Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza
Upload



















































DIMENSIONAREA TEHNOLOGICA A REACTORULUI DE POLIMERIZARE

Chimie












ALTE DOCUMENTE

STĂRI DE AGREGARE
INTOXICAŢIA PROFESIONALĂ CU BENZEN C6H6
TOXICITATE
Cristalitatea polimerilor
Coroziunea si protectia metalelor si aliajelor impotriva coroziunii
Poluarea MEDIuLuI
Alcoolul metilic si alcoolul etilic
Amoniacul , NH3
Intr-un cazan de fierbere Huppmann combinat cu Whirlpool
Siliciul

 Dimensionarea tehnologica a reactorului de polimerizare



4.1. Dimensionarea geometrica a reactorului de polimerizare

Se considera un reactor cu capace semielipsoidale cu īnaltimea h, pentru care avem urmatoarele date: h/D = 1/4, H/D = 5/4 si un coeficient de umplere, φ = 0,75,

unde:    H = īnaltimea partii cilindrice;

            D = diametrul cilindrului.

·        Determinarea volumului amestecului de reactie, VAR

Densitatea amestecului de reactie se calculeaza cu relatia:

unde:                ρAPV = 1020 Kg/m3 - densitatea alcoolului polivinilic;

ρAPA = 998 Kg/m3 - densitatea apei;

ρAAc = 1048 Kg/m3 - densitatea acidului acetic;

ρAcV = 931,2 Kg/m3 - densitatea acetatului de vinil.

           

Masa amestecului de reactie este:

                        mAR = mAPV + mAPA + mAAc + mAcV

unde:                mAPV = 228,94 Kg alcool polivinilic

                        mAPA = 2449,99 Kg apa

                        mAAc = 50 Kg acid acetic

                        mAcV = 2289,38 Kg acetat de vinil

                        mAR = 228,94 + 2449,99 + 50 + 228,94                    21321d35v             mAR = 5018,31 Kg

Fractiile masice ale componentelor amestecului de reactie sunt:

                                       21321d35v      xAPV = 4,56 %

                                       21321d35v      xAPA = 48,82 %

                    21321d35v                     21321d35v      xAAc = 1 %

                                       21321d35v      xAcV = 45,62 %

                    21321d35v     ρAR = 967,4 Kg/m3

                    21321d35v                           VAR = 5,1874 m3

·        Determinarea volumului si a dimensiunilor reactorului

Volumul reactorului este:

                                  21321d35v      VR = 6,9165 m3

Cunoscānd volumul reactorului VR, se calculeaza dimensiunile reactorului stiind ca: h/D = 1/4 pentru capace si H/D = 5/4 pentru zona cilindrica.


 -  volumul cilindrului

 - volumul capacului

                    21321d35v               D = 1,77 m

                                      21321d35v                 H = 2,25 m

                                      21321d35v                 h = 0,45 m

Se standardizeaza dimensiunile reactorului: Di = 1,8 m; H = 2,25 m; h = 0,45 m.

Īn aceste conditii se poate calcula īnaltimea maxima pāna la care urca amestecul de reactie īn reactor, dupa adaugarea celei de-a treia portii de monomer. Īn functie de aceasta īnaltime se poate calcula īnaltimea mantalei, Hm.

                    21321d35v                         Hm = 2,025 m

Se alege īnaltimea mantalei ca fiind: Hm=2 m.

·        Determinarea īnaltimii pāna la care urca amestecul de reactie dupa adaugarea primei portii de monomer

Masa de acetat de vinil adaugata īn prima portie este:

                        21321d35v                  mAcV1 = 1144,69 Kg

Masa amestecului de reactie īn acest caz este:

mAR1 = mAPV + mAPA + mAAc + mAcV1

mAR1 = 228,94 + 2449,99 + 50 + 1144,69                 mAR1 = 3873,62 Kg

Fractiile masice ale componentelor amestecului sunt:

                                       21321d35v      xAPV = 5,91 %

                                       21321d35v      xAPA = 63,24 %

                                       21321d35v      xAAc = 1,3 %

                                      21321d35v      xAcV = 29,55 %           

Densitatea amestecului devine īn acest caz:

                    21321d35v    ρAR1 = 979,1 Kg/m3

Volumul amestecului de reactie este:

                     21321d35v                     21321d35v     VAR1 = 3,95 m3

Īnaltimea pāna la care urca amestecul de reactie īn partea cilindrica, dupa adaugarea primei portii de monomer se calculeaza din relatia:

           

unde īnaltimea īn zona cilindrica, HAR1 are expresia:

                                         HAR1 = 1,25 m

4.2. Calculul geometric al suprafetei de transfer termic

Se considera ca exista manta si la capacul semielipsoidal inferior, avānd loc transfer termic si īn aceasta zona. De asemenea, se considera ca prin agitare, lichidul mai urca īnca 10 % fata de restul amestecului, pe peretele reactorului.

