Проект производства полиэфира П6-БА мощностью 1150 т/год

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Ключевые слова: поликонденсация, полиэфир П6-БА, этиленгликоль, адипиновая кислота, 1,4-бутандиол, тетрабутоксититан.

Цель: спроектировать производство полиэфира П6-БА мощностью 1150т/год.

В расчетно-пояснительной записке приведены: технологическая схема производства, характеристика сырья, вспомогательных материалов и готового продукта, расчёт материального баланса и необходимого количества оборудования, механический расчет основного аппарата, тепловой расчёт.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АДК - Адипиновая кислота

ЭГ - Этиленгликоль

ТБТ - Тетрабутоксититан

ПЭ - Полиэфир

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. Технология получения полиэфиров была разработана в 1959-1962 гг. Первое на «Казанском заводе синтетического каучука» производство полиэфиров было организовано в 1966 году, а в 1979 году введено в действие производство полиэфира ПБА, марки полиэфиров ПБА I и ПБА III - в 1986 году [1].

Едва ли найдутся отрасли народного хозяйства, где бы ни применялись полиэфиры. При этом выделяются отрасли, в которых объем их потребления особенно велик. К ним относятся: судостроение, автомобилестроение и транспортное машиностроение, строительство, химическая промышленность, электротехническая промышленность, мебельная промышленность, товары народного потребления [1].

Полиэфиры служат основой для производства уретановых каучуков, монолитных и пористых изделий методом литья, для получения оптически чувствительных уретановых полимеров, а также в качестве компонента в клеевых композициях. Полиэфиры нашли широкое применение в резинотехнической промышленности, машиностроении, при изготовлении магнитных лент, а также для изготовления заливочных и лакокрасочных материалов.

Полиэтиленадипинаты устойчивы к старению, обладают низкой летучестью и хорошими миграционными свойствами, их окраска более светлая, к экстракции углеводородами они более устойчивы, чем например полиэтиленсебацинаты.

В промышленности полиэфиры применяют в качестве пластификаторов. Введение пластификаторов в каучуки облегчает их переработку, повышает пластичность резиновой смеси, способствует уменьшению разогрева при смешивании и снижает опасность под вулканизации.

Таким образом, достаточно многообразное применение полиэфиров во многих отраслях промышленности свидетельствует о их важности и значимости как в качестве целого, так и полупродукта в составе различных композиционных материалов.

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА

1.1 Технико-экономическое сравнение существующих методов производства

Технология получения полиэфиров и на их основе - нового класса высокомолекулярных соединений - полиуретанов, превосходящих по износостойкости все известные полимерные материалы, разработана в 1959- 1962 гг. Опытное производство полиуретанов освоено на производственной базе ВНИИСК. Промышленное производство полиэфиров по непрерывной технологии организовано на «Казанском заводе синтетического каучука» в 1966 г., а в 1979г. введено в действие производство полиэфира ПБА.

Сложные полиэфиры адипиновой кислоты и различных гликолей (П-6, ПС, П6-БА, ПБА, ЭДА-50, П-9А) используются для получения полиуретанов методом литья, для вальцуемых полиуретановых каучуков, отличающихся высокими прочностными показателями, сочетанием высокой твердости с эластичностью, уникальной стойкостью к истиранию, растворителям, маслам, топливам, агрессивным средам, для получения компонент в клеевых композициях в обувной промышленности, машиностроении, при изготовлении магнитных лент, а также для изготовления заливочных и лакокрасочных материалов.

1.2 Выбор района и площадки для строительства

Экономически целесообразное размещение предприятий промышленности синтетического каучука связано с особенностями производств. Место строительства обуславливается следующими признаками.

1. Наличие энергоресурсов. Энергоресурсы поставляет ТЭЦ.

2. Наличие сырья. Высокая материалоемкость приводит к необходимости размещения заводов СК вблизи заводов добычи сырья.

Сырье поставляется химическими предприятиями-производителями и хранится в непроизводственном помещении в специальных емкостях. Из емкостей подается в технологическую линию.

3. Дороги положены полностью с твердым покрытием и обеспечивают доступность цеха со всех сторон.

4. Цех полностью укомплектован рабочей силой. Источником квалифицированной рабочей силы являются учебные заведения города Казани.

5. По уровню расхода воды заводы СК относятся к группе сверх водоемких производств, потребляющих свыше 1000 м3 воды на 1 тонну продукции, поэтому важное значение имеет наличие водных ресурсов.

Казанский ОАО «Завод СК им. С.М.Кирова» находится у озера Кабан.

Расположение Казанского ОАО «Завод СК им. С.М.Кирова» соответствует выше перечисленным требованиям.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Теоретические основы производства

Полиэфир П6-БА представляет собой продукт поликонденсации адипиновой кислоты, этиленгликоля, 1,4-бутандиола. В качестве катализатора используется тетрабутоксититан.

Поликонденсация протекает по реакции полиэтерификации в результате взаимодействия гидроксильных и карбоксильных групп исходных веществ и сопровождается выделением воды.

Важнейшая область применения П6-БА - производство некристаллизующихся уретановых каучуков, монолитных и пористых изделий, изготовляемых методом литья.

Способ получения сложных полиэфиров для полиуретанов поликонденсацией адипиновой кислоты и многоатомного спирта при температуре (195±5)°С, отличающийся тем, что в качестве многоатомного спирта берут этиленгликоль при молярном соотношении адипиновой кислоты и этиленгликоля 1:(1,5-1,6) соответственно и проводят поликонденсацию до кислотного числа 35-42 мг·КОН/г, после чего в реакционную смесь вводят катализатор тетрабутоксититан в количестве 0,0006-0,001% от массы адипиновой кислоты и ведут вакуумную поликонденсацию до кислотного числа не более 1мг·КОН/г.

2.1.1 Химические и физико-химические основы производства

Реакция поликонденсации адипиновой кислоты, этиленгликоля, 1,4-бутандиола осуществляется в реакторе в присутствии тетрабутоксититана, как катализатора процесса. Реакция сопровождается поглощением теплоты. Процесс характеризуется малой скоростью, сравнительно большой энергией активации.

Уравнение реакции:

C4H10O2+HOOC-(CH2)4-COOH + HOCH2CH2OH

> H-[O-CH2CH2-OCO-CH2CH2CH2CH2-OCO] n-CH2CH2OH + H2O

Поликонденсация - процесс синтеза полимеров, в котором рост макромолекул происходит путем химического взаимодействия молекул исходных веществ друг с другом и с полимером, накопившимся в ходе реакции.

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. Отличительная особенность равновесной поликонденсации - это обратимый характер протекающих реакций, т.е. 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.

В случае избытка одного из исходных веществ процесс поликонденсации может протекать лишь до тех пор, пока компонент, находящийся в недостатке не будет исчерпан. В этот момент, все образовавшиеся макромолекулы будут иметь на обоих концах цепи одинаковые функциональные группы, как у избыточного компонента и, поэтому часто уже не могут реагировать друг с другом, что приводит к остановке процесса поликонденсации.

В ряде случаев первоначально взятое соотношение функциональных групп нарушается в ходе реакции поликонденсации. Например, если один из мономеров обладает летучестью, то возможен унос его из реакционной среды вместе с низкомолекулярным продуктом реакции.

Присутствие в системе монофункциональных соединений приводит к заметному снижению молекулярной массы образующихся полимеров, т.к. даже при эквимолекулярном соотношении реагирующих бифункциональных соединений на концах полимерной образуются неактивные группы.

Скорость реакции поликонденсации зависит от температуры реакционной среды и от скорости удаления побочных продуктов реакции, в данном случае воды. Чем выше температура реакции и чем быстрее и полнее удаляется вода, тем больше скорость реакции, тем выше достигаемая степень ее завершения и значительнее молекулярная масса полимера.

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. Важной причиной обрыва цепи при поликонденсации является химическая деструкция функциональных групп, превращая их в неактивные. Например, карбоксильные группы при повышенных температурах, часто применяемых в процессе поликонденсации, могут декарбоксилироваться:

~O(CH2)nOOC(CH2)mCOOH>~O(CH2)nOOC(CH2)m-1CH3+CO2^

Температура деструкции карбоксильных групп зависит от природы дикарбоновой кислоты и других компонентов, присутствующих в системе. Адипиновая кислота при температуре ниже 240°С практически не разлагается, но при нагревании ее с этиленгликолем, выделение углекислого газа наблюдается уже при 150°С.

Остановка роста цепи зависит от ряда физических и химических причин.

Физические причины - это понижение концентрации реагирующих веществ и увеличение вязкости среды, которые резко уменьшают скорость реакции и затрудняют удаление воды. Химические причины - это потеря способности концевых групп растущей молекулы к дальнейшей реакции вследствие неэквивалентного соотношения исходных веществ и химического изменения концевых групп и др.

На образование и свойства полиэфиров влияют следующие факторы:

1) Число функциональных групп в кислотах и спиртах и соотношение компонентов;

2) Величина и строение молекул кислот и спиртов;

3) Некоторые свойства кислот и спиртов (способность к полимеризации, окислению и др.).

2.1.2 Технологические основы производства

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 получения полиэфира проводится в три стадии при температуре реакционной массы не выше 210?С и вакуумметрическом давлении до 0,96кгс/см2: Вначале смесь реагентов расплавляется и нагревается при перемешивании в токе инертного газа, при этом отгоняется основная масса низкомолекулярного продукта, затем процесс продолжается при перемешивании в вакууме с целью более полного удаления низкомолекулярного продукта из зоны реакции и повышения молекулярной массы полимера.

Процессы поликонденсации в расплаве имеют свои достоинства:

Сравнительная простота технологической схемы.

Возможность применения мономеров 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 (200-300?С), необходимость использования термически устойчивых мономеров, необходимость проведения реакции в инертной среде и применения вакуума на заключительных этапах, сравнительно большая длительность процесса.

2.2 Характеристика исходного сырья, полуфабрикатов, энергетических средств

Таблица 2.1 - Характеристика сырья, полуфабрикатов, вспомогательных материалов, их контроль

Наименование исходного сырья и готовой продукции	Номер государственного или отраслевого стандарта, технического условия	Показатели качества, обязательные для проверки	Норма по ГОСТу, ТУ	Область применения изготовляе-мой продукции
1	2	3	4	5
Этилен- Гликоль	ГОСТ 19710-83 высший или первый сорт	Внешний вид:	Бесцветная прозрачная жидкость без осадка
		Массовая доля, % не менее	98,5
		Плотность при 20°С, г/см3	1,110-1,115
		Показатель преломления при 20°С	1,430-1,432
		Температурные пределы перегонки при давлении 760 мм.рт.ст. а) начало кипения, °С, не менее;	194
		б) конец кипения, °С, не менее;	200
		в) объемная доля отгона в указанных температурных пределах, %, не менее	96
Адипиновая кислота	ГОСТ 10558-80	Внешний вид: Массовая доля АДК, %, не менее Тпл, °С не ниже Цветность по пластиково-кобальтовой шкале, единиц не более	Белое кристалли-ческое вещество 99,7 151,0 20
Жидкость полиэтилсилоксановая ПЭС-5	ГОСТ 13004-76	По паспорту поставщика Ткип при 760мм.рт.ст. °С, не менее	290
Азот	ГОСТ 9293-74	Массовая доля водяных паров в газообразном азоте при 20°С и 101,3 кПа не более	0,07
1,4-бутандиол	ТУ 6-14-59-90	Массовая доля 1,4-бутандиола, % не менее	98
		Плотность г/см3, не менее	1,014

2.3 Характеристика готовой продукции и отходов производства

Таблица 2.2 - Характеристика готовой продукции

Наименова-ние исходного сырья и готовой продукции	Номер государствен-ного или отраслевого стандарта, технического условия	Показатели качества, обязательные для проверки	Норма по ГОСТу, ТУ	Область применения изготовляе-мой продукции
1	2	3	4	5
Полиэфир П6-БА	ТУ 38103582-85	Внешний вид	Вязкое мазе- образное вещество отсутствие	Для получения некристалли-зующихся уретановых каучуков и в производстве монолитных и пористых изделий, изготовленных методом литья
		Массовая доля гидроксильных групп, % в пределах	1,5-1,8
		Вязкость при 60°С, Па·с	1,00-1,50
		Кислотное число, мгКОН/г, не более	0,9
		Массовая доля железа, не более	0,0008
		Массовая доля влаги, % не более	0,08
		Массовая доля изоцианатных групп в технол. пробе через 1час, %, в пределах	9,3 - 10,3
		Изменение массовой доли изоцианатных групп в технол.пробе после термостати-ческого воздействия в течение 24 час., %, не более	0,45
		Температурные пределы перегонки: а) начало кипения, ОС, не ниже б) конец кипения, ОС, не ниже в) количество отгонов в указанных температурных пределах, % не менее	194 200 95

Таблица 2.3- Характеристика твердых и жидких отходов производства

Наименование отхода	Куда складируется, транспорт	Периодичность образования	Условие (метод) и место захоронения, обслуживания, утилизации	Количество
Конденсат гликолей от II и III стадии синтеза полиэфиров Масло из гидрозатворов Мешки бумажные Мешки полиэтиленовые Отработанный теплоноситель	В накопительные аппараты На складе адипиновой кислоты На складе адипиновой кислоты	При выпуске продукции При замене масла При загрузке При загрезке	Подвергаются разгонке на ректификационных колоннах Сжигание Сжигание или во втор. сырье Сжигание или во втор. сырье На регенерацию	620 м /год 0,04 м /год 32 тн/г 8 тн/г

2.4 Разработка блок схемы производства

Схема материальных потоков в реакторе Р-4 изображена на рисунке 1:

АК > >П6-БА

1,4-БД >

ТБТ > >H2O

Рисунок 2.1- Схема материальных потоков

Общая схема производства полиэфиров П6-БА представлена на рисунке 2:

Рисунок 2.2- Общая схема производства полиэфиров П6-БА

2.5 Материальный расчет производства

Исходные данные для расчета:

Производственная мощность 1150 т/год

Процесс периодический

Продолжительность процесса 36 часов

Уравнение реакции:

10,5HOOC-(CH2)4-COOH + 8,4HOCH2CH2OH + 3,9С4H10O2 >

H-[O-CH2CH2-OCO-CH2CH2CH2CH2-OCO]n-CH2CH2OH + 21H2O,

Молекулярная масса адипиновой кислоты - 146,15 г/моль;

Молекулярная масса этиленгликоля - 62,07 г/моль;

Молекулярная масса 1,4-бутандиола - 90 г/моль;

Молекулярная масса полиэфира - 2028,96 г/моль;

Молекулярная масса воды - 18 г/моль;

Уравняем реакцию:

Для получения полиэфира П6-БА берем соотношение адипиновой кислоты к этиленгликоль+1,4-бутандиол = 1:1,18. Значит, на 1 моль адипиновой кислоты приходится 0,8 моля этиленгликоля + 0,38 моль 1,4-бутандиола.

10,5HOOC-(CH2)4-COOH + 8,4HOCH2CH2OH + 3,9С4H10O2 >

H-[O-CH2CH2-OCO-CH2CH2CH2CH2-OCO]n-CH2CH2OH + 21H2O,

1534,57 + 521,39 + 351 = 2028,96 + 378,2406,96=2406,96.

Рассчитаем % загружаемых компонентов:

1. Адипиновая кислота (1534,57/2406,96)·100%=65,4%,

2. Этиленгликоль (521,39/2406,96)·100%=21,2%,

3. 1,4-бутандиол (351/2406,96)·100%=13,4%.

Итак, на 1000 кг загрузки берем: 654 кг адипиновой кислоты, 212 кг этиленгликоля, 134 кг 1,4-бутандиола.

Сосчитаем чистый выход полиэфира от массы загружаемых компонентов: (2028,96/2406,96)·100%=84%.

Следовательно, выход полиэфира 840 кг на 1000 кг загружаемых компонентов.

Отгоны на трех стадиях составляют:

(378/2406,96)·100%=16%, т.е. на 1000 кг загрузки образуется 160 кг отгонов.

На первой стадии поликонденсации образуется 70% всех отгонов:

(160*70)/100%=112кг, из которых 99% воды, 1% гликолей.

(112*99)/100%=110,88кг воды, (112*1)/100%=1,12кг гликолей.

На второй и третьей стадии поликонденсации образуется 30% всех отгонов:

(160*30)/100%=48кг, из которых 40% воды, 60% гликолей.

(48*40)/100%=19,2кг воды, (48*60)/100%=28,8кг гликолей.

Требуемые компоненты и их количество для производства одной тонны продукта приведены в табл. 2.4, 2.5, 2.6.

Таблица 2.4 - Сводная таблица материального баланса производства П6-БА на 1000 кг загрузки

Компоненты	Приход	Компоненты	Расход
	Кг	%масс		Кг	%масс
Адипиновая кислота	654	65,4	Полиэфир П6-БА	790	79
Этиленгликоль	212	21,2	Отгоны, в т.ч.: вода гликоли	130,08 29,92	16
1,4-бутандиол	134	13,4	Потери	50	5
Итого	1000	100	Итого	1000	100

Таблица 2.5 - Сводная таблица материального баланса производства П6-БА на 1 тонну продукта

Компоненты	Приход	Компоненты	Расход
	Кг	%масс		Кг	%масс
Адипиновая кислота	828	65,4	Полиэфир П6-БА	1000	79
Этиленгликоль	268	21,2	Отгоны в т.ч.: вода гликоли	167,68 37,89	16
1,4-бутандиол	170	13,4	Потери	63,4	5
Итого	1266	100	Итого	1266	100

Таблица 2.6 - Сводная таблица материального баланса производства П6-БА на 1150 тонн продукта

Компоненты	Приход	Компоненты	Расход
	Кг	%масс		Кг	%масс
Адипиновая кислота	952025,3	65,4	Полиэфир П6-БА	1150000	79
Этиленгликоль	308607,6	21,2	Отгоны в т.ч.: вода гликоли	189240,5 43670,9	16
1,4-бутандиол	195063,3	13,4	Потери	72784,8	5
Итого	1455696,2	100	Итого	1455696,2	100

Рассчитаем материальный баланс для производительности 1150 тон/год:

ТЭф.обор.=365-102-12-14=237 дней =5688 часов

где Тэф.обор. - эффективный фонд рабочего времени оборудования

365- количество дней в году

102 - количество выходных дней в году

12 - количество праздников в году

14 - дни затраченные на капитальный ремонт оборудования

Время одного цикла-48 часов

Значит: 5688/48=118 операций в год

Количество полиэфира, получаемого за 1 операцию:

1150 тон/год /118 опер/год =9,746 тон/опер = 9746 кг/опер

Материальный баланс на одну операцию приведен в таблице 2.7

Таблица 2.7 - Материальный баланс на 1 операцию

Состав	Приход	состав	Расход
	кг/опер	% масс.		кг/опер	% масс.
1.Адипиновая кислота	8009,2	64,65	1. полиэфир П6-БА	9746	78,67
2. Этиленгликоль	4379,3	35,35	2. отгоны 1 стадии	1382,3	11,158
3. Тетрабутоксититан			3. отгоны 2 и 3 стадии 4. потери	592,4 667,8	4,782 5,39
итого	12388,5	100	Итого	12388,5	100

Количество отгонов за одну операцию представлено в таблице 2.8:

Таблица 2.8 - Количество отгонов, образующихся за одну операцию

Отгоны	кг/опер	% мае	Содержат%	Н20	ЭГ
1 стадия	1382,3	70	99:1	1368,48	13,82
2 стадия	296,2	15	40:60	118,48	177,72
3 стадия	296,2	15	40:60	118,48	177,22
Итого	1974,7	100

2.6 Описание аппаратурно- технологической схемы производства

Процесс поликонденсации гликолей с адипиновой кислотой периодическим способом осуществляется в реакторе Р-4, оборудованном мешалкой и рубашкой для обогрева теплоносителем. Реактор соединен материальными линиями приема гликолей и адипиновой кислоты с колонной-конденсатором Т-5, конденсатором Т-7, имеющий нижний слив, предохранительный клапан, линию воздухоотвода и подвода азота через верхний штуцер, а также линию азота через редуцирующий клапан и ротаметр для барботажа реакционной массы.

Рассчитанное количество гликолей (этиленгликоль из емкости Е-1, 1,4-бутандиол из емкости Е-2) самотеком сливается в реактор Р-1, включается мешалка аппарата и посредством пневмотранспорта в Р-4 загружается рассчитанное количество адипиновой кислоты.

Катализатор тетрабутоксититан в количестве 0,0006% от массы всей загрузки предварительно растворяют в порции (200г) этиленгликоля и подают в реактор при помощи вакуума при температуре реакционной массы от 140 до 160?С.

Поликонденсация полиэфира П6-БА проводится в три стадии в реакторе Л-1.

Заданный температурный режим обеспечивается:

Системой циркуляции органического теплоносителя ПЭС-5.

Подогревом горячей водой с температурой 50-80?.

Заполнение системы теплоносителем осуществляется:

-принимают теплоноситель в емкость Т-10, Т-11;

-всасывающим насосом Н-13 через фильтр Ф-14 заполняют систему теплоносителем;

-включают электроподогреватели Т-12/1, Т12/2, начинают подъем температуры теплоносителя;

-из электроподогревателей Т-12/1, Т12/2 теплоноситель

-подается в рубашку реактора Р-4;

Обогрев реактора Р-4 осуществляется системой циркуляции теплоносителя в замкнутом цикле аппаратов: электроподогреватели Т-12/1, - рубашка реактора Р-4- электроподогреватель Т-12/2.

Первая стадия поликонденсации полиэфира осуществляется при атмосферном давлении с подключением колонны-конденсатора Т-5 и конденсатора Т-7, постепенном подъеме температуры реакционной массы подачей теплоносителя в рубашку реактора Р-4, горячей воды через рубашку колонны-конденсатора Т-5, и барботажем реакционной массы азотом.

Барботаж реакционной массы азотом способствует уносу из зоны реакции низкомолекулярного продукта реакции - воды. Вода в виде пара увлекает гликоли из зоны реакции и направляется в колонну-конденсатор Т-5, где конденсируется основная масса гликолей и возвращается в реактор Р-4, а пары воды с незначительным количеством гликолей поступают в конденсатор Т-7, охлаждаемый промышленной водой, конденсируются и собираются в емкости Е-9. Конденсат отгонов первой стадии поликонденсации при массовой доле гликолей до 1% сбрасывается канализацию.

В случае отсутствия азота в аппарате создается вакуумметрическое давление вакуумным насосом, равное 0,61 кгс/см2 (61кПа).

Первая стадия заканчивается при температуре не более 195?С и достижении массовой доли карбоксильных групп не более 3,0%.

Вторая стадия поликонденсации проводится при температуре, достигнутой на первой стадии от 195 до 200?С с постоянным повышением вакуумметрического давления от 61 кПа до 91 кПа и периодическим барботажем реакционной массы азотом для лучшего выделения из зоны реакции паров воды и избытка гликолей.

При этом температура паров, отходящих из верха колонны Т-5

в течение всей второй стадии поликонденсации должна быть не выше 90С.

Температура поддерживается подачей горячей воды с температурой от

50 до 80С в рубашку колонны-конденсатора Т-5 из теплообменника Т-8.

Отгоны второй стадии поликонденсации конденсируются в конденсаторе Т-7 и поступают в емкость Е-9, откуда поступают в канализацию.

Вторая стадия поликонденсации продолжается до получения реакционной массы с кислотным числом не более 3,5мг КОН на 1г продукта. При достижении указанной степени превращения адипиновой кислоты начинается третья стадия поликонденсации.

В системе аппаратов Р-4, К-5, Т-7 вакуумметрическое давление стравливается азотом, при этом отгоны оставшиеся в колонне-конденсаторе возвращаются в реактор Р-4. Колонна-конденсатор отключается от реактора Р-4 и последний подключается непосредственно к конденсатору Т-7.

В системе аппаратов Р-1, Т-7 создается постепенно вакуумметрическое давление, и при непрерывном перемешивании и периодическом барботаже реакционной массы в реакторе завершают поликонденсацию. Температура третьей стадии поликонденсации от 195?С до 205?С, вакуумметрическое давление не менее 96КПа.

Окончание синтеза устанавливают по анализу продукта. Готовый полиэфир через нижний слив реактора Р-4 по обогреваемому трубопроводу избыточным давлением азота не более 250кПа передается в сборник Е-6, далее в отделение упаковки продукта, где готовый полиэфир заливают в тару через фильтр, согласно действующим НТД, взвешивают и отправляют потребителю.

Останавливают систему циркуляции оборотной воды через колонну-конденсатор Т-5. Прекращают подачу оборотной воды на охлаждение конденсатора Т-7. Отключают электроподогреватель Т-9 от сети. Останавливают насос Н-13 на циркуляции теплоносителя. Продувают азотом все аппараты и материальные трубопроводы. Отглушают материальные трубопроводы. Промывают аппараты водой, после чего отглушают водо- и паропроводы. Электрооборудование обесточивают.

2.7 Технологическая документация процесса

Нормы технологического режима приведены в таблице 2.9

Таблица 2.9 - Нормы технологического режима

Наименование стадий процесса	Единица измерения	Допустимые пределы тех. параметров	Класс точности измерительных приборов	Примечание
1	2	3	4	5
Сборники
а) уровень при		Не менее 30		Регистрация,
приеме продукта	%	Не более 80	1	показание,
б) температура		Не менее 20		сигнализация
при хранении	°С	Не менее 80	0,5
Давление
а)при
передавливании	МПа	Не более 25	2,5	Показание
б)при испытании на
герметичность	МПа	Не более 0,1
Загрузка исходных
компонентов:
а)Этиленгликоль	кг	4379,3	2	Показание
б) АДК	кг	8009,2	То же	То же
в)тетрабутоксититан	%	0,0003-0,0006 от массы загружаемых компонентов
Температура в
ректоре при				Регистрация,
загрузке исходных	°С	от 25 до 135	0,8	Показание
продуктов
Давление	МПа	Атмосф.	2,5
Массовая доля		До
СООН-групп		достижения
		не более 3%
Вторая стадия поликонденсации
Реактор
Температура	°С	195-200°С	0,5	Регулирование
Давление	ГПа	613 + 13	2,5	Регистрация
При		От 613 ±13 до
необходимости		910±13 в
барботажем азотом		течение не
по всей 2 стадии.		менее 1 часа.
Кислотное число		Не более 3,5
		мгКОНна 1г
Колонна-
конденсатор
Температура паров	°С			Регулирование
верха колонны		Не более 90	0,5	Регистрация
Давление	ГПа	613+13

2.8 Выбор и расчет количества основного и вспомогательного оборудования

Рассчитаем количество реакторов, необходимых для производства 1150 тонн в год полиэфира П6-БА

Реактор периодического действия, имеет объем 12,5 м3;

Коэффициент заполнения 0,8;

Плотность реакционной массы р=1115 кг/м3;

Время цикла работы реактора tц=48 часов;

tг.э=5664 ч;

т цикл= 12388,5 кг

Массовую долю продукта в выгружаемой из реактора массе можно найти из имеющегося материального баланса процесса (табл. 2.6).

н=1000/1290,3=0,76; тогда выход продукта с единицы объема

щ=н*ср.см =0,76*1115=847,4 кг/м3,

где ср.см -плотность реакционной смеси

Производительность реактора периодического действия вычисляем по формуле

g=V*ц*щ/tц =12,5*0,8*847,5/48=176,6

где V- объем реактора, равной 12,5 м3, ц-коэффициент заполнения реактора, tц-время цикла работы реактора.

Далее находим число реакторов по уравнению n=Gtz/gtг.э=1150000*1.1/176*5664= 1,3 шт где Gt- количество продукции, которое надо произвести за время t, Z- коэффициент запаса модности, tг.э.-эффективное время работы оборудования за год.

Следовательно, выбираем 1 реактор рабочий и 1 резервный. Рассчитаем объем реактора:

Van = tu * Vo6/ ц = 48*0,2/0,8= 12 м3

Принимаем 2 стандартных реактора объемом 12 м3.

Для исключения возможности вывода гликолей из реакционной зоны с парами реакционной воды и обеспечение молярного соотношения гликолей в реакции поликонденсации принимаем 1 колонну - конденсатор, с поверхностью теплообмена 19,45 м. Диаметр 1000 мм, высота 6050 мм. Расчетное давление в корпусе и рубашке 6 кгс/см.

Для приема готового продукта полиэфира П6-БА принимаем 1 сборник, вместимостью 32 мЗ. Максимальное заполнение 28 мЗ. Диаметр 3200 мм, высота 7030 мм.

Принимаем 1 конденсатор с поверхностью теплообмена 23 мЗ, диаметр 400 мм. Количество трубок 100 штук, трубки 25X2X3000 мм, для конденсации паров воды с незначительным количеством гликолей.

Принимаем 1 сборник для парового конденсата вместимостью 5 мЗ, диаметром 1600 мм, высотой 1800 мм.

Для подогрева теплоносителя (ПЭС-5), который идет на заполнение рубашки реактора Р1 принимаем 2 теплообменника, для подогрева воды, которая идет на заполнение рубашки колонны - конденсатора принимаем 1 теплообменник.

Для транспортировки теплоносителя принимаем 1 насос марки 2х - 4 А-1. Производительность 5,5 л/с.

2.9 Механический расчет

Аппарат с мешалкой предназначен для проведения синтеза полиэфира П6-БА:

Основные размеры аппарата [5]:

Объем аппарата, Vап =10 м2

Диаметр аппарата, D=2600 мм,

Высота цилиндрической части аппарата, L=2390 мм

Рабочее давление в аппарате 0,4 МПа

Рабочее давление в рубашке 0,6 МПа

Мешалка рамная

2.9.1 Расчет цилиндрической обечайки

Толщина стенки обечайки нагруженной наружным давлением:

SR= 1,1 Ч р ЧD / (2Ч[у]) + c

Где p - давление в аппарате, МПа;

D - диаметр аппарата, мм;

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

с - прибавка на коррозию.

SR= 1,1 Ч 0,4 Ч 2600 / (2Ч126) + 2 = 5,92 мм.

Округляем значение в большую сторону до ближайшей стандартной толщины листа S = 6 мм [5].

Проверка [6]:

(S - с) / D ? 1

(6-2) / 2600 = 0,0015 - Условие выполняется.

2.9.2 Расчет днища и крышки аппарата

Толщина стенки эллиптического отбортованного днища, нагруженного наружным давлением [5]:

SR= 1,1 Ч р ЧD / (2Ч[у]) + c = 3,92 мм

Где р -- давление в аппарате, МПа;

D - диаметр аппарата, мм;

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

с -- прибавка на коррозию.

S = Sr + с

S = 3,92 мм + 2 мм = 5,92 мм

Округляем значение в большую сторону до ближайшей стандартной толщины S = 6 мм [5].

Проверка [5]:

S-c/D1

6- 2/2600 = 0,0015 - Условие выполняется.

Проверка на допускаемое наружное давление [5]:

[p]=2Ч[у]Ч(s-c)/(D+(s-c)) = 2Ч126Ч4/(2600+4)= 0,41

0,4 МПа<0,41 МПа - Условие надежной эксплуатации выполняется.

2.9.3 Расчет элементов рубашки

В качестве расчетного давления принимают давление в рубашке. Для корпусов с внутренним D=2600 мм, диаметр рубашки принимают больше диаметра D на 200 мм [5].

Толщина стенки цилиндрической части рубашки [5]:

SR= рЧD / 2Чц Ч [у] - p

Где ц = 1 - коэффициент прочности сварного шва;

р - рабочее давление в рубашке.

SR= 0,6Ч2600 / 2Ч1 Ч 126 - 0,6

S= Sr + с

S = 5,59 мм + 2 мм = 7,59 мм

Округляем значение в большую сторону до ближайшей стандартной толщины S = 8 мм [5].

Проверка [13]:

(S - с) / D 1

(8 мм - 2 мм) / 2600 мм = 0,0023 - Условие выполняется.

Проверка на допускаемое наружное давление [5]:

[p]= 2Чц Ч [у] Ч(S - с)/ (D+(s-c) = 2Ч126Ч1Ч6 / 2606=0,62 МПа

0,6 ? 0,62 МПа - Условие надежной эксплуатации выполняется.

Эллиптическое днище [5]:

SR= pЧD / 2Чц Ч [у] - 0,5 Ч р = 0,6 Ч2600 / 2Ч1Ч126 - 0,5 Ч0,6= 5,89

S = SR +с = 5,89 + 2 = 7,89 мм

Округляем значение в большую сторону до ближайшей стандартной толщины S = 8 мм. [5].

Проверка [5]:

S - c / D

8 мм - 2 мм / 2600 = 0,0023 - Условие выполняется.

Проверка на допускаемое наружное давление [5]:

[р] = 0,62 МПа

0,62 МПа - Условие надежной эксплуатации выполняется.

2.9.4 Фланцевые соединения и штуцера

Выбираем фланцы плоские приварные с гладкой уплотнительной поверхностью, так как их применяют при Р= 2,5 МПа и Т = 300 С.

Размеры фланцев выбирают по внутреннему диаметру аппарата и условному давлению.

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

Dn = 2284 мм

dn = 2240 мм

h = 2 мм

Проверочный расчет болтов:

Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего давления.

Qd = 0,785 Ч D2cn Ч Р

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

Dcn = 0,5 Ч (2284 + 2240) = 2262 мм

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

Реакция прокладки:

Rn = 2р Ч Dcn Ч bо Ч m Ч Р

Где bо - эффективная ширина прокладки

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

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

Значит bo = 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 Dcn Ч bо Ч q

РБ1 = 3,14 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

f6 - 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 Ч 452,16 = 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.

2.9.5 Опоры аппарата

Выбираем лапы для аппаратов.

