Производство сложного полиэфира ПБА производительностью 1700 тонн в год

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Курсовой проект на тему «Производство сложного полиэфира ПБА производительностью 1700 тонн в год».

Ключевые слова поликонденсация, полиэфир, ПБА, адипиновая кислота, 1,4-бутандиол.

Проект содержит материальный, тепловой баланс производства, механические, технологические расчёты оборудования. Производство оснащено современными средствами КИПа и средствами обеспечения безопасности проведения технологического процесса. Процесс полностью автоматизирован.

В процессе производства были внесены изменения, что позволило снизить себестоимость выпускаемой продукции и повысить производительность труда рабочих и в целом доказать экономическую целесообразность данного курсового проекта.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ПБА - полиэфир;

АДК - адипиновая кислота;

1,4-БД - 1,4-бутандиол;

ТБТ - тетрабутоксититан;

ПЭС-5 - полиэтилсилоксановая жидкость.



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА

1.1 Технико-экономическое сравнение существующих методов производства

1.2 Выбор района и площади под строительство

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Теоретические основы проектируемого производства

2.1.1 Химические и физико-химические основы производства ПБА

2.1.2 Технологические основы производства ПБА

2.1.3 Математическое моделирование процесса

2.3 Характеристика сырья и получаемого продукта

2.3.1 Характеристика сырья

2.3.2 Характеристика получаемого продукта

2.4 Описание технологической схемы производства

2.5 Описание и обоснование принятых в проекте изменений

2.6 Материальный расчёт производства

2.7 Технологические расчёты

2.7.1 Расчёт количества оборудования

2.7.2 Технологический расчёт основного оборудования

2.7.3 Тепловой расчёт

2.8 Описание устройства и принципа действия основного оборудования

2.9 Химический и физико-химический контроль производства

3. ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА

ВЫВОДЫ ПО ПРОЕКТУ

СТАНДАРТИЗАЦИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Успешно развивающееся промышленное производство сложных полиэфиров всегда было значимым для страны. Всему миру был хорошо известен натуральный полиэфир - янтарь, но путь получения искусственного полиэфира был трудным, но достижимым благодаря научно-производственному потенциалу великих людей энтузиастов. Технология получения полиэфиров разработана в 1959-1962 гг. Первое на «Казанском заводе синтетического каучука» промышленное производство полиэфиров было организовано в 1966 году, а в 1979 году введено в действие производство полиэфира ПБА, марки полиэфиров ПБА І и ПБА ІІІ - в 1986 году [1].

Сложные полиэфиры адипиновой кислоты и различных гликолей (П-6, ПС, П6-БА, ПБА, ЭДА-50, П-9А) находят свое применение в производстве продуктов массового потребления. Их используют для получения полиуретанов методом литья, для вальцуемых полиуретановых каучуков, отличающихся высокими прочностными показателями, уникальной стойкостью к истиранию, к растворителям, маслам. Полиэфиры нашли широкое применение в резинотехнической промышленности, машиностроении, при изготовлении магнитных лент, а также для изготовления заливочных и лакокрасочных материалов.

Производством полиэфиров в России занимаются три предприятия -- «Владимирский химический завод», «Казанский завод синтетического каучука» и «Нижнекамскнефтехим». И хотя последний в прошлом году нарастил мощности, тем не менее, рост импорта продолжается.



1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА

1.1 Технико-экономическое сравнение существующих методов производства

Сложные полиэфиры можно получить методом равновесной обратимой полиэтерификацией и переэтерификацией.[2,3,4,5]

Полиэфирный обмен (переэтерификация) в основном применяется для получения высокомолекулярных полиэфиров, а так как для получения полиуретанов используют, как правило, низкомолекулярные полимеры, то в промышленном производстве принят метод прямой этерификации. Реакция прямой полиэтерификации может быть осуществлена тремя путями: в расплаве, в растворе и на границе раздела фаз.

Обычно для синтеза сложных полиэфиров, предназначенных для получения полиуретановых эластомеров, наиболее удобным является первый способ - взаимодействие компонентов реакции в расплаве.

Процесс полиэтерификации в расплаве рекомендуется проводить в две стадии. Первая стадия протекает при нагревании реакционной смеси под атмосферном давлении. На второй стадии, с целью удаления низкомолекулярных продуктов реакции, нагревание продолжается под вакуумом.

Поликонденсация в растворе проводится обычно при температуре кипения растворителя, не растворяющего низкомолекулярный продукт реакции, который удаляется с парами растворителя (часто в виде азеотропной смеси). При поликонденсации в подходящем растворителе повышается скорость процесса, улучшаются условия теплообмена, раствор полимера оказывается гомогенным. Главным достоинством этого метода являются: возможность получения полимеров с высокой молекулярной массой и высокой температурой плавления.

Для проведения поликонденсации на границе раздела фаз необходима высокая реакционная способность исходных соединений.

В сравнении с непрерывным способом производства, периодическое является более мобильным, так как возможен быстрый переход с одной марки полиэфира на другую.

1.2 Выбор района и площади под строительство

Для любого проектируемого предприятия огромное значение имеет выбор района и площади под строительство, рациональное расположение производственных цехов и сооружений, так как от этого во многом зависят его экономические, технологические и экологические показатели.

Целесообразность расположения производства сложного полиэфира ПБА на территории Казанского завода синтетического каучука исходит из следующих предпосылок:

- наличие энергоресурсов. В непосредственной близости находится тепловая электростанция, обеспечивающая предприятие энергоресурсами;

- наличие водных источников. Химическое предприятие - это один из основных потребителей воды, завод находится вблизи водных ресурсов, поэтому расположение цеха соответствует этому требованию;

- наличие дороги с твердым покрытием, железной дороги, так как транспортное хозяйство Казанского завода СК составляют железнодорожный и автотранспортный цехи;

- благоприятные климатические условия и подходящая почва;

-наличие трудовых ресурсов. Источниками высококвалифицированной базы специалистов являются учебные заведения города Казани, такие как Казанский национальный исследовательский технологический университет и химико-технологический колледж;

- необходимо учитывать «Розу ветров», чтобы побочные продукты не переносились на территорию города.

Расположение цеха соответствует вышеперечисленным требованиям.



2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Теоретические основы проектируемого производства

2.1.1 Химические и физико-химические основы производства ПБА

Поликонденсация - процесс синтеза полимеров, в котором рост макромолекул происходит путем химического взаимодействия молекул исходных веществ друг с другом и с полимерами, накопившихся в ходе реакции, а также молекул полимеров между собой. В поликонденсационной системе мономеры расходуются очень быстро после начала реакции, но увеличение молекулярной массы полимера происходит в течение всего процесса, поэтому для получения высокомолекулярного полимера необходимо достигать высокой степени конверсии исходных веществ.

Процесс получения полиэфира протекает по равновесной поликонденсации. Её отличительная особенность - это обратимых характер протекающих реакций, то есть наряду с увеличением длины макромолекул возможны и деструктивные реакции. Образующийся низкомолекулярный продукт (вода) действует как деструктирующий агент. Его роль могут выполнять также низкомолекулярные соединения, имеющие одинаковую природу с одним из исходных мономеров, либо мономер, присутствующий в избытке. При повышении температуры или создании более глубокого вакуума в системе равновесие может быть сдвинуто в сторону образования высокомолекулярного полимера за счет удаления из зоны реакции низкомолекулярного продукта.

Реакция поликонденсации адипиновой кислоты , 1,4 - бутан-диола осуществляется в реакторе в присутствии катализатора тетрабутоксититана , как катализатора процесса. Реакция сопровождается поглощением тепла.

Уравнение реакции:

nHO(-CH2-)4OH + n HOОC(-CH2-)4COOH

kat

HO[(-CH2-)4OCO(-CH2-)4CO]nOH + (n-1) H2O

nHO(-CH2-)4OH - 1,4-бутандиол

n HOОC(-CH2-)4COOH - адипиновая кислота

HO[(-CH2-)4OCO(-CH2-)4CO]nOH - полиэфир ПБА

(n-1) H2O - вода

Процесс характеризуется малой скоростью, сравнительно большой энергией активации.

2.1.2 Технологические основы производства ПБА

При проведении поликонденсации в расплаве можно использовать такие исходные вещества, температура плавления которых ниже температуры их разложения. Этим методом получается полимер, который длительное время может находиться в расплавленном виде без заметной термической деструкции. Процесс поликонденсации проводится в несколько стадий: вначале смесь реагентов расплавляют и нагревают при перемешивании в токе инертного газа, при этом отгоняется основная часть низкомолекулярных продуктов, затем процесс продолжается при перемешивании в вакууме с целью более полного удаления низкомолекулярного продукта из зоны реакции и повышения молекулярной массы полимера.[5]

Процессы поликонденсации в расплаве имеют свои достоинства:

- сравнительная простота технологической схемы;

- возможность применения мономера с пониженной реакционной способностью;

- высокий выход полимера;

- высокое качество и чистота получаемого полимера;

- отсутствие различных дополнительных операций по выделению полимера.

Однако этот наиболее широко распространенный в промышленности метод не лишен и ряда недостатков:

- высокая температура (200-250_С);

- необходимость проведения реакции в инертной среде и применения вакуума на заключительных этапах;

- большая длительность процесса.

2.1.3 Математическое моделирование процесса

Поток информации, который необходим для наиболее эффективного химико-технологического системного управления, весьма велик и в силу ограниченной возможности мы вынуждены уменьшить объём этой информации, выбирать наиболее существенную информацию, которая определяет характер процесса. Это достигается при помощи моделирования, то есть создания упрощённой системы, отрицающей отдельные ограниченные в выбранном направлении характеристики процесса.

Математическое моделирование осуществляется в три стадии:

1. Формализация изученного процесса, то есть составление математического описания;

2. Амортизация;

3. Установление соответствия модели к изученному процессу.

Для построения математической модели сложного и недостаточно изученного процесса применимы эмпирические методы, позволяющие без выявления детальных кинетических закономерностей получить зависимости выходных данных от управляющих параметров, метод «чёрного ящика». Такой путь моделирования применяется достаточно широко, но не позволяет существенно интенсифицировать процесс или оптимизировать качество продукта, так как нужные зависимости справедливы лишь в узком интервале условий.

Патентные исследования

Проведение патентных исследований определяется предметом поиска по теме к дипломному проекту, подлежащему исследованию. Предмет поиска - «Получение сложных полиэфиров».

Поиск проводим по отечественному патентному фонду, исходя из на наличия фонда в библиотеке КНИТУ им. Кирова, национальной библиотеки РТ.

Глубина поиска определяем десятью годами, начиная с текущего года и вглубь без пробелов.

Источником информации об отечественных изобретениях выбираем официальный бюллетень РФ «Изобретения. Полезные модели» и информационно-поисковую систему Интернет сайт.

Определяем классификационные индексы предмета поиска по международной классификации изобретений МПК: C08G63/78, C08G63/60, C08G63/82, C08G63/06, C08G63/12.

Целью исследования является установление уровня развития техники в данной области и анализ применимости прогрессивных решений в дипломном проекте.

Для составления полного списка изобретений, имеющих отношение к теме поиска, пользуемся годовым систематическим указателем к официальному бюллетеню.

Норма охранных документов, имеющих отношение к теме поиска, приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Список охранных документов.

Индекс МПК (51)	№ охранных документов (11)	Дата публикации (45),(43)	Страна выдачи (19)	Название изобретения (54)
1	2	3	4	5
C08G63/66	2226537	2004.04.10	РФ	Способ получения слож-ных полиэфиров и сополиэфиров.
C08G63/82	1003128961	2005.10.03	РФ	Способ получения поли-эфиров со свободными кислотными функциями внутри цепи.
C08G63/06	2004104363	2005.07.10	РФ	Полиэфиры с гид-роксильными фун-кциональными группами
C08G63/02	2005126727	2006.01.20	РФ	Полиэфиры, содержа-щие как сложные, так и простые эфирные груп-пы, имеющие анионную функциональность.
C08G63/12	2272047	2006.03.26	РФ	Полиэфир и способ его получения.
1	2	3	4	5
B01J14/00 C08G63/12	2275236	2006.04.27	РФ	Башенный реактор и его применение для непрерывного произ-водства высокомо-лекулярного сложного полиэфира.
C12N15/52 C12N15/63 C12N15/19 C12N15/62 C12N15/72	2005139128	2006.05.27	РФ	Усовершенствованный трансформант и способ получения сложного по-лиэфира и способ ис-пользования указанного трансформанта.
C08G63/08 C08G63/82	2282638	2006.08.27	РФ	Способ получения по-лиэфиров со свобод-ными кислотными фун-кциями внутри цепи.
B01J31/04 C08G63/82 C08G63/83 C08G63/85 C08G86 C08G63/183	2277969	2006.06.20	РФ	Поликонденсация с использованием ката-лизатора и активатора катализатора для по-лучения сложного по-лиэфира
C08G63/12	2286358	2006.10.27	РФ	Способ получения слож-ных полиэфиров для по-лиуретанов (варианты).
1	2	3	4	5
C08G63/02	2286357	2006.10.27	РФ	Способ получения сложноэфирного мономера и устройство для его получения.
C08G65/26 C08G18/48	2312112	2007.12.10	РФ	Способ получения сме-сей полиолов.
C08G63/12	2361893	2009.07.20	РФ	Полиэфиры, содержа-щие как сложно-эфирные, так и простые эфирные группы имею-щие анионную функ-циональность.
C08G63/12	2418817	2011.05.20	РФ	Катализатор поликон-денсации для получения сложного полиэфира с использованием ката-лизатора поликонден-сации.

После ознакомления с сущностью изобретения проведён отбор изобретений для анализа и выписаны их краткие характеристики.

(21) 2226537 (72) Микитаев Абдулхак Касбулатович (RU) Сторожук Иван Павлович (RU) Гисак Константин Викторович (BY) Юхимец Николай Владимирович (BY). (71) Республиканское унитарное предприятие Могилевское производственное объединение «Химволокно» (BY) (54)

Способ получения сложных полиэфиров.

(54) (57) Способ получения сложных полиэфиров сополиэфиров общей формулы:

- ( O-R-O-OC-Ar-CO )m - ( O-R-O-OC-Ar-CO )n - ( O-R-O-OC-Ar-CO )p,

где R = -СН2-СН2- , -СН2-СН2-СН2-СН2-

R* = (-СН2-СН2-СН2-СН2-О)х, где х=8-40, R

Ar=пара - С6Н4, Ar*

Ar*= 2,6- С10Н6

Заключающийся во взаимодействии на первой стадии процесса диметиловых эфиров терефталевой 2,6-нафталиндикарбоновой кислот, их смесей с 1,4-бутандиолом, этиленгликолем, их смесей с олиготетраметиленоксидом в расплаве при температурах от 150 до 2100С в присутствии катализатора и термостабилизатора, и поликонденсации на второй стадии образовавшихся продуктов при 210-2800С под вакуумом ниже 1мм.рт.ст., отличающейся тем, что в качестве термостабилизирующей системы с синергическими свойствами используют смесь пространственно затруднённого фенола общей формулы С(СН2-О-ОС-СН2-СН2-Ar(С4Н9)2ОН)4, в количестве 0,1-0,5 мас.% от массы полимера и соли щелочного или щелочно-земельного металла фосфорноватистой кислоты общей формулы Ме(Н2РО2)у, где Ме=Nа, Са, у- степень окисления металла в количестве 0,01-0,5 мас.% от массы полимера.

(21)2277969 Даулинг Конор М. (US) (72) Сешарди Шри Рам (US) (71) Атофина Кемикалз, ИНК. (US) (54) Поликонденсация с использованием катализатора и активатора катализатора для получения сложного полиэфира.

