Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - вещества с ассиметричной молекулярной структурой, молекулы которых содержат одну или несколько гидрофильных групп и один или несколько гидрофобных радикалов. Такая структура, называемая дифильной, обуславливает поверхностную (адсорбционную) активность ПАВ, т.е. их способность концентрироваться на межфазных поверхностях раздела (адсорбироваться), изменяя их свойства.

ПАВ находят применение более чем в 100 отраслях и подотраслях народного хозяйства. Около 80% общего объема производимых в России ПАВ потребляется в промышленности синтетических моющих средств и в производстве тканей и изделий на основе натуральных, искусственных и синтетических волокон. Крупными потребителями ПАВ являются нефтяная и химическая промышленность, а также промышленность строительных материалов[1].

Большое практическое применение находят ПАВ относящиеся к сульфокислотам ароматических соединений с алкильными заместителями, имеющими от 2 до 12 (и даже до 18) атомов углерода. Однако соединения такого типа не содержатся в продуктах коксования каменного угля или в продуктах нефтепереработки; для их синтеза используют реакцию конденсации (С-алкилирование) спиртов с ароматическими углеводородами.

Конденсация ароматических углеводородов со спиртами протекает с выделением воды в присутствии конденсирующих средств кислотного характера:

H⁺

ArH + ROH Ar-R + H₂O

Практический интерес представляет взаимодействие нафталина со спиртами состава С₃ - С₅ (чаще всего с бутиловым спиртом) в серной кислоте, которое приводит к алкилнафталинсульфокислотам.[2]

К соединениям этого класса относится смачиватель СВ-101, который является продуктом взаимодействия нафталина с н-бутиловым спиртом в серной кислоте. Свойства смачивателя СВ-101 позволяют применять его в различных областях промышленности. Это соединение используется как смачиватель в производстве кинофотоматериалов и при гипохлоритной отбелке тканей, а также как вспомогательное вещество при крашении шерсти красителями любых форм и классов. Его слабые пенообразующие свойства позволяют применять смачиватель СВ-101 как пенообразователь в строительной промышленности при получении пенобетона, а эмульгирующие свойства - как эмульгатор в процессах эмульсионной полимеризации латексов[1].

1. Экономическое обоснование строительства проектируемого предприятия

1.1 Обоснование необходимости производства продукции

Смачиватель СВ-101 представляет собой комплексное соединение, полное химическое название которого - натриевая соль дибутилнафталин-1-сульфокислоты. Наличие в смачивателе тяжелого органического радикала и сильного электролита делает его поверхностно-активным веществом, что обуславливает эмульгирующие, пенообразующие и моющие свойства. Это позволяет широко применять его как заменитель мыла в текстильной промышленности, при производстве кинофотоматериалов, как вспомогательное вещество при крашении шерсти, а так же при получении пенобетона.

В настоящее время подобные соединения практически не выпускаются, так как их заменяют синтетические и белковые ПАВ, производство которых более сложное и энергоемкое. Поэтому выпуск более дешевого и более простого в производстве смачивателя даст продукт, который будет пользоваться высоким спросом.

1.2 Обоснование района и пункта строительства

Строительство данного цех проектируется на территории «ДХЗТОС», в городе Долгопрудном. Это обусловлено доступностью ресурсной базы, высоким уровнем подготовки трудового персонала, наличием магистральных трубопроводов, обустроенностью территории, широким рынком сбыта.

1.3 Обоснование проектной мощности цеха и ассортимента продукции

Мощность цеха составляет 157,3 т. в год. Достаточно простая с технологической точки зрения схема производства, возможность использования одной и той же гарнитуры для производства различных марок ПАВ и промежуточных продуктов для органического синтеза и производства красителей. Производительность цеха выбрана исходя из потребности в продукции предприятиями различных областей промышленности, в частности химической, текстильной и строительной.

1.4 Обеспечение проектируемого цеха сырьем, полуфабрикатами, электроэнергией и топливом

Ввиду того, что цех располагается на территории уже действующего предприятия, обеспечение его сырьем и энергоресурсами производится по уже отработанной на предприятии схеме - как для уже работающих цехов.

2. Общая характеристика производства

2.1 Наименование производства: смачиватель СВ-101

Cсмачиватель СВ-101 получают алкилированием нафталина бутиловым спиртом при температуре 20-25⁰С с постепенной дозировкой серной кислоты с последующим сульфированием олеумом при температуре 50-55⁰С. Далее реакционную массу разбавляют водой с целью отделения сульфокислоты дибутилнафталина от отработанной серной кислоты. Сульфокислоту дибутилнафталина нейтрализуют раствором едкого натра и упаривают до массовой доли влаги не более 18% [3].

3. Характеристика изготовляемой продукции

3.1 Наименование продукта: смачиватель СВ-101. Техническое наименование продукта

Смесь натриевых солей моно, ди и трибутилнафталин-1-сульфокислот. Массовая доля натриевых солей моно, ди и трибутилнафталин-1-сульфокислот около 56%, массовая доля сульфата натрия около 25%, массовая доля воды около 18%, прочие примеси около 1%. Получается алкилированием нафталина бутиловым спиртом с последующим сульфированием.

3.2 Физико-химические свойства и константы

- Внешний вид - паста желто-коричневого цвета.

- Растворимость - растворим в воде, спирте.

- Свойства, характеризующие пожаро-взрывоопасность и токсичность смачивателя СВ-101 приводятся в разделе “Охрана труда и техника безопасности”.

Продукт должен соответствовать требованиям и нормам ТУ 6-14-961-84.

Основные показатели технических условий.

Внешний вид - паста желто-коричневого цвета.

Величина pH 0,1 М водного раствора - 7±1.

Массовая доля нерастворимого остатка, %, не более - 0,1.

Массовая доля воды, %, не более - 18.

Массовая доля основного вещества, %, не менее - 56.

Массовая доля железа, %, не более - 0,03.

Антикометное действие - должен полностью снимать кометы при добавлении 5 см³ 0,1 М раствора смачивателя на 1 дм³ эмульсии.

Поверхностное натяжение воды при добавлении 5 см³ 0,1 М водного раствора смачивателя СВ-101 на 1 дм³, дин/см, (мН/м), не более - 60.

Оптическая плотность 0,1 М водного раствора смачивателя СВ-101, не более - 0,5.

Фотографические показатели эмульсии, изготовленной с применением испытуемого образца смачивателя СВ-101, должны соответствовать фотографическим показателям эмульсии изготовленной без смачивателя СВ-101. Допускаются следующие отклонения фотографических характеристик от нормы:

а) понижение светочувствительности не более, чем на 10%; повышение светочувствительности не регламентируется;

б) по коэффициенту контрастности ± 10%;

в) повышение оптической плотности вуали не более, чем на 0,03; понижение оптической плотности вуали не регламентируется.

Фотографические показатели эмульсии, наносимой на бумагу фотоподложку-основу, изготовленной с применением испытуемого образца смачивателя СВ-101, должны соответствовать фотографическим показателям эмульсии, изготовленной без смачивателя СВ-101. Допускаются следующие отклонения фотографических характеристик:

- по светочувствительности ± 10%;

- по полезному интервалу экспозиции не более 0,1 при отсутствии вуали.

4. Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов.

