聚酯厂预缩聚反应器设计计算书

聚酯厂预缩聚反应器设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、基本设计参数,,,,,,,,,

1,设计容积,V,设计值,V=50.0,m³,50.00,反应器设计容积,工艺设计,满足生产需求

2,操作温度,T,设计值,T=260,℃,260.00,正常操作温度,工艺要求,预缩聚反应温度

3,操作压力,P,设计值,P=2000,Pa,2000.00,正常操作压力,工艺要求,绝压

4,搅拌转速,n,设计值,n=35,r/min,35.00,搅拌器转速,搅拌设计,最佳搅拌效果

5,停留时间,t,设计值,t=90,min,90.00,物料停留时间,工艺设计,反应时间

6,反应器内径,D,设计值,D=3.2,m,3.20,反应器公称直径,结构设计,标准尺寸

7,反应器高度,H,设计值,H=6.5,m,6.50,反应器总高度,结构设计,标准尺寸

8,搅拌器直径,d,选用值,d=2.2,m,2.20,搅拌器公称直径,搅拌设计,d/D=0.69

9,传热面积,A,计算值,A=300,m²,300.00,总传热面积,传热计算,满足传热要求

10,高径比,H/D,计算值,H/D=H/D,,2.03,反应器高径比,结构设计,H/D=2.03

二、物料衡算,,,,,,,,,

1,年产量,Q_year,设计值,Q_year=200000,t/a,200000.00,聚酯年产量,工艺设计,20万吨/年

2,年工作时间,t_year,设计值,t_year=8000,h/a,8000.00,年工作时间,工艺设计,连续运行

3,小时产量,Q_hour,计算值,Q_hour=Q_year/t_year,t/h,25.00,聚酯小时产量,物料衡算,Q_hour=Q_year/t_year

4,转化率,X,设计值,X=0.92,,0.92,预缩聚转化率,工艺设计,≥92%

5,进料量,F,计算值,F=Q_hour/X,t/h,27.17,物料进料量,物料衡算,F=Q_hour/X

6,熔体密度,ρ,查表值,ρ=1180,kg/m³,1180.00,熔融聚酯密度,物性数据,260℃

7,体积流量,V_flow,计算值,V_flow=Q_hour×1000/ρ,m³/h,21.19,物料体积流量,物料衡算,V_flow=Q×1000/ρ

8,实际容积,V_actual,计算值,V_actual=V_flow×t/60,m³,31.78,反应器实际容积,物料衡算,V_actual=V_flow×t/60

三、热量衡算,,,,,,,,,

1,反应热,ΔH,查表值,ΔH=25,kJ/kg,25.00,预缩聚反应热,热力学数据,放热反应

2,物料比热容,c,查表值,c=2.1,kJ/kg·℃,2.10,熔融聚酯比热容,热力学数据,250-260℃

3,进料温度,T_in,设计值,T_in=250,℃,250.00,物料进料温度,工艺设计,酯化反应出料温度

4,出料温度,T_out,设计值,T_out=260,℃,260.00,物料出料温度,工艺设计,预缩聚反应温度

5,反应热负荷,Q_reaction,计算值,Q_reaction=Q_hour×1000×ΔH,kJ/h,625000.00,反应热负荷,热量衡算,Q_reaction=mΔH

6,显热负荷,Q_sensible,计算值,Q_sensible=Q_hour×1000×c×ΔT,kJ/h,525000.00,显热负荷,热量衡算,Q_sensible=mcΔT

7,总热负荷,Q_total,计算值,Q_total=Q_reaction+Q_sensible,kJ/h,1150000.00,总热负荷,热量衡算,Q_total=Q_reaction+Q_sensible

8,热负荷功率,P,计算值,P=Q_total/3600,kW,319.44,热负荷功率,单位转换,P=Q/3600

四、搅拌系统设计,,,,,,,,,

1,溶液黏度,μ,实测值,μ=50,Pa·s,50.00,聚酯熔体黏度,实验数据,260℃

2,搅拌转速,n,计算值,n=35/60,rps,0.58,搅拌转速转/秒,单位转换,rps=r/min/60

3,雷诺数,Re,计算值,Re=ρnd²/μ,,66.63,搅拌雷诺数,流体力学,Re=ρnd²/μ

4,流态判断,J_Re,判断值,"J_Re=IF(Re>10000,""湍流"",""层流"")",,层流,搅拌流态,流体力学,Re>10000为湍流

5,功率准数,Np,查表值,Np=4.0,,4.00,功率准数,HG/T20569-2013,湍流区Np=6.3

6,搅拌功率,P_agit,计算值,P_agit=Np×ρ×n³×d⁵,W,48284.28,搅拌器轴功率,HG/T20569-2013,P=Np×ρ×n³×d⁵

