Установка разделения продуктов дегидрирования этилбензола

.

Так как вязкость оборотной воды при средней температуре оборотной воды 30 и не сильно отличаются друг от друга, то можно принять .

Таким образом, критерий Нуссельта для оборотной воды равен:

.

Тогда коэффициент теплоотдачи от стенки к оборотной воде равен:

Вт/(м2.К).

Рассчитывается удельный тепловой поток от стенки к оборотной воде:

Вт/м2.

Так как расхождение между Вт/м2 и Вт/м2 не превышает 5 % , то определяется расчётная площадь поверхности теплопередачи и коэффициент теплопередачи:

Вт/(м2.К);

 м2 .

В выбранном теплообменнике запас поверхности составляет:

%.

1.5.13 Аппарат К-013

Колонна ректификационная. Предназначена для выделения возвратного этилбензола из кубовой жидкости колонны К-004.

Питанием колонны К-013 является кубовый остаток колонны К-004.

1) Материальный баланс колонны К-013

В таблице 12 представлен материальный баланс ректификационной колонны, рассчитанный по методу Б.Н. Михайловского.

Таблица 12 - Материальный баланс ректификационной колонны К-013

№	Компонент	Молярная масса	Содержание компонентов в питании	Содержание компонентов в кубовом остатке	Содержание компонентов в дистилляте
			кг/ч	кг/ч	мас.дол., %	кмоль/ч	мол.дол., %	мас.дол., %	кмоль/ч	мол.дол., %	кг/ч	мас.дол.,%	кмоль/ч	мол.дол., %
1	Бензол	78,12	0,0	0,0	0,000	0,00	0,00	0,000	0,00	0,000	0,0	0,00	0,00	0,00
2	Толуол	92,10	64,0	5,8	0,046	0,06	0,05	0,342	0,70	0,390	58,3	0,93	0,63	1,07
3	Октан	114,22	36,4	3,2	0,026	0,03	0,02	0,194	0,32	0,179	33,2	0,53	0,29	0,49
4	Этилбензол	106,16	6362,6	421,5	3,383	3,97	3,33	33,980	59,93	33,596	5941,1	94,80	55,96	94,64
5	м- и п-Ксилол	106,16	87,7	67,1	0,539	0,63	0,53	0,468	0,83	0,463	20,5	0,33	0,19	0,33
6	о-Ксилол	106,16	6,8	6,0	0,049	0,06	0,05	0,036	0,06	0,036	0,8	0,01	0,01	0,01
7	Стирол	104,14	12080,0	11867,0	95,258	113,95	95,55	64,514	116,00	65,022	213,1	3,40	2,05	3,46
8	Изопропилбензол	120,19	1,2	1,2	0,010	0,01	0,01	0,006	0,01	0,006	0,0	0,00	0,00	0,00
9	-Метилстирол	118,00	38,0	38,0	0,305	0,32	0,27	0,203	0,32	0,181	0,0	0,00	0,00	0,00
10	Смолы	208,30	48,0	48,0	0,385	0,23	0,19	0,256	0,23	0,129	0,0	0,00	0,00	0,00
Итого		18724,7	100,00	12457,7	100,00	119,26	100,00	178,40	100,00	6267,0	100,00	59,13	100,00

2) Выбор технологических параметров процесса

а) Определение параметров в исчерпывающей части колонны

Давление в кубе колонны рассчитывается по уравнению (39) изотермы жидкой фазы [7].

Расчет давлений насыщенных паров всех компонентов, входящих в смесь, проводят по уравнению (27), используя данные таблицы 2.

Примем, что температура в кубе колонны равна 95 . Тогда давления насыщенных паров компонентов равны:

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.

Таким образом, по уравнению (39) давление в кубе колонны при температуре 95 равно:

мм рт. ст.

б) Определение параметров в зоне подачи сырья в колонну

Для струйных тарелок с отбойниками величина гидравлического сопротивления составляет 0,0003 МПа (2,28 мм рт. ст.) [7]. Принимается, что число реальных тарелок в исчерпывающей части колонны равно 36. Тогда гидравлическое сопротивление тарелок в исчерпывающей части колонны, рассчитанное по формуле (42) составит:

МПа или 54,7 мм рт. ст.

Тогда давление в зоне подачи сырья в колонну, рассчитанное по уравнению (41) составит:

мм рт. ст.

При таком давлении в зоне подачи сырья в колонну рассчитывается температура питания по уравнению изотермы жидкой фазы (43).

Определение температуры в зоне подачи сырья в колонну производится методом подбора с использованием средств MS Excel надстройки «Поиск решения». Принятое значение температуры в зоне подачи сырья в колонну будет истинным, если выполнится условие уравнения (43).

Примем, что температура в зоне подачи питания в колонну равна 80 .

При этой температуре по уравнению (27) с использованием данных таблицы 2 рассчитываются давления насыщенных паров компонентов смеси и по уравнению (40) константы фазового равновесия.

Данные для определения температуры в зоне подачи сырья в колонну представлены в таблице 13.

Таблица 13 - Данные для определения температуры в зоне подачи сырья в колонну

Температура 80 , = 106 мм рт. ст.

№	Компонент	Упругости паров, мм рт. ст.	Константа фазового равновесия	Содержание компонента в питании, мол. дол.
1	Бензол	1032,14	6,7099	0,0000
2	Толуол	411,73	2,6766	0,0039
3	Октан	254,20	1,6525	0,0018
4	Этилбензол	184,34	1,1984	0,3360
5	м- и п-Ксилол	166,89	1,0850	0,0046
6	о-Ксилол	140,96	0,9164	0,00036
7	Стирол	136,59	0,8880	0,6502
8	Изопропилбензол	117,46	0,7636	0,0001
9	-Метилстирол	56,53	0,3675	0,0018
10	Смолы	68,30	0,4440	0,0013

Тогда по уравнению (43) получают:

Таким образом, найденное значение температуры в зоне подачи питания в колонну является истинным и составляет 80 .

в) Определение параметров верха колонны

Для струйных тарелок с отбойниками величина гидравлического сопротивления составляет 0,0003 МПа (2,28 мм рт. ст.) [7]. Принимается, что число реальных тарелок в укрепляющей части колонны равно 14. Тогда гидравлическое сопротивление тарелок в укрепляющей части колонны, рассчитанное по формуле (45) составит:

МПа или 82 мм рт. ст.

Тогда давление в верху колонны, рассчитанное по уравнению (44) составит:

мм рт. ст.

При таком давлении рассчитывается температура верха колоны по уравнению изотермы паровой фазы (46).Определение температуры верха колонны производится методом подбора с использованием средств MS Excel надстройки «Поиск решения». Принятое значение температуры верха колонны будет истинным, если выполнится условие уравнения (46). Примем, что температура верха колонны равна 46 . При этой температуре по уравнению (27) с использованием данных таблицы 2 рассчитываются давления насыщенных паров компонентов смеси и по уравнению (40) константы фазового равновесия.

Данные для определения температуры верха колонны представлены в таблице 14.

Таблица 14 - Данные для определения температуры верха колонны

Температура 46 , = 24 мм рт. ст.