(54) (57) Настоящее изобретение относится к синергическим композициям титаносодержащих катализаторов, состоящих из карбоновой кислоты или их солей, которые используются при получении сложных полиэфиров, содержащая титанилоксалат, ХmTiO(C2O4)2, (H2O)n где Х=Li, K, Rb, Cs и Са, m=1 или 2; активатор катализатора, содержащий щавелевую кислоту или карбоновую кислоту, содержащую от 1 до 26 углеродных атомов, или их соответствующую соль, содержащую Li, Nа, К или аммоний, оксолат активатора катализатора составляет от 0,1 части до 80 массовых частей от композиции на массу титана. Описан активаторный катализатор, содержащий соединение титана ХmTiY0, где Х=Н, Li, Nа, К, Rb, Cs, Ве, Са, Cr,Sr,Ba и аммония, m=0,1 или 2, Y=бис (2,2,6,6-тетраметил-3,5-гептандионат) и ацетилцетонат, и активатор катализатора, состоящий из щавелевой кислоты или её соответствующей соли, содержащей Li, Nа, К или аммоний, причём активатор катализатора составляет 0,1 части до 80 массовых частей от композиции на массу титана. Описана композиция активированного катализатора, включающая германийсодержащий катализатор и активатор катализатора. Описан так же способ получения сложного полиэфира поликонденсацией реагентов в присутствии вышеописанного катализатора и полученные сложные полиэфиры. Технический эффект - получение улучшенного сложного полиэфира с меньшим ацетальдегидным числом и хорошей окраской.

(21) 2286358 (72) Нуруллина Елена Валентиновна (RU) Голубовская Ирина Владимировна (RU) Улитина Светлана Александровна (RU) Палютин Феликс Маратович (RU) (71) ОАО «Казанский завод синтетического каучука» (RU) (54) Способ получения сложных полиэфиров для полиуретанов (варианты).

(54) (57) Изобретение относится к области получения сложных полиэфиров, которые применяются для получения полиуретанов. Предложен способ получения сложных полиэфиров поликонденсацией фталевого ангидрида и диэтиленгликоля (при молярном соотношении 1:2,2 и температуре 205±5єС) или адипиновой кислоты и этиленгликоля и 1,4-бутандиола (1:1,5 и температуре 195±5єС), или адипиновой кислоты, этиленгликоля и 1,4-бутандиола (1:0,78:0,42 и температуре 205±5єС) до кислотного числа 35-42 мг. КОН/г, после чего в реакционную смесь вводят катализатор тетрабутоксититан и ведут вакуумную поликонденсацию до кислотного числа не более 1 мг.КОН/г. Предложенные способы требуют в 1,4-2 раза меньше времени, чем известные, и позволяют значительно уменьшить энергозатраты.

(21) 2418817 (72) УМАБА Тосикацу (JP), Симизу Хиромицу (JP), Мори Кендзи (JP), Табата Кейити (JP) (54) Катализатор поликонденсации для получения сложного полиэфира и способ получения сложного полиэфира с использованием катализатора поликонденсации.

(57) Изобретение относится к катализатору поликонденсации для получения сложного полиэфира путём этерификации или реакции трансэтерификации между карбоновой кислотой или её эфиробразующим производным и гликолем. Катализатор содержит частицы твёрдого основания, имеющие на своих поверхностях слой покрытый титановой кислоты в количестве от 0,1 до 50 частей по массе в пересчёте на TiO2, на 100 частей по массе твёрдого основания. Твёрдое основание представляет собой гидроксид магния или гидротальцит. Частицы твёрдого основания имеют на своих поверхностях внутренний слой покрытия или из оксида по меньшей мере одного элемента,

выбранного из кремния, алюминия и циркония, или из сложного оксида по меньшей мере двух элементов, выбранных из кремния, алюминия и циркония, в количестве от 1 до 20 частей по массе, на 100 частей по массе твёрдого основания. Внешний слой покрытия состоит из титановой кислоты в количестве от 0,1 до 50 частей по массе в пересчёте на TiO2, на 100 частей по массе твёрдого основания. Также описан способ получения указанного катализатора и способ получения сложного полиэфира в присутствии его.

Изобретение позволяет получать катализатор с высокой каталитической активностью, пригодный для получения сложного полиэфира с превосходной окраской и прозрачностью.

Заключение:

Проведённый патентный поиск по теме «Синтез сложных полиэфиров» за 10 лет выявил 11 изобретений. Внимание разработчиков к исследуемой теме неравномерно по годам. Пик изобретательской активности приходится на 2006 год. На основании изобретения патента №2286358, где в качестве исходного сырья используют адипиновую кислоту и 1,4-бутандиол было создано производство полиэфира ПБА на ОАО «КЗСК». В данном проекте исходным сырьём для получения сложного полиэфира ПБА также является адипиновая кислота и 1,4-бутандиол.



2.3 Характеристика сырья и получаемого продукта

2.3.1 Характеристика сырья

Таблица 2.3.1. - Характеристика исходного сырья

Наименование исходного сырья	Номер государ-ственного или отраслевого стандарта, технического условия	Показатели качества, обязательные для проверки	Норма по ГОСТ, ТУ	Область примене-ния изго-товляемой продукции
1	2	3	4	5
Адипиновая кислота	ГОСТ 10558-80	Внешний вид	Белое крис-талллическое вещество
		Массовая доля адипиновой кислоты, % (не менее)	99,7
		Температура плавления, _С (не ниже)	151,0
		Цветность по пластиково-кобольтовой шкале, единиц (не более)	20,0
1	2	3	4	5
1,4-бутандиол	ТУ 6-14-59-90	Внешний вид	Прозрачная бесцветная жидкость
		Массовая доля 1,4-бутандиола, % (не менее)	98,0
		Плотность, г/см3 (не менее)	1,014
Катализатор тетрабутокси-титан		Внешний вид	Вязкая прозрачная жидкость жёлтого цвета
Жидкость полиэтилси-локсановая ПЭС-5	ГОСТ 13004-76	По паспорту поставщика температура кипения при 760мм.рт.мт., _С (не ниже)	290,0
Азот	ГОСТ 9293-74	Массовая доля водяных паров в азоте при 20_С и 101,3 кПа (не более)	0,07

2.3.2 Характеристика получаемого продукта

Таблица 2.3.2. - Характеристика готового продукта

Наименование исходного сырья	Номер государственного или отраслевого стандарта, тех-нического усло-вия	Показатели качества, обязательные для проверки	Нома по ГОСТ, ТУ	Область примене-ния изго-товляемой продукции
1	2	3	4	5
Полиэфир ПБА	ТУ 38103582-85	Внешний вид	Твердое воскообразное вещество без механических включений	Производ-ство уре-тановых каучуков, износо-стойких резинотехнических изделий на их ос-нове и мо-нолитных и порис-тых изде-лий; про-изводство РТИ, тер-моэластопластов.
		Массовая доля гидроксиль-ных групп, %	1,55-1,85
		Кислотное число, мг КОН/г (не более)	1,0
		Массовая доля влаги, % не более	0,1

2.4 Описание технологической схемы производства

Процесс поликонденсации гликолей с адипиновой кислотой периодическим способом осуществляется в реакторе Л-1, оборудованном мешалкой и рубашкой для обогрева теплоносителем. Реактор имеет нижний слив, соединен материальными линиями приема гликолей, адипиновой кислоты, соединен с колонной-конденсатором К-1, теплообменником Т-1, с линией воздушки и линией подвода азота через верхний штуцер, а также линией азота через редуцирующий клапан и ротаметр для проведения барботажа реакционной массы. Обогрев реактора Л-1 осуществляется подачей теплоносителя ПЭС-5 в рубашку - из емкостей Е-4 и Е-5 теплоноситель через фильтр Ф-1 насосом Н 2. Колонна-конденсатор К-1 представляет собой цилиндрический аппарат, заполненный кольцами Рашига, снабженный рубашкой и трубчатыми элементами для охлаждения. Обогрев ее осуществляется за счет подачи горячей воды в рубашку колонны из теплообменника Т-2. [7]

При проведении синтеза полиэфира рассчитанное количество 1,4-бутандиола из емкости Е-1 насосом-дозатором НД1 поступает в реактор Л-1, включается мешалка аппарата и из ёмкости Е-2 через загрузочный трубопровод загружается по объему бункера рассчитанное количество адипиновой кислоты. Каталитический комплекс добавляют в количестве 0,0006% от массы всей загрузки предварительно растворяя его в порции (200 г) этиленгликоля и заливают в реактор при помощи вакуума.

Процесс синтеза полиэфиров производится в три стадии:

- Первая стадия поликонденсации полиэфиров осуществляется при атмосферном давлении с подключением колонны-конденсатора К и теплообменника Т-1, постепенном подъеме температуры реакционной массы путем подачи теплоносителя в рубашку реактора Л-1, при барботаже реакционной массы азотом. Барботаж реакционной массы азотом способствует уносу из зоны реакции низкомолекулярных продуктов - воды, которая в виде пара увлекает гликоли и направляет в колонну-конденсатор К где конденсируется основная масса гликолей и возвращается в реактор Л-1, а пары воды с незначительным количеством гликолей поступают в теплообменник Т-1, охлаждаемый промышленной водой, конденсируются и собираются в сборник Е-3. Далее конденсат отгонов первой стадии поликонденсации при массовой доле гликолей до 1% сбрасываются в химически загрязненную канализацию.

Первая стадия поликонденсации заканчивается при температуре не более 195_C и достижении массовой доли карбоксильных групп - не более 3,0%.

Вторая стадия поликонденсации проводится при температуре, достигнутой на первой стадии - от 195 до 200_C с постепенным повышением вакуумметрического давления от 0,61 до 0,91 кгс/см2 ( от 61,0 до 91,0 кПа) и периодическим барботажем реакционной массы азотом для лучшего выделения из зоны реакции паров воды. При этом температура паров, отходящих из верха колонны К в течении всей второй стадии поликонденсации должна быть не выше 90_С. Температура поддерживается подачей горячей воды с температурой от 50 до 80_С в рубашку и трубчатые элементы аппарата К. Отгоны второй стадии конденсации конденсируются в теплообменнике Т-1 и поступают в сборник Е-3, откуда поступают в канализацию.

Вторая стадии поликонденсации продолжается до получения реакционной массы с кислотным числом не более 3,5 мг KOH на 1г продукта.

При достижении указанной степени превращения адипиновой кислоты начинается третья стадия поликонденсации.

В системе аппаратов Л-1, К, Т-1 вакуумметрическое давление стравливается азотом, при этом отгоны, оставшиеся в колонне-конденсаторе

возвращаются в реактор Л-1. Колонна-конденсатор отключается от реактора Л-1 и последний подключается непосредственно к теплообменнику Т-1.

В системе аппаратов Л-1, Т-1 постепенно создается вакуумметрическое давление и, при непрерывном перемешивании и периодическом барботаже реакционной массы, завершают процесс поликонденсации. Температура третьей стадии поликонденсации составляет от 195 до 205_С, вакуумметрическое давление от 0,92 до 1,0 кгс/см2 . Отгоны третьей стадии поликонденсации конденсируются в теплообменнике Т-1 и поступают в сборник Е-3, откуда подаются в канализацию.

Готовый полиэфир через нижний слив реактора Л-1 по обогреваемому трубопроводу избыточным давлением азота не более 2,5 кгс/см2 передается в сборник Е-6. Из сборника Е-6 готовый полиэфир через фильтр заливают в тару, взвешивают и отправляют потребителю.

Останавливают систему циркуляции оборотной воды через колонну-конденсатор К. Прекращают подачу оборотной воды на охлаждение теплоносителя Т-1. Отключают электроподогреватель Э 1/1,2 от сети. Останавливают насос Н 2 на циркуляции теплоносителя.

Содержимое рубашки аппарата Л-1 и теплоноситель из электроподогревателя Э 1/1,2 освобождают в емкость Е-4. Продувают азотом все аппараты и материальные трубопроводы. Отключают материальные трубопроводы. Промывают аппараты водой, после чего отключают водо- и паропроводы. Электрооборудование обесточивают.

2.5 Описание и обоснование принятых в проекте изменений

С целью увеличения производительности, ручной труд при загрузке адипиновой кислоты в реактор заменяем на бункер дозатор дискретного действия для сыпучих материалов ДБД-1.

С целью обеспечения бесперебойной работы производства, ручной способ управления технологическим процессом заменяем автоматической системой контрольно-измерительных приборов.

2.6 Материальный расчёт производства

Исходные данные для расчета:

Процесс периодический.

Производственная мощность - 1700 т/год.

Продолжительность процесса - 36 часов.

Уравнение реакции:

11HO-CH2-CH2-CH2-CH2-OH + 9 HOОC-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH

kat

18 H2O + HO[CH2-CH2-CH2-CH2-O-C(O)-CH2-CH2-CH2-CH2-C(O)-O]9CH2-CH2-CH2-CH2-OH

Молекулярные массы:

Адипиновой кислоты - М1(АК) = 146 г/моль;

1,4-бутандиола - М2 (1,4БД) = 90 г/моль;

Воды - М3 (H2O) = 18 г/моль;

Полиэфира ПБА - М4 (ПБА) = 1980 г/моль;

Катализатор - тетрабутоксититан.

Схема материальных поток в реакторе Л-1 изображена на рисунке №1

Рисунок № 1 - Схема материальных потоков.

Посчитаем соотношение:

11ЧМ2 + 9ЧМ1 = 1ЧМ4 + 18ЧМ3

11Ч90 + 9Ч146 = 1Ч1980 + 18Ч18

990 + 1314 = 1980 +324

2304 = 2304

Потери ПБА составляют 3%. На 1000 кг ПБА потери составят 30 кг.

Учтем массу каталитического комплекса:

1030 кг - 100%

Х кг - 0,0006%

Х = 0,0062 кг - масса катализатора тетрабутоксититана

Тогда расчет материального баланса производства полиэфира ПБА на одну тонну будет выглядеть так:

1. 1980 кг ПБА - 1314 кг АК

1029,994 кг ПБА - Х кг АК

Х = 683,54 кг

2. 1980 кг ПБА - 990 кг 1,4БД

1029,994 кг ПБА - Х кг 1,4БД

Х = 515,00 кг

3. 1980 кг ПБА - 324 кг отгонов (H2O)

1029,994 кг ПБА - Х кг отгонов (H2O)

Х = 168,54 кг

Материальный баланс на одну тонну ПБА приведён в таблице 2.6.

Таблица 2.6. - Материальный баланс на 1 тонну ПБА

ПРИХОД	ВЫХОД
Состав	Кг	%	Состав	кг	%
АК	683,54	57,03	ПБА	1000	83,434
1,4-БД	515,00	42,97	Отгоны(H2O)	168,54	14,062
Катализатор	0,0062	0,0006	Потери	30	2,503
Итого	1198,55	100	Итого	1198,55	100

Расчет материального баланса производства полиэфира на один цикл.

Эффективный фонд времени работы оборудования:

Тэфф = (Тк - Тр - Ттр)ЧфсмЧКсм = (365 - 12 - 14)Ч8Ч3 = 8136 (часов)

Тк = 365 дней - количество календарных дней в году;

Тр = 12 дней - количество дней в году, регламентированных на простой оборудования в планово-предупредительный ремонт;

Ттр = 14 дней - количество дней в году, идущих на текущий ремонт;

фсм = продолжительность смены;

Ксм = количество смен в сутки.

Количество циклов в год:

N = Тэфф / tц = 8136 / 36 = 226 (циклов)

tц - продолжительность цикла. [8]

Количество полиэфира, производимого за один цикл:

Gцикл = 1700000 / 226 = 7522,12 кг

Тогда расчет материального баланса производства полиэфира ПБА на один цикл будет выглядеть так:

Потери ПБА на 7522,12 кг составят 225,66

Масса катализатора:

7522,12 кг - 100%

Х кг - 0,0006%

Х = 0,045 кг - масса катализатора тетрабутоксититана

1. 1980 кг ПБА - 1314 кг АК

7747,735 кг ПБА - Х кг АК

Х = 5141,68 кг

2. 1980 кг ПБА - 990 кг 1,4БД

7747,735 кг ПБА - Х кг 1,4БД

Х = 3873,87 кг

3. 1980 кг ПБА - 324 кг отгонов (H2O)

7747,735 кг ПБА - Х кг отгонов (H2O)

Х = 1267,81 кг

Материальный баланс на один цикл ПБА приведён в таблице 2.6.1:

Таблица 2.6.1 - Материальный баланс на один цикл ПБА

ПРИХОД	ВЫХОД
Состав	кг/цикл	%	Состав	кг/цикл	%
АК	5141,68	57,03	ПБА	7522,12	83,434
1,4-БД	3873,87	42,97	Отгоны(H2O)	1267,81	14,062
Катализатор	0,045	0,0006	Потери	225,66	2,503
Итого	9015,56	100	Итого	9015,56	100

Расчет материального баланса производства полиэфира ПБА на мощность 1700 т/год:

Потери ПБА на 1700000 кг составят 51000 кг

Масса катализатора:

1751000 кг - 100%

Х кг - 0,0006%

Х = 10,506 - масса катализатора тетрабутоксититана

1. 1980 кг ПБА - 1314 кг АК

1750989,494 кг ПБА - Х кг АК

Х = 1162020,30 кг

2. 1980 кг ПБА - 990 кг 1,4БД

1750989,494 кг ПБА - Х кг 1,4БД

Х = 875494,747 кг

3. 1980 кг ПБА - 324 кг отгонов (H2O)

1750989,494 кг ПБА - Х кг отгонов (H2O)

Х = 286525,554 кг

Материальный баланс производства полиэфира ПБА на мощность 1700 т/год приведён в таблице 2.6.2.

Таблица 2.6.2 - Материальный баланс производства полиэфира ПБА на мощность 1700 т/год.

ПРИХОД	ВЫХОД
Состав	Кг	%	Состав	Кг	%
АК	1162020,30	57,03	ПБА	1700000	83,434
1,4-БД	875494,747	42,97	Отгоны(H2O)	286525,554	14,062
Катализатор	10,506	0,0006	Потери	51000	2,503
Итого	2037525,554	100	Итого	20375525,554	100

2.7 Технологические расчёты

Массовый расход реакционной смеси:

G = mц / tц = 7522,12 / 36 = 208,95 кг/час

Где mц - масса реакционной смеси, кг

tц - продолжительность цикла, час

Объемный расход реакционной смеси:

Voб =G / ссм = 208,95 / 1153,5 = 0,18 м3

Где ссм - плотность смеси (известно из технологического регламента), кг/ м3

Объем реактора:

Vап = mц Ч tц / 24 Ч ц Ч ссм = (7522,12 Ч 36) / (24 Ч 0,8 Ч 1153,5) = =270796,32 / 22147,2 = 12,2 м3

Где ц - коэффициент заполнения реактора (известно из регламента)

2.7.1 Расчёт количества оборудования

Аппарат с мешалкой:

Принимаем стандартный реактор по ГОСТ 9931 - 85 объемом 12,5 м3

Производительность аппарата:

Qап = (Vап Ч ц) / tц = (12,5 Ч 0,8) / 36= 0,28 м3

Где ц - коэффициент заполнения реактора (известно из технологического регламента)

Количество реакторов:

N = Voб / Qап = 0,18 / 0,28 = 0,6 шт.

Следовательно, достаточно будет одного аппарата рабочего и одного как резервного.

2.7.2 Технологический расчёт основного оборудования

1)Аппарат с мешалкой предназначен для проведения синтеза

полиэфира ПБА:

Основные размеры аппарата [13]:

Объем аппарата, Vап = 12,5 м3

Диаметр аппарата, D = 2200 мм

Высота аппарата, L = 3580 мм

Рабочее давление в аппарате 0,4 МПа

Рабочее давление в рубашке 0,6 МПа

Мешалка рамная

Диаметр мешалки:

dм = D / (1,4 ч 1,7)

dм = 2200 мм / 1,6 = 1375 мм

Принимаем стандартный диаметр мешалки dм = 1450 мм

Расстояние от нижней границы мешалки до границы аппарата:

hм = 0,3 Ч dм = 0,3 Ч 1450 мм = 435 мм

Для мешалок данного типа и диаметра соответствует [12]:

Частота вращения мешалки:

n = 50,4 об/мин = 0,84 с-1

Уровень жидкости в аппарате:

Hж = (0,75 ч 0,8) Ч L = 0,8 Ч 3580 = 3356,25 мм



Где L - высота аппарата

Расчет мощности, требуемой на перемешивание:

Nм = KN Ч сc Ч n3 Ч dм5

Где KN - критерий мощности, определяемый из расчета критерия Рейнольдса и симплекса геометрического подобия.

сc - плотность перемешиваемой среды, кг/м3

Критерий Рейнольдса:

Re = сc Ч n Ч dм2 / мс

Re = 1153,3 кг/м3 Ч 0,84 с-1 Ч (1,45 м) 2 / 0,04 ПаЧс = 47478,06

Где м - динамический коэффициент вязкости смеси (известно из технологического регламента), ПаЧс

Симплекс геометрического подобия:

Гd = D / Dм = 2200 мм / 1450 мм = 1,52

Учитывая значения Re и Гd с помощью графика [12] определяем критерий мощности для рамной мешалки KN = 0,3

Nм = 0,3 Ч 1153,5 кг/м3 Ч (0,84 с-1)3 Ч (1,45 м)5 = 1103,1 Вт

Мощность, с учетом внутренних устройств (гильза термометра, устройство для замера уровня, две трубы передавливания) [12]:

N1 = K1 Ч K2 Ч K3 Ч Nм = 1,1 Ч 1,2 Ч1,3 Ч 1103,1 Вт = 1892,92 Вт

Где K1 , K2 , K3 - коэффициенты, учитывающие влияние внутренних устройств.

Мощность двигателя:

Nдв = Kn Ч (Nм + N1) / з = 1,25 Ч (1103,1 Вт + 1892,2 Вт) / 0,93 = 4,0 кВт

Где Kn - коэффициент запаса;

з - КПД привода.

Вычесляем вращающий момент Т на валу мотор-редуктора [13]:

Угловая скорость вала [13]:

W = р Ч n / 30 = 3,14 Ч 50,4 об/мин / 30 = 5,28 сек-1

Т = Р Ч 103 / W = 4 кВт Ч 103 / 5,28 сек-1 = 758,27 H Ч м

Наименьший диаметр вала:

d ? = 45,59 мм.

По расчитанному диаметру выбираем стандартный мотор-редуктор с диаметром вала 65 мм. По диаметру вала и вращательному моменту выбираем муфту. По размерам мотор-редуктора выбираем стойку и опору [13].

Проведем расчет вала перемешивающего устройства [13]:

d1 = d = 65 мм.

d2 = d1 + (4…7) = 69 мм. Округляем до стандартного 75 мм.

d2 - диаметр вала под уплотнение в крышке подшипникого узла.

d3 = d2 + (2…4) мм = 77 мм.

d4 = 80 мм. Предназначен для посадки подшипника.

d5 = d4 + (6…8) мм = 86 мм.

d6 = 80 мм. Согласуется с диаметром отверстия в сальниковом уплотнении. полиэфир адипиновой кислота штуцер

d7 = 60 мм. Диаметр вала в месте посадки мешалки.

Расчет цилиндрической обечайки.

Толщина стенки обечайки нагруженной наружным давлением:

SR = ;

Где - давление в аппарате, МПа;

D - диаметр аппарата, мм;

[] - допускаемое напряжение , МПа (зависит от марки стали и температуры);

c - прибавка на коррозию.

SR = = 5,84 мм

Округляем значение в большую сторону до ближайшей стандартной толщины листа S = 6 мм [13].

Проверка [13]:

(S - c) / D ? 1

(6 - 2) / 2200 = 0,0018 - Условие выполняется.

Проверка на допускаемое наружное давление [13]:

[p] = = = 0,46 Мпа

0,4 МПа 0,46 МПа - Условие надежной эксплуатации выполняется.

Расчет днища и крышки аппарата.

Толщина стенки эллиптического отбортованного днища, нагруженного наружным давлением [13]:

SR = = = 3,49 мм

0,4 МПа 0,46 МПа

S SR + c

S = 3,49 мм + 2 мм = 5,49 мм

Округляем значение в большую сторону до ближайшей стандартной толщины S = 6 мм [3].

Проверка [3]:

S - c / D 1

6 - 2 / 2200 = 0,0018 - Условие выполняется.

Проверка на допускаемое наружное давление [13]:

[p] = = = 0,46 Мпа

0,4 МПа 0,46 МПа - Условие надежной эксплуатации выполняется.

Расчет элементов рубашки.

В качестве расчетного давления принимают давление в рубашке. Для корпусов с внутренним D 2200 мм диаметр рубашки принимают больше диаметра D на 200 мм [13].

Толщина стенки цилиндрической части рубашки [13]:



SR =

Где = 1 - коэффициент прочности сварного шва;

p - рабочее давление в рубашке.

