные теплоемкости этих соединений,

c = 1,1630,4623+0,6950,0012 + 1,109 0,4727 +0,5 0,0630 + 1,5

0,0008 = 1,094

c_{сульф.к-та} = = 1,163;

c_{серн.ангидрид} = = 0,695;

c_{серн.к-та} = = 1,109;

Теплоемкость примесей и побочных продуктов примем равной 0,5 . Q₅ = 0

Q₆ = бДtF , (3.6.17)

Q_6.1 = 0,012359,03650400 = 191274,048 кДж

Q_6.2 = 0,015450400 = 104056,511кДж

Q₆ = 191274,048 + 104056,511= 295330,559 кДж

Q₃ = Q_р + Q_и (3.6.18)

где Q_р - теплота реакции сульфирования, ккал (кДж);

Q_и - тепло, выделяющееся при изменении концентрации сульфирующего агента, ккал (кДж).

Q_р = 10³ (3.6.19)

где q- удельный тепловой эффект реакции, кДж/г-моль;

m- масса образовавшегося продукта реакции, кг;

M- молярная масса образовавшегося продукта реакции, г/моль.

q_р= q_п - q_с - 103,2x (3.6.20)

где q_п - теплота образования сульфокислоты, ккал/моль;

q_с - теплота образования сульфируемого вещества, ккал/моль;

103,2 - теплота образования серного ангидрида, ккал/моль;

x - количество атомов водорода в органическом соединении, замещаемых сульфогруппами.

q_р= - 685,9 - (-333,3) - 103,21 = - 455,8 кДж/моль

Q_р = = - 8120544 кДж

Q_и = (1-s)q_и ккал

где G - расход сульфирующего агента, кг

q_и = q_s - q_р (3.6.21)

q_и = 1080 - 100 = 980 ккал/кг воды

Q_и = (1-0,76)980 = 853506 кДж

Q₃ = - 8120544 + 853506 = - 7267038,92 кДж

Q₂ = Q₄ + Q₆ - - Q₃ = 286586 + 295330,559 - 298165 + 7267038 =

7550789,56 кДж

Расход греющего пара для периода II:

G = ;

= ?c_а (m_а1/6 )((t_тн - 3) - 20)

= 0,5810((132,8-3) - 20) = 44469 кДж

б = (9,74 + 0,07Дt) 10^-3

б = (9,74 + 0,07109,8) 10^-3 = 0,017 кВт/м²град

= 0,017109,86,225400 = 62667,138 кДж

G = = 3763,77 кг

Расчет поверхности теплообмена:

/ = 360140,3/5400 = 66,69 кВт

/ = 7550789,56/50400 = 149,82кВт

Поверхность теплообмена Fсчитаем по Q₂ второго периода.

F = ; (3.6.22)

где Q₂ - количество тепла, найденное в первом периоде, кДж;

K- коэффициент теплопередачи от теплоносителя к реакционной массе, Вт/м² град;

- средняя разность температур теплоносителя и реакционной массы, град;

- продолжительность периода, с.

_м = 132,8 - 70 = 62,8 ^oС

_б = 132,8 - 70 = 62,8 ^oС

= = 1,79 < 2

= = 62,8

F = = 2,78 м²

F_факт = 3,4 м²

F_факт>F_расч - условия теплообмена удовлетворительные.

Примем температуру изоляции t_из = 45 °С

Материал - совелит, л_из= 0,198 Вт/(м К) = 00073 Вт/(м град).

б₁ = 0,089 кВт/(м² град).

Коэффициент теплоотдачи изоляции к воздуху:

б₂ = (9,74 + 0,07t_из) 10^-3 = (9,74 + 0,07(45 - 20)) 10^-3 = 0,0115

Удельный тепловой поток:

q = б₂ (t_из - t_в), где t_в средняя температура воздуха, °С. (3.6.23)

q = 0,0115(45 - 20) = 0,2873 кВт/м²

Коэффициент теплопередачи от теплоносителя или реакционной массы:

K = (3.6.24)

K = = 0,0057

где t₀ - средняя температура теплоносителя, реакционной массы, °С.

Находим толщину изоляции, решая уравнение:

K = (3.6.25)

где l_ст - толщина стенки, м; л_ст - теплопроводность материала стенки, кВт/мград; б₁ - коэффициент теплоотдачи от теплоносителя или реакционной массы к стенке аппарата, кВт/мград.

l_ст = 0,006 м, л_ст = 46,5 10^-3 кВт/мград

Решив уравнение, получаем толщину изоляции l_из = 5,6 см.

l_из = л_из [] = 0,00073 []

= 0,056 м или 5,6 см.

3.7 Спецификация оборудования

Таблица 3.7.1

Спецификация оборудования