Upload
oleksandr-semeniuta
View
251
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
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
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
3
Застосування
1. Низькозамерзаючі теплоносії - антифризи– системи опалення, вентиляції,
кондиціонування житлових будинків;
– системи охолодження харчових виробництв;
– інше теплообмінне обладнання.
4
Застосування
2. Харчова добавка E1520 – вологоутримуючий, пом'якшувальний і диспергуючий агент
5
6
Застосування
3. Інші сфери– у якості водного розчину у різних
галузях промисловості;– у якості холодоносія;– при виробництві косметики;– при виробництві пластмас.
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
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
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
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
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
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
АВТОМАТИЗОВАНИЙ РОЗРАХУНОК РЕАКТОРА
13
14
Реактор
Continious stirred tank reactor (CSTR) – Реактор неперервної дії з перемішуючим пристроєм
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
16
Розрахунок за моделлю в Mathcad
17
Розрахунок за моделлю в Mathcad
18
Розробка обчислювального модуля
Середовище та інструментарій:– Microsoft .NET Framework– C#– Visual Studio 2010– Windows Forms– ZedGraph
19
Рішення Visual Studio
1. ReactorModel2. RungeKuttaMethod3. WinUI4. OutputControlLibrary
20
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
СХЕМА АВТОМАТИЗАЦІЇ+ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ
22
23
Екологічна безпека
1. Контроль заради недопущення аварійної ситуації
2. Очищення викидів у атмосферу
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