Характеристика основных факторов и методов мотивации персонала, и установление их влияния на работу коллектива отдельного предприятия
Для
нанесения хроморганических компонентов на силикатный носитель, активированный
диоксид кремния подают в смеситель, в который дозируют очищенный изопентан,
силилхромат и раствор диэтилалюминийэтоксида в изопентане либо раствор
хромоцена и тетрагидрофуран. Очищенный и высушенный катализатор в виде порошка
выгружают в емкость, из которой пневмотранспортом передают в реактор
полимеризации.
Применение
хроморганических катализаторов позволяет получать полиэтилен с плотностью
940-965кг/м3 как с узким, так и широким молекулярно-массовым
распределением, который перерабатывается в изделия всеми существующими
способами.
Полимеризация протекает
по ионно-координационному механизму.
Рост цепи осуществляется
по связи катализатор-углерод.
- СН2-СН2-Кт
+ п(С2 Н4) → (С2 Н4)п-СН2-СН2-Кт,
где
Кт-катализатор
Обрыв цепи осуществляется
за счет переноса реакции к водороду, а так же мономеру или сополимеру.
- (С2 Н4)п-СН2-СН2-Кт
+ Н2 → (С2Н4)п-СН2-СН3 +
Кт-Н
- (С2 Н4)п-СН2-СН2-Кт
+ СН2=СН2 → (С2 Н4)-СН=СН2
+ Кт-СН2-СН3
Для получения
гомополимера газофазным методом применяют катализатор «S-9» (хромоцен на
силикагеле).
Катализатор
"S-9" применяется для получения гомополимера. Показатель текучести
расплава (ПТР) гомополимера этилена регулируется изменением соотношения
водород/этилен. При увеличении соотношения увеличивается ПТР, плотность,
отношение потоков расплава (КСС).
При увеличении содержания
хрома в катализаторе ПТР так же возрастает, поэтому при замене катализатора с
низким содержанием хрома на катализатор с более высокой концентрацией хрома
необходимо заблаговременно начать понижать концентрацию водорода в
циркуляционном газе.
Получаемый полимер на
катализаторе "S-9" имеет узкий разброс ММР.
2.5 Расчет материального
баланса процесса производства полиэтилена марки 276
Концентрация реагентов в
процессе получения полиэтилена марки 276 приведена в таблице 2.3.
Таблица 2.3
Концентрация реагентов в
процессе получения полиэтилена марки 276.
Наименование
|
Концентрация, %(масс.)
|
Этилен и азот
|
99,81
|
Водород
|
0,03
|
Катализатор
|
0,03
|
Азот транспортировочный
|
0,13
|
Итого
|
100
|
Схема материальных
потоков представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 Схема
материальных потоков
1 стадия –полимеризация;
2 стадия –выгрузка продукта 1-я стадия; 3 стадия – выгрузка продукта 2-я
стадия; В – водород; В=0,32 кг; К – катализатор; К=0,32 кг; А – азот; А=1,38
кг; П1-П3 – потери на соответствующих стадиях; П1=1,4; П2=3%; П3=1,55%; Пр1-Пр3
– продукты на соответствующих стадиях; Пр3 готовый продукт; Пр3=1000 кг;
Расчет ведем с последней
стадии
3 стадия.
Количество продукта
полученного на второй стадии находим по формуле
Пр3 = Пр3 + П3; 100% = Пр3
+ 1,55%, отсюда следует что
Пр3 = 98,45%;
Пр3 = 1000 кг;
} П3 = 15,74 кг;
Пр2 = 1000 + 15,74 = 1015,74
кг;
2 стадия
Количество продукта
полученного на первой стадии находим по формуле
Пр1 = Пр2 + П2;
100% = Пр3 + 3%, отсюда
следует что
Пр2 = 97%;
Пр2 = 1015,74;
} П2 = 31,41 кг;
Пр1 = 1015,74+31,41 = 1047,15
кг;
2 стадия
Количество этилена и
азота находим по формуле
А + Э = Пр1-В-К-А + П1;
А + Э = 1047,15 - 0,32 - 0,32
- 1,38 + П1;
А + Э = 1045,13 + П1;
100% = 1045,13 + 1,4%;
} П1 = 14,84 кг;
А + Э = 1047,15 + 14,84 =
1059,97 кг;
Полученные результаты
сведем в таблицу 2.4.
Таблица 2.4
Материальный баланс
процесса получения полиэтилена в расчете на 1 тонну продукта
Приход
|
кг/т
|
Расход
|
кг/т
|
Этилен и азот
|
1059,97
|
Продукт
|
1000
|
Водород
|
0,32
|
Потери
|
|
Катализатор
|
0,32
|
П1
|
14,84
|
Азот транспортировочный
|
1,38
|
П2
|
31,41
|
|
|
П3
|
15,74
|
ИТОГО
|
1061,99
|
ИТОГО
|
1061,99
|
2.6 Расчет количества
сырья необходимого для выполнения суточной, часовой, годовой программ и расчет
количества оборудования [6]
Цель расчета - определить
количество сырья необходимого для выполнения суточной, часовой, годовой
программ и определить необходимое количество оборудования для производства
полиэтилена марки 276.
Исходные данные [2]
Годовая
производительность цеха = 198000 тонн/год;
Производительность
реактора = 8770 кг/час = 8,77 тонн/час;
Треж – режимный фонд
времени = 7600 часов = 317 дней;
Трем = 400 часов = 17
дней;
Расчет количества сырья
необходимого для выполнения суточной, часовой и годовой программ
Найдем суточную
производительность цеха по формуле
, тонн/сутки;
N – годовая производительность цеха;
Треж – режимный фонд
времени;
тонн/сутки;
Суточный расход сырья,
используемого для получения полиэтилена марки 276.
Этилен = 615,14*1,06 =
652,0484 тонн/сутки;
Водород = 615,14*0.00032
= 0,197 тонн/сутки;
Катализатор =
615,14*0.00032 =0,197 тонн/сутки;
Часовой расход сырья,
используемого для получения полиэтилена марки 276.
Этилен = 652,0484/24
=27,17 тонн/час;
Водород = 0,197/24
=0,0082 тонн/час;
Катализатор = 0.197/24 =
0.0082 тонн/час;
Годовой расход сырья,
используемого для получения полиэтилена марки 276.
Этилен = 198000*1,06 =
206700 тонн/год;
Водород = 198000*0.00032
= 62,4 тонн/год;
Катализатор =
198000*0.00032 = 62,4 тонн/год;
Результаты расчета сведем
в таблицу 2.5
Таблица 2.5
Наименование веществ
|
Расход, тонн
|
В сутки
|
В час
|
В год
|
Этилен
|
652,0484
|
27,17
|
206700
|
Водород
|
0,197
|
0,0082
|
62,4
|
Катализатор
|
0,197
|
0,0082
|
62,4
|
Расчет количества
оборудования
Определим необходимое
количество реакторов для производства полиэтилена марки 276 по формуле
, шт. [6 c.37];
Gс – суточная производительность цеха
по полиэтилену марки 276, тонн/сутки;
Gр – суточная производительность реактора,
тонн/час;
шт.;
или находим необходимое
количество реакторов по другой формуле
, шт. [6 c.37];
Q – коэффициент, показывающий какое
количество сырья проходит через данную стадию;
Gс – суточная производительность цеха,
кг/сутки;
К - коэффициент
использования оборудования
ссм – плотность
смеси веществ в аппарате, кг/м3;
Va – объем аппарата, м3;
ц – коэффициент
заполнения аппарата;
Найдем коэффициент
использования оборудования определяем по формуле
[6 с.37];
;
Va = 540 м3 [2];
Q = 1, т.к. все сырье загружается в
реактор;
ц = 1, т.к. в качестве
сырья используется газ;
Определим плотность смеси
веществ в реакторе.
В реакторе находиться
смесь состоящая на 99% из этилена, поэтому плотность смеси это плотность
этилена.
Плотность смеси
рассчитываем по формуле
, кг/м3 [6 с-13];
Р – давление, Па;
М – молекулярная масса,
кг/моль;
R – универсальная газовая постоянная;
T – температура, К;
Р = 20*105Па;
М = 28*10-3кг/моль;
R = 8,314 Дж/(кмоль*К);
T = 308 К;
кг/м3;
шт.;
Для производства
полиэтилена марки 276 необходим один реактор.
Определим необходимое
количество питателей для катализатора.
Q =0,053;
ссм = скат-ра
= 320 кг/м3;
Va = 0.8 м3;
ц = 0,95;
Подставляем необходимые
значения в формулу и определяем количество питателей для катализатора.
шт.;
Для производства
полиэтилена марки 276 необходимо два питателя для катализатора.
Определим необходимое
количество емкостей для выгрузки продукта по формуле подставив туда необходимые
данные.
Q = 0,85;
ссм = сПЭ
= 963 кг/м3;
Va = 4,2 м3;
ц = 0,95;
шт.;
Для производства
полиэтилена марки 276 необходимо две емкости для выгрузки продукта.
2.7
Тепловой расчет [7]
Цель:
Определить количество подводимого тепла, а также рассчитать необходимую
поверхность теплообмена холодильника.
Исходные
данные для расчета:
Количество
исходных газов (этилен и бутен-1), поступающих в реактор складывается из
следующих значений: mэт = 260000 кг/ч = 72,22 кг/с и mбут =
6240 кг/ч = 1,73 кг/с, количество их на выходе из реактора с учетом пошедших
газов на получение полиэтилена (см. материальный баланс):
mэт
= 65,50 кг/с; mбут = 1,597 кг/с.
Тепловой
баланс процесса полимеризации имеет следующий вид:
Q1
= Q2 + Q3 + Qпот – Q4 ,
где Q1–
количество тепла, подводимое с циркуляционным газом, кДж/с;
Q2–
количество тепла, уходящее с полиэтиленом при выгрузке, кДж/с;
Q3–
количество тепла, уносимое с циркуляционным газом, кДж/с;
Q4
– тепловой эффект реакции, кДж/с;
Qпот
– потери тепла в окружающую среду, кДж/с.
Количество
тепла, приходящее с циркуляционным газом, определяется формуле:
Q1
= ∑Gi•Ci•tЦГ ,
где Gi
- секундный расход газов, входящих в циркуляционный газ:
Gэт
= 72,22кг/с – секундный расход этилена;
Gбут
= 1,73кг/с – секундный расход бутена-1;
Ci
– теплоемкость газов:
Сэт
= 1,92 кДж/кг•град – этилена;
Сбут
= 1,90 кДж/кг•град – бутена-1;
tЦГ
= 363 К – температура циркуляционного газа на входе в реактор.
Количество
тепла, приходящее с этиленом:
Q3
эт = 72,22• 1,92 •363 = 50334,45 кДж/сек,
с
бутеном: Q3 бут-1 = 1,73• 1,90• 363 = 1193,20 кДж/сек
Всего
газом приходит:
Q3
= Q3 эт + Q3 бут-1 = 51527,63 кДж/сек
Количество
тепла, уходящего в окружающую среду Qпот принимаем равным 3% от
теплового эффекта реакции [6]:
Qпот
=3% • Q4
Тогда
тепловой баланс приобретает следующий вид:
Q1
= Q2 + Q3 – 0,97Q4
Тепловой
эффект реакции определяется по формуле [8]:
Q4
= Gпэ •qР ,
где Gпэ
= 6,85кг/сек – секундная производительность по полиэтилену;
qР
= 345 кДж/кг – тепловой эффект реакции полимеризации [2].
Q4
= 6,85•345 = 2363,25 кДж/с
Qпот
= 0,03 •2363,25 = 70, 9 кДж/сек
Количество
тепла, уходящее с полиэтиленом при выгрузке определяется [4], пренебрегая
количеством тепла, уносимым порошком вместе с газом, т.к. его количество очень
мало:
Q2
= Gпэ•Cпэ•tпэ ,
где Gпэ
= 6,85 кг/с – секундная производительность по полиэтилену;
Cпэ
= 2,01 кДж/кг•град – теплоемкость порошка полиэтилена [9];
tпэ
– температура выгружаемого порошка полиэтилена
Q2
= 6,85•2,01•373 = 5135,65 кДж/с.
Количество
тепла, уносимое с циркуляционным газом, также определяется формулой:
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
Приход
|
Расход
|
Наименование тепловых
потоков
|
Количество,
кДж/с
|
Наименование тепловых
потоков
|
Количество,
кДж/с
|
Тепло с циркуляционным
газом
|
51527,63
|
Тепло с полимером
|
5135,65
|
Тепловой эффект реакции
|
2363,25
|
Тепло с циркуляционным
газом
|
48684,33
|
|
|
Потери тепла
|
70,9
|
Итого:
|
53890,88
|
Итого:
|
53890,88
|
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;
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
|