Силоксановые каучуки различных типов представляют собой полисилоксаны общей формулы:

Важнейшие факторы, оказывающие влияние на структуру силоксановых: большая энергия связи звеньев ? Si - О - (440 - 495 кДж/моль); ионный полярный характер основной цепи, дипольный момент которой оказывает влияние на стабильность органических групп, связанных с кремнием; подвижность и свободное вращение цепи благодаря большому валентному углу у атома кислорода, связанного с атомами кремния и пространственное расположение органических групп в спиральной структуре цепи. Полисилоксаны сохраняют эластичность от (- 60)°С - (- 100) °С.

Полисилоксаны характеризуются низкими значениями когезионной прочности. Это объясняется слабыми межмолекулярными взаимодействиями, обусловленными спиральной структуры силоксановых цепей с внутренней компенсацией кислородных диполей, а также наружной ориентацией неполярных органических заместителей, экранизирующих силоксановую спираль.

К таким параметрам относятся размер молекулы (молекулярная масса), распределение отдельных молекул по размеру и массе, природы активных центров на концах молекул, линейная и разветвленная структура цепей, а также применяемая структура, остатки катализаторов и содержание не прореагировавшего мономера. Молекулярная масса силоксанового каучука, вулканизированного под действием тепла - один из основных параметров, влияющих на конечные свойства и поведение при переработке.

Основным мономером при производстве силоксановых каучуков является диметилдихлорсилан (CH₃)SiCl₂, получаемый при взаимодействии хлористого метила и кремния в присутствии катализатора.

Наряду с основным продуктом образуются и побочные - метилхлорсилан, тетраметилсилан, обладающими близкими температурами кипения. По требованиям технологического регламента содержание основного вещества диметилхлорсилана должно быть не менее 99,96%. Для выделения диметилхлорсилана - ректификата требуемой части чистоты его выделяют в высокоэффективных ректификационных колоннах [3].

Далее диметилдихлорсилан - ректификат подвергается гидролизу, при этом примерно в равных количествах образуются линейные и циклические полисилоксаны:

Реакция эндотермична, она сопровождается поглощением 31 кДж (7,39 ккал) тепла. Однако при растворении хлороводорода, образующегося при гидролизе, выделяется большое количество тепла 73,5 кДж (17,5 ккал), поэтому суммарный тепловой эффект положителен.

С целью полного превращения продуктов гидролиза в низкомолекулярные циклосилоксаны осуществляют термическую перегруппировку гидролизата. Этот процесс важен , если гидролиз ведется водой в отсутствии растворителя и, следовательно, выход линейных продуктов относительно велик [4].

Полученные в результате гидролиза линейные полисилоксаны на стадии полимеризации превращаются в циклосилоксаны. Одновременно с этим производные бифункционального диметилхлорсилана освобождаются от производных трифункционального метилхлорсилана, которые на стадии деполимеризации под действием катализатора превращают в высокомолекулярные продукты сетчатой структуры, легко отделяемые от циклосилоксанов. Промышленным катализатором деполимеризации является едкий калий, при этом механизм циклизации можно представить следующим образом:

При деполимеризации устанавливается равновесие между линейными и циклическими продуктами, которое смещается в сторону образования циклосилоксанов путем их непрерывной отгонки.

Далее проводится стадия полимеризации под действием щелочного катализатора - полидиметилсилоксандиолята калия. При получении каучука СКТВ, содержащего винильные звенья используют концентрированный винильный согидролизат, который разбавляется до нужного содержания винильных звеньев в каучуке. Винильный согидролизат получают при согидролизе смеси диметилхлорсилана с митилвинидихлорсиланом в массовом соотношении (0,3:0,34:0,36) или используют импортный концентрированный согидролизат.

