Установка синтеза латекса БС-50

Разрешенное давление разреженное и избыточное 0,07 МПа

Режим работы колонны  приведен в разделе материальный баланс дегазации

 

Определение скорости движения паров в живом сечении колонны

Расход латекса на колонну 2382,5 кг/ч [таблица 18]

Расход пара 819,9 кг/ч

Расход умягченной воды на увлажнение пара 24,0 кг/ч

Количество дегазированного  латекса 2398,4 кг/ч [таблица 21]

Количество отогнанных паров 845,4 кг/ч

 

W = Vсек / S,

где     W - средняя скорость движения паров, м/с

          Vсек - объемный расход газа, м³/с

S - площадь поперечного сечения, м²

S = 0,785 ∙ d²,

где    d - диаметр колонны, м

Vсек = Gceк / j,

где    j – плотность паров, кг/м³

j = j₀ ∙ (T₀ ∙ P / T ∙ P₀) = (М / 22,4) ∙ (273 ∙ Р / Т ∙ 760)

W = Gceк / j ∙ S) = m ∙ (22,4 ∙ 760 ∙ T) / (3600 ∙ 273 ∙ P ∙ 0,785 ∙ d²)

m = 0,335 + 819,9 / 18 = 45,89 кг/моль∙ч

W= 45,89 ∙ ((22,4 ∙760 ∙ 363) / (3600 ∙ 273 ∙ 456 ∙ 0,785 ∙ 1,2²)) = 0,56 м/с

По литературным данным допустимая скорость паров 0,2-0,8 м/с

 

 Гидрозатвор Е-029

Предназначен  для   сбора дегазированнго   латекса уходящего с вакуумной дегазации

V = (2398,4 ∙ 10/60) / (938,3 ∙ 0,8) = 0,53 м³

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [4]: Вместимость 1 м³

Диаметр 900 мм

Высота цилиндрической части 1000 мм

Расчетное давление атмосферное

Материал 12Х18Н10Т 

Количество 1

 

Насос Н-030

Предназначен для откачки дегазированного латекса из Е-029 в цех готовой продукции

К установке принимаем  насос [3]

Тип   Х8/18И-СД

Производительность 8 м³/ч

Напор 18м

Электродвигатель ВАО-41 -2  

Частота вращения 2900 мин^-1

Исполнение 2Exdi II BT2

Мощность 5,5 кВт

Количество 2 (в т.ч. один в резерве)

 

Пеноотбойник  О-031

Предназначен для отделения увеличенных частиц латекса от газа. Вертикальный полый аппарат

К установке принимаем  аппарат следующей характеристики:

Вместимость 10 м³

Диаметр 2000 мм

Высота цилиндрической части 2700 мм

Расчетное давление разрежение

Разрешенное давление 0,07 МПа

Материал сталь углеродистая

Количество 1

 

Конденсатор смешения Т-032

Предназначен для отпарки стирола из стирольной воды и охлаждения паров мономеров

По   производственным   данным   принимаем   аппарат   следующей харак-теристики:

Вместимость 4м³

Диаметр 1600 мм

Высота цилиндрической части 3500 мм

Оборудован пакетами «диск-кольцо» 3 шт

Материал пакетов 12X18H10Т

Материал аппарата сталь  углеродистая

Расчетное давление разрежение

Разрешенное давление 0,07 МПа

Количество 1

 

Емкость Е-033

Предназначена    для   сбора  воды уходящей с конденсатора   смешения,

выполняет функцию гидрозатвора

К установке принимаем  емкость аналогичную Е-029

Количество 1

 

Насос Н-034 для откачки паров воды и стирола из емкости Е-033

V  = 820,2 / 938,5 = 0,8 м³/ч

К установке принимаем  насос следующей характеристики [3]

Тип  1,25ХО-2К-1

Объем подачи 3 м³/ч

Напор 20-40 м

Электродвигатель ВАО-32-2

Мощность 4 кВт

Частота вращения 3000 об/мин

Исполнение 2Exdi II BT2

Количество 2 (в т.ч. 1 резервный)

 

Конденсатор Т-035

Предназначен для конденсации паров воды и стирола. Расчет конденсации [таблица 21]

Температура поступающих  паров +65⁰C

Температура уходящих паров +40⁰C

Температура прямой оборотной воды +25⁰C

Температура обратной оборотной  воды +35⁰C

Количество поступающих  паров 845,4 кг/ч 

Количество уходящих паров 13,7 кг/ч

 

Зона охлаждения поступающего пара и газа от 65° до 40⁰C

Q₁ = (Gв ∙ Св + Gcт ∙ Ccт + Gбyт ∙ Cбyт) ∙ (t₁ – t₂) = (819,9 ∙1,93 + 16,2 ∙ 1,18 + 10,9 ∙ l,56) ∙ (65 - 40) = 40463,17 кДж/ч

 

Зона конденсации

Q₂ = (Gв ∙ rв + Gcт ∙ rcт + Gбyт ∙ rбут) = 819,1 ∙ 2403 + 12,9 ∙ 401,7 + 0,5 ∙ 320 =

= 1973639,23 кДж/ч

Qобщ = 2014102,405 кДж/ч

 

Расход оборотной воды

Gв = Q / C ∙ (tвк - tвн) = 2008760,47 / 4,18 ∙ 10 = 48056,5 кг/ч

 

Средняя разность температур

65 → 40

35 ← 25       ∆tcp = 30 - 15 / lg 30/15 = 21,6⁰C

 

Площадь поверхности теплообмена ориентировачно: при К = 300 Вт/м²К

F = 559472,9 ∙ 1000 / 300 ∙ 21,6 = 86,3 м²

 

По ГОСТ 15122-79 выбираем теплообменник следующей характеристики

Площадь поверхности теплообмена 109м²

Общее число труб   465 шт

Диаметр труб 25x2 шт

Диаметр кожуха 800 мм

Длина труб 3000 мм

Расчетное давление в  трубном/межтрубном пространстве - вакуум/0,4 МПа

 

Уточненный расчет поверхности  теплопередачи

Расчет коэффициента теплопередачи в трубках:

Re₁ = 4G₁ / Пd (n / z) ∙ n

μ = 0,00054 сПа

G₁ - количество конденсирующихся паров, кг/с

Re₁= 4 ∙ (819,1+13,4) / 3,14 ∙ 0,021 ∙ 465/1 ∙ 0,00054 ∙ 3600 = 55,9

При пленочной  конденсации  и  ламинарном   стекании   пленки конденсата

α₁= а λ³p²rg/μ∆tl =1,15 0,662³ ∙ 986² ∙ 2403 ∙ 10³ ∙ 9,8/0,00054 ∙ 40 ∙ 3 =3659

С учетом наличия подсосов воздуха  α = 3659 ∙ 0,17 = 622,03

Gв = Qoбщ / C∆t = 2014102,405/4,19 ∙ 10 = 48,07 м³/ч

W = 48,07 / 3600 ∙ 0,07 = 0,19 м∙сек

Re = 0,19 ∙ 0,025 ∙ 1000 / 804 ∙ 10^-6 = 5908

Nu = 0,24 ∙ Re^0,6Pr^0,36

Nu = αd / λ

α₂ = λ / d ∙ 0.24 ∙ Re ^0,6  ∙ Pr^0,36 = 0,616 / 0,025 ∙ 5908^0,6 ∙ 5,42^0,36 = 8295

 

Сумма термических сопротивлений  стенки и загрязнении равна

Σδ / λ = δ_ст / λ_ст + r_з1 + г_з2,

где     δ_ст - толщина стенки

г_з1, г_з2 - термические сопротивления слоев загрязнения  с обеих сторон стенки

Σδ / λ = 0,002 / 17,5 + 1 / 2900 + 1 / 2900 = 0,000804

Коэффициент теплопередачи равен

K=1 / (1/α₁ + l /α₂ ∙ Σδ/λ) = 1 / (1/662,03 + 1/8255 ∙ 0,000804) = 395 Вт/м²К

Требуемая поверхность  составит

F = 559,472 ∙ 1000 / 395 ∙ 21,6 = 65,6 м²

Выбранный теплообменник  подходит с запасом составляющим 66% Материал трубок - нержавеющая сталь 12X18H10Т

 

Конденсатор Т-036 для конденсации паров воды и стирола

Температура поступающих паров +40⁰C

Температура уходящих паров +20⁰C

Температура прямой захоложенной воды +7⁰C

Температура обратной захоложенной воды +12⁰C

 

Тепловая нагрузка

Охлаждение паров

Q1 = (Gв∙Cв + Gcт ∙ Ccт + Gбyт ∙ Cбyт) ∙ (t1 – t2) = (0,8 ∙1,92 +3,3 ∙ 1,17 + 10,4 ∙ ∙1,53) ∙ (40-20) = 21,85 кДж/ч

Конденсация паров при 20⁰C

Q2 = (Gв ∙ rв + Gcт ∙ rcт + Gбyт ∙ rбyт) = 0,6 ∙ 2448,2 + 1,0 ∙ 408,1 + 0,2 ∙ 540 =

= 1985,02 кДж/ч

Собщ = 2006,87 кДж/ч

Необходимая площадь поверхности теплообмена при К = 50 Вт/м²К

F = 557,46 / 50 - 19,6 = 18,3м²

Средняя разность температур

40 → 20

12 ← 7

∆t_cp = 28 - 13 / Ig28 / 13 = 19,6⁰C

Принимаем конденсатор  следующей  характеристики по ГОСТ 15122-79 [12]

Площадь поверхности теплообмена 49 м²

Общее число труб 334 шт

Диаметр труб 25x2 шт

Диаметр кожуха 600 мм

Длина труб 3000 мм

Материал 12Х18Н10Т

Расход воды G = 2006,87 / 4,19 (12 - 7) = 2394,8 кг/ч

Расчетное давление в  межтрубном пространстве 0,4 МПа, в трубном вакуум

 

Холодильник Т-037

Предназначен для охлаждения воды подаваемой на вакуумный насос

Количество поступающей  воды 1 м³/ч

В качестве хладоагента  используется захоложенная вода с t = +7⁰C

 

1 .Тепловая нагрузка

Q = G ∙ C ∙ (tн - tк) = 1000 ∙ 4,19 / 3,6 ∙ (40 - 20) = 23280Вт

 

2.Расход хладоагента

G = Q / C ∙ (tвк - tвн) = 23280 / 4,19 ∙ (12 - 7) = 4000 кг/ч

V = 4 м³/ч

 

3.Принимаемый коэффициент  теплопередачи К = 200кВт/м²К

 

4.Средняя разность  температур

40 → 20

12 ← 7

∆tcp = 28 – 13 / (lg28/13) = 19,6⁰C

Необходимая поверхность  теплообмена

F = 23280 / 200 ∙ 19,6 = 6 м²

К установке принимаем  холодильник следующей характеристики [12]

Площадь поверхности теплообмена 21 м²

Диаметр кожуха 400 мм

Диаметр труб 20x2 мм

Длина труб 2000 мм

Расчетное давление в  трубном/межтрубном пространстве

0,1МПа/0,15МПа

Материал Вст.З 

Количество 1 шт

 

Вакуумный насос NW-038

Предназначен для создания вакуума в системе дегазации и конденсации

К установке принимаем  насос следующих характеристик [3]

Тип   BBH-12

Производительность 12,2 м³/мин

Давление всасывания 0,04МПа

Электродвигатель ВАО-81-6

Мощность 30 кВт

Частота вращения 1000 об/мин

Исполнение 2ExdIIBT2

Количество 2 (в т.ч. 1 резервный)

 

Буфер О-039, каплеотбойник

Предназначен  для поддерживания постоянного уровня в вакуум-насосе и для отделения капель жидкости от газа

К установке принимаем  емкость следующих характеристик

Вместимость 1 м³

Диаметр 900 мм

Высота цилиндрической части 1650 мм

Расчетное давление 0,6МПа

Материал Вст.З

Количество 1 шт

 

Емкость   Е-040 

Предназначена   для   сбора   стирольной   воды   из отделителей, идущей на конденсатор смешения

V = 820,2 ∙ 2 / 938,5 ∙ 0,9 = 1,8 м³

К установке принимаем емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 2,5 м³

Диаметр 1200 мм

Высота цилиндрической части 1600 мм

Расчетное давление атмосферное

Материал Ст.З

Количество 1 шт

 

Насос Н-041

Предназначен  для откачки стирольной воды из емкости Е-040 на конденса-тор смешения

V  = 820,2 / 938,5 = 0,8 м³/ч

К установке принимаем  насос следующей характеристики [3]

Тип  1,25ХО-2К-1

Объем подачи 3 м³/ч

Напор 20-40 м

Электродвигатель ВАО-32-2

Мощность 4 кВт

Частота вращения 3000 об/мин

Исполнение 2Exdi II BT2

Количество 2 (в т.ч. 1 резервный)

 

Каплеотбойник О-042

Предназначен  для отделения капель жидкости от газа

К установке принимаем  аппарат по производственным данным

Объем 1 м³

Высота цилиндрической части 1500 мм

Диаметр 800 мм

Материал сталь углеродистая

Расчетное давление вакуум

Количество 1 шт

 

Емкость Е-043

Предназначен для формирования партии дегазированного латекса

К установке принимаем  емкость следующей характеристики [2]

Вместимость 300 м³

Диаметр 6,5 м

Высота цилиндрической части 10 м

Расчетное  давление атмосферное

Материал Ст.З

Количество 2 шт. (1- приготовление)

Емкость оборудована  перемешивающим устройством

Мешалка лопастная, трехярусная

Диаметр 3 м

Частота вращения 32 об/мин

Электродвигатель типа AHP 80А4

Частота вращения 1500 об/мин

Марка двигателя ВАО-72-2

Количество 2 (в т.ч. 1 резервная)

