PAGEPAGE41聚丙烯聚合工藝生產(chǎn)的設(shè)備選型分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24904聚丙烯聚合工藝生產(chǎn)的設(shè)備選型分析案例 113223 127334 212318 332683 321305 428446 650 725952 822664 9本設(shè)計是采用間歇液相本體聚合在整個反應(yīng)過程中會散出非常多的的熱，因此選擇攪拌釜式反應(yīng)器，封頭形狀為橢圓形，反應(yīng)釜內(nèi)的壓力設(shè)置為最高壓力5MPa，但正常工作的壓力應(yīng)該控制在3.5MPa；最高溫度可達到95℃的，但正常工作的溫度應(yīng)該控制在75℃。年產(chǎn)20000噸，采用二釜并聯(lián)生產(chǎn)，操作反應(yīng)75℃，每年工作時間7600h。查書可知:75℃時液相丙烯的相對密度為0.3871g/cm3=381.100kg/m3液相丙烷的相對密度為0.3749g/cm3=374.900kg/m3平均密度:=381.1×0.99+374.9×0.01=386.978kg/m3丙烯和丙烷總質(zhì)量:M=15730.10+91.94=15828.04kg間歇反應(yīng)，設(shè)其填料系數(shù)為0.75，則：有效體積：VR=M/×np=15828.04/386.978/4=20.45m3實際體積：Va=VR/0.75=20.45/0.75≈27m3—釜數(shù)—填料系數(shù)1、確定筒體和封頭形式根據(jù)工作壓力為3.5MPa，聚合反應(yīng)溫度為75℃的工作條件，可使用擁有攪拌的高壓反應(yīng)釜類型，使用圓柱形筒體和橢圓形封頭。2、確定筒體和直邊高度反應(yīng)物料為液相本體聚合類型，由《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》從表18-2可知，H/D為1-1.5，設(shè)備容積為80m3，可取H/D=1.5，選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，其封頭高度h封=0.25D，封頭側(cè)面面積S=1.083D2，封頭體積V=0.131D3。設(shè)h為釜體的直邊長度，H為反應(yīng)釜最大高度則：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盡管反應(yīng)器是非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，可是在制造反應(yīng)器上下封頭的時候依然要選擇使用標(biāo)準(zhǔn)封頭，計算時H/D取的較大，因此要按公稱尺寸選擇釜體直徑D=4300mm釜體直邊高度釜體實際高度實際高徑比H/D=6.23/4.3=1.45根據(jù)表6-2取封頭直邊高度為50mm,則釜體圓形直筒部分高度為反應(yīng)器實際體積查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》可知以內(nèi)徑為公稱直徑的碳鋼的橢圓形封頭可查其厚度為20mm,筒體厚度與之相同為20mm,內(nèi)表面積20.58，容積為10.98表7-1反應(yīng)釜數(shù)據(jù)選擇GB12337-88初選攪拌器為渦輪式攪拌器，由《聚合物反應(yīng)工程》P164可知槳葉直徑與釜徑比值一般在0.5–0.7之間，實際使用時槳葉d/D比值在0.25-0.5之間，由《聚合物合成工藝設(shè)計》中表6-4攪拌槳葉的結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計參數(shù)知：取0.5(d為槳葉直徑）；(Z為槳葉數(shù))(S為螺距)則C=3.8m，攪拌直徑d=0.5距釜底高度C=D=4.3m由可知75℃時丙烯粘度為0.08丙烷粘度為0.060則總粘度為：同理：液相丙烯的相對密度：0.389g/㎝3=389㎏/m3丙烷的相對密度：總密度為：假設(shè)攪拌器轉(zhuǎn)速取280r/min，則由以上數(shù)據(jù)知：整釜處于湍流狀態(tài)，易出現(xiàn)死角，故應(yīng)設(shè)置擋板4塊，由《聚合反應(yīng)工程》P155曲線2知=0.32，則:P=下封頭表面積：筒體部分內(nèi)表面積：反應(yīng)釜本身提供的傳熱面積：對于渦輪式攪拌器：比熱容：Cp=0.915kcal/(kg℃)攪拌液體對壁面的傳熱膜系數(shù)為查表18-3夾套直徑與筒體直徑的關(guān)系知，夾套內(nèi)徑工藝條件：釜體內(nèi)工作壓力3.5MPa，夾套內(nèi)工作壓力3.7MPa夾套高度：夾套本體與內(nèi)缸之間有環(huán)焊縫，不可能進行探傷，導(dǎo)管架上的所有焊縫均取=0.6，封頭選擇用鋼板制造的標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭，材質(zhì)為A3碳鋼。夾套厚度的計算：夾套內(nèi)徑D1=4000mm夾套外徑D2=4000mm+125mm=4125mm夾套的當(dāng)量直徑：是入口接管處的流速，當(dāng)夾套側(cè)冷卻水流量為w,接管內(nèi)徑設(shè)為125mm,則為：當(dāng)接管沿徑向方向安裝時，取夾套內(nèi)的上升速度，即冷卻水的入口安裝在容器下部，出口管安裝在容器的上部，則雷諾數(shù)：=普朗特數(shù)：流體通過夾套作無相變強制對流時的傳熱膜系數(shù)傳熱系數(shù)K的計算碳鋼的熱導(dǎo)率，b為壁厚；K=581.39w/(m2K)夾套冷卻水進水溫度為15℃，夾套出口溫度為35℃，釜內(nèi)聚合溫度為75℃。Δt1=75-15=60℃Δt2=75-35=40℃=49.326由熱量衡算得：=1.2045×108kJ則每釜每小時換掉的熱量為：由得=33.06<75.113反應(yīng)釜提供的傳熱面積S>所需要的傳熱面積A,故采用夾套換熱可以滿足。表7-2夾套列表夾套內(nèi)徑夾套外徑夾套高度夾套厚度4000mm4125mm4300mm125mm進行換熱的量為：15730.10×30%=4719.03kg/批物料進口溫度：75℃出口溫度：25℃冷卻水進口溫度：15℃出口溫度：35℃物料走管層，冷流體走殼層℃℃所以℃則物料平均溫度為(75+25)/2=50℃則：50℃時0.800kcal/kg℃=4.186×0.8=3.349℃0.762kcal/kg℃=4.186×0.762=3.190℃平均℃則假定冷卻器為殼側(cè)單程的換熱器，則查《化工原理課程設(shè)計》第60頁的圖4—39知溫差修正系數(shù)Ft=0.93所以m=Ftm=0.9332.744=30.45℃查看表4—7換熱器中K的取值范圍，取總傳熱系數(shù)K為250w/(℃）則所估測的傳熱面積：=Q/km=取安全系數(shù)為1.04則A=102.9041.04=101.02則根據(jù)《化工工藝設(shè)計手冊》[13]下冊P表23-4，初選固定管板式換（TB/T4715-92)碳鋼材質(zhì)，外徑×壁厚=252.5排列形式：正三角形；管心距t：32mm；公稱直徑：800mm；管程數(shù)：1；管子根數(shù)：467；中心排管數(shù)：23；流通面積：0.147；公稱壓力：4.00Mpa；換熱管長度：3000mm；換熱面積：106.3設(shè)折流擋板間距：h=100mm則每程管側(cè)的流通面積：所以管內(nèi)物料的質(zhì)量流速：管外徑d=0.025m管內(nèi)徑d=0.020m壁厚0.0025m由《化工原理》[14]P知對于流體被冷卻n取0.3所以被管程的傳熱膜系數(shù)75℃時：℃℃℃℃℃℃=209.18w/℃最靠近換熱器中心線的管組上的最大交叉流面積：其中，h為這里單板間距h=0.1m，D=0.80m；的三角形排列管心距t=0.032m，S=0.018m2最小質(zhì)量流速：根據(jù)知，管子三角形排列時：25℃時：25℃時：=0.0999kcal/(kg℃)kcal/(mh℃)；殼體有圓缺折流擋板時的對流傳熱系數(shù)，當(dāng)時，液體被加熱時取1.05=451.54w/(℃)從表4—7可查得管內(nèi)外側(cè)污垢熱阻:r1=0.00017m2.℃/wr2=0.0002m2.℃/w管子材質(zhì)金屬導(dǎo)熱系數(shù)：=116.3w/m℃所以=3.828傳熱系數(shù)K=261.09w/（℃）故所需總傳熱面積即傳熱面積有8%的裕量，所以選擇合理。泵的選擇：根據(jù)實習(xí)高位槽高出低位槽15米。流量：15m/h。將50的水輸出高位槽：L=15假熱水泵的進入溫度為85℃，排出溫度為65℃所以熱水的質(zhì)量流量：8864750/4.174×（85-65)=106190.11kg/批則熱水的體積流量：取泵口出口管長為20m選取管內(nèi)流速為：u=2.5m/s則管內(nèi)徑泵出口管道選擇外徑厚度：3.5mm內(nèi)徑：50mm泵出口管徑比泵入口小1-2級管內(nèi)流速：管內(nèi)液體：阻力計算：所以為湍流。導(dǎo)熱系數(shù)檢查化學(xué)原理表1-1新無縫鋼管的絕對粗糙度為0.1-0.2mm，本設(shè)計取，則相對粗糙度：截止閥（半開），彎頭阻力系數(shù)2個彎頭，當(dāng)量長度與管徑比。管出口突然擴大泵出口到儲罐液體截面的管路壓頭損失：一般泵入口管徑比泵出口管徑大1-2級，故選泵出口管徑為，與塔進口之間管長為5m。即入口管徑=0.1m，管長=5m管內(nèi)流速導(dǎo)熱系數(shù)絕對粗糙度取，所以相對粗糙度彎頭1個，，管入口泵吸入管的壓頭損失：總的壓頭損失已知，，，由柏努力方程：求得揚程：H=21.23m。泵的有效功率計算：對于小流量的離心泵取則泵的有效軸功率：N=N/=1023.79/0.6=1706.5W≈1.8Kw根據(jù)以上計算查《化工工藝設(shè)計手冊》下冊，選擇泵型號IH50-32-125流量：25