Производство поливинилбутираля (стр. 6 из 9)
Санитарно–техническое оборудование химических предприятий:
Среди мероприятий, направленных на уменьшение травматизма, заболеваний и профессиональных отравлений, большую роль играет эффективная вентиляция производственных цехов. В зависимости от способа организации воздухообмена вентиляция разделяется на местную, общеобменную и приточно–вытяжную (смешанную), из различных вентиляционных систем во вредных или взрывоопасных производствах наиболее широко используют приточно–вытяжную вентиляцию. Эффективность приточно–вытяжной вентиляции определяется количеством воздуха, удаляемого из рабочего помещения и подаваемого в него, и измеряется кратностью воздухообмена, то есть отношение количества воздуха, нагреваемого в помещении и удаляемого из него в час, к объёму помещения. Кратность обмена устанавливают в зависимости от количества и характера вредных выделений (токсичность, физико – химические свойства), а также от количества выделяющегося тепла.
3. РАСЧЁТЫ
3.1МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЁТ И ТАБЛИЦЫ МАТЕРИАЛЬНЫХ БАЛАНСОВ ОСНОВНЫХ СТАДИЙ И В ЦЕЛОМ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА
Исходные данные:
Производительность цеха: 7300 т/год
Текущий ремонт: 720 / 64 [27, с. 271]
Капитальный ремонт: 8640 / 208 [27, с. 271]
Продолжительность работы оборудования в году, ч/год:
366 – (Х1 + Х2) = 366 – (32,53 + 8,81) = 324,66
где: Х1 = (366 • 64) / 720 = 32,53 сут/год
Х2 = (366 • 208) / 8640 = 8,81 сут/год
Суточная производительность цеха без учёта потерь, кг/сут:
7300000 / 324,66 = 22485,06
Суточная производительность цеха с учётом потерь, кг/сут:
22485,06 / (1 – 0,02) = 22943,95
Общие потери влажного продукта, кг/сут:
22943,95 – 22485,06 = 458,89
Влажность продукта 2%. Общие потери абсолютно сухого продукта, кг/сут:
458,89 • 0,98 = 449,71
Потери по стадиям влажного продукта:
СТАДИЯ АЦЕТАЛИРОВАНИЯ:
Определяем теоретическую загрузку ПВС, кг/сут:
(4526 • 22485,06) / 7010 = 14517,46
Определяем загрузку ПВС с учётом степени превращения, кг/сут:
14517,46 / 0,93 = 15610,17
Определяем сколько ПВС не прореагирует, кг/сут:
15610,17 – 14517,46 = 1092,71
Определяем, сколько технически ПВС загружается в реактор, если содержание примесей – 2,2%, кг/сут:
15610,17 / 0,978 = 15961,32
Состав технического ПВС, кг/сут:
| а) ПВС х.ч. б) Метанол в) Ацетат натрия | 15610,17 15961,32 • 0,02 = 319,23 15961,32 • 0,002 = 31,92 |
Определяем массу 10% ПВС (после разбавления в растворителе), кг/ч:
15961,32 / 0,1 = 159613,20
Определяем количество воды, которая содержится в 10% ПВС, кг/ч:
159613,20 – 15961,32 = 143651,88
Сколько теряется раствора ПВС из ацеталятора, кг/сут:
159613,20 • 0,002 = 319,23
Сколько раствора останется без потерь, кг/сут:
159613,20 – 319,23 = 159293,97
Состав загружаемого 10% ПВС, кг/сут:
| ПВС Метанол Ацетат натрия Вода | 15610,17 319,23 31,92 143651,88 159613,20 |
Определяем загрузку воды в реактор–ацеталятор по рецептуре (100 м.ч. ПВС – 925 м.ч. воды), кг/сут:
15610,17 • 925 / 100 = 144394,07
а) Сколько воды следует добавить, кг/сут:
144394,07 – 143651,88 = 742,19
Определяем загрузку 37% соляной кислоты (100 м.ч. ПВС берётся 15 м.ч. 37% соляной кислоты), кг/сут:
(15 • 15610,17) / 100 = 2341,53
а) Сколько воды содержится в кислоте, кг/сут:
2341,53 – 866,37 = 1475,16
где: 2341,53 • 0,37 = 866,37 – HCl х.ч.
б) Перед подачей в ацеталятор HCl разбавляется до концентрации 22%. Определяем, сколько образуется 22% HCl, кг/сут:
866,37 / 0,22 = 4028,95
в) Какое количество воды содержится в 22% соляной кислоте, кг/сут:
4028,95 – 866,37 = 3162,58
Общее количество воды в ацеталяторе, кг/сут:
144394,07 + 1475,16 + 3162,58 = 149031,81
Сколько масляного альдегида прореагирует, кг/сут:
(3312 • 22485,06) / 7010 = 10623,47
Сколько масляного альдегида требуется загрузить (по данным КХЗ на 1 моль ПВС берётся 0,46 кмоль масляного альдегида), кмоль/сут:
а) Сколько ПВС загружается в ацеталятор, кмоль/сут:
15610,17 / 45 = 346,89
б) Сколько масляного альдегида требуется загрузить, кмоль/сут:
346,89 • 0,46 = 159,57
в) Сколько масляного альдегида загружается, кг/сут:
159,57 • 72 = 11489,04
г) Сколько масляного альдегида не прореагирует, кг/сут:
11489,04 – 10623,47 = 865,57
Сколько технического масляного альдегида загружается (по данным КХЗ масляный альдегид имеет 2% примесей), кг/сут:
11489,04 / 0,98 = 11723,51
а) Сколько примесей (воды) содержится в масляном альдегиде, кг/сут:
11723,51 – 11489,04 = 234,47
Модуль ванны (ПВС: вода) 1: 10 в ацеталяторе.
а) Общая загрузка с сырьём воды, кг/сут:
149031,81 + 234,47 = 149266,28
б) Сколько жидкой фазы должно быть с учётом модуля ванны, кг/сут:
15961,32 • 10 = 159613,20
в) Сколько воды по рецептуре надо добавить в процесс, кг/сут:
159613,20 – (149266,28 + 866,37) = 9480,55
Сколько воды образуется в процессе образования поливинилбутираля, кг/сут:
(828 • 22485,06) / 7010 = 2655,87
ОПЕРАЦИЯ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ:
Процент потерь на операции центрифугирования составляет 0,20%. Так как Поливинилбутираль из центрифуги выходит 30% влажности, то:
Определяем массу 30% поливинилбутираля, кг/сут:
22393,28 / 0,30 = 74644,27
Сколько примесей содержится в поливинилбутирале, кг/сут:
74644,27 – 22393,28 = 52250,99
Следовательно содержится:
В маточнике содержится, кг/сут:
| Поливинилбутираль | (458,89 • 0,2) / 2 = 45,89 |
| ПВС | 773,48 – 232,04 = 541,44 |
| Метанол | 319,23 – 95,77 = 223,46 |
| HCl | 866,37 – 259,91 = 606,46 |
| Ацетат натрия | 31,92 – 9,58 = 22,34 |
| Масляный альдегид | 865,57 – 259,67 = 605,90 |
| Вода | (156529,48 + 2655,87) – 51394,02 = 107791,33 |
ОПЕРАЦИЯ ПРОМЫВКИ:
После загрузки в промыватель потери на промывке поливинилбутираля составляют 0,25%:
Сколько поливинилбутираля потеряется после промывателя, кг/сут: (458,89 • 0,25) / 2 = 57,36
Сколько поливинилбутираля остаётся после потерь на операции промывки, кг/сут:
22393,28 – 57,36 = 22335,92
Модуль ванны (поливинилбутираль: вода) 1: 8.
Сколько воды добавляют в промыватель, кг/сут:
а) Масса воды, кг/сут:
22393,28 • 8 = 179146,24
б) Масса добавляемой воды (т.к. в поливинилбутирале содержится вода), кг/сут:
179146,24 – 51394,02 = 127752,22
Из промывателя удаляется вода на 50% с примесями. Поливинилбутираль содержит 2% примесей.
Сколько примесей содержится в поливинилбутирале после промывки, кг/сут:
22335,92 / 0,98 = 22791,76
ОПЕРАЦИЯ СТАБИЛИЗАЦИИ:
На стадии стабилизации потери поливинилбутираля составляют 0,25%, кг/сут:
(458,89 • 0,25) / 2 = 57,36
Сколько поливинилбутираля остаётся после промывки, кг/сут:
22335,92 – 57,36 = 22278,56 155,95
HCl + NaOH 
NaCl + H2O
36,5 40 58,5 18
Сколько х.ч. NaOH расходуется для нейтрализации HCl, кг/сут:
(40 • 155,95) / 36,5 = 170,90
Сколько 15% щёлочи загружается на стабилизацию, кг/сут:
170,90 / 0,15 = 1139,33
Сколько содержится воды, кг/сут:
1139,33 – 170,90 = 968,43
Сколько образуется NaCl, кг/сут:
(58,5 • 155,95) / 36,5 = 249,95
Сколько образуется воды, кг/сут:
(18 • 155,95) / 36,5 = 76,90
ОПЕРАЦИЯ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ:
Потери поливинилбутираля 0,20% на стадии центрифугирования.
Потери поливинилбутираля, кг/сут:
(458,89 • 0,20) / 2 = 45,89
Сколько поливинилбутираля остаётся без потерь, кг/сут:
22278,56 – 45,89 = 22232,67
Сколько влажного поливинилбутираля остаётся после центрифугирования, кг/сут:
22232,67 / 0,30 = 74108,90
Сколько воды находится в поливинилбутирале, кг/сут:
74108,90 – 22232,67 = 51876,23
Сколько маточника уйдёт из центрифуги, кг/сут:
113505,14 – 57,36 = 113447,78
1) 113447,78 – 74108,90 = 39338,88
2) 90618,45 – 51876,23 = 38742,22 – вода
Материальный баланс сушки:
Потери поливинилбутираля 0,50%, кг/сут:
(458,89 • 0,50) / 2 = 114,72
Поливинилбутираль остаётся после сушки, кг/сут:
22168,78 – 114,72 = 22054,06
После сушки поливинилбутираль выходит 2% влажности, кг/сут:
22054,06 / 0,98 = 22504,14
Сколько содержится воды, кг/сут:
22504,14 – 22054,06 = 450,08
Сколько воды испарилось, кг/сут:
51876,23 – 450,08 = 51426,15
ОПЕРАЦИЯ УПАКОВКИ:
Потери при упаковке составляют 0,20%.
Вода в маточнике, кг/сут:
285268,13 – 51426,15 (испарение) – 450,08 (в ПВБ) = 233391,90
3.2ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ОСНОВНОГО АППАРАТА – АЦЕТАЛЯТОРА. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО, РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА АППАРАТОВ В УСТАНОВКЕ
Рассчитываем количество ацеталяторов:
Количество загружаемого сырья в ацеталятор, кг/сут:
Gсут = mПВС + mмасл.альд. + mHCl 22% = 159613,20 + 11723,51 + 4028,95 = 175365,66
где: mПВС – масса поливинилового спирта, кг/сут [из таблицы
mмасл.альд. – масса масляного альдегида, кг/сут материального
mHCl 22% – масса 22% соляной кислоты, кг/сут баланса]
В объёме, м3/сут:
Vсут = Gсут / (ρсм • 1000) = 175365,66 / (1,03 • 1000) = 170,26
где: ρсм – плотность смеси = 1,03 г/см3 [из регламента КХЗ]
Продолжительность цикла ацеталирования (загрузка, перемешивание, охлаждение, ацеталирование) принимаем 30 часов, тогда число операций в сутки:
n = τ / t = 24 / 30 = 0,80
Производительность всех ацеталяторов, м3/опер:
Vраб = Vсут / n = 170,26 / 0,80 = 212,83
Полезный объём ацеталятора, м3:
40 • 0,75 = 30
Производительность одного ацеталятора на одну операцию, м3/опер:
30 / 0,8 = 37,5
Определяем количество ацеталяторов, шт.:
212,83 / 37,5 = 5,67
Принимаем количество ацеталяторов – 6 аппаратов.
Техническая характеристика аппарата:
– ёмкость 40 м3;
– D = 3,35 м; [13, с. 58]
– D1 = 3,55 м;
– H = 4,25 м;
– H2 = 8,5 м;
– рабочее давление в аппарате 0,3 МПа;
– температура среды 550С;
– среда: масляный альдегид, поливиниловый спирт, соляная кислота;
– среда в рубашке: горячая вода.
Рассчитываем количество промывателей:
Промывку ведут при модуле ванны 1: 8.
Определяем полный объём всех промывателей с учётом коэффициента заполнения, кг/сут:
Vполн. = 202396,49 / 0,75 = 269861,99
В объёме, м3/сут:
Vсут = Gсут / (ρсм • 1000) = 269861,99 / (1,01 • 1000) = 267,19
Продолжительность цикла промывки – 21 час. Число операций в сутки:
n = 24 / 21 = 1,14
Рабочий объём всех промывателей, м3/опер: