Получение акролеина газофазным окислением пропилена кислородом воздуха (стр. 6 из 9)
Найдем критерий Рейнольдса:
Где
- скорость газов смеси в реакторе 
- эквивалентный диаметр 
- плотность смеси 
Средняя плотность:
Где n – число труб
ε – порозность слоя катализатора
Где
- удельная поверхность катализатора,Тогда критерий Рейнольдса:
, т.е. режим движения смеси ламинарный.Для ламинарного режима:
В результате коэффициент теплоотдачи:
Коэффициент теплоотдачи
: 
Критерий Прандтля:
Критерий Рейнольдса:
Где
– объемный расход хладагента 
– площадь проходного сечения в вырезе перегородки 
- для одноходового теплообменника с числом труб n = 1125.Объемный расход ТСК:
, т.е. режим ламинарный 
Тогда коэффициент теплоотдачи:
Коэффициент теплопередачи:
Поверхность теплообмена:
В результате выбираем аппарат кожухотрубного типа с поверхностью теплообмена 750 м2, длиной труб 9 м, число труб 1125, диаметром кожуха 1200 мм, объемом трубного пространства 3,51 м3.
6.2 Расчет толщины изоляции
Принимаем температуру окружающего воздуха 200С, в качестве изоляции используем шлаковую вату (
). По санитарным нормам температура наружной поверхности аппарата не должна превышать 400С.Суммарный коэффициент теплоотдачи излучением и конвекцией можно приближенно найти по формуле:
Величина удельного теплового потока:
Одновременно:
где
Тогда:
Т.е. необходима изоляция толщиной 55мм.
7 Физико-химические основы разделения
Полученная на стадии синтеза реакционная смесь представляет собой смесь газообразных исходных компонентов (пропилен, кислород, азот) и продуктов реакции (акролеина, СО2, Н2О, СО, ацетальдегида). Разработка схемы разделения продуктов синтеза должна проводиться с учетом физико-химических свойств компонентов.
Из всех компонентов реакционной смеси только акролеин, ацетальдегид и вода в обычных условиях являются жидкими и при этом хорошо растворяются в воде. Поэтому на первой стадии разделения реакционная смесь подается в абсорбер А1, орошаемый водой. В абсорбере от реакционной смеси отделяется акролеин, ацетальдегид и вода, которые в виде раствора в воде отводятся с низа абсорбера А1. Сверху абсорбера отбирается газовая часть реакционной смеси: пропилен, кислород, СО2, СО, N2. Т.к. жидкие продукты окисления имеют различные температуры кипения (вода – 100°С, акролеин – 52,69°С, ацетальдегид – 20,6°С), то их легко разделить с помощью ректификации. Поэтому сначала реакционная смесь поступает на первую ректификационную колонну РК1, где происходит отделение воды от акролеина и ацетальдегида. Вода стекает с низа колонны РК1 и поступает на орошение в абсорбер А1. С верха колонны РК1 отбирается смесь акролеин-ацетальдегид. Для разделения акролеина и ацетальдегида смесь направляется на вторую ректификационную колонну РК2. С верха колонны отбирается ацетальдегид, собирается в емкость Е2 и по мере накопления отправляется потребителю. С низа колонны РК2 отбирается акролеин-сырец, который поступает на окончательную ректификацию в колонну РК3. С верха колонны отбирается товарный акролеин с содержанием 99,5 % основного вещества, который собирается в емкости Е3 и затем отгружается потребителю. С низа колонны РК3 стекает кубовый остаток, который накапливается в емкости Е4 и затем направляется в цех обезвреживания отходов.
Т.к. в реакционной смеси содержится всего около 0,3% пропилена, то на рециркуляцию реакционную смесь направлять нецелесообразно. Реакционную смесь можно использовать в процессе обезвреживания органических отходов производства – как жидких, так и газообразных. Предварительно из реакционной смеси отделяем СО2 и затем реакционные газы направляем в цех обезвреживания отходов. Отделение СО2 от реакционной смеси производим с помощью поташа (К2СО3). Процесс основан на том, что карбонат калия взаимодействует с СО2 и Н2О с образованием гидрокарбоната калия:
К2СО3 + СО2 + Н2О → 2КНСО3
При нагревании гидрокарбонат калия разлагается с выделением СО2 (этот процесс лежит в основе десорбции). Поэтому реакционную смесь газов направляем в абсорбер А2, орошаемый поташом. С верха абсорбера отбирается реакционная смесь, очищенная от СО2. Снизу абсорбера отбирается гидрокарбонат калия, который направляется в десорбер, где происходит десорбция. С верха десорбера отбирается СО2, а снизу десорбера – регенерированный поташ, который снова направляется на орошение абсорбера А2.
8 Принципиальная технологическая схема процесса синтеза и выделения целевого продукта
Рис. 8.1 – Принципиальная технологическая схема
8.1 Описание технологической схемы
Пропилен из ёмкости Е1 смешивается с воздухом в смесителе 1 СМ1 и газодувкой Н-1 подаётся в подогреватель П1, в котором реакционная смесь подогревается до 380°С греющим паром. Из подогревателя П1 реакционная смесь поступает в реактор Р, где на катализаторе происходит окисление пропилена в акролеин. Выделяющееся тепло реакции снимается циркулирующим высокотемпературным теплоносителем (кремнийорганическая жидкость тетра-м-крезоксисилан [ТСК]). ТСК циркулирует через котёл-утилизатор КУ, в котором используется для выработки пара. После реактора реакционная смесь поступает в холодильник Х1, охлаждаемый водой. Для отделения акролеина от реакционной смеси смесь подаётся в абсорбер А1, орошаемый водой. Акролеин хорошо растворяется в воде. Водный раствор акролеина, выходящий с нижней части абсорбера А1, направляется на предварительную ректификацию в ректификационную колонну РК1. Выходящие с верха абсорбера А1 реакционные газы, содержащие непрореагировавший пропилен, кислород, а также оксид и диоксид углерода, азот, направляются на дальнейшую очистку в абсорбер А2. В ректификационной колонне РК1 акролеин и другие продукты окисления отделяются от промывной воды. Вода, вытекающая из низа ректификационной колонны РК1, направляется на орошение абсорбера А1. Акролеин и другие продукты окисления отводятся сверху ректификационной колонны РК1 и направляются на ректификацию в ректификационную колонну РК2, где происходит отделение от акролеина побочных продуктов окисления (ацетальдегид). Сверху колонны РК2 отбирается ацетальдегид, собирается в ёмкость Е2 и затем отгружается потребителям. С низа колонны РК2 отбирается акролеин-сырец, который направляется на окончательную ректификацию в ректификационную колонну РК3. С верха колонны РК3 отбирается товарный акролеин, который собирается в ёмкости Е3 и по мере накопления отгружается потребителю. С низа колонны РК3 отбирается кубовые остатки, которые собираются в ёмкости Е4 и затем направляются на обезвреживание. В абсорбере А2 реакционные газы, поступающие из абсорбера А1, очищаются от СО2. Для этого в верх абсорбера подаётся поташ. Поташ вступает в реакцию с СО2 с образованием гидрокарбоната калия:
К2СО3 + СО2 + Н2О → 2КНСО3
Очищенные от СО2 реакционные газы с верха абсорбера А2 направляются в цех обезвреживания отходов, где используются при сжигании органосодержащих промстоков. С низа колонны отбирается гидрокарбонат калия, который поступает в десорбер Д, где из него выделяется СО2. Выделившийся в десорбере СО2 направляется в цех получения углекислоты. Стекающий с низа десорбера гидрокарбонат калия снова направляется на орошение абсорбера А2.