Принимаем температуру теплоносителя на выходе из аппарата Т_1к =358 К.

Теплоноситель Т_1н=373 К Т_1к =358 К

Реакционная среда Т_2н =293 К Т_2к =353 К

Среднюю разность температур для аппаратов нагрева периодического действия рассчитываем по формуле:

?С.

Тогда температура теплоносителя на выходе:

Т_1н = Т_1н - ?Т_ср lnA=373-23,35 ln4=340,63

Коэффициент теплопередачи рассчитываем по формуле:

К=1(1/б₁+?д/л+l/б₂),

где: б₁ -коэффициент теплопередачи от теплоносителя к стенке аппарата и от стенки к реакционной среде, Вт/(м²·К);

б₂ - коэффициент теплоотдачи от реакционной среды к стенке аппарата и от стенки к теплоносителю, Вт/(м²·К);

?д/л - сумма термических сопротивлений все слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений, (м²К)/Вт.

Рассчитываем ₁. Данные по физическим величинам берутся при Т_{ср.тепл}=(373+340,63)/2 =356,815К84С.

Коэффициент теплоотдачи теплоносителя рассчитывает по формуле:

Nu₁=₁d/₁,

Тогда

₁= Nu₁₁/d,

где Nu₁ - коэффициент Нуссельта;

₁=14 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности теплоносителя;

d=D_{внутр.руб}-D_{н.аппар}=1,09-1,028=0,062 м - диаметр трубы (канала).

Критрерий Рейнольдса:

Re₁=(с₁·d_т·w₁)/µ₁,

где w₁ =0,08 м/с - скорость подачи теплоносителя;

d_т=0,062 м - диаметр трубы (канала);

с₁=900 кг/м³ - плотность теплоносителя;

µ₁=0,5110^-5 Пас - динамическая вязкость теплоносителя.

Re₁=(900·0,1·0,08)/ 0,5110^-5=1411764,7

Критерий Прандтля:

Pr₁=с_p1/₁,

где с_p= 70,2 Вт/кгК - теплоемкость теплоносителя;

₁ - коэффициент теплопроводности теплоносителя;

Pr₁=70,20,5110^-5 /14 =0,0000256

Критерий Нуссельта:

N_U1= 0,023(Re₁)^0,8·( Рг₁ )^0,4·(D_в/D_н)^0,45,

N_U1= 0,023(1411764,7)^0,8·(0,0000256)^0,4·(1,09/1,028)^0,45 =28,6,

Следовательно,

₁= 28,614/0,062=6458,06 Вт/м²К

Рассчитываем _2. Данные по физическим величинам берутся при

Т_{ср.реакц}=(293+353)/2 =323К50С.

Коэффициент теплоотдачи реакционной среды рассчитываем по формуле:

Nu₂=₂D_аппар/₂,

Тогда

₂ = Nu₂₂/ D_аппар,

где Nu₂ - критерий Нуссельта;

₂ - теплопроводность реакционной среды, Вт/(мград);

D_аппар - диаметр аппарата, м.

Критерий Рейнольдса:

Re₂=(с₂·d_м²·n)/µ₂,

где n =0,53 - частота вращения мешалки, об/сек;

d_м =0,7 - диаметр мешалки, м;

с₂ =960 - плотность реакционной среды, кг/м³;

µ₂ =1,2310^-4 = вязкость реакционной среды, Пас.

Re₂=(960·0,7²·0,53)/1,2310^-4=2026926,83.

Критерий Прандтля:

Рг₂ = (с_p2·м₂)/л₂,

с_p2 =4,19 - удельная теплоемкость реакционной среды, кДж/(кгК);

м₂ =1,2310^-4 - вязкость реакционной среды, Пас;

л₂ =11,95 - теплопроводность реакционной среды, Вт/(мград).

Рг₂ = (4,19·1,2310^-4)/11,95 = 0,000043.

Критерий Нуссельта:

N_U2= 0,36(Re₂)^0,67·( Рг₂ )^0,33·(м/м_ст);

где _ст - динамическая вязкость среды при температуре стенки, Па·с.

N_U1= 0,36(2026926,83)^0,67·(0,000043)^0,33·(1,2310^-4/0,7710^-4)=348,6.

Следовательно,

₂ = 348,611,95/ 1 = 4165,77 Вт/м²К

Коэффициент теплопередачи:

Тепловая проводимость загрязнения стенок 1/r

со стороны масла - 2900 Вт/м²К;

со стороны органической жидкости - 5800 Вт/м²К

11·10³ м ,3·10³м - толщины слоя стали Ст 3 и Х18Н0Т, из которых изготовлен аппарат, соответственно; л_ст3=17,5Вт/м, л_х18=15Вт/м - коэффициенты теплопроводности материалов.

F= Q_т / k · ?Т_ср н =126093,71/ 1104,97 ·23,35 2=2,4 м²,

где Q_т=(453937,371000)/3600=126093,71 Втч;

?Т_ср=23,35 К;

н=2 ч.

Вывод: необходимое условие F_расч< F_реальн выполняется, так как F_реальн=3,2 м²

2.6 Описание устройства и принципа действия основного оборудования

Реактор Л₂ предназначен для получения высокомолекулярных каучука СКТВ-1щ.

Корпус аппарата состоит из вертикальной цилиндрической обечайки, крышки, на которой установлен привод мешалки, люка, штуцера и днища. Имеются штуцера для ввода исходного сырья. Для нагревания или охлаждения обрабатываемых продуктов аппарат снабжен рубашкой, мешалкой.

Номинальный объем аппарата - 1 м³. Диаметр - 1000 мм. Высота цилиндрической части - 1100 мм. Коэффициент заполнения 0,6.

Исходный продукт в аппарате рабочая смесь, состоящая из деполимеризата. В рубашке теплоноситель - индустриальное масло. Площадь теплообмена - 3,2 м³. Процесс полимеризации проводится при полной герметичности аппаратуры и коммуникаций при температуре 160 ^оС, вакуумметрическом давлении 0,08 МПа и включенной мешалке.

Аппарат с мешалкой применяется для получения однородной жидкой смеси и выравнивания концентрации реагентов по всему объему аппарата. Для этого применяется механическое перемешивание. Перемешивающее устройство рамного типа. Аппарат снабжен электроприводом, установленным на крышке аппарата. Приводом мешалки является мотор-редуктор с электродвигателем ВАО - 42 - 4 с числом оборотов 1460 об/мин. Исполнение электродвигателя ВЗГ.

Вал перемешивающего устройства состоит из двух частей: верхнего и нижнего вала. Они соединены между собой муфтой.

Для поддержания заданной режимной температуры аппарат имеет рубашку, состоящую из обечайки, воротника и днища. Рубашка крепится к корпусу и фиксируется при помощи колец.

Аппарат установлен на опоры.

Принцип действия основного аппарата.

В аппарат с мешалкой через штуцера поступает рабочая смесь (деполимеризат), катализатор ПСДК-М и регулятор роста цепи ПМС-5. После загрузки исходных компонентов производится перемешивание в течение 120 минут. Затем полученный полимер передавливается на стабилизацию.

Слив полимера и его передавливание производится при избыточном давлении 0,25 МПа.

Основной аппарат имеет следующие характеристики:

давление рабочее в корпусе 0,25 МПа,

Температура режимная в корпусе 160 ^оС,

в рубашке 100 ^оС,

Объем аппарата 1 м³,

Объем рубашки 0,16 м³.

2.7 Химический и физико-химический контроль производства

Таблица 22 - Химический и физико-химический контроль производства

3. Безопасность и экологичность проекта

Характеристика объекта.

В данном проекте разрабатывается производство высокомолекулярных силоксановых каучуков щелочным методом (СКТВ-1щ).

Отделение полимеризации предназначено для получения высокомолекулярного каучука СКТВ-1щ с применением щелочного катализатора. Процесс периодический. Процесс полимеризации ведется при вакуумметрическом давлении 0,08 МПа и температуре 160°С. Полученный полимер подается на стадию стабилизации в вакуум-смеситель, который обогревается перегретым паром с давлением 0,4 МПа. Процесс стабилизации ведется под вакуумметрическим давлением 0,08 МПа и при температуре 180°С в присутствии ортофосфорной кислоты. По окончании стабилизации в том же смесителе производится обезлетучивание полимера при температуре 180°С и вакуумметрическом давлении 0,08 МПа.

Обезлетученный полимер сливается в тару.

1. Характеристика веществ, применяемых на объекте

Характеристика применяемого сырья и продуктов производства приведена в таблице 22.

Таблица 22 - Характеристика применяемого сырья и продуктов производства

Вывод: В производстве высокомолекулярного каучука СКТВ-1щ используются пожароопасные вещества (деполимеризат и гидролизат), которые являются горючими жидкостями.

Готовый продукт СКТВ-1щ относится к неопасным веществам: он нетоксичен, трудногорюч и невзрывоопасен.

4. Стандартизация

Используемая в проекте нормативная документация (ГОСТы, ТУ, СНиП и др.)

Список используемой литературы

1. Электронный ресурс ОАО «КЗСК», www.kzck.ru

2. Башкатов Т.В. Технология синтетического каучука / Т.В. Башкатов, Я.Л. Жигалин. - Л.: Химия, 1987. - 360 с.

3. Химия и технология синтетического каучука / Л. А. Аверко-Антонович, Ю. О. Аверко - Атонович, И. М. Давлетбаева [и др.]. - М.: Химия, КолосС, 2008. - 357 с.

4. Технологический регламент производства силиконовых каучуков ТР-23-53-05/ОАО «Казанский завод синтетического каучука». - Казань, 2005.-143 с.

5. Кирпичников П.А. Альбом технологических схем основных производств промышленного синтетического каучука: учеб. пособ. для вузов /П.А. Кирпичников., В.В. Береснев, Л.М. Попова.-Л.: Химия, 1986 - 224 с.

6. Островская Э.Н. Расчет и конструирование химических аппаратов с мешалками: учебное пособие / Э.Н. Островская, Т.В. Полякова; Казан.гос.технол.ун-т. Казань, 2006. - 52 с.

7. Лащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: справочник/А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский , 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с.

Размещено на Allbest.ru