Для получения гомополимера газофазным методом применяют катализатор «S-9» (хромоцен на силикагеле).

Катализатор "S-9" применяется для получения гомополимера. Показатель текучести расплава (ПТР) гомополимера этилена регулируется изменением соотношения водород/этилен. При увеличении соотношения увеличивается ПТР, плотность, отношение потоков расплава (КСС).

При увеличении содержания хрома в катализаторе ПТР так же возрастает, поэтому при замене катализатора с низким содержанием хрома на катализатор с более высокой концентрацией хрома необходимо заблаговременно начать понижать концентрацию водорода в циркуляционном газе.

Получаемый полимер на катализаторе "S-9" имеет узкий разброс ММР.

2.5 Расчет материального баланса процесса производства полиэтилена марки 276

Концентрация реагентов в процессе получения полиэтилена марки 276 приведена в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Концентрация реагентов в процессе получения полиэтилена марки 276.

Схема материальных потоков представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Схема материальных потоков

1 стадия –полимеризация; 2 стадия –выгрузка продукта 1-я стадия; 3 стадия – выгрузка продукта 2-я стадия; В – водород; В=0,32 кг; К – катализатор; К=0,32 кг; А – азот; А=1,38 кг; П1-П3 – потери на соответствующих стадиях; П1=1,4; П2=3%; П3=1,55%; Пр1-Пр3 – продукты на соответствующих стадиях; Пр3 готовый продукт; Пр3=1000 кг;

Расчет ведем с последней стадии

3 стадия.

Количество продукта полученного на второй стадии находим по формуле

Пр3 = Пр3 + П3; 100% = Пр3 + 1,55%, отсюда следует что

Пр3 = 98,45%;

Пр3 = 1000 кг;

} П3 = 15,74 кг;

Пр2 = 1000 + 15,74 = 1015,74 кг;

2 стадия

Количество продукта полученного на первой стадии находим по формуле

Пр1 = Пр2 + П2;

100% = Пр3 + 3%, отсюда следует что

Пр2 = 97%;

Пр2 = 1015,74;

} П2 = 31,41 кг;

Пр1 = 1015,74+31,41 = 1047,15 кг;

2 стадия

Количество этилена и азота находим по формуле

А + Э = Пр1-В-К-А + П1;

А + Э = 1047,15 - 0,32 - 0,32 - 1,38 + П1;

А + Э = 1045,13 + П1;

100% = 1045,13 + 1,4%;

} П1 = 14,84 кг;

А + Э = 1047,15 + 14,84 = 1059,97 кг;

Полученные результаты сведем в таблицу 2.4.

Таблица 2.4

Материальный баланс процесса получения полиэтилена в расчете на 1 тонну продукта

2.6 Расчет количества сырья необходимого для выполнения суточной, часовой, годовой программ и расчет количества оборудования [6]

Цель расчета - определить количество сырья необходимого для выполнения суточной, часовой, годовой программ и определить необходимое количество оборудования для производства полиэтилена марки 276.

Исходные данные [2]

Годовая производительность цеха = 198000 тонн/год;

Производительность реактора = 8770 кг/час = 8,77 тонн/час;

Треж – режимный фонд времени = 7600 часов = 317 дней;

Трем = 400 часов = 17 дней;

Расчет количества сырья необходимого для выполнения суточной, часовой и годовой программ

Найдем суточную производительность цеха по формуле

, тонн/сутки;

N – годовая производительность цеха;

Треж – режимный фонд времени;

тонн/сутки;

Суточный расход сырья, используемого для получения полиэтилена марки 276.

Этилен = 615,14*1,06 = 652,0484 тонн/сутки;

Водород = 615,14*0.00032 = 0,197 тонн/сутки;

Катализатор = 615,14*0.00032 =0,197 тонн/сутки;

Часовой расход сырья, используемого для получения полиэтилена марки 276.

Этилен = 652,0484/24 =27,17 тонн/час;

Водород = 0,197/24 =0,0082 тонн/час;

Катализатор = 0.197/24 = 0.0082 тонн/час;

Годовой расход сырья, используемого для получения полиэтилена марки 276.

Этилен = 198000*1,06 = 206700 тонн/год;

Водород = 198000*0.00032 = 62,4 тонн/год;

Катализатор = 198000*0.00032 = 62,4 тонн/год;

Результаты расчета сведем в таблицу 2.5

Таблица 2.5

Расчет количества оборудования

Определим необходимое количество реакторов для производства полиэтилена марки 276 по формуле

, шт. [6 c.37];

Gс – суточная производительность цеха по полиэтилену марки 276, тонн/сутки;

Gр – суточная производительность реактора, тонн/час;

шт.;

или находим необходимое количество реакторов по другой формуле

, шт. [6 c.37];

Q – коэффициент, показывающий какое количество сырья проходит через данную стадию;

Gс – суточная производительность цеха, кг/сутки;

К - коэффициент использования оборудования

ссм – плотность смеси веществ в аппарате, кг/м3;

Va – объем аппарата, м3;

ц – коэффициент заполнения аппарата;

Найдем коэффициент использования оборудования определяем по формуле

 [6 с.37];

;

Va = 540 м3 [2];

Q = 1, т.к. все сырье загружается в реактор;

ц = 1, т.к. в качестве сырья используется газ;

Определим плотность смеси веществ в реакторе.

В реакторе находиться смесь состоящая на 99% из этилена, поэтому плотность смеси это плотность этилена.

Плотность смеси рассчитываем по формуле

, кг/м3 [6 с-13];

Р – давление, Па;

М – молекулярная масса, кг/моль;

R – универсальная газовая постоянная;

T – температура, К;

Р = 20*105Па;

М = 28*10-3кг/моль;

R = 8,314 Дж/(кмоль*К);

T = 308 К;

кг/м3;

шт.;

Для производства полиэтилена марки 276 необходим один реактор.

Определим необходимое количество питателей для катализатора.

Q =0,053;

ссм = скат-ра = 320 кг/м3;

Va = 0.8 м3;

ц = 0,95;

Подставляем необходимые значения в формулу и определяем количество питателей для катализатора.

шт.;

Для производства полиэтилена марки 276 необходимо два питателя для катализатора.

Определим необходимое количество емкостей для выгрузки продукта по формуле подставив туда необходимые данные.

Q = 0,85;

ссм = сПЭ = 963 кг/м3;

Va = 4,2 м3;

ц = 0,95;

шт.;

Для производства полиэтилена марки 276 необходимо две емкости для выгрузки продукта.

2.7 Тепловой расчет [7]

Цель: Определить количество подводимого тепла, а также рассчитать необходимую поверхность теплообмена холодильника.

Исходные данные для расчета:

Количество исходных газов (этилен и бутен-1), поступающих в реактор складывается из следующих значений: mэт = 260000 кг/ч = 72,22 кг/с и mбут = 6240 кг/ч = 1,73 кг/с, количество их на выходе из реактора с учетом пошедших газов на получение полиэтилена (см. материальный баланс):

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:

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