Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...

Реферат на тему:

Автоматизация технологического процесса полимеризации винилхлорида  

1. Анализ технологического процесса полимеризации винилхлорида как о объекта автоматизации

1.1 Анализ мирового опыта ведения процесса полимеризации винилхлорида

Наиболее распространенными промышленными процессами полимеризации винилхлорида является полимеризация винилхлорида в массе, суспензии латекса (эмульсионная) полимеризация.

При полимеризации в массе жидкого мономера, в котором предварительно растворяется небольшое количество инициатора вследствие нерастворимости полимера в мономере, твердая фаза начинает образовываться в самом начале процесса.

С этим и д связанные большие трудности при отводе тепла реакции, так как с увеличением степени превращения винилхлориду постепенно исчезает жидкая фаза.

Долгое время эмульсионная полимеризация была единственным методом получения поливинилхлорида. Однако после внедрения суспензионного способа, темпы роста производства эмульсионного поливинилхлорида снизились.

Недостатком эмульсионной полимеризации является высокое содержание примесей в готовом продукте по сравнению с суспензионной полимеризацией. Однако большим преимуществом полимеризации в эмульсии является возможность осуществлять ее непрерывным способом и легко отводить тепло реакции.

1.2 Назначение, сущность и химизм процесса полимеризации

Процесс полимеризации винилхлорида предназначен для получения термопластичного металла поливинилхлорида, который используется для изготовления изделий металлов прессования, литья под давлением.

Суть процесса заключается в смешивании двух веществ: эмульсионной воды и жидкого винилхлорида в реакторе-Полимеризаторы, в результате чего происходит экзотермическая реакция и образуется латекс поливинилхлорида, который подлежит дегазации и сушке к образованию готового продукта.

Реакция полимеризации проходит в реакторе в два этапа. В верхней части реактора смешиваются непрерывно эмульсионная вода, жидкий винилхлорид и реакционная масса. Здесь проходит начатоілхлориду встановлені такі марки: ПВХ_Е74П, ПВХ_Е70П, ПВХ_Е66, ПВХ_Е66П, ПВХ_Е62, ПВХ_Е58, ПВХ_Е54, “Вологовініл Е_П”, “Вологовініл Е_П”.

1.4 Аналіз технологічної схеми процесу і технічна характеристика обладнання

Процес латексної полімеризації вінілхлориду включає в себе такі стадії:–

полімеризація вінілхлориду;–

дегазація латексу полівінілхлориду;–

стабілізація.

Розглянемо детальніше ці стадії.

Рідкий вінілхлорид з температурою 15...25 °С поступає на полімеризацію, попередньо підігріваючись в теплообміннику Т_гарячою парою до температури 40 °С. Полімеризація проводиться в реакторі-полімеризаторі Р_, в який безперервно подаються емульсійна вода (88.8•10-6 ... 105.5•10-6 м3/с) і рідкий вінілхлорид (80.5•10-6 ... 105.5•10-6 м3/с), залежно від марки полівінілхлориду.

Полімеризація відбувається при перемішуванні лопасною мішалкою. Число обертів мішалки 28...174 об/хв.

Відвід тепла реакції полімеризації здійснюється циркуляційною водою з температурою 6 °С, яка подається в кожух охолодження реактора. Залишки води із системи охолодження реактора повертаються через перелив в проміжну ємність П/Е_і насосом Н_перекачуються на холодильну установку.

Латекс полівінілхлориду після реактора підлягає дегазації для виділення незаполімеризованого вінілхлориду в вертикальних циліндричних апаратах – дегазаторах. Верхня частина колони (дегазатор Д_) має пластмасові пластини для збільшення площі дотику. Завдяки вакууму 53.2 ... 66.5 кПа, який створює парожектор Е_, із латекса виділяється незаполімеризований вінілхлорид і через нижню частину дегазатора подається на рекуперацію.

Дегазований латекс із дегазатора стікає в горизонтальну ємність П/Е_для стабілізації, обладнану хрестовидною мішалкою. Стабілізація проводиться неперервно п’ятипроцентним розчином калцінованої соди. При заповненні ємності стабілізований латекс з центробіжним насосом Н_подається на сушку с последующей сепарацией готового продукта.

