Курсовая работа. Курсовой проект содержит следующие разделы введение, обзор литературы и производственных данных, устройство и принцип работы проектируемого оборудования, технологический расчет проектируемого оборудования,

• Название: Курсовой проект содержит следующие разделы введение, обзор литературы и производственных данных, устройство и принцип работы проектируемого оборудования, технологический расчет проектируемого оборудования,
• Дата: 30.04.2022
• Размер: 0.97 Mb.
• Имя файла: Курсовая работа.doc
• Тип: Курсовой проект; #505773
• страница: 2 из 4

2.1 Технологический расчет реактора

2.1.1 Цель расчёта

Технологический расчёт реактора имеет своей целью выбор режимов работы аппарата, определение мощности и выбор привода перемешивающего устройства, определение основных размеров реактора, и параметров, необходимых для подбора вспомогательного оборудования.

2.1.2 Исходные данные для расчёта

• 
  Мощность производства G=4098 т/год
  

• 
  Фонд времени производства Т=300 сут/год
  
• 
  Коэффициент заполнения реактора φ=0,91
  
• 
  Содержание поликарбоната в реакционной массе m=7,113%
  
• 
  Температура реакции t=30C
  
• 
  Время цикла τ_ц=8,5ч,
  

в том числе:

• 
  загрузка МХ τ₁=1ч25мин.;
  
• 
  загрузка суспензии ДФП в МХ τ₂=0,5ч;
  
• 
  загрузка щёлочи на образование динатриевой соли ДФП τ₃=0,25ч;
  
• 
  охлаждение реакционной массы τ₄=2/3ч;
  
• 
  фосгенирование τ₅=1,5ч;
  
• 
  перемешивание олигомера после фосгенирования τ₆=0,5ч;
  
• 
  загрузка щёлочи на поликонденсацию τ₇=0,25ч;
  
• 
  загрузка триэтиламина τ₈=1/6ч;
  
• 
  поликонденсация τ₉=1/3ч;
  
• 
  подача воды на промывку τ₁₀=0,25ч;
  
• 
  перемешивание при промывке τ₁₁=0,25ч;
  
• 
  расслаивание τ₁₂=1/3ч;
  
• 
  слив водного слоя τ₁₃=25 мин.;
  
• 
  передача раствора ПК в отстойник τ₁₄=1ч;
  
• 
  подготовка реактора к новому циклу τ₁₅=2/3ч.
  

Удельные теплоты реакций:

• 
  Получение кристаллогидрата динатриевой соли ДФП q₁=176,3 кДж/кг
  
• 
  Фосгенирование q₂=3370 кДж/кг
  
• 
  Поликонденсация q₃=27,24 кДж/кг ПК
  

Характеристики среды в аппарате при температуре t=30C

• 
  Плотность ρ₁=1330 кг/м³
  
• 
  Вязкость μ₁=0,153 Па_*с
  
• 
  Теплопроводность λ₁=0,166 Вт/(м_*К)
  
• 
  Теплоемкость С₁=1200 Дж/(кг_*К)
  
• 
  Поверхностное натяжение σ₁=22,9_*10^-3 Н/м
  

Характеристики рассола

• 
  Температура на входе в рубашку t_вх=-12С
  
• 
  Температура на выходе из рубашки t_вых=-8С
  
• 
  Плотность ρ₂=1170 кг/м³
  
• 
  Вязкость μ₂=4,68_*10^-3 Па_*с
  
• 
  Теплопроводность λ₂ = 0,495 Вт/(м_*К)
  
• 
  Теплоемкость С₂=3110 Дж/(кг_*К)
  

Характеристики фосгена

• 
  Давление в испарителе при подаче в аппарат р₂=0,55 МПа
  
• 
  Молекулярная масса фосгена μ₂=99 кг/кмоль
  
• 
  Температура t₂=55C
  

2.1.3 Материальный баланс стадии синтеза производства поликарбоната

В таблицах 2.1и 2.2 приведён материальный баланс процесса

Таблица 2.1– Материальный баланс стадии приготовления суспензии дифенилолпропана

Приход	кг/оп	кг/т	Расход	кг/оп	кг/т
Дифенилолпропан Метиленхлорид	2200,00 4565,90	980 2033,90	Суспензия дифенилолпропана в метиленхлориде Дифенилолпропан Метиленхлорид Потери метилен хлорида Потери дифенилолпропана	6725,50 2182,40 4543,10 22,6 17,6	2995,9 972,20 2023,7 10,20 7,8

Таблица 2.2– Материальный баланс стадии синтеза и поликонденсации

Приход	кг/оп	кг/т	Расход	кг/оп	кг/т
3. Суспензия дифенилолпропана в метиленхлориде	6725,50	2995,90	12. Раствор поликарбоната на очистку	25548,18	11380,51
Дифенилолпропан Метиленхлорид	2182,40 4543,10	972,20 2023,70	Поликарбонат Метиленхлорид Вода NаСl Nа2СО3 Триэтиламин Фенол	2419,76 22809,92 256,69 52,15 6,47 3,16 0,03	1077,91 10160,73 114,34 23,23 2,88 1,41 0,01
6. Метиленхлорид (добавка на "подушку") из Е2671-2	18500	8240,9
7. Раствор едкого натра (46%) NaOH (100%) Вода	2292,26 1054,44 1237,82	1021,08 469,69 551,39
8. Фосген	1100,00	490,00	13. Маточник	8534,05	3801,54
			Вода Метиленхлорид NаСl Nа2СО3 Фенол Поликарбонат Дифенилолпропан Триэтиламин NаОН	6903,36 164,00 1260,80 158,10 0,05 4,48 0,90 0,26 42,10	3075,14 73,05 561,64 70,43 0,02 2,00 0,40 0,11 18,75
9. Вода на фосгенирование на промывку	5500.00 3000,00 2500,00	2450,00 1336,36 1113,64
10. Триэтиламин	3,82	1,70	14. Потери метиленхлорида	69,18	30,82
11. Раствор фенола* Фенол Вода	42,43 38,16 4,27	18,90 17,00 1,90	15. Потери триэтиламина	0,40	0,18
			16. Потери поликарбоната	12,20	5,43
			из проливов на анализ	11,70 0,50	5,21 0,22
Итого	34177		Итого	34177

2.1.4 Определение числа, объёма и основных размеров реакторов синтеза

Принимаем количество работающих реакторов Z=2 , третий реактор – резервный.

Число операций в год

, (2.1)

где Т=300 дней – число рабочих дней в году, τ_ц=8,5 часов – время цикла,

тогда



Выход поликарбоната с одной операции

(2.2)

где G= 4098·10³ кг, Z=2 – число реакторов,

тогда



Масса реакционной смеси

(2.3)



Объём реакционной смеси

(2.4)



Принимаем объём реакционной массы в теплообменниках 3 м³ , тогда её объём в реакторе V=25,6-3=22,6 м³.

Номинальный объём аппарата

(2.5)



Принимаем объём реактора

Приближённый диаметр аппарата

, (2.6)

где a=2,02 – отношение высоты реактора к его диаметру,

тогда



Принимаем D=2,6 м, тогда высота реактора

(2.7)

где а=2,02 - отношение высоты реактора к его диаметру,

тогда

2.1.5 Расчёт мощности на перемешивание и выбор привода перемешивающего устройства

Наиболее эффективное диспергирование газа в реакционную массу достигается с использованием шестилопостной открытой турбинной мешалки,[1]. Принимаем отношение D/d_м=3,25 , тогда диаметр мешалки d_м=D/3,25=2,6/3,25=0,8 м. Принимаем из стандартного ряда d_м= 0,8 м.

Частота вращения мешалки принимается из условия[1]

, (2.8)

где V_г – расход газа, поддаваемого в реактор , м³/с

, (2.9)

где ; ρ_г– плотность газа

, (2.10)

,

тогда

,

тогда


По таблице [1] принимаем окружную скорость мешалки w=3 м/с, тогда частота вращения мешалки n=w/(d_м)=3/(3,14·0,8) = 1,19 с^-1.

Принимаем из стандартного ряда n=1,33 с^-1. условие (2.8) запишется 1,330,08 , т.е. условие выполняется.

Принимаем к установке на валу три открытых турбинных мешалки.

Условием необходимости установки перегородок служит неравенство [1]

, (2.11)

где - глубина воронки

- предельно допустимая глубина воронки

Предельно допустимую глубину воронки можно определить по формуле:

, (2.12)

где - высота уровня жидкости в сосуде .

высота установки мешалки

Глубину воронки определим по формуле [1]

, (2.13)

где -частота вращения мешалки

- диаметр мешалки

В - коэффициент пропорциональности, определяемый по номограмме [1] .

Для определения коэффициента В рассчитывается величина [1]

, (2.14)

где

-коэффициент сопротивления мешалки

z=3 количество мешалок

Критерий Рейнольдса центробежного определим по формуле [14]
, (2.15)

где - вязкость смеси,

w_г – скорость газа в реакторе

, (2.16) ,

тогда

,

тогда



Из номограммы [1] В=10

Подставляя числовые значения в формулу (2.13) получим



тогда

По рекомендациям [1] устанавливаем нижнюю мешалку на высоте h=0,65·d_м=0,65·0,8=0,52 м.



Очевидно , следовательно нет необходимости в отражательных перегородках.

Расстояние между мешалками принимаем из условия

, (2.17)

Принимаем , тогда условие (2.17) выполняется

Так как среда в аппарате токсичная, агрессивная и ядовитая, принимаем для герметизации аппарата торцовое уплотнение Т5 (ТДФ).

Мощность, затрачиваемую на преодоление трения в уплотнении, определим по формуле [1]:

, (2.18)

где - диаметр вала
Подставим численные значения в формулу (2.18) получим



Мощность, затрачиваемую на перемешивание, определим по формуле [1]: , (2.19)

где -плотность смеси;

- частота вращения мешалки;

- диаметр мешалки,

– критерий мощности, определяемый по [1] в зависимости от критерия Re

, (2.20)

Тогда

,

тогда
Подставим числовые значения в формулу (2.19), получим



Для трёх мешалок мощность, затрачиваемую на перемешивание, определим по формуле

,

где m =3 –число мешалок,

тогда



Мощность, затраченная на перемешивание газожидкостной смеси

, (2.21)

где φ₂ – газосодержание системы

, (2.22)

где А – параметр

, (2.23)

где Н_ж = 4 м – высота уровня жидкости в реакторе при фосгенировании

тогда

,

При А<18 , согласно [1] , коэффициент С =0,0094 , а степень n = 0,62

тогда

,

тогда



Мощность привода мешалки определим по формуле

, (2.24)

где - т.к. аппарат без перегородок,

- коэффициент высоты уровня жидкости в аппарате,

k_i=2,4 – сумма коэффициентов, учитывающих наличие внутренних устройств,

- КПД привода мешалки,

- мощность затрачиваемая на перемешивание,

- мощность затрачиваемая на преодоление трения в уплотнителях.

Подставляя числовое значение в формулу (2.24), получим



Требуемая мощность, с учетом коэффициента, учитывающего пусковой момент



Выбираем мотор-редуктор типа МПО-2 с мощностью с числом оборотов вала на выходе 8 об./мин.

2.1.6 Определение поверхности теплообмена

Площадь поверхности теплообмена рубашки определяем как площадь обечайки

, (2.25)

где Н_об – высота обечайки

, (2.26)

где – высота днища, [2], Н=5,25 м- общая высота,

тогда ,

тогда .

Так как в реакторе происходит три экзотермических реакции, требуется определить наибольший из них и проверить достаточность площади теплообмена.

Теплота кристаллогидратации

, (2.27)

где G_ДФП=2200 кг – масса дифенилолпропана,

тогда .
Теплота фосгенирования

, (2.28)

где G_Ф=1100 кг – масса фосгена,

тогда .
Теплота поликонденсации

, (2.29)

где G_пк=2431 кг – масса поликарбоната,

тогда .

Очевидно теплота фосгенирования наибольшая, следовательно расчёт ведём для условий газожидкостной реакции фосгенирования.

Коэффициент теплоотдачи от перемешиваемой среды к стенке сосуда определим по формуле [14]

, (2.30)

где - теплопроводность

- диаметр мешалки.

Критерий Нуссельта определим по формуле [14]

(2.31)

где - критерий Рейнольдса

(2.32)

где - теплоемкость смеси

-вязкость смеси

Подставляя числовое значение формулу (4.32), получим

,

Критерий Фруда

, (2.33)

тогда

,

Подставляя числовое значение в формулу (4.31), получим



Подставляя числовое значение в формулу (4.30), найдем коэффициент теплоотдачи:



Коэффициент теплоотдачи теплоносителя найдем по формуле [14]

, (2.34)

где - коэффициент теплопроводности воды

– высота обечайки.

Критерий Нуссельта определим по формуле [14]
, (2.35)

где

, (2.36)

тогда

;

, (2.37)

где =0,35_*10^-3 град.^-1 – коэффициент,

тогда

;

т.к. ₂ зависит от , используем метод подбора температуры стенки.

Принимаем температуру стенки со стороны реакционной массы ,

тогда

,

удельный тепловой поток

, (2.38)

,

, (2.39)
где – общее термическое сопротивление загрязнений

, (2.40)

где термические сопротивления загрязнений со стороны перемешиваемой среды , стороны рассола ,

термическое сопротивление стенки ;

тогда

,

тогда

,

,

,

тогда по формуле (4.34)

,

удельный тепловой поток

, (2.41)

тогда

,

тогда .

Коэффициент теплопередачи определим по формуле:

, (2.42)
Подставляя числовые значения в формулу (4.42), получим

.

Тепловой поток через теплопередающую поверхность определим по формуле:

, (2.43)

где -средняя разность температур

, (2.44)

,

тогда



Очевидно, площади рубашки недостаточно для отведения теплоты при фосгенировании (1,26·10⁵<6,86·10⁵ Вт). Избыток теплоты будем отводить выносными теплообменниками.