Производство поливинилбутираля (стр. 7 из 9)
Vраб = Vсут / n = 267,19 / 1,14 = 234,38
Общий объём всех промывателей с учётом коэффициента заполнения, м3/опер:
Vобщ = Vраб / g = 234,38 / 0,75 = 312,51
Производительность всех промывателей, м3/опер:
Vраб = Vсут / n = 312,51 / 1,14 = 274,13
Полезный объём промывателя, м3:
40 • 0,75 = 30
Производительность одного промывателя на одну операцию, м3/опер:
30 / 1,14 = 26,32
Определяем количество промывателей, шт.:
274,13 / 26,32 = 5,72
Принимаем количество ацеталяторов – 6 аппаратов.
Техническая характеристика аппарата:
– ёмкость 40 м3;
– диаметр 3,5 м;
– высота 4,16 м;
– рабочее давление в аппарате 0,3 МПа;
– температура среды 400С;
– среда в аппарате: вода, поливинилбутираль, щёлочь;
– материал: сталь.
Аппарат снабжён якорно–лопастной мешалкой 55 оборотов в минуту, крышка съёмная, дно коническое, привод электродвигателя мощностью 36 КВт.
Рассчитываем количество аппаратов для приготовления щёлочи:
Объём приготовляемого раствора, м3/сут:
Vсут = Gсут / ρсм = 1139,33 / 71,2 = 16,00
Продолжительность растворения 10 часов. Число операций в сутки:
n = 24 / 10 = 2,4
Рабочий объём всех аппаратов, м3/опер:
Vраб = Vсут / n = 16,00 / 2,4= 6,67
Полный объём всех аппаратов с учётом коэффициента заполнения, м3/опер:
Vполн. = Vраб / g = 6,67 / 0,90 = 7,41
Необходимое количество аппаратов, шт.:
7,41 / 5 = 1,5
Принимаем количество аппаратов – 2 шт.
Техническая характеристика аппарата:
– объём 5 м3;
– высота 5417 мм;
– диаметр 4067 мм;
– масса 1300 кг.
Аппарат закрыт сферической крышкой.
Рассчитываем количество центрифуг:
Принимаем к установке центрифугу марки НОГШ–325–2М.
Производительность – 960 кг/час.
На центрифугирование поступает суспензии, кг/час:
184481,09 / 24 = 7686,71
Необходимое количество аппаратов, шт.:
7686,71 / 960 = 8,01
Принимаем количество центрифуг – 8 аппаратов.
Техническая характеристика аппарата:
– высота 540 мм;
– длина 1510 мм;
– диаметр 1465 мм;
– масса 580 кг;
– максимальный диаметр ротора 325 мм;
– максимальное число оборотов ротора 3500 об/мин;
– максимальная расчётная производительность по суспензии 6 м3/час;
– мощность двигателя привода 7 КВт.
Рассчитываем количество сушилок:
В сушилку поступает 74108,90 кг поливинилбутираля в сутки или 2087,87 кг поливинилбутираля в час.
Принимается сушилка непрерывного действия – аэрофонтанная.
Производительность – 1000 кг/час.
Необходимое количество сушилок, шт.:
2087,87 / 1000 = 2,09
Принимаем количество центрифуг – 2 аппарата.
Техническая характеристика аппарата:
– диаметр циклической камеры 1100 мм;
– расход воздуха 4000 м3/ч;
– расход тепла на испарение 1 кг влаги – 1000 ккал;
– скорость воздуха 0,8 м/сек.;
3.3 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ И ТАБЛИЦЫ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ОСНОВНОГО АППАРАТА – АЦЕТОЛЯТОРА
Режим ацеталятора:
1. Охлаждение поливинилового спирта от 600 до 100С – 4 часа:
– охлаждение водой от 600 до 20°С – 3 часа;
– охлаждение рассолом от 200 до 10°С – 1 час.
2.Нагрев смеси от 100 до 550С – 11 часов.
3.Выдержка смеси при 55°С – 1 час.
4. Охлаждение смеси до 25°С – 3 часа.
В качестве хладагентов используют холодную воду и раствор СаСl2. Вода является наиболее распространенным охлаждающим агентом. Её достоинства: высокая теплоёмкость; большой коэффициент теплопередачи и доступность. Для более быстрого охлаждения применяется раствор СаСl2 – смесь, которая со льдом дает низкую температуру (– 550С). При пуске холодной воды тепло отводится:
От аппарата, кДж/сут:
Qапп. = Gапп. • с • (tн – tк) = 25930 • 0,5028 • (60 – 20) = 521504,16
где: tн – начальная температура = 600С;
tк – конечная температура = 200С;
с – теплоёмкость материала = 0,12 • 4,19 = 0,5028 кДж/кг•К [из регламента КХЗ]
Gапп.– масса аппарата = 25930 кг
От рубашки, кДж/сут:
Qруб. = Gруб. • с • (tн – tк) = 3700 • 0,5028 • (60 – 20) = 74414,40
Qсм. =(Gсм. / n) • ссм.• (tн – tк)=(184846,21 / 6) • 2,41 • (60 – 20)= 2969862,44 кДж/сут
Определяем тепловую нагрузку, кДж/сут:
Qнагр. = 521504,16 + 74414,40 + 2969862,44 = 3565781,00
Охлаждение водой ведётся 3 часа, кДж/сут:
Qнагр. = 3565781,00 / 3 = 1188593,67
Определяем расход охлаждающей воды:
W = Qнагр. / своды • (t2ср. – t) = 1188593,67 / 4,19 • (17,24 – 12) = 53893,30 кг/ч = 54 м3/ч
где: своды – теплоёмкость воды = 1 • 4,19 = 4,19 кДж/кг•К [из регламента КХЗ]
Вода на охлаждение поступает с температурой 120С, средняя конечная температура охлаждения воды t2 = 220С.
t2ср = t1 + ∆tср • 2,3 lgA
200
600120 
220
80 380
A = (T1 – t2) / (T2 – t1)
∆tср = T1 – T2 / [2,3 lg (T1 – t1) / (T2 – t1)] • (A – 1) / (2,3 A lgA)
∆tср = 60 – 20 / [2,3 lg (60 – 12) / (20 – 12)] • (1,26 – 1) / (2,3 • 1,26 lg1,26) =
= (40 / 1,79) • (0,26 / 0,29) = 19,80C
t2ср = 12 + 19,8 • 2,3 lg1,26 = 17,240С
При пуске рассола тепло отводится от аппарата, кДж:
Qапп. = 25930 • 0,5028 • (20 – 10) = 130376,04
Qруб. = 3700 • 0,5028 • (20 – 10) = 18603,60
Qсм. = 184846,21 • 2,41 • (20 – 10) = 4454793,66
Qнагр. = 130376,04 + 18603,60 + 4454793,66 = 4603773,30
Рассол на охлаждение поступает с температурой (–140С) и уходит с температурой (–120С).
Определяем расход рассола,
W = Qнагр. / своды • (tк. – tн.) = 4603773,30 / 2,73 • (14 – 12) = 843181,92 кДж/ч
Нагрев смеси от 10 до 550С:
Qнагр. = Qапп. + Qсм. + Qпот.
Qапп. = 25930 • 0,5028 • 45 = 596692,18 кДж
Qпот. = Qпот. изв. + Qпот. неизв.
Qпот. = αобщ. • τ • (tст. – tвозд.)
αобщ. = 8,4 + 0,06 • (tст. – tвозд.)
где: tвозд. = 200С
Температура нагруженной неизолированной стенки (–38). Температура нагруженной изолированной стенки (– 260С).
α1 = 8,4 + 0,06 • (38 – 20) = 9,48 • 4,19 = 39,72 кДж/м2•ч•гр.
α2 = 8,4 + 0,06 • (26 – 20) = 8,76 • 4,19 = 36,70 кДж/м2•ч•гр.
