Производство акрилонитрила окислительным аммонолизом пропилена

2.4      Расчет теплового баланса

Уравнение теплового баланса в общем виде

                                   Ф1+Ф2=Ф3+Ф4+Фпот,

где  Ф1,Ф3 – тепловые потоки поступающего сырья и продуктов, кВт;

        Ф2 – теплота экзотермической реакции, кВт;

        Ф4 – теплота экзотермических фазовых превращений, кВт;

        Фпот – теплопотери в окружающую среду, кВт.

Таблица 1 – Расчет средних молярных теплоемкостей

Продолжение таблицы 1

Ф1 – тепловой поток поступающего сырья, считается при температуре 693 К,

Ф3 – тепловой поток продуктов реакции, считается при температуре 743 К.

Таблица 2 – Материальный баланс производства нитрила акриловой кислоты

Ф1 = 0,767·127,97 = 98,15 кВт,

Ф3 = 0,80·50,50 = 40,40 кВт.

              Теплота экзотермической реакции

Ф2 = 1000·qm·nτ,

где qm – теплота химической реакции, кДж/моль,

       nτ – количество вещества, вступающего в реакцию.

qm = ∑∆H°298(кон) – ∑∆H°298(исх),

C3H6 + NH3 + 1,5O2 → C2H3CN + 3H2O,

qm = 1759 – 0 – 0 + 2059.85 = 3818,85,

C3H6 + NH3 + 2,5O2 → CH3CN + CO2 + 3H2O,

qm = 310 + 0 + 1265,2 – 0 – 0 + 2059 = 3634,2,

С3H6 + NH3 + 2O2 → HCN + CO2 + CH4 + 2H2O,

qm = 135 – 393,51 – 74,85 – 2·285,83 – 20,4 + 45,94 – 2·0 = – 879,48,

,

Фприх = Ф1 + Ф2,

Фприх = 98,15 + 216903,11 = 217001,26 кВт,

Фпот = 0,03·Фприх,

Фпот = 0,03·217001,26 = 6510,03 кВт,

Ф4 = Фприх – Ф3 – Фпот,

Ф4 = 217001,26 – 40,40 – 6510,03 = 210450,82 кВт.

Таблица 3 – Тепловой баланс производства нитрила акриловой кислоты

2.5      Расчет основного аппарата

Для расчета выбран реактор с псевдоожиженным слоем катализатора.

1 – реактор; 2 – абсорбер; 3, 5, 6, 8, 9 – ректификационные колонны; 4 – конденсаторы; 7 – кипятильники

Рисунок 2 – Технологическая схема производства акрилонитрила

           совместным окислением пропилена и аммиака

              2.5.1 Объем рабочей части аппарата

Vp = Vτ·τ,

где Vτ – секундная объемная производительность = 0,91 м3/с,

       τ – время, необходимое для проведения процесса = 6 сек,

Vp = 0,91·6 = 5,46 м3.

              2.5.2 Площадь поперечного сечения

,

где w – скорость течения среды в аппарате = 0,3 м/с,

.

              2.5.3 Диаметр аппарата

,

              2.5.4 Высота реакционной зоны аппарата

,

              2.5.5 Объемный расход газовой смеси на входе в реактор

Vсм = D·22,4,

где D – расход, кмоль/ч,

Vсм = 2901,62·22,4 = 64996,28 м3.

              2.5.6 Объем катализатора в реакторе

где Vоб – объемная скорость газовой смеси на входе = 330,

,

              2.5.7 Производительность катализатора

,

[5].

3 Экологическая часть

В результате проведения любого технологического процесса образуются отходы. Это могут быть как отходы, образующиеся в результате осуществления самой технологии, так и побочные отходы, связанные с аппаратурным оформлением процесса и т.п.

                      Для снижения количества отходов, образующихся в ходе технологического процесса необходимо построение математической модели. В результате решения математической модели появляется возможность определения оптимальных параметров процесса, которые характеризуются критериями оптимальности. Критерий оптимальности оценивает качество процесса по двум формам: «Чем больше, тем лучше», либо «Чем меньше, тем лучше». В данном случае необходимо минимизировать количество отходов, и максимизировать выход продукта[6].

                      Минимизации количества отходов можно добиться, во-первых, конечно, совершенствованием условий протекания процесса: температуры, давления, времени; а также уточнением концентраций кислорода, необходимого для окисления. Во-вторых, использованием реагентов более высокой степени очистки.

                      Недостатком процесса является не только образование значительных количеств отходов, но и отсутствие безотходной технологии. Поэтому остаток после ректификации сбрасывается без рекуперации ценных веществ. То есть, в данном случае необходимо введение технологии переработки жидких отходов, которая также должна быть экономически выгодной. Однако, это трудноосуществимо.

                      В ходе процесса образуются отработанные охлаждающие воды. Сброс охлаждающей воды в промливневую канализацию не предусмотрен. Охлаждающие воды целесообразно направлять на градирни.

                     Смазочные материалы через 3 – 12 месяцев, в зависимости от установленных для оборудования регламентов, меняют. Отработанное масло засорено механическими примесями, водой; в отдельных случаях меняется первоначальный химический состав масла. В соответствии с действующими положениями индустриальные масла должны регенерироваться на предприятии, а моторные масла, смесь масел и масла, которые невозможно регенерировать на заводе, сдаются на нефтебазу[3].

                     К мероприятиям по охране окружающей среды следует отнести также контроль качества сырья и продуктов производства, а также контроль за соблюдением техники безопасности.

                     Основными задачами входного контроля являются:

а)   Осуществление контроля качества поступающего на предприятие сырья, материалов, комплектующих изделий с целью предупреждения попадания в производство бракованного сырья и др.;

б)   Выборочный контроль за использованием в производстве сырья и материалов;

в)   Выборочная приемка сырья и материалов по качеству сырья;

г)   Контроль за соблюдением правил и срока хранения сырья;

д)   Отбор проб и образцов сырья и материалов и передача их на испытание в центральную заводскую лабораторию;

е)   Оформление партионных карточек на сырье и материалы, сдаваемые на испытание в ЦЗЛ, оформление служебных писем на сырье и материалы, используемые в производстве по паспортам, сертификатам (документах о качестве) поставщиков;

ж)   Контроль за соблюдением правил по хранению, перевозке, очередности подачи в производство материалов;

и)   Контроль за качеством упаковки, штабелевки, маркировки и
предохранением от порчи сырья и материалов в состоянии поставки;