Задаемся количеством лап z =4

Вес металла, из которого изготовлен аппарат [5]:

G1 ? 1,1 Ч F Ч S Ч ум

Где F - внутренняя поверхность корпуса, м2

S - исполнительная толщина стенок, м

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

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

G1 = 1,1 Ч 23,5 Ч 0,006 Ч 78,5 = 12,18 кН

Вес металлоконструкций, установленных на крышке аппарата

(привод и так далее) [5]:

G2 = 0,5 Ч G1 = 0,5 Ч 12,18= 6,1 кН

Вес воды, заполняющей аппарат при гидравлических испытаниях [5]:

G3 = V Ч у

Где V - внутренний объем аппарата, м3

у = 10 кН/м3 - удельный вес воды

G3 = 10Ч 10= 125 кН

Максимальная нагрузка на одну опору [5]:

Qmax = л Ч (G1 + G2 + G3) / z

Где z = 4 - число опор

л= 2 - при z = 4

Qmax = 2 Ч (12,18 + 6,1 + 100)/ 4 = 59,14 кН

Выбираем опоры ПО условию Qтабл ? Qрасч

63 кН ? 59,14 кН

2.9.6 Расчет мешалки

Диаметр мешалки:

d M = D/ (1,4ч1,7)

d M = 2600мм/1,6=1625 мм

Принимаем стандартный диаметр мешалки d M= 1720 мм

Расстояние от нижней границы мешалки до границы аппарата:

h M =0,3Ч d M= 0,3Ч1720 мм= 516 мм

Для мешалок данного типа и диаметра соответствует [5]:

Частота вращения мешалки:

n= 50,4 об/мин=0,84 с-1

Уровень жидкости в аппарате:

Нж= (0,75ч0,8)ЧL=0,8Ч2980=2384 мм

где L - высота аппарата

Расчет мощности, требуемой на перемешивание:

Nм = KN Ч рс Ч n3 Ч dм5

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

рс - плотность перемешиваемой среды, кг/м3

Критерий Рейнольдса:

Re = рс Ч n Ч dM2 / мс

Re = 1153,3 кг/м3 Ч 0,84 с1 Ч (1,72 м)2 / 0,04 Па Ч с = 71650,37

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

Симплекс геометрического подобия:

Гd = D / DM = 2600 мм / 1720 мм = 1,51

Учитывая значения Re и Гd с помощью графика [5] определяем критерий мощности для рамной мешалки КN = 0,3

NM = 0,3 Ч 1153,5 кг/м3 Ч (0,84 с-1)3 Ч (1,45 м)5 = 3675,7 Вт

Мощность, с учетом внутренних устройств (гильза термометра, устройство для замера уровня, две трубы передавливания) [5]:

N1 = К1 Ч К2 Ч К3 Ч Nm= 1,1 Ч 1,2 Ч l,3 Ч 3675,7 Вт = 6307,5 Вт

Где К1, К2, К3 - коэффициенты, учитывающие влияние внутренних устройств.

Мощность двигателя:

Nдв = Кп Ч (NM + N1) / з = 1,25 Ч (3675,7 Вт + 6307,5 Вт) / 0,93 = 13,4 кВт

Где Кп - коэффициент запаса;

з - КПД привода.

Вычисляем вращающий момент Т на валу мотор-редуктора [5]:

Угловая скорость вала [5]:

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

Т = Р Ч 103 / W = 13,4 кВт Ч 103 / 5,28 сек-1 = 2537,9 Н Ч м

Наименьший диаметр вала:

d ? 45,59 мм.

По рассчитанному 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 [5].

Проведем расчет вала перемешивающего устройства [5]:

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.

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

полиэфир технологический теплообмен

2.10 Тепловой расчет

Цель теплового расчета - определение требуемой поверхности теплообмена проектируемого аппарата. Расчет поверхности теплообмена основан на совместном решении уравнений теплового баланса и теплопередачи [6].

Уравнение теплового баланса: Qnp = Qpacx - 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 (сталь двухслойная 16ГС+12Х18Н10Т ГОСТ 108, рубашка ВСТ 3 сп ГОСТ 380-7) - 0,503 кДж Ч кг /град

Температурный режим:

Тн = 20 °С - начальная температура

Тк = 205 °С - конечная температура

Загрузка сырья в один аппарат с рабочим объемом 10 м3:

mAK = 3629,42 кг

mБд = 2734,50 кг

mП6-БА = 5309,73 кг

mотгоны = 894,93 кг

mпотери = 159,29 кг

Средние удельные теплоемкости сырья и готового продукта:

СAK = 1,426 кДж Ч кг / град

Сбд = 3,078 кДж Ч кг / град

Сп6-ба = 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 = QAK + QБД

Qпрод = QП6-БА + QП6-БА(потери) + Qотгоны

Q = m Ч cp Ч t

Где m - масса вещества, кг;

cp - теплоемкость вещества, кДж Ч кг / град;

t - температура вещества.

QAK = 3629,42 Ч 1,426 Ч 20 = 103511,0584 кДж

QБД = 2734,50 Ч3,078 Ч 20 = 168335,82 кДж

QП6-БА = 5309,73 Ч 2,467 Ч 205 = 2685316,30155 кДж

QП6-БА(потери) = 159,29 Ч 2,467 Ч 205 = 80558,52815 кДж

Qотгоны = (626,451 Ч 2262,6) + (268,479 Ч 649,45) = 1417408,0326 + 174363,68655 = 1591771,71915 кДж

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

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

Qисх = QAK + QБД = 103511,0584+168335,82=271846,88 кДж

Qпрод = QП6-БА + QП6-БА(потери) + Qотгоны = 2685316,30155 + 80558,52815 + 1591771,71915 = 4357646,54875 кДж

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

Тепловые потери, уносимые в окружающую среду:

Qпотери = б Ч F Ч t

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 ((Тn / 100)4 - (Т0 / 100)4) / tn - t0

Где c1 = 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 23,5 Ч 185 = 88384,675 кДж = 24,55 кВт

Тепло, подводимое теплоносителем:

Qтепл = Qпрод + Qнагрев + Qпотери - Qисх = 1210,3 + 258,49 + 24,55 - 75,51 = 1417,83 кВт

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

Результат теплового баланса отражается в таблице 2.10

Таблица 2.10 - Тепловой баланс производства П6-БА.

Приход	Расход
Тепловой поток	КВт	%	Тепловой поток	КВт	%
Адипиновая кислота кислота	28,75	1,97	Полиэфир П6-БА	745,92	51,13
1,4-бутандиол	46,76	3,20	П6-БА (потери)	22,38	1,53
Теплоноситель ПЭС-5	1417,83	94,83	Отгоны	442	30,28
			Тепло на нагрев	258,49	15,46
			Потери в окружающую среду	24,55	1,60
Итого	1493,34	100		1493,34	100

Необходимая поверхность теплообмена может быть рассчитана из уравнения теплопередачи:

QT = k Ч F Ч tcp

Отсюда расчетная поверхность теплообмена равна:

Fрас = QT / k Ч tcp

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

tcp - средняя температура среды,

к = 1 / (1/б1 + 1/б2 + 1 /гз1 + 1/гз2 + д/л)

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

гз1 и гз2 - тепловая проводимость загрязненных стенок, Вт / м2 Ч град:

гз1 = 2900 Вт / м2 Ч град - вода среднего качества,

гз2 - 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 [6];

Re - коэффициент Рейнольдса;

Рг - коэффициент Прандтля.

Re = n Ч dM2 Ч p / м

Где n - частота вращения мешалки, с-1;

dM - диаметр мешалки, м;

р - плотность реакционной среды, г/см

Re = 0,84 Ч 1,6252 Ч 1153,5/0,04 = 63965,18

Рг = ср Ч м / л

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

л = 0,06 Вт / м Ч град - теплопроводность реакционной смеси [6];

Рг = 1180 Ч 0,04 / 0,06 = 786,6

Nu = 0,36 Ч 63965,180,67 Ч 786,60,33 Ч (0,04 / 0,035)0,14 = 5495,44

б1 = 5495,44Ч 0,06 / 2,2 = 149,87 Вт / м2 Ч град

Коэффициент теплоотдачи теплоносителя б2:

б2 = Nu Ч л / d

Где л = 0,645 Вт / м Ч град - теплопроводность теплоносителя, Вт / м Ч град [6];

Nu - коэффициент Нуссельта;

d - диаметр канала (трубы), м [6];

Nu = 0,66 Ч Re0,5 Ч Pr0,33 Ч (Рг / Рг ст)

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

Re - коэффициент Рейнольдса

Re = wЧdЧp/м

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

d - диаметр трубы (канала), м;

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

м = 0,038 Па Ч с для 200 - вязкость теплоносителя [6],

Re = 0,8 Ч 0,5 Ч 1075/0,038 = 1131

Рг = ср Ч м / л

Где ср - теплоемкость теплоносителя (ср = 4190 кДж / кг Ч град в центре аппарата при 200; ср = 4450 кДж / кг Ч град 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 Ч с в центре аппарата при 200; м = 0,0064 Па Ч с у стенки аппарата при 230) [6];

Рг = 4190 Ч 0,007 / 0,845 = 34,71

Ргст = 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 К

t1н = 523 К, t1к = 503 К

t2н = 293 K, t2к = 473 К

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

Средняя температура среды:

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

tср = (473 - 293) / 2,3 lg((523 - 293) / (523 - 473)) Ч (1,67 - 1) / 2,3 lgl,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 Нж = 3,14 Ч 2,6 Ч 2,784 = 22,7 м2

Fрас = 14,0 м2 < Fpeaл = 22,7 м2. Следовательно, эффективный теплоперенос обеспечен.

Запас площади поверхности:

(22,7/ 14,0 Ч100) - 100 = 38,3%

3. СТАНДАРТИЗАЦИЯ

При выполнении курсового проекта использованы следующие нормативные документы:

ГОСТ 10558-80 Адипиновая кислота

ГОСТ 10136-77 Этиленгликоль. Технические условия

ГОСТ 9293-74 Азот

ГОСТ 6824-76 1,4-Бутандиол. Технические условия

ГОСТ 13004-77 Жидкости полиэтиленсилоксановые. Технические условия.

ГОСТ 6613-86 Сетки проволочные тканые с квадратными ячейками

ТУ 6-09-2738-89 Тетрабутоксититан технический (тетрабутиловый эфир титановой кислоты орто; тетрабутилортотитанат)

ТУ 38.103582-85 Полиэфир П6-БА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ПРОЕКТУ

Спроектировано производство сложного полиэфира П6-БА. Проектная мощность - 1150 т/год. Проведены необходимые материальные, технологические расчеты, а также тепловой и механический расчет реактора.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Казанский завод синтетического каучука [Электронный ресурс].- Режим доступа: http/Avww.kzsk.ru, свободный. - Проверено 24.12.08.

2. Соболев В.М., Промышленные синтетические каучуки /А.М.Соболев, И.В.Бородина. -М.: Химия, 1977.- 392с.

3. Коршак В.В., Равновесная поликонденсация / В.В.Коршак, С.В.Виноградов. - М.: Наука, 1986. -414с.

4. Аверко-Антонович, Л.А. Химия и технология синтетического каучука / Л.А.Аверко-Антонович, Ю.О. Аверко-Антонович, П.А.Кирпичников [и др.]. - М.: Химия 2008. - 357 с.

5. Лащинский, А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: справочник / А.А.Лащинский, А.Р.Толщинский. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1970. - 752с.

6. Павлов, К.Ф. Примеры задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб.пособие для ВУЗов / 'К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, В.А.Носков. - 9-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1981. - 560с.

7. Заикин А.Е. Основы проектирования производств полимеров/А.Е. Заикин. Казан. гос. технол. ун-т, 2000.-32 с.

Размещено на Allbest.ru