SR = = 5,73 мм

S SR + с

S = 5,73 мм + 2 мм = 7,73 мм

Округляем значение в большую сторону до ближайшей стандартной толщины S = 8 мм [13].

Проверка [13]:

(S - c) / D 1

(8 мм - 2 мм) / 2400 мм = 0,0025 - Условие выполняется.

Проверка на допускаемое наружное давление [13]:

[p] = = = 0,63 Мпа

0,6 0,63 МПа - Условие надежной эксплуатации выполняется.

Эллиптическое днище [13]:

SR = = = 5,72

S SR + c

S = 5,72 + 2 = 7,72 мм

Округляем значение в большую сторону до ближайшей стандартной толщины S = 8 мм. [13].

Проверка [13]:

S - c / D

8 мм - 2 мм / 2400 = 0,0025 - Условие выполняется.

Проверка на допускаемое наружное давление [13]:

[p] = = = 0,63 Мпа

0,6 0,63 МПа - Условие надежной эксплуатации выполняется.

Фланцевые соединения и штуцера.

Выбираем фланцы плоские приварные с гладкой уплотнительной поверхностью, так как их применяют при P 2,5 МПа и Т 300 [13].

Размеры фланцев выбирают по внутреннему диаметру аппарата и условному давлению [13].

Для уплотнения во фланцах применяют прокладки различной конструкции. Прокладки из паронита выдерживают температуру до 400 и давление до 2,5 МПа. Размеры прокладок выбирают по внутреннему диаметру аппарата и условному давлению [13]:

Dn = 2284 мм

dn = 2240 мм

h = 2 мм

Проверочный расчет болтов [13]:

Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего давления.

QD = 0,785 Ч D2сп Ч P



Где Dсп = 0,5 Ч (Dn + dn) - средний диаметр прокладки

Dсп = 0,5 Ч (2284 + 2240) = 2262 мм

QD = 0,785 Ч 22622 Ч 0,4 = 1606626,216 Н

Реакция прокладки:

Rn = 2р Ч Dсп Ч b0 Ч m Ч P

Где b0 - эффективная ширина прокладки

Если bn > 15 мм, то b0 = 0,6 , где bn - ширина прокладки

bn = 0,5 Ч (Dn - dn) = 0,5 Ч (2284 - 2240) = 22 мм

Значит b0 = 0,6 = 2,8 мм

m = 2,5 для прокладок из паронита

Rn = 2 Ч 3,14 Ч 2262 Ч 2,8 Ч 20 Ч 0,4 = 318200,064 Н

Болтовая нагрузка при сборке. Принимают наибольшее значение из трех расчетных.

РБ1 = р Ч Dсп Ч b0 Ч q

РБ1 = 0,4 Ч [уб]20 Ч nб Ч fб

РБ1 = 1,2 Ч QD + Rn

Где q = 20 МПа для прокладок из паронита

[уб]20 = 130 МПа - допускаемое напряжение для материала при 20

nб - число болтов, равное числу отверстий Z во фланце

fб - площадь поперечного сечения болта, мм2

РБ1 = 3,14 Ч 2262 Ч 2,8 Ч 20 = 397750,08 Н

РБ1 = 0,4 Ч 130 Ч 72 Ч452,16 = 1692887,04 Н

РБ1 = 1,2 Ч 1606626,216 + 318200,064 = 2246151,5232Н

Проверка прочности болтов при монтаже.

уБ1 = РБ1max / nб Ч fб ? [уб]20

уБ1 = 2246151,5232/72 Ч 452,16 = 102 МПа

102 МПа ? 130 МПа - условие выполняется.

Проверка прочности болтов в период эксплуатации.

уБ2 = РБ2 / nб Ч fб ? [уб]t°

Где [уб]t° = 120 МПа - допускаемое напряжение для материала болта при рабочей температуре

РБ2 ? 1,3 Ч РБ1max

РБ2=1,3 Ч 2246151,5232 = 2919996,98

уБ2 = 2919996,98/72 Ч 452,16 = 104,2 МПа

104,2 МПа ? 120 МПа - условие выполняется.

Таблица 2.7.2. - Назначение штуцеров [13]

Обозначение	Назначение штуцера	Количество	Dy, мм	Py, МПа
1	2	3	4	5
А	Вход продукта	1	150	10
Б	Выход продукта	1	150	10
В	Вход продукта	1	150	10
Г	Выход паров продукта	1	250	10
Д	Термометр	1	65	10
Е	Манометр	1	40	10
Ж	Воздушка	1	80	10
З	Люк	1	500	10
И	Вход азота	1	80	10
К	Термометр	1	65	10
Л	Для отбора проб	1	40	10
М	Вход теплоносителя	1	80	10
Н	Выход теплоносителя	1	80	10
П	Воздушка	1	Труб 1/2"

Опоры аппарата.

Выбираем лапы для аппаратов.

Задаемся количеством лап z =6

Вес металла, из которого изготовлен аппарат [13]:

G1 ? 1,1 Ч F Ч S Ч гм

Где F - внутренняя поверхность корпуса, м2

S - исполнительная толщина стенок, м

гм = 78,5 кН/м3 - удельный вес металла

Коэффициент 1,1 учитывает вес фланцев, штуцеров и так далее

G1 = 1,1 Ч 27,6 Ч 0,006 Ч 78,5 = 14,3 кН

Вес металлоконструкций, установленных на крышке аппарата (привод и так далее) [13]:

G2 = 0,5 Ч G1 = 0,5 Ч 12,18= 6,1 кН

Вес воды, заполняющей аппарат при гидравлических испытаниях [13]:

G3 = V Ч г

Где V - внутренний объем аппарата, м3

г = 10 кН/м3 - удельный вес воды

G3 = 12,5 Ч 10 = 125 кН

Максимальная нагрузка на одну опору [13]:

Qmax = л Ч (G1 + G2 + G3) / z

Где z = 6 - число опор

л = 2 - при z = 6

Qmax = 2 Ч (14,3 + 6,1 + 125) / 6 = 48,47 кН

Выбираем опоры по условию Qтабл ? Qрасч

63 кН ? 48,47 кН

2) Ёмкость Е-1 для слива 1,4-БД:

Емкость предназначена для хранения и подачи насосом НД-1 1,4-БД в реактор Л-1.

Выбор емкости производим исходя из 5-10-ти минутного запаса жидкости, в случае прекращения ее подачи.

Необходимый объем емкости:

V =

где G1,4-БД - расход жидкости в данной емкости кг/ч;

G1,4-БД =61796,292 кг/ч (см материальный баланс)

ф = 25 мин - запас емкости.

Фзап- максимальный уровень в емкости фзап =0,8

с - плотность жидкости поступающей в емкость. С=1105 кг/м3

V = =29 м3

Принимаем емкость объемом 29 м3.

2.7.3 Тепловой расчёт

Цель теплового расчета - определение требуемой поверхности теплообмена проектируемого аппарата. Расчет поверхности теплообмена основан на совместном решении уравнений теплового баланса и теплопередачи.

Уравнение теплового баланса: Qпр = Qрасх - приход теплоты в аппарат должен быть равен расходу теплоты в том же аппарате.

Тепловой баланс рассчитываем по данным материального баланса, то есть на цикл работы для одного аппарата.

Исходные данные для теплового расчета:

Аппарат:

Масса аппарата - 10000 кг

Теплоемкость конструкционного материала - 0,503 кДж Ч кг / град

Температурный режим:

Тн = 20 - начальная температура

Тк = 205 - конечная температура

Загрузка сырья в один аппарат с рабочим объемом 12,5 м3:

mАК = 5141,70 кг

mБД = 3873,89 кг

mПБА = 7522,12 кг

mотгоны = 1267,82 кг

mпотери = 225,66 кг

Средние удельные теплоемкости сырья:

САК = 1,426 кДж Ч кг / град

СБД = 3,078 кДж Ч кг / град

СПБА = 2,467 кДж Ч кг / град

Для теплового расчета используем следующее уравнение:

Qисх + Qмеш + Qтепл + Qкат = Qпрод + Qнагрев + Qпотери

Qисх - тепло, вносимое потоками исходного сырья;

Qмеш - тепло, выделяющееся при перемешивании механическим устройством;

Qтепл - тепло, вносимое теплоносителем;

Qкат - тепло, вносимое катализатором;

Qпрод - тепло, уносимое продуктами реакции;

Qнагрев - теплота, затраченная на нагрев реактора;

Qпотери - тепловые потери, уносимые в окружающую среду.

Qмеш и Qкат можно пренебречь, так как частота вращения мешалки и количество загружаемого катализатора небольшие.

Qисх = QАК + QБД

Qпрод = QПБА + QПБА(потери) + Qотгоны

Q = m Ч cp + t

Где m - масса вещества, кг;

cp - теплоемкость вещества, кДж Ч кг / град;

t - температура вещества, .

QАК = 5141,7 Ч 1,426 Ч 20 = 146641,284 кДж = 40,73 кВт

QБД = 3873,89 Ч 3,078 Ч 20 = 238476,67 кДж = 66,24 кВт

QПБА = 7522,12 Ч 2,467 Ч 205 = 3804199,36 кДж = 1056,72 кВт

QПБА(потери) = 225,66 Ч 2,467 Ч 205 = 114124,1601 кДж = 31,70 кВт

На первой стадии уходит 70 % всех отгонов, на второй - 30 %

Qотгоны = (887,474 Ч 2262,6) + (380,346 Ч 649,45) = 2007998,6724 + 247015,7097 = 2255014,3821 кДж = 626 кВт

Где 2262,6 кДж Ч кг / град - теплота парообразования воды;

649,45 кДж Ч кг / град - теплота испарения отгонов.

Qисх = QАК + QБД = 40,73+ 66,24 = 106,97 кВт

Qпрод = QПБА + QПБА(потери) + Qотгоны = 1056,72 + 31,70 + 626 = 1714,42 кВт

Теплота затраченная на нагрев реактора:

Qнагрев = Ga Ч с Ч (Тк - Тн)

Где Ga - масса аппарата, кг;

с - теплоемкость конструкционного материала, кДж Ч кг / град;

Тк и Тн - конечная и начальная температуры аппарата, .

Qнагрев = 10000 Ч 0,503 Ч (205 - 20) = 930550,0 кДж = 258,49 кВт

Тепловые потери, уносимые в окружающую среду [9]:

Qпотери = б Ч F Чt

Где F - поверхность теплообмена, м2;

t - разность температур стенки аппарата и окружающей среды, ;

б = бк + бл - суммарный коэффициент массоотдачи, равный сумме коэффициента теплоотдачи конвекцией бк, Вт / м2 Ч К и коэффициента теплоотдачи лучеиспусканием бл, Вт / м2 Ч К.

бк = 1,82

бк = 10,37 Вт / м2 Ч К

бл = с1 Ч ( (Tn / 100)4 - (T0 / 100)4) / tn - t0

Где с1 = 4,2 - степень темноты поверхности аппарата [9]

бл = 4,2 Ч ( 500,55 К - 73,7 К) / 180 = 9,96 Вт / м2 Ч К

б = 10,37 + 9,96 = 20,33 Вт / м2 Ч К

Qпотери = 20,33 Ч 27,6 Ч 185 = 103804,98 кДж = 28,83 кВт

Тепло, подводимое теплоносителем:

Qтепл = Qпрод + Qнагрев + Qпотери - Qисх = 1714,42 + 258,49 + 28,83 - 106,97 = 1894,77 кВт

Положительный знак указывает на то, что тепло необходимо подводить с помощью теплоносителя.

Результат теплового баланса отражается в таблице 2.7.3

Таблица 2.7.3- Тепловой баланс производства ПБА.

Приход	Расход
Тепловой поток	кВт	%	Тепловой поток	кВт	%
Адипиновая кислота	40,73	2,03	Полиэфир ПБА	1056,72	52,79
1,4 - бутандиол	66,24	3,3	ПБА (потери)	31,7	1,58
Теплоноситель ПЭС - 5	1894,77	94,67	Отгоны	626	31,27
			Тепло на нагрев	258,49	12,92
			Потери в окружающую среду	28,83	1,44
Итого	2001,74	100		2001,74	100

Необходимая поверхность теплообмена может быть рассчитана из уравнения теплопередачи:

Qт = k Ч F Чtср

Отсюда расчетная поверхность теплообмена равна:

Fрас = Qт / k Чtср

Где k - коэффициент теплопередачи, Вт / м2 Ч град;

tср - средняя температура среды,

k = 1 / (1/б1 + 1/б2 + 1/rз1 + 1/rз2 + д/л)

Где б1 и б2 - коэффициенты теплоотдачи реакционной среды и теплоносителя, Вт / м2 Ч град;

rз1 и rз2 - тепловая проводимость загрязненных стенок, Вт / м2 Ч град:

rз1 = 2900 Вт / м2 Ч град - вода среднего качества,

rз2 = 5700 Вт / м2 Ч град - для органической жидкости;

д - толщина стенки, м;

л = 46,5 Вт / м Ч град - коэффициент теплопроводности стали

Коэффициент теплоотдачи реакционной среды б1:

б1 = Nu Ч л /D

Где л - теплопроводность реакционной среды, Вт / м Ч град;

D - диаметр аппарата, м

Nu - коэффициент Нуссельта

Коэффициент Нуссельта:

Nu = 0,36 Ч Re0,67 Ч Pr0,33 Ч (м / мст)0,14

Где м и мст - вязкость реакционной среды, Па Ч с [9];

Re - коэффициент Рейнольдса;

Pr - коэффициент Прандтля.

Re = n Ч dм2 Ч с / м

Где n - частота вращения мешалки, с-1;

dм - диаметр мешалки, м;

с - плотность реакционной среды, г / см

Re = 0,84 Ч 1,452 Ч 1153,5 / 0,04 = 47478,06

Pr = ср Ч м / л

Где ср = 1180 кДж / кг Ч град - теплоемкость реакционной среды;

л = 0,06 Вт / м Ч град - теплопроводность реакционной смеси [9];

Pr = 1180 Ч0,04 / 0,06 = 786,6

Nu = 0,36 Ч 47478,060,67 Ч 786,60,33 Ч (0,04 / 0,035)0,14 = 4500,52

б1 = 4500,52 Ч 0,06 / 2,2 = 122,74 Вт / м2 Ч град

Коэффициент теплоотдачи теплоносителя б2 :

б2 = Nu Ч л / d

Где л = 0,645 Вт / м2 Ч град - теплопроводность теплоносителя, Вт / м2 Ч град [1];

Nu - коэффициент Нуссельта;

d - диаметр канала (трубы), м [9];

Nu = 0,66 Ч Re0,5 Ч Pr0,33 Ч (Pr / Prст)

Где Pr и Prст - коэффициенты Прандтля для теплоносителя в центре и у стенки аппарата;

Re - коэффициент Рейнольдса

Re = w Ч d Ч с / м

Где w = 0,8 м/с - скорость подачи теплоносителя;

d - диаметр трубы (канала), м;

с = 1075 г/см3 для 200 - плотность теплоносителя;

м = 0,038 Па Ч с для 200 - вязкость теплоносителя [9],

Re = 0,8 Ч 0,5 Ч 1075 / 0,038 = 1131

Pr = ср Ч м / л

Где ср - теплоемкость теплоносителя (ср = 4190 кДж / кг Ч град в центре аппарата при 200 ; ср = 4450 кДж / кг Чград у стенки аппарата при 230 );

л - теплопроводность реакционной среды ( л = 0,845 Вт / м Ч град в центре аппарата при 200 ; л = 0,873 Вт / м Ч град у стенки аппарата при 230 );

м - вязкость теплоносителя (м = 0,007 Па Чс в центре аппарата при 200 ; м = 0,0064 Па Чс у стенки аппарата при 230 ) [9];

Pr = 4190 Ч 0,007 / 0,845 = 34,71

Prст = 4450 Ч 0,0064 / 0,873 = 32,62

Nu = 0,66 Ч 11310,5 Ч 34,710,33 Ч (34,71 / 32,62) = 72,51

б2 = 72,51 Ч 0,645 / 0,05 = 935,38 Вт / м2 Ч град

Обогрев осуществляется теплоносителем ПЭС - 5 с начальной температурой:

t = 250= 523 K

t1н = 523 К t1к = 503 К

t2н = 293 К t2к = 473 К

A = (t1н - t2н) / (t1к - t2к) = (523 - 473) / (503 - 293) = 1,67

Средняя температура среды:

tср = (t2н - t2н) / 2,3 lg ((t1н - t2н) / (t1к - t2к)) Ч (A - 1) / 2,3 lg А

tср = (473 - 293) / 2,3 lg((523 - 293) / (523 - 473)) Ч (1,67 - 1) / 2,3 lg1,67 = 92,12

Коэффициент теплопередачи:

k = 1 / (1/122,74 + 1/2900 + 0,006/46,5 + 1/5700 + 1/935,38) = 109,59 Вт / м2 Ч град

Тогда расчетная поверхность теплопередачи:

Fрас = 1417,83 / (109,59 Ч 92,12) = 14,0 м2

Реальная поверхность теплопередачи:

Fреал = р Ч D Ч Hж = 3,14 Ч 2,2 Ч 2,864 = 19,78 м2

Fрас = 14,0 м2 < Fреал = 19,78 м2. Следовательно, эффективный теплоперенос обеспечен.