Таблица

Наименование сырья, материалов, полупродуктов	Государственный или отраслевой стандарт, технич. условия, регламент или методика на подготовку сырья	Показатели, обязательные для проверки	Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями
Нафталин коксохимический	ГОСТ 16106-82 С.1	Внешний вид Цвет Температура кристаллизации, 0С, не ниже	Расплавленный или твердый продукт в виде порошка, чешуек, сублимата, таблеток, шариков, брикетов Белый 79,8
Спирт бутиловый нормальный, технический	ГОСТ 5208-81 С.1	Плотность при 200С, г/см3 Массовая доля воды, %, не более	0,809-0,811 0,1
Кислота серная реактивная	ГОСТ 4204-77 марка х.ч.	Внешний вид Массовая доля серной кислоты, %, не менее	Бесцветная прозрачная маслянистая жидкость без запаха 93,6
Олеум улучшенный	ГОСТ 2184-77 в.с.	Внешний вид Массовая доля свободного серного ангидрида (SO3), %, не менее	Маслянистая жидкость с опалесценцией без механических примесей 24
Натрия гидроокись	ГОСТ 4328-77 марка ч	Массовая доля гидроокиси натрия (NaOH), %, не менее	97
Водорода перекись	ГОСТ 177-77 в.с. марка Б	Массовая доля перекиси водорода, %	35-40
Порошок магнезитовый	ГОСТ 1216-75		По паспорту поставщика
Вода обессоленная после 2-х ступенчатого обессоливания	Внутризаводской продукт	Щелочность, рН Массовая доля солей (в пересчете на хлористый натрий), мг/дм3	6,0-7,8 20 0,1-1,0
Азот технический	ГОСТ 9293-74	Объемная доля азота, %, не менее Объемная доля кислорода, %, не более	99,6 0,4

5. Описание технологического процесса

5.1 Прием и подготовка сырья

Бутанол поступает на завод в автомобильных цистернах, хранится на складе в прямоугольном резервуаре-хранилище. В аппарат подается по трубопроводу с помощью погружного насоса.

Нафталин поступает на завод в расплавленном состоянии в автомобильных цистернах. Хранится на складе сырья в обогреваемом резервуаре-хранилище. Подается в аппарат по трубопроводу с помощью погружного насоса.

Серная кислота поступает на завод в железнодорожных цистернах. Хранится на складе сырья в емкости-хранилище. Подается в аппарат по трубопроводу с помощью погружного насоса через мерник.

Олеум поступает на завод в железнодорожных цистернах. Хранится на складе сырья в емкости-хранилище. Подается в аппарат по трубопроводу с помощью погружного насоса через мерник.

Едкий натр чешуированный поступает на завод в герметичных контейнерах предназначенных для перевозки сыпучих материалов. Хранится в специально отведенном месте. На лифте поднимается на второй этаж, загружается в аппарат при помощи подъемника.

Магнезит поступает на завод в герметичных контейнерах предназначенных для перевозки сыпучих материалов. Хранится в специально отведенном месте. На лифте поднимается на второй этаж, загружается в аппарат при помощи подъемника.

Смачиватель СВ-101 (готовый продукт) хранится на складе сырья в резервуаре-хранилище, по трубопроводу с помощью погружного насоса передается в другое помещение, где упаковывается в картонно-навивные барабаны по ГОСТ 17065-77 с полиэтиленовыми мешками-вкладышами по ГОСТ 6-19-56-75.

5.2 Описание технологического процесса

Алкилирование нафталина

Наименование загружаемых компонентов	Молярная масса, кг/кмоль	Массовая доля осн. в-ва, %	Масса загруж. в-в, кг	Кол-во в-ва, кмоль	Плотность, кг/дм3	Объем, дм3
			100%	техн.
1. Бутанол	74,12	т.м.	-	412	5.56	0,809	509
2. Нафталин	128,17	т.м.	-	356	2.78	-	-
3. Серная кислота	98,07	93,2	473.5	508	4.83	1,834	277

Аппаратура.

1. Аппарат № 1: стальной, эмалированный реактор, вместимостью 3200 л, снабженный якорной мешалкой, делающей 45 об/мин, и рубашкой для охлаждения реакционной массы захоложенной водой.

2. Аппарат № 8: расходная емкость для серной кислоты и олеума, вместимостью 1000 л, стальная, эмалированная.

Чистый и сухой аппарат № 1 трижды продувают сжатым азотом, для чего каждый раз создают избыточное давление 0,75-2,5 кг/см² (75-250 кПа), выдерживают в течение не менее 3 мин., затем сбрасывают давление в атмосферную линию до 0,3-0,1 кгс/см² (30-10 кПа). Загружают с помощью погружного насоса бутанол с влагой не более 0,1 % из резервуара-хранилища № 4, включают мешалку и загружают по массе нафталин с помощью погружного насоса из резервуара-хранилища № 5.

В расходную емкость № 8 подают погружным насосом серную кислоту из емкости-хранилища № 6. В рубашку аппарата № 1 пускают захоложеную воду и из расходной емкости № 8 с помощью сжатого воздуха загружают в аппарат № 1 серную кислоту при температуре не выше 25 °С. Температуру массы контролируют при помощи электронного дистанционного потенциометра. Реакция алкилирования нафталина идет с выделением тепла. Температуру в аппарате не выше 25°С поддерживают за счет скорости подачи серной кислоты и подачей захоложеной воды в рубашку аппарата.

Сульфирование дибутилнафталина

Наименование загружаемых компонентов	Молярная масса, кг/кмоль	Массовая доля осн. в-ва, %	Масса загруж. в-в, кг	Кол-во в-ва, кмоль	Плотность, кг/дм3	Объем, дм3
			100%	техн.
1. Реакционная масса после алкилирования	240	52,3	667,5	1276	2,78	-	-
2. Олеум (в пересчете на серную кислоту)	98,07	76	915	1204	9,34	1,873	655,4

Аппаратура. Аппарат №1, №8 (те же, что и п.п. 4.3.1.).

По окончании загрузки серной кислоты в расходную емкость № 8 загружают с помощью погружного насоса олеум из емкости-хранилища № 7.

В аппарат № 1 при температуре не выше 25°С загружают олеум из расходной емкости № 8 с помощью сжатого воздуха, поддерживая заданную температуру скоростью загрузки олеума.

При быстрой загрузке олеума температура в массе может подняться выше 25°С за счет теплоты реакции, что ведет к осмолению продукта. По окончании загрузки олеума дают выдержку при температуре не выше 25°С в течение (305) мин., после чего прекращают подачу рассола в рубашку аппарата.

Температура массы в течение 6-8 часов поднимается за счет теплоты реакции до 50-55°С. После достижения температуры массы 42-45°С, во избежание резкого подъема температуры массы, в рубашку аппарата периодически подают захоложеную воду. При температуре 50-55°С продолжают размешивание в течение (60,5) ч.

Разбавление сульфомассы водой и разделение слоев

Наименование загружаемых компонентов	Моляр-ная масса, кг/кмоль	Массовая доля осн. в-ва, %	Масса, кг	Кол-во в-ва, кмоль	Плотность, кг/дм3	Объем, дм3
			100%	техн.
1. Сульфомасса в апп. № 1	320,43	35,9	890	2480	2,78	-	-
2.Вода обессоленная	18,015	-	-	915	-	-	918
3. Магнезит для нейтрализации	-	87	518,8	596,33	-	-	-

Аппаратура.

1. Аппарат №1 (тот же, что и п.п. 4.3.1.).

2. Аппарат № 10: нейтрализатор, вместимостью 6300 л, стальной, футерованный, снабженный якорной мешалкой, делающей 35 об/мин, загрузочным люком, манометром.

3. Аппарат № 12: вертикальный сборник, стальной, эмалированный, вместимостью 6300 л, с нижним спуском.

4. Нутч-фильтр, с площадью фильтрования 2,7 м² и производительностью100 кг/(м²*ч).

После окончания выдержки реакционную массу в аппарате № 1 охлаждают пуском захоложеной воды в рубашку аппарата до 20-25°С, начинают осторожный, порциями, прием воды с помощью вакуума через нижний спуск аппарата. Температуру массы при этом поддерживают не выше 50°С пуском захоложеной воды в рубашку аппарата.

По окончании загрузки воды размешивают массу в течение (305) минут, затем останавливают мешалку и дают массе отстояться в течение (81) ч.

Во время отстаивания масса разделяется на два слоя. Верхний темно-коричневый густой слой - дибутилнафталинсульфокислота, нижний слой - отработанная серная кислота.

Для определения конца расслаивания отбирают пробу верхнего слоя массы и сдают в лабораторию. Расход 1 н. раствора едкого натра на титрование двух граммов массы, разбавленной 50-70 см^З воды, не должен превышать 13 см^З. При удовлетворительном анализе производят разделение слоев. Если анализ на конец расслаивания отрицательный (расход 1 н. раствора едкого натра 13 см^З), продолжают отстаивание с одновременным охлаждением массы захоложеной водой через рубашку аппарата.

Отработанную серную кислоту принимают в нейтрализатор № 10, где ее разбавляют водой. Нейтрализуют кислоту магнезитом, который загружают в нейтрализатор с помощью подъемника. Реакционную массу после нейтрализации самотеком направляют на нутч-фильтр. Фильтрат, содержащий в основном воду, собирают в сборнике № 12. Воду повторно используют в технологическом цикле, либо подвергают биологической очистке, разбавляют и сливают в общегородскую канализацию.

Верхний слой - дибутилнафталин-1-сульфокислоту подвергают дальнейшей обработке.

Нейтрализация дибутилнафталин-1-сульфокислоты и серной кислоты

Наименование загружаемых компонентов	Молярная масса, кг/кмоль	Массовая доля осн. в-ва, %	Масса, кг	Кол-во в-ва, кмоль	Плотность, кг/дм3	Объем, дм3
			100%	техн.
Дибутилнафта-лин-1-сульфо- кислоты	320,43	81,5	883	1083	2,76	-	-
Едкий натр	40	97	273,6	282	6,84	-	-
Обессоленная вода для растворения едкого натра	18,015	-	-	377,8	-	-	377,8

Аппаратура.

1. Аппарат №1 (тот же, что и п.п. 4.3.1.).

2. Аппарат № 9: вертикальный, стальной, эмалированный аппарат вместимостью 630 л, с нижним спуском, снабженный якорной мешалкой, делающей 53 об/мин, и рубашкой для охлаждения реакционной массы захоложенной водой.

В аппарате № 9 готовят раствор едкого натра для нейтрализации. Для этого в чистый аппарат загружают обессоленную воду и едкий натр. Массу размешивают до полного растворения едкого натра, затем охлаждают до 25°С пуском воды в рубашку аппарата и сдают в лабораторию для определения массовой доли едкого натра, которая должна быть (41-43)%. При температуре 20-25°С начинают загружать раствор едкого натра в аппарата № 1 с помощью сжатого воздуха. Температуру во время нейтрализации поддерживают не выше 50°С. Загрузку едкого натра ведут до слабо щелочной реакции на бриллиантовую желтую бумагу (рН 6-8).

По окончании нейтрализации дают выдержку при размешивании в течение 1-1,5 ч., постоянно контролируя рН массы. В случае необходимости догружают добавочное количество едкого натра (рН 6-8).

Выпаривание раствора натриевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты

Наименование загружаемых компонентов	Молярная масса, кг/кмоль	Массовая доля осн. в-ва, %	Масса, кг	Кол-во в-ва, кмоль	Плотность, кг/дм3	Объем, дм3
			100%	техн.
Раствор натриевой соли дибутилнафталин-1-суль-фокислоты	342	54	1743	944	2,76	-	-
Перекись водорода	34,02	30	3,3	11	0,097	-	-

Аппаратура. Аппарат № 2: выпарной аппарат с естественной циркуляцией и соосной греющей камерой, поверхность теплообмена 10 м².

Раствор натриевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты передают с помощью сжатого воздуха из аппарата № 1 в выпарной аппарат № 2. Раствор дибутилнафталин-1-сульфокислоты, нагревают с помощью пара до 50-60°С. По мере выпаривания температуру повышают до 100°С, не допуская сильного вспенивания продукта.

Температуру в выпарном аппарате № 2 поддерживают автоматически с помощью регулирующего дистанционного термометра и клапана на линии подачи пара в греющую камеру.

Во время выпаривания постоянно контролируют рН массы (рН 6-8). Снижение рН ниже 6 ведет к ухудшению качества смачивателя CB-101. Выпаривание ведут до массовой доли воды не более 18%.

Примечание: если упаренный смачиватель имеет темный цвет, то загружают при температуре не выше 60°С 11 кг перекиси водорода. По окончании выпаривания сдают пробу смачивателя СB-101 в лабораторию для определения массовой доли воды и сульфата натрия. Массовая доля воды должна быть не более 18 % , сульфата натрия не более 25 %.

Готовую пасту смачивателя самотеком направляют в резервуар-хранилище № 3, откуда смачиватель СВ-101 по трубопроводу с помощью погружного насоса передается в другое помещение на упаковку.

6. Контроль и управление технологическим процессом

6.1 Контроль сырья

Применяемое сырье при поступлении на завод анализируется лабораторией ОТК в соответствии с методиками ГОСТ и ТУ на сырье на основании стандарта предприятия СТП 6-14-04-15-80. Перечень показателей, обязательных для проверки, приведен в таблице № 5.1. Азот газообразный анализируется АКС завода.

6.2 Контроль технологического процесса

Таблица

Наименова-ние стадии процесса, места измерения параметров или отбора проб	Контролируе-мый параметр	Частота и способ контроля	Нормы и технические показатели	Методы испытания и средства контроля	Кто контролирует
1. Продувка аппарата № 1 азотом	Избыточное давление азота	Каждая операция	0,75-2,5 кгс/см2 (75-250 кПа)	По мановакууме-тру АМВУ-1, пред. изм. (-1)-5 кгс/см2 (-100)-500 кПа, кл. точн. 1,5	Аппаратчик, мастер
	Кол-во продувок		3 раза
	Время одной продувки		не менее 3 мин.	По часам ГОСТ 9469-75
2. Загрузка бутанола	Масса бутанола	Каждая операция	(412+0,5) кг	По расходомеру	Аппаратчик, мастер
	Массовая доля влаги	Каждая партия	н/б 0,1 %	По методике Фишера ГОСТ 14370-77	Цеховая лаборатория
3. Загрузка нафталина	Масса нафталина	Каждая операция	3560,5 кг	По расходомеру	Аппаратчик, мастер
4. Загрузка серной к-ты	Объем серной к-ты	-	(2771,5) дм3	По мерному стеклу расходной емкости № 8.	Аппаратчик, мастер
	Температура в массе	-	Не выше 25 оС	По электронному дистанционному потенциометру КСПЗ-ПИ, кл. точн. 0,5 Шк. изм. 0 - 150 оС	Аппаратчик, мастер

Таблица Сульфирование дибутилнафталина

Наименование стадии процесса, места измерения параметров или отбора проб	Контролируемый параметр	Частота и способ контроля	Нормы и технические показатели	Методы испытания и средства контроля	Кто контролирует
1. Загрузка олеума	Объем олеума	Каждая операция	(6552) дм3	По мерному стеклу расходной емкости № 8. Доп. погр. 1,5%	Аппаратчик, мастер
	Температура в массе	-	Не выше 25 оС	По электронному дистанц. потенциометру КСПЗ-ПИ. Шк. изм. 0-150оС, кл. точн. 0,5	Аппаратчик, мастер
	Выдержка	-	(305) мин.	По часам ГОСТ 9469-75	Аппаратчик, мастер
2. Саморазогрев в течение 6-8 часов	Температура в конце реакции	Каждая операция	50-55 оС	По электронному дистанционному потенциометру КСПЗ-ПИ. Шкала измерения 0-150 оС кл. точн. 0,5	Аппаратчик
3. Выдержка	Температура массы	-	50-55 оС	-	Аппаратчик
	Продолжительность	-	(60,5) ч	По часам ГОСТ 9469-75	Аппаратчик

Таблица Разбавление сульфомассы водой и разделение слоев

Наименование стадии процесса, места измерения параметров или отбора проб	Контролируемый параметр	Частота и способ контроля	Нормы и технические показатели	Методы испытания и средства контроля	Кто контролирует
Охлаждение реакционной массы	Температура в массе	Каждая операция	20-25 оС	По электронному дистанц. потенциометру КСПЗ-ПИ. шк. изм. 0-150 оС, кл. точн. 0,5	Аппаратчик
Загрузка воды	Объем	-	(91810) дм3	По мерной, линейке. Цена деления 10 дм3	Аппаратчик
	Температура в массе	-	не выше 50 оС	По элекнтронному дистанц. потенциометру КСПЗ-ПИ. шк. изм. 0-150 оС, кл. точн. 0,5	Аппаратчик
Размешивание	Продолжительность	Каждая операция	(305) мин.	По часам ГОСТ 9469-75	Аппаратчик, мастер
Отстаивание	Продолжительность	-	(81) ч.	По часам ГОСТ 9469-75	Аппаратчик, мастер
	Конец расслаивания	-	Расход щелочи на титрование не более 13 см3	По методике.	Цеховая лаборатория

Таблица Нейтрализация

Наименование стадии процесса, места измерения параметров или отбора проб	Контролируемый параметр	Частота и способ контроля	Нормы и технические показатели	Методы испытания и средства контроля	Кто контролирует
1. Приготовление раствора едкого натра	Массовая доля едкого натра	Каждая операция	41-43%	По методике ГОСТ 4328-77	Цеховая лаборатория
2. Нейтрализация	Температура массы	Каждая операция	н/в 50 оС	По электронному дистанц. потенциометру КСПЗ-ПИ. Шк. изм. 0-150 оС, кл. точн. 0,5	Аппаратчик, мастер
	Реакция раствора	Каждая операция в конце нейтрализации	рН 6-8	Качественная проба на бриллиантовую желтую бумагу ТУ 6-09-07-1504-85	Аппаратчик, мастер
	Продолжительность выдержки	Каждая операция	1-1,5 ч.	По часам ГОСТ 9469-75	Аппаратчик, мастер

Таблица Выпаривание

Наименование стадии процесса, места измерения параметров или отбора проб	Контролируемый параметр	Частота и способ контроля	Нормы и технические показатели	Методы испытания и средства контроля	Кто контролирует
1.Выпаривание	Температура	В процессе выпаривания	до 100 оС	По дистанц. регулирующему термометру типа ТГ-712Р. шк. изм. 0-150 оС, кл. точн. 1,5	Аппаратчик, мастер
	Реакция массы	В процессе выпаривания	рН = 6-8	Качественная проба на бриллиантовую желтую бумагу ТУ 6-09-07-1504-85	Аппаратчик, мастер
	Массовая доля воды	В процессе выпаривания	Не более 18 %	По ТУ 6-14-752-84	Цеховая лаборатория
	Массовая доля сульфата натрия	В процессе выпаивания	Не более 25 %	По ТУ 6-14-752-84	Цеховая лаборатория
2. Анализ готового продукта	Показатели по ТУ 6-14-961-84	Каждая партия	По ТУ 6-14-961-84	По ТУ 6-14-961-84	Цеховая лаборатория ОТК

7. Материальные расчеты на одну операцию

7.1 Алкилирование нафталина

Нафталин:

n = 2.78 кмоль

M = 128 кг/кмоль

m_100% = 2.78*128 = 356 кг

Бутанол:

n = 5.56 кмоль

M = 74 кг/кмоль

m_100% = 5.56*74 = 412 кг

Серная кислота:

n = 4.83 кмоль

m_100% = 4.83*98 = 473.5 кг

m_техн = 473,5*100/93,2 = 508 кг

m_{воды в серной кислоте} = 508 - 473,5 = 34,5 кг

Получено.

Дибутилнафталин-1-сульфокислота:

n = 2.78 кмоль

М = 240 кг/кмоль

m = 2.78*240 = 667.5 кг

Вода:

n = 5.56 кмоль

m = 5.56*18 = 100.08 кг

?m_воды = 100.08 + 34.5 = 134.58 кг

Загружено	Получено
Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %	Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %
	техн.	100 %			техн.	100 %
Бутиловый спирт	412	412	-	Реакционная масса после алкилирования, содержащая: а) дибутилнафталин; б) серную кислоту; в) воду;	1276	667,5 473,5 134,58	52,3 37,1 10,6
Нафталин	356	356	-
Серная кислота, содержащая: а) H2SO4; б) воду;	508	473,5 34,5	93,2 6,8
Итого	1276			Итого	1276

7.2 Сульфирование дибутилнафталина

Загружено.

С предыдущей стадии:

дибутилнафталин-1-сульфокислота - 667,5 кг;

серная кислота - 473,5 кг;

вода - 134,58 кг.

Олеум:

n = 3.612 кмоль

m_100% = 3.612*80 = 288.96 кг

m_техн. = 288,96*100/24 = 1204 кг

m _{серной кислоты в олеуме} = 1204 - 288,96 = 915,04 кг

Получено.

Дибутилнафталин-1-сульфокислота:

n = 2.78 кмоль

М = 320 кг/кмоль

m = 2.78*320 = 890 кг

Серная кислота:

по реакции: n (SO₃) = n(SO₃ в олеуме) - n(SO₃ на сульфирование) = 3,612 - - 2,78 = 0,832кмоль

n (H₂SO₄) = 0.832 кмоль

m (H₂SO₄) = 0.832*98 = 81.5 кг

? m (H₂SO₄) = 915 + 473,5 + 81,5 = 1470 кг

Вода:

расход воды на реакцию с серным ангидридом: n (H₂O) = 0.832 кмоль;

m (H₂O) = 0.832*18 = 14.58 кг;

m (H₂O) = 134,58 - 14,58 = 120 кг

Загружено	Получено
Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %	Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %
	техн.	100 %			техн.	100 %
Реакционная масса после алкилирования, содержащая: а) дибутил-нафталин; б) серную кислоту; в) воду;	1276	667,5 473,5 134,58	52,3 37,1 10,6	Реакционная масса после сульфирования, содержащая: а) дибутил-нафталин-1-сульфокислоту; б) серную кислоту; в) воду;	2480	890 1470 120	35,9 59,3 4,8
Олеум, содержащий: а) H2SO4; б) SO3;	1204	915.04 288.96	76 24
Итого	2480			Итого	2480

Разбавление сульфомассы водой и разделение слоев

Загружено	Получено
Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %	Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %
	техн.	100 %			техн.	100 %
Реакционная масса после сульфирова-ния, содержащая: а) дибутил-нафталин-1-сульфокисло-ту; б) серную кислоту; в) воду;	2480	890 1470 120	35,9 59,3 4,8	Верхний слой, содержащий: а) дибутил-нафталин-1-сульфокислоту; б) серную кислоту; Нижний слой, содержащий: а) дибутил-нафталин-1-сульфокислоту; б) серную кислоту; в) воду;	1083 2312	883 200 7 1270 1035	81,5 18,5 0,3 54,9 44,8
Вода обессоленная	915
Итого	3395			Итого	3395

7.3 Нейтрализация отработанной серной кислоты

Расчет магнезита для нейтрализации серной кислоты:

MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O (1)

SO₃H SO₃

2 C₄H₉ C₄H₉ + MgO C₄H₉ C₄H₉ Mg + H₂O (2)

2n(H₂SO₄) = 1270/98 = 12.96 кмоль

m ₁(MgO) = 12.96*40 = 518.37 кг

n(дибутилнафталин-1-сульфокислоты) = 7/320 = 0,022 кмоль

m ₂(MgO) = 0.022/2 * 40 = 0.44 кг

? m_100%(MgO) = 518,37 + 0,44 = 518,8 кг

m_техн.(MgO) = 518,8*100/87 = 596,3 кг

m (MgSO₄) = 12.96*120 = 1555.2 кг

m (магниевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты) = 0,022/2*662 = 7,3 кг

m₁(H₂O) = 12.96*18 = 233.28 кг

m₂(H₂O) = 0.022*18 = 0.396 кг

?m(H₂O) = 1035 + 2540,7 + 233,28 + 0,396 = 3809 кг

Загружено	Получено
Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %	Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %
	техн.	100 %			техн.	100 %
Нижний слой, содержащий: а) дибутил-нафталин-1-сульфокислоту; б) серную кислоту; в) воду;	2312	7 1270 1035	0,3 54,9 44,8	Реакционная масса после нейтрализации, содержащая: а) магниевую соль дибутил-нафталин-1-сульфокислоты; б) сульфат магния; в) воду; г) примеси;	5449	7,3 1555,2 3809 77,5	0,1 28,5 3809 1,4
Магнезит, содержащий: а) оксид магния; б) примеси;	596,3	518,8 77,5	87 13
Вода для разбавления	2540,7
Итого	5449			Итого	5449

7.4 Нейтрализация дибутилнафталин-1-сульфокислоты

SO₃H SO₃Na

C₄H₉ C₄H₉ + NaOH C₄H₉ C₄H₉ + H₂O (1)

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O (2)

n (дибутилнафталин-1-сульфокислоты) = 2,78 кмоль

n₁(NaOH) = 2.78 кмоль

m₁(NaOH) = 2.78*40 = 110.4 кг

m_{раствора 42%} (NaOH) = 110,4*100/42 = 262,8 кг

m₁(H₂O)_{на растворение NaOH} = 262.8 - 110.4 = 152.4 кг

n₂(H₂SO₄) = 200/98 = 2.04 кмоль

m₂(NaOH) = 2,04*2*40 = 163,2 кг

m_{раствора 42%}(NaOH) = 163,2*100/42 = 388,6 кг

m₂(H₂O)_{на растворение NaOH} = 388.6 - 163.2 = 225.4 кг

? m(H₂O)_{на растворение NaOH} = 152.4 + 225.4 = 377.8 кг

? m_100%(NaOH) = 110,4 + 163,2 = 273,6 кг

m_техн = 273,6*100/97 = 282 кг

m (Na₂SO₄) = 2.04*142 = 289.68 кг

m ( натриевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты) = 2,78*342 = 943,92 кг

Загружено	Получено
Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %	Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %
	техн.	100 %			техн.	100 %
Верхний слой, содержащий: а) дибутил-нафталин-1-сульфокислоту; б) серную кислоту;	1083	883 200	81,5 18,5	Реакционная масса после нейтрализации, содержащая: а) натриевую соль дибутил-нафталин-1-сульфокислоты; б) сульфат натрия; в) воду; г) примеси;	1743	943,92 289,68 507,67 1,66	54,1 16,6 29,1 0,2
Едкий натр, содержащий: а) NaOH; б) примеси; в) воду;	282
Вода для растворения едкого натра	377,78
Итого	1743			Итого	1743

7.5 Выпаривание раствора натриевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты

Загружено	Получено
Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %	Наименование	Масса, кг	Массов. доля, %
	техн.	100 %			техн.	100 %
Реакционная масса после нейтрализации, содержащая: а) натриевую соль дибутил-нафталин-1-сульфокислоты; б) сульфат натрия; в) воду; г) примеси;	1743	943,92 289,68 507,67 1,66	54,1 16,6 29,1 0,2	Паста смачивателя, содержащая: а) натриевую соль дибутил-нафталин-1-сульфокислоты; б) сульфат натрия; в) воду; г) примеси;	1430	934.3 286.6 208 1.3	65.4 20 14.5 0.1
				Вода	298.2
				Потери смачивателя, содержащего: а) натриевую соль дибутил-нафталин-1-сульфокисло-ты; б) сульфат натрия; в) воду; г) примеси;	14.7	9.72 3.09 1.49 0.4	66.1 21 10.1 2.8
Итого	1743			Итого	1743

8. Выход смачивателя

Выходы по стадиям.

Алкилирование нафталина - 100 %.

Сульфирование дибутилнафталина - 100 %.

Разбавление сульфомассы водой и разделение слоев - 99 %.

Нейтрализация дибутилнафталин-1-сульфокислоты и серной кислоты - 100 %.

Выпаривание раствора натриевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты - 99 %.

Общий выход - 98 %.

9. Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов

Расходные коэффициенты по сырью.

Из 1 моля нафталина можно получить 1 моль натриевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты (смачивателя). Расчет расходного коэффициента по 100 %-ому нафталину производим по формуле:

М(нафталина)*m(смачивателя)*з/М(смачивателя),

где М - молекулярная масса вещества, кг/кмоль;

m - масса вещества, кг;

з - общий выход продукта, мас.доли.

Для получения 1000 кг продукта необходимо 128*1000*0,98/342 = 367 кг 100%-го нафталина.

Исходя из загрузки нафталина на операцию и расходного коэффициента определяют коэффициент пересчета:

Кп = 367/356 = 1,03.

Расходные коэффициенты по сырью составят:

по бутанолу: 412*Кп = 412*1,03 =424,4;

по олеуму: 1204*1,03 = 1240;

по серной кислоте: 508*1.03 = 523.24;

по магнезиту: 596,3*1,03 = 614,2;

по едкому натру: 282*1,03 = 290,5;

по перекиси водорода: 11*1,03 = 11,33.

Таблица

Наименование сырья, материалов и энергоресурсов	Ед. изм.	Массовая доля осн. в-ва.	Норма расхода на т. продукта по проекту
Нафталин коксохимический, очищенный	кг	т.м.	367
Спирт бутиловый, нормальный, синтетический, технический.	кг	100	424,4
Олеум	кг	24	1240
Порошок магнезита кл. I	кг	т.м.	614,2
Едкий натр	кг	100	290,5
Перекись водорода тех.	кг	30	11,33
Кислота серная	кг	93,2	523,24
Азот	м3	-	90
Вода	м3	-	450
Пар	Гкал	-	0,1
Электроэнергия	КВт ч	-	2523,45

10. Ежегодные нормы образования отходов производства

Газообразные отходы.

Газообразные отходы отсутствуют.

Таблица Жидкие отходы

Наименование отхода, характеристика, аппарат или стадия образования.	Направления использования, метод очистки или уничтожения.	Нормы образования отходов, кг/т.
Раствор отработанной серной кислоты, нейтрализованный магнезитом содержащий: воду 70%, примеси 1,4%, магниевую соль дибутилнафталин-1-сульфокислоты 0,1%.	Повторно используется в технологическом цикле, направляется на биологическую очистку и разбавление, сбрасывается в канализацию.	4011

Таблица Твердые отходы

Наименование отхода, характеристика, аппарат или стадия образования.	Направления использования, метод очистки или уничтожения.	Нормы образования отходов, кг/т.
Сульфат магния после стадии фильтрования.	На захоронение	1600

11. Нормы технологического режима

Таблица Алкилирование нафталина

Наименование операции	Наименование технологических показателей
	Продолжи-тельность	Температура, 0С	Давление, кгс/см2 (кПа)	Кол-во загружаемых реагентов	Прочие показатели
	часы	мин.	нач.	кон.		мас.доля,%	кг
Осмотр аппарата №1	-	10±5	-	-	-	-	-	-
Трехкратная продувка аппарата №1 сжатым азотом	-	15±5	-	-	избыт.давл. 0.75 - 2.5 (75 - 250)	-	-	-
Загрузка бутанола	-	15±5	-	-	-	т.м.	412	-
Загрузка нафталина	-	30±10	-	-	-	т.м.	356	-
Загрузка серной кислоты	8±2	-	25	25	-	93,2	508	277

Итого: от 6 ч 45 мин.

до 11 ч 35 мин.

Таблица Сульфирование дибутилнафталина

Загрузка олеума в апп. № 1	8±2	-	25	25	-	24	1204	655,4
Размешивание	-	30±5	25	25	-	-	-	-
Саморазогрев	7±1	-	25	55	-	-	-	-
Выдержка при размешивании	6±0,5	-	55	55	-	-	-	-

Итого: от 17 ч 15 мин.

до 25 ч 35 мин.

Таблица

Разбавление сульфомассы водой и разделение слоев

Охлаждение реакционной массы в апп. № 1	3±1	-	55	25	-	-	-	-
Загрузка обессоленной воды в апп. №1	6±1	-	25	не выше 50	-	-	-	918
Размешивание	-	30±5	не выше 50	не выше 50	-	-	-	-
Отстаивание	8±1	-	-	-	-	-	-
Отбор пробы и анализ	-	30±10	-	-	-	-	-	-
Слив нижнего слоя	-	30±10	-	-	-	-	-	-

Итого: от 15 ч 05 мин.

до 21 ч 55 мин.

Таблица Нейтрализация дибутилнафталин-1-сульфокислоты и серной кислоты

Загрузка воды в апп. № 9	-	25±5	-	-	-	-	-	377,8
Загрузка едкого натра а апп. № 9	-	25±5	-	80-85	-	97	282	-
Размешивание до полного растворения	-	50±10	80-85	80-85	-	-	-	-
Охлаждение	-	50±10	80-85	20-25	-	-	-	-
Отбор пробы и анализ	-	25±5	20-25	20-25	-	-	-	массовая доля едкого натра 41-43%
Загрузка раствора едкого натра в апп. № 1	8±4	-	20-25	не выше 50	-	-	-	pH = 6-8
Выдержка	1-1,5	-	не выше 50	не выше 50	-	-	-	pH = 6-8
Проверка pH раствора	-	10±5	-	-	-	-	-	pH = 6-8

Итого: от 7 ч 25 мин.

до 17 ч 15 мин.

Таблица Выпаривание раствора натриевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты

Прием раствора натриевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты	-	25±5	-	-	-	-	-	-
Нагрев	-	25±5	-	50-60	-	-	-	-
Выпаривание	1-2	-	50-60	до 100	-	-	-	pH = 6-8
Анализ	-	50±10	-	-	-	-	-	-
Выгрузка готового продукта		30	50	25	-	т.м.	1430	-

Итого: от 3 ч 10 мин.

до 4 ч 30 мин.

Общая продолжительность процесса: от 49 ч 15 мин. до 80 ч 50 мин.

12. Тепловые расчеты оборудования

Общие сведения о тепловых расчетах оборудования.

Уравнение теплового баланса (общая формула) [5]:

технологический производство смачиватель цех

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆ ,где

Q₁ - тепло, вносимое в аппарат с перерабатываемыми веществами, Дж

Q₂ - тепло, отдаваемое теплоносителем аппарату и перерабатываемым веществам или отнимаемое от них хладагентом, Дж

Q₃ - тепловой эффект процесса, Дж

Q₄ - тепло, уносимое из аппарата вместе с продуктами реакции, Дж

Q₅ - тепло, расходуемое на нагревание отдельных деталей аппарата или отнимаемое от них хладагентом, Дж

Q₆ - тепло, теряемое аппаратом в окружающую среду или получаемое из нее, Дж.

Количество тепла, вносимое в аппарат с перерабатываемыми веществами и уносимое из аппарата с продуктами реакции, может быть определено из равенства:

Q₁ = УG*c_р*t.

G - масса вещества, кг.

с_р- теплоемкость материалов, Дж/моль*К.

t - температура, К.

Весовые количества веществ G в этом равенстве берут по данным материального баланса, значения t заданы регламентом процесса. Для вычисления теплоемкостей твердых и жидких тел (в Дж/кг*К) используется формула [8]:

с = У(с_ра*n)*4190/M.

с_ра - атомная теплоемкость элементов.

n - число одноименных элементов в молекуле.

М - молекулярная масса соединения.

Значения атомной теплоемкости элементов [8]

№	элементы	Са (тв)	Са (ж)
1	Углерод	1,8	2,8
2	Водород	2,3	4,3
3	Кислород	4,0	6,0
4	Сера	5,4	7,4
5	Остальные элементы	6,3	8,0

Тепловой эффект процесса Q₃ представляет собой суммарное количество тепла, которое выделяется или поглощается при протекающих химических реакциях и физико-химических процессах [5]:

Q₃ =У Q_р + Q_ф-х.п..

Q_р - тепловой эффект химической реакции.

Q_ф-х.п. - тепловой эффект физико-химических превращений.

Q_р = q_р*n_прод.

q_р - удельная теплота реакции, Дж/моль

n - количество продукта реакции, моль.

q_p = Уq_k - Уq_н.

Уq_k - сумма теплот образования соединений, вступающих в реакцию, Дж/моль.

Уq_н - сумма теплот образования соединений, образующихся в результате реакции, Дж/моль.

Теплоты образования (энтальпии образования) могут быть найдены в справочниках физико-химических величин. При отсутствии необходимых данных их вычисляют по теплотам сгорания как разность между теплотой сгорания элементов, входящих в состав соединения, и теплотой сгорания самого соединения:

q_o = Уnq_a - q_c, где

q_o - теплота образования, ккал/моль,

n - число одноименных атомов в молекуле,

q_a - теплота сгорания элемента, ккал/г*атом,

q_c - теплота сгорания соединения, ккал/моль.

