【《聚丙烯聚合工艺生产的设备选型分析案例》2600字】

PAGEPAGE41聚丙烯聚合工艺生产的设备选型分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u24904聚丙烯聚合工艺生产的设备选型分析案例 113223 127334 212318 332683 321305 428446 650 725952 822664 9本设计是采用间歇液相本体聚合在整个反应过程中会散出非常多的的热，因此选择搅拌釜式反应器，封头形状为椭圆形，反应釜内的压力设置为最高压力5MPa，但正常工作的压力应该控制在3.5MPa；最高温度可达到95℃的，但正常工作的温度应该控制在75℃。年产20000吨，采用二釜并联生产，操作反应75℃，每年工作时间7600h。查书可知:75℃时液相丙烯的相对密度为0.3871g/cm3=381.100kg/m3液相丙烷的相对密度为0.3749g/cm3=374.900kg/m3平均密度:=381.1×0.99+374.9×0.01=386.978kg/m3丙烯和丙烷总质量:M=15730.10+91.94=15828.04kg间歇反应，设其填料系数为0.75，则：有效体积：VR=M/×np=15828.04/386.978/4=20.45m3实际体积：Va=VR/0.75=20.45/0.75≈27m3—釜数—填料系数1、确定筒体和封头形式根据工作压力为3.5MPa，聚合反应温度为75℃的工作条件，可使用拥有搅拌的高压反应釜类型，使用圆柱形筒体和椭圆形封头。2、确定筒体和直边高度反应物料为液相本体聚合类型，由《化工设备机械基础》从表18-2可知，H/D为1-1.5，设备容积为80m3，可取H/D=1.5，选取标准椭圆封头，其封头高度h封=0.25D，封头侧面面积S=1.083D2，封头体积V=0.131D3。设h为釜体的直边长度，H为反应釜最大高度则：H=h+2=h+2×0.25D=h+0.5D又H/D=1.5故h=DV=0.785+2×0.131=1.047=80D==4243mm尽管反应器是非标准设备，可是在制造反应器上下封头的时候依然要选择使用标准封头，计算时H/D取的较大，因此要按公称尺寸选择釜体直径D=4300mm釜体直边高度釜体实际高度实际高径比H/D=6.23/4.3=1.45根据表6-2取封头直边高度为50mm,则釜体圆形直筒部分高度为反应器实际体积查《化工设备机械基础》可知以内径为公称直径的碳钢的椭圆形封头可查其厚度为20mm,筒体厚度与之相同为20mm,内表面积20.58，容积为10.98表7-1反应釜数据选择GB12337-88初选搅拌器为涡轮式搅拌器，由《聚合物反应工程》P164可知桨叶直径与釜径比值一般在0.5–0.7之间，实际使用时桨叶d/D比值在0.25-0.5之间，由《聚合物合成工艺设计》中表6-4搅拌桨叶的结构形式与设计参数知：取0.5(d为桨叶直径）；(Z为桨叶数)(S为螺距)则C=3.8m，搅拌直径d=0.5距釜底高度C=D=4.3m由可知75℃时丙烯粘度为0.08丙烷粘度为0.060则总粘度为：同理：液相丙烯的相对密度：0.389g/㎝3=389㎏/m3丙烷的相对密度：总密度为：假设搅拌器转速取280r/min，则由以上数据知：整釜处于湍流状态，易出现死角，故应设置挡板4块，由《聚合反应工程》P155曲线2知=0.32，则:P=下封头表面积：筒体部分内表面积：反应釜本身提供的传热面积：对于涡轮式搅拌器：比热容：Cp=0.915kcal/(kg℃)搅拌液体对壁面的传热膜系数为查表18-3夹套直径与筒体直径的关系知，夹套内径工艺条件：釜体内工作压力3.5MPa，夹套内工作压力3.7MPa夹套高度：夹套本体与内缸之间有环焊缝，不可能进行探伤，导管架上的所有焊缝均取=0.6，封头选择用钢板制造的标准的椭圆形封头，材质为A3碳钢。