【聚氯乙烯生產(chǎn)合成工段工藝設(shè)計(jì)計(jì)算案例6700字】

聚氯乙烯生產(chǎn)合成工段工藝設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10414聚氯乙烯生產(chǎn)合成工段工藝設(shè)計(jì)計(jì)算案例 .461.5由工段選定設(shè)備及熱量衡算1.5.1氣流干燥塔熱量衡算(1)水分蒸發(fā)量W物料離心處理等操作后，在干燥器中，物料初濕和終濕含水量：絕干物料量：(2)空氣用量L干燥塔內(nèi)水分汽化時所需的熱量：干燥塔內(nèi)物料升高溫度值時所需熱量：（1.5.1-1）物料離開干燥器時的比熱為：絕干物料的比熱Cs＝1.764kJ/kg·℃廢氣帶走熱量：由熱量衡算式得：（1.5.1-2）查I-H圖得I2=34kJ/kg絕干氣；I1=110kJ/kg絕干氣；[26]得Ｌ＝37.00kg絕干氣/s(3)出干燥塔時氣體濕度H2用式得：(4)塔徑D假定干燥塔入口：u空氣=20m/s：（1.5.1-3）：指1kg干空氣和所帶有的水蒸氣所占有的面積，m3/kg絕干氣(5)塔高Zu0：沉降速度m/s；uu0：沉降速度m/s；ug：空氣流速，應(yīng)為平均溫度下的速度；τ：停留時間，材料在此時間段內(nèi)進(jìn)行熱量傳遞。(1)：設(shè)，屬于過度流區(qū)，則：（1.5.1-4）密度：，顆粒平均直徑：。空氣的物性值，可按絕干空氣在平均溫度下所查，得：校核:可知計(jì)算正確。(2)ug：則τ:（1.5.1-5）所以1.5.2聚合釜熱量衡算該設(shè)備聚合的熱源有兩個：升溫及恒溫段。升溫過程這一階段加熱所需的總熱是在達(dá)到聚合條件之前整個釜體和材料加熱時消耗的總熱。即Q1+Q2+Q3=Q4。計(jì)算：去離子水消耗熱：單體消耗熱：釜消耗熱：蒸汽提供熱：恒溫反應(yīng)階段①求總傳熱系數(shù)Ｋ的值等于總熱阻，改值與分熱阻得關(guān)系如下：[24]（1.5.2-1）該式子中：：釜內(nèi)壁和釜外液膜的給熱系數(shù)值，單位：Ｗ/m2·k；：釜內(nèi)導(dǎo)熱熱阻，：聚合釜的厚度，：導(dǎo)熱率。（1.5.2-2）該式中：：釜的內(nèi)徑值；：攪拌葉直徑值；為粘度，：攪拌雷諾數(shù)；是物料密度值；：導(dǎo)熱率；c：比熱容；：重力因子值；：普蘭特準(zhǔn)數(shù)；：近壁處粘度；水流速；常數(shù)C。本設(shè)計(jì)聚合釜：，，。＝0.6，998，，，流體冷卻時，。代入公式：（1.5.2-3）夾套內(nèi)裝設(shè)為：螺旋導(dǎo)流板。：螺距當(dāng)量直徑；：雷諾準(zhǔn)數(shù)值；：彎曲半徑；該設(shè)計(jì)中，可??；螺距；水普蘭特?cái)?shù)?？p隙泄露中：一般的實(shí)測值≈計(jì)算值×80%，故故由得總傳熱系數(shù)為：②總傳熱面積A：在高峰期時，，聚合反應(yīng)熱，反應(yīng)溫度為5℃。平均反應(yīng)速率值：平均熱負(fù)荷放熱量熱負(fù)荷分布指數(shù)，：水流量故本設(shè)計(jì)中，釜夾套傳熱面積：，由該式可知，該傳熱面積在該工段中的設(shè)計(jì)符合要求。聚合釜的熱量衡算結(jié)果整理在表1.9中。表1.9計(jì)算結(jié)果反應(yīng)過程Q入，kJ/釜Q出，kJ/釜升溫的階段Q1：水，明膠吸熱量Q2：單體所需熱量Q3：設(shè)備所需熱量Q4：蒸所需量恒溫反應(yīng)的階段QR：放熱量Q水：冷卻水吸收熱量1.6主要設(shè)備計(jì)算及選型1.6.1聚合釜選型在使用過程中，對聚合物的要求應(yīng)是嚴(yán)格的，根據(jù)聚合過程的一系列特點(diǎn)，必須從兩個方面加以考慮：一是設(shè)備的安全性和可靠性。在保證安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，除滿足聚合物強(qiáng)度和剛度要求外，還應(yīng)留有一定余量；第二，工藝設(shè)計(jì)的合理性，即聚合釜的設(shè)計(jì)和制造，聚合釜必須以滿足聚合法人工藝為基礎(chǔ)，具有高效傳熱元件。穩(wěn)定的聚合工藝，合理的攪拌裝置，使樹脂質(zhì)量在一定程度上得到保證，鏡面拋光，便于清洗和涂裝釜。間歇操作的設(shè)計(jì)任務(wù)相比較其他操作來說是較多的，可采用多個反應(yīng)器并聯(lián)的方式。為了更簡易的操作設(shè)備，還考慮到經(jīng)濟(jì)型。反應(yīng)器體積一致。故在本設(shè)計(jì)采用用如圖1.3的聚合釜。該釜是國產(chǎn)釜，容積為48m3（型），材質(zhì)為不銹鋼。確定好聚合釜的具體規(guī)格后，計(jì)算反應(yīng)器的數(shù)量：圖1.345m3聚合釜結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)中每天生產(chǎn)產(chǎn)品的量：生產(chǎn)周期包括反應(yīng)時間，輔助時間：（1.6.1-1）對于本反應(yīng)：故每天生產(chǎn)3批裝料系數(shù)：（1.6.1-2）式中VR—反應(yīng)液體體積/m3，VT—反應(yīng)器實(shí)際體積/m3。此反應(yīng)中，考慮到各個因素：取。反應(yīng)器：所需臺數(shù)：因此可以取n=4臺。1.6.2氣流干燥塔選型由已知條件計(jì)算有關(guān)選型數(shù)據(jù)：(1)管路實(shí)際流量操作溫度下，空氣密度：，(2)管路實(shí)際分壓在通入空氣的管路進(jìn)口及出口的截面處，根據(jù)公式伯努利方程進(jìn)行計(jì)算：（1.6.2-1）標(biāo)準(zhǔn)狀況下風(fēng)壓：根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，查得4-72-16型通風(fēng)機(jī)比較設(shè)施改設(shè)計(jì)中的參數(shù)。主要的性能相關(guān)的參數(shù)如表1.10所示：表1.10參數(shù)表名稱型號全壓范圍mmH2O功率范圍kW離心通風(fēng)機(jī)4-72-1620~3241.1~2101.7附件設(shè)計(jì)聚合釜的安全附件裝置旨在確保控制裝置或設(shè)備或裝置的安全操作，可防止在聚合釜出現(xiàn)異常時發(fā)生意外升級，包括安全降壓閥，一次降壓爆破片，用于監(jiān)測聚合釜反壓力壓力的壓力表，用于測量反應(yīng)堆內(nèi)材料液面的液面計(jì)、溫度計(jì)等。還有緊急關(guān)閉或安全鎖定。在發(fā)生緊急情況時，連續(xù)或并行處理的安全裝置。[20]1.7.1聚合釜設(shè)計(jì)氯乙烯在聚合過程中釋放大量熱量。影響聚合物傳熱的因素包括：傳熱系數(shù)的傳熱面積和傳熱溫差，聚合物種類越大，傳熱效率越高。聚合物壁厚越大，聚合物耐壓性越好，因此采用45m3聚合反應(yīng)器。在設(shè)計(jì)攪拌裝置時，應(yīng)根據(jù)聚合物的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。聚合物的粒徑、材料性能、聚合溫度和壓力是影響共混體系的重要因素。因此，在設(shè)計(jì)攪拌裝置時，還應(yīng)設(shè)計(jì)聚合物，以確定聚合物的直徑、高度和壁厚。[21]聚合釜計(jì)算過程中相關(guān)符號：Vg:釜體公稱容積；η:裝料系數(shù)；V：釜體全容積；Di：釜體直徑；H：釜體高度；V0：封頭容積。Vg：在本設(shè)計(jì)中可取η為0.75釜體直徑：該設(shè)計(jì)中，聚合釜高徑比：，取圓整后：2800mm。筒體高度H：由于Di=2800mm，可選橢圓形封頭。查出該類型封頭的容積表可得：V0=3.1198m3。圓整：4900mm。結(jié)果核算:結(jié)果滿足條件。1.7.2攪拌裝置設(shè)計(jì)氯乙烯聚合反應(yīng)單元一般為立式聚合物。攪拌器的安裝可從聚合物頂部或聚合物底部插入，底部延伸式的安裝方式相對昂貴，技術(shù)要求高，但考慮到聚合物的設(shè)計(jì)尺寸為45m3，以提高聚合物的混合性能。為了使攪拌機(jī)更加穩(wěn)定，延長攪拌機(jī)的使用壽命，在聚合物設(shè)備中安裝攪拌裝置，為了節(jié)省電能。不僅要提高攪拌器的導(dǎo)熱性，而且要在聚合物外部表面安裝冷卻水套，以提高聚合物的冷卻能力。在設(shè)計(jì)攪拌器時，應(yīng)考慮聚合釜夾套結(jié)構(gòu)。聚合釜反應(yīng)溫度低于300℃，設(shè)計(jì)壓力低于1.4MPa。因此，選擇U形夾套。[22]依據(jù)《機(jī)械攪拌設(shè)備》，攪拌裝置滿足下列要求：直徑比：D2/D1≤1.2（D2：夾套直徑）聚合釜的直徑為2800mm，計(jì)算得：D2≤3360mm，取夾套內(nèi)徑為3200mm。壁厚與直徑比由(1)中公式計(jì)算得：D2/D1=1.14（1.7.1-1）D1=2800mm，D2/D1=1.14，1.8mm≤S1≤196mm；取S1＝100mm壁厚得：S2/S1≤1.2S2≤1.2S1；S2≤120mm：取S2=120mmS1：聚合釜筒體的實(shí)際壁厚，mm；S2：夾套筒體的實(shí)際壁厚，mm。對于結(jié)構(gòu)比起封口錐封閉，封口環(huán)封閉更簡單，操作更方便。厚度要求：h0≥1.5S2，h0≥180mm，取h0＝180mm。（封口環(huán)的實(shí)際厚度，mm）1.8強(qiáng)度校核1.8.1釜體圓筒計(jì)算聚合釜采用0Cr18Ni9Ti與16MnR的復(fù)合鋼板進(jìn)行強(qiáng)度校核。[23]釜體壁厚計(jì)算選取材料為16MnR及0Cr18Ni9Ti，設(shè)計(jì)壓力在該設(shè)計(jì)中為1.4MPa，釜體的直徑為1.8m，焊縫系數(shù)φ=1.0，雙焊縫對接接頭和全熔透對接接頭的100%無損檢測等同于雙焊縫對接接頭。[22]設(shè)16MnR厚度在6到16mm之間，［σ］t=170MPa，σs=345MPa；0Cr18Ni9Ti［σ］t=128MPa（1.8.1-1）C為壁厚附加量C=C1+C2=0+1=1mm圓整取δ=14mm。應(yīng)力校核：滿足要求水壓試驗(yàn)