Теплоты сгорания жидких органических соединений определяются по формуле Караша:

q_c = 26.05*m + УДо,

где m - число электронов, перемещающихся при сгорании молекулы соединения,

Д - тепловая поправка на изменение структуры соединения или на введение заместителя,

о - число одинаковых заместителей.

Теплоты сгорания q_a для органических соединений, содержащих атомы C, H, Cl, N, O и S [8]:

элементы	qа
С	94,38
H	34,19
O	0
S	69,3

Количество тепла, необходимое для нагревания отдельных частей аппарата [6]:

Q₅ = G_ап*с_ап*(Т_к - Т_н), где

G_ап - масса аппарата, кг,

с_ап - теплоемкость материала аппарата, Дж/кг*К,

Т_к, Т_н - конечная и начальная температуры аппарата, град.

Количество тепла, необходимое для компенсации тепловых потерь в окружающую среду [5]:

Q₆ = S*в*Дt*ф,

где S - поверхность охлаждения или нагрева, м²,

в - коэффициент теплоотдачи, ккал/м²*град*ч,

Дt - разность температур стенки аппарата и окружающей среды,

ф - время, час.

Можно принять, что тепловые потери не превышают 5% от Q₂.

Тепло, отдаваемое теплоносителем аппарату и перерабатываемым веществам или отнимаемое от них хладагентом:

Q₂ = Q₄ + Q₅ + Q₆ - Q₁ - Q₃ = 1,05*( Q₄ + Q₅ - Q₁ - Q₃).

Определение необходимой поверхности теплообмена [5]:

F = Q₂/K*Дt_ср*ф, где

Q₂ - количество передаваемого тепла, Дж,

K - коэффициент теплопередачи, Дж/(м²*ч*К),

Дt_ср - средняя разность температур, К,

ф - время проведения процесса, ч.

Дt_ср = (Дt_б - Дt_м)/ln((Дt_б/ Дt_м)).

12.1 Тепловые расчеты оборудования по стадиям

Алкилирование нафталина

Наименование	ср, кДж/кмоль*К	G, кг	М, кг/кмоль
Бутанол	183,26	412	74
Нафталин	165,27	356	128
Вода	75,3	34,5	18

Q₁ = (183.26*412/74 + 165.27*356/128 + 75.3*34.5/18)*(25+273) = 684046.1 кДж

с_р(дибутилнафталин-1-сульфокислоты) = (2,8*18 + 4,3*24)*4,19 = 642,72 кДж/(кмоль*К)

Наименование	ср, кДж/кмоль*К	G, кг	М, кг/кмоль
Дибутилнафталин-1-сульфокислота	642,72	667,5	240
Вода	75,3	134,58	18

Q₄ = (642.72*667.5/240 + 75.3*134.58/18)*(273 + 25) = 900473 кДж

Теплоты образования.

Нафталин:

m = 10*4з + 8*1з = 48з

q_c = 26.05*48 = 1250.4 ккал/моль

q₀ = 10*94.38 +8*34.19 - 1250.4 = - 33.08 ккал/моль = -138,27 кДж/моль

Бутанол:

m = 3*4з + 1*3з + 10*1з = 25з

? = 13 ккал/моль

ж = 1

q_c = 26.05*25 +13*1 =664.3 ккал/моль

q₀ = 4*94.38 +10*34.19 +1*0 - 664.3 = 55.1 ккал/моль = 230,3 кДж/моль

Вода:

q₀ = 285.83 кДж/моль

Дибутилнафталин-1-сульфокислота:

m = 18*4з + 24*1з = 96з

q_c = 26.04*96 = 2500.8 ккал/моль

q₀ = 18*94.38 + 24*34.19 - 2500.8 = 18.6 ккал/моль = 77,75 кДж/моль

q_р = 77,75 + 285,83+138,27 - 230,3 = 271,55 кДж/моль

Q_p = 271.55*667.5/240*1000 = 755248 кДж

Q₃ = 755248 кДж

Q₅ = 0

Q₂ = 1.05*(900473 - 684046 - 755248) = -565762 кДж

Расчет поверхности теплообмена.

В качестве хладагента используется захоложеная вода с начальной температурой 5⁰С и конечной 10⁰С.

?t_б = 25 - 5 = 20⁰С

?t_м = 25 - 10 =15⁰С

?t _ср = 17,4 К

ф = 41400 с

К = 230 Вт/(м²*К)

F = 565762*1000/230/17.4/41400 = 3.4 м²

F_расч < F_практ, поверхность удовлетворяет условиям теплообмена.

Расход захоложеной воды:

Сульфирование дибутилнафталина

Наименование	ср, кДж/(кмоль*К)	G, кг	М, кг/кмоль
Дибутилнафталин	642,72	667,5	240
Вода	75,3	134,58	18
Серная кислота	138,91	473,5	98
Серная кислота в олеуме	138,91	915,04	98
Серный ангидрид в олеуме	50,09	288,96	80

Q₁ = (642.72*667.5/240 + 138.91*(473.5 + 915.04)/98 + 75.3*134.58/18 + 50.09*288.96/80)*298 = 1340901 кДж

с_р(дибутилнафталин-1-сульфокислоты) = (18*11,72 + 24*17,99 + 1*30,96 + 3*25,1) = 748,8 кДж/(моль*К)



Наименование	ср, кДж/(кмоль*К)	G, кг	М, кг/кмоль
Дибутилнафталин-1-сульфокислота	748,8	890	320
Серная кислота	138,91	1470	98
Вода	75,3	120	18

Q₄ = (748.8*890/320 + 138.91*1470/98 + 75.3*120/18)*328 = 1531186 кДж

Для процессов сульфирования общий тепловой эффект реакции равен:

Q₃ = G(Ar(SO₃H)_x)*q_p*1000/M(Ar(SO₃H)_x) + G^общ(H₂SO₄)*(1 - s)*(q_с - q_s),

где s - концентрация исходного сульфирующего агента, мас. доли SO₃;

с - концентрация отработанной серной кислоты, мас. доли SO₃;

q - удельная теплота растворения SO₃, Дж/кг воды;

G^общ(H₂SO₄) - общее количество сульфирующего агента концентрацией s.

G^общ(H₂SO₄) = (G(ArH)*80*x*(1 - с)/M(ArH) + Wс)/(s - с),

где W - масса воды, содержащейся в исходном органическом веществе.

W = 134.58 кг

s = 0.24

G(ArH) = G (дибутилнафталина) = 667,5 кг

Определение концентрации отработанной серной кислоты:

n(SO₃)_{на сульфирование} = 2,78 кмоль

m(SO₃)_{на сульфирование} = 2.78*80 = 222.5 кг

n(SO₃)_{в сульфирующем агенте} = 288,9/80 = 3,61 кмоль

n(SO₃)_ост. = 3,61 - 2,78 = 0,83 кмоль

m(SO₃)_ост. = 0.83*80 = 66.5 кг

с = 66,5/(1204 - 222,5) = 0,068

По номограмме [10] определяем теплоты растворения серного ангидрида в воде:

q_s = 5434 кДж/кг воды

q_с = 5225 кДж/кг воды

G^общ(H₂SO₄) = (667,5*80*1*(1 - 0,068)/240 + 134,58*0,068)/(0,24 - 0,068) = = 1259 кг

Теплоты образования.

для дибутилнафталин-1-сульфокислоты:

m = 17*4з + 1*3з + 24*1з = 95з

q_c = 26.05*95 + 1*( -23.4) = 2451.35 ккал/моль

q₀ (дибутилнафталин-1-сульфокислоты) = 18*94,38 + 24*34,19 + 69,3 - 2451,35 = 137,35 ккал/моль = 574,12 кДж/моль

q₀(SO₃) = 395.85 кДж/моль

q₀(дибутилнафталин) = 18.6 ккал/моль = 77.75 кДж/моль

q_p = 574.12 - 395.85 - 77.75 = 100.52 кДж/моль

Q₃ = 667.5*100.52*1000/240 + 1259*(1 - 0.24)*(5434 - 5225) = 479551 кДж

G_{аппарата} = 3810 кг

с_р(аппарата) = 0,5 кДж/(кг*⁰C)

Q₅ = 3810*0.5*1000*(55 - 25) = 57150 кДж

Q₂ = 1.05*|(1531186 + 57150 - 1340901 - 479551) = - 243722 кДж

Расчет поверхности теплообмена.

В качестве хладагента используется захоложеная вода с начальной температурой 5⁰С и конечной 10⁰С.

?t_б = 55 - 5 = 50⁰С

?t_м = 55 - 10 = 45⁰С

?t _ср = 47,5 К

ф = 52200 с

К = 230 Вт/(м²*К)

F =243722*1000/230/47,5/52200 = 0,4 м²

F_расч < F_практ, поверхность удовлетворяет условиям теплообмена.

Расход захоложеной воды:

Нейтрализация дибутилнафталин-1-сульфокислоты щелочью.

При нейтрализации щелочью верхнего слоя реакционной массы протекают следующие реакции:

SO₃H SO₃Na

C₄H₉ C₄H₉ + NaOH C₄H₉C₄H₉ + H₂O (1)

H₂SO₄ + 2 NaOH Na₂SO₄ + 2 H₂O (2)

Наименование	ср, кДж/(кмоль*К)	G, кг	М, кг/кмоль
дибутилнафталин-1-сульфокислота	748,8	883	320
серная кислота	138,91	200	98
гидроксид натрия	59,66	273,57	40
вода	75,3	384,55	18

Q₁ = (883*748.8/320 + 200*138.91/98 + 273.57*59.66/40 + 384.55*75.3/18)*298 = 1564333 кДж

с_р(натриевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты) = (18*2,8 + 4,3*23 + 7,4*1 + 6,0*3 + 8*1)*4,19 = 765,5 кДж/(кмоль*К)

Наименование	ср, кДж/(кмоль*К)	G, кг	М, кг/кмоль
натриевая соль дибутилнафталин-1-сульфокислоты	765,5	943,92	342
вода	75,3	507,67	18
сульфат натрия	128,35	289,68	142

Q₄ = (943.92*765.5/342 + 507.67*75.3/18 + 289.68*128.35/142)*323 = 1450441 кДж

Q₅ = 3810*0.5*1000*(50 - 25) = 47625 кДж

q₀(дибутилнафталин-1-сульфокислоты) = 574,12 кДж/моль

q₀(NaOH) = 426.35 кДж/моль

q₀(воды) = 285,83 кДж/моль

q₀(серной кислоты) = 813,99 кДж/моль

q₀(сульфата натрия) = 1387,21 кДж/моль

Тепло образования натриевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты находим по формуле [8]:

q_0м = q_0s + ?q,

где q_0м - тепло образования сульфокислоты, кДж/моль;

?q - разность теплот образования сульфокислоты и ее металлической соли.

q₀(натриевой соли дибутилнафталин-1-сульфокислоты) = 574,12 + 58,8*4,19 = 820 кДж/моль

q_p(1) = 820 + 285.83 - 574.12 - 426.35 = 105.36 кДж/моль

q_p(2) = q₀(Na₂SO₄) + 2q₀(H₂O) - q₀(H₂SO₄) - 2q₀(NaOH)

q_p(2) = 1387.21 + 2*285.83 - 813.99 - 2*426.35 = 292.2 кДж/моль

q_p = 105.36 + 292.2 = 397.56 кДж/моль

Q₃ = 397.56*943.92/342 = 1097300 кДж

Q₂ = 1.05*(1450441 + 47625 - 1564333 - 1097300) = -1163567 кДж

Расчет поверхности теплообмена.

В качестве хладагента используется захоложеная вода с начальной температурой 5⁰С и конечной 10⁰С.

?t_б = 50 - 5 = 45⁰С

?t_м = 50 - 10 = 40⁰С

?t _ср = 42 К

ф = 32400 с

К = 230 Вт/(м²*К)

F =1163567*1000/230/42/32400 = 3,7м²

F_расч < F_практ, поверхность удовлетворяет условиям теплообмена.

Расход захоложеной воды:

Приготовление 42%-го раствора едкого натра.

Наименование	ср, кДж/(кмоль*К)	G, кг	М, кг/кмоль
едкий натр	59,66	273,6	40
вода	75,3	384,55	18

Тн = 298 К

Q₁ = (59.66*273.6/40 + 75.3*384.55/18)*298 = 601006 кДж/моль

Тк = 353 К

Q₄ = (59.66*273.6/40 + 75.3*384.55/18)*353 = 711930 кДж/моль

q_p = 0

Теплота растворения едкого натра в воде [9]:

Q_ф.-х.п. = 28,89 кДж/моль

Q₃ = 28.89*6.84*1000 = 197608 кДж

Q₅ = 0

Q₂ = 1.05*(711930 - 601006 - 197608) = -91018 кДж

Расчет поверхности теплообмена.

В качестве хладагента используется захоложеная вода с начальной температурой 5⁰С и конечной 10⁰С.

?t_б = 80 - 5 = 75⁰С

?t_м = 25 - 10 = 15⁰С

?t _ср = 37.3 К

ф = 3600 с

К = 230 Вт/(м²*К)

F_расч < F_практ, поверхность удовлетворяет условиям теплообмена.

Расход захоложеной воды:

Выпаривание

Наименование	ср, кДж/(кмоль*К)	G, кг	М, кг/кмоль
натриевая соль дибутилнафталин-1-сульфокислоты	765,5	943,92	342
вода	75,3	507,67	18
сульфат натрия	128,35	289,68	142

Q₁ = (943.92*765.5/342 + 507.67*75.3/18 + 289.68*128.35/142)*298 =

= 1338177.5 кДж

Наименование	ср, кДж/(кмоль*К)	G, кг	М, кг/кмоль
натриевая соль дибутилнафталин-1-сульфокислоты	765,5	943,92	342
вода	75,3	208	18
сульфат натрия	128,35	289,68	142

Q₄ = (934.92*765.5/342 + 208*75.3/18 + 289.68*128.35/142)*373 =

= 1198244 кДж

Q₃ = r_пара*m,

где r_пара - удельная теплота парообразования, кДж/кг;

m - масса выпаренной воды, кг.

Q₃ = 2179*298.2 = 649778 кДж

Q₂ = 649778 + 1198244 - 1338177.5 = 509844.5 кДж

Расчет поверхности теплообмена.

В качестве теплоносителя используется водяной пар (294,3 кПа) с температурой 133°С:

?t_б = 133 - 25 = 108⁰С

?t_м = 133 - 100 = 33⁰С

?t _ср = 63.3 К

ф = 3600 с

К = 340Вт/(м²*К)

F =509844.5 *1000/340/63.3/3600 = 6.6 м²

F_расч < F_практ, поверхность удовлетворяет условиям теплообмена.

Расход греющего пара [13]:

G_пара = Q₂/r .

G_пара =509844.5*1000/2179*1000 = 234 кг.

13. Технологические расчеты оборудования