夹套厚度的计算：夹套内径D1=4000mm夹套外径D2=4000mm+125mm=4125mm夹套的当量直径：是入口接管处的流速，当夹套侧冷却水流量为w,接管内径设为125mm,则为：当接管沿径向方向安装时，取夹套内的上升速度，即冷却水的入口安装在容器下部，出口管安装在容器的上部，则雷诺数：=普朗特数：流体通过夹套作无相变强制对流时的传热膜系数传热系数K的计算碳钢的热导率，b为壁厚；K=581.39w/(m2K)夹套冷却水进水温度为15℃，夹套出口温度为35℃，釜内聚合温度为75℃。Δt1=75-15=60℃Δt2=75-35=40℃=49.326由热量衡算得：=1.2045×108kJ则每釜每小时换掉的热量为：由得=33.06<75.113反应釜提供的传热面积S>所需要的传热面积A,故采用夹套换热可以满足。表7-2夹套列表夹套内径夹套外径夹套高度夹套厚度4000mm4125mm4300mm125mm进行换热的量为：15730.10×30%=4719.03kg/批物料进口温度：75℃出口温度：25℃冷却水进口温度：15℃出口温度：35℃物料走管层，冷流体走壳层℃℃所以℃则物料平均温度为(75+25)/2=50℃则：50℃时0.800kcal/kg℃=4.186×0.8=3.349℃0.762kcal/kg℃=4.186×0.762=3.190℃平均℃则假定冷却器为壳侧单程的换热器，则查《化工原理课程设计》第60页的图4—39知温差修正系数Ft=0.93所以m=Ftm=0.9332.744=30.45℃查看表4—7换热器中K的取值范围，取总传热系数K为250w/(℃）则所估测的传热面积：=Q/km=取安全系数为1.04则A=102.9041.04=101.02则根据《化工工艺设计手册》[13]下册P表23-4，初选固定管板式换（TB/T4715-92)碳钢材质，外径×壁厚=252.5排列形式：正三角形；管心距t：32mm；公称直径：800mm；管程数：1；管子根数：467；中心排管数：23；流通面积：0.147；公称压力：4.00Mpa；换热管长度：3000mm；换热面积：106.3设折流挡板间距：h=100mm则每程管侧的流通面积：所以管内物料的质量流速：管外径d=0.025m管内径d=0.020m壁厚0.0025m由《化工原理》[14]P知对于流体被冷却n取0.3所以被管程的传热膜系数75℃时：℃℃℃℃℃℃=209.18w/℃最靠近换热器中心线的管组上的最大交叉流面积：其中，h为这里单板间距h=0.1m，D=0.80m；的三角形排列管心距t=0.032m，S=0.018m2最小质量流速：根据知，管子三角形排列时：25℃时：25℃时：=0.0999kcal/(kg℃)kcal/(mh℃)；壳体有圆缺折流挡板时的对流传热系数，当时，液体被加热时取1.05=451.54w/(℃)从表4—7可查得管内外侧污垢热阻:r1=0.00017m2.℃/wr2=0.0002m2.℃/w管子材质金属导热系数：=116.3w/m℃所以=3.828传热系数K=261.09w/（℃）故所需总传热面积即传热面积有8%的裕量，所以选择合理。泵的选择：根据实习高位槽高出低位槽15米。流量：15m/h。将50的水输出高位槽：L=15假热水泵的进入温度为85℃，排出温度为65℃所以热水的质量流量：8864750/4.174×（85-65)=106190.11kg/批则热水的体积流量：取泵口出口管长为20m选取管内流速为：u=2.5m/s则管内径泵出口管道选择外径厚度：3.5mm内径：50mm泵出口管径比泵入口小1-2级管内流速：管内液体：阻力计算：所以为湍流。导热系数检查化学原理表1-1新无缝钢管的绝对粗糙度为0.1-0.2mm，本设计取，则相对粗糙度：截止阀（半开），弯头阻力系数2个弯头，当量长度与管径比。管出口突然扩大泵出口到储罐液体截面的管路压头损失：一般泵入口管径比泵出口管径大1-2级，故选泵出口管径为，与塔进口之间管长为5m。即入口管径=0.1m，管长=5m管内流速导热系数绝对粗糙度取，所以相对粗糙度弯头1个，，管入口泵吸入管的压头损失：总的压头损失已知，，，由柏努力方程：求得扬程：H=21.23m。泵的有效功率计算：对于小流量的离心泵取则泵的有效轴功率：N=N/=1023.79/0.6=1706.5W≈1.8Kw根据以上计算查《化工工艺设计手册》下册，选择泵型号IH50-32-125流量：25