Выбор технологической схемы и оборудования

 Суспензию будем готовить 1 раз в 2-е суток, тогда разовая загрузка аппарата составит

50,4*2 = 100,8 дм3

С учётом Кз=0,85

 

V аппарата = 100,8 / 0,85 = 118,6 дм3

 

 Принимаем объём аппарата  равным 120 дм3

 

2. Расчёт реактора  предварительной кристаллизации

 

1. Определим часовой расход продукта проходящего через кристаллизатор:

 

G = Π / τраб = 24000 / 350 = 68,571 т/сутки = 2,857 т/час

 

где  П = 24000т – годовая производительность, т/год;

       τраб – 350 суток – годовой фонд рабочего времени, сутки.

 

2. Объёмный расход продукта определим, приняв, что насыпная масса гранулята по мере прохождения через кристаллизатор не изменяется и равна 840кг/м3 (насыпная плотность в пределах 800-880 кг/м3)

 

Q = G / ρнас = 2857/840 = 3,4 м3/час

 

3. Определим объём реактора из условий:

а) время пребывания продукта в кристаллизаторе – (3-7 мин), принимаем среднее – 5мин или1/12 часа;

в) коэффициент запаса Кз=1,115

 

Vкр-ра = Q * τ * Кз = 3,4 * 1/12 *1,115 = 0,32 м3

 

Из спецификации фирмы "HASAKAWA" выбираем кристаллизатор SJS16-10 со следующими характеристиками:

Длина-4,27 м;

Ширина-0,56 м;

Высота-0,71 м;

Диаметр-0,41 м;

Мощность привода-3,7кВт

 

3. Расчёт размеров сушилки

 

1)Определим объём бункерной  сушилки

     а) время пребывания  продукта – 30 минут;

     б)коэффициент запаса  Кз = 1,15

 

V сушилки = 3,4 * ½  *1,15 = 1,96 м3

 

 

2)Геометрические размеры сушилки:

соотношение длина/диаметр должны составлять – 1 / 4

Принимаем диаметр сушилки 0,85 м, тогда высота составит:

 

1,96 / (3,14 * 0,852 / 4) = 3,45 м

 

 

Расчётное соотношение высота/диаметр составит:

 

3,45 / 0,85 = 4,06, что соответствует заданному  условию.

 

Параметры бункерной сушилки:

 

Объём – 1,96 м";

Диаметр – 0,85 м;

Высота – 3,45 м

 

4. Расчёт размеров кристаллизатора (подогревателя)

 

а) Время выдержки – 40минут;

б) Кз = 1,115

 

1. Определим объём кристаллизатора:

 

V = 3,4 *2/3 *1,115 = 2,61 м3

 

Из спецификации фирмы "HASAKAWA" выбираем торусдиск модели ТJ48-10 со следующими характеристиками:

Объём – 3 м3;

Длина – 5832 м;

Ширина – 1368 м;

Высота – 2100 м;

Мощность привода – 15 кВт

 

5.5 Расчёт реактора дополиконденсации

 

а) Время пребывания продукта – (10-12часов), принимаем среднее 11часов;

б) Кз = 1,15

 

1) Определим объём реактора дополиконденсации:

 

V = 3,4 * 11 * 1,15 = 43 м3

 

Реактор дополиконденсации имеет соотношение длина/диаметр – 1 / 4.

 

Примем диаметр равным – 2 м, тогда высота будет равна:

H = V/S = 43 / (3,14 * 22) * 4 = 13,7 м,

где  S – площадь поперечного сечения, м2.

 

 

6. Расчёт дополнительных энергозатрат на твёрдофазную дополиконденсацию и кристаллизацию ПЭТФ

 

Для тепловых расчётов необходимо знать массу нагреваемых продуктов, их теплоёмкости, коэффициенты теплопередач.

В общем случае, требуемое количество теплоты представляет собой сумму теплоты на нагревание продукта до необходимой температуры и теплопотерь в окружающую среду:

 

Q = QH + Qn,

 

где QH – теплота, необходимая для нагревания продукта, кДж;

      Qn – теплота, расходуемая на компенсацию теплопотерь в

              окружающую среду, кДж.

 

Теплота, используемая на нагревание продукта, кДж:

 

QH = m * Cp * Δt,

 

где m – масса нагреваемого продукта, кг/сутки;

      Cp – удельная теплоёмкость  продукта, кДж/(кг*К);

      Δt – разность  конечной и начальной температур, К.

 

Потери теплоты в окружающую среду, кДж:

 

Qn = S * K * Δt * 3,6 *24,

 

где S – площадь поверхности потерь (внешней поверхности), м2;

      Δt – разность  температур стенки аппарата и  воздуха, К;

      24 – число часов  в сутках.

 

При тепловых расчётах аппаратов с перемешивающими устройствами следует учитывать превращение механической энергии в тепловую, кДж:

 

QN = N * 3,6 * 103 * τ * a,

 

где N – мощность электродвигателя мешалки, кВт;

      3,6 * 103 - тепловой эквивалент 1 кВт*ч электроэнергии;

      а – коэффициент, учитывающий превращение механической энергии в

            тепловую;

      τ – время работы  аппарата, ч.