Полимеризация смеси циклосилоксанов осуществляется по следующей схеме:

Катализатор дезактивирует путем введения в полимер нейтрализующей добавки - кремнезема. Происходит процесс стабилизации:

K,O[^-[(CH₃)2SiO]( m+p+3n)[Si(CH₃)( CH = CH₂) ]n K⁺ + SiO₂ > SiO₂ K,O[^-[(CH₃)2SiO]( m+p+3n)[Si(CH₃)( CH = CH₂) ]n K⁺

Каучук СКТВ-1щ содержит 2% метилвинилсилоксановых звеньев и хорошо растворяется в углеводородах, сложных и простых эфирах, не растворяется в спиртах, кетонах, нитрометане, перфторбензоле.

2.2 Характеристика сырья и готовой продукции

1. Деполимеризат (ТУ 6-02-027-90) представляет собой смесь растворимых в ароматических углеводородах диметилциклосилоксанов, содержит, в основном, тетрамер с температурой кипения 175єС, с примесью тримера с температурой кипения 134 єС и пентамера с температурой кипения 210 єС.

По физико-химическим показателям деполимеризат должен удовлетворять требованиям и нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-химические свойства деполимеризата

Деполимеризат горюч. Температура кипения 174 єС. Температура вспышки в открытом тигле 50 єС, температура воспламенения 370 єС, температурные пределы воспламенения паров: нижний 47 єС, верхний 143єС; концентрационные пределы воспламенения: нижний 0,42%, верхний 8,6%.

2. Полиметилсилоксановая жидкость марки ПМС-5 (ГОСТ 13032-77) представляет собой смесь полимеров линейной и разветвленной структуры. При применении допускается смешение близких по вязкости жидкостей с целью получения жидкостей с необходимой вязкостью.

По физико-химическим показателям полиметилсилокса марки ПМС-5 должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические свойства ПМС-5

3. Гидроксид калия (ГОСТ 24363-80). Настоящий стандарт распространяется на реактив - гидроокись калия, который представляет собой белые чешуйки, гранулы чечевицеобразной формы или куски с кристаллической структурой на изломе; сильно гигроскопичен, хорошо растворим в воде и спирте; быстро поглощает из воздуха углекислоту и воду и постепенно переходит в углекислый калий. По физико-химическим показателям гидроксид калия должен удовлетворять требованиям и нормам, представленным в таблице 3.

Таблица 3 - Физико-химические свойства гидроксида калия

4. Ортофосфорная кислота (ГОСТ 6552-80) представляет собой бесцветную жидкость без запаха. Молекулярная масса (по международным атомным массам 1971г.) -97,99; Физико-химические характеристики представлены в таблице 4.

Таблица - 4 Физико-химические свойства ортофосфорной кислоты

5. Катализатор ПСДК-М (СТП 38.1505-98) (полидиметилсилоксандиолят калия модифицированный) представляет собой продукт взаимодействия деполимеризата и гидроксида калия. Катализатор предназначается для полимеризации высокомолекулярных силиконовых каучуков.

Катализатор должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 5.

Таблица 5 - Технические требования к ПСДК-М

6. Спирт изопропиловый (технический) (ГОСТ 9805-84) по физико-химическим показателям должен удовлетворять требованиям и нормам, представленным в таблице 6.

Таблица 6 - Физико-химические свойства изопропилового спирта

7. Азот газообразный (ГОСТ 9293-74) по физико-химическим показателям должен удовлетворять требованиям и нормам, представленным в таблице 7.

Таблица 7 - Физико-химические свойства азота газообразного

8. Сетки проволочные тканные с квадратными ячейками нормальной точности (латунная сетка) не более 014 (ГОСТ 6613-86).

9. Сетка стальная проволочная (защитная) не крупнее 063 (ГОСТ 3826-86).

10. Гидролизат ДМДХС (ТУ 6-05-05752-70-92, ТУ 2494-004-05808020-99,

ТУ 6-02-1-761-92) должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 8.

Таблица 8 - Физико-химические свойства гидролизата ДМДХС

11. Индустриальное масло (ГОСТ 20799-75) должно соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 9.

