Установка синтеза латекса БС-50

V= 704 ∙ 24 / 0,8 ∙ 1000 = 21,12 м³

 

Расчет перемешивающего  устройства

dм = 1,5м

Частота вращения n = 48 об/мин = 0,8 об/с

Определение режима перемешивания

Rец = ρ ∙ n ∙ d _м² / μ= 1000 ∙ 0,8 ∙ 1,5² / 1,18 ∙ 10^-3 = 1525423

Режим турбулентный

Np = Kn ∙ p ∙ n³ ∙ d⁵

где    Kn - критерий мощности;  Kn = 0,8; 

Np - мощность, потребляемая мешалкой при установившемся режиме на валу;

d - диаметр мешалки;

p – плотность.

Np = 0,8 ∙ 1000 ∙ 0,88³ ∙ 1,5⁵ = 4139,9 Вт

Мощность в пусковой момент:

Nnycк. = 2 ∙ Np = 2 ∙ 4139,9 = 8279,8 Вт

Установочная мощность:

Принимаем КПД электродвигателя 0,95

Запас мощности 20%

Nycт. = 8,2798 ∙ 1,2 / 0,95 = 10,46 кВт

 

К установке принимается  емкость следующей характеристики [2]:

Вместимость 25 м³

Диаметр 2800 мм

Высота цилиндрической части  4060 мм

Давление атмосферное

Диаметр змеевика 89мм

Площадь поверхности змеевика 12м³

Мешалка рамная

Частота вращения мешалки 48 об/мин

Электродвигатель типа АО-61-4 
Мощность 13 кВт

Частота вращения электродвигателя 1500 об/мин 

Материал сталь углеродистая Вст3КП

Исполнение  Щ2

Количество 2 (в т.ч. 1 резервная)

 

Емкость с мешалкой Л-002

Предназначена для приготовления водного раствора едкого натра [табл.13]

V = 32,6 ∙ 24 / 0,8 ∙ 1164 = 0,84 м³

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 1,0 м³

Диаметр 1000 мм

Высота цилиндрической части 1225 мм

Давление атмосферное

Материал сталь углеродистая

Мешалка рамная

Частота вращения мешалки 48 об/мин

Электродвигатель типа А100S4 

Мощность 3 кВт

Частота вращения электродвигателя 1500 об/мин

Исполнение Щ2

Количество 2 (в т.ч. 1 резервная)

 

Емкость с мешалкой Л-003

Предназначена  для   приготовления   водного   раствора  лейканола [табл.8]

V = 22 ∙ 24 / 0,9 ∙ 1000 = 0,59 м³

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 0,63 м³

Диаметр 800 мм

Высота цилиндрической части 875 мм

Давление атмосферное 

Материал сталь углеродистая

Мешалка рамная

Частота вращения 48 об/мин

Электродвигатель типа АНР80М4

Мощность 1,1 кВт 

Исполнение Щ2

Количество 2 (в т.ч. одна резервная)

 

Емкость с мешалкой Л-004

Предназначена  для приготовления водного   раствора пирофосфата  натрия

[табл.11]

V = 22 ∙ 24 / 0,9 ∙ 1000 = 0,59 м³

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 0,63 м³

Диаметр 800 мм

Высота цилиндрической части 875 мм

Давление атмосферное

Материал сталь углеродистая

Мешалка рамная

Частота вращения 48 об/мин

Электродвигатель типа АНР80М4

Мощность 1,1 кВт

Исполнение Щ2

Количество 2 (в т.ч. одна резервная)

 

 

Емкость с мешалкой Л-005

Предназначена    для приготовления    водного    раствора   триэтаноламина

[табл.10]

V = 44 ∙ 24 / 0,8 ∙ 1000 =1,32 м³

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 2 м³

Диаметр 1400 мм

Высота цилиндрической части 1375 мм

Давление атмосферное

Материал сталь углеродистая

Мешалка рамная

Частота вращения 48 об/мин

Электродвигатель типа А100S4

Мощность 3 кВ

Исполнение Щ2

Количество 2 (в т.ч. одна резервная)

 

Емкость с мешалкой Л-006

Предназначена для приготовления водного раствора хлорида калия [табл.14]

V = 22 ∙ 24 / 0,9 ∙ 1000 = 0,59 м³

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 0,63 м³

Диаметр 800 мм

Высота цилиндрической части 875 мм

Давление атмосферное

Материал сталь углеродистая

Мешалка рамная

Частота вращения 48 об/мин

Электродвигатель типа АНР80М4

Мощность 1,1 кВт  

Исполнение Щ2

Количество 2 (в т.ч. один резервный)

 

Емкость с мешалкой Л-007

Предназначена для приготовления водной фазы [табл. 14]

V = 1068,2 ∙ 24 / 0,8 ∙ 1000 = 32,1 м³

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 40 м³

Диаметр 3000 мм

Высота цилиндрической части 5660 мм

Давление атмосферное

Материал сталь углеродистая

Мешалка рамная

Частота вращения 48 об/мин

Электродвигатель типа АО-61-4

Мощность 13 кВт

Исполнение Щ2

Количество 3  

 

Фильтр Ф-008

Предназначен     для   фильтрования     водной фазы,    подаваемой     на

полимеризаторы

К установке принимаем фильтр следующей характеристики:

Объем 0,063 м³

Площадь фильтрации 0,3 м²

Высота цилиндрической части 500 мм

Диаметр 400 мм

Расчетное и разрешенное  давление 0,05 МПа

Материал Вст 3КП

Защитное покрытие эпоксидная смола

Количество 2, (1 в резерве)

 

Насос Н-009

Предназначен для подачи водной фазы на полимеризаторы [табл.17]

Объем водной фазы V = G кr/ч / р кг/м³

V= 2383,8 / 1000 = 2,3 м³

К установке принимаем  насос [4]

Тип ЦПГМ 5/100

Производительность 3,0 м³/ч

Напор 105м

Электродвигатель ВАО-41-2

Мощность 5,5 кВт

Частота вращения 3000 об/мин

Исполнение 2Ехdi II ВТ 2

Количество 2 (в т.ч. 1 резервный)

 

   Емкость с мешалкой Л-010

Предназначена  для приготовления водного раствора персульфата   калия [табл.9] 

V = 216,6 ∙ 24 / 0,9 ∙ 1000 = 5,78 м³      

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 6,3 м³

Диаметр 1800 мм

Высота цилиндрической части 2480 мм

Давление атмосферное 

Материал сталь углеродистая

Мешалка рамная

Электродвигатель типа АО-42-4

Частота вращения 50 об/мин 
Мощность 5,5 кВт

Исполнение Щ2 

Количество 2 (в т.ч. 1 резервная) 

 

Емкость E-011      

Предназначена для приема готового раствора персульфата калия и подачи    его  на полимеризаторы  (216,6 кг/ч) 

Вместимость 2 м³

Диаметр 1400 мм

Высота цилиндрической части 1375 мм

Давление атмосферное

Материал сталь углеродистая

Количество 1

 

Фильтр Ф-012

Предназначен   для   фильтрования   раствора   персульфата   калия,   подава-емого на полимеризаторы

Вместимость 0,063 м³

Площадь фильтрации 0,3 м²     

Высота цилиндрической части 500 мм

Диаметр 400 мм

Расчетное и разрешенное давление 0,05 МПа

Материал Вст 3

Защитное покрытие эпоксидная смола

Количество 2, (1 в резерве)

 

Насос H-013

Предназначен для подачи раствора ПСК на полимеризаторы

Объем 216,6/1000 = 0,2 м³/г

К установке принимаем  насос типа HД 2,5-250/16 [5]

Производительность 0-1 м³/час

Напор 160 м

Электродвигатель ВАО-21 -4

Мощность 0,55 кВт

Частота вращения 1500 об/мин

Исполнение 1Exdi II ВT2

Количество 2 (в т.ч. один резервный)

 

Емкость с мешалкой Л-014 

Предназначена для приготовления раствора т-ДДМ в стироле [табл.12]

V = 54 ∙ 24 / 0,85 ∙ 900 = 1,70 м³   

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 2 м³

Диаметр 1200 мм

Высота цилиндрической части 1400 мм

Давление атмосферное

Материал сталь углеродистая

Мешалка рамная

Частота вращения 48 об/мин

Электродвигатель типа AHP 80А4

Мощность 1,1 кВт

Исполнение типа 2 Exdi II ВТ2

Количество 2 (в т.ч. 1 резервный)

 

Емкость E-015

Предназначена  для  приема   готового   раствора   т-ДДМ  и   подачи   его  на

полимеризаторы (54 кг/ч).

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 0,8 м³

Диаметр 1000 мм   

Высота цилиндрической части 1020 мм

Давление атмосферное

Материал сталь углеродистая

Количество 1

 

Фильтр Ф-016

Предназначен  для   фильтрования  т-ДДМ,   подаваемого   на  полимери-заторы

Вместимость 0,063 м³

Площадь фильтрации 0,3 м²     

Высота цилиндрической части 500 мм

Диаметр 400 мм

Расчетное и разрешенное давление 0,05 МПа

Материал Вст 3

Защитное покрытие эпоксидная смола

Количество 2, (1 в резерве)

 

Насос H-017

Предназначен для подачи раствора т-ДДМ на полимеризацию

V = 54/1000 = 0,05м³/час

К установке принимаем насос типа НД 1,0-63/16 [5]

Производительность 0 - 1 м³/час

Напор 160 м

Электродвигатель ВАО-071-2

Мощность 0,40 кВт 

Частота вращения 1500 об/мин   

Исполнение 2 Exdi II ВТ2

Количество 2 (в т.ч. 1 резервный)

 

Емкость с мешалкой Л-018

Предназначена для приготовления эмульсии гипериза на водном растворе натриевого мыла  СЖК [табл.6]

V = 54 ∙ 24 / 0,8 ∙ 1000 =1,62 м³

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 2 м³

Диаметр 1400 мм

Высота цилиндрической части 1375 мм

Давление атмосферное

Материал сталь углеродистая

Диаметр змеевика 57мм

Площадь поверхности змеевика 5м³

Мешалка рамная

Частота вращения мешалки 48 об/мин

Электродвигатель типа A100S4

Мощность 3 кВт 

Исполнение Щ2

Количество 2 (в т.ч. 1 резервный)

 

Емкость E-019

Предназначена   для   приема  готового  раствора натриевого  мыла   СЖК

(54 кг/час)

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 0,8 м³

Диаметр 1000 мм

Высота цилиндрической части 1020 мм

Давление атмосферное

Материал сталь углеродистая

Количество 1

 

Насос H-020

Предназначен  для подачи раствора натриевого   мыла   СЖК на    поли-меризацию

Объем раствора 54/1000 = 0,05 м³

К установке принимаем  насос типа НД 1,0-63/16 [5]

Производительность 0-1 м³/час

Напор 160 м

Электродвигатель ВАО-071-2

Мощность 0,40 кВт

Частота вращения 1500 об/мин

Исполнение 2 Exdi II ВТ2

Количество 2 (в т.ч. 1 резервный)

 

Аппарат   Пн-021   - диафрагменный   смеситель для    смешивания

концентрированной водной фазы и углеводородной шихты.

К установке принимаем смеситель следующей  характеристики (по  произ-водственным данным)

Диаметр 159 мм

Высота 1350 мм

Расчетное и разрешенное давление 0,8 МПа

Количество 1

 

РАСЧЕТ ОСНОВНОГО АППАРАТА.

 

Полимеризатор Л-023/1-7

 

Предназначен  для  проведения  реакции    сополимеризации бутадиена и стирола с целью получения латекса БС-50 непрерывным способом.

В полимеризатор поступает (таблица 17)

Углеводородная шихта                                              544.3 + 498.2 = 1042.5 кг/ч

Водная фаза                                                                                           1018.4 кг/ч

Раствор инициатора (персульфат калия)                                            216.6 кг/ч

Раствор регулятора  (т-ДДМ)                                                                  54.0 кг/ч

Эмульсия дополнительного  инициатора – гипериз в эмульсии СЖК 59.4 кг/ч

Итого:                                                                                                      2390.9 кг/ч.

 

Расход недегазированного  латекса (таблица 18) без учета потерь:

2382.5 + 1.8 + 5.4 + 0.1 + 1.1 = 2390.9 кг/ч.

 

1.  Расчет количества полимеризаторов

n = G ∙ t / ρ ∙ K₃ ∙ V ,

где   G -расход эмульсии, кг/ч (таблица 17)

 t - время реакции, ч

ρ - плотность эмульсии, кг/м³ 

V - вместимость аппарата, м³ 

Принимается объем аппарата 12 м³ , K₃ = 1 

Ρ = G_угл.ф. ∙ ρ_угл.ф.  + G_в.ф. ∙ ρ_в.ф. / G_угл.ф. + G_в.ф. = 1083,7 ∙ 734,5 + 1071,4 ∙ 1080 / /(1083,7 + 1071,4) = 906,3 кг/м³       

n = 2392,3 ∙ 24 / (906,3 ∙ 12) =5.3

К установке принимается батарея полимеризаторов из 6 аппаратов в том числе один резервный.

 

2. Предварительный расчет  и выбор типа полимеризатора  по условному коэффициенту скорости  теплоотвода

  Вт/м³∙К  ,

где     ψ – условный коэффициент скорости теплоотвода, Вт/м³∙К

Q₀- ориентировочное количество отводимой теплоты, Вт

V_P- общий объем реакционной смеси, м³/ч

t_P -  температура реакции, ⁰С

t_ср.хл.- средняя температура хладоагента, ⁰С.

 

Q₀ = Q_P – Q₃ + N₀ ,

где     Q_P – теплота реакции, Вт

Q₃ -  теплота нагрева исходных продуктов до температуры реакции, Вт

N₀ – теплота, вносимая работой перемешивающего устройства, Вт.

 

Определение устройства

Q_P = G_n ∙ r_p = 1064.5 ∙ 279.8 = 297847.1 Вт,

где     G_n – расход полимера с учетом потерь, кг/ч

r_p  -  теплота реакции полимеризации, Вт/кг.

 

Согласно данных ГИПРОкаучука, определяю теплоту реакции сополимеризации в соответствии с составом полимера и конверсией мономеров.

 

а)  для полимера бутадиена:

r_б =  

320 – теплота полимеризации бутадиена,  ккал/кг

(r_б)_р = 372.44 ∙ 0.5552 = 187.15 Вт

 

б)  для полимера стирола:

r_c =

160 – теплота полимеризации стирола, ккал/кг

(r_с)_р = 186.22 ∙ 0.4975 = 92.65 Вт

 

в)  r_р = (r_б)_р + (r_с)_р = 187.15 + 92.65 = 279.8 Вт/кг.

 

Определение теплоты  нагрева исходных продуктов до температуры  реакции.  Температура начала реакции 42⁰С, основная реакция протекает при температуре 65⁰С. Охлаждение полимеризатора производится захоложенной водой t_н.хл.= 7⁰С;  t_к.хл.= 12⁰С;  t_ср.хл.= 9.5⁰C.

Q_з=Q_ш ∙ С_ш ∙ (t_р-t_н) + Q_в.ф. ∙ С_в.ф. ∙ (t_р-t_н) + Q_ин. ∙ С_ин. ∙ (t_р-t_н) + Q_рег. ∙ С_рег. ∙ (t_р-t_н) + Q_гип. ∙ С_гип. ∙ (t_р-t_н) = 1042.5 ∙ 3.44 ∙ (65 - 42) +  1018.4∙ 3.981 ∙ (65 – 42) + 216.6∙ 4.064 ∙ (65 - 42) +  54 ∙ 1.802 ∙ (65 – 42) + 59.4 ∙ 3.363  ∙ (65 – 42) = 202785.6 кДж/ч = 56329.33Вт.