Материальный баланс процесса

 

Материальный баланс химического процесса составляется для определения количеств перерабатываемых и получаемых веществ. Вычисленные количества веществ могут быть отнесены к единице времени (кг/сутки; кг/ч; кг/с) или к единице массы получаемого продукта. В последнем случае материальный баланс не изменяется с изменением мощности производства.

В основу расчета материального баланса положен закон сохранения массы вещества, то есть масса исходных веществ процесса должна быть равна массе его конечных продуктов:

 

∑G_нач= ∑G_кон,

 

где ∑G_нач - суммарная масса исходных веществ в процессе; ∑G_кон - суммарная масса конечных продуктов в тех же единицах измерения.

Целью материального баланса является определение потребности в сырье и расходных материалов производства заданного продукта.

Мощность процесса полимеризации пропилена составляет 100 тыс. тонн в год, согласно графику плана планово-ппредупредительного ремонта установка эксплуатируется в год 8333 часа, а вгоду всего 8760 из них 427 часов в остановочном ремонте. Таким образом по-скольку материальный баланс составляется в кг/ч, определим часовую нагрузку установки:

тыс.тонн/8333 ч = 12т/ч = 12000 кг/ч

 

Таблица 2. Расходные коэффициенты процесса «Unipol»

Сырьё	Расходные коэффициенты
Водород	0,00008
Азот	0,00234
Пропилен	0,81500
в том числе пропан	0,00078
Агент стереоизбирательности	0,00004
ТЭА	0,00013
Катализатор	0,00014
Продувочный пропилен	0,18461
Рецикловый пропилен	0,03116
Выпуск рециклового газа в ресивер	0,03116

 

Расход водорода: 12000 · 0,00008 = 0,96 кг/ч

Расход азота: 12000 · 0,00234 = 28,08 кг/ч

Расход пропилена: 12000 · 0,81500 = 9780,00 кг/ч

В том числе пропана: 12000 · 0,00078 = 9,36 кг/ч

Расход агента стереоизбирательности: 12000 · 0,00004 = 0,48 кг/ч

Расход ТЭА: 12000 · 0,00013 = 1,56 кг/ч

Расход катализатора: 12000 · 0,00014 = 1,68 кг/ч

Расход продувочного пропилена: 12000 · 0,18461 = 2215,32 кг/ч

Расход рециклового пропилена: 12000 · 0,03116 = 373,92 кг/ч

Выпуск рециклового газа в ресивер: 12000 · 0,03116 = 373,92 кг/ч

Примем потери порошка 0,003%, что составляет: 12000·0,003/100 = 0,36 кг/ч.

Результаты расчёта материального баланса проектируемого процесса приведены в табл. 3.

 

Таблица 3. Материальный баланс проектируемого процесса

Приход			Расход
Материальный поток	кг/ч	%	Материальный поток	кг/ч	%
Водород	0,96	0,01	Полипропилен	11999,64	96,756
Азот	28,08	0,23	Впуск рециклового газа в ресивер	373,92	3,015
Пропилен	9780,00	78,86
в том числе пропан	9,36	0,08
Агент стереоизбирательности	0,48	0,01
ТЭА	1,56	0,01	Азот	28,08	0,226
Катализатор	1,68	0,01
Продувочный пропилен	2215,32	17,86	Потери порошка полипропилена	0,36	0,003
Рецикловый пропилен	373,92	3,01
Итого:	12402,00	100,00	Итого:	12402,00	100,000

 

Тепловой баланс процесса

 

Все промышленные химические процессы должны проводиться при строго определённых заданных температурных условиях и в большинстве случаев требуют подвода или отвода теплоты. Тепловой расчёт сводится к составлению теплового баланса процесса, определению количества подводимой или отводимой теплоты, определению расхода теплоносителей или хладагентов. Уравнение, выражающее тепловой баланс химического процесса, может быть представлено в следующей форме: ΣQ _нач = ΣQ _кон, где

ΣQ _нач - количество теплоты, поступающей в процесс;

ΣQ _кон - количество теплоты, выделяющейся в процессе [7].

 

ΣQ _нач = Q₁ + Q₂ + Q_3, где

₁ = (m_пр· с_пр + m_N2· с_N2 + m_Н2· с_Н2) · t₁ - количество тепла, поступающее в систему с исходными реагентами. Расходы реагентов рассчитаны в разделе «Материальный баланс процесса»; с_пр, с_N2, с_Н2 - удельные теплоёмкости реагентов [10]; t₁ - температура исходных реагентов.₁ = ((9780,00+2215,32)·1,63 + 28,08 · 1,05 + 0,96 · 1,43) · 30 = 587497 кДж₂ = V₁ · с_р..г.· t₂ - тепло, вносимое охлаждённым рецикловым газом (m₁ - количество рециклового газа, с_р..г. - теплоёмкость рециклового газа, t₂ = 50 °С температура входящего рециклового газа);₃ = h · m_ПП - тепло экзотермической реакции полимеризации (h ≈ 2518 кДж/кг [5, 15], m_ПП - количество производимого полипропилена)₃ = 2518 · 12000 = 30216000 кДж

 

ΣQ_кон = Q₄ + Q₅, где

 

Q₄ = m_ПП · с_ПП · t₃ - количество теплоты, уносимое с отгружаемым полимером (с_ПП ≈ 1,8 кДж/(кг·К) - удельная теплоёмкость полипропилена);₄ = 12000 · 1,8 · 70 = 1512000 кДж₅ = m₁ · с_р..г.· t₄ - тепло, выносимое нагретым рецикловым газом (t₄ = 70 °С температура выходящего рециклового газа);

Из уравнения теплового баланса определим количество рециклового газа:

+ m₁ · 1,67 · 50 + 30216000 = m₁ · 1,67 · 70 + 1512000

+ m₁ · 83,5 + 30216000 = m₁ · 116,9 + 1512000₁ = (30216000 + 587497 - 1512000)/(116,9 - 83,5)₁ = 876991 кг/ч рециклового газа в реакционной системе обеспечат тепловой баланс процесса.

Определим количество тепла, вносимого охлаждённым рецикловым газом:₂ = 876991 · 1,67 · 50 = 73228749 кДж

Определим количество тепла, выносимое нагретым рецикловым газом:₅ = 876991 · 1,67 · 70 = 102520246 кДж

Результаты расчёта теплового баланса проектируемого процесса приведены в табл. 4.

 

Таблица 4. Тепловой баланс проектируемого процесса

Приход			Расход
Тепловой поток	кДж	%	Тепловой поток	кДж	%
Тепло, поступающее в систему с исходными реагентами	587497	0,6	Количество теплоты, уносимое с отгружаемым полимером	1512000	1,5
Тепло, вносимое охлаждённым рецикловым газом	73228749	70,4	Тепло, выносимое нагретым рецикловым газом	102520246	98,5
Тепло экзотермической реакции полимеризации	30216000	29,0
Итого:	104032246	100	Итого:	104032246	100

Заключение

полипропилен катализатор сырье химический

Курсовая работа на тему: «Процесс синтеза полипропилена мощностью 96 тыс. т/год» выполнена в соответствии с заданием.

В пояснительной записке к курсовой работе представлен аналитический обзор процессов синтеза полпропилена, описана технологическая схема процесса синтеза полипропилена с нормами технологического режима, дана характеристика сырья и готовой продукции.

Перечислены все основные опасности производства, которые могут привести к неполадкам и причинить вред здоровью человека и окружающей среде. Описаны меры безопасности при ведении технологического процесса и выполнении регламентных производственных операций.

Выполнены расчеты материального и теплового баланса, а также приведены следующие расчеты:

1) гидродинамический расчёт псевдоожиженного слоя в реакторе: масса первоначальной загрузки порошка полипропилена 30,8 т, среднее расходное время пребывания частиц полипропилена в реакторе: 2,6 часа или 154 мин.

) механический расчёт реактора: толщина стенки расширенной части реактора: 85 мм, толщина днища реактора: 30 мм, толщина стенки купола: 48 мм, размер наружного и внутреннего диаметра D₂ и D₁ фундаментного кольца D₁ = 3720 мм и D₂ = 3860 мм, опорная площадь фундаментного кольца: 0,86 м².

) холодильника дистиллированной воды: для обеспечения нормальной работы установки получения полипропилена мощностью 96 тыс. тонн в год необходим четырёхходовой кожухотрубчатый теплообменник с внутренним диаметром кожуха 1200 мм и длиной труб 9 м, количество труб - 986 диаметром 25,4х2,1 мм.

) насоса циркулирующей воды: мощность двигателя насоса 137 кВт.

Список литературы

 

1. Бабицкий И.Ф., Вихман Г.Л., Вольфсон С.И. Расчет и конструирование аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов. М.: «Недра», 1965.

. Брацыхин Е.А. Технология пластических масс. Л, Химия, 1974.

. Быстров Г.А., Гальперин В.М., Титов Б.П. Обезвреживание и утилизация отходов в производстве пластмасс. Л.: Химия, 1982.

. Давыдов Евгений. 20 марта Москва международная конференция «Полипропилен 2007», организованная компанией Creon при спонсорском участии ООО «Европластик» и поддержке Basell Polyolefins и Milliken Chemicals. Источник: PackagingNews. Апрель 2007. с. 52-55

5. Дувакина Н.И., Чуднова В.М., Белогородская К.В., Шульгина Э.С. Химия и физика высокомолекулярных соединений: Учеб. пособие. Л.: изд. ЛТИ им. Ленсовета, 1984.

. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию М.: Химия, 1983.

7. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1991.

. Коршак В.В. Технология пластических масс. М.: Химия, 1985.

. Мухлёнов И.П. Расчеты аппаратов кипящего слоя: Справочник Л.: Химия, 1986.

. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. Л.: Химия, 1987.

. Русаков П.В. Производство полимеров. М.: Высшая школа, 1988.

. Серебряков Б.Р., Плаксунов Т.К., Аншелес В.Р., Далин М.А. Под ред. М.А. Далина. Высшие олефины. Производство и применение. Л.: Химия, 1984.

. Степанов А.В. Производство низших олефинов. К.: Наукова думка, 1978.

. Полиэтилен низкого давления: Научно-технические основы промышленного синтеза. Л.: Химия, 1980.

. Временный технологический регламент по установкам полипропилена общего назначения.