РАСЧЁТЫ

3. РАСЧЁТЫ

3.1МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЁТ И ТАБЛИЦЫ МАТЕРИАЛЬНЫХ БАЛАНСОВ ОСНОВНЫХ СТАДИЙ И В ЦЕЛОМ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА

Исходные данные:

Производительность цеха: 7300 т/год

Текущий ремонт: 720 / 64 [27, с. 271]

Капитальный ремонт: 8640 / 208 [27, с. 271]

Продолжительность работы оборудования в году, ч/год:

366 – (Х₁ + Х₂) = 366 – (32,53 + 8,81) = 324,66

где: Х₁ = (366 • 64) / 720 = 32,53 сут/год

Х₂ = (366 • 208) / 8640 = 8,81 сут/год

Суточная производительность цеха без учёта потерь, кг/сут:

7300000 / 324,66 = 22485,06

Суточная производительность цеха с учётом потерь, кг/сут:

22485,06 / (1 – 0,02) = 22943,95

Общие потери влажного продукта, кг/сут:

22943,95 – 22485,06 = 458,89

Влажность продукта 2%. Общие потери абсолютно сухого продукта, кг/сут:

458,89 • 0,98 = 449,71

Потери по стадиям влажного продукта:

СТАДИЯ АЦЕТАЛИРОВАНИЯ:

Определяем теоретическую загрузку ПВС, кг/сут:

(4526 • 22485,06) / 7010 = 14517,46

Определяем загрузку ПВС с учётом степени превращения, кг/сут:

14517,46 / 0,93 = 15610,17

Определяем сколько ПВС не прореагирует, кг/сут:

15610,17 – 14517,46 = 1092,71

Определяем, сколько технически ПВС загружается в реактор, если содержание примесей – 2,2%, кг/сут:

15610,17 / 0,978 = 15961,32

Состав технического ПВС, кг/сут:

а) ПВС х.ч. б) Метанол в) Ацетат натрия

15610,17 15961,32 • 0,02 = 319,23 15961,32 • 0,002 = 31,92

Определяем массу 10% ПВС (после разбавления в растворителе), кг/ч:

15961,32 / 0,1 = 159613,20

Определяем количество воды, которая содержится в 10% ПВС, кг/ч:

159613,20 – 15961,32 = 143651,88

Сколько теряется раствора ПВС из ацеталятора, кг/сут:

159613,20 • 0,002 = 319,23

Сколько раствора останется без потерь, кг/сут:

159613,20 – 319,23 = 159293,97

Состав загружаемого 10% ПВС, кг/сут:

ПВС Метанол Ацетат натрия Вода

15610,17 319,23 31,92 143651,88 159613,20

Определяем загрузку воды в реактор–ацеталятор по рецептуре (100 м.ч. ПВС – 925 м.ч. воды), кг/сут:

15610,17 • 925 / 100 = 144394,07

а) Сколько воды следует добавить, кг/сут:

144394,07 – 143651,88 = 742,19

Определяем загрузку 37% соляной кислоты (100 м.ч. ПВС берётся 15 м.ч. 37% соляной кислоты), кг/сут:

(15 • 15610,17) / 100 = 2341,53

а) Сколько воды содержится в кислоте, кг/сут:

2341,53 – 866,37 = 1475,16

где: 2341,53 • 0,37 = 866,37 – HCl х.ч.

б) Перед подачей в ацеталятор HCl разбавляется до концентрации 22%. Определяем, сколько образуется 22% HCl, кг/сут:

866,37 / 0,22 = 4028,95

в) Какое количество воды содержится в 22% соляной кислоте, кг/сут:

4028,95 – 866,37 = 3162,58

Общее количество воды в ацеталяторе, кг/сут:

144394,07 + 1475,16 + 3162,58 = 149031,81

Сколько масляного альдегида прореагирует, кг/сут:

(3312 • 22485,06) / 7010 = 10623,47

Сколько масляного альдегида требуется загрузить (по данным КХЗ на 1 моль ПВС берётся 0,46 кмоль масляного альдегида), кмоль/сут:

а) Сколько ПВС загружается в ацеталятор, кмоль/сут:

15610,17 / 45 = 346,89

б) Сколько масляного альдегида требуется загрузить, кмоль/сут:

346,89 • 0,46 = 159,57

в) Сколько масляного альдегида загружается, кг/сут:

159,57 • 72 = 11489,04

г) Сколько масляного альдегида не прореагирует, кг/сут:

11489,04 – 10623,47 = 865,57

Сколько технического масляного альдегида загружается (по данным КХЗ масляный альдегид имеет 2% примесей), кг/сут:

11489,04 / 0,98 = 11723,51

а) Сколько примесей (воды) содержится в масляном альдегиде, кг/сут:

11723,51 – 11489,04 = 234,47

Модуль ванны (ПВС: вода) 1: 10 в ацеталяторе.

а) Общая загрузка с сырьём воды, кг/сут:

149031,81 + 234,47 = 149266,28

б) Сколько жидкой фазы должно быть с учётом модуля ванны, кг/сут:

15961,32 • 10 = 159613,20

в) Сколько воды по рецептуре надо добавить в процесс, кг/сут:

159613,20 – (149266,28 + 866,37) = 9480,55

Сколько воды образуется в процессе образования поливинилбутираля, кг/сут:

(828 • 22485,06) / 7010 = 2655,87

ОПЕРАЦИЯ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ:

Процент потерь на операции центрифугирования составляет 0,20%. Так как Поливинилбутираль из центрифуги выходит 30% влажности, то:

Определяем массу 30% поливинилбутираля, кг/сут:

22393,28 / 0,30 = 74644,27

Сколько примесей содержится в поливинилбутирале, кг/сут:

74644,27 – 22393,28 = 52250,99

Следовательно содержится:

В маточнике содержится, кг/сут:

Поливинилбутираль	(458,89 • 0,2) / 2 = 45,89
ПВС	773,48 – 232,04 = 541,44
Метанол	319,23 – 95,77 = 223,46
HCl	866,37 – 259,91 = 606,46
Ацетат натрия	31,92 – 9,58 = 22,34
Масляный альдегид	865,57 – 259,67 = 605,90
Вода	(156529,48 + 2655,87) – 51394,02 = 107791,33

ОПЕРАЦИЯ ПРОМЫВКИ:

После загрузки в промыватель потери на промывке поливинилбутираля составляют 0,25%:

Сколько поливинилбутираля потеряется после промывателя, кг/сут: (458,89 • 0,25) / 2 = 57,36

Сколько поливинилбутираля остаётся после потерь на операции промывки, кг/сут:

22393,28 – 57,36 = 22335,92

Модуль ванны (поливинилбутираль: вода) 1: 8.

Сколько воды добавляют в промыватель, кг/сут:

а) Масса воды, кг/сут:

22393,28 • 8 = 179146,24

б) Масса добавляемой воды (т.к. в поливинилбутирале содержится вода), кг/сут:

179146,24 – 51394,02 = 127752,22

Из промывателя удаляется вода на 50% с примесями. Поливинилбутираль содержит 2% примесей.

Сколько примесей содержится в поливинилбутирале после промывки, кг/сут:

22335,92 / 0,98 = 22791,76

ОПЕРАЦИЯ СТАБИЛИЗАЦИИ:

На стадии стабилизации потери поливинилбутираля составляют 0,25%, кг/сут:

(458,89 • 0,25) / 2 = 57,36

Сколько поливинилбутираля остаётся после промывки, кг/сут:

22335,92 – 57,36 = 22278,56 155,95

HCl + NaOH  NaCl + H₂O

36,5 40 58,5 18

Сколько х.ч. NaOH расходуется для нейтрализации HCl, кг/сут:

(40 • 155,95) / 36,5 = 170,90

Сколько 15% щёлочи загружается на стабилизацию, кг/сут:

170,90 / 0,15 = 1139,33

Сколько содержится воды, кг/сут:

1139,33 – 170,90 = 968,43

Сколько образуется NaCl, кг/сут:

(58,5 • 155,95) / 36,5 = 249,95

Сколько образуется воды, кг/сут:

(18 • 155,95) / 36,5 = 76,90

ОПЕРАЦИЯ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ:

Потери поливинилбутираля 0,20% на стадии центрифугирования.

Потери поливинилбутираля, кг/сут:

(458,89 • 0,20) / 2 = 45,89

Сколько поливинилбутираля остаётся без потерь, кг/сут:

22278,56 – 45,89 = 22232,67

Сколько влажного поливинилбутираля остаётся после центрифугирования, кг/сут:

22232,67 / 0,30 = 74108,90

Сколько воды находится в поливинилбутирале, кг/сут:

74108,90 – 22232,67 = 51876,23

Сколько маточника уйдёт из центрифуги, кг/сут:

113505,14 – 57,36 = 113447,78

1) 113447,78 – 74108,90 = 39338,88

2) 90618,45 – 51876,23 = 38742,22 – вода

Материальный баланс сушки:

Потери поливинилбутираля 0,50%, кг/сут:

(458,89 • 0,50) / 2 = 114,72

Поливинилбутираль остаётся после сушки, кг/сут:

22168,78 – 114,72 = 22054,06

После сушки поливинилбутираль выходит 2% влажности, кг/сут:

22054,06 / 0,98 = 22504,14

Сколько содержится воды, кг/сут:

22504,14 – 22054,06 = 450,08

Сколько воды испарилось, кг/сут:

51876,23 – 450,08 = 51426,15

ОПЕРАЦИЯ УПАКОВКИ:

Потери при упаковке составляют 0,20%.

Вода в маточнике, кг/сут:

285268,13 – 51426,15 (испарение) – 450,08 (в ПВБ) = 233391,90

3.2ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ОСНОВНОГО АППАРАТА – АЦЕТАЛЯТОРА. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО, РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА АППАРАТОВ В УСТАНОВКЕ

Рассчитываем количество ацеталяторов:

Количество загружаемого сырья в ацеталятор, кг/сут:

G_сут = m_ПВС + m_{масл.альд.} + m_{HCl 22%} = 159613,20 + 11723,51 + 4028,95 = 175365,66

где: m_ПВС – масса поливинилового спирта, кг/сут [из таблицы

m_{масл.альд.} – масса масляного альдегида, кг/сут материального

m_{HCl 22%} – масса 22% соляной кислоты, кг/сут баланса]

В объёме, м³/сут:

V_сут = G_сут / (ρ_см • 1000) = 175365,66 / (1,03 • 1000) = 170,26

где: ρ_см – плотность смеси = 1,03 г/см³ [из регламента КХЗ]

Продолжительность цикла ацеталирования (загрузка, перемешивание, охлаждение, ацеталирование) принимаем 30 часов, тогда число операций в сутки:

n = τ / t = 24 / 30 = 0,80

Производительность всех ацеталяторов, м³/опер:

V_раб = V_сут / n = 170,26 / 0,80 = 212,83

Полезный объём ацеталятора, м³:

40 • 0,75 = 30

Производительность одного ацеталятора на одну операцию, м³/опер:

30 / 0,8 = 37,5

Определяем количество ацеталяторов, шт.:

212,83 / 37,5 = 5,67

Принимаем количество ацеталяторов – 6 аппаратов.

Техническая характеристика аппарата:

– ёмкость 40 м³;

– D = 3,35 м; [13, с. 58]

– D₁ = 3,55 м;

– H = 4,25 м;

– H₂ = 8,5 м;

– рабочее давление в аппарате 0,3 МПа;

– температура среды 55⁰С;

– среда: масляный альдегид, поливиниловый спирт, соляная кислота;

– среда в рубашке: горячая вода.

Рассчитываем количество промывателей:

Промывку ведут при модуле ванны 1: 8.

Определяем полный объём всех промывателей с учётом коэффициента заполнения, кг/сут:

V_полн. = 202396,49 / 0,75 = 269861,99

В объёме, м³/сут:

V_сут = G_сут / (ρ_см • 1000) = 269861,99 / (1,01 • 1000) = 267,19

Продолжительность цикла промывки – 21 час. Число операций в сутки:

n = 24 / 21 = 1,14

Рабочий объём всех промывателей, м³/опер:

V_раб = V_сут / n = 267,19 / 1,14 = 234,38

Общий объём всех промывателей с учётом коэффициента заполнения, м³/опер:

V_общ = V_раб / g = 234,38 / 0,75 = 312,51

Производительность всех промывателей, м³/опер:

V_раб = V_сут / n = 312,51 / 1,14 = 274,13

Полезный объём промывателя, м³:

40 • 0,75 = 30

Производительность одного промывателя на одну операцию, м³/опер:

30 / 1,14 = 26,32

Определяем количество промывателей, шт.:

274,13 / 26,32 = 5,72

Принимаем количество ацеталяторов – 6 аппаратов.

Техническая характеристика аппарата:

– ёмкость 40 м³;

– диаметр 3,5 м;

– высота 4,16 м;

– рабочее давление в аппарате 0,3 МПа;

– температура среды 40⁰С;

– среда в аппарате: вода, поливинилбутираль, щёлочь;

– материал: сталь.

Аппарат снабжён якорно–лопастной мешалкой 55 оборотов в минуту, крышка съёмная, дно коническое, привод электродвигателя мощностью 36 КВт.

Рассчитываем количество аппаратов для приготовления щёлочи:

Объём приготовляемого раствора, м³/сут:

V_сут = G_сут / ρ_см = 1139,33 / 71,2 = 16,00

Продолжительность растворения 10 часов. Число операций в сутки:

n = 24 / 10 = 2,4

Рабочий объём всех аппаратов, м³/опер:

V_раб = V_сут / n = 16,00 / 2,4= 6,67

Полный объём всех аппаратов с учётом коэффициента заполнения, м³/опер:

V_полн. = V_раб / g = 6,67 / 0,90 = 7,41

Необходимое количество аппаратов, шт.:

7,41 / 5 = 1,5

Принимаем количество аппаратов – 2 шт.

Техническая характеристика аппарата:

– объём 5 м³;

– высота 5417 мм;

– диаметр 4067 мм;

– масса 1300 кг.

Аппарат закрыт сферической крышкой.

Рассчитываем количество центрифуг:

Принимаем к установке центрифугу марки НОГШ–325–2М.

Производительность – 960 кг/час.

На центрифугирование поступает суспензии, кг/час:

184481,09 / 24 = 7686,71

Необходимое количество аппаратов, шт.:

7686,71 / 960 = 8,01

Принимаем количество центрифуг – 8 аппаратов.

Техническая характеристика аппарата:

– высота 540 мм;

– длина 1510 мм;

– диаметр 1465 мм;

– масса 580 кг;

– максимальный диаметр ротора 325 мм;

– максимальное число оборотов ротора 3500 об/мин;

– максимальная расчётная производительность по суспензии 6 м³/час;

– мощность двигателя привода 7 КВт.

Рассчитываем количество сушилок:

В сушилку поступает 74108,90 кг поливинилбутираля в сутки или 2087,87 кг поливинилбутираля в час.

Принимается сушилка непрерывного действия – аэрофонтанная.

Производительность – 1000 кг/час.

Необходимое количество сушилок, шт.:

2087,87 / 1000 = 2,09

Принимаем количество центрифуг – 2 аппарата.

Техническая характеристика аппарата:

– диаметр циклической камеры 1100 мм;

– расход воздуха 4000 м³/ч;

– расход тепла на испарение 1 кг влаги – 1000 ккал;

– скорость воздуха 0,8 м/сек.;