№	Компонент	Упругости паров, мм рт. ст.	Константа фазового равновесия	Содержание компонента в дистиллате, мол. дол.
1	Бензол	329,20	7,4169	0,00000
2	Толуол	114,43	2,5782	0,0107
3	Октан	63,74	1,4362	0,00492
4	Этилбензол	44,72	1,0074	0,94639
5	м- и п-Ксилол	39,74	0,8954	0,00327
6	о-Ксилол	32,68	0,7364	0,00012
7	Стирол	31,20	0,7030	0,0346
8	Изопропилбензол	26,52	0,5974	0,0000
9	-Метилстирол	10,78	0,2429	0,0000
10	Смолы	15,60	0,3515	0,0000

Тогда по уравнению (46) получают:

Таким образом, найденное значение температуры верха колонны является истинным и составляет 46 .

г) Определение параметров конденсации

Давление паров в верху колонны должно быть больше, чем давление конденсации, то есть пары должны иметь напор для преодоления сопротивления шлемовой трубы и межтрубного пространства конденсатора. Этот напор, как правило, принимается 0,005 - 0,02 МПа.

Таким образом, давление конденсации смеси, рассчитанное по уравнению (47), составляет:

мм рт.ст.

При таком давлении температура начала конденсации рассчитывается по уравнению паровой фазы (46).

Определение температуры начала конденсации производится методом подбора с использованием средств MS Excel надстройки «Поиск решения». Принятое значение температуры начала конденсации будет истинным, если выполнится условие уравнения (46).

Примем, что температура начала конденсации равна 46 .

При этой температуре по уравнению (27) с использованием данных таблицы 2 рассчитываются давления насыщенных паров компонентов смеси и по уравнению (40) константы фазового равновесия.

Данные для определения температуры начала конденсации смеси представлены в таблице 15.

Таблица 15 - Данные для определения температуры начала конденсации

Температура 46 , = 24 мм рт. ст.

№	Компонент	Упругости паров, мм рт. ст.	Константа фазового равновесия	Содержание компонента в дистиллате, мол. дол.
1	Бензол	329,20	7,4169	0,00000
2	Толуол	114,43	2,5782	0,01070
3	Октан	63,74	1,4362	0,00492
4	Этилбензол	44,72	1,0074	0,94639
5	м- и п-Ксилол	39,74	0,8954	0,00327
6	о-Ксилол	32,68	0,7364	0,00012
7	Стирол	31,20	0,7030	0,03460
8	Изопропилбензол	26,52	0,5974	0,00000
9	-Метилстирол	10,78	0,2429	0,00000
10	Смолы	15,60	0,3515	0,00000

Тогда по уравнению (46) получают:

.

Таким образом, найденное значение температуры начала конденсации является истинным и составляет 46 .

Давление конца конденсации смеси рассчитывается по уравнению изотермы жидкой фазы (48).

Определение температуры конца конденсации производится методом подбора с использованием средств MS Excel надстройки «Поиск решения». Принятое значение температуры конца конденсации будет истинным, если выполнится условие уравнения (48).

Примем, что температура конца конденсации равна 42 .

При этой температуре по уравнению (27) с использованием данных таблицы 2 рассчитываются давления насыщенных паров компонентов смеси и по уравнению (40) константы фазового равновесия.

Данные для определения температуры конца конденсации смеси представлены в таблице 16.

Таблица 16 -Данные для определения температуры конца конденсации

Температура 42 , = 24 мм рт. ст.

№	Компонент	Упругости паров, мм рт. ст.	Константа фазового равновесия	Содержание компонента в дистиллате, мол. дол.
1	Бензол	325,16	7,3259	0,00000
2	Толуол	112,86	2,5427	0,01070
3	Октан	62,79	1,4148	0,00492
4	Этилбензол	44,03	0,9921	0,94639
5	м- и п-Ксилол	39,13	0,8816	0,00327
6	о-Ксилол	32,17	0,7248	0,00012
7	Стирол	30,71	0,6918	0,03460
8	Изопропилбензол	26,09	0,5879	0,00000
9	-Метилстирол	10,59	0,2386	0,00000
10	Смолы	15,35	0,3459	0,00000

Тогда по уравнению (48) получают:

Таким образом, найденное значение температуры конца конденсации является истинным и составляет 42 .

Выбираем в качестве хладоагента промышленную оборотную воду с параметрами: начальная температура 25 , конечная температура 35 .

В таблице 17 представлены технологические параметры процесса ректификации.

Таблица 17 - Технологические параметры процесса ректификации

Сечение колонны	Температура,	Давление, мм рт. ст.
Верх колонны	46	24
Зона подачи сырья	80	106
Куб колонны	95	161

Исходя из значения температуры в исчерпывающей части колонны, выбирается горячий теплоноситель с температурой на 15 - 20 выше температуры в исчерпывающей части колонны.

Таким образом, выбираем в качестве горячего теплоносителя водяной пар с параметрами: температура - 119,6 , давление - 0,2 МПа, плотность - 1,107 кг/м3, удельная теплота парообразования - 2208 кДж/кг [6].

д) Расчет минимального флегмового числа и числа теоретических тарелок

Флегмовое число и число теоретических тарелок являются основными параметрами, определяющими заданное разделение в ректификационной колонне. Минимальное флегмовое число рассчитывается по уравнению Андервуда (49).

Для нахождения минимального флегмового числа по уравнению Андервуда, необходимо определить значение вспомогательного множителя по уравнению (50).

Вспомогательный коэффициент должен быть меньше коэффициента относительной летучести легкого ключевого компонента и больше 1.

Для определения вспомогательного коэффициента необходимо вначале рассчитать коэффициенты относительной летучести компонентов смеси по отношению к тяжёлому ключевому компоненту и упругости паров компонентов при средней температуре в колонне равной:

.

Упругости паров компонентов смеси при данной температуре рассчитываются по уравнению (27) с использованием данных таблицы 2:

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.;

мм рт. ст.

Тогда коэффициенты относительной летучести компонентов смеси по отношению к тяжелому ключевому компоненту (стирол), рассчитанные по уравнению (51) будут равны:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Рассчитывается вспомогательный коэффициент по уравнению (50):

Данное уравнение относительно неизвестной решается методом подбора. С помощью средств MS Excel надстройки «Поиск решения» было найдено значение равное 1,2099.

Тогда минимальное флегмовое число, рассчитанное по уравнению (49), будет равно:

.

Минимальное число теоретических тарелок рассчитывается по уравнению Фенске отдельно для укрепляющей и исчерпывающей части по уравнению (52).

Для определения минимального числа теоретических тарелок в укрепляющей части колонны необходимо рассчитать коэффициент относительной летучести лёгкого ключевого компонента по отношению к тяжёлому ключевому компоненту при средней температуре в укрепляющей части колонны, которая равна:

.

Упругости паров лёгкого (этилбензол) и тяжёлого (стирол) ключевых компонентов при средней температуре в укрепляющей части колонны, рассчитанные по уравнению (27) с использованием данных таблицы (26), будут равны:

мм рт. ст.;

мм рт.ст.

Тогда относительная летучесть лёгкого ключевого компонента по отношении к тяжёлому ключевому компоненту в укрепляющей части колонны, рассчитанная по уравнению (51), будет равна:

.