Запас площади поверхности:

(19,78 / 14,0 Ч100) - 100 = 41,30%

2.8 Описание устройства и принципа действия основного оборудования

Технические требования:

1. Аппарат подведомственен Госгортехнадзору.

2. Изготовление аппарата и его приёмка производится в

соответствии с требованиями ГОСТ 26.291-71.

3. Гидравлические испытания аппарата производят под давлением 700кПа; его рубашки - 900кПа.

4. Наружная поверхность готовится под лакокрасочное покрытие по ГОСТ 9032-74.

5. Место строповки маркируется по ГОСТ 4.203-69.

6. На аппарат наносят монтажные риски чёрного цвета,

Фиксирующие главные оси аппарата.

7. Консервацию аппарата производят согласно ОСТ 26-01-89073.

8. Комплектовку, установку, маркировку и отгрузку аппарата

Производят по ведомости на упаковке 06-04000.00В04В.

9. Аппарат в собранном виде с отдельно упакованными приводами, пневмо-гидрохолодильником, теплообменником и баком для торцевого уплотнителя.

Техническая характеристика:

1. Рабочее давление в аппарате до 400кПа, в рубашке 600кПа.

2. Температура стенки аппарата от -20 до +250в рубашке

температура +250.

3. Среда в аппарате и рубашке токсичная.

4. Ёмкость аппарата 12,5м3.

5. Число оборотов вала мешалки 50,4об/мин.

6. Мотор-редуктор МП02.

7. Основной материал аппарата сталь двухслойная

16ГС+12Х18Н10Т ГОСТ 108, рубашки ВСТ 3 сп ГОСТ 380-7.

8. Допускается замена листовой стали ВСТ 3 сп 5 на сталь 16ГС ГОСТ 5520-69.

Для получения полиэфира ПБА периодическим способом применяют

реактор из нержавеющей стали.

Реактор оборудован мешалкой и обогревающей рубашкой , заполненной теплоносителем, который непрерывно циркулирует в системе.

Реактор соединён материальными линиями приёма гликолей и адипиновой Кислоты с колонной-конденсатором и конденсатором.

Реактор снабжён штуцером А для входа гликолей, штуцером В для Входа адипиновой кислоты, штуцером Б для входа готового полиэфира, Штуцером Г для выхода паров гликолей с парами воды, штуцером Д для Термометра, штуцером И для барботажа азотом, штуцером М для теплоносителя ПЭС-5, штуцером Н для выхода теплоносителя ПЭС-5.

Колонна-конденсатор представляет собой цилиндрический аппарат, Заполненный кольцами Рашига, снабжённый рубашкой и трубчатыми элементами охлаждения. Назначение колонны-конденсатора заключается в том, чтобы исключить возможность вывода гликолей из реакционной зоны с парами реакционной воды и обеспечить молярное соотношение гликолей в реакции поликонденсации.

2.9 Химический и физико-химический контроль производства

Таблица 2.9. - Химический и физико-химический контроль производства.

Наименование объекта или стадий процесса	Единица измерения	Допустимые пределы технологических параметров	Класс точности измерительных приборов	Примеча-ния
1	2	3	4	5
Сборники: а) уровень при приеме продукта б) температура при хранении	%	Не менее 30 Не более 80 Не менее 20 Не более 80	1 0,5	Регистра-ция, показание, сигнализа-ция
Давление: а) при передавливании б) при испытании на герметичность	МПа МПа	Не более 25 Не более 0,1

Подобные документы

• Проект производства полиэфира П6-БА мощностью 1150 т/год

  Технологическая схема производства полиэфира, характеристика сырья, вспомогательных материалов и готового продукта. Расчет материального баланса и необходимого количества оборудования. Механический расчет оборудования. Теплообмен проектируемого аппарата.
  
  курсовая работа [95,0 K], добавлен 23.09.2017
  

• Проект производства ангидрита - шлаковых листов "ПАНО" с производительностью использования фторангидрита 10 тонн в сутки

  Физико-химические основы процессов получения и нейтрализации техногенного ангидрита. Разработка цеха по производству ангидритовых листов сухой штукатурки из промышленных отходов, планирование затрат и подбор оборудования, оценка экологического эффекта.
  
  дипломная работа [2,0 M], добавлен 09.02.2011
  

• Расчет вакуумной колонны для переработки мазута по масляному варианту производительностью 5 млн. тонн в год

  Основы процесса ректификации. Физико-химические свойства нефти и составляющих ее фракций. Выбор варианта переработки нефти. Расчет материального баланса и температурного режима установки. Определение теплового баланса вакуумной колонны и теплообменника.
  
  курсовая работа [127,6 K], добавлен 09.03.2012
  

• Проект участка синтеза высших жирных кислот производительностью 20 т/сут.

  Организационно-технологическая часть: физико-химические основы процесса окисления парафинов, стандарты и технические условия на сырьё, промежуточные продукты, материалы и готовую продукцию. Выбор и обоснование технологической схемы производства.
  
  курсовая работа [593,9 K], добавлен 28.12.2011
  

• Производство студнеобразователя агар-агара

  Характеристика сырья, области применения и физико-химические свойства агара. Описание агрегатно-технологической линии производства агара из дальневосточной анфельции. Теоретические основы процесса выпаривания. Расчет однокорпусной выпарной установки.
  
  реферат [81,4 K], добавлен 26.09.2011
  

• Физико-химические основы производства портландцемента

  Физико-химические основы приготовления сырьевой смеси для производства портландцемента по мокрому способу: измельчение, обжиг сырьевой смеси, получение и измельчение клинкера. Портландцементный клинкер как продукт спекания при обжиге сырьевой шихты.
  
  курсовая работа [1000,6 K], добавлен 14.07.2012
  

• Технологический процесс изготовления штуцера 20-150

  Способы совершенствования сварочного производства применительно к сварной конструкции штуцера 20-150. Анализ конструкции изделия на технологичность. Обоснование выбора материала. Анализ характера конструкции изделия и выбор неразъемных соединений.
  
  дипломная работа [2,1 M], добавлен 15.07.2015
  

• Производство метацина мощностью 5 тонн в полгода

  Технологическая схема производства метацина. Расчет производительности оборудования по стадиям. Физико-химические свойства реакционной массы на операции йодометилирования бензацина. Гидромеханический расчет реактора. Тепловой эффект химической реакции.
  
  дипломная работа [1,7 M], добавлен 21.05.2013
  

• Производство гипса на Аракчинском гипсовом заводе

  История и перспективы развития Аракчинского гипсового завода. Описание общезаводского хозяйства. Физико-химические основы технологического процесса. Технологии и оборудование для производства гипса, техника безопасности, перспективы развития производства.
  
  отчет по практике [244,7 K], добавлен 16.04.2011
  

• Проект отделения производства стали в дуговых электропечах производительностью 40 тыс. т/год

  Физико-химические основы производства стали. Описание основных элементов конструкции дуговой сталеплавильной печи. Расчет экономических характеристик по проектируемому отделению, некоторых показателей по электроснабжению. Методы безопасной работы.
  
  дипломная работа [6,5 M], добавлен 21.05.2015
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам