24
КОМП’ЮТЕРНИЙ РОЗРАХУНОК ПРОЦЕСУ ВИРОБНИЦТВА ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЮ Виконав: Семенюта О.М., студент групи ХА-71, ХТФ, НТУУ «КПІ» Науковий керівник: к.х.н. доц. Квітка О.О. Дипломний проект освітньо-кваліфікаційного рівня ”БАКАЛАВР” МОН України · НТУУ «КПІ» · Кафедра КХТП

Computer simulation of the propylene glycol production

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Computer simulation of the propylene glycol production

КОМП’ЮТЕРНИЙ РОЗРАХУНОК ПРОЦЕСУ ВИРОБНИЦТВА

ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЮ

Виконав: Семенюта О.М., студент групи ХА-71, ХТФ, НТУУ «КПІ»Науковий керівник: к.х.н. доц. Квітка О.О.

Дипломний проект освітньо-кваліфікаційного рівня ”БАКАЛАВР”

МОН України · НТУУ «КПІ» · Кафедра КХТП

Page 2: Computer simulation of the propylene glycol production

2

Продукт

Пропиленгликоль (англ. Propylene glycol; назва IUPAC – пропан-1,2-діол) - безбарвна в'язка рідина зі слабким характерним запахом, солодкуватим смаком, що володіє гігроскопічними властивостями.

СH2(OH)-СH(OH)-СH3

Page 3: Computer simulation of the propylene glycol production

3

Застосування

1. Низькозамерзаючі теплоносії - антифризи– системи опалення, вентиляції,

кондиціонування житлових будинків;

– системи охолодження харчових виробництв;

– інше теплообмінне обладнання.

Page 4: Computer simulation of the propylene glycol production

4

Застосування

2. Харчова добавка E1520 – вологоутримуючий, пом'якшувальний і диспергуючий агент

Page 5: Computer simulation of the propylene glycol production

5

Page 6: Computer simulation of the propylene glycol production

6

Застосування

3. Інші сфери– у якості водного розчину у різних

галузях промисловості;– у якості холодоносія;– при виробництві косметики;– при виробництві пластмас.

Page 7: Computer simulation of the propylene glycol production

7

Технологія процесу виробництва

3

2

1

4

1 – змішувач, 2 – реактор, 3 – ректифікаційна колона, 4 – насос

Оксид пропилену

Вода

Вода

Пропиленгликоль

60 °C111,5 кПа

• Kinetics and Mechanism of the Catalytic Hydration of Propylene Oxide / R. Z. Shaikhutdinov et all.

• H. Scott Folger - Elements of Chemical Reaction Engineering

Page 8: Computer simulation of the propylene glycol production

8

Хімічна реакція

• Kinetics and Mechanism of the Catalytic Hydration of Propylene Oxide / R. Z. Shaikhutdinov et all.

Константа швидкості при 60 °C: k = 0,15 л/моль·с

Page 9: Computer simulation of the propylene glycol production

9

Аналіз структури

1 2 32 2

1

Структурна схема виробництва пропиленгликолю1 – змішувач, 2 – реактор, 3 – ректифікаційна колона

1 2 32 2

1

Структурна схема після розірвання дуг

Page 10: Computer simulation of the propylene glycol production

10

Розрахунок матеріального балансу

№ НазваІм’я відповідних

модулів в програмі-симуляторі

Потоки на вході Потоки на виході

1 Змішувач Mixer WaterInp, PropOxideInp Mixture

2 Реактор Reactor Mixture Reacted, ReactedVap

3 Ректифікаційна колона

Stripper Reacted PropyleneGlycol, WaterFromStripper

Інтерпретація структури схеми

Page 11: Computer simulation of the propylene glycol production

11

Параметри матеріальних потоківПотік PropOxid

eInp WaterInp Mixture ReactedVap Reacted

Температура, °С 24,000 24,000 24,000 60,000 60,000 Тиск, кПа 111,457 111,488 111,457 111,457 111,457 Мольна витрата, кмоль/год

68,000 276,966 629,566 0,000 565,064

Масова витрата, кг/год

3949,440 4989,567 14149,540 0,000 14149,598

Об'ємна витрата (рідина), м3/год

4,728 5,000 14,972 0,000 14,042

Потік OverheadVap

PropyleneGlycol

WaterFromStripper

RecycleStream1

RecycleStream2

Температура, °С 77,735 190,921 77,735 77,737 24,000 Тиск, кПа 103,421 117,211 103,421 111,520 111,520 Мольна витрата, кмоль/год

0,000 64,826 500,238 500,238 284,600

Масова витрата, кг/год

0,000 4914,152 9235,446 9235,446 5210,533

Об'ємна витрата (рідина), м3/год

0,000 4,725 9,317 9,317 5,245

Page 12: Computer simulation of the propylene glycol production

12

Мольні концентрації компонентів, кмоль/м3

Потік PropOxid

eInp

WaterInp Mixture ReactedVap Reacted

Оксид пропилену 14,384 0,000 4,681 0,000 0,397

Пропиленгликоль 0,000 0,000 0,000 0,000 4,594

Вода 0,000 55,397 37,369 0,000 35,250

Потік Overhead

Vap

PropyleneGl

ycol

WaterFromStr

ipper

RecycleStre

am1

RecycleStre

am2

Оксид пропилену 12,160 0,000 0,599 0,599 0,397

Пропиленгликоль 0,000 13,652 0,000 0,000 0,000

Вода 8,566 0,069 53,090 53,090 53,868

Page 13: Computer simulation of the propylene glycol production

АВТОМАТИЗОВАНИЙ РОЗРАХУНОК РЕАКТОРА

13

Page 14: Computer simulation of the propylene glycol production

14

Реактор

Continious stirred tank reactor (CSTR) – Реактор неперервної дії з перемішуючим пристроєм

Page 15: Computer simulation of the propylene glycol production

15

Математичне забезпечення

Модель реактора ідеального змішування неперервної дії:

riiiвi WCC

dt

dC )(

1x

Припущення:– ізотермічний режим реакції при температурі 60°С;– миттєве і майже повне змішування речовин;– концентрація компонентів на виході з апарату дорівнює

концентрації у реакційній зоні.

OHPOPOPOвPO CkCCC

dt

dC2

)(1

x

OHPOOHOвHOH CkCCC

dt

dC222

2 )(1

x

OHPOPGPGвPG CkCCC

dt

dC2

)(1

x

Page 16: Computer simulation of the propylene glycol production

16

Розрахунок за моделлю в Mathcad

Page 17: Computer simulation of the propylene glycol production

17

Розрахунок за моделлю в Mathcad

Page 18: Computer simulation of the propylene glycol production

18

Розробка обчислювального модуля

Середовище та інструментарій:– Microsoft .NET Framework– C#– Visual Studio 2010– Windows Forms– ZedGraph

Page 19: Computer simulation of the propylene glycol production

19

Рішення Visual Studio

1. ReactorModel2. RungeKuttaMethod3. WinUI4. OutputControlLibrary

Page 20: Computer simulation of the propylene glycol production

20

Page 21: Computer simulation of the propylene glycol production

21

Детальний підбір конструктивних параметрів

Величина Умовне

позначення

Одиниця

вимірювання

Числове значення

Внутрішній об’єм Vном м3 8

Внутрішній

діаметр

Dв мм 1800

Довжина

циліндричної

частини

l мм 3380

Внутрішня

поверхня корпуса

Fв м2 21,0

• ГОСТ 9931-82 • Островская Э. Н., Полякова Т. В. Расчет и конструирование

химических аппаратов с мешалками

Page 22: Computer simulation of the propylene glycol production

СХЕМА АВТОМАТИЗАЦІЇ+ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ

22

Page 23: Computer simulation of the propylene glycol production

23

Екологічна безпека

1. Контроль заради недопущення аварійної ситуації

2. Очищення викидів у атмосферу

Page 24: Computer simulation of the propylene glycol production

24

Висновки

1. Досліджена технологія виробництва пропиленгликолю2. Проведений структурний аналіз схеми3. Розрахований матеріальний баланс з допомогою HYSYS 3.24. Розроблений обчислювальний модуль проектного

розрахунку апарату – в основу покладена модель РІЗ неперервної дії

5. Розраховані конструктивні параметри апарату6. Розроблений проект автоматизації схеми виробництва7. Здійснений аналіз екологічної безпеки виробництва8. Розрахована собівартість розробки обчислювального

модуля