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.
|
2.1 Технологический расчет реактора2.1.1 Цель расчётаТехнологический 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=30C Время цикла τц=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=30C 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 tвх=-12С Температура на выходе из рубашки tвых=-8С 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=55C 2.1.3 Материальный баланс стадии синтеза производства поликарбонатаВ таблицах 2.1и 2.2 приведён материальный баланс процесса Таблица 2.1– Материальный баланс стадии приготовления суспензии дифенилолпропана
Таблица 2.2– Материальный баланс стадии синтеза и поликонденсации
2.1.4 Определение числа, объёма и основных размеров реакторов синтезаПринимаем количество работающих реакторов Z=2 , третий реактор – резервный. Число операций в год , (2.1) где Т=300 дней – число рабочих дней в году, τц=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 устройстваНаиболее эффективное диспергирование газа в реакционную массу достигается с использованием шестилопостной открытой турбинной мешалки,[1]. Принимаем отношение D/dм=3,25 , тогда диаметр мешалки dм=D/3,25=2,6/3,25=0,8 м. Принимаем из стандартного ряда dм= 0,8 м. Частота вращения мешалки принимается из условия[1] , (2.8) где Vг – расход газа, поддаваемого в реактор , м3/с , (2.9) где ; ρг– плотность газа , (2.10) , тогда , тогда По таблице [1] принимаем окружную скорость мешалки w=3 м/с, тогда частота вращения мешалки n=w/(dм)=3/(3,14·0,8) = 1,19 с-1. Принимаем из стандартного ряда n=1,33 с-1. условие (2.8) запишется 1,330,08 , 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, wг – 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·dм=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 Нж = 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, ki=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 теплообменаПлощадь поверхности теплообмена рубашки определяем как площадь обечайки , (2.25) где Ноб – 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 GДФП=2200 кг – масса дифенилолпропана, тогда . Теплота фосгенирования , (2.28) где GФ=1100 кг – масса фосгена, тогда . Теплота поликонденсации , (2.29) где Gпк=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. 18> |