Īn acest caz, īnaltimea cilindrului este:

                    21321d35v                       Hcil = 1,375 m

Aria de transfer a partii cilindrice este:

                            Acil = 7,77 m2

Aria laterala a capacului elipsoidal este ½ din aria laterala a paraboloidului de rotatie.

Īn cazul nostru, D = 4∙h, iar ecuatia unei astfel de curbe este:

de unde rezulta:



Aria laterala de rotatie este:

 

Aria capacului semielipsoidal este:

                         Acapac = 3,512 m2

Aria totala de transfer termic este:

Atot = Acil + Acapac=7,77 + 3,512                             21321d35v      Atot = 11,282 m2

4.3. Dimensionarea termica a reactorului

4.3.1. Calculul coeficientului de transfer termic la etapa de īncalzire a amestecului de reactie

Coeficientul total de transfer termic se determina cu relatia:

 (kcal/m2∙h·grd)

unde:    α1 - coeficientul partial de transfer de caldura prin convectie de la fluid la perete, 

                    (kcal/m2∙h∙grd);

            α2 - coeficientul partial de transfer de caldura prin convectie de la perete la fluid,

        (kcal/m2∙h∙grd);

            δp - grosimea peretelui, (m);

            λp - conductivitatea termica a peretelui, (kcal/m∙grd).

Pentru lichide īn recipiente cu agitator, se utilizeaza relatiile:

Criteriul Reynolds:

Criteriul Prandtl:

C - constanta, pentru manta C = 0,36, iar pentru serpentine C = 0,87;

m - exponent, pentru manta m = 0,66, iar pentru serpentine m = 0,62;

Di - diametrul interior al reactorului, (m);

n - turatia agitatorului, (rot/s);

dagit - diametrul agitatorului, (m);

η - viscozitatea lichidului la temperatura din reactor, (cP);

ηp - viscozitatea lichidului la temperatura peretelui, (cP);

ρ - densitatea lichidului, (Kg/m3);

λ - conductivitatea termica (W/m∙grd∙1,1626 = kcal/m∙h∙grd)

Caracteristicile amestecului de reactie la temperatura medie de reactie t = 43 ŗ C:

η = 10000 cP = 10000∙10-3 Kg/m∙s ;              ρ = 1020 Kg/m3;

cp = 0,75 kcal/Kg∙grd;                    21321d35v                  λ = 0,533 kcal/m∙h∙grd

Se propun urmatoarele date: dagit = 1,6 m; Di = 1,8 m; n = 1 rot/s si se considera ca: .

                    21321d35v                     21321d35v                     21321d35v     Re = 261,12

                    21321d35v                     21321d35v                    Pr = 50656,66

                    21321d35v                  Nu = 505,76

Coeficientul partial de transfer termic īn reactor este:

                    21321d35v                     21321d35v           α1 = 149,76 kcal/m2∙h∙grd

  • Coeficientul partial de transfer termic īn manta

Aria sectiunii inelare a mantalei prin care circula apa de racire este:

unde: Dme = 1,91 m - diametrul exterior al mantalei;

            Dmi = 1,81 m - diametrul interior al mantalei.

                    21321d35v                         21321d35v     Asm = 0,292 m2

Propunem viteza apei prin manta ca fiind:                    21321d35v   vapa,m = 0,01 m/s.

Debitul de apa prin manta se determina din relatia generala:

                                21321d35v          

                 Gapa = 10722,24 Kg/h

Temperatura peretelui este:

                            21321d35v     tp = 64 ŗ C

unde: tai - temperatura de intrare a apei īn manta, (grd);

            tae - temperatura de iesire a apei īn manta, (grd);

            tami - temperatura la intrare īn reactor, (grd);

            tame - temperatura de iesire din reactor, (grd).

Proprietatile apei la temperatura medie din manta (tm = 85 ŗ C) sunt:

η = 0,33045 cP = 0,33045∙10-3 Kg/m∙s

ρ = 973,55 Kg/m3

cp = 1,0028 kcal/Kg∙grd

λ = 0,581 kcal/m∙h∙grd

β = 6,65∙10-4 K-1, β - coeficient de dilatare cubica

Viteza de deplasare a apei prin manta este mica si se verifica daca se poate neglija convectia naturala.

unde: g - acceleratia gravitationala, g = 9,81 m/s2;

            hechiv - īnaltimea mantalei, hechiv = Hm + h, hechiv = 2 ,45 m;

            β - coeficinetul de dilatare cubica, (K-1);

ΔT - diferenta dintre temperatura peretelui si temperatura medie a fluidului, (grd).

                    21321d35v                     21321d35v                    ΔT = 21 ŗ C

                    21321d35v                 Gr = 17,49∙1012

                 

unde:  dechiv - diametrul echivalent al mantalei, (m).

dechiv = 1,91 - 1,81                    21321d35v                     21321d35v                     21321d35v         dechiv = 0,1 m

                    21321d35v                     21321d35v                     21321d35v Re = 294,61

Re > 2300 - avem regim de curgere laminar.

Un fenomen general īl constituie suprapunerea convectiei naturale peste cea fortata, de care, īn special la viteze mici, e bine sa se tina cont, si anume:

Gr > 0,3∙ (Re)2

Īn acest caz se propune calculul lui α2 īn ambele cazuri, convectie naturala si convectie fortata, alegānd pentru calculul ulterior valoarea cea mai mare.

Cazul 1 - Convectie naturala

Pentru fluide īn convectie naturala, īn spatii mari se recomanda formula generala:

Criteriul Prandtl este:

                                Pr = 2,053

Ne aflam īn cazul cilindrilor verticali si GrPr > 108, īn acest caz avem:

C = 0,129 si m = 1/3.

                    21321d35v                    Nu = 4255,81

Coeficientul partial de transfer termic la convectie naturala este:

                    21321d35v                      α2 = 1009,23 kcal/m2∙h∙grd

Cazul 2 - Convectie fortata




Pentru curgerea laminara (Re < 2300) se foloseste relatia lui Hansen:

unde:

                                       21321d35v    B = 24,68

                    21321d35v                Nu = 4,66

Coeficientul partial de transfer termic la convectie fortata este:

                    21321d35v                            α2 = 27,07 kcal/m2∙h∙grd

Se observa ca, īn cazul convectiei naturale s-a obtinut o valoare mai mare a coeficientului partial de transfer termic decāt īn cazul convectiei fortate, de aceea se va alege: α2 = 1009,23 kcal/m2∙h∙grd.

Presupunem reactorul din otel, cu urmatoarele caracteristici:

δp - grosimea peretelui, δp = 0,05 m;

λp - conductivitatea termica a otelului, λp = 46,5 kcal/m∙h∙grd.

Caracteristicile crustei sunt:

δcrusta - grosimea crustei, δcrusta = 0,001 m;

λcrusta - conductivitatea termica a crustei, λcrusta = 3 kcal/m∙h∙grd.

Coeficientul total de transfer termic devine:

                   K = 123,05 kcal/m2∙h∙grd

Caldura care se transfera de la apa de īncalzire la amestecul de reactie īntr-o ora este:

           

Intervalul de temperatura este:

                    21321d35v                     21321d35v       ΔT = 42 ŗ C               

                    21321d35v                     21321d35v        Q = 58306,5 kcal/h

Caldura necesara īncalzirii amestecului de reactie se determina cu relatia:        

ΔTm = t2 - t1 = 65 - 20                    21321d35v                  ΔTm = 45 ŗ C  

Amestecul de reactie:

mAcV = 2289,38 Kg                 mAPV = 228,94 Kg                  mAPǍ = 2499,99 Kg    

Caldurile specifice la ΔTam = 43 ŗ C:

- caldura specifica a acetatului de vinil:                    21321d35v       cp1 = 2101 J/Kg·grd;

- caldura specifica a alcoolului polivinilic:                      cp2 = 2177 J/Kg·grd;

- caldura specifica a apei:                     21321d35v                     21321d35v                  cp3 = 4182 J/Kg·grd.

Qam = 601125941,3 J                    21321d35v                   Qam = 143603,9 kcal

Timpul necesar īncalzirii amestecului de reactie este:

                                21321d35v                   t = 2,46 h

4.3.2. Etapa de polimerizare - preluarea caldurii de reactie

Polimerizarea acetatului de vinil este o reactie puternic exoterma, de aceea pentru prevenirea degajarii unei cantitati foarte mari de caldura ce ar fi dificil de preluat prin manta (deoarece rezulta o crestere importanta a temperaturii amestecului de reactie), acetatul de vinil se introduce īn trei portii. Īn prima portie se introduce 50 % din cantitatea de monomer, iar īn urmatoarele doua portii se introduc cāte 25 % din cantitatea totala de monomer.

Reactorul de polimerizare trebuie dimensionat astfel īncāt apa de racire din manta sa preia caldura degajata atunci cānd viteza de polimerizare devine maxima.

Presupunem ca o parte din caldura de polimerizare este preluata prin manta, restul caldurii fiind preluata prin condensator. Īn prima ora de polimerizare conversia acetatului de vinil introdus īn prima portie este de 60 %.

Cantitatea de caldura este:

unde: C = 60 % - conversia acetatului de vinil;

            qpol = 284 kcal/Kg - caldura specifica de polimerizare.

                    21321d35v                   Q1 = 195055,18 kcal

La adaugarea celorlalte doua portii de acetat de vinil, cantitatea acestora fiind mai mica rezulta ca si caldura degajata īn polimerizare va fi mai mica, deci dimensionarea termica a reactorului se va face numai pe prima portie de monomer.

Apa de racire se īncalzeste de la tia = 25 ŗ C pāna la tea = 35 ŗ C.

ΔTa = tea - tia = 35 - 25                    21321d35v                     21321d35v                      ΔTa = 10 ŗ C

Caldura specifica a apei la t = 30 ŗ C:

cpa = 4176 J/Kg∙grd                    21321d35v                     21321d35v                           cpa = 0,9976 kcal/Kg∙grd

Calculul coeficientului total de transfer termic

Transmiterea caldurii prin conductie si convectie se face conform urmatoarei scheme:

 

Coeficientul total de transfer termic este:

               (kcal/m2∙h·grd)

unde:    α1 - coeficientul partial de transfer de caldura prin convectie de la fluid la perete, 

(kcal/m2∙h∙grd);

            α2 - coeficientul partial de transfer de caldura prin convectie de la perete la fluid,

 (kcal/m2∙h∙grd);

            δp - grosimea peretelui (m);

            λp - conductivitatea termica a peretelui (kcal/m∙grd).

Propunem K = 110 kcal/m2∙h·grd si calculam cantitatea de caldura ce poate fi preluata prin manta:

                    21321d35v       ΔTm = 36 ŗ C

                               21321d35v                  Q1m = 44676,72 kcal/h

                    21321d35v                

  • Coeficientul partial de transfer termic īn reactor

Pentru lichide īn recipiente cu agitator, se utilizeaza relatiile:

Criteriul Reynolds:

Criteriul Prandtl:

C - constanta, pentru manta C = 0,36, iar pentru serpentine C = 0,87;

m - exponent, pentru manta m = 0,66, iar pentru serpentine m = 0,62;

Di - diametrul interior al reactorului, (m);

n - turatia agitatorului, (rot/s);

dagit - diametrul agitatorului, (m);

η - viscozitatea lichidului la temperatura din reactor, (cP);

ηp - viscozitatea lichidului la temperatura peretelui, (cP);

ρ - densitatea lichidului, (Kg/m3);

λ - conductivitatea termica (W/m∙grd∙(1,1626) = kcal/m∙h∙grd).

Caracteristicile amestecului de reactie la temperatura medie de reactie t = 70 ŗ C:

η = 10000 cP = 10000∙10-3 Kg/m∙s ;              ρ = 1020 Kg/m3;

cp = 0,75 kcal/Kg∙grd;                    21321d35v                   λ = 0,533 kcal/m∙h∙grd.

Se propun urmatoarele date: dagit = 1,6 m; Di = 1,8 m; n = 1 rot/s si se considera ca: .



                    21321d35v                     21321d35v                         Re = 261,12

                    21321d35v                     21321d35v                    Pr = 50656,66

                                21321d35v      Nu = 505,76

Coeficientul partial de transfer termic īn reactor este:

                    21321d35v                     21321d35v           α1 = 149,76 kcal/m2∙h∙grd

  • Coeficientul partial de transfer termic īn manta

Aria sectiunii inelare a mantalei prin care circula apa de racire este:

unde: Dme = 1,91 m - diametrul exterior al mantalei;

            Dmi = 1,81 m - diametrul interior al mantalei.

                    21321d35v                Asm = 0,292 m2

Cantitatea de apa necesara racirii amestecului de reactie se determina din relatia generala:

              

                    21321d35v                 mapa = 4481,11Kg     

Debitul de apa prin manta este:                    21321d35v                  Gapa = 4481,11 Kg/h.

Viteza apei prin manta este:

                    21321d35v   

                    21321d35v                      m/s      

Temperatura peretelui este:

                            tp = 48 ŗ C

unde: tai - temperatura de intrare a apei īn manta, (grd);

            tae - temperatura de iesire a apei īn manta, (grd);

            tR - temperatura īn reactor, (grd).

Proprietatile apei la temperatura medie din manta (tm = 30 ŗ C) sunt:

η = 0,7923 cP = 0,7923∙10-3 Kg/m∙s

ρ = 995,7 Kg/m3

cp = 0,9976 kcal/Kg∙grd

λ = 0,529 kcal/m∙h∙grd

β = 3∙10-4 K-1, β - coeficient de dilatare cubica

Viteza de deplasare a apei prin manta este mica si se verifica daca se poate neglija convectia naturala.

unde: g - acceleratia gravitationala, g = 9,81 m/s2;

            hechiv - īnaltimea mantalei, hechiv = Hm + h, hechiv = 2,45 m;

            β - coeficinetul de dilatare cubica, (K-1);

ΔT - diferenta dintre temperatura peretelui si temperatura medie a fluidului, (grd).

                    21321d35v                     21321d35v        ΔT = 18 ŗ C

                    21321d35v            Gr = 1,232∙1012

                 

unde:  dechiv - diametrul echivalent al mantalei, (m).

dechiv = 1,91 - 1,81                    21321d35v                     21321d35v                     21321d35v         dechiv = 0,1 m

                    21321d35v                     21321d35v                  Re = 540,39

Re > 2300, avem regim de curgere laminar.

Un fenomen general īl constituie suprapunerea convectiei naturale peste cea fortata, de care, īn special la viteze mici, e bine sa se tina cont, si anume:

Gr > 0,3∙ (Re)2

Īn acest caz se propune calculul lui α2 īn ambele cazuri, convectie naturala si convectie fortata, alegānd pentru calculul ulterior valoarea cea mai mare.

Cazul 1 - Convectie naturala

Pentru fluide īn convectie naturala, īn spatii mari se recomanda formula generala:

Criteriul Prandtl este:

                                 Pr = 5,379

Ne aflam īn cazul cilindrilor verticali si Gr·Pr > 108, īn acest caz avem:

C = 0,129 si m = 1/3

                    21321d35v                    Nu = 2423,04

Coeficientul partial de transfer termic la convectie naturala este:

                    21321d35v                     α2 = 523,18 kcal/m2∙h∙grd

Cazul 2 - Convectie fortata

Pentru curgerea laminara (Re < 2300) se foloseste relatia lui Hansen:

unde:

                                         B = 118,64

                    21321d35v               Nu = 7,89

Coeficientul partial de transfer termic la convectie fortata este:

                    21321d35v                           α2 = 41,73 kcal/m2∙h∙grd

Se observa ca, īn cazul convectiei naturale s-a obtinut o valoare mai mare a coeficientului partial de transfer termic decāt īn cazul convectiei fortate, de aceea se va alege: α2 = 523,18 kcal/m2∙h∙grd.

Presupunem reactorul din otel, cu urmatoarele caracteristici:

δp - grosimea peretelui, δp = 0,05 m;

λp - conductivitatea termica a otelului, λp = 46,5 kcal/m∙h∙grd.

Caracteristicile crustei sunt:

δcrusta - grosimea crustei, δcrusta = 0,001 m;

λcrusta - conductivitatea termica a crustei, λcrusta = 3 kcal/m∙h∙grd.

Coeficientul total de transfer termic devine:

                    21321d35v   K = 110,533 kcal/m2∙h∙grd

Caldura preluata de manta īntr-o ora de reactie este:

                    21321d35v         

                    21321d35v     

ΔTm = 35,76 ŗ C, se aproximeaza ΔTm = 36 ŗ C.

 kcal/h

Mantaua preia din caldura de reactie:

                     21321d35v                         21321d35v         x = 23 %

Condensatorul preia din caldura de reactie:

                              21321d35v                     21321d35v                     21321d35v   y = 77 %












Document Info


Accesari: 2982
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul
in pagina web a site-ului tau.




Coduri - Postale, caen, cor

Politica de confidentialitate

Copyright © Contