Производство МАУК мощностью 2000 т/г. Модернизация стадии конденсации

 

Δt = ( 50- 20) = 30 ˚К

        

 

.

тепло, идущее на нагрев аппарата

Q₅ = G_i ∙ с_нер. ∙ (t_нач. – t_кон.),                                                                          (3.6)

где G_i – масса аппарата, кг;

с_нер.  – теплоемкость нержавеющей стали, кДж/(кг∙К);

Δt = ( 50- 20)= 30 ˚С

Q₅ = 0,462∙4600∙30 = 63 756 к Дж

Потери тепла  в окружающую среду:

Q₆ = F ∙ K ∙ Δt ∙ τ₂,                                                                                     (3.7)

где F – площадь крышки аппарата, F = 3,11 м²;

К – коэффициент  теплопередачи материала крышки аппарата (03ХН28МТ),              К = 25,8 Вт/(м² ∙К);

Δt – разность температур в аппарате во время проведения сульфирования и окружающей среды, Δt = 35 -18 = 17 ˚К;

τ₂ – время на проведение реакции сульфирования с учетом времени выдержки,             τ₂ = 5,91 ч = 21 276 с.

Q₆ = 3,11 ∙ 25,8 ∙ 17 ∙ 21276 = 29 021, 443 кДж.

; =

= 29 021, 443   +   63 756    - = – 805 123 ,4 кДж.

Тепловой  поток:

Q₃^1. /τ = - 805 123,4/900 = - 894, 58 к Вт

где τ₁ – время нагрева реакционной массы 15 минут.

2. Охлаждение  реакционной массы с 50 до 30 ˚С  перед выдежкой.

 

Тепло, выделяющееся в результате протекания реакции  конденсации, а также всех побочных реакций :

Целевая реакция:

 

NH-CO- CH₂ –СО-CH₃

 

 

 

  NH₂

СН₃

CH₃

+       СН₃ – СО-СН=СО              CH₃

CH₃

 

 

q_о:   15,922                       –234,2                              –319,69

q_о – теплота образования вещества, кДж/моль.

Теплота целевой  реакции:

q_цел. = ∑ q_п. – ∑ q_и.,

где ∑ q_п. – сумма теплот образования продуктов реакции, кДж/моль;

       ∑ q_и. – сумма теплот образования исходных веществ, кДж/моль;

q_цел. = –319,69 – 15,922 – (–234,2) = – 101,412 кДж/моль.

Тепловой  эффект целевой реакции:

Q₃^цел. = ,

где G_к.^цел. – масса метаксилидина, расходуемая на основную реакцию,                    G_м^цел. = 721,3 кг.

М_м. – молярная масса метаксилидина, М_м.= 121 кг/кмоль;

Q₃^цел. = – 604 530 кДж.

Побочные  реакции:                                             NH₂  

  NH₂

СН₃

CH₃

+ СН₃ – СО – СН= СО              CH₃

CH₂–CO–CH₂-CO-CH₃

 

   q_о:   15,922            –234,2                            –303,35

Теплота побочной реакции I:

q_I = –303,35 – 15,922 –(–234,2) = –85,072 кДж/моль.

Тепловой  эффект побочной реакции I:

Q₃^I = ,

где G_к^I – масса метаксилидина на побочную реакцию I, G_к^I = 33,65кг;

Q₃^I = – 23 658,4 кДж.

Теплота побочной реакции 2:

2CH₃COOH + С₄H₄О₂ →2 (СH₃ СО₂) ₂О    

_{qо:   -876           –234,2              –360}

q₂ =  –2∙360  –(-234,2) –(-2∙876) = 1266,4 кДж/моль.

Тепловой  эффект побочной реакции 2:

Q₃² = ,

где G_к² – масса дикетена на побочную реакцию 2, G_к² = 141,25кг;

Q₃²  = 2  128 839,3 кДж. Теплота побочной реакции 3:

 

NH-C=O- CH₂ –ОNa

 

 

 

  NH₂

СН₃

CH₃

+ CH₃COONa              CH₃

CH₃

 

_{qо:   15,922                 –823,6                        –399,7}

_{q3 =  –399,7  – 15,922 - (-823,6 ) = 407,1 кДж/моль.}

_{Тепловой  эффект побочной реакции  I:}

_Q3³ _{= ,}

_{где Gк}³ _{– масса метаксилидина на побочную реакцию 3, Gк}³ _{=   67,3 кг;}

_Q3³_{= 214 596,3 кДж.}

Общий тепловой эффект всех протекающих реакций  в аппарате:

Q₃^общ. = - 604 530 + 2 128 839,3 + 214 596,3 - 23 658,4 = 1 500 865,5 кДж.

                                           

Δt=( 50 - 30)= 20 ˚К;

        

                                                   (3.6)

.

тепло, идущее на нагрев аппарата

Q₅ = G_i ∙ с_нер. ∙ (t_нач. – t_кон.),

где G_i – масса аппарата, кг;

с_нер.  – теплоемкость нержавеющей стали, кДж/(кг∙К);

Δt = ( 50 - 30)= 20 ˚К;

Q₅ = 0,462∙4600∙20 = 42 504 к Дж

Потери тепла  в окружающую среду:

Q₆ = F ∙ K ∙ Δt ∙ τ₂,

где F – площадь крышки аппарата, F = 3,11 м²;

К – коэффициент  теплопередачи материала крышки аппарата (03ХН28МТ),                    К = 25,8 Вт/(м² ∙К);

Δt – разность температур в аппарате во время проведения сульфирования и окружающей среды, Δt =  40 -18 = 22 ˚К;

τ₂ – время на проведение реакции конденсации с учетом времени выдержки,               τ₂ = 5,91 ч = 21 276 с.

Q₆ = 3,11 ∙ 25,8 ∙ 22 ∙ 21276 = 37 557, 161 кДж.

;

  =

= (1 500 865,5 – (-805 123 ,4) –  0,1∙ 1 500 865,5) - + 37 557,161   +         42 504   ; = 1 113 716  кДж.

Тепловой  поток:

Q₂ /τ =  1 113 716 / 7200 = 154, 68 к Вт

где τ₁ – время охлаждения реакционной массы  2 ч.

3. Выдержка  реакционной массы.

  = ;

Q₆ = F ∙ K ∙ Δt ∙ τ₂,

где F – площадь крышки аппарата, F = 3,11 м²;

К – коэффициент  теплопередачи материала крышки аппарата (03ХН28МТ),              К = 25,8 Вт/(м² ∙К);

Δt – разность температур в аппарате во время проведения конденсации и окружающей среды, Δt =  23 -18 = 5 ˚К;

τ₂ – время на проведение реакции конденсации с учетом времени выдержки,                τ₂ = 5,91 ч = 21 276 с.

Q₆ = 3,11 ∙ 25,8 ∙ 21276 = 1 707,143 кДж.

Q₂ = 1 707,143 - 150 086, 55 = - 148 379,41 кДж.

Тепловой  поток:

Q₂ /τ =  - 148 379,41 / 3600 = - 41, 21 к Вт

где τ₁ – время выдержки реакционной массы  1 ч.

4.Охлаждение  реакционной массы с 30 до 16 ˚С  перед упаковкой

= ;

                                            (3.5)      

 

Δt = ( 30-16)= 14 ˚К;

        

          (3.6)

.

тепло, идущее на нагрев аппарата

Q₅ = G_i ∙ с_нер. ∙ (t_нач. – t_кон.),

где G_i – масса аппарата, кг;

с_нер.  – теплоемкость нержавеющей стали, кДж/(кг∙К);

Δt=( 30- 16)= 14 ˚К;

Q₅ = 0,462∙4600∙14 = 29 624 к Дж

Потери тепла  в окружающую среду:

Q₆ = F ∙ K ∙ Δt ∙ τ₂,

где F – площадь крышки аппарата, F = 3,11 м²;

К – коэффициент  теплопередачи материала крышки аппарата (03ХН28МТ),                  К = 25,8 Вт/(м² ∙К);

Δt – разность температур в аппарате во время проведения конденсации и окружающей среды, Δt =  23 -18 = 5 ˚К;

τ₂ – время на проведение реакции конденсации с учетом времени выдержки,

τ₂ = 5,91 ч = 21 276 с.

Q₆ = 3,11 ∙ 25,8 ∙ 5 ∙ 21276 = 8 535,718 кДж.

Q₂=  кДж.

Q₂ /τ =  / 1800 = - 677, 05 к Вт

где τ₁ – время выдержки реакционной массы  30 минут .

Тепловой  поток через поверхность аппарата максимален при проведении конденсации метаксилидина с дикетеном : Q₂/τ₁ = 154, 68 кВт.

Необходимое количество хладагента [12]:

G_в. = ,

где – тепло, отводимое охлаждающим агентом при поддержании температуры массы во время конденсации не более 50 ˚С,  Q₂ = 1 113 716  кДж;

 – теплоемкость воды, кДж/(кг∙К);

 – конечная температура воды, ˚К;

 – начальная температура воды, ˚ К;

τ₂ – время на разбавление массы водой, сек.

Для охлаждения реакционной массы на стадии используется вода, которая поступает на охлаждение с начальной температурой t_н^в. = 18 ˚С, а выходит из рубашки с конечной температурой t_к^в. = 30 ˚С. Теплоемкость воды                                   с_в. = 4,19 кДж/(кг∙К). Время проведения конденсации τ = 7200 сек.

Количество  воды на охлаждение составит:

G_в. = 3,076 кг/с.

Произведем  расчет площади поверхности охлаждения по уравнению [10]:

  ,

где  – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

 – средняя разность температур  реакционной среды и воды, ˚К.

По [15, стр. 169, табл. 4.8] для теплообмена от жидкости к жидкости (воде):

  = 1,35 .

Температура реакционной среды поддерживается на уровне 50 ˚С (323 К):

Т₁ = 323˚К ^{РЕАКЦИОННАЯ МАССА}  Т₂ = 323 ˚К

 

Т_к = 303˚К   ^{ВОДА НА ОХЛАЖДЕНИЕ}  Т_н = 289 ˚К

 

Большая разность температур:

,

,

.

Меньшая разность температур:

,

,

.

Средний температурный  напор процесса разбавления сульфомассы  водой:

,

,

 

Площадь поверхности  охлаждения сульфомассы при ее разбавлении:

,

 11,7878 м².

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Принципиальная  технологическая схема производства.

2.4.1     Стадия поступления и подготовки  сырья. 

        Мета-ксилидин  поступает в бочках  массой 1063,7 кг из которых  подается  в мерник поз.1(представляющего  собой аппарат для мета-ксилидина  алюминиевый, вертикальный, цилиндрический, объемный, вместимостью 250 для последующей загрузки в конденсатор поз.2 (представляющего собой аппарат из нержавеющей стали, с ленточной мешалкой с частотой вращения 120 об/мин с рубашкой для охлаждения рассолом. Р раб = 3 атм. Вместимость - 3200 д

        Дикетен  поступает по трубопроводу  в емкость поз.3 (представляющую  собой аппарат для хранения  дикетена из нержавеющей стали,  вертикальная, цилиндрическая, с рубашкой  для охлаждения рассолом, вместимостью - 3000 д). Аварийный сброс дикетена происходит в емкость поз.4 (представляющую собой аппарат для аварийного сброса  дикетена из нержавеющей стали, вертикальная, цилиндрическая, вместимостью - 4000 д).

Из поз.3 дикетен  подается в мерник поз.5 (представляющего  собой  аппарат для дикетена из нержавеющей стали, вертикальный, цилиндрический, объемный, вместимостью 250 д) для последующей загрузки в конденсатор поз.2 .

        Уксусная кислота поступает в  бочках и подается на стадию  приготовления разбавленной уксусной  кислоты в емкость поз.5 (представляющую  собой  аппарат для хранения уксусной кислоты из нержавеющей стали, вертикальная, цилиндрическая, вместимостью 3200 д), в которую предварительно загружается вода.

        Из емкости поз.5 с помощью вакуум- насоса поз.6 (представляющего собой аппарат ВВН - 12 - эффективная мощность 17,55 кВт, создаваемый вакуум - 80%  (0,6 МПа)) уксусная кислота поступает в скрубер поз.7, абгазы через вентилятор поз.9 выходят в атмосферу, уксусная кислота поступает в мерник поз.10 (представляющего собой  аппарат для уксусной кислоты из нержавеющей стали, вертикальный, цилиндрический, объемный, вместимостью - 400 ) для последующей загрузки в конденсатор поз.2.

       Уксусно-кислый натрий поступает  в бумажных мешках, который   загружают через люк в аппарат поз.2.

2.4.2 Стадия  концентрации  мета-ксилидина с  дикетеном.

          В аппарат поз.2 загружают 1554,9 воды (объем воды в аппарате измеряют мерной рейкой), из мерника поз.10 загружают 2143,7кг уксусной кислоты (в расчете на 100% - ную массу). По окончании загрузки уксусной кислоты включают мешалку аппарата поз.2. Массу размешивают в течение 15 мин и отбирают пробу на анализ для определения массовой доли уксусной кислоты, которая должна быть 45-50%. Затем измеряют объем реакционной массы, который должен быть 4160,2 л.

      При положительном результате анализа в аппарат поз.2 загружают                43,4 кг уксусно-кислого натрия и при перемешивании загружают из мерника     поз.1 1063,7 кг мета-ксилидина (в расчете на 100% - ную массу). Затем в течение 10-15 мин подают из мерника поз.4  909,3 кг дикетена  (в пересчете на 100% - ную массу).

         Температура реакционной массы  во время передачи дикетена  поднимается от  25°С до 50°С. После загрузки дикетена температуру реакционной массы доводят периодической подачей рассола в рубашку аппарата поз.2  до 30°С   и дают выдержку при этой температуре в течение 1ч.

       По окончании выдержки отбирают пробу на анализ для определения конца процесса конденсации (при отсутствии амина в реакционной массе). При положительном результате анализа, полученную суспензию                              мета-ксилидида ацетоуксусной кислоты охлаждают рассолом через рубашку аппарата поз.2 до 12 - 16°С  и передают подачей сжатого воздуха на стадию разделения.                    

Примечание:

1. Уксусная кислота с массовой долей 99,5 % загружается на первую операцию конденсации.
2. На последующие операции конденсации производится загрузка фильтрата с массовой долей уксусной кислоты 35-40%. При этом на каждую операцию догружают 139,8 кг (в пересчете на 100% - ную массу) уксусной кислоты с массовой долей 99,5% и доводят массовую долю уксусной кислоты в растворе до 45-50%.
3. Оптимальный режим конденсации – при массовой доли уксусной кислоты в растворе – 48%.

2.4.3. Стадия  фильтрации и промывки пасты  мета-ксилидида ацетоуксусной кислоты.

Реакционную массу из аппарата поз.2  передают на нутч-фильтр поз.11. (представляющего собой аппарат стальной,  футерованный, вместимостью 6000  д . Площадь фильтрующей   поверхности - 9 ).С помощью вакуума, создаваемого вакуум-насосом поз.6, отжимают пасту продукта. При этом массовая доля уксусной кислоты должна составлять 35-40 % . 

      Пасту метаксилидида АУК на  нутч-фильтре поз.11 отжимают и  промывают водой. Промводы с  помощью вакуума поступают в  емкость поз.12 (представляющую собой емкость для фильтрата и промвод из нержавеющей стали, горизонтальная, цилиндрическая, вместимостью  4000 д), откуда их сливают в канализацию промгрязных вод.

       Из нутч-фильтра поз.11 отбирают  пробу пасты метаксилидида АУК  на анализ для определения показателя активности водородных ионов, который должен быть не менее 5,5 ед.рН и массовой доли метаксилидида АУК не менее 65 % . 

      Пары дикетена и уксусной кислоты  с нутч-фильтра поз.11 поступают  в скрубер поз.7, абгазы через  вентилятор поз.9 выходят в атмосферу.  В скрубер поз.7 заливают 400 л воды (контроль ведут по мерному стеклу), и из мерника загружают 51,2 кг (в пересчете на 100 % массу) аммиачной воды с массовой долей 25 %. В течение 10-15 мин перемешивают раствор. Затем отбирают пробу из коробки на анализ для определения массовой доли аммиака в растворе аммиачной воды, которая должна   быть 8-10 % .