 

 

6.1 Расчёт дополнительных энергозатрат  на дополиконденсацию

 

Исходные данные:

-масса нагреваемого продукта, кг/сутки                                                  68986

-удельная теплоёмкость продукта, кДж/кг*К                                          1,11

-начальная температура продукта, К                                                        493

-конечная температура продукта, К                                                         503

-площадь поверхности теплопотерь, м2                                                   170

-коэффициент теплопередачи, кДж/м2                                                     0,001

-температура стенки аппарата, К                                                              313

-температура воздуха, К                                                                            293

-удельная теплоёмкость азота, кДж/(кг*К)                                              2,01

-плотность азота, кг/м3                                                                              1,99

-температура азота на входе, К                                                                 508

-температура азота на выходе, К                                                              493

                                                                                                                   

1. Теплота используемая на нагревание продукта, кДж:

 

 

QH = 68986 * 1,11 * (503 – 493) = 765745 кДж/сутки

 

2. Потери в окружающую среду, кДж:

 

Qn = 170 * 0,001 * (313 – 293) * 24 = 82 кДж/сутки

 

3. Общая теплота, кДж:

 

Qобщ = 765745 + 82 = 765827 кДж/сутки

 

4. Количество азота необходимое для нагрева, кДж:

 

G= Qобщ / с * (Т1 – Т2),

где  с – теплоёмкость азота, кДж/кг*К;

       Т1 – температура азота на входе в аппарат, К

       Т2 - температура азота на выходе из аппарата, К

 

G = 765827 / 2,01 * (508 – 493) = 25401 кг/сутки

 

5. Объёмный расход азота с учётом 5% на потери:

 

V = G / ρ,

где ρ – плотность азота, кг/м3

 

V = 25401 / 1,99 * 0,95 = 13436 м3/сутки

               

 

2. Расчёт дополнительных энергозатрат на кристаллизацию

 

Исходные данные:

-масса нагреваемого продукта, кг/сутки                                                  68986

-удельная теплоёмкость продукта, кДж/кг*К                                          1,11

-начальная температура продукта, К                                                        453

-конечная температура продукта, К                                                         493

-площадь поверхности теплопотерь, м2                                                   24,9

-коэффициент теплопередачи, кДж/м2                                                     0,001

-температура стенки аппарата, К                                                              313

-температура воздуха, К                                                                           293

-удельная теплоёмкость азота, кДж/(кг*К)                                              2,01

-плотность азота, кг/м3                                                                              1,99

-температура азота на входе, К                                                                 498

-температура азота на выходе, К                                                               463

-мощность электродвигателя, кВт                                                            15

-коэффициент учитывающий превращение 

механической энергии в тепловую, кДж/м2*ч*К                                      0,75

 

 

1)Теплота используемая на нагревание  продукта, кДж:

 

 

QH = 68986 * 1,11 * (493 – 453) = 3052678 кДж/сутки

 

2. Потери в окружающую среду, кДж:

 

Qn = 24,9 * 0,001 * (313 – 293) * 24 = 11 кДж/сутки

 

3. Теплота выделяемая при превращении механической энергии в тепловую:

 

QN =  15 * 3,6 * 103 * 24 * 0,75 = 972000 кДж/сутки

 

4. Общая теплота, кДж:

 

Qобщ = 3062978 + 11 - 972000 = 2090989 кДж/сутки

 

5) Количество азота необходимое  для нагрева, кДж:

 

G = 2090989 / 2,01 * (498 – 463) = 29722 кг/сутки

 

5. Объёмный расход азота:

V = 29722 / 1,99 = 14936 м3/сутки

4. Расчёт удельных норм расхода сырья и вспомогательных материалов

 

Исходные данные:

             -мощность линии, т/год                                                                                 24000

-количество рабочих дней                                                                          350

Потери на стадиях технологического процесса:

-химический цех, %                                                                                      4

-дополиконденсация, %                                                                               0,07

Товарный гранулят содержит:

-влаги, %                                                                                                       0,1

 

Синтез ПЭТФ протекает в две стадии:

               переэтерификация

а) Н3СООС-             -СООСН3 + 2НОСН2СН2ОН

       ДМТ                                                ЭГ                                        метанолиз

 

                    

               nНОСН2СН2ООС-              -СООСН2СН2ОН + 2СН3ОН

                                ДГТ                                                                  метанол

 

                                                                                                поликонденсация

б) nНОСН2СН2ООС -             - СООСН2СН2ОН

                                                                                гликолиз

 

 

 

                      НОСН2СН2О [-ОС-             -СООСН2СН2О-]n Н + НОСН2СН2ОН                

                                 ПЭТФ                                                                                 ЭГ

 

 

1. Количество полимера содержащегося в готовом грануляте "пищевого назначения:

 

1 – 0,001 = 0,999 кг полимера / кг гранулята

 

2. Количество полимера содержащегося в 24000 т/год гранулята "пищевого" назначения:

 

24000 * 0,999 = 23976 т/год или 68503 кг полимера/сутки

 

3. Количество полимера поступающего на твёрдофазную дополиконденсацию:

 

68503 / (1 – 0,007) = 68986 кг/сутки

 

5. С учётом потерь гранулята в химическом цехе понадобится полимера:

 

68986 / (1 – 0,04) = 71860 кг/сутки

 

6. Определим расход ДМТ:

Из 1 моля ДМТ получается 1 моль ДГТ, а из 1 моля ДГТ получается 1 моль ПЭТФ,  следовательно из 1моля ДМТ получается 1 моль ПЭТФ