 

 

 Фильтр Ф-044

Предназначен   для   фильтрования  латекса

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 Н-045

Предназначен для подачи дегазированного латекса в ж/д цистерны или автоцистерны

К установке принимаем  насос следующей характеристики [3]

Тип  ФГ-144/46

Объем подачи 3 м³/ч

Производительность 144,0 м³/ч

Напор 46 м

Электродвигатель ВАО-81-2

Мощность 40 кВт

Частота вращения 3000 об/мин

Исполнение 2Exdi II BT4

Количество 2 (в т.ч. 1 резервный)

 

 

 

7. ПОВЕРОЧНЫЙ МЕХАНИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

 

Полимеризатор предназначен для непрерывной сополимеризации бутадиена, стирола.

Полимеризатор снабжен  рубашкой, мешалкой.

 

Основные характеристики аппарата:

Вместимость- 12,5 м³

Диаметр без рубашки - 2400 мм

Диаметр с рубашкой - 2500 мм

Высота цилиндрической части - 2100 мм

Поверхность рубашки - 20 м²

  Мешалка рамная

Частота вращения мешалки 48 мин ^-1

Электродвигатель марки  ВД-IV 7,5/48 - 1500

Исполнение - 2 Exdi II Вт2

Мощность 7,5 кВт

Число оборотов двигателя 1500 мин ^-1

Расчетное давление в  аппарате 0,8 мПа

                         в рубашке 0,3 мПа

Материал полимеризатора - двухслойная сталь: СтЗ + 12х18Н10Т

 

1 .Расчет цилиндрической  обечайки

Расчет обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением

Толщина стенки обечайки

Sг = Pr ∙ Д / 2[σ] ∙ φp - Pr

S ≥ Sr + C,

где    S - толщина стенки, м

Sr - расчетная толщина стенки обечайки, м

С - конструируемая прибавка

С = С1 + С2 + СЗ,

где     С1 - прибавка на коррозию и эрозию, м

С2 - прибавка на минусовое значение отклонения по толщине места, м

СЗ - технологическая прибавка, м

С2 + СЗ ≈ 0,001м

φp = 1 - стыковой шов с двухсторонним проваром, выполняемый автоматической сваркой

Контроль 100%

 

Sr = 0,8 ∙ 2,4 / 2 ∙ 134,1 - 0,8 = 0,007 м

Расчет обечайки, нагруженной  наружным давлением

Толщина стенки

Sr = max {K2 ∙ Д ∙ 10 ^-2; 1,1 ∙ Р2 ∙ Д/2 ∙ [σ] }

S ≥ Sr + C

K2 = f(K1;K3)

K1 =ny ∙ Pr / 2.4 ∙ 10 ^-6E;        К3=1r / Д,

где     ny - коэффициент устойчивости; nу = 2,4

E - модуль нормальной упругости, мПа; E= 1,94 ∙ 10⁵мПа

Ir = Iy + hgн/3 = 2,5 + 0,35/3 = 2,6 м

K1 = 2,4 ∙ 0,3 / 2,4 ∙ 10 ^-6 ∙ 1,91 ∙ 10⁵ = 1,6

КЗ = 2,6 / 2,4 = 1,1

тогда К2 = 0,6

Sr = 0.6 ∙ 2.4 ∙ 10 ^-2 = 0.0144 м

Sr = 1.1 ∙ 0.3 ∙ 2.4 / 2 ∙ 134 = 0.0030 м

Выбираем Sr = 0.0144 м

S = 0.0144 + 0.003 = 0.0144 м

S = 0,018 м - принимаем

 

Допускаемое наружное избыточное давление

[P]  = 2[σ] ∙ φр (S-C)/D + (S-C) = 2 ∙ 134 ∙ 1 ∙ (0,018-0,003)/2,4 + (0,018-0,003) = = 1,66 мПа

1,66мПа > 0,8мПа

Допускаемое наружное избыточное давление:

[P] = [PJp/ ,

где    [р]р - допустимое давление из условия прочности, мПа

[р]е - допускаемое давление  из условия прочности в пределах упру-гости, мПа

[р]р = 2 ∙ [σ] ∙ (S - с) / D + (S + С)

[р]р = 2 ∙ 134 ∙ (0.018 - 0.003) / 2.4 + (0.018 - 0.003) = 1.66мПа

[р]е = 18 ∙ 10^-6 ∙ Е / nу В1 ∙ D / lr[100 ∙ (S - C)/2]² ,

где     B1 =min {1.0;8,15 ∙ D/lr }