Проектирование цеха по производству стирола

     Конденсат из конденсатора и сепаратора поступают  в емкость. Несконденсированный  газ (абгаз), состоящий из метана, водорода, углекислого газа, паров углеводородов  и воды, подогревается в кожухотрубном  теплообменнике за счет тепла парового конденсата, поступающего из межтрубного пространства испарителя. Далее абгаз смешивается с топливным газом и подается на сжигание в пароперегревательную печь.

     При пуске производства предусмотрена  подача абгаза на воздушку. Водноуглеводородный  конденсат, состоящий из стирола, этилбензола, бензола, толуола и конденсата водяного пара после самотеком поступает в емкость объемом 96 м³ с сетчатой перегородкой, где происходит его отстой и расслоение.

     Верхний слой из емкости – углеводородный конденсат (УВК), - самотеком поступает в промежуточный сборник объемом 5 м³.

     Полное  освобождение емкости от углеводородов  при остановке производится по трубопроводу из верхней точки (люк) через смотровой  фонарь.

     Нижний слой – водный конденсат, - поступает в емкость, объемом 8 м³. Уровень в емкости регулируется непрерывной откачкой водного конденсата центробежным насосом, подается в пенный аппарат, объемом 37,8 м³. Химзагрязненный конденсат после насоса разделяется на 3 потока: частично на циркуляцию через змеевики для обогрева полов в отделении дегидрирования с возвратом в трубопровод после регулирующего клапана (в зимнее время).

     Через калориферы воздушных конденсаторов  или непосредственно в емкость подается насосом. Емкость служит для освобождения насосов и аппаратов отделения дегидрирования.

     Отработанный  катализатор из реактора в период капремонта с помощью вакуума, создаваемого компрессором, производительностью 1600 м³/час, выгружается в бункер объемом 48,5 м³ и вывозится в специально отведенное место. Отсасываемый компрессором воздух очищается от катализаторной пыли, на фильтре он сбрасывается в атмосферу.

     Перегрев  водяного пара

     Перегрев  водяного вара осуществляется в пароперегревательной печи, состоящей из двух радиантных камер и одной конвекционной  камеры, объединенных в один блок.

     Пароперегревательная  печь имеет 24 подовые горелки, в которых  сжигаются природный газ и  абгаз.

     Водяной пар давлением 3-4,6 атм., получаемый дросселированием поступающего из заводской сети пара с давлением 10-12 атм., через сепаратор  поз.199, а также получаемый в котлах-утилизаторах, поступает последовательно в конвекционную часть и радиантную часть печи. При достижении максимального уровни в сепараторе поз. 199-200 мм, подается световой и звуковой сигнал и открывается клапан на трубопроводе конденсата из сепаратора поз. 199 через холодильник поз. 245а в канализацию. Перегретый до температуры не более 750⁰С, пар поступает в межступенчатый перегреватель, где отдает тепло контактному газу, выходящему из первой ступени реактора, после чего поступает в перегреватель поз. 203, где отдает тепло пароэтилбензольной смеси и поступает на повторный перегрев в печь. Перегретый до температуры не более 750⁰С, водяной пар из печи подается в смесительную камеру реактора, где смешивается с парами ЭБШ в соотношении ЭБШ : пар = 2:1 +3,5. Предусмотрена возможность подачи перегретого пара от промежуточного коллектора печи для удаления полимера из оборудования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

             
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      4 Расчетный раздел 

      4.1 Материальный баланс 

      Годовая производительность по стиролу – 500000 т/год.

      Посчитаем количество рабочих дней: 

      К=365-(21+9)=335 дней                                                                          (28) 

      Посчитаем производительность в день: 

      П_в^П = 600000/335 = 1791,0448 т/сут = 1791044,8 кг/сут                       (29) 

      Посчитаем часовую производительность: 

      П_в^П = 1791044,8/24ч = 74395 кг/ч                                                           (30) 

      С целью упрощения расчета принимают, что в процессе дегидрирования

      этилбензола протекают следующие реакции: 

      C₆H₅C₂H₅                 C₆H₅CH=H₂+Н₂                                     (31) 

      C₆H₅C₂H₅+Н₂                 C₆H₅CH₃+СН₄                                                   (32) 

      C₆H₅C₂H₅                       C₆H₆ +СН₂=СН₂                                       (33) 

      2C₆H₅C₂H₅                                   С₆Н₅-СН=СН- С₆Н₅+2СН₄                              (34) 

     По основной реакции (32) расходуется этилбензола: 

     38763 кг/ч или 365,687 кмоль/ч  

       По реакциям (32-35) расходуется этилбензола: 

     365,687/0,9 = 43070 кг/ч или406,319 кмоль/ч  

     Необходимо подать этилбензола с учетом его степени конверсии: 

     406,319/0,60 = 71783 кг/ч или 677,198 кмоль/ч 

     С учетом потерь на стадии ректификации в реактор дегидрирования подают этилбензола: 

     677,198*100,00/(100,00-0,1) = 71855 кг/ч или677,876 кмоль/ч

     Потери этилбензола на стадии ректификации: 

     677,876-677,198 = 72 кг/ч или0,678 кмоль/ч  

     Остается непревращенного этилбензола в контактном газе:  

     677,876-406,319 = 28785 кг/ч или 271,557 кмоль/ч 

     В реактор дегидрирования поступает:

     свежего этилбензола: 

     406,319+0,678 = 43142 кг/ч или406,997 кмоль/ч;  

     возвратного (циркуляционного) этилбензола: 

     271,557-0,678 = =28713 кг/ч или270,879 кмоль/ч  

     Рассчитывают состав свежего этилбензола - поток 1 ( таблица 6). 

Таблица 6

     Состав свежего этилбензола 

 

     Рассчитывают состав возвратного (циркуляционного) этилбензола - поток 2 (таблица 7). 

Таблица 7

     Состав возвратного этилбензола 

         

     Для снижения температуры кипения в жидкую этилбензольную фракцию в испарителе добавляют водяной пар. Массовую долю водяного, пара в образующейся парогазовой смеси находят по формуле: 

     x_{i Н2О}= [Р _Н2О М _Н2О /(Р _Н2О М _Н2О +Р_эбМ_эб)] 100                             (35) 

     где р _Н2О и р_эб - парциальные давления паров воды и этилбензольной фракции при температуре кипения; Мн₂о и М_{Эб -} молярные массы воды и этилбензольной фракции.

     Так как этилбензольная фракция состоит в основном из этилбензола, молярную массу фракции принимают равной молярной массе этилбензола.

     Парциальное давление паров воды при температуре кипения 155 °С составляет 0,5579 МПа, парциальное давление этилбензольной фракции при общем давлении в испарителе 1,2000 МПа равно: 

     1,2000-0,5579= = 0,6421 МПа 

       x_{i Н2О} = [0,5579-18/(0,5579-18 + 0,6421 -106) ] 100 = 12,86%  

     Общее количество подаваемого в реактор этилбензола: 

     43185+31210 = 74395 кг/ч 

     Расход водяного пара испаритель (поток 3): 

     74395-12,86/(100,00—12,86) = 10979 кг/ч 

     Рассчитывают по суммарному содержанию компонентов в потоках 1, 2, 3 состав парогазовой смеси после испарителя - поток 4 (таблица 8).

     В сырьевой поток на входе в реактор дегидрирования вводят водяной пар для снижения парциального давления этилбензола, повышения его степени конверсии и подавления побочных реакций. Расход водяного пара определяют из уравнения теплового баланса узла смешения: 

                                                                     (36) 

     где m_п и m_г - массовый расход газовой смеси и поступающего водяного пара, кг/ч;

     h_г^' и h_п^'  - энтальпия газовой смеси и водяного пара до смешения, кДж/кг;

     h_г" и h_n" энтальпия газовой смеси и водяного пара после смешения, кДж/кг. 
 

Таблица 8

     Состав парогазовой смеси после испарителя 

 

     Принимают следующие значения температуры, °С: парогазовой смеси после перегревателя - 550; водяного пара, поступающего из промежуточного теплообменника, - 655; парогазовой смеси на входе в реактор - 610.

     Рассчитывают среднюю энтальпию парогазовой смеси и результаты расчета сводим в таблицу 8.

     Значения энтальпии органических соединений и перегретого водяного пара. Предварительно определяют парциальное давление паров воды в парогазовой смеси: 

     Рн₂о = 0,45-0,4643 = 0,2 МПа                                                          (37) 

     где 0,45 — давление парогазовой смеси, МПа; 0,4643 — молярная доля паров воды в смеси.

     Энтальпия водяного пара (р=0,9 МПа):