Таблица 9 - Физико-химические свойства индустриального масла

12. Метилвинилцикло-силоксан (импортный) должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 10.

Таблица 10 - Физико-химические свойства метилвинилцикло-силоксана.

13. Синтетический каучук СКТВ - 1щ (ТУ 38.103675-89) должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 11.

Таблица 11 - Технические требования к СКТВ - 1щ

Каучук СКТВ-1 предназначен для резинотехнических изделий, работающих при температуре от -50єС до 250єС в среде воздуха.

Партия каучука СКТВ - 1щ бракуется при получении после термического старения условной прочности при растяжении менее 2,9 МПа и относительного удлинения менее 200%. По просьбе потребителя допускаются потери массы при температуре 150єС до 4%.

Каучук должен быть однородным и не должен содержать посторонних включений. Чистота каучука гарантируется изготовлением путем стрейнирования через тройной слой металлической сетки № 014 по ГОСТ 6613-86. Для собственного потребления каучук стрейнируется через один слой сетки № 016 по ГОСТ 6613-86.

2.3 Описание технологической схемы производства

Описание технологического процесса получения СКТВ-1щ.

Для получения СКТВ-1щ, используется готовый деполимеризат, который из аппарата Л₄ (используется деполимеризат, который рециркулируется) с помощью дозировочного насоса подается в полимеризатор Л₂. Так же в полимеризатор добавляется гидрооксид калия, свежая порция готового деполимеризата и ещё поступает готовая смесь катализатора ,который изготавливается в аппарате Л₁. По окончании загрузки включается мешалка реактора, набирается вакуум до остаточного давления не более 0,2 кгс/см² (0,02 МПа).

Рабочая смесь или деполимеризат подсушивается при температуре не выше 100°С и выдерживается при данных условиях не более 2 часов.

Нагрев реакторов Л₁ осуществляется подачей машинного масла в рубашку реактора. Вакуумметрическое давление создается вакуумным насосом -ВН₁.

При нагревании из рабочей смеси или деполимеризата отгоняются «летучие» в виде азеотропной смеси: воды с деполимеризатом, которая конденсируется в конденсаторе Т₁ и собирается в сборнике Е₁. Для конденсации «летучих» в конденсатор Т₁ подается промышленная вода или вода из оборотного водоснабжения. По мере накопления, конденсат «летучие» из сборника Е₁ возвращается насосом Н₁, через патронный фильтр Ф₁, где очищается от механических примесей и подается в осушители Л₄ для приготовления рабочей смеси.

Потом сырой полимер поступает в Л₃, в котором осуществляется стабилизация и обезлетучивание. Стабилизация полимера проводится смесью на основе ортофосфорной кислоты (Н3РО4) при температуре 180С вакуумметрическом давлении 0,08 МПа не менее 30 минут. По окончании стабилизации в том же смесителе производится обезлетучивание полимера, т.е. удаление части незаполимеризовавшейся рабочей смеси путем перемешивания полимера. Процесс проводят при таких же параметрах, а обогрев аппарата Л₃ осуществляется через рубашку насыщенным паром с давлением 0,4 МПа. «Летучие» за счёт вакуума, создаваемый вакуум насосом ВН-2, проходят через конденсатор Т₂, охлаждаемые промышленной водой и виде конденсата поступают с сборник конденсатов Е₃. Откуда насосом Н₂ подаётся на потронный фильтр Ф₁ , где очищается от механических примесей и подаётся в осушитель Л₄ . Обезлетучивание считается законченным после прихода расчётного количества «летучих» в сборник Е3 и по экспресс-анализу на содержание «летучих». После полимер выгружают в тележки и отправляют на стрейнирование.

Стрейнирование каучуков производят аппаратчики полимеризации щелочных каучуков на стрейнере Ф₂ через три слоя латунной сетки 0,14 (ГОСТ 6613-73) и один слой защитной металлической сетки 063.

После всех этих операций, получают готовый продукт, обладающий определёнными свойствами.

