mэт = 65,50 кг/с; mбут = 1,597 кг/с.

Тепловой баланс процесса полимеризации имеет следующий вид:

Q1 = Q2 + Q3 + Qпот – Q4 ,

где Q1– количество тепла, подводимое с циркуляционным газом, кДж/с;

Q2– количество тепла, уходящее с полиэтиленом при выгрузке, кДж/с;

Q3– количество тепла, уносимое с циркуляционным газом, кДж/с;

Q4 – тепловой эффект реакции, кДж/с;

Qпот – потери тепла в окружающую среду, кДж/с.

Количество тепла, приходящее с циркуляционным газом, определяется формуле:

Q1 = ∑Gi•Ci•tЦГ ,

где Gi - секундный расход газов, входящих в циркуляционный газ:

Gэт = 72,22кг/с – секундный расход этилена;

Gбут = 1,73кг/с – секундный расход бутена-1;

Ci – теплоемкость газов:

Сэт = 1,92 кДж/кг•град – этилена;

Сбут = 1,90 кДж/кг•град – бутена-1;

tЦГ = 363 К – температура циркуляционного газа на входе в реактор.

Количество тепла, приходящее с этиленом:

Q3 эт = 72,22• 1,92 •363 = 50334,45 кДж/сек,

с бутеном: Q3 бут-1 = 1,73• 1,90• 363 = 1193,20 кДж/сек

Всего газом приходит:

Q3 = Q3 эт + Q3 бут-1 = 51527,63 кДж/сек

Количество тепла, уходящего в окружающую среду Qпот принимаем равным 3% от теплового эффекта реакции [6]:

Qпот =3% • Q4

Тогда тепловой баланс приобретает следующий вид:

Q1 = Q2 + Q3 – 0,97Q4

Тепловой эффект реакции определяется по формуле [8]:

Q4 = Gпэ •qР ,

где Gпэ = 6,85кг/сек – секундная производительность по полиэтилену;

qР = 345 кДж/кг – тепловой эффект реакции полимеризации [2].

Q4 = 6,85•345 = 2363,25 кДж/с

Qпот = 0,03 •2363,25 = 70, 9 кДж/сек

Количество тепла, уходящее с полиэтиленом при выгрузке определяется [4], пренебрегая количеством тепла, уносимым порошком вместе с газом, т.к. его количество очень мало:

Q2 = Gпэ•Cпэ•tпэ ,

где Gпэ = 6,85 кг/с – секундная производительность по полиэтилену;

Cпэ = 2,01 кДж/кг•град – теплоемкость порошка полиэтилена [9];

tпэ – температура выгружаемого порошка полиэтилена

Q2 = 6,85•2,01•373 = 5135,65 кДж/с.

Количество тепла, уносимое с циркуляционным газом, также определяется формулой:

Q3 = ∑Gi•Ci•tЦГ ,

где Gi - секундный расход газов, входящих в циркуляционный газ:

Gэт = 65,50 кг/с – секундный расход этилена;

Gбут = 1,597 кг/с – секундный расход бутена-1;

Ci – теплоемкость газов:

Сэт = 1,92 кДж/кг•град – этилена;

Сбут = 1,90 кДж/кг•град – бутена-1;

tЦГ = 378 К – температура циркуляционного газа при выходе из реактора.

Количество тепла, уносимое с этиленом:

Q3 эт = 65,497• 1,92 •378 = 47535,21 кДж/с,

с бутеном:

Q3 бут-1 = 1,60• 1,90• 378 = 1149,12 кДж/с

Всего газом уносится:

Q3 = Q3 эт + Q3 бут-1 = 48684,33 кДж/с.

Полученные данные подставим в уравнение теплового баланса:

Q1 = Q2 + Q3 – 0,97Q4

Q1 = 5135,65 + 48684,33 – 0,97• 2363,25 = 51527,63 кДж/с,

что подтверждает выполнение равенства.

Правильность выполнение теплового баланса подтверждается результатами таблицы теплового баланса

Таблица 2.6

Сводная таблица теплового баланса

Тепловой расчет теплообменника

Исходные данные к расчету:

t1= 373К – температура воде на входе в теплообменник;

t2 – температура на выходе из теплообменника;

t3 = 293К – температура умягченной воды в нормальных условиях;

дст = 3 мм – толщина стенки трубки;

лст = 17,5 Вт/(м•К) – коэффициент теплопроводности трубок.

Рассчитаем температуру циркуляционного газа:

Коэффициент теплопередачи:

,

где б1 – коэффициент теплоотдачи от этилена стенкам, Вт/(м2•К)

б2 – коэффициент теплоотдачи от стенок воде, Вт/(м2•К).

Определение режима течения воды осуществляем по формуле:

,

где d1= 0,025 м – наружный диаметр трубы;

н1 = 1 м/сек – скорость воды;

с1 = 998 кг/м3 –плотность воды;

м1 = 1,005•10-3 Па•с – вязкость воды при 200С.

Значение Re > 10000, значит критерий Nu определяем по формуле:

,

Где El = 1,18 – поправочный коэффициент;

Pr – критерий Прандтля.

Для нагревающихся жидкостей:

где СР = 4,19 кДж/(кг•К) – удельная теплоемкость воды при 200С;

лВ = 59,9•10-2 Вт/(м•К) – коэффициент теплопроводности воды при 200С;

Определяем режим течения этилена:

,

где d2= 0,019 м – внутренний диаметр трубы;

н2 = 10 м/сек – скорость газа;

с2 = 1,26 кг/м3 –плотность этилена при 1000С;

м2 = 0,013•10-3 Па•с – вязкость этилена при 1000С.

Значение Re > 10000, то:

,

где El =1,1 – поправочный коэффициент;

0,028 – атомность этилена.

лЭТ = 0,267 Вт/(м2•К) – коэффициент теплопроводности этилена.

 Вт/(м2•К)

3. Определяем расчетную площадь поверхности теплопередачи [8]:

где Q – тепловая нагрузка, кДж/час;

q – удельный тепловой поток, кДж/(м2•час).

q = К•∆ТСР,

где

 - средняя разность температур

∆ТБ = t1 –t3 = 373 – 293 = 80К

∆ТМ = t2 –t3 = 363 – 293 = 70К

Тогда

q = 781,25•75 = 5,86•104 кДж/(м2•час)

Q = Q1•3600 = 51527,63• 3600 = 18,5•107 кДж/час,

Требуемая поверхность теплообмена – 384 м2.

Выбираем холодильник циркуляционного газа одноходовой кожухотрубчатого типа:

Длина – 18205 мм;

Диаметр – 1981 мм;

Температура до 200 0С;

Давление трубное – 3,1 МПа;

Давление межтрубное – 0,8 МПа;

Поверхность теплообмена 3500м2.

2.8 Механический расчет [10]

Цель расчета - определить толщину стенки аппарата.

Исходные данные [9]

Рабочее давление Р=19,0кгс/см2

Рабочая температура

Среда: этилен, полиэтилен, водород.

Материал основных частей А52FP1

Для удобства расчета разделяем аппарат на части;

2.8.1 Расчет обечайки

Толщина стенки обечайки определяется по формуле

S=Sp+c;

S – толщина стенки обечайки;

Sp- расчетная толщина стенки обечайки;

с =2мм – прибавка на коррозию;

Расчетная толщина стенки обечайки определяется по формуле

;

Р =186,2*104Па – рабочее давление;

D=4420мм – внутренней диаметр обечайки;

=20978,6*104 Па – допустимое напряжение при расчетной температуре;

цр=0,95 – расчетный коэффициент прочности сварного шва;

мм;

S = 20.75+2=22.75мм;

Допустимое внутреннее избыточное давление рассчитывается по формуле (2.28).

;

-допустимое внутреннее избыточное давление;

Па;

2.8.2 Расчет эллиптического днища

Толщина стенки эллиптического днища определяется по формуле

S1=S1p+c;

S1 – толщина стенки эллиптического днища;

S1p- расчетная толщина стенки эллиптического днища;

Расчетная толщина стенки эллиптического днища рассчитывается по формуле

;

R=3473мм – радиус кривизны в вершине днища;

мм;

S1=16,26+2=18,26мм;

Допустимое внутреннее избыточное давление определяем по формуле

;

-допустимое внутреннее избыточное давление;

Па;

2.8.3 Расчет полусферического днища

Толщина стенки полусферического днища находится по формуле

S2=S2p+c;

S2 – толщина стенки полусферического днища;

S2p- расчетная толщина стенки полусферического днища;

Расчетная толщина стенки полусферического днища определяется по формуле

;

R=0,5D=3658мм – радиус кривизны в вершине днища;

мм;

S2=17,13+2=19,13мм;

Допустимое внутреннее избыточное давление находим по формуле

;

-допустимое внутреннее избыточное давление;

Па;

2.8.4 Расчет конической обечайки

Расчет гладкой конической обечайки без тороидального перехода определяем по формуле

Dk=D-1.4a1Sinб;

S=18,6мм – толщина стенки конической обечайки;

D=6420мм – диаметр;

б – угол наклона стенки конической обечайки к стенки цилиндрической обечайки.

б=9,53°;

Определяем расчетную длину переходной части по формуле

;

;

Dк=6420-1,4*229,67*0,17=6365,34мм

Допустимое внутреннее избыточное давление находим по формуле

;

Па;

2.9 Энерготехнологические ресурсы

Расход энерготехнологических ресурсов для производства полиэтилена марки 276 представлен в таблице 2.7.

Таблица 2.7

Расход энерготехнологических ресурсов для производства полиэтилена марки 276

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16