Таким образом, минимальное число теоретических тарелок в укрепляющей части колонны, рассчитанное по уравнению (52), будет равно:

.

Для определения минимального числа теоретических тарелок в исчерпывающей части колонны необходимо рассчитать коэффициент ключевого компонента по отношению к тяжёлому ключевому компоненту при средней температуре в исчерпывающей части колонны, которая равна:

.

Упругости паров лёгкого и тяжёлого ключевых компонентов при средней температуре в исчерпывающей части колонны, рассчитанные по уравнению (27) с использованием данных таблицы (26), будут равны:

мм рт. ст.;

мм рт. ст.

Тогда относительная летучесть лёгкого ключевого компонента по отношении к тяжёлому ключевому компоненту в исчерпывающей части колонны, рассчитанная по уравнению (51), будет равна:

.

Таким образом, минимальное число теоретических тарелок в укрепляющей части колонны, рассчитанное по уравнению (52), будет равно:

Общее число теоретических тарелок в колонне составит:

е) Оптимизация флегмового числа

Для определения оптимального флегмового числа по методу Джиллиленда необходимо, задавшись несколькими значениями коэффициента избытка флегмы , определить оптимальное флегмовое число по уравнению (53) и вспомогательные коэффициенты X и Y по формуле (54). Затем, исходя из значения вспомогательного комплекса Y, рассчитать оптимальное число теоретических тарелок по уравнению (55) и значение комплекса (+1). Затем необходимо построить графическую зависимость значения комплекса (+1) от изменения коэффициента избытка флегмы.

Минимальному значению на графике соответствует оптимальное, по Джиллиленду, флегмовое число.

Результаты расчёта оптимального флегмового числа приведены в таблице 18.

Таблица 18 - Результаты расчёта оптимального флегмового числа по методу Джиллиленда

		X	Y		(+1)
1,1	4,634	0,0748	0,5800	51,88	292,3231
1,15	4,845	0,1081	0,5455	47,86	279,7558
1,2	5,056	0,1391	0,5153	44,82	271,4033
1,25	5,266	0,1681	0,4885	42,42	265,8247
		X	Y		(+1)
1,3	5,477	0,1951	0,4647	40,48	262,2137
1,35	5,688	0,2205	0,4432	38,89	260,0489
1,4	5,898	0,2443	0,4238	37,54	258,9761
1,45	6,109	0,2667	0,4062	36,40	258,7468
1,5	6,320	0,2878	0,3900	35,41	259,1818
1,55	6,530	0,3077	0,3752	34,55	260,1492
1,6	6,741	0,3266	0,3616	33,79	261,5496
1,65	6,951	0,3444	0,3490	33,11	263,3070
1,7	7,162	0,3613	0,3373	32,51	265,3621
1,75	7,373	0,3774	0,3264	31,97	267,6681
1,8	7,583	0,3927	0,3162	31,48	270,1876
1,85	7,794	0,4072	0,3067	31,03	272,8901
1,9	8,005	0,4211	0,2977	30,62	275,7509
1,95	8,215	0,4343	0,2893	30,25	278,7495
2	8,426	0,4470	0,2814	29,90	281,8686

На рисунке 3 представлена графическая зависимость значения комплекса (+1) от изменения коэффициента избытка флегмы.



Рисунок 3 - Зависимость комплекса (+1) от коэффициента избытка флегмы

С помощью средств MS Excel надстройки «Поиск решения» найдено значение минимума функции равное 1,45. Тогда по уравнению (53) оптимальное флегмовое число равно:

Такому флегмовому числу соответствует следующие значения вспомогательных коэффициентов X и Y, рассчитанных по уравнению (54):

;

.

Оптимальное число теоретических тарелок, рассчитанное по уравнению (56), равно:

.

По уравнению (56) определяется оптимальное число теоретических тарелок для укрепляющей части колонны = 20,81 и для исчерпывающей части = 15,59.

ж) Расчёт числа действительных тарелок в колонне

В реальных условиях работы колонны необходимо переходить от числа теоретических тарелок к действительным, для этого вводят понятие коэффициента полезного действия тарелки.

Для определения числа действительных тарелок необходимо знать вязкость смеси компонентов. В таблице 19 представлены значения вязкости компонентов, входящих в состав смеси, при средней температуре в укрепляющей и в исчерпывающей частях колонны [10].

Таблица 19 - Значения вязкости компонентов смеси

№	Компоненты	Вязкость, мПас
1	Бензол	0,358	0,299
2	Толуол	0,310	0,247
3	Октан	0,291	0,229
1	Бензол	0,358	0,299
4	Этилбензол	0,371	0,329
5	м- и п-Ксилол	0,358	0,321
6	о-Ксилол	0,440	0,394
7	Стирол	0,310	0,247
8	Изопропилбензол	0,373	0,366
9	-Метилстирол	0,489	0,416
10	Смолы	0,620	0,493

Вязкость смеси компонентов в укрепляющей части колонны рассчитывается по уравнению (59):

;

мПас.

Тогда коэффициент полезного действия тарелки, рассчитанный по формуле (58), равен:

.

Число действительных тарелок в укрепляющей части колонны рассчитывается по уравнению (57):

.

Аналогичным образом рассчитывается число действительных тарелок в исчерпывающей части колонны:

мПас;

;

.

з) Тепловой баланс процесса ректификации.

Определение расхода греющего пара в кипятильнике

Тепловой баланс колонны составляется с целью определения необходимых затрат тепла и холода.

В таблице 20 представлены значения удельных теплоемкостей компонентов смеси и удельных теплот парообразования компонентов смесей при различных температурах [10].

Таблица 20 - Значения удельных теплоемкостей и теплот парообразования компонентов смеси

№	Компоненты	Теплоемкость, кДж/(кг K)	Удельная теплота парообразования, кДж/кг
		Температура,
		42	46	80	95	63	95
1	Бензол	1,844	1,881	1,969	2,057	413,55	383,93
2	Толуол	1,807	1,835	1,897	1,952	395,40	373,95
3	Октан	2,326	2,353	2,411	2,461	348,61	326,05
4	Этилбензол	1,840	1,864	1,915	1,959	380,39	360,53
5	м- и п-Ксилол	2,353	2,601	3,256	3,960	388,10	370,17
6	о-Ксилол	1,807	1,825	1,865	1,898	393,20	374,07
7	Стирол	1,281	1,308	1,366	1,416	402,36	384,83
8	Изопропилбензол	1,902	1,932	1,991	2,037	359,57	343,12
9	-Метилстирол	1,281	1,308	1,366	1,416	402,36	384,83
10	Смолы	0,640	0,654	0,683	0,708	201,18	192,41

Количество тепла, поступающего в колонну с питанием, рассчитывается по формуле (61), при этом удельные теплоемкости компонентов берутся из таблицы 20 при температуре питания равной 80 :

кДж/ч = 753299,3 Вт.

Количество тепла, приходящего в колонну с флегмой, рассчитывается по формуле (62), при этом удельные теплоемкости компонентов берутся из таблицы 20 при температуре флегмы равной температуры конца конденсации смеси (42 ):



кДж/ч = 797725,4 Вт.

Количество тепла, уходящего из колонны с парами, рассчитывается по формуле (63), при этом удельные теплоемкости компонентов и теплоты парообразования берутся из таблицы 20 при температуре верха колонны равной 46 :

кДж/ч = 5733895 Вт.

Количество тепла, уходящего из колонны с кубовой жидкостью, рассчитывается по формуле (64), при этом удельные теплоемкости компонентов берутся из таблицы 20 при температуре куба колонны равной 95 :

кДж/ч = = 473612 Вт.

Тепловой поток, поступающий в колонну из кипятильника, рассчитанный по формуле (65), равен:

Вт.

Расход греющего пара в кипятильнике рассчитывается по уравнению (66) и равен:

кг/c = 7750,0 кг/ч.

и) Определение диаметра колонны и расстояния между тарелками

Диаметр ректификационной колонны определяется по максимально допустимой скорости паров и объемному расходу пара в данном сечении колонны по уравнению (67).

Плотность жидкости в укрепляющей части колонны при средней температуре в укрепляющей части колонны равной 63 рассчитывается по формуле (71):

кг/м3.

Жидкостная нагрузка в укрепляющей части колонны рассчитывается по уравнению (72):

м3/ч.

Молярная масса смеси в укрепляющей части колонны рассчитывается по формуле (74):

г/моль.

Плотность пара в укрепляющей части колонны рассчитывается по уравнению (70) при средней температуре в укрепляющей части колонны равной 63 и давлении 65 мм рт. ст.:

кг/м3.

Объемный расход пара в укрепляющей части колонны рассчитывается по формуле (75):

м3/с.

Для тарелок струйных с отбойными элементами K1=1,4, С2=0 и K2=0,9. Расстояние между тарелками 500 мм, таким образом С1=510 [7]. Тогда по уравнению (75) рассчитывается коэффициент :

.

Тогда максимальная скорость паров в укрепляющей части колонны рассчитанная по формуле (68), равна:

м/с.

Диаметр укрепляющей части колонны определяется по формуле (67):

м.

Выбираем из стандартного ряда диаметров обечаек колонн ближайшее большее значение диаметра равное 4,0 м [7].

Аналогичный расчёт диаметра колонны проводится для исчерпывающей части колонны.

Плотность жидкости в исчерпывающей части колонны рассчитывается по формуле (71) при средней температуре в исчерпывающей части колонны равной 89 :

кг/м3.

Жидкостная нагрузка в исчерпывающей части колонны рассчитывается по формуле (76):

м3/ч.

Молярная масса смеси в исчерпывающей части колонны, рассчитанная по формуле (74), равна:

г/моль.

Плотность пара в исчерпывающей части колонны рассчитывается по уравнению (70) при средней температуре в исчерпывающей части колонны равной 89 и давлении 133 мм рт. ст.:

кг/м3.

Объёмный расход пара в исчерпывающей части колонны рассчитывается по уравнению (77) и равен:

м3/с.

Значение коэффициента рассчитывается по уравнению (75):

Тогда максимальная скорость паров в исчерпывающей части колонны рассчитанная по формуле (68), равна:

м3/с.

Диаметр исчерпывающей части колонны определяется по формуле (67):

м.

Выбираем из стандартного ряда диаметров обечаек колонн ближайшее значение диаметра равное 4,0 м [7].

Принимаем диаметр для всей колонны диаметр 4,0 м.

к) Расчет гидравлического сопротивления колонны

Гидравлическое сопротивление тарелок определяется на основе следующей схемы расчёта: сопротивление орошаемой тарелки рассматривается как суммарная потеря напора на сухой тарелке и в слое жидкости [7].

Рабочая скорость паров в укрепляющей части колонны рассчитывается по уравнению (82):

м/c.

Длина сливной планки по уравнению (87) равна:

м.

Тогда жидкостная нагрузка в укрепляющей части колонны на единицу длины сливной планки, рассчитанная по уравнению (85), равна:

м3/(мчас).

Для струйных тарелок =20, =2430, коэффициент рассчитан ранее по уравнению (69). Соотношение для укрепляющей части колонны , таким образом, находим, что диапазон устойчивой работы тарелки равен 2,4 [7]. Тогда свободное сечение тарелки равно:

м2/м2.

Таким образом, скорость паров в свободном сечении тарелки в укрепляющей части колонны, рассчитанная по уравнению (80), равна:

 м/с.

Коэффициент сопротивления сухой тарелки для струйных с отбойниками тарелок равен 1,2 [7], тогда гидравлическое сопротивление сухой тарелки в укрепляющей части колонны, рассчитанное по уравнению (79), равно:

мм ст. ж.

Фактор расхода пара, рассчитанный по уравнению (84), равен:

.

По уравнению (83) найдем соотношения:

;

.

Таким образом, и гидравлическое сопротивление жидкости на тарелке рассчитывается по следующему уравнению:

мм ст. ж.

Гидравлическое сопротивление тарелок в укрепляющей части колонны, рассчитанное по уравнению (78), равно:

мм ст. м.

Общее гидравлическое сопротивление укрепляющей части колонны, рассчитанное по уравнению (88), равно:

мм ст. ж. = 0,0086 МПа.

Полученное значение гидравлического сопротивления в укрепляющей части меньше ранее принятого значения (0,0109 МПа).

Аналогичный расчет гидравлического сопротивления проводится и для исчерпывающей части колонны.

Рабочая скорость паров в исчерпывающей части колонны, рассчитанная по уравнению (82), равна:

м/c.

Длина сливной планки равна:

м.

Тогда жидкостная нагрузка в исчерпывающей части колонны на единицу длины сливной планки, рассчитанная по уравнению (86), равна:

м3/(мчас).

Для струйных тарелок =20, =2430, коэффициент рассчитан ранее по уравнению (69). Соотношение для исчерпывающей части колонны , таким образом, находим, что диапазон устойчивой работы тарелки равен 2,2 [7]. Тогда свободное сечение тарелки равно:

м2/м2.

Таким образом, скорость паров в свободном сечении тарелки в исчерпывающей части колонны, рассчитанная по уравнению (80), равна:

м/с.

Коэффициент сопротивления сухой тарелки для струйных с отбойниками тарелок равен 1,2 [7], тогда гидравлическое сопротивление сухой тарелки в исчерпывающей части колонны, рассчитанное по уравнению (79), равно:

мм ст. ж.

Фактор расхода пара, рассчитанный по уравнению (84), равен:

.

По уравнению (83) найдем соотношения:

;

.

Таким образом, и гидравлическое сопротивление жидкости на тарелке рассчитывается по следующему уравнению:

мм ст. ж.

Гидравлическое сопротивление тарелок в укрепляющей части колонны, рассчитанное по уравнению (78), равно:

мм ст. ж.

Общее гидравлическое сопротивление укрепляющей части колонны, рассчитанное по уравнению (88), равно:

мм ст. ж. = 0,00489 МПа.

Полученное значение гидравлического сопротивления в укрепляющей части меньше ранее принятого значения (0,0073 МПа).

л) Проверка устойчивости работы тарелки по сливному устройству

Для нормальной работы колонны без захлебывания необходимо, чтобы выполнялись три условия.