2.4 Материальный расчет производства

x2=

5. Приход сырого полимер на стадию обезлетучивания:

884,96-0,1239 = 884,8361 кг

6. Расчет сырого полимера при входе из полимеризатора с учетом 0,5% потерь:

x3=

884,8361+4,4242=889,2603

7. Количество ПМС-5, которое загружают в полимеризатор:

x4=

8. Количество KOH, которое загружают полимеризатор:

x5=

9. Количество рабочей смеси, приходящей в полимеризатор:

889,2603-1,3339-0,0622=887,8642 кг

10. Количество рабочей смеси из апппрарта для приготовления рабочей смеси с учетом 0,5% потерь:

x6=

887,8642+4,4393=892,3035 кг

11. Количество влаги, отводимое из аппарата для приготвления рабочей смеси:

x7=

12. Количество метивинильного согидролизата, которое поступает в аппарат для приготовления рабочей смеси:

x8=

13. Количество сырого деполимеризата (готовая продукция, отсуствует стадия полимеризация:

892,3035+31,2306-2,4984=921,0357 кг

14. «Леучие» 100% в рецикл.

Таблица 12 - Материальный баланс стадии приготовления рабочей смеси

Таблица 13 - Материальный баланс стадии полимеризации

Таблица 14 - Материальный баланс стадии полимеризации, обезлетучивания

2.4.2 Материальный баланс производства СКТВ-1щ на 1 тонну производимой продукции

x1=

2. Приход сырого полимер на стадию обезлетучивания:

1000-0,14 = 999,86 кг

3. Расчет сырого полимера при входе из полимеризатора с учетом 0,5% потерь:

x2=

999,86+4,9993=1004,8593

4. Количество ПМС-5, которое загружают в полимеризатор:

x3=

5. Количество KOH, которое загружают полимеризатор:

x4=

6. Количество рабочей смеси, приходящей в полимеризатор:

1004,8593-1,5073-0,0703=1003,2817 кг

7. Количество рабочей смеси из апппрарта для приготовления рабочей смеси с учетом 0,5% потерь:

x5=

1003,2817+5,0164=1008,2981 кг

8. Количество влаги, отводимое из аппарата для приготвления рабочей смеси:

x6=

9. Количество метивинильного согидролизата, которое поступает в аппарат для приготовления рабочей смеси:

x7=

10. Количество сырого деполимеризата (готовая продукция, отсуствует стадия полимеризация:

1008,2981+35,2904-2,8232=1040,7653 кг

11. «Леучие» 100% в рецикл.

Таблица 15 - Материальный баланс стадии приготовления рабочей смеси

Таблица 16 - Материальный баланс стадии полимеризации

Таблица 17 - Материальный баланс стадии полимеризации, обезлетучивания

2.4.3 Материальный баланс производства СКТВ-1щ на 200 тонн производимой продукции

x1=

2. Приход сырого полимер на стадию обезлетучивания:

20000-0,14 = 199972 кг

3. Расчет сырого полимера при входе из полимеризатора с учетом 0,5% потерь:

x2=

199972+999,86=200971,86

4. Количество ПМС-5, которое загружают в полимеризатор:

x3=

5. Количество KOH, которое загружают полимеризатор:

x4=

6. Количество рабочей смеси, приходящей в полимеризатор:

200971,86-301,4578-14,068=200656,334 кг

7. Количество рабочей смеси из апппрарта для приготовления рабочей смеси с учетом 0,5% потерь:

x5=

200656,334+1003,2817=201559,616 кг

8. Количество влаги, отводимое из аппарата для приготвления рабочей смеси:

x6=

9. Количество метивинильного согидролизата, которое поступает в аппарат для приготовления рабочей смеси:

x7=

10. Количество сырого деполимеризата (готовая продукция, отсуствует стадия полимеризация:

201559,616+7058,0865-564,3669=208053,336 кг

11. «Леучие» 100% в рецикл.

Таблица 18 - Материальный баланс стадии приготовления рабочей смеси

Таблица 19 - Материальный баланс стадии полимеризации

Таблица 20 - Материальный баланс стадии полимеризации, обезлетучивания

2.5 Технологические расчеты

силоксановый каучук полимеризация резина

2.5.1 Технологический расчет количества основного оборудования

Полимеризатор Л₂ предназначен для сушки рабочей смеси и для проведения процессов полимеризации.

Находим объемный расход реакционной массы:

V_р.м.=(m_р.м./_р.м.)+ (m_KOH/_KOH)+ (m_ПМС-5/_ПМС-5)

V_р.м.= (892,3035/960)+ (0,0622/212)+ (1,3339/913)=0,9308 м³

Выбираем стандартный аппарат с объёмом 1 м³.

Рабочий объем аппарата: V_раб=1 0,6=0,6 м³

Количество основного аппарата: n=0,9308/0,6= 1,55.

Достаточно будет двух аппаратов с объемом 1 м³.

2.5.2 Технологический расчет основного оборудования

Выбираем стандартный вертикальный аппарат с двумя эллиптическими днищами с объёмом 1 м³, который имеет следующие характеристики по ГОСТу 9931-81:

Внутренний объём аппарата: V_ап=1 м³;

Внутренний диаметр аппарата: D_в=1000 мм;

Длина цилиндрической части аппарата: l=1090 мм;

Внутренняя поверхность корпуса аппарата: =5,12 м²

Рабочий объем аппарата: V_раб=1 0,6=0,6 м³. [6].

Определяем диаметр мешалки и мощность двигателя:

Диаметр мешалки: d_м= D_в/1,5=666,6 мм.

Выбираем стандартный диаметр мешалки: d_м = 700 мм.

Расстояние от нижней границы мешалки до низа аппарата:

Ширина лопасти:b=0,1 d_м =0,1700=70 мм;

Расстояние от нижней границы мешалки до низа аппарата:

h_м = 0,3 d_м = 0,3700=210 мм

Выбираем рамную мешалку, которая имеет следующие характеристики:

d_м = 700 мм;

= 2,1 рад/сек=0,88 м/сек;

n=19,8 об/мин=0,33 сек^-1;

_c = 110^-3 Пас;

800 кг/м³;

Мощность=0,01 кВт [7].

Находим критерий Рейнольдса:

Re=(с d_м ² n)/_c =(8000,7²0,33) /(110^-3)=129360

где: _c - динамическая вязкость реакционной среды, Пас;

n - число оборотов мешалки, об/сек, 19,8/60 = 0,33 об/сек;

d - диаметр мешалки, м

с - плотность реакционной среды.

Симплекс геометрического подобия :

Г_d=D/d_м =1/0,7=1,43 м.

Для этих данных критерия мощности для рамной мешалки равен

= 0,55

Отсюда:

=0,558000,33²0,7⁵=2,66 кВт

2.5.3 Механический расчет

1. Внутренний диаметр аппарата: D=1,00 м, рубашки D₁ = 1,10 м.

2. Рабочее давление в аппарате - Р = 2,5 кгс/см², вакуумное давление - вакууме 0,78 кгс/см².

3. Рабочая температура в аппарате - t = 160°С, в рубашке t= 100 °С.

4. Материал: сталь Ст3 + Х18Н10Т

I. Расчет толщины стенки обечайки аппарата работающей:

а) под внутренним давлением

S= [( р·D)/(2ц·у_доп)-Р] + С, см,

где S - толщина обечайки, см;

ц - коэффициент прочности сварных соединений равен 0,95;

у_доп - допускаемое напряжение, в кгс/см²;

у - нормативное допускаемое напряжение для стали 1876 кгс/см²;

у_доп = з·у = 0,9 · 1876 = 1688,4 кгс/см²;

з - поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации аппарата;

С - прибавка на коррозию и прибавка к расчетной величине, учитывающая минусовой допуск листового проката на толщину листа;

C=UT=0,18 см/год,

где U - скорость коррозии (0,1-0,2 мм/год);

T - срок службы аппарата (10 лет).

S = [(2,5·100)/(2·0,95·(1688,4 - 2,5))] + 0,18 = 0,26 см.

б) под наружным давлением

S=0,47·(D/100)·[(P/10^-6Е)·(l/D)]^0,4+ С,

где Е - модуль продольной упругости, при расчетной температуре, кгс/см²;

l - расчетная длина неукрепленной обечайки, м.

S= 0,47·(100/100)·[(3,5/1,957)·(97,3/100)]^0,4+ 0,18= 0,77 см.

Принимаем S=10·10^-3 м, планирующий слой 3·10^-3 м.

Проверяем границы применяемости исходной формулы:

1. 1,5v2(S-C)/D?(L/D)?v(D/2)(S-C),

1,5v2(0,77 - 0,18)/100?(97,3/100)?v100/[2(0,77 - 0,18)],

0,16?0,973?9,2

2. L/D?(Е/у*)v[2(S-C)/100]³,

(97,3/100)?[ (1,957•10^-6)/1474]•v[2(0,77 - 0,18)]³,

0,973>0,0036,

следовательно, условие выполняется.

в) Расчет обечайки на устойчивость.

Условие устойчивости: Р?Р_доп

Р_доп = 6,49 •10^-6E(D/l)[100(S-C)/D]²•v[100(S-C)/D],

где: Р_доп - допускаемое давление, кгс/см²

Р_доп = 6,49•1,957(100/97,3)•[100(0,77 - 0,18)/100]²•v100(0,77 - 0,18)/100= 2,68 кгс/см²,

2,5?2,68, т.е. условие выполняется.

II. Расчет толщины стенки обечайки, рубашки, работающей под внутренним давлением.

S₁= [( P₁·D₁)/((2ц·у_доп)-Р₁)] + С₁, см

у_доп = з·у^ж, кг/см²,

где у^ж - нормативное допускаемое напряжение 1474 кг/см²;

з - поправочный коэффициент;

у_доп = 1•1474 кг/см² = 1474 кг/см²,

S₁= [(2,5•110)/(2•0,95•1474•2,5)]+0,2 = 0,24 см.

Принимаем S₁=3 мм.

Р_доп =[2?ц у_доп•( S₁-C₁)]/(D₁+ S₁-C₁), кгс/см²

Р_доп =[2•0,95•1474•(0,3-0,2)/(110+0,3-0,2) = 2,54 кгс/см².

III. Расчет толщины стенки эллиптического днища рубашки, работающей под внутренним давлением.

S₂= [( P₁·R₁)/((2ц·у_доп)-Р₁)]+С₂, см,

где: R₁ - радиус кривизны в вершине днища.

Для стандартных днищ:

R₁=D₁

S₂= [(2,5•110)/((2•1•1474)-2,5)]+0,3 = 0,39 см.

Принимаем S₂=10мм, по имеющим штампам, по ГОСТ 6533 - 68, толщина днища может быть равной 6 мм.

IV. Расчет толщины стенки эллиптического днища и крышки аппарата, работающей под внутренним давлением:

S₃= [( P₁·R)/((2ц·у_доп)-Р)]+С₃,см

S₃= [(2,5•100)/((2•1•1688,4)-2,5)]+0,28 = 0,35 см.

V. Расчет толщины стенки эллиптического днища аппарата, работающей под наружным давлением :

При отношении:

(R/(S₄С₄))?[(0,1?E)/у*];

100/(0,845•0,28)>[(0,1•1,957•10⁶)/1474];

422,6>132,8,

где: S₄ - принятая толщина эллиптического днища,

S₄ = [((k_э•R)/300)•vP/(10^-6•E)]+С₄ см ,

S₄ = [((0,94•100)/300)•v(3,5/1,957)] + 0,28 = 0,845 м,

где: k_э - коэффициент.

Принимаем толщину днища S₄ = 12 мм, плакирующий слой - 3 мм.

Р_доп =10^-6•E[((S₄-C₄)•300)/ k_э•R]², кгс/см²

Р_доп - наружное давление, кгс/см²

Р_доп = 1,957•[(0,845 - 0,28)•300/(0,94•100)]² = 12,25 кгс/см².

VI. Расчет толщины эллиптической крышки аппарата, работающего под наружным давлением.

При отношении:

(R/S₅С₅)?[(0,1?E)/у*]

100/(0,71•0,28)>[(0,1•1,957•10⁶)/1876

503>104,3,

где S₅ - принятая толщина эллиптического днища,

S₅ = [((k_э•R)/300)•vP/(10^-6•E)]+С₅, см

S₅ = [((0,97•100)/300)•v(3,5/1,957)] + 0,28 = 0,71 см,

где k_э - коэффициент.

Принимаем толщину днища S₅= 10 мм, плакирующий слой - 3 мм.

Р_доп =10^-6•E[((S₅-C₅)•300)/ (k_э•R)]² ,кгс/см²

Р_доп - допускаемое наружное давление, кгс/см²

Р_доп = 1,957•[(0,71 - 0,28)•300/(0,97•100)]² = 3,46 кгс/см².

VII.Определение геометрических характеристик укрепляющих элементов, для D_y =0,15(на крышке аппарата),

F?F₀+F_ш

а) F=(d+2C₅)• S₅, см²,

где: F - площадь, подлежащая компенсации,

d - внутренний диаметр штуцера;

F = (15+20,28)• 0,24 = 3,73•10^-4, см²

б) F₀ = 2•l_k(S₅-(S₅`-C₅), см²

где: F₀ - площадь сечения крышки участвующей в укреплении ;

Расчетная ширина укрепляющего кольца или кольца стенки аппарата, участвующей в укреплении l_k.

При D•(S₅-C₅)<300

100•(0,9-0,28)=62

62<300

l_k = (d/2)+ C₅=(15/2) + 0,28 = 7,78•10^-2 см

F₀=2•7,78(0,7-0,24-0,28)= 2,8•10^-2, см²

в) F_ш=2•Н₁•(S_ш-(S_ш`-C),

где: F_ш- это расчетная площадь поперечного сечения штуцера,

S_ш- толщина стенки штуцера,

S_ш`- расчетная толщина стенки штуцера,

Н₁ - расчетная высота штуцера,

S_ш`= (P?d)/(2?ц? у_доп )-P))=(2,5•15)/(2•1•1474)-2,5))= 0,013 см,

Н₁ = v(d+2•l)•( S_ш-l), но не более 4 •(S-C)=4•( 0,7 - 0,28) = 1,68 см,

Н₁ = v(15+ 2•0,28)•(0,6 - 0,28) = 2,2 см.

Принимаем Н₁ = 1,68 м

F_ш=2•1,68•(0,6-0,013-0,28) = 1,03•10^-4, см²,

F₀?F₀+F_ш^`,

3,73<2,8+ 1,03,

3,73 м²<3,83 м², следовательно условие выполняется.

Штуцер d_y = 0,15 укреплять не надо.

Для d_y = 0,10 (на днище аппарата)

F<F₀

а)F=(d+2 C₄)• S₄^`= (10+2•0,28)•0,24 = 2,53 см²,

б) F₀=2•l_k(S₄-(S₄`-C₄),

l_k = (d/2)+ C₄=(10/2) + 0,28 = 5,28•см

F₀=2•5,28(0,9-0,24-0,28)= 4,01•см²

F<F₀,

2,53<4,01, следовательно, условие выполняется.

Штуцер d_y = 0,10 укреплять не надо.

VIII. Расчет наибольшего допустимого диаметра отверстия, не требующего дополнительного укрепления.

а) Для цилиндрической обечайки рубашки:

при

S₁/S₁^`<2,

(0,5/ 0,27) = 1,85,

1,85<2

d_доп= 1,2((4• S₁/3 S₁) - 1)•vD₁•( S₁-C₁), но не более 7,5 см,

где d_доп - наибольший допустимый диаметр отверстия, не требующий укрепления,

Расчетная толщина обечайки в см - S₁,

d_доп= 1,2((4• 0,5/3 0,27) - 1)•v110•( 0,5-0,2) = 10,1 см,

Следовательно, штуцеры d_y = 0,50 укреплять не надо.

б) Для днища в рубашке:

при

S₂/S₁^`>2,

1/0,26 = 3,84,

3,84>2.

d_доп= 2(S₂/S₂^`- 1)•vD₁•( S₂-С₂), но не более 7,5 см,

d_доп= 2((1/0,26)^`- 1)•v110•( 1-0,3)= 49,8 см,

Следовательно, штуцер D_y = 0,40 укреплять не надо.

Расчет произведен на основании ГОСТ 14249-89,ОН26-01-1

2.5.4 Тепловой расчет

Аппарат:

Масса аппарата 1985 кг

Теплоемкость стали 12Х18Н10Т - 0,503 кДж/кгК

Температурный режим:

Т_н=293К - начальная температура

Т_к=433 - конечная температура

Загрузка сырья в один аппарат с рабочим объемом 1 м³

G_Д4 =9600,6= 576 кг

G_КОН =2120,6= 127,2 кг

G_ПМС-5 =9130,6= 547,8 кг

x=

1251-6,255=1244,745 кг

G_раб.см =1244,745 кг

Средние удельные теплоемкости сырья:

C_pД4=4,19 кДж/кгК

C_pКОН=3,00 кДж/кгК

C_{p раб.см}=3,17 кДж/кгК

C_pПМС-5=3,7 кДж/кгК

Для теплового расчета используем следующую формулу:

Q_с+Q_т+ Q_м+ ?Н_r = Q_ап+Q_прод+?Q_тп ,

где Q_с - тепло, вносимое потоками сырья;

Q_т - тепло, вносимое теплоносителем;

Q_м - тепло, выделяющееся при перемешивании механическим устройством;

?Н_r - тепловой эффект реакции анионной полимеризации;

Q_ап - теплота, затраченная на нагрев реактора; продуктовых потерь;

Q_прод - теплота продуктовых потоков;

Q_тп -тепловые потери в окружающую среду.

1. Q_м=0 этой величиной пренебрегаем, поскольку частота вращения небольшая;

2. ?Н_r=0

3. Q_c = Q_Д4+Q_ПМС-5+ Q_КОН

Q_c=5764,19293+547,83,7293+127,23,00293=1412816,7 кДж

4. Q_прод= Q_раб.см=1244,73,17433=1708487,67 кДж

5. Q_ап=G_апc(Т_к-Т_н)=19850,503(433-293)=139783,7 кДж

6. Q_пот =(Q_прод + Q_ап) 0,01=(1708487,67 +139783,7)0,01= 18482,7 кДж

7. Q_тп = (Q_раб.см+ Q_пот + Q_ап) + (Q_c - Q_р) = (1708487,67+18482,7+139783,7) - 1412816,7 = 453937,37 кДж

Таблица 21 - Тепловой баланс процесса полимеризации

Поверхность теплообмена аппарата для процессов периодического действия рассчитываем из уравнения теплопередачи:

F=Q_т / k · ?Т_ср н,

где Q_т - количество тепла, подводимое в аппарат теплоносителем, кДж;

k - коэффициент теплопередачи, Вт/м²К;

?Т_ср - средняя разность температур теплоносителя и реакционной массы (тепловой напор), К

н =2 ч - продолжительность нагрева.

Обогрев осуществляется теплоносителем - индустриальным маслом с начальной температурой 373 К. В аппарате нагрев реакционной массы осуществляется с 293 К до 353 К.