7,电机效率,η,设计值,η=0.95,,0.95,电机效率,电机选型,Y系列电机

8,安全系数,S,设计值,S=1.25,,1.25,安全系数,设计规范,考虑过载

9,电机功率,P_motor,计算值,P_motor=P_agit/(1000×η)×S,kW,63.53,电机功率计算值,电机选型,P=P_agit/(η×1000)×S

10,选用电机功率,P_motor_actual,选用值,P_motor_actual=70,kW,70.00,实际选用电机功率,电机规格,标准功率等级

11,挡板数量,n_baffle,设计值,n_baffle=4,,4.00,挡板数量,HG/T20569-2013,标准配置

12,挡板宽度,b,计算值,b=0.1×D,m,0.32,挡板宽度,HG/T20569-2013,b=0.1D

13,混合时间,t_mix,计算值,t_mix=38/n,s,65.14,物料混合时间,经验公式,t_mix=38/n

五、传热计算,,,,,,,,,

1,总传热系数,U,选用值,U=250,W/m²·K,250.00,总传热系数,传热设计,考虑结垢影响

2,导热油温度,T_oil,设计值,T_oil=280,℃,280.00,加热导热油温度,工艺设计,加热介质

3,对数平均温差,ΔTLM,计算值,ΔTLM=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2),℃,24.66,对数平均温差,传热学,ΔTLM=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)

4,所需传热面积,A_required,计算值,A_required=P×1000/(U×ΔTLM),m²,51.81,所需最小传热面积,传热计算,A=Q/(U×ΔTLM)

5,实际传热面积,A_actual,设计值,A_actual=300,m²,300.00,实际传热面积,结构设计,夹套面积

13,传热裕度,M,计算值,M=(A_actual-A_required)/A_required×100,%,479.05,传热裕度,传热设计,≥20%为宜

六、强度计算,,,,,,,,,

1,材料许用应力,[σ],查表值,[σ]=137,MPa,137.00,S31608许用应力,GB150-2011,260℃

2,焊接接头系数,φ,设计值,φ=0.85,,0.85,焊接接头系数,GB150-2011,双面焊

3,腐蚀裕量,C,设计值,C=2,mm,2.00,腐蚀裕量,设计规范,考虑聚酯腐蚀

4,筒体理论壁厚,δ_calc,计算值,δ_calc=PD/(2[σ]φ-P),mm,29.72,筒体理论壁厚,GB150-2011,δ=PD/(2[σ]φ-P)

5,筒体设计壁厚,δ,计算值,δ=δ_calc+C,mm,31.72,筒体设计壁厚,设计规范,加腐蚀裕量

6,筒体实际壁厚,δ_actual,选用值,δ_actual=30,mm,30.00,筒体实际壁厚,材料规格,圆整到2mm

7,封头理论壁厚,δ_h_calc,计算值,δ_h_calc=PD/(4[σ]φ-P),mm,15.80,封头理论壁厚,GB150-2011,δ=PD/(4[σ]φ-P)

8,封头设计壁厚,δ_h,计算值,δ_h=δ_h_calc+C,mm,17.80,封头设计壁厚,设计规范,加腐蚀裕量

9,封头实际壁厚,δ_h_actual,选用值,δ_h_actual=16,mm,16.00,封头实际壁厚,材料规格,圆整到2mm

七、稳定性计算,,,,,,,,,

1,弹性模量,E,查表值,E=200000,MPa,200000.00,材料弹性模量,材料力学,S31608

2,泊松比,ν,查表值,ν=0.3,,0.30,材料泊松比,材料力学,不锈钢

3,筒体长细比,λ,计算值,λ=H/δ,,216.67,筒体长细比,结构力学,λ=H/δ

4,临界压力,P_cr,计算值,P_cr=2E(δ/D)²/√(1-ν²),MPa,36.85,筒体临界压力,GB150.4-2011,外压稳定性

5,稳定安全系数,S_stab,计算值,S_stab=P_cr×1000/P,,18.43,稳定安全系数,设计规范,≥3.0

八、综合判断,,,,,,,,,

1,壁厚要求,J_δ,判断值,,,不满足,筒体壁厚是否满足,GB150-2011,≥计算值

2,封头壁厚要求,J_δh,判断值,,,不满足,封头壁厚是否满足,GB150-2011,≥计算值

3,传热裕度要求,J_M,判断值,,,满足,传热裕度是否满