Технологическая схема установки полимеризации винилхлорида приведена на рисунке А.2.1 (приложение А.2), а техническая характеристика технологического оборудования в таблице А.3.1 (приложение А.3).

1.5 Выбор параметров контроля и регулирования

Оптимальный процесс полимеризации в реакторе протекает при соблюдении определенных параметров в пределах нормы. Основными параметрами регулирования, обеспечивающих выход поливинилхлорида заданного качества является температура в реакторе (от 40 ° С до 60 ° С), количество эмульсионной воды и винилхлорида, которые поступают в реактор.

Понижение температуры способствует протеканию энергетически более выгодной линейной полимеризации винилхлорида, что объясняется меньшей энергией активации реакции роста цепи по сравнению с реакцией передачи цепи (согласно [9]). При этом степень разветвленности уменьшается. Оптимальная температура в реакторе регулируется количеством холодной воды, поступающей в кожух охлаждения реактора.

Для ускорения начала реакции в реактор подается винилхлорид с температурой 40 ° С, предварительно подогретый в теплообменнике Т_, где температура регулируется количеством горячего пара.

В зависимости от расхода эмульсионной воды и жидкого винилхлорида меняется концентрация реакционной массы, а следовательно снижается или повышаются показатели качества готовой продукции. Поэтому соотношение между этими компонентами поддерживается изменением количества эмульсионной воды.

Для ускорения скорости реакции, согласно [13], увеличивают давление в реакторе до 0.9 МПа. Регулирование происходит изменением степени открытия клапана на выходе газового компонента реакции.

Поскольку в реакторе реакция проходит в два этапа, причем в нижней части полимеризация происходит в более высоких уровней, то уровень реакционной массы должен быть в пределах от 6.35 м до 6.55 м. Эту величину поддерживают путем изменения открытия клапана на выходе из реактора латекса поливинилхлорида.

Так как в реакторной массе содержится определенное количество незаполимеризованого винилхлорида, то для его удаления создают разрежение от 53.2 кПа до 66.5 кПа в дегазатор Д_. Повышение давления приводит к ухудшению качества латекса за счет содержания незаполимеризованого винилхлорида. Разрежения в дегазатор регулируется изменением степени открытия клапана на линии отбора газовой смеси пароежектором Е _.

Еще одним параметром, который влияет на качество готового продукта является количество содового раствора, который поступает в стабилизационную емкость П / е_. В зависимости от марки поливинилхлорида эта величина составляет от 30.5 • 10-6 м3 / с до 38.8 • 10-6 м3 / с. Расход содового раствора регулируется путем изменения степени закрытия регулирующего органа в трубопроводе подачи содового раствора в зависимости от количества латекса, поступает на стабилизацию.

Кроме этого в стабилизационной емкости предусмотренного регулирования уровня латекса. При заполнении емкости насосом Н_продукт подается на сушку.

Регулирование уровня воды используется и в емкости П / Е_шляхом включения (выключения) насоса Н _.

В дегазатор Д_ривень регулируется с помощью регулирующего органа, установленного на линии выхода латекса с аппарата.

Системой автоматизации предусмотрены также контроль таких параметров, как давление пара, поступающего в теплообменник; температура винилхлорида на входе и выходе теплообменника; температура эмульсионной воды на входе в реактор; температура охлаждающей воды в кожухе охлаждения. Кроме этих величин контролируется давление латекса в трубопроводе после реактора, температура в дегазатор, расход латекса в трубопроводе после емкости П / Э _.

Системой сигнализации предусмотрена сигнализация температуры и давления в реакторе, а также уровней во всех аппаратах.

Значение параметров контроля и регулирования приведены в таблице А.4.1 (приложение А.4).

1.6 Расчет реактора полимеризации

1.6.1 Приближенный расчет

Расчет полимеризатора проведем, используя методику, приведенную в [16].

Предварительный расчет.

Определим рабочий об объем реактора

где производительность линии полимеризаторов, кг / с;

время полимеризации, с;

плотность реакционной среды, кг / м3;

концентрация мономера в исходном продукте, мас. доли;

степень превращения мономера на выходе из полимеризатора.

м3;

Поток тепла, которое выделяется при проведении реакции определяется

где удельная теплота реакции, Дж / кг;

степень превращения мономера на входе в полимеризатор.

Вт.

Определим тепловой поток, который расходуется на нагрев исходных продуктов.

где удельная массовая изобарная теплоемкость реакционной среды, Дж / (кг • ° С);

температура среды, ° С;

температура компонентов, поступающих в реактор, ° С.

Вт.

Определим мощность, теряется на перемешивание (ориентировочно).

;

Вт.

Тепловой поток, который отводится через теплопередающей поверхности ориентировочно определяется

;

Вт.

Вычислим условный коэффициент

где средняя температура хладагента, ° С,

Вт / (м • с).

В зависимости от производительности времени полимеризации, удельной теплоты реакции, теплофизических свойств реакционной среды, температурного напора, на теплопередающих поверхностях полимеризатора.

По конструктивному исполнению тип реактора может быть ориентировочно определен с помощью условного коэффициента.

1.6.2 Уточненный расчет

Примем динамическую в вязкость и плотность реакционной среды по конечной концентрации полимера в аппарате.

При заданном времени гомогенизации частота вращения перемешивающего устройства определяется из условия получения необходимого коэффициента теплопередачи.

Определяем о объем полимеризатора.

где количество полимеризаторов в каскаде.

г..

Внутренний диаметр аппарата:

;

г..

Выбираем внутренний диаметр аппарата 1.6 м. Диаметр мешалки () находим по РТМ "Перемешивающие устройства механические. Выбор мешалок для перемешивания высоковязких и неньютоновских сред ". Таким образом м.

Поверхность теплообмена полимеризатора принимается конструктивно

м2.  

Определим тепловой поток, который отводится через теплопередающих этаж:

; & Nbsp;

Вт.

Коэффициент теплопередачи необходим для отвода тепла реакции определяется

;

Вт / (м • ° С).

Вычислим частоту вращения перемешивающего устройства:

где скорость гомогенизации,, с. Тогда

о / с.

Определяем критерий Рейнольдса по формуле:

где динамическая в вязкость реакционной среды, Па • с.

.

Вычисляем критерий Прандтля

где коэффициент теплопроводности реакционной среды, Вт / (м • ° С)

.

Вычисляем критерий Нусельта. Поскольку 2 • 103 & lt; & Lt; 104

где = 2.2 при.

.

Теперь определим коэффициент теплоотдачи от хладагента к эксплуатационной поверхности

где коэффициент теплопроводности хладагента при ° С.

.

Определяем мощность, которая расходуется на перемешивание

где критерий Эйлера, определяем по РТМ в зависимости от

.

Вт.

По полученным результатам расчетов выбираем:

полимеризатор о объемом 12 м3;

внутренний диаметр 1.6 м;

внешний диаметр 1.9 м;

поверхность теплообмена 32 м2;

Лопасня мешалка диаметром 1.12 м;

число оборотов 28 об / с;

двигатель мощностью 4.4 кВт с числом оборотов 1440 об / мин.

Расчет реактора сделано также на ЭВМ. Программа расчета приведена в приложении А.5.

Выводык разделу

В данном разделе проведен анализ и дана сравнительная характеристика методам и способам полимеризации винилхлорида, описано технологический процесс производства ПВХ в условиях ЗАО "Лукор" г.. Калуша. Подано химизм процесса полимеризации и характеристику сырья, промежуточного и готового продуктов.

Сделано описание технологического оборудования, используемого в процессе полимеризации и технические характеристики сведены в таблицу А.3.1. Также выбрано параметры контроля и регулирования производства с обоснованием влияния их изменения на ход процесса и значения параметров сведены в таблицу А.4.1. Это облегчит создание функциональной схемы автоматизации процесса и выбор приборов контроля и регулирования.

Рассчитано реактор полимеризации. Для расчета разработана программа приведенную в приложении А.5.

Приложение А.1

Таблица А.1.1 Характеристика сырья промежуточного и готового продуктов

Вещество | Показатели обовяз тельно для проверки перед использованием в промышленности

Жидкий винилхлорид | Содержание винилхлорида, не менее | 99,97%

Содержание ацетилена, не более | 0.0002%

пропилена | 0,0004%

этилена | 0,0002%

изобутана | 0,0002%

1.3-бутадиен | 0,001%

хлорметил | 0,008%

хлорэтилен | 0,0003%

моновинилацетилена | 0,0005%

соляной кислоты | 0,0001%

железа | 0,0001%

воды | 0,012%

Плотность при 25 ° С 901,4 кг / м3

Давление паров при 46 ° С 722,7 кПа

Температура замерзания минус 153,7 ° С

Удельная теплоемкость при 25 ° С 0,38 ккал / град.

Критическая температура 150,4 ° С

Критическое давление 5,5 МПа

Эмульсионная вода | Прозрачность не менее 0,7 м

Содержание инициатора 1,5 кг / м3

эмульгатора от 2,5 кг / м3 до 3,2 кг / м3

K2S2O2 от 0,3 кг / м3 до 0,6 кг / м3

PH составляет от 10 до 11

Латекс поливинилхлорида | Плотность при 20 ° С от 0,1120 кг / м3 до 0,1160 кг / м3

Содержание сухого вещни от 36% об. до 50% об.

соды не более | 0,4%

Влаги | 0,1%

едкого натра | 0,1%

Железа | 0,05%

PH составляет от 8 до 9

Поливинилхлорид | Плотность от 1000 кг / м3 до 1500 кг / м3

Константа Фикентгера от 50 до 78

Молекулярная масса от 50000 до 140000

Приложение А.3

Таблица А.3.1 Техническая характеристика технологического оборудования

Название оборудования | материал | Техническая характеристика | Основные габариты

Реактор полимеризации | Сталь, эмаль | Вертикальный цилиндрический аппарат с приваренным сферическим днищем и сферической крышкой, эмалированную изнутри. Поверхность теплообмена кожуха охлаждения 32 м2. Оборудован Лопасня мешалкой с приводом от электродвигателя типа КР132.2 / 4, мощ 4,4 кВт и числом оборотов 1440 об / мин. Рабочее давление в аппарате от 0,55 МПа до 0,9 МПа, в кожухе охлаждения 0,3 МПа.

Рабочая температура в аппарате от 40 ° С до 60 ° С, в кожухе охлаждения от 6 ° С до 90 ° С. | D = 1,8 м

H = 9,8 м

Vап = 12 м3

Vкож = 2,6 м3

Дегазатор Д_ | Сталь, эмаль | Вертикальный цилиндрический аппарат с приваренным сферическим днищем, эмалированную изнутри, имеет ПВХ-каскад. Масса 6,9 т. Рабочее давление вакуум. Рабочая температура 30 ° С. | D = 2 м

H = 5,95 м

V = 12,5 м3

Промежуточная емкость П / е_ | сталь | Горизонтальная цилиндрическая емкость с приваренными крышками. Масса 4,6 т. Рабочая температура от 6 ° С до 90 ° С. | D = 2,8 м

И = 5,1 м

V = 25 м3

Промежуточная емкость П / е_ | сталь | Горизонтальный цилиндрический аппарат с приваренными сферическими крышками, гуммированная изнутри. Масса 2,6 т. Рабочая температура 25 ° С. Оборудована крестообразно мешалкой с приводом от электродвигателя типа КРА 132,3, мощность 6,0 кВт, с числом оборотов 1445 об / мин, массой 6,05 т. | D = 2 м

И = 3,95 м

V = 10 м3

Парожектор е_ | Латунь Л-68 | Марка ХЗ-11-90. Давление всасывания 90,6 кПа. Расход охлаждающей воды 50 м3 / час. Расход пара 90 кг / час. Масса аппарата без воды 428 кг; при заполнении водой и парогазовой смесью 600 кг

Продолжение таблицы А.3.1

Теплообмен ник Т_ | сталь | Горизонтальный аппарат сдвоенный с плавающей

Загрузка...

Страницы: 1 2