166480 (Производство поливинилбутираля), страница 6
Описание файла
Документ из архива "Производство поливинилбутираля", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "химия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "166480"
Текст 6 страницы из документа "166480"
– охлаждение рассолом от 200 до 10°С – 1 час.
2.Нагрев смеси от 100 до 550С – 11 часов.
3.Выдержка смеси при 55°С – 1 час.
4. Охлаждение смеси до 25°С – 3 часа.
В качестве хладагентов используют холодную воду и раствор СаСl2. Вода является наиболее распространенным охлаждающим агентом. Её достоинства: высокая теплоёмкость; большой коэффициент теплопередачи и доступность. Для более быстрого охлаждения применяется раствор СаСl2 – смесь, которая со льдом дает низкую температуру (– 550С). При пуске холодной воды тепло отводится:
От аппарата, кДж/сут:
Qапп. = Gапп. • с • (tн – tк) = 25930 • 0,5028 • (60 – 20) = 521504,16
где: tн – начальная температура = 600С;
tк – конечная температура = 200С;
с – теплоёмкость материала = 0,12 • 4,19 = 0,5028 кДж/кг•К [из регламента КХЗ]
Gапп.– масса аппарата = 25930 кг
От рубашки, кДж/сут:
Qруб. = Gруб. • с • (tн – tк) = 3700 • 0,5028 • (60 – 20) = 74414,40
Qсм. =(Gсм. / n) • ссм.• (tн – tк)=(184846,21 / 6) • 2,41 • (60 – 20)= 2969862,44 кДж/сут
Определяем тепловую нагрузку, кДж/сут:
Qнагр. = 521504,16 + 74414,40 + 2969862,44 = 3565781,00
Охлаждение водой ведётся 3 часа, кДж/сут:
Qнагр. = 3565781,00 / 3 = 1188593,67
Определяем расход охлаждающей воды:
W = Qнагр. / своды • (t2ср. – t) = 1188593,67 / 4,19 • (17,24 – 12) = 53893,30 кг/ч = 54 м3/ч
где: своды – теплоёмкость воды = 1 • 4,19 = 4,19 кДж/кг•К [из регламента КХЗ]
Вода на охлаждение поступает с температурой 120С, средняя конечная температура охлаждения воды t2 = 220С.
t2ср = t1 + ∆tср • 2,3 lgA
200 600
120 220
80 380
A = (T1 – t2) / (T2 – t1)
∆tср = T1 – T2 / [2,3 lg (T1 – t1) / (T2 – t1)] • (A – 1) / (2,3 A lgA)
∆tср = 60 – 20 / [2,3 lg (60 – 12) / (20 – 12)] • (1,26 – 1) / (2,3 • 1,26 lg1,26) =
= (40 / 1,79) • (0,26 / 0,29) = 19,80C
t2ср = 12 + 19,8 • 2,3 lg1,26 = 17,240С
При пуске рассола тепло отводится от аппарата, кДж:
Qапп. = 25930 • 0,5028 • (20 – 10) = 130376,04
Qруб. = 3700 • 0,5028 • (20 – 10) = 18603,60
Qсм. = 184846,21 • 2,41 • (20 – 10) = 4454793,66
Qнагр. = 130376,04 + 18603,60 + 4454793,66 = 4603773,30
Рассол на охлаждение поступает с температурой (–140С) и уходит с температурой (–120С).
Определяем расход рассола,
W = Qнагр. / своды • (tк. – tн.) = 4603773,30 / 2,73 • (14 – 12) = 843181,92 кДж/ч
Нагрев смеси от 10 до 550С:
Qнагр. = Qапп. + Qсм. + Qпот.
Qапп. = 25930 • 0,5028 • 45 = 596692,18 кДж
Qпот. = Qпот. изв. + Qпот. неизв.
Qпот. = αобщ. • τ • (tст. – tвозд.)
αобщ. = 8,4 + 0,06 • (tст. – tвозд.)
где: tвозд. = 200С
Температура нагруженной неизолированной стенки (–38). Температура нагруженной изолированной стенки (– 260С).
α1 = 8,4 + 0,06 • (38 – 20) = 9,48 • 4,19 = 39,72 кДж/м2•ч•гр.
α2 = 8,4 + 0,06 • (26 – 20) = 8,76 • 4,19 = 36,70 кДж/м2•ч•гр.
Определяем потери тепла, кДж:
Qпот. неиз. = 39,72 • 8,8 • (38 – 20) = 6305
Qпот. изв. = 36,70 • 25,2 • (26 – 20) = 5549
Qпот. = 6305 + 5549 = 11854
Qсм. = (184846,21 / 6) • 2,41 • 45 = 3341095,25
Потери тепла в окружающую среду компенсируется поступающим теплом для выдержки смеси в течение часа при t = 550С, кДж:
Qнагр. = 596692,18 + 3341095,25 + 11854 = 3949641,43
Нагрев ведётся горячей водой в течение 11 часов, кДж:
3949641,43 / 11 = 359058,31
Расход горячей воды
W = Qнагр. / своды • (Т1 – t2ср.) = 359058,31 / 4,19 • (80 – 62,7) = 4953,42 кг/ч = 5 м3/ч
где: своды – теплоёмкость воды = 1 • 4,19 = 4,19 кДж/кг•К [из регламента КХЗ]
t2ср. – средняя конечная температура сходящей воды;
Т1 = 800С
t2ср = Т1 + ∆tср • 2,3 lgA
A = (T1 – t2) / (T2 – t1) = (80 – 55) / (70 – 55) = 1,66
∆tср = t2 – t1 / [2,3 lg (T1 – t1) / (T1 – t2)] • (A – 1) / (2,3 A lgA)
∆tср = 55 – 10 / [2,3 lg (80 – 10) / (80 – 55)] • (1,66 – 1) / (2,3 • 1,66 lg1,66) = 340C
T2ср = 80 – 34 • 2,3 lg1,66 = 62,70С
Определяем необходимую площадь теплообмена аппарата, для этого необходимо рассчитать коэффициент теплоотдачи:
Определяем теплоту реакции по энтальпии сгорания:
По уравнению Коновалова, кДж/моль:
gm = 204,2n + 44,4m + ∑X = Hсгор. = 204,2 • 29 + 44,4 • 9 + 464,5 = 6785,9 [14, с. 26]
где: n – число атомов кислорода, необходимое для полного сгорания вещества;
m – число молей, образующейся воды;
Х – поправка (термическая характеристика) постоянная в пределах гомологического ряда.
Поправка: С–С = 6 • 0 = 0 [14, с. 269]
R–O–Rٰٰ = 3 • 87,9 = 263,7
R–CO–Rٰ = 4 • 50,2 = 200,8
6785,9 / 193 = 35,2 кДж/кг
СН3 – СН2 – СН2 – СНО + 5,5О2 4СО2 + 4Н2О
По уравнению Коновалова, кДж/моль:
gm = 204,2n + 44,4m + ∑X = Hсгор. = 204,2 • 12 + 44,4 • 4 + 75,3 = 2703,3
Поправка: С–С = 3 • 0 = 0
R–СН=О = 75,3 [14, с. 269]
2703,3 / 72 = 37,5 кДж/кг
– CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – + 25,5О2 13СО2 + 12Н2О
Поправка: С–С = 10 • 0 = 0 [14, с. 269]
R–O–Rٰٰ = 5 • 87,9 = 439,5
По уравнению Коновалова, кДж/моль:
gm = 204,2n + 44,4m + ∑X = Hсгор. = 204,2 • 51 + 44,4 • 12 + 439,5 = 11386,5
11386,5 / 260 = 43,8 кДж/кг
Определяем энтальпию сгорания, кДж/кг:
1. gp = ğ1 – ∆n • R • T = 35,2 – (10 – 9 – 12) • 8,314 • 10–3 • 298 = 62,5
∆Н298 = – 62,5
2. gp = 37,5 – (4 – 4 – 5,5) • 8,314 • 10–3 • 298 = 51,1
∆Н298 = – 51,1
3. gp = 43,8 – (13 – 12 – 25,5) • 8,314 • 10–3 • 298 = 104,5
∆Н298 = – 104,5
Определяем изменение энтальпии реакции энтальпии сгорания, кДж/кг:
∆Н298 = ∑∆Н298 (нач) – ∑∆Н298 (кон) = (–62,5) + (–51,1) – (–104,5) =9,1 • 103 / 7010 = 1,3
Определяем тепловую нагрузку, кДж/сут:
∆Qнагр. = 1,3 • 22485,06 = 29230,60
Определяем тепло выносимое из аппарата с продуктами реакции, кДж/сут:
22485,06 • 2,41 • 55 = 2980394,70
Потери тепла в окружающую среду составляют 5% от вносимого тепла, кДж/сут:
3595011,6 • 0,05 = 179750,58
Определяем необходимую площадь теплообмена аппарата, для этого необходимо рассчитать коэффициент теплоотдачи:
К = 1 / (1 / α1 + σ / λ + 1 / α2)
Определяем коэффициент теплоотдачи между теплом и стенкой аппарата:
S = 3,14 / 4 • (3,442 – 3,42) = 0,21 м2
W = z / (3600 • S • ρ) = 6800 / (3600 • 0,21 • 1000) = 0,09 м/с
Re = w • ℓ • ρ / μ = 3 • 3,9 • 1000 / 0,32 • 10–3 = 36562500 – режим движения устойчивый турбулентный
где: λ = 0,515 • 1,16 Вт/м;
μ = 0,801 • 10–3 н•сек/м2; [12, с.805]
ρ = 1000 кг/м3;
ℓ – длина рубашки = 3,9 м;
с – теплоёмкость воды = 0,999 • 4,19 кДж/кг•К [12, с.808]
Pr = μ • с / λ = 0,801 • 10–3 • 0,999 • 4,18 / 0,515 • 1,16 = 0,005
Nu = 0,023 • Re0,7 • Pr0,43 = 0,023 • 365625000,7 • 0,0050,43 = 461,8
α1 = Nu. • λ / ℓ = 461,8 • 0,515 • 1,16 / 0,04 = 6897 Вт/м2•К
Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к реакционной массе. Масса перемешивается мешалкой:
n – число оборотов мешалки = 180об/мин = 3 об/сек; [из регламента]
d – диаметр ометаемой части мешалки = 1,42 м;
ρсм = 917,2 кг/м3;
μ = 2,6 • 10–3 н•сек/м2;
λ = 0,37 • 1,16 Вт/мк;
с = 2,56 кДж/кг•К
Reмеш = n • d2 • ρ / μ = 3 • 1,422• 917,2 / 2,6 • 10–3 = 2133972 – режим движения устойчивый турбулентный
Prмеш = μ • с / λ = 2,6 • 10–3 • 2,56 / 0,37 • 1,16 = 0,02
Nu = 0,36 • Re0,57 • Pr0,33 = 0,36 • 21339720,57 • 0,020,33 = 1753,9
α2 = Nu. • λ / ℓ = 1753,9 • 0,37 • 1,16 / 3,35 = 224,7 Вт/м2•К
К = 1 / (1 / 6897 + 0,004 / 40 + 1 / 224,7) = 238 Вт/м2•К
Определяем поверхность теплообмена, м2:
F = ∆Q / (К • ∆tср• nапп.) = 434866,32 / (238 • 15 • 6) = 20,3
где: nапп. – количество ацеталяторов = 6 шт.
100 300
300 400
200 100
∆tср = (20 + 10) / 2 = 150С
Определяем поверхность теплообмена подобранного аппарата, м2:
Fапп. = π • d • ℓ = 3,14 • 3,35 • 2,25 = 23,7
Поверхность подобранного аппарата обеспечит подвод и отвод тепла реакции.
3.4ВЫБОР И РАСЧЁТ ОСТАЛЬНОГО ОСНОВНОГО И
ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ. НАЗНАЧЕНИЕ КАЖДОГО ВИДА ОБОРУДОВАНИЯ, КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И РАСЧЁТ КОЛИЧЕСТВА К УСТАНОВКЕ
Основным аппаратом является ацеталятор. Он представляет собой ёмкость объёмом 40 м3, рабочее давление в аппарате 3 атм., температура среды 550С. Средой является масляный альдегид, поливиниловый спирт, соляная кислота. Аппарат снабжён рубашкой для обогрева и имеет эмалевое покрытие. Эмалированное покрытие отличается высокой коррозионной стойкостью и обеспечивает максимальную чистоту перерабатываемых продуктов. Эмалированная поверхность устойчива к воздействию щелочных растворов, а также большинства неорганических и органических кислот любых концентраций и их солей. Аппарат имеет пропеллерную мешалку с числом оборотов 120 об./мин. В днище аппарата предусмотрен вентиль для периодического выпуска продукта.
Механический расчёт мешалки:
Определяем критерий Рейнольдса:
Re = ρ • n • d2 / μ = 963 • 3 • 1,52 / 3,2 • 10–3 = 2031328 – режим турбулентный
ρ– плотность реакционной смеси = 963 кг/м3;
d – диаметр мешалки = 1,5 м;
n — частота вращения мешалки = 3 об/сек
Определяем мощность, потребляемую на перемешивание среды, Вт:
Nmax = Kn • ρ • d5 • n3 = 0,17 • 963 • 1,55 • 33 = 23772,7
где: Кn = 0,17 — критерий мощности
Рассчитаем мощность на валу мешалки, Вт:
NB = K1 • K2 • (∑K + 1) • Nmax = 0,75 • 1,4 • (2,4 + 1) • 23772,7 = 84868,54
где: К1 = 0,75 – коэффициент заполнения;
К2 = 1,4 – коэффициент увеличения мощности при пуске или в результате повышенной вязкости среды;
∑K = 2,4 – сумма коэффициента увеличения мощности, вызываемая наличием в аппарате вспомогательных устройств
N = Kn • ρ • d5 • n3 = 0,37• 963 • 1,55 • 33 = 73054,68
где: Кn = 0,37 — критерий мощности
N2 = K1 • K2 • (∑K + 1) • N = 0,75 • 1,4 • (2,4 + 1) • 73054,68 = 260805,2
N2 + NB = 260805,2 + 84868,54 = 345673,7
Крутящий момент на валу мешалки:
mk = 0,163 + N2 +NB / n = 0,163 + 345673,7 / 2 = 172836,93
Расчёт диаметра вала мешалки, мм:
[σ]к = 1,76 • 108 мм2
d = 1,71 • ∑mk / [σ]k • К + С = 1,71 • 172836,93 / 1,76 • 108 • 9 + 5 = 187
4. ЭКОНОМИКА, ОРГАНИЗАЦИЯ И ПЛАНИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА
4.1ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА. СТРУКТУРА УПРАВЛЕНИЯ. РЕЖИМ РАБОТЫ. ГРАФИКИ ВЫХОДОВ, БАЛАНСЫ РАБОЧЕГО ВРЕМЕНИ