Первое условие нормальной работы тарелки (уравнение (89):

.

где - высота вспененного слоя жидкости на тарелке, мм;

- межтарельчатое расстояние, мм;

- высота переливной планки, мм.

Сопротивление жидкости перетоку в сливном устройстве тарелки в укрепляющей части колонны рассчитывается по формуле (95), при этом коэффициент k принимается равным 250 (тарелка с подпорной планкой), а наиболее узкое сечение перелива равное 40 мм:

мм ст. ж.

Для расчета высоты подпора жидкости над переливной планкой необходимо знать коэффициенты и (уравнение (92)). При прямой сливной планке коэффициент = 3,0 [7], коэффициент зависит от соотношений и определяется по соответствующему графику:

.

Таким образом, = 1,02.

Тогда высота подпора жидкости над переливной планкой, рассчитанная по уравнению (92), равна:

мм ст. ж.

Градиент уровня жидкости на тарелке рассчитывается по формуле (94):

мм ст. ж.

Ранее было принято, что высота переливной планки равна 55 мм. Тогда высота светлого слоя жидкости на тарелке рассчитывается по уравнению (91):

мм ст.ж.

Примем плотность вспененной жидкости равной 0,6, тогда высота вспененной жидкости на тарелке, рассчитанная по уравнению (90), равна:

мм.

Так как 186,89 < 500 + 55, то первое условие нормальной работы тарелки в укрепляющей части колонны выполняется.

Второе условие нормальной работы тарелки (уравнение (96)):

,

где - вылет ниспадающей струи жидкости, мм;

- ширина переливного устройства, мм.

При диаметре колонны 5,0 м ширина переливного устройства S равна 1000 мм.

Вылет ниспадающей струи жидкости рассчитывается по уравнению (97):

мм.

Так как 0,61000 = 600 мм больше 71,71, то второе условия нормальной работы тарелки в укрепляющей части колонны выполняется.

Третье условие нормальной работы тарелки согласно уравнению (98):

,

где - время пребывания жидкости в переливе, с;

- допустимое пребывание жидкости в переливе, с.

Объём перелива рассчитывается по формуле (100):

м3.

Тогда время пребывания жидкости в переливе рассчитанное по уравнению (99) равно:

c.

Таким образом, допустимое время пребывания жидкости в переливе, рассчитанное по уравнению (101), равно:

с.

Так как 69,2 > 3,65, то третье условие нормальной работы тарелки в укрепляющей части колонны выполняется.

Аналогично производится проверка работы тарелки по сливному устройству в исчерпывающей части колонны.

Сопротивление жидкости перетоку:

мм ст. ж.

Тогда высота подпора жидкости над переливной планкой:

мм ст. ж.

Градиент уровня жидкости на тарелке:

мм ст. ж.

Высота светлого слоя жидкости на тарелке:

мм ст. ж.

Высота вспененной жидкости на тарелке:

мм.

Так как 184,86 < 500 + 55, то первое условие нормальной работы тарелки в исчерпывающей части колонны выполняется.

Вылет ниспадающей струи жидкости:

мм.

Так как 0,61000 = 600 мм больше 82,76, то второе условия нормальной работы тарелки в исчерпывающей части колонны выполняется.

Объем перелива:

м3

Время пребывания жидкости в переливе:

с.

Допустимое время пребывания жидкости в переливе:

с.

Так как 45,21 > 3,70, то третье условие нормальной работы тарелки в исчерпывающей части колонны выполняется.

м) Определение величины межтарельчатого уноса жидкости

Проверка работоспособности тарелок проводится по допустимой величине межтарельчатого уноса жидкости. Величина уноса жидкости со струйных тарелок, включая тарелки с отбойниками, обычно не превышает 0,1 кг/ кг.

Унос жидкости с тарелки рассчитывается по уравнению (102).

Поверхностное натяжение смеси для укрепляющей части колонны составляет = 0,0235 Н/м [10]. Плотность пара, жидкости и вязкость жидкости для укрепляющей части колонны рассчитаны ранее по уравнениям соответственно (59), (69) и (71). Таким образом, коэффициент , рассчитанный по уравнению (103), равен:

= м/c.

Так как расстояние между тарелками Н = 500 мм, то коэффициенты = 0,159 и = 0,95 [7]. Для колонны диаметром 5,0 м относительная эффективная рабочая площадь тарелки = 0,7 м2/м2 [11]. Доля рабочей поверхности = 0,9 [7].

Тогда межтарельчатый унос жидкости в укрепляющей части колонны, рассчитанный по уравнению (102), равен:

= кг/кг.

Таким образом, величина уноса жидкости в укрепляющей части колонны не превышает допустимого значения 0,1 кг/кг.

Величина межтарельчатого уноса жидкости в исчерпывающей части колонны рассчитывается аналогично.

Поверхностное натяжение смеси для укрепляющей части колонны составляет = 0,0248 Н/м [10]. Плотность пара, жидкости и вязкость жидкости для исчерпывающей части колонны рассчитаны ранее по уранениям соответственно (59), (69) и (71). Таким образом,

= м/с.

Межтарельчатый унос жидкости в исчерпывающей части колонны равен:

= кг/кг.

Таким образом, величина уноса жидкости в исчерпывающей части колонны не превышает допустимого значения 0,1 кг/кг.

3) Определение высоты колонны

Высота колонны рассчитывается по формуле (104).

Высота верха колонны рассчитывается по уравнению (105):

м.

Высота исчерпывающей части колонны рассчитывается по уравнению (106):

м.

Примем расстояние между тарелками в местах установки люков равным 0,8 м, а высоту опоры 2 метра.

Разобьём тарельчатую часть колонны на шесть секций по 10 тарелок тогда высота колонны, рассчитанная по уравнению (104), составит:

м.

1.5.14 Аппарат Т-014

Дефлегматор водяного охлаждения. Предназначен для конденсации паров, отходящих с верха колонны К-013.

Расход дистиллята в конденсаторе составляет 6267 кг/ч (1,74 кг/c).

В качестве хладоагента в конденсаторе используется оборотная вода с начальной температурой = 25 , в результате процесса теплообмена оборотная вода нагревается до температуры = 35 .

Начальная температура дистиллята - температура начала конденсации смеси = 46 , конечная температура дистиллята - температура конца конденсации смеси = 42 .

Определим тепловую нагрузку аппарата и расход оборотной воды. Примем индекс «1» для холодного теплоносителя (оборотная вода) и индекс «2» для горячего теплоносителя (дистиллята).

Предварительно определим среднюю температуру оборотной воды и дистиллята по формуле (16):

.

.

Определим среднюю разность температур в теплообменнике по формуле (13):

.

Температурная схема при противотоке:

Тогда средняя разность температур в многоходовом теплообменнике по уравнению (13) равна:

.

Тепловая нагрузка конденсатора, рассчитанная по уравнению (107) равна:

Вт.

Расход оборотной воды в конденсаторе рассчитывается по уравнению (108).

Удельная теплоёмкость воды при средней температуре 30 составляет 4180 Дж/(кг.К) 6.

кг/с.

Примем ориентировочное значение теплопередачи от конденсирующихся паров органической жидкости к воде К = 600 Вт/(м2.К). Тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена по уравнению (7) составит:

м2.

По величине ориентировочной поверхности теплообмена подбираем теплообменник со следующими характеристиками [5]:

- диаметр кожуха 1400 мм;

- наружный диаметр труб 20 мм;

- внутренний диаметр труб 16 мм;

- число ходов 2;

- общее число труб 2298;

- длина труб 6 м;

- поверхность теплообмена 865 м2;

- количество аппаратов 1 штука.

Проведём уточнённый расчёт поверхности теплообмена.

Рассчитывается скорость движения оборотной воды в трубах по формуле (20). Плотность оборотной воды при средней температуре оборотной воды 30 составляет 996 кг/м3 [6].

м/c.

Рассчитывается критерий Рейнольдса для оборотной воды по формуле (21), причём вязкость оборотной воды при 30 составляет 0,00082 Па.с.

.

Зададимся температурой стенки со стороны конденсирующегося пара дистиллята .

Определяется коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара дистиллята к стенке по уравнению (22) [6].

Значения величин , , , для плёнки конденсата берутся при температуре плёнки дистиллята равной:

.

Поправочный множитель, учитывающий влияние числа горизонтальных труб по вертикали, равен 0,65 [6], = 0,1004 Вт/(м.К), = 814,12 кг/м3, = 405491,7 Дж/кг, = 0,00044 Па.с [10].

Тогда коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара к стенке, рассчитанный по уравнению (22), равен:

Вт/(м2.К).

Удельную тепловую нагрузку (удельный тепловой поток) от конденсирующегося пара к стенке рассчитывают по уравнению:

Вт/м2.

Рассчитывается сумма термических сопротивлений слоёв стенки, включая загрязнения по уравнению (10). Толщина стенки равна 0,002 м, коэффициент теплопроводности материала стенки принимается равным 17,5 Вт/(м.К), а тепловая проводимость загрязнений со стороны греющего пара и со стороны печного масла равной 1/5800 Вт/(м2.К):

(м2.К)/Вт.

Рассчитывается температура стенки со стороны печного масла:

.

Так как не происходит изменения агрегатного состояния холодного теплоносителя (оборотной воды), то коэффициент теплоотдачи от стенки к оборотной воде рассчитывают по уравнению (15). Так как критерий , то критерий Нуссельта рассчитывается по формуле (23).

,

где - критерий Нуссельта для холодного теплоносителя;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи отношение длины труб теплообменника к её диаметру;

- критерий Рейнольдса холодного теплоносителя;

- критерий Прандтля холодного теплоносителя;

- критерий Прандтля смеси при температуре стенки холодного теплоносителя.

Значение поправочного коэффициента равно = 1 [6].

Критерий Прандтля вычисляется по формуле (24).

Коэффициент теплопроводности оборотной воды при средней температуре оборотной воды 30 равен 0,616 Вт/(м.К), вязкость 0,00082 Па.с и удельная теплоёмкость 4180 Дж/кг. Тогда критерий Прандтля для оборотной воды равен:

.

Вязкость, удельная теплоёмкость и коэффициент теплопроводности оборотной воды при температуре равны соответственно 0,000448 Па.с, 1564,8 Дж/(кг.К), 0,1308 Вт/(м.К) [10].

Тогда критерий Прандтля при температуре стенки равен:

.

Таким образом, критерий Нуссельта для оборотной воды равен:

.

Тогда коэффициент теплоотдачи от стенки к оборотной воде равен:

Вт/(м2.К).

Рассчитывается удельный тепловой поток от стенки к печному маслу:

Вт/м2.

Так как расхождение между Вт/м2 и Вт/м2 не превышает 5 % , то определяется расчётная площадь поверхности теплопередачи и коэффициент теплопередачи:

Вт/(м2.К);

м2 .

В выбранном теплообменнике запас поверхности составляет:

%.

1.5.15 Аппарат Т-015

Дефлегматор рассольного охлаждения. Предназначен для конденсации паров, отходящих из дефлегматора Т-014.

Принимается дефлегматор с поверхностью, которая составляет 30 % от поверхности дефлегматора Т-015.

Принимаем аппарат следующих характеристик [6]:

- поверхность теплообмена 226 м2;

- диаметр кожуха 1000 мм;

- число труб 718;

- длина труб 4,0 м;

- число ходов 2;

- количество аппаратов 1 штука.

1.5.16 Аппарат С-016

Сепаратор. Используется для отделения капель углеводородного конденсата, унесённых из дефлегматора Т-015, от несконденсированных паров.

Принимается аппарат следующих характеристик:

- объём 4 м3;

- диаметр 1200 мм;

- высота цилиндрической части 3000 мм.

1.5.17 Аппарат Е-017

Ёмкость. Предназначена для сбора конденсата от водяного конденсатора Т-014, рассольного конденсатора Т-015 и сепаратора С-016.

Минимальная требуемая вместимость ёмкости рассчитывается по формуле (1).

Расход конденсата можно рассчитывается по уравнению (109):

кг/ч.

При температуре конденсата равной температуре конца конденсации 42 , плотность конденсата, рассчитанная по формуле (7), равна:

кг/м3.

Примем запас времен пребывания = 0,3 ч, коэффициент заполнения ёмкости = 0,8, тогда минимальная требуемая вместимость ёмкости, рассчитанная по уравнению (1), равна:

м3.

Принимаем к установке горизонтальную ёмкость с характеристиками [4]:

- вместимость 20 м3;

- длина 4430 мм;

- диаметр 2000 мм;

- условное давление 6 кг/см2;

- количество аппаратов 1 штука;

- материал углеродистая сталь Ст.3.

Для того, чтобы флегмовая ёмкость колонны К-013 работала под атмосферным давлением найдём высоту барометрической трубы.

Объёмный расход конденсата по уравнению (113) равен:

м3/с.

Примем скорость конденсата в барометрической трубе равную 0,5 м, тогда диаметр барометрической трубы, рассчитанный по уравнению (112), равен:

м.

Выбираем стандартную трубу диаметром 194 мм, толщиной стенки 10 мм [5], тогда фактическая скорость конденсата в барометрической трубе равна:

м/с.

Сумму коэффициентов местных сопротивлений рассчитываем по уравнению (111), принимая коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе в трубу соответственно равными 0,5 и 1 [5]:

.

Для расчета коэффициента трения в барометрической трубе определим режим течения флегмы:

.

Так как = 210702 (зона смешанного трения) коэффициент трения в барометрической трубе равен (уравнение (114)):

.

Таким образом, высота барометрической трубы, рассчитанная по формуле (110) равна:

м.

1.5.18 Аппарат Н-018

Насос. Предназначен для подачи флегмы в колонну К-013 и откачки дистиллята из ёмкости Е-017.

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения флегмы, равную 2 м/с [5]. Диаметр трубопроводов на линии всасывания и нагнетания рассчитывается по уравнению (5). Предварительно находится расход флегмы в колонну (115).

В колонне К-004 образуется 6267 кг/ч дистиллята. Плотность флегмы рассчитывается при температуре конца конденсации смеси равной 42 по формуле (7):

кг/м3.

Таким образом, объёмный расход жидкости, перекачиваемый насосом, равен:

м3/с,

и тогда диаметр трубопровода равен:

м.

Из стандартного ряда трубопроводов выбираем стальную трубу наружным диаметром 133 мм, толщиной стенки 7 мм.

Фактическая скорость жидкости в трубопроводе:

м/с.

Примем потери напора на трение и местные сопротивления на всасывающей линии = 6 м, на нагнетательной линии = 10 м.

Тогда общие потери напора равны:

м.

Давление во флегмовой ёмкости 0,1 МПа, давление в колонне К-004 в верху колонны 44 мм рт. ст. (0,0059 МПа), геометрическая высота подъёма жидкости приблизительно равна высоте колонны 42 м, тогда потребный напор насоса находим по формуле (3):

м ст. ж.

Полезную мощность насоса находим по формуле (2):

Вт = 9,2 кВт.

Принимаем = 1,0 и = 0,6 находим по уравнению (4) мощность на валу двигателя:

Вт = 15 кВт.

По расчётным подаче = 0,0242 м3/c и напору = 46,4 м ст. ж. подбираем центробежный насос марки Х90/49, для которого при оптимальных режимах работы подача = 0,025 м3/c, напор = 49 м ст. ж., коэффициент полезного действия насоса = 0,70. Насос обеспечен электродвигателем АО2-81-2 номинальной мощностью = 40 кВт, коэффициент полезного действия двигателя = -. Частота вращения вала = 48,3 с-1 [5]. Количество аппаратов 2 штуки (один в резерве).

1.5.19 Аппарат Т-019

Кипятильник. Предназначен для обогрева куба колонны К-013.

Ранее рассчитан объемный расход пара органической смеси в исчерпывающей части ректификационной колонны 19,74 м3/c и плотность этих паров равная 0,63 кг/м3.

Кипящая при температуре жидкость имеет следующие физико-химические характеристики: плотность кг/м3, вязкость Па.с, поверхностное натяжение Н/м, удельная теплоёмкость Дж/(кг.К) , коэффициент теплопроводности Вт/(м.К), удельная теплота парообразования Дж/кг [10]. Плотность паров при атмосферном давлении кг/м3, плотность паров над кипящей жидкостью кг/м3 [10].

В качестве теплоносителя используется насыщенный водяной пар давлением 0,2 МПа. Удельная теплота конденсации Дж/кг, температура конденсации . Физико-химические характеристики конденсата при температуре конденсации: плотность кг/м3, вязкость Па.с, коэффициент теплопроводности Вт/(м.К) [6].

Тепловая нагрузка на кипятильник, рассчитанная при составлении теплового баланса колонны составляет Вт. Расход греющего пара, так же рассчитанный при составлении теплового баланса колонны, равен 2,15 кг/c.

Средняя разность температур потоков составляет:

.

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи от конденсирующегося пара к кипящей жидкости = 1000 Вт/(м2.К). Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности согласно уравнению (7) составит:

 м2.

По величине ориентировочной поверхности теплообмена подбираем теплообменник со следующими характеристиками [5]:

- диаметр кожуха 1000 мм;

- наружный диаметр труб 25 мм;

- внутренний диаметр труб 21 мм;

- число ходов 1;

- общее число труб 747;

- длина труб 4 м;

- поверхность теплообмена 235 м2;

- количество аппаратов 1 штука.

Примем значение удельной тепловой нагрузки Вт/м2.

Для определения по уравнению (119) необходимо рассчитать коэффициенты по уравнению (116) и по уравнению (117):

.

Толщина стенки равна 0,002 м, коэффициент теплопроводности материала стенки (углеродистая сталь) принимается равным 17,5 Вт/(м.К), а тепловая проводимость загрязнений со стороны греющего пара и со стороны кипящей жидкости кубового продукта равна 1/5800 Вт/(м2.К). Тогда сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

(м2.К)/Вт.

Тогда по уравнению (119) получаем:

.

Таким образом, принятое значение удельной тепловой нагрузки Вт/м2 является верным.

Тогда требуемая поверхность теплообмена по уравнению (8) составит:

м2.

В выбранном теплообменнике запас поверхности составляет:

%.

1.5.20 Аппарат Н-020

Насос. Предназначен для подачи кубовой жидкости колонны К-013 на питание следующей колонны.

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения кубового остатка, равную 2 м/с [5]. Диаметр трубопроводов на линии всасывания и нагнетания рассчитывается по уравнению (5). Предварительно находится объёмный расход кубового остатка в колонну по уравнению (120).

В колонне К-004 образуется 12457,7 кг/ч кубового остатка. Плотность кубового остатка рассчитывается при температуре кубового остатка равной 95 по формуле (7):

кг/м3.

Таким образом, объёмный расход кубового остатка равен:

м3/с,

и тогда диаметр трубопровода равен:

м.

Из стандартного ряда трубопроводов выбираем стальную трубу наружным диаметром 56 мм, толщиной стенки 3,5 мм, материал.

Фактическая скорость кубовой жидкости в трубопроводе:

м/с.

Примем потери напора на трение и местные сопротивления на всасывающей линии = 6 м, на нагнетательной линии = 10 м.

Тогда общие потери напора равны:

м.

Примем, что давление в следующей колонне в зоне подачи питания 161 мм рт. ст. (0,0205 МПа). Потребный напор насоса находим по формуле (3):

 м ст. ж.

Полезную мощность насоса находим по формуле (2):

Вт = 1 кВт.

Принимаем = 1,0 и = 0,6 находим по уравнению (4) мощность на валу двигателя:

Вт = 2 кВт.

По расчётным подаче = 0,0044 м3/c и напору = 29,7 м ст. ж. подбираем центробежный насос марки Х20/31, для которого при оптимальных режимах работы подача = 0,0055 м3/c, напор = 31 м ст. ж., коэффициент полезного действия насоса = 0,55. Насос обеспечен электродвигателем ВАО2-52-2 номинальной мощностью = 22 кВт, коэффициент полезного действия двигателя = 0,89. Частота вращения вала = 48,3 с-1 [5]. Количество аппаратов 2 штуки (один в резерве).

Спецификация аппаратов представлена в Приложении А.

2. Контроль и автоматизация процесса

2.1 Обоснование выбора средств контроля и автоматизации

Система автоматизации колонн выделения стирола из продуктов дегидрирования этилбензола (печного масла) изображена на схеме автоматизации.

Основными измеряемыми и регулируемыми параметрами являются: температура, давление, уровень, расход и концентрация. Изменение этих параметров свидетельствует о нарушении материального или теплового баланса в аппарате: уровень жидкости - показатель баланса по жидкой фазе; давление - показатель баланса по газовой фазе; температура - показатель теплового баланса в аппарате; концентрация - показатель материального баланса по компоненту.

При выборе приборов учитываются параметры контролируемой и окружающей среды (давление, температура, состав), а также условия измерения.

Наиболее ответственные параметры, изменения которых от заданных значений допускаются лишь в незначительных пределах, должны поддерживаться постоянными с помощью автоматических регуляторов.

Параметры, изменение которых допустимо в широких пределах, контролируются с помощью регистрирующих приборов.

При выборе средств измерения температуры предпочтение отдавалось термометрам сопротивления, как наиболее чувствительным.

Для измерения расхода использовались приборы переменного перепада давления.

Установка оснащена комплексной системой автоматизации.

Для регистрации, индикации и регулирования всех параметров используется малоканальный многофункциональный регулирующий микропроцессорный контроллёр «Ремиконт» модели Р-130-П-01-11.

2.2 Описание схемы автоматизации процесса

Управление процессом осуществляется при помощи централизованной системы управления.

Регулирующие воздействия вычисляются в блоках контроллера. Управляющие воздействия (смена режима работы, корректировка режимов при изменении внешних условий) осуществляется при помощи управляющей ЭВМ.

Продукты дегидрирования этилбензола (печное масло) подаются в емкость приёма сырья Е-001. Давление в ёмкости Е-001 контролируется при помощи датчика давления поз. 3-1.

Печное масло из ёмкости Е-001 подаётся насосом Н-002 на питание колонны К-004, предварительно подогреваясь в теплообменнике Т-003. Расход печного масла из Е-001 в К-004 поддерживается постоянным при помощи системы регулирования расхода с коррекцией по уровню в Е-001. Уровень в ёмкости измеряется уровнемером поз. 1-1. Расход печного масла измеряется комплектом из диафрагмы поз. 1-2 и преобразователя разности давлений поз. 1-3. Исполнительный механизм расположен на напорной линии насоса Н-002 подачи сырья в теплообменник Т-003 поз. 1-5.

Температура смеси на выходе из теплообменника Т-003 измеряется термометром сопротивления поз. 4-1 и поддерживается постоянной за счёт изменения подачи греющего пара в теплообменник (исполнительный механизм поз. 4-4.)

Ректификационная колонна К-004 вакуумная.

Вакуум верха колонны контролируется датчиком давления поз. 9-1 и поддерживается постоянным за счёт изменения подачи пара в паро-эжекционную установку (исполнительный механизм поз. 9-3.)

Температура верха колонны К-004 контролируется при помощи датчика температуры поз. 8-1.

Давление в кубе колонны К-004 контролируется при помощи датчика давления поз. 7-1.

Температура в кубе колонны измеряется термометром сопротивления поз. 6-1 и поддерживается постоянной за счёт изменения подачи греющего пара в кипятильник Т-010 (исполнительный механизм поз. 6-4.)

Температура дистиллята измеряется термометром сопротивления поз. 11-1 (исполнительный механизм поз. 11-4.)

Расход дистиллята колонны К-004 из ёмкости Е-008 поддерживается постоянным при помощи системы регулирования расхода с коррекцией по уровню в Е-008.Уровень в ёмкости измеряется уровнемером поз. 13-1. Расход дистиллята измеряется комплектом из диафрагмы поз. 13-2 и преобразователя разности давлений поз. 13-3. Исполнительный механизм установлен на линии отбора дистиллята поз. 13-5.

Давление в ёмкости Е-008 контролируется при помощи датчика давления поз. 12-1.

Кубовый продукт колонны К-004 подаётся насосом Н-011 на питание колонны К-013, предварительно охлаждаясь в теплообменнике Т-012.

Расход кубового остатка колонны К-004 поддерживается постоянным при помощи системы регулирования расхода с коррекцией по уровню в К-004. Уровень колонне К-004 измеряется уровнемером поз. 5-1. Расход кубового остатка колонны К-004 измеряется м комплектом из диафрагмы поз. 5-2 и преобразователя разности давлений поз. 5-3. Исполнительный механизм расположен на напорной линии насоса Н-011 подачи кубового остатка колонны К-004 в теплообменник Т-012 поз. 5-5.

Температура смеси на выходе из теплообменника Т-012 измеряется термометром сопротивления поз. 16-1 и поддерживается постоянной за счёт изменения подачи оборотной воды в теплообменник (исполнительный механизм поз. 16-4).

Ректификационная колонна К-013 вакуумная.

Вакуум верха колонны контролируется датчиком давления поз. 21-1 и поддерживается постоянным за счёт изменения подачи пара в паро-эжекционную установку (исполнительный механизм поз. 21-3).

Температура верха колонны К-013 контролируется при помощи датчика температуры поз. 20-1.

Давление в кубе колонны К-004 контролируется при помощи датчика давления поз. 19-1.

Температура в кубе колонны измеряется термометром сопротивления поз. 18-1 и поддерживается постоянной за счёт изменения подачи греющего пара в кипятильник Т-019 (исполнительный механизм поз. 18-4).

Температура дистиллята измеряется термометром сопротивления поз. 23-1 (исполнительный механизм поз. 23-4).

Расход дистиллята колонны К-013 из ёмкости Е-017 поддерживается постоянным при помощи системы регулирования расхода с коррекцией по уровню в Е-017.Уровень в ёмкости измеряется уровнемером поз. 25-1. Расход дистиллята измеряется комплектом из диафрагмы поз. 25-2 и преобразователя разности давлений поз. 25-3. Исполнительный механизм установлен на линии отбора дистиллята поз. 25-5.

Остаточную концентрацию стирола в возвратном этилбензоле контролируем отбирая пробы.

Давление в ёмкости Е-017 контролируется при помощи датчика давления поз. 24-1.

Кубовый продукт колонны К-013 подаётся насосом Н-020 на питание следующей колонны.

Расход кубового остатка колонны К-013 поддерживается постоянным при помощи системы регулирования расхода с коррекцией по уровню в К-013. Уровень колонне К-013 измеряется уровнемером поз. 17-1. Расход кубового остатка колонны К-013 измеряется комплектом из диафрагмы поз. 17-2 и преобразователя разности давлений поз. 17-3. Исполнительный механизм расположен на напорной линии насоса Н-020 подачи кубового остатка колонны К-013 на питание следующей колонны поз. 17-5.

Давление на выкиде насосов Н-002, Н-009, Н-011, Н-018 и Н-020 контролируется при помощи трубчато пружинных манометров поз. 2-1, 15-1,26-1, 27-1 соответственно.

Температура прямой оборотной воды на установку контролируется при помощи датчика температуры поз. 29-1, расход прямой оборотной воды измеряется комплектом из диафрагмы поз. 30-1 и преобразователя разности давлений поз. 30-2. Температура обратной оборотной воды контролируется при помощи датчика температуры поз. 31-1. Расход обратной оборотной воды измеряется комплектом из диафрагмы поз. 32-1 и преобразователя разности давлений поз. 32-2.

Расход водяного пара на установку измеряется комплектом из диафрагмы поз. 34-1 и преобразователем разности давлений поз. 34-2. Давление пара контролируется при помощи датчика давления поз. 33-1.

Температура прямого рассола на установку контролируется при помощи датчика температуры поз. 35-1, расход прямого рассола измеряется комплектом из диафрагмы поз. 36-1 и преобразователем разности давлений поз. 36-2. Температура обратного рассола контролируется при помощи датчика температуры поз. 37-1, расход обратного рассола измеряется комплектом из диафрагмы поз. 38-1 и преобразователем разности давлений поз. 38-2.