Разработка технологической схемы узла алкилирования бензола пропиленом в присутствии катализатора треххлористого алюминия

l_1R(S₁-S_1R-C_S)x₁+l_2R*S₂*x₂+l_3R(S₁-C_S-C_S1)x₃+l_R(S-S_R-C)>0,5(d_R-d_0R)S_R

5,26(0,9-0,0064-0,335)0,96+0+0+10,73(1,0-0,33-0,28)>0,5(31,37-4,29)0,33

6,71>4,5

Условие выполнено.

2.6.5 Расчёт укрепления отверстия

1. Расчётные длины внешней и внутренней частей штуцера, участвующие в укреплении отверстия и учитываемые при расчёте определяются по формуле:

а) для внешней части штуцера

l_1R=min {l₁; 1,25}

{21,0 1,25=7,5 см

Принимаем l_1R=7,5 см

б) для внутренней части штуцера

l_3R=min {l₃ 0,5}

0,5=2,36 см

Принимаем l_3R=0

d - внутренний диаметр штуцера, см

2. Толщина накладного кольца

S₂=0

3. Расчётная ширина накладного кольца

l_2R=min {l₂; }

{0; =10,73

Принимаем l_2R=0

4. Отношение допускаемых напряжений

а) для внешней части штуцера

x₁=min {1,0; }

x₁==1,0

б) для накладного кольца

x₂=min {1,0; }

x₂=1,0

5. Расчётный диаметр отверстия, не требующего укрепления при отсутствии избыточной толщины стенки сосуда:

d_0R=0,4=0,4=4,29 см

6. Расчётную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяется по формуле:

S_1R= ==0,104 см

7. Расчётная толщина стенки обечайки

S_R=0,33 см

8. Расчётный диаметр отверстия в стенке обечайки

d_R=50+0,56=50,56 см

9. Расчётная ширина зоны укрепления в стенке в окрестности штуцера

l_R=min {l; }

=10,73 см

10. При укреплении отверстия утолщением стенки сосуда или штуцера накладным кольцом должно выполняться условие:

l_1R(S₁-S_1R-C_S)x₁+l_2R*S₂*x₂+l_2R(S₁-C_S-C_S1)x₃+l_R(S-S_R-C)>0,5(d_R-d_0R)S_R

7,5(1,0-0,104-0,28)1+0+0+10,73(1,0-0,33-0,28)>0,5(50,56-4,29)0,33

8,8>7,63

Условие выполнено.

2.6.6 Определение расчётных условий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок

Район установки аппарата на территории России по скоростному напору ветра.

Таблица №12

Индекс условий работы	Условия работы	G-нагрузка от собственного веса, кгс
1	Рабочие	G1=35700
2	Испытания	G2=27850
3	Монтажа	G3=8850

В качестве расчётной схемы аппарата колонного типа принимаем консольный упруго-защемленный стержень.

2.6.7 Определение периода собственных колебаний аппарата

T=T₀,

T₀=1,8

C_F - коэффициент неравномерного сжатия грунта, mс/м³;

J - момент инерции металлического сечения аппарата, относительно центральной оси, м⁴ ;

J=

J_F=0,065·D⁴_нк=0,065·2,1⁴=1,264

J₁==118·10^-4

D_нк - наружный диаметр опорного кольца, м

G - ускорение силы тяжести, м/с²

Е - модуль упругости материала аппарата при расчётной температуре, кгс/м²

В рабочих условиях:

T₀=1,8·12,05=0,305 с

T=0,305=0,8 с

В условиях испытания:

T₀=1,8·12,05=0,262 с

T=0,262=0,7 с

В условиях монтажа:

T₀=1,8·12,05=0,15 с

T=0,15=0,4 с

Нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки на середине i-го участка аппарата:

g_{ist =} g_o·B_i·K (кгс/м²)

g₀ - скоростной напор ветра, для 2 района g_o=35 кгс/м²

B_i - коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте аппарата;

К - аэродинамический коэффициент;

g_1st=35·0,7·1=24,5

g_2st=35·0,7·1=24,5

g_3st=35·0,7·1=24,5

Статическая составляющая ветровой нагрузки на i-ом участке, кгс:

P_ist=g_ist·D_i·h_i

P_1st=24,5·1,62·5,245=208

P_2st=24,5·1,62·5,245=208

P_3st=24,5·1,728·1,56=66

Динамическая составляющая ветровой нагрузки на i-ом участке, кгс:

P_idyn=н·G_i·о·з_i

В рабочих условиях:

P_1dyn=0,7·16700·1,6·0,0098=172

P_2dyn=0,7·16700·1,6·0,0037=69

P_3dyn=0,7·2301·1,6·0,00066=2

В условиях испытания:

P_1dyn=0,7·12775·1,5·0,012=161

P_2dyn=0,7·12775·1,5·0,005=67

P_3dyn=0,7·2301·1,5·0,00086=2

В условиях монтажа:

P_1dyn=0,7·3275·1,4·0,047=151

P_2dyn=0,7·3275·1,4·0,019=61

P_3dyn=0,7·2301·1,4·0,0033=7

где н - коэффициент, учитывающий корреляцию пульсаций скорости ветра при

е=;

В рабочих условиях:

е ==0,018 н = 0,7

В условиях испытания:

е ==0,015 н = 0,7

В условиях монтажа:

е = =0,009 н = 0,4

G_i,R - вес i-го участка колонны, кгс

В рабочих условиях:

G₁=16700

G₂=16700

G₃=2301

В условиях испытания:

G₁=12775

G₂=12775

G₃=2301

В условиях монтажа:

G₁=3275

G₂=3275

G₃=2301

о - коэффициент динамичности при ветровой нагрузке, зависит от е;

В рабочих условиях:

о = 1,6

В условиях испытания:

о = 1,5

В условиях монтажа:

о = 1,4

з_i - приведенное относительное ускорение центра тяжести i-го участка;

з_i = б_i

В рабочих условиях:

з₁=0,074·10⁶·=0,0092з₂ =0,03·10^-6·0,124·10⁶=0,0037

з₃ =0,0053·10^-6·0,124·10⁶=0,00066

В условиях испытания:

з₁=0,074·10⁶·=0,012

з₂ =0,03·10^-6·0,162·10⁶=0,005

з₃ =0,0053·10^-6·0,162·10⁶=0,00086

В условиях монтажа:

з₁=0,074·10⁶·=0б047

з₂ =0,03·10^-6·0,63·10⁶=0,019

з₃ =0,0053·10^-6·0,63·10⁶=0,0033

m_R - коэффициент пульсации скоростного напора для R-го участка;

m₁=0,6

m₂=0,6

m₃=0,6

б_i - относительное перемещение центров тяжести участков;

б_i =г

б₁ =0,67=0,074·10^-6

б₂ =0,0182·10^-6·0,15+

б₃ =0,0182·10^-6·0,012+

где г - коэффициент;

г =;

г = 0,67

в_i - коэффициент, зависит от

в₁=0,68 в₂=0,15 в₃=0,012

Ветровая нагрузка на i-ом участке

P_i=P_ist+P_idyn (кгс)

В рабочих условиях:

P₁=208+172=380

P₂=208+69=277

P₃=66+2=68

В условиях испытания:

P₁=208+161=369

P₂=208+67=275

P₃=66+2=68

В условиях монтажа:

P₁=208+151=359

P₂=208+61=269

P₃=66+7=73

Изгибающий момент в расчётном сечении на высоте x₀

=

В рабочих условиях:

При x₀=0

=380·(943-0)+227·(418-0)+68·(78-0)=479430 кгс·см

При х₀=116

=380·(943-116)+227·(418-116)=397914 кгс·см

В условиях испытания:

При х₀=0

=369·943+275·418+68·78=468221 кгс·см

при х₀=116

=369·827+275·302=388213 кгс·см

В условиях монтажа:

При х₀=0

=359·943+269·418+73·78=456673 кгс·см

При х₀=116

=359·827+269·302=378131 кгс·см

Таблица №13 - Сочетание нагрузок.

Условия работы	Давление Р, кгс/см2	Осевое сжимающее условие, F, кгс	Расчётный изгибающий момент, М, кгс*см	Допускаемое напряжение [у], кгс/см2
Рабочие условия	При х0=0
	0	35700	479430	1540
	При х0=116
	6	33400	397914	1465
Условия испытания	При х0=0
	0	278500	0,6*468221=280933	2270
	При х0=116
	9	25550	0,6*388213=232928	2270
Условия монтажа	При х0=0
	0	8850	456673	1540
	При х0=116
	0	6550	378131	1540

2.6.8 Расчёт корпуса колонного аппарата на прочность и устойчивость

Расчёт напряжений.

Продольные напряжения у_ч на наветренной стороне:

у _x1 =;

В рабочих условиях:

при х₀=116

у_x1 = кгс/см²

В условиях монтажа:

При х₀=116

у_x1 = кгс/см²

на подветренной стороне:

у_x2 =

В рабочих условиях:

При х₀=116

у_x2 =216 кгс/см²

В условиях монтажа:

При х₀=116

у_x2 =-44 кгс/см²

Кольцевые напряжения:

у_у=;

при х₀=116

у_у= кгс/см²

Эквивалентные напряжения на ветреной стороне:

у_E1=

В рабочих условиях:

При х₀=116

у_E1==577 кгс/см²

В условиях монтажа:

при х₀=116

у_E1= кгс/см²

на подветренной стороне:

у_Е2=

В рабочих условиях:

при х₀=116

у_Е2==586 кгс/см²

В условиях монтажа:

при х₀=116

у_Е2==44 кгс/см²

Условие прочности:

На ветреной стороне:

max {[у_x1]у_E1}?[у]_k·ц_T

[у]_k - допускаемое напряжение для корпуса колонны, при расчётной температуре, кгс/см²

В рабочих условиях:

при х₀=116

577<1465*0,9=1319 кгс/см²

Условие выполнено.

В условиях монтажа:

при х₀=116

8<1540*0,9=1386 кгс/см²

Условие выполнено.

На подветренной стороне:

max {[у_x2]у_E2}?[у]_k·ц_T

В рабочих условиях:

при х₀=116

586<1319 кгс/см²

Условие выполнено.

В условиях монтажа:

при х₀=116

44<1540 кгс/см²

Условие выполнено.

Проверка устойчивости:

В рабочих условиях:

при х₀=116

;

0,096<1,0;

Условие выполнено.

В условиях испытания:

при х₀=116

0,046<1,0;

Условие выполнено.

В условиях монтажа:

при х₀=116

;

0,031<1,0;

Условие выполнено.

В рабочих условиях:

Допускаемое осевое сжимающее усилие, кгс

[F]=

где [F]_p - допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности

[F]_p=

[F]_E - допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости из условия устойчивости;

[

F]_E=min{[F]_E1;[F]_E2}

Допускаемый изгибающий момент, кгс·см

где [М]_р - допускаемый изгибающий момент из условия прочности

[М]_р=

[М]_E - допускаемый изгибающий момент в пределах упругости из условия устойчивости;

[М]_E====38603931

ny - коэффициент запаса устойчивости.

В условиях испытания:

Допускаемое осевое сжимающее усилие, кгс

==678494

где [F]_p - допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности

[F]_p==

- допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости из условия устойчивости;

Допускаемый изгибающий момент, кгс·см

==28230487

где - допускаемый изгибающий момент из условия прочности

[М]_р=

[М]_E - допускаемый изгибающий момент в пределах упругости из условия устойчивости;

[М]_E===

ny - коэффициент запаса устойчивости.

В условиях монтажа:

Допускаемое осевое сжимающее усилие, кгс

==506626

где [F]_p - допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности;

[F]_p==559568

- допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости из условия устойчивости;

где 1193222

Допускаемый изгибающий момент, кгс·см

==20707212

где - допускаемый изгибающий момент из условия прочности;

[М]_р=

[М]_E - допускаемый изгибающий момент в пределах упругости из условия устойчивости;

[М]_E===

ny - коэффициент запаса устойчивости.

2.6.9 Расчёт опорной обечайки

Проверка прочности сварного шва, соединяющего корпус колонны с опорной обечайкой:

min

где D₃ - диаметр опорной обечайки в расчётном сечении, см;

- толщина сварного шва, в месте приварки опорной обечайки, см;

М_Z - расчётный изгибающий момент в месте приварки корпуса колонны к опорной обечайке, см;

F_Z - осевое сжимающее усилие в расчётном сечении, кгс;

- коэффициент прочности сварного шва, присоединяющий опорную обечайку к корпусу колонны;

и - допускаемые напряжения для опорной обечайки и корпуса колонны, соответственно, кгс/см².

В рабочих условиях:

86<879 кгс/см²

В условиях испытания:

62<1362 кгс/см²

Условие выполнено.

2.6.10 Проверка устойчивости опорной обечайки в зоне отверстия

где F₄ и M₄ - осевое сжимающее усилие и расчётный изгибающий момент в сечении нижнего опорного кольца аппарата;

- коэффициенты.

В рабочих условиях:

;

0,07<1

В условиях испытания:

;

0,032<1

Условие выполнено.

В рабочих условиях:

Допускаемое осевое сжимающее усилие, кгс:

=

где [F]_p - допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности;

[F]_p==3,14

- допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости из условия устойчивости;

= 2904921

Допускаемый изгибающий момент, кгс·см:

=

где - допускаемый изгибающий момент из условия прочности;

[М]_р=

[М]_E - допускаемый изгибающий момент в пределах упругости из условия устойчивости;

[М]_E===

ny - коэффициент запаса устойчивости.

В условиях испытания:

Допускаемое осевое сжимающее усилие, кгс:

=

где [F]_p - допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности;

[F]_p==1366074

- допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости из условия устойчивости;

где

Допускаемый изгибающий момент, кгс·см:

=

где - допускаемый изгибающий момент из условия прочности;

[М]_р=

[М]_E - допускаемый изгибающий момент в пределах упругости из условия устойчивости;

[М]_E===

3. Охрана труда. Безопасность жизнедеятельности

Охрана труда в химической промышленности является научной дисциплиной, изучающей правовые, теоретические и практические вопросы обеспечения безопасных и здоровых условий труда на производстве, предупреждения пожаров и взрывов. Охрана труда и противопожарная защита невозможны в отрыве от организации и технологического производства, устройства зданий и сооружений. Знание основ охраны труда, техники безопасности является обязательным для всех работников химического предприятия. [6]

Таблица 14 - Основные факторы на производстве [2]

Классы опасных факторов производства	Характеристика факторов
ФИЗИЧЕСКИЕ	1.механические В цехе применяется технологическое оборудование (насосы), имеющие движущиеся части, что вызывает опасность получения механических травм. 2.термические Наличие и применение в производстве пара, конденсатора, продуктов с высокой температурой (реакционная масса) обуславливают опасность термических ожогов. 3.воздействие электротока Большинство технологического оборудования снабжено приводами от электродвигателей, что вызывает опасность поражения электротоком.
ПСИХОФИЗИЧЕСКИЕ	1.Чрезмерное напряжение Оно может возникать при постоянном контроле технологических параметров процесса в операторной. 2.Утомление (связано со сменной работой).
ХИМИЧЕСКИЕ	1.Влияние вредных веществ Для продувки технологического оборудования и коммуникаций применяется азот, представляющий опасность получения удушья от недостатка кислорода в процессы проведения продувок и других работ.

Пожарная безопасность. Узел алкилирования цеха 402-409 является пожаро - и взрывоопасным и относится по пожарной характеристике к категории А, т.к. в них имеются горючие газы (пропан, пропилен) и ЛВЖ с температурой вспышки не более 28°С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные газовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 КПа, вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 КПа.

Узел алкилирования цеха 402 -409 по классу взрывоопасных зон относится к В-1а, это помещения, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или пара с воздухом, или другими окислителями не имеют места, а возможны только в результате аварий или неисправностей, а по классу пожароопасных зон к П-Ш, пространство наружных установок, содержащих жидкости с температурой вспышки более 60 єС и твердые горюющие вещества.

Возможные причины образования взрывоопасной смеси ППФ.

1. При проникновении извне воздуха в аппараты с взрывоопасным газом - ППФ, вследствие нарушения герметичности или неправильных действий обслуживающего персонала;

2. При проведении химических процессов;

3. При отключении аппаратов на ремонт и пуск его после ремонта.

В зависимости от безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ) происходит категорирование взрывоопасных смесей, т.к. БЭМЗ входит в интервал 0,5-0,9 мм, категория взрывоопасной смеси 11 В.

В зависимости от температуры самовоспламенения смеси подразделяется на группы. Температура воспламенения ППФ находится в интервале 410-466 єС, поэтому относится к группе Т 1, Т 2

Основные меры пожарной безопасности, используемые на производстве:

- противопожарные преграды - это разрывы между зданиями и сооружениями, противопожарные стены, обваловки, перекрытия, двери;

- защита помещения от разрушения при взрыве; здания категории А должны быть снабжены необходимой площадью ослабленных сечений. Не менее 0,05 м²;

- огнестойкость зданий и помещений; помещения категории А изготавливают из негорючих строительных конструкций, и относят к 1-ой степени огнестойки;

- наличие эвакуационных путей; производственное здание должно иметь не менее двух эвакуационных выходов;

- использование первичных средств пожаротушения; к таким средствам, необходимым для тушения начавшихся, но ещё не распространившихся пожаров относятся ручные огнетушители, песок, асбестовое одеяло, кошма, пожарные ведра, лопаты, топоры, багры;

- пожарная связь и сигнализация предназначаются для своевременного сообщения о возникновении пожара, централизованного управления пожарными подразделениями и для руководства тушением пожара.

Электробезопасность. По степени опасности поражения электрическим током узел алкилирования относится к помещению повышенной опасности. Это помещения, в которых отсутствуют условия, создающие «повышенную опасность» (сырье помещения или с проводящей пылью; С температурой воздуха, длительное время превышающую 30 єС; токопроводящими полами, где имеется опасность одновременного прикосновения к металлическим конструкциям и металлическим корпусам электрооборудования) и «особую опасность» (особо сырые помещения, с едкими парами и газами).

Согласно «Правилам устройства электроустановок», все помещения и установки, находящиеся в цехе 402, опасные в отношении пожара или взрыва, относятся к классу В-1а. В помещениях этого класса взрывоопасные смеси паров и газов могут образовывать только при авариях или неисправностях.

Характеристика электрооборудования применяемого в цехе 402:

- по уровню взрывозащиты оборудование относится к электрооборудованию повышенной надежности против взрыва. В нем предусмотрены средства и меры, затрудняющие возникновение опасных искр, электрических дуг и нагрева, только в режиме нормальной работы; обозначается цифрой 2.

- вид взрывозащиты электрооборудования:

а) взрывонепроницаемое (d) с корпусом, способным выдерживать давления, если внутри корпуса произошел взрыв;

б) повышенной надежности против взрыва (s), в котором исключается возникновение искрения электрической дуги;

- группа взрывозащищенного оборудования определяется в зависимости от взрывоопасной смеси. ППФ, бензол относятся к группе 11 В, 11 А.

- температурный класс оборудования определяется в зависимости от температуры самовоспламенения взрывоопасной ППФ, бензол относится к классу Т1,Т2.

Меры, используемые на производстве по предупреждению электротравматизма:

- заземление - снижает напряжение на металлические части оборудования, могущих оказаться под напряжением до безопасной величины;

- защитное зануление - это присоединение металлических частей электрической установки к многократно заземленному нулевому приводу;

- защитное отключение обеспечивает безопасность благодаря отключению аварийного участка или сети в целом при замыкании тока на корпуса;

- изоляция является достаточной защитой для установок низкого напряжения;

- ограждения применяются для уменьшения числа несчастных случаев в результате прикосновения к токоведущим частям оборудования и электропроводки.

Меры защиты от статического электричества:

Заземление всех металлических частей оборудования путем превращения системы трубопроводов и аппаратов в один проводник электрического тока и его заземление.

Мероприятия, используемые на производстве для предотвращения травматизма и профессиональных заболеваний:

- организационные: правильная организация обучения безопасности труда, своевременное прохождений инструктажей, удовлетворительное содержание рабочего места, наличие средств индивидуальной защиты, соблюдение трудовой дисциплины;

- санитарно-гигиенические: контроль за выделением вредных веществ, создание нормальных метеорологических условий, обеспечение достаточно необходимого освещения, нормативный шум и вибрация;

- технические: совершенствование технологического процесса и технологического оборудования, надежная конструкция блокировочных и предохранительных устройств. [2]

Заключение

Тема данной работы актуальна в связи с тем, что изопропилбензол является одним из важнейших продуктов нефтехимического синтеза, применяется во многих отраслях промышленности - химической, мебельной, фармацевтической, строительной, используется в качестве добавки к бензинам для увеличения их октанового числа, для синтеза фенола, ацетона, гидроперекиси ИПБ, в качестве инициатора некоторых цепных реакций и для других целей.

В данной работе спроектирован узел алкилирования бензола пропиленом в присутствии катализатора треххлористого алюминия.

Производство изопропилбензола крупнотоннажное, реактор работает в стационарном режиме. По способу организации технологического процесса применяют реактор непрерывного действия.

Приведен материальный баланс производства, произведены тепловой и механические расчеты, расчет основного и вспомогательного оборудования. Рассмотрены вопросы охраны труда и безопасности жизнедеятельности. Анализ проведенных расчетов показывает, что для получения изопропилбензола производительностью 90000 т/год достаточного одного аппарата.

Недостаток метода - необходимость использования коррозионностойкого оборудования.

На данный момент на узле алкилирования оборудование графитовое или футерованное графитовой плиткой, а конденсаторы (в которые поступают абгазы) титановые. Титан по прочностным показателям приближается к стали, но имеет значительно меньшую плотность. Титан химически стоек против азотной кислоты, нитритов, хлоридов, сульфидов, фосфорной и хромовой кислоты, органических кислот и мочевины. Следовательно, титан является коррозионно-стойким материалом, но даже этот сплав разъедает агрессивная среда. Целесообразнее будет заменить титановые конденсаторы на графитовые.

изопропилбензол нефтехимический давление

Список литературы

1. Колесников И.М., Бабин Е.П. Алкилирование бензола пропиленом в присутствии алюмосиликатных катализаторов. - Киев, 2011

2. Постоянный технологический регламент производства изопропилбензола и этилбензола №13-22-96 - Казань, 2010

3.Гутник С.П., Сосонко В.Е., Гутман В.Д. Расчёты по технологии органического синтеза, 2008

4. Лекае В.М., Лекае А.В. Процессы и аппараты химической промышленности - М., Высшая школа, 1984

5. Инструкция 402-Т-1 аппаратчику синтеза по обслуживанию узла алкилирования - Казань, 1999

6. Кац М.И., Билинкис Л.И. Охрана труда в химической промышленности - М., Химия, 1974

7. Баранов Д.А., Кутепов А.М. Процессы и аппараты - М., Академия, 2009

8. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры Л., Машиностроение, 2009

Размещено на Allbest.ru