ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. И ОБОРУДОВАНИЯ

Практический материальный баланс

Практический материальный баланс учитывает составы исходного сырья и готовой продукции, избыток одного из компонентов сырья, сте­пень превращения реагентов, потери сырья и готового продукта и т. д.

Исходными данными для составления такого баланса являются:

• технологическая схема, отражающая вид и последовательность стадий производства;

• годовая производительность по данному продукту или данно­му спектру продуктов;

• производственная рецептура загрузки компонентов на каждой технологической стадии;

• потери сырья и готового продукта на каждой технологической стадии производства.

Все эти величины определяются по данным научно - исследовательских разработок, по результатам расчетов теоретического материального баланса или же по данным, полученным при обследова­нии аналогичных производств во время производственной практики.

В зависимости от характера требований материальный баланс пе­риодических процессов может составляться в трех вариантах: во-первых, исходя из суточной производительности вещества; во-вторых, на едини­цу массы готового продукта (чаще всего на 1 тонну); в-третьих, на коли­чество готового продукта, полученного за один цикл работы. В этом случае наиболее целесообразен суточный материальный баланс.

Для непрерывных процессов материальный баланс составляется с учетом выработки в единицу времени (т/год, т/сут, т/ч, кг/ч, кг/мин, кг/с ИТ. д.).

В любом случае баланс делится на две основные части - это об­щий и пооперационный (постадийный) материальный балансы.

При общем балансе материальные расчеты связаны с определением расходов всех видов сырья. В большинстве случаев такие расчеты завер­шаются определением расходных коэффициентов всех компонентов про­цесса на единицу массы готового продукта (например, на 1 тонну) и сравнением их с расходными коэффициентами аналогичного сущест­вующего производства (по материалам производственной практики).

Первым этапом будет определение рабочего времени в цехе. Его ве­личина зависит от характера производства. Для периодических процессов

Д = 365-(Р + В),

где Д - количество рабочих дней в году; Р - количество дней в году, от­веденных на все виды ремонта; В - количество праздничных и выход­ных дней в году.

непрерывных процессов

Д = 365-Р.

В этом случае величина Р включает в себя и время на все виды ремонтов, и время периодических остановок на чистку оборудования, замену катализатора и т. п.

Далее необходимо определить производительность готового про­дукта. Вначале рассчитывается его производительность без учета потерь: где П® - суточная производительность готового продукта без учета по­терь, т/сут; N - годовой выход готового продукта, т.

Производительность с учетом потерь продукта по стадиям

где а - общая доля потерь продукта на всех стадиях процесса.

Общая величина потерь по всем стадиям

п=п^-п:.

Определяя доли потерь по стадиям как аи можем найти их количе­ство из соотношения

При этом

I>,■ = !■

Далее определяется расход каждого вида сырья с учетом потерь, исходя из рецептуры загрузки компонентов реакционной смеси. При этом предварительно рассчитывается рецептура в процентах на содер­жание каждого компонента, полагая за 100 % всю реакционную смесь. Потери реакционной смеси на каждой стадии в равной степени относят­ся к каждому из компонентов, если нет отгона одного из продуктов, вы­деления его в осадок и др.

К полученным расходам сырьевых компонентов добавляются их возможные потери до получения реакционной смеси при транспорти­ровке, загрузке и т. д.

Окончательно производят расчет расходных коэффициентов сырь­евых компонентов на тонну готового продукта. Кроме расходных коэф­фициентов сырья рассчитываются аналогичные величины, характери­зующие расход воды, пара, топлива, электроэнергии и т. д. Естественно, чем меньше расходные коэффициенты, тем экономичнее технологиче­ский процесс.

Особое значение имеют расходные коэффициенты по сырью, так как для большинства химических производств львиная доля себестои­мости продуктов приходится на эту статью.

Результаты расчета расходных коэффициентов оформляются в ви­де табл. 7.3.

Таблица 7.3

Пример представления расходных коэффициентов

п/п

Наименование

сырья

Расход, т/сут (т/год)

Расходные коэффициенты, т/т готового продукта

]

Сырье А

А, (А,-Д)

А,/Псь

2

Сырье В

В, (ВГД)

в,/пс6

Постадийный материальный баланс составляется в виде таблиц на каждой стадии, исходя из результатов расчета общего материального баланса. Рассмотрим составление такого баланса на примере.

Пример 7.10. Составить материальный баланс реактора каталити­ческого окисления метанола в формальдегид. Производительность реак­тора по формальдегиду 10 000 т/год. Степень превращения метанола в формальдегид - 0,7; общая степень превращения метанола (с учетом по­бочных реакций) - 0,8. Содержание метанола в спирто-воздушной смеси - 40 % по объему. Мольные соотношения побочных продуктов на выходе из реактора

НСООН : С02: СО : СН4 = 1,8 : 1,6 : 0,1 : 0,3.

Аппарат работает 341 день в году с учетом времени ППР (планово­предупредительных ремонтов) и простоев.

Решение. Формальдегид получается в результате окисления паров

метанола кислородом воздуха при температуре 550...600 ном катализаторе, где протекают следующие реакции:

°С на серебря-

СН3ОН + 1/202 = СН20 + Н20;

Cl)

СН3ОН = СН20 + Н2;

(2)

СНзОН = СО + 2Н2;

(3)

СН3ОН + Н2 = СН4 + Н20;

(4)

СНзОН + 02 = НСООН + Н20;

(5)

СН3ОН + 1,502 = С02 + 2Н20.

(6)

Возможная реакция Н2 + 1/202 = Н20 стехиометрически зависима,

так как она в сумме с реакцией (2) дает реакцию (1), поэтому ее нужно из балансовых расчетов исключить.

На реакцию подается лишь около 80 % воздуха от мольного соот­ношения метанол: кислород = 2 : 1, и процесс проводится с неполным сгоранием водорода, образующегося по реакции (3). Отходящие газы содержат 20...21 % формальдегида, 36...38% азота и примеси в виде СО, С02, СН4, СН3ОН, НСООН и др. Вся эта смесь после охлаждения в котле-утилизаторе и холодильнике до 60 °С подается в поглотительную башню, орошаемую водой. Полученный раствор формалина содержит 10... 12% метанола, который в данном случае является желательной примесью, так как препятствует полимеризации формальдегида. Моляр­ные массы: формалина - 30; метанола - 32; кислорода - 16.

Производительность реактора по формальдегиду 10000-1000/341/24 = 1220 кг/ч или 1220/30 = 40,7 кмоль/ч.

Так как по реакциям (1) и (2) на образование 1 моля формальдеги­да расходуется 1 моль метанола, то при 70%-й степени превращения ме­танола в формальдегид имеем расход метанола

40,7/0,7 = 58,12 кмоль/ч или 58,12-32 = 1860 кг/ч.

Определим объемные расходы исходных веществ при нормальных условиях:

• метанол: 58,12-22,4 = 1300 м3/ч;

о

• спирто-воздушная смесь: 1300/0,4 = 3250 м /ч;

• воздух: 3250 - 1300 = 1950 м3/ч, в нем:

кислорода - 1950-0,21 =410 м3/ч или 410-32/22,4 = 586 кг/ч; азота - 1950-0,79 = 1540 м3/ч или 1540-28/22,4 = 1920 кг/ч.

Определим расход метанола, пошедшего на образование побочных продуктов по реакциям (3)-(6). При общей степени превращения мета­нола 80 % имеем расход метанола по побочным реакциям

58,12-(0,8 - 0,7) = 5,81 кмоль/ч.

Не прореагировало метанола 58,12-0,2 = 11,6 кмоль/ч или 11,6-32 = 372 кг/ч. Сумма долей побочных продуктов 1,8 + 1,6 + 0,1 + 0,3 = 3,8.

Тогда расходы побочных продуктов в отходящих газах будут равны:

• уксусная кислота (НСООН): 5,8-1,8/3,8 = 2,75 кмоль/ч или 2,75-46 = 126,5 кг/ч;

• диоксид углерода (С02): 5,8-1,6/3,8 = 2,45 кмоль/ч или

2,45-44 = 108,0 кг/ч;

• оксид углерода (СО): 5,8-0,1/3,8 = 0,158 кмоль/ч или

0,158-28 = 4,3 кг/ч;

• метан (СН4): 5,8-0,3/3,8 = 0,459 кмоль/ч или 0,459-16 = 7,3 кг/ч.

Для определения расходов водяного пара и водорода составим ба­ланс по кислороду и водороду. В реактор поступает кислород:

• с воздухом - 586 кг/ч;

• в составе метанола - 1860-16/32 = 930 кг/ч.

Всего: 586 + 930 = 1516 кг/ч.

Кислород расходуется:

• на образование формальдегида - 1220-16/30 = 650 кг/ч;

• образование НСООН - 126,5-32/46 = 88 кг/ч;

• образование С02 - 108-32/44 = 78,6 кг/ч;

• образование СО - 4,3-16/28 = 2,45 кг/ч;

• в составе не прореагировавшего метанола - 372-16/32 = 186 кг/ч. Всего - 1005 кг/ч.

Остальное количество кислорода, равное L 516 — 1005 = 509 кг/ч, пошло на образование воды по реакциям (1), (4), (5) и (6). В результате расход воды равен: 509-18/16 = 572 кг/ч.

Таблица 7.4

Материальный баланс прогресса получения формальдегида

Приход

Расход

Статьи

кг/ч

%

Статьи

кг/ч

%

(по массе)

(по массе)

Спирто-воздуш-

Формальдегид

1220,0

27,89

ная смесь:

Метанол

372,0

8,58

метанол

1860

42,6

Водяной пар

572,0

13,12

кислород

586

13,4

НСООН

126,5

2,90

азот

1920

44,0

С02

108,0

2,47

СО

4,3

0,09

Метан

7,3

0,16

Водород

34,1

0,78

Азот

Ошибки

1920,0

43,97

округления

1,8

0,04

Итого:

4366

100,0

Итого:

4366,0

100,00

В реактор поступает водород - 1860-4/32 = 233 кг/ч.

Водород расходуется:

• на образование СН20 - 1220-22/30 = 81,5 кг/ч;

• образование НСООН - 126,5-2/46 = 5,5 кг/ч;

• образование СН4 - 7,3-4/16 = 1,82 кг/ч;

• образование Н20 - 572-2/18 = 63,6 кг/ч;

• в составе не прореагировавшего газа - 372-4/32 = 46,5 кг/ч. Всего - 198,9 кг/ч.

Количество водорода в свободном состоянии - 233 - 198,9 = 34,1 кг/ч. Результаты расчета сведены в табл. 7.4 материального баланса.

Добавить комментарий

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. И ОБОРУДОВАНИЯ

Технологические схемы процессов гранулирования дисперсных материалов

К основному оборудованию для промышленного уплотнения дис­персных материалов относятся смеситель, устройство для уплотнения (тарель, пресс, экструдер и др.), конвейер, сушилка или классификатор. Обязательными в установках являются системы пылеулавливания, включающие как …

Гранулирование в псевдоожиженном слое

В псевдоожиженном слое получают гранулы удобрений, таких как карбоаммофоски, карбамида, аммиачной селитры, нитрофоски, аммофо­са, а также кормовых дрожжей, лекарственных форм, алюмосиликатов, порошков синтетических цеолитов и др. Сущность процесса заключается в …

Закономерности уплотнения материала и аппаратурное оформление метода прессования

Руда и рудные концентраты, металлическая стружка, отходы ме­таллургических заводов и обогатительных фабрик, стекольные шихты могут быть переработаны в куски-брикеты прессованием с добавлением и без добавления связующего вещества. Метод прессования используется …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.