Определяем потери тепла, кДж:
Qпот. неиз. = 39,72 • 8,8 • (38 – 20) = 6305
Qпот. изв. = 36,70 • 25,2 • (26 – 20) = 5549
Qпот. = 6305 + 5549 = 11854
Qсм. = (184846,21 / 6) • 2,41 • 45 = 3341095,25
Потери тепла в окружающую среду компенсируется поступающим теплом для выдержки смеси в течение часа при t = 550С, кДж:
Qнагр. = 596692,18 + 3341095,25 + 11854 = 3949641,43
Нагрев ведётся горячей водой в течение 11 часов, кДж:
3949641,43 / 11 = 359058,31
Расход горячей воды
W = Qнагр. / своды • (Т1 – t2ср.) = 359058,31 / 4,19 • (80 – 62,7) = 4953,42 кг/ч = 5 м3/ч
где: своды – теплоёмкость воды = 1 • 4,19 = 4,19 кДж/кг•К [из регламента КХЗ]
t2ср. – средняя конечная температура сходящей воды;
Т1 = 800С
t2ср = Т1 + ∆tср • 2,3 lgA
A = (T1 – t2) / (T2 – t1) = (80 – 55) / (70 – 55) = 1,66
∆tср = t2 – t1 / [2,3 lg (T1 – t1) / (T1 – t2)] • (A – 1) / (2,3 A lgA)
∆tср = 55 – 10 / [2,3 lg (80 – 10) / (80 – 55)] • (1,66 – 1) / (2,3 • 1,66 lg1,66) = 340C
T2ср = 80 – 34 • 2,3 lg1,66 = 62,70С
Определяем необходимую площадь теплообмена аппарата, для этого необходимо рассчитать коэффициент теплоотдачи:
Определяем теплоту реакции по энтальпии сгорания:
По уравнению Коновалова, кДж/моль:
gm = 204,2n + 44,4m + ∑X = Hсгор. = 204,2 • 29 + 44,4 • 9 + 464,5 = 6785,9 [14, с. 26]
где: n – число атомов кислорода, необходимое для полного сгорания вещества;
m – число молей, образующейся воды;
Х – поправка (термическая характеристика) постоянная в пределах гомологического ряда.
Поправка: С–С = 6 • 0 = 0 [14, с. 269]
R–O–Rٰٰ = 3 • 87,9 = 263,7
R–CO–Rٰ = 4 • 50,2 = 200,8
6785,9 / 193 = 35,2 кДж/кг
СН3 – СН2 – СН2 – СНО + 5,5О2 
4СО2 + 4Н2О
По уравнению Коновалова, кДж/моль:
gm = 204,2n + 44,4m + ∑X = Hсгор. = 204,2 • 12 + 44,4 • 4 + 75,3 = 2703,3
Поправка: С–С = 3 • 0 = 0
R–СН=О = 75,3 [14, с. 269]
2703,3 / 72 = 37,5 кДж/кг
– CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – + 25,5О2 13СО2 + 12Н2О
Поправка: С–С = 10 • 0 = 0 [14, с. 269]
R–O–Rٰٰ = 5 • 87,9 = 439,5
По уравнению Коновалова, кДж/моль:
gm = 204,2n + 44,4m + ∑X = Hсгор. = 204,2 • 51 + 44,4 • 12 + 439,5 = 11386,5
11386,5 / 260 = 43,8 кДж/кг
Определяем энтальпию сгорания, кДж/кг:
1. gp = ğ1 – ∆n • R • T = 35,2 – (10 – 9 – 12) • 8,314 • 10–3 • 298 = 62,5
∆Н298 = – 62,5
2. gp = 37,5 – (4 – 4 – 5,5) • 8,314 • 10–3 • 298 = 51,1
∆Н298 = – 51,1
3. gp = 43,8 – (13 – 12 – 25,5) • 8,314 • 10–3 • 298 = 104,5
∆Н298 = – 104,5
Определяем изменение энтальпии реакции энтальпии сгорания, кДж/кг:
∆Н298 = ∑∆Н298 (нач) – ∑∆Н298 (кон) = (–62,5) + (–51,1) – (–104,5) =9,1 • 103 / 7010 = 1,3
Определяем тепловую нагрузку, кДж/сут:
∆Qнагр. = 1,3 • 22485,06 = 29230,60
Определяем тепло выносимое из аппарата с продуктами реакции, кДж/сут:
22485,06 • 2,41 • 55 = 2980394,70
Потери тепла в окружающую среду составляют 5% от вносимого тепла, кДж/сут:
3595011,6 • 0,05 = 179750,58
Определяем необходимую площадь теплообмена аппарата, для этого необходимо рассчитать коэффициент теплоотдачи:
К = 1 / (1 / α1 + σ / λ + 1 / α2)
Определяем коэффициент теплоотдачи между теплом и стенкой аппарата:
S = 3,14 / 4 • (3,442 – 3,42) = 0,21 м2
W = z / (3600 • S • ρ) = 6800 / (3600 • 0,21 • 1000) = 0,09 м/с
Re = w • ℓ • ρ / μ = 3 • 3,9 • 1000 / 0,32 • 10–3 = 36562500 – режим движения устойчивый турбулентный
где: λ = 0,515 • 1,16 Вт/м;