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

2.10 Описание основного аппарата и режима его работы [3]

Реактор (поз.1).

Реактор предназначен для проведения газофазной полимеризации в псевдоожиженном слое в присутствии хроморганических катализаторов "S-9", представляет собой цилиндрический сосуд с расширенной верхней частью. Расширенная верхняя часть предотвращает унос псевдоожиженных частиц полиэтилена за счет снижения скорости газового потока. Внутри реактора на уровне нижнего фланца встроена решетка, которая служит для удержания слоя порошка полиэтилена. Решетка имеет 1360 отверстий диаметром 14,3 мм. Эти отверстия прикрыты металлическими уголками, которые предотвращают попадание порошка полиэтилена под решетку и улучшают распределение газа. Под решеткой установлен отбойный зонт, который служит для более равномерного распределения газа.

Для очистки внутренней поверхности, а также для проведения внутреннего осмотра реактора оборудован четырьмя люками-лазами. Каждый люк-лаз имеет вставной стакан, необходимый для сглаживания внутренней поверхности реактора и предотвращения скопления порошка полиэтилена в полости люка-лаза, его спекания и образования агломерата.

Давление в реакторе (поз.1) поддерживается на заданном уровне путем изменения степени открытия клапана, установленного на линии подачи свежего этилена. При превышении давления избыток газа сбрасывается через клапан на факел.

Для контроля температуры по всей высоте реактора (поз.1) предусмотрены датчики температуры, регистрирующие температуру зон на многоточечном самописце. Предусмотрены также термокарманы для проведения контрольных замеров температуры в различных точках реактора. Для охлаждения циркуляционного газа на линии нагнетания компрессора (поз.10) предусмотрен водяной холодильник (поз.4).

Производительность реактора регулируется количеством подаваемого катализатора путем изменения скорости вращения ротора питателя поз.6.

Характеристика реактора (поз.1) представлена в таблице 1.1.

Таблица 2.8

Характеристика реактора (поз. 1)

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