Курсовая работа. Курсовой проект содержит следующие разделы введение, обзор литературы и производственных данных, устройство и принцип работы проектируемого оборудования, технологический расчет проектируемого оборудования,
 Скачать 0.97 Mb.
|
|
Аннотация Задачей курсового проекта является изучение инженерно-технических задач по расчету технологического оборудования. Курсовой проект содержит следующие разделы: введение, обзор литературы и производственных данных, устройство и принцип работы проектируемого оборудования, технологический расчет проектируемого оборудования, прочностной расчет проектируемого оборудования, монтаж проектируемого оборудования, список использованных источников, приложения. В графической части приведены: чертёж технологической схемы стадии синтеза, чертёж расположения оборудования, сборочный чертёж реактора синтеза, сборочный чертёж теплообменника, сборочные чертёжи сборочных единиц реактора. Содержание Введение 4 1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ. ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 5 1.1 Устройство и принцип работы реактора синтеза 5 1.2 Устройство и принцип работы выносных теплообменников 8 1.3 Выбор конструкционных материалов 9 1.3.1 Выбор конструкционных материалов для реактора синтеза 9 1.3.2 Выбор конструкционных материалов выносных 11 теплообменников 11 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ КОТОРОЕ ПРОЕКТИРУЕТСЯ 12 2.1 Технологический расчет реактора 12 2.1.1 Цель расчёта 12 2.1.3 Материальный баланс стадии синтеза производства поликарбоната 14 2.1.4 Определение числа, объёма и основных размеров реакторов синтеза 15 2.1.5 Расчёт мощности на перемешивание и выбор привода перемешивающего устройства 17 2.1.6 Определение поверхности теплообмена 22 2.2 Технологический расчёт теплообменника 26 2.2.1 Цель расчёта 26 2.2.2 Исходные данные для расчёта 26 2.2.3 Определение тепловой нагрузки и средней движущей силы процесса теплообмена 27 2.2.4 Ориентировочный расчёт поверхности теплообмена и проектирование теплообменника 29 2.2.5 Проверочный расчёт теплообменника 36 2.2.6 Гидравлический расчёт теплообменника 38 2.2.6.1 Определение общего гидравлического сопротивления трубного пространства теплообменника 38 2.2.6.2 Проверка выбранного насоса на пригодность 39 2.3 Определение диаметров штуцеров реактора и теплообменника 41 Список использованных источников 44 ВведениеРазличные марки поликарбонатов, в настоящее время широко используются во многих сферах. В силу уникальных свойств этого материала, поликарбонаты находят применение в военной промышленности, в производстве компакт-дисков, частей автомобилей, велосипедов и многого другого. Реактора синтеза является основным оборудованием. В нём осуществляется синтез поликарбоната по модифицированному кристаллогидратному методу состоящий из трех этапов: приготовление кристаллогидрата динатриевой соли дифенилолпропана, фосгенирование кристаллогидрата динатриевой соли дифенилолпропана с образованием исходных олигомеров и поликонденсация полученных олигомеров. В данном курсовом проекте произведён технологический расчёт реактора и выносных теплообменников, произведен расчет на прочность основных элементов аппарата, рассчитаны толщины стенок корпуса и рубашки реактора, рассчитано укрепление отверстия, разработан общий вид аппарата и определены основные размеры 1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ. ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 1.1 Устройство и принцип работы реактора синтеза Проектируемый реактор периодического действия для проведения реакции фосгенирования кристаллогидрата динатриевой соли дифенилолпропана по реакции межфазной поликонденсации при температуре не выше 34оС в среде растворителя – метиленхлорида, в присутствии катализатора – триэтиламина. Общий вид реактора в сборе с выносными теплообменниками показан на рисунке 1.1 Реактор представляет собой вертикальный аппарат, снабженный перемешивающими устройствами и гладкой рубашкой. Реактор состоит из цилиндрического корпуса 1 с гладкой рубашкой 10, эллиптическим днищем 2, эллиптической крышкой 3 с закрепленной на ней стойкой мотор редуктора. В верхней части корпуса реактора предусмотрены два штуцера для выхода реакционной смеси на циркуляцию в выносные теплообменники На валу 7 перемешивающего устройства закреплены три открытые турбинные мешалки 8. Вал проходит через торцевое уплотнение 6 в крышке аппарата и соединяется с валом мотор редуктора 5 через муфту. Нижний конец вала закреплен в нижней опоре 9 на днище реактора. Крышка реактора 4 снабжена люком 4 для осмотра и очистки внутренних устройств и самого аппарата. На крышке предусмотрены технологические штуцера 15,16,17 для подачи и выгрузки реагентов, а именно: 15-штуцер входа раствора фенола в метиленхлориде; 16-штуцер для подачи раствора щёлочи; триэтиламина и дифенилолпропана в метиленхлориде; 17-штуцер отвода паров фосгена.  Рисунок 1.1-Реактор синтеза в сборе с выносными теплообменниками 1-корпус реактора;2-днище реактора; 3-крышка реактора; 4-люк; 5-привод перемешивающего устройства; 6-торцевое уплотнение; 7-вал перемешивающего устройства; 8-турбинная мешалка открытого типа; 9-нижняя опора вала; 10-рубашка реактора; 11-штуцер входа теплоносителя в рубашку; 12-штуцер выхода теплоносителя из рубашки; 13-штуцер выхода смеси на циркуляцию; 14-штуцер входа смеси с циркуляции; 15-штуцер входа раствора фенола в метиленхлориде; 16-штуцер для подачи раствора щёлочи; триэтиламина и дифенилолпропана в метиленхлориде; 17-штуцер отвода паров фосгена; 18-штуцер подачи воды; 19-штуцер для отбора проб; 20-цилиндрическая опора реактора; 21-корпус теплообменника; 22-консольная опора теплообменника; 23-нижняя крышка теплообменника; 24-верхняя крышка теплообменника; 25-привод циркуляционного насоса; 26-опора-стойка насосной установки; 27-торцевое уплотнение вала насосной установки; 28-вал насосной установки; 29-рабочее колесо насосной установки, 30,31-соединительные патрубки, 32-штуцер слива реакционной смеси; 33-штуцер входа паров фосгена; 34-штуцер выхода рассола; 35- штуцер входа рассола; 36- трубный пучок. В верхней и нижней частях рубашки предусмотрены штуцера 11 и 12 , соответственно для входа и выхода теплоносителя. На днище реактора предусмотрены два штуцера 14 для входа смеси с циркуляции и штуцер 19 для отбора проб. Все штуцера, люк, крышка аппарата снабжены разъемными фланцевыми соединениями. Реактор крепится к цилиндрической опоре 20. Работает реактор следующим образом: Для приготовления динатриевой соли дифенилолпропана, в реактор через штуцер 16 (рисунок 2.1) подается необходимый объем метиленхлорида. Не прекращая подачи метиленхлорида, при включенной центральной мешалке, азотом с давлением 0,3 МПа через штуцер 16 (рисунок 2.1) передавливают суспензию дифенилолпропана в метиленхлориде. После этого в рубашку подается рассол с температурой до минус 12оС. При включенной мешалке в реактор через штуцер 16 (рисунок 2.1) ведется дозировка щелочи. Реакция идет с выделением тепла. Поэтому необходимо интенсивное перемешивание (для отвода выделяющегося тепла и более полной конверсии ДФП). После прекращения подъема температуры в реакторе и снижения ее до (12±2)оС в него через выносные теплообменники подают газообразный фосген. После подачи фосгена, в реактор через штуцер 15 (рисунок 2.1) самотеком сливают необходимый для синтеза объем раствора фенола (в воде или в метиленхлориде). При введении фосгена, в реактор через штуцер 18 (рисунок 2.1) подают воду для растворения образующихся солей. При достижении рН 10,5-11,5 в реакторе, подачу фосгена в реактор прекращают, реакционную массу вымешивают в течение 20-30 минут. По окончании фосгенирования и получения результатов анализа, при включенной мешалке в реактор через штуцер 16 (рисунок 2.1) подается расчетный объем концентрированной щелочи. По окончании загрузки щелочи реакционная смесь вымешивается в течение (10-15) минут и затем в реактор через штуцер 16 (рисунок 2.1) загружают триэтиламин. После расслаивания, через штуцера 32 (рисунок 2.1) водный слой сливается а раствор поликарбоната передается в отстойник. Для проведения водной промывки в реактор через штуцер 18 (рисунок 2.1) при включенной мешалке загружают воду (конденсат). Смесь перемешивается в течение (10-30) минут и мешалку выключают. Для проведения щелочной промывки в реактор при включенных мешалках через штуцер 18 (рисунок 2.1) заливают воду (конденсат) и через штуцер 16 концентрированную щелочь. Смесь перемешивается в течение (10-30) минут, затем мешалку выключают, и содержимое реактора расслаивается. При получении результата, соответствующего норме, через штуцера 32 (рисунок 2.1) водный слой из реактора сливается в сборник, а раствор поликарбоната передается в отстойник. 1.2 Устройство и принцип работы выносных теплообменников Проектируемый теплообменник предназначен для охлаждения реакционной среды реакции фосгенирования кристаллогидрата динатриевой соли дифенилолпропана по реакции межфазной поликонденсации, проводимой в реакторе синтеза . Аппарат представляет собой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, с неподвижным трубным пучком, снабженный насосной установкой (смотри рисунок 1.1). Теплообменник состоит из цилиндрического корпуса 21 с днищем 23 и крышкой 24 с закрепленной на ней стойкой мотор редуктора. В верхней и нижней частях корпуса предусмотрены штуцера 34 и 35 , соответственно для выхода и входа теплоносителя. Корпус теплообменника крепится к консольной опоре 22, закреплённой на цилиндрической опоре реактора. К крышке теплообменника 24 крепится опора-стойка насосной установки 26, на которой закреплён мотор-редуктор 25. На валу 28 насосной установки закреплено рабочее колесо 29. Вал проходит через торцевое уплотнение 27 и соединяется с валом мотор-редуктора 25 через муфту. На расширении входного патрубка расположен штуцер 33 для подачи паров фосгена. К днищу 23 теплообменника крепится патрубок 31 выхода смеси с циркуляции в нижнюю часть реактора. В нижней точке патрубка расположен штуцер 32 для слива смеси. Реакционная смесь подаётся в теплообменник через входной патрубок 30, попадает на рабочее колесо насоса и прокачивается через межтрубное пространство, охлаждаясь при этом и перемешиваясь с фосгеном, подаваемым через штуцер 33. Далее, через патрубок 31, смесь попадает в нижнюю часть реактора. В трубное пространство теплообменников подаётся рассол с температурой до минус 12оС. Подача рассола и включение циркуляционных насосов производят синхронно с подачей рассола в рубашку реактора и включением центральной мешалки соответственно. 1.3 Выбор конструкционных материалов 1.3.1 Выбор конструкционных материалов для реактора синтеза К конструктивным материалам проектируемой химической аппаратуры предъявляется ряд требований: высокая коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах при рабочих параметрах процесса; высокая механическая прочность при заданных рабочих давлениях, температуре и дополнительных нагрузках; возникающих при гидравлических испытаниях к эксплуатации аппаратов; хорошая свариваемость материалов с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений; низкая стоимость доступных материалов. Исходя из этих требований, произведем выбор конструкционных материалов для проектируемого оборудования. Реактор имеет коррозионную, токсичную, ядовитую, взрыво и пожароопасную среду в самом аппарате, и рассол в рубашке. Максимальная рабочая температура корпуса реактора не превышает 200 0С, а минимальная рабочая температура 20 0С. Данным условием работы соответствует следующий тип стали: высоколегированная 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72 - коррозионностойкая, аустинитного класса. Сталь обладает высокой механической прочностью, пластичностью и хорошей способностью к сварке, но имеет высокую стоимость . В данной среде скорость коррозии С<0,1 мм/год, [13]. Принимаем за материал обечайки корпуса, днища, крышки, штуцеров, внутренних устройств, контактирующих со средой данную сталь. Для крепежных деталей: болтов, гаек для закрепления фланцевых соединений аппарата, различных наружных устройств, неконтактирующих с реакционной средой, выбираем сталь 35 по ГОСТ 1050-94, обладающую хорошими механическими свойствами. В качестве материала для рубашки реактора примем сталь ВСт 3пс5 ГОСТ 380-71, которая обеспечивает необходимую долговечность аппарата при заданных технологических условиях.Такой выбор обусловлен тем, что рубашка контактирует только с рассолом, который много обладает много меньшей коррозионной активностью, чем реакционная среда. В данной среде скорость коррозии такой стали С<0,1 мм/год, [13], а себестоимость много ниже себестоимости материала корпуса реактора. Для фланцев, с целью экономии дорогой стали, принимаем сталь качественную конструкционную Сталь 20К ГОСТ 10885-75. Учитывая свойства среды, принимаем тип всех фланцев, контактирующих с ней - шип–паз, с облицовкой листом из коррозионностойкой стали. В качестве материала опоры реактора примем сталь ВСт 3сп5 ГОСТ 380-71. 1.3.2 Выбор конструкционных материалов выносных теплообменников Принимаем за материал корпуса, днища, крышки, штуцеров, труб, внутренних устройств, контактирующих со средой такую же сталь, как и для корпуса реактора (смотри пункт 1.3.1). В качестве материала опоры теплообменника принимаем сталь ВСт 3сп5 ГОСТ 380-71. Для крепежных деталей: болтов, гаек для закрепления фланцевых соединений, различных наружных устройств, неконтактирующих с реакционной средой, выбираем сталь 35 по ГОСТ 1050-94, обладающую хорошими механическими свойствами. 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ КОТОРОЕ ПРОЕКТИРУЕТСЯ |