Основы проектирования химических производств

ПРАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС

Практический материальный баланс учитывает составы исходного сырья и готовой продукции, избыток одного из компонентов сырья, степень преврашения 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 поданному 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 поданным научно-исследователь­ских разработок, по результатам расчетов теоретического материаль­ного баланса или же по данным, подученным 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 т); 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 и т. 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 па единицу массы готового продукта (например, на 1 т) и сравнением их с расходными коэффициентами аналогичного сущест - вуюшего производства (по материалам производственной практики).

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

Д= 365 -(Р+В),

Где Д — количество рабочих дней в году; Я — количество дней в году, отведенных на все виды ремонта; В — количество праздничных и вы­ходных дней в году.

Для непрерывных процессов

Д =365-Р.

В этом случае величина Р включает в себя и время на все виды гемонтов, и время периодических остановок на чистку оборудования,

— чену катализатора и т. п.

Далее необходимо определить производительность готового про - кта. Вначале рассчитывается его производительность без учета потерь

С Д'

■де Ясг> — суточная производительность готового продукта без учета ".отерь, т/сут; N — годовой выход готового продукта, т.

Производительность с учетом потерь продукта по стадиям

Я6

Я" = —— с 1-а’

Где а — общая доля потерь продукта на всех стадиях процесса.

Общая величина потерь по всем стадиям

Я = Я* - Яс".

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

Я/1 = в,- • Я.

При этом

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. 7.1.

Таблица 7.1. Пример представления расходных коэффициентов

ё

Наименование

Раскол,

Расходные коэффициенты.

П/п

І/ЮрМІ

Т/сут (т/год)

Т/т готоного продукта

1

Сырье А

А, (А, - Д)

А,///*

2

Сырье В

В,(В,.Д)

В,/П?

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

Пример 7.4. Составить материальный баланс реактора каталитического окисления метанола в формальдегид. Производительность реактора по фор­мальдегиду І0 000 т/год. Степень превращения метанола в формальдегид —

0, 7; общая степень превращения метанола (с учетом побочных реакций) — 0,8. Содержание метанола в снирто-воздушной смеси — 40% по объему. Мольные соотношения побочных продуктов на выходе из реактора

НСООН : СО,: СО : СН, = 1,8 : 1,6 :0,1 : 0,3.

Аппарат работает 341 день в году с учетом времени ПП Р (планово-предуп­редительных ремонтов) и простоев.

Решение: Формальдегид получается в результате окисления паров метано­ла кислородом воздуха при температур« 550—600 °С на серебряном катализа­

Торе, где протекают следующие реакции:

TOC o "1-5" h z СН3ОН + 1/20, = СНг0+ Н,0, (I)

СН,0Н = СН,0+ Н3, (2)

СН5ОН = СО + 2Н,, (3)

СНрН + Н, = СН4 + Н,0. (4)

СН, ОН + О, = НСООН + Н?0, (5)

СН3ОН + 1 ,50; = СО, + 2Н,0. (6)

Возможная реакция Н, + 1/20, = Н-,0 стех и о метрически зависима, так как она п 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 : I и процесс проводится с неполным сгоранием водо­рода, образующегося по реакции (3).

Отходящие газы содержат 20-21 % формальдегида, 36-38% азота и приме­си п виде СО, СО,, 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. Молекулярные массы: формали­на — 30; метанола — 32; кислорода — 16.

Производительность реактора по формальдегиду

10 ООО • 1000/341/24 - 1220 кг/ч или 1220/30 = 40,7 кмиль/ч.

Так как по реакциям (I) и (2) на образование I моля формальдегида расхо­дуется 1 моль метанола, то, при 70% степе и и превращения метанола в фор­мальдегид, имеем расход метанола в этом случае

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 м5/ч.

Спирто-воздушная смесь — 1300/0,4 = 3250 мя/ч.

Воздух — 3250 - 1300 = 1950 м’/ч, в нем:

Кислорода — 1950 0,21 =410 м’/ч или 410 • 32/22,4 — 586 кг/ч; азота — 1950 • 0,79 = 1540 м-’/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 кислорода: с воздухом — 586 кг/ч; в составе метанола — 1860 ■ 16/32 = 930 кг/ч.

Всего: 586+ 930 = 1516 кг/ч.

Расходуется кислорода:

На образование формальдегида — 1220 • 16/30 = 650 кг/ч; на образование НСООН — 126,5 • 32/46 = 88 кг/ч; на образование СО, — 108 ■ 32/44 = 78,6 кг/ч; на 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 1516 — 1005 = 509 кг/ч, пошло на образование воды по реакциям (I), (4), (5) и (6). В результате расход воды равен — 509 ■ 18/16 = 572 кг/ч.

В реактор поступает водорода — 1860 4/32 = 233 кг/ч.

Водород расходуется:

На образование СН,0 — 1220 • 22/30 = 81,5 кг/ч;

Таблица 7.2. Материальный баланс пропесса получения формальдегида

Приход

Расход

Стал ьи

Кг/ч

%

Статьи

Кг/ч

%

(по массе)

(по массе)

С пирто-воз­

Формальдегид

1220.0

27.89

Душная 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

1920,0

43,97

Ошибки

Округления

1,8

0,04

Итого

4366

100,0

Итого

4466,0

100,00

На образование НСООН — 126,5 • 2/46 = 5,5 кг/ч; на образование СН4 — 7,3 - 4/16 = 1 ,82 кг/м; на 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. 7.2 материального баланса.

Основы проектирования химических производств

Машины для транспортировки жидкостей и газов

Насосами называются машины, предназначенные для перемеще­ния жидкостей (газов) и сообщения им энергии. Работающий насос преобразует механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, увеличивая ее давление. Перемещение жидкостей осуществляется следующими насосами: …

Классификация транспортных средств для твердых материалов

По способу передачи усилия транспортируемому материалу транс­портные средства делятся на: — машины, которые перемешают материал под действием механи­ческой силы, передаваемой от привода; — гравитационные устройства, в которых груз перемешается под …

ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА

Успешная работа химического предприятия во многом зависит от четкой работы промышленного транспорта. Промышленный транс­порт делится на две основные группы: внешний и внутренний. Внешний транспорт — предназначен для доставки на предприятие …

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

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua