Расчет реактора полимеризации этилена производительностью 10,75 т/час

Q₄=881594182,9405+2218800=883812982,9405

Рассчитаю потери теплоты в окружающую среду- Q₅

Водород

Cs _(H2) = 28,8+0,00276*Т+1,17*10^-6*Т ² [Бесков]

C_{s (H2)} = 28,8+0,00276*369+1,17*10^-6*369²=29,0611 кДж/кмоль*град

M_(H2) = 0,1002/2=0,05кмоль/ч

Q_5(H2) =29,061*0,05*369=536,1772кДж/ч

Этилен

C_{s (C2H4)} = 5,72+0,1304*Т-0,0447*10^-3*Т ² [Бесков]

C_{s (C2H4)} =5,27+0,1304*369-0,0447*10^-3*369²=47,3013кДж/кмоль*град

M _(C2H4) = 970,64/28=34,6657кмоль/ч

Q_5(C2H4) = 47,3013*34,6651*369=605061,3572кДж/ч

Q₅=536,1772+605061,3572=605597,5344кДж/ч

Рассчитаю теплоту, которую необходимо вывести с циркуляционным газом, не принимающим непосредственного участия в процессе его полимеризации в химических превращениях этилена-Q₃

Q₃₌(Q₄+Q₅)-(Q₁+Q₂+Q_{цирк.газа}) [Бесков]

Q₃=(2218800+605597,5344)-(11613501,8697+44720000+ +883812982,9405) = -937322087,2758кДж/ч

В связи с тем, что теплота циркуляционного газа имеет отрицательную величину, перенесем ее из приходной части теплового баланса в расходную с обратным знаком.

Данные полученные при расчете сведены в табл. 3

Таблица 3. Теловой баланс процесса полимеризации этилена пленочной марки полиэтилен порошка 2-4808(69)

Приход	Расход
Статья баланса	кДж/ч	%	Статья баланса	кДж/ч	%
1.Теплота, вводимая с сырьем, Q1	11,61*106	1,24	1.Теплота, выводимая из аппарата с продуктом, Q4	2,22*106	95,64
2.Теплота, выделяющаяся при реакции полимеризации, Q2	44,72*106	4,76	2. Потери тепла в окружающую среду,Q5	0,61*106	4,36
3.Теплота вводимая с Qциркуляционным газом	883,49*106	94,00	3.Теплота выводимая с Qциркуляционным газом	937,32*106	99,71
Итого:	939,82*106	100,00	Итого:	939,82*106	100,00

Рассчитанные кДж перевожу в %

Q₁

939,82кДж/ч - 100%

11,61кДж/ч - х%

Х= 100%*11,61кДж/ч/939,82кДж/ч=1,24%

Q₂

939,82кДж/ч - 100%

44,72кДж/ч - х%

Х=100%*44,72кДж/ч/939,82кДж/ч=4,76%

Q_{цирк.газа}

939,82кДж/ч - 100%

883,49кДж/ч - х %

Х= 100%*883,49кДж/ч/939,82кДж/ч=94,00%

Q₄

939,82кДж/ч - 100%

2,22кДж - х %

Х=100%*2,22кДж/939,82=0,23%

Q₅

939,82кДж/ч - 100%

0,61кДж - х %

Х=100%*0,61кДж/939,82=0,06%

Q_{цирк.газа}

939,82кДж/ч - 100%

937,32кДж - х %

Х=100%*937,32кДж/939,82=99,71%

6. Механический расчет

Стали классифицируют по химическому составу (углеродистые и легированные), по назначению (конструкционные, инструментальные и особые), по способу производства (обыкновенного и повышенного качества, качественные и высококачественные).

Механические свойства стали определяются ее структурой, содержанием в ней углерода, составом и количеством примесей.

В стали неизбежно присутствуют в качестве примесей кремний (0,1 - 0,35%), марганец (0,35 - 0,7%), сера (0,03 - 0,05%), фосфор (0,03 - 0,05%), оказывающие различное влияние на ее свойства.

При плавке в сталь попадают в небольших количествах хром, никель и медь. В незначительных количествах в стали содержится также водород (до 0,001%), азот (до 0,01%) и кислород (до 0,001%). Эти газы являются вредными и ухудшающими качество стали.

Хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, алюминий, марганец, кремний и другие элементы в разных сочетаниях и количествах специально вводят в сталь в качестве легирующих добавок, улучшающих ее свойства.

Оборудование нефтеперерабатывающих заводов изготавливают из конструкционных сталей, которые делятся на углеродистые, низколегированные и легированные. Выбор марки стали требует учета множества факторов, из которых наиболее важны максимальная и минимальная температуры стенки аппарата в процессе эксплуатации, поскольку механические свойства сталей при высоких и низких температурах изменяются в широких пределах.

В тех случаях, когда к оборудованию предъявляют особые требования в отношении прочности и коррозионной стойкости, применяют легированные стали, выпускаемые по ГОСТам или ТУ. В зависимости от количества легированных добавок различают низко-, средне- и высоколегированные стали.

Механический расчет аппарата сводится к определению диметра D и высоты H реактора.

Выбор конструктивного материала проводится по результатам анализа, условий в которых работает аппарат: температура, давление и коррозионная среда. Исходя из условий, в которых работает реактор, применяют металл сталь ВСт 3. Расчетное давление 21,3 кг/смІ или 2,13 МПа. Допустимое напряжение взято из справочника [9] и соответствует принятой стали 149 МПа при температуре 95^оС.

-з -коэффициент принимается для взрывопожароопасных сред 0,9 МПа;

У-у_доп= у * з = 149*0,9=134,1Мпа

Расчет внутреннего диаметра аппарата

Внутренний диаметр аппарата рассчитывается по формуле:[Фарамазов]

D =

Расход потока входящего в реактор, принимается из материального баланса 596446,385 кг/час или 596446,385/*3600 = 165,65 м/с;

Пересчитываем плотность при рабочих условиях

с = с_о*Т_о*Р_раб/Т_раб*Р_раб = 1,2606*273*213/423*0,1 = 17,32 кг/мі

Р_раб = 21,3 кг/смІ=2,13 МПа

Р_о = 0,1Мпа

D ==2,89м

Выбираю внутренний диаметр 3000 мм по гост 9617-76.Сосуды и аппараты

Рассчитываю высоту цилиндрической части реактора(7.01)

V = H*S

H = V/S

V = Vсек * ф _сек= 8*10 = 80 мі

S = рD²/4 = 3,14*8,35/4 = 6,55 мІ

H = Vсек * ф _сек/S = 80 /6,55 =12,2 м

Расчет толщины стенки цилиндрической части реактора

Толщину стенки рассчитываем по формулам [9,с. 6]:

S₁ ? S₁p + C (7.02)

S₁p = РR/2*ц*у * 0,5P

Где, R- радиус кривизны в вершине днища, рассчитывают по формуле:

R = D²/4H

Где, D - внутренний диаметр цилиндрической части, м;

Н - внутренняя высота выпуклой части днища, без учета отбортовки, м.

Для стандартных днищ R= D, тогда:

S₁p = 2,13*3000/2*1*104,8-0,5*2,13 = 32,1 мм.

S₁ = S₁p + C = 32,1+2 =34,1 мм

Принимаем исполнительную толщину стенки цилиндрической части реактора 35мм.

Расчет эллиптического днища нагруженного внутренним избыточным давлением

Рис.2. Днище реактора, нагруженное избыточным давлением

Толщину стенки рассчитываем по формулам [9,с. 6]:

S₁ ? S₁p + C (7.03)

S₁p = РR/2*ц*у * 0,5P

Где, R- радиус кривизны в вершине днища, рассчитывают по формуле:

R = D²/4H

Где, D - внутренний диаметр цилиндрической части, м;

Н - внутренняя высота выпуклой части днища, без учета отбортовки, м.

Для стандартных днищ R= D, тогда:

S₁p = 2,13*3000/2*1*104,8- 0,5*2,13 = 32,1 мм.

S₁ = S₁p + C = 32,1+2 =34,1 мм

Принимаем исполнительную толщину эллиптического днища нагруженную избыточным давлением 35 мм.

Выполняем поверочный расчет толщины эллиптического днища по формулам:

S-C/D ? 0,1 (7.04)

35-2/3000 = 0,011

0,011 > 0,1

Неравенство выполняется, значит толщина эллиптического днища выполнена правильно.

Расчет диаметра гладкой конической обечайки без тороидального перехода

Для расчета диаметра гладкой конической обечайки принимаем D = 7000 мм б = 10^о

Dк = D - 1,4*а ₁ *sinб₁ (7.05)

где, а ₁-расчетная длина переходной части;

а ₁= 0,7 *vD/cosб₁*(S-C)

а ₁₌ 0,7*v3000/0,985 *(35-2) = 10,024 мм

Dк =3000-1,4*10,024*0,174 = 5230,08 мм

Принимаем диаметр гладкой конической обечайки 5500мм по ГОСТ 9617-76

Высота гладкой конической обечайки будет равна 4560мм[10,с.3]

Расчет толщины гладкой конической обечайки нагруженной избыточным давлением

S_к ? S_к.р+С (7.06)

S_к.р=PD/2* ц_p* [у]-p*1/ cosб₁

S_к.р=(2,13*3000/2*134*1-2,13)*1/0,985=23,77мм

S = S_к.р + C = 23,77+2 =25,77 мм

Принимаем толщину гладкой конической обечайки 28 мм

Расчет толщины сферической крышки:

S₁ ? S_1р+С(7.07)

Где, S_1р= PR/2* ц_p* [у]-0, 5*p

S_1р=1,8*5500/2*134*1-0,5*1,8=37,06мм

S = S_р + C =37,06+2=39,06мм

Высота сферической крышки будет равна 2750мм

Расчет высоты эллиптического днища: [ГОСТ 9931-85]

L+S=H (7.08)

H=910+35=945мм

7. Контроль производства и управления технологическим процессом

Таблица 4. Контроль производства полимеризации этилена

н/п	Что контролируется	Позиция прибора	Ед. изм.	Нормы и технические показатели	Частота и способ контроля
	Реактор поз.1301А/ С
1.	Температура в реакторе	ТТ 1301-22-48	°С	85-113	1 раз в час с записью в журнал
2.	Перепад давления по слою порошка полиэтилена	PDR 3007-2	мм.вод.ст.	750-1250	1 раз в час с записью в журнал
3.	Перепад давления на распределительной плите	PDRА 3008	мм.вод.ст.	Не более 6000	1 раз в час с записью
4.	Уровень порошка полиэтилена	LRAS 1301-028	%	Не более 80 на выгрузку	1 раз в час с записью в журнал
5.	Давление в реакторе	PIRCA 1301-018	кгс/смІ	Не более 21,4	1 раз в час с записью
6.	Парциальное давление этилена	PIC 1301-019 А,С	кгс/смІ	6-21,4	1 раз в час с записью
7.	Давление в реакторе	PIC 1301-020	кгс/смІ	15-21,4	1 раз в час с записью

8. Техника безопасности при эксплуатации оборудования и ведении технологического процесса

8.1 Основные опасности производства

Согласно существующей классификации производств по характеристике применяемого сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции, по степени их пожарной опасности производство в целом относится к взрывоопасным производствам.

По степени пожарной опасности производство относится к категории "А" как производство, связанное с применением горючих газов, легко воспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки не более 28єС в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа; помещения, в которых применяются вещества и материалы способные взрываться и гореть при взаимодействии с кислородом воздуха в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.

Основными опасностями производства являются:

- возможность пожара или взрыва при больших утечках газов из системы реакции. Взрыв может произойти в случае наличия концентрации горючих газов нижнего предела взрываемости;

- применение открытого огня в местах, не предусмотренных для этих целей;

- разогрев для высокой температуры поверхностей трубопроводов и оборудования;

- грозовые разряды молний;

- разряды статического электричества;

- удары искрящим инструментом или другими металлическими предметами в металл;

- самовозгорание обтирочных промасленных материалов;

- курение в неустановленных местах;

- опасность отравления углеводородами при сильной загазованности в цехе, а также в случае нарушения пользования индивидуальными средствами защиты;

- опасность химических ожогов при попадании соды каустической на кожу человека, при нарушении правил безопасности при пользовании этим веществом;

- опасность образования пирофорных соединений в отделении очистки газов;

- опасность термических ожогов при несоблюдении правил безопасности при обращении с паропроводами и трубопроводами горячей воды;

- возможность поражения персонала электрическим током при несоблюдении правил безопасности по обслуживанию электрооборудования;

- возможность получения механических травм при нарушении правил работы с движущимися частями оборудования;

- возможность получения механических травм при работе с неисправным инструментом и при нарушениях правил работы на высоте;

- возможность радиационного заражения при разгерметизации и нарушении защиты радиационно-изотопных приборов в аварийных ситуациях.

Продукты, используемые в производстве полиэтилена - этилен, бутен, водород, являются пожаровзрывоопасными и оказывают вредное воздействие на организм человека.

Основными опасностями, возникающими при работе отделения, являются:

а) возможность пожара или взрыва при больших утечках этилена, бутена, водорода, возникающих при нарушении герметичности аппаратов и трубопроводов.

б) в результате попадания воздуха в факельный коллектор при неправильной подготовке аппаратов и трубопроводов к работе, возникает угроза взрыва.

в) в результате прорыва трубопроводов этилена,, бутена возникает угроза обморожения и отравления обслуживающего персонала.

г) при прорыве трубопроводов горячей воды, пара могут возникать термические ожоги.

д) при неисправности электрооборудования и электрических сетей возникает угроза поражения электрическим током.

е) скопление зарядов статического электричества на поверхности аппаратов и трубопроводов и нарушении систем заземления приводят к угрозе поражения электрическим током и взрыва.

ж) при разгерметизации аппаратов и трубопроводов, находящихся под давлением, возникает угроза получения механических травм.

з) при просыпании катализаторов S-2, больших количеств порошка полиэтилена возникает угроза пожара.

8.2 Меры безопасности при ведении технологического процесса, выполнении регламентных производственных операций

Для соблюдения мер безопасности при ведении технологического процесса, выполнении регламентных производственных операций, необходимо:

- тщательно выдерживать технологический режим и соблюдать правила пуска отдельных узлов и аппаратов, согласно требованиям настоящей инструкции;

- при подготовке оборудования к ремонту и приеме из ремонта не производить продувку воздухом во избежание образования взрывоопасных смесей с кислородом воздуха. Продувку производить только азотом - не допускать завышения давления в аппаратах и трубопроводах;

- при возникновении опасных моментов во время ведения технологического процесса немедленно принимать меры, вплоть до остановки узла или цеха в целом согласно инструкции;

- тщательно следить за работой КИП, принимая своевременные меры по устранению неполадок;

- следить за качественным составом сырья, не допускать применение сырья с отклонениями от требований регламента;

- тщательно и систематически следить за герметичностью аппаратов, трубопроводов, арматуры, фланцевых соединений, сальников и своевременно принимать меры по устранению утечек;

- соблюдать сроки планово-предупредительных и капитальных ремонтов оборудования;

- не допускать курения в неустановленных местах;

- после вывода оборудования из ремонта перед пуском производить продувку азотом со сбросом в атмосферу;

- не подключать не продутое от кислорода технологическое оборудование к факельному коллектору;

- не допускать разгерметизации и сообщения с атмосферным воздухом технологических трубопроводов, связанных напрямую с факельным коллектором;

- в целях исключения возможности производственного травматизма необходимо использовать спецодежду, спецобувь и защитные средства. В отделении применяются - противогаз фильтрующий с коробкой марки БКФ, при работе в зоне высоких концентраций продуктов, азота - противогазы марки ПШ-1, ПШ-2, при работе с катализатором - респираторы типа "У-2 К", "ШБ-1" и "лепесток";

Опасным моментом в работе отделения полимеризации является использование азота в качестве транспортирующего агента при транспортировке порошка полиэтилена в отделение.

Все ремонтные, огневые, газоопасные работы на реакторном блоке разрешается проводить только по оформленному в надлежащем порядке наряду-допуску на проведение данных работ.

Технологическому персоналу разрешается выполнять только те работы, которые предусмотрены данной инструкцией. Не разрешается использовать оборудование, сырье, материалы, инструменты не на производственные нужды, не по назначению, в том числе в личных целях.

На рабочем месте находиться в чистой спецодежде, спецобуви, головном уборе (каске) и иметь средства индивидуальной защиты (противогаз марки А или БКФ).

Запрещается работать в порванной, грязной, промасленной спецодежде. Спецодежда должна быть застегнута.

Пуск, остановку и эксплуатацию отделения полимеризации производить в соответствии с рабочей инструкцией.

Запрещается пуск узлов или отдельных аппаратов после ремонта без проверки на герметичность с обмыливанием всех фланцевых соединений и сальников. Результаты проверки на герметичность заносятся в акт приема оборудования из ремонта.

Устранение пропусков, выявленных при проверке на герметичность, производить только после сброса из системы давления.

Запрещается пуск узлов или отдельных аппаратов в работу без продувки азотом. Содержание кислорода в продувочном азоте, взятом на выходе из аппаратов трубопроводов, должно быть равным содержанию кислорода в азоте, подаваемом на продувку.

Все дренажи и воздушники на продуктовых трубопроводах и аппаратах за исключением систем трех вентилей должны быть закрыты и оглушены.

Открытие и закрытие арматуры на трубопроводах производить плавно, без рывков.

Отогрев замерзших участков трубопроводов вести горячей водой или паром.

Знать места расположения средств пожаротушения (огнетушители, ящики с песком, лафетные стволы).

Курить разрешается только в отведенных местах.

Запрещается использовать противопожарный инвентарь для хозяйственных целей.

При производстве ремонтных работ пользоваться исправным, не образующим искры инструментом.

Ремонтные работы на работающем оборудовании проводить запрещается.

Для оглушения трубопроводов и аппаратов применять только стандартные заглушки.

Перед приемом пищи мыть руки.

Запрещается принимать пищу на рабочем месте.

Не допускать нахождение в отделении полимеризации посторонних людей или ремонтного персонала без оформленных документов (наряд-допуск, разрешение на проведение огневых работ, наряд-допуск на проведение газоопасных работ).

Вывод

Курсовая работа на тему "Расчет реактора полимеризации этилена производительностью 13 т/год" выполнена согласно заданию.

В начале работы представлены теоретические основы процесса полимеризации этилена, влияние факторов на процесс полимеризации, описана технологическая схема получения полиэтилена с нормами технологического режима, дана характеристика сырья и готовой продукции.

В ходе выполнения курсового проекта приобретены навыки инженерных расчетов, ознакомления с действующими ГОСТами, ОСТами и другой справочной литературой. Сделаны расчеты материального и теплового баланса, а также механический расчет реактора.

Выбран реактор:

Диаметр наружной цилиндрической части - 3400 + 32 +32 = 3464 мм

Диаметр наружной конической части - 7000 + 58 + 58 = 7116 мм

Высота цилиндрической части 10 000 мм

Список используемой литературы

1. Акутин Н.С., Торнер Р.В. Оборудование заводов по переработке пластмасс.-М.: Химия,1986.

2. Бесков С.Д. Технохимические расчеты.-М.: Химия,1983.

3. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии.- М.: "Химия",1995.

4. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза.- М.: "Химия", 1988.

5. Медведева А.А., Билинкинс Л.И. Охрана труда и противопожарная защита в химической промышленности.- М.: "Химия",1982.

6. Макконел К.Р., Брю С.Л. Экономика. Принципы, проблемы и политика.- М.,1992.

7. Пиндайк Р.А., Рубинфилд Д.С. Микроэкономика.- М.,1992

8. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии.- М.: "Химия",1995.

9. Проскуряков В.А.,Драбкин А.Е. Химия нефти и газа.- С- Пб.: "Химия",1995.

10. Павлов К.Ф.,Романков П.Г., Носков А.А. Процессы и аппараты химической технологии.- М.: "Химия",1987.

11. Равдель А.А. Краткий справочник физико-химических величин.- М.,1990.

12. Фарамазов С.А. Оборудование нефтеперерабатывающих заводов и их эксплуатация.- М.: "Химия",1984.

13. Соколов М.В., Автоматизированное проектирование и расчет шнековых машин.-М.:Машиностроение-1, 2004.

14. Тагер А.А., Физико-химия полимеров.-М.: Химия,1986.

15. ГОСТ Р 52857.2-2007 Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек.

16. http://www. inpolimer.ru. Назарова КБ. Состояние и прогноз производства и потребления изделий из пластмасс в России

17. Регламент производства полиэтилена

18. ТУ 6-11-00206368-25-93 Полиэтилен низкого давления (газофазный метод), Буденновск, АО "Ставропольполимер", 1993

Приложение 1. Принципиальная схема полимеризации этилена с бутеном-1

Приложение 2. Схема материальных потоков полимеризации этилена

Приложение 3. Схема тепловых потоков полимеризации этилена

Размещено на Allbest.ru