Технология получения полиэтилена низкого давления

 

          2.2 Жылулық баланс

 

Төменде 7-суретте жылу ағындарының схемасы келтірілген.

 

Q₁                                                                                         Q₃

 

 

Q₂                                                                                         Q₄

 

Сурет 7. Жылу ағындарының схемасы

Q₁-реакторға түскен катализатор қоспасының жылуы

Q₂-рециркулят жылуы

Q₃-өнім реакцияларымен кеткен жылу

Q₄-қоршаған ортаға кететін жылу

Q₅-химиялық айналымның жылуы

Q₁+ Q₂+ Q₅= Q₃+ Q₄

Шикізатпен  және өніммен болатын жылу ағындарын  келесі формуламен анықтайды:

Q_i = G_i · C_i · T                                                                                               (2.1)

Q_i = F_j · C^° _p,j ·T                                                                                             (2.2)

мұндағы, Q –  жылу ағыны, Вт

G – массалық  шығым, кг/с

Cj – меншікті жылусыйымдылығы, Дж/кг·К

С°_р,i – тұрақты қысымдағы молярлы жылусыйымдылық,                   Дж/моль-К

Т - температура, К  [5].

Төменде 2-кестеде реакциялық қоспа компоненттерінің жылусыйымдылықтары келтірілген.

2-кесте

Реакциялық  қоспа компоненттерінің жылусыйымдылығы

Параметрлер	Реакциялық  қоспа компоненттері
	С2Н4	Бензин	Н2	Катализатор	Рециркулят
Т=453К С, Дж/моль∙K	44,074	30,043	29,00	44,564	30,562
Т=573К С, Дж/моль∙K	46,719	30,619	29,30	51,377	36,237

(2.1)-ші формула бойынша реакциялық қоспамен келетін жылуды анықтаймыз:

Qi=453  • (170,02∙10³ ∙44,074 + 2099,35∙10³∙30,043 +  11752,82∙10³∙29,00 + +530,52∙10³∙44,564 +1927,88∙10³∙29,814) /3600=61974,92∙10³ кВт

(2.1)-ші формула бойынша өнім реакциясымен кететін жылуды табамыз:

Q₃=573∙ (133,2∙10³∙46,719   +   1583,06∙10³∙30,619   +   10493,61∙10³∙29,30   +   519,37∙10³∙51,377   + 1638,78∙10³∙30,327 + 13,32∙10³∙102,28 + 498,11∙10³∙75,231   +    +266,03∙10³∙190,64+42,61∙10³∙36,237) /3600 =84305,89∙10³ кВт

Химиялық  өзгеріс жылуы. Химиялық өзгеріс жылуы негізгі және қосымша химиялық реакциялардың жылуынан тұрады. Химиялық реакцияның жылуы Гесс заңы бойынша есептеледі:

                                                                     (2.3)                                             

 

 

C₂H₄ + 2H₂ ^→ -CH₂-CH₂-+ 90,73 кДж/моль [6].

 

 

      

Q₅=(-12553,76+1191,4 – 795,99 – 42017,96 – 487,64)∙10³=-54663,95∙10³ кВт

Қоршаған  ортаға тарайтын жылу. Бұл изоляцияға жылубергіш коэфициенті:

λ_из=0,043+0,00022·t_ср, Вт/м∙град              (2.4)

 

α_из=12,6 Вт/м²∙град

 

Изоляцияланған  стенканың температурасы 200 °С.

 

λ_из=0,045+0,0002·130=0,071 Вт/м·град

 

Изоляцияның қалыңдығын келесі формула бойынша анықтаймыз:

                                                                                                                       (2.5)

мұндағы, t_ст- қабырғаның температурасы, °С;

             t_n = 40-45 °С – изоляцияның үстіндегі температурасы;

 

t₀= (-10,8 + 16,6)/2 =13,7 °С – қоршаған ауаның ортажылдық температурасы

Изоляция арқылы жылудың жоғалуы былай:

 

                                                                                                                       (2.6)

 

 

мұндағы, d_из - диаметр (сыртқы) қаптаусыз реактордың изоляциясы, м;

d_н – изоляциясыз сыртқы диаметр, м [5].

  Q₄=q_из∙F,                                                                                                      (2.7) 

 

мұндағы,  F=0,9 ∙π ∙D ∙Н=0,9 ∙3,14 ∙3,8 ∙16,345 =175,6 м² 

 

Q₄ =13991,72 ∙175,6 =2,46∙10³ кВт

Электрожылытқыш арқылы реакторға түсетін жылу

Q₂=Q₃+Q₄-Q₁-Q₅                                                                                          (2.8)

Q₂= (84305,89 +2,46 - 61974,92 +54663,95) ∙10³ =76997,34∙10³ кВт

Төменде 3-кестеде жылулық баланстың есептеулері берілген.

3-кесте

Жылулық баланс

Кірген жылу		Шыққан жылу
Аты	Жылу саны, кВт ·10-3	Аты	Жылу саны, кВт ·10 -3
Реакторға түскен катализатор қоспасының жылуы, Q1	61974,92	Өнім реакцияларымен кеткен жылу, Q3	84305,89
Рециркулят  жылуы, Q2	76997,34	Қоршаған ортаға кететін жылу, Q4	2,46
Химиялық айналымның жылуы, Q5	- 54663,95
Барлығы:	84308,35	Барлығы:	84308,35

 

2.3 Реактордың негізгі шамалары

Негізгі жабдық бізде реактор болып табылатындықтан  оның негізгі шамалары: диаметрі, биіктігі, ішкі диаметрі, түптерінің шамалары болып табылады.

Негізгі жабдықтағы реактор тігінен орналасқан цилиндрлі болып келеді. Оның шамаларын келесі көрсеткіштер бойынша анықтайды:

 Ψ(толтыру  дәрежесі) = 0,85 

 τ (технологиялық цикл уақыты) = 20мин

 V_c (өңделетін заттың сағаттық көлемі) = 20,9м³/сағ

 G_с (заттың массалық үлесі)= 18382,29 кг/сағ

 V_c = 18382,29/878=20,9м³/сағ

  k = 1,5

Реактордың  - реакциялық көлемі:

V_p = V_c* τ*k/(24* Ψ) = 1712*0,35*1,5/24*0,85 = 36м³

Соған байланысты аппараттың көлемін табамыз:

V_a = V_c/n = 36/2 = 18 м³

ГОСТ 8050-85 бойынша  «цилиндірлік болат пісірілген обечайкалар  мен аппараттардың корпустары» арқылы аппараттың шамалары таңдалады.

Вертикальді, элиптикалық  түппен, элиптикалық қақпақтан тұратын  аппаратың шамалары:

V = 18м³; D_в = 3,6м; Dн = 3,8м; Н = 10,6м; h_в = 0,9м болып келеді [5].

 

 2.4 Механикалық есептеулер

 

2.4.1 Реактор обечайкасының есебі

 

Реактор бізде  түптері элипсті тәрізді болып  келетін тігінен орналасқан цилиндірлік  аппарат болып табылады.

Алдымен, дәнекерленген  цилиндірлік обечайка қабырғасының қалыңдығын анықтайық. Обечайка материалы  болат Х18Н10Т.

Келесі берілгендер бойынша кеңістікте тігінен орналасқан цилиндрлік аппараттың обечайкасының қалыңдығын есептедім.

Берілгендері:

Т_орта= 80º

P = 0,2 Мпа

Д_ішкі = 3,6 м

Н = 10,6 м

С_к = 1 мм

С_э = 0

Дәнекерленген тігіс екі жақты қолмен жасалған.

Шешуі:

1. номиналды мүмкін кернеуді Х18Н10Т маркалы болат үшін σ_д* 14.1, [5,405] графиктен табамыз, ол 143 Мн/м²-қа тең;
2. мүмкін кернеуді анықтаймыз:

 σ_д = σ_д* · η

мұндағы: η ‒  түзету коэффициенті

σ_д = 143·1= 143 Мн/м²;

3. дәнекерленген тігістің беріктік қасиетін анықтаймыз φ_ш т. 14,7 [5,407], мән кесте бойынша 0,95-ке тең;
4. анықталушы параметрлер қатынасы мен Р,  φ_ш ала отырып, анықтаймыз:

(σ_д/Р)· φ_ш= (143/0,2)·0,95 = 679,25>25 болғандықтан, S′ т. 15,6 [5,413] бойынша анықтаймыз;

5. S′ = (Д_ішкіР)·(2 σ_дφ) = (3,6·0,2)·(2·143·0,95) = 0,0026 м = 2,6 мм;
6. дене қабырғасының толық қалыңдығын (қоспаны қоса есептегенде) есептейміз:

S = S′ + C = 2,6+1 +0+1+x= 4,6+0,4= 5 мм

7. бірінші тексеру:

(S‒ С_к) /Д = (0,005‒0,001)/3,6 = 0,001<0,1

8. екінші тексеру:

Р_д = [2 σ_д·φ (S‒ С_к)]/[ Д_ішкі + (S‒ С_к)] = [2·143·0,95(0,005‒ 0,001)]/[ 3,6 + (0,005‒ 0,001)] = 0,3 Мпа [5].

 

2.4.2 Реактор түбінің есебі

 

Цилиндірлі  аппараттардың қақпақтарының ең көп қолданылатын рационалды түрі бұл  – элиптикалық формалар.

Келесі берілгендер  бойынша тігінен орналасқан аппараттың стандартты бортталған элиптикалық түбінің қалыңдығын анықтаймыз:

Берілгендері:

Т_орта= 80º

P = 0,2 Мпа 

Д_ішкі = 3,6 м

Н = 10,6 м

h_в = 0,9 м

С_к = 1 мм

С_э = 0

Түптің ортасында  үш саңылау орналасқан: d₁= d₂ = d₃= 0,2 м

Дәнекерленген тігіс екі жақтыэлектродоғалы қолмен жасалған.

Шешуі:

1)номиналды мүмкін кернеуді Х18Н10Т маркалы болат үшін σ_д* 14.1, [5,405] графиктен табамыз, ол 143 Мн/м²-қа тең;

2. мүмкін кернеуді анықтаймыз:

 σ_д = σ_д* · η

мұндағы: η ‒  түзету коэффициенті

σ_д = 143·1= 143 Мн/м²;

3. дәнекерленген тігістің беріктік қасиетін анықтаймыз φ_ш  т. 14,7 [5,407], мән кесте бойынша 0,95-ке тең;
4. түпте саңылаулар болғандықтан, саңылаулардың беріктік қасиеттерін есептейміз:

φ_о1= φ_о2= φ_о3= (3,6-0,29)/3,6= 0,94

5. анықталушы параметрлер қатынасы мен Р,  φ_ш ала отырып, анықтаймыз:

(σ_д/Р)· φ_ш= (143/0,2)·0,94 = 672,1>25 болғандықтан, S′ т. 15,6 [5,413] бойынша анықтаймыз;

6. S′ = (R_ішкі· Р)·(2 σ_дφ) = (3,6·0,2)·(2·143·0,94) = 0,0027 м = 2,7 мм;

Егер (h_в/ Д_ішкі) = (0,9/3,6)= 0,25 болса, онда Д_ішкі= R_ішкі

7. түп қабырғасының толық қалыңдығын (қоспаны қоса есептегенде) есептейміз:

S = S′ + C = 2,7+1 +0+1+x= 4,7+0,3= 5 мм

8. бірінші тексеру:

(S‒ С_к) /Д = (0,005‒0,001)/3,6 = 0,001<0,1

9. екінші тексеру:

Р_д = [2 σ_д·φ (S‒ С_к)]/[ R_ішкі + (S‒ С_к)] = [2·143·0,95(0,005‒ 0,001)]/[ 3,6 + (0,005‒ 0,001)] = 0,3 Мпа [7].

 

 

2.4.3 Негізгі аппараттың тұрақтылығын анықтау

 

Фундаментте орнатылған аппараттың тірегін (опора) цилиндір тәрізді  болып келеді.

Опораның қабырғасының қалыңдығын S=16мм деп аламыз. Н ≤ 20м биіктіктегі аппараттардың желдік әсер етуші моментін келесідей табамыз:

M_B=0,5∙K₁∙K₂∙q_в∙H²∙Д_н       

мұндағы, K₁- цилиндірлік аппараттар үшін аэродинамикалық коэфициент K₁=0,7;

К₂ - динамикалық коэффициент    К₂=1;

q_в – меншікті жел жүктемесі     q_в= 10³Па;

Дн – сыртқы диаметр   Д_н=3,8м;

Н – аппарат биіктігі       Н=10,6м.

Мв=0,5∙0,7∙1∙10³∙10,6²∙3,8=0,145∙10⁵Н∙м

Опора қабырғасындағы жұмсақтық кернеуін келесі формуламен табамыз:

 

G – эксплуатация  және гидравликалық тексерістер кезіндегі ауырлық салмағының опораға максималды жүктемесі, Н;

Д – аппараттың ішкі диаметрі   Д=3,6м;

 Мв – жел әсерлік момент.

G = m∙g               

m_an= m_о6+ m_kp+ m_дн=71100 + 13000 + 12800 =96900 кг

m_сat= 104000кг

m = 96900 + 104000 = 200900 кг

G = 9,8∙1200900 =1970829 Н

 

алдынғысынан аз болып  келеді 

 

 

 

σ_и = 450 • 10⁶ Па - болат Х18Н10Т үшін

 

Формула, қабырғаның қалыңдығын тұрақтылыққа байланысты тексеру :

 

                                                                                                                    

 

 

 

  

график бойынша К₁=1,8; К₂=6,7

 

          

 

 

 

 

 

 

 

[5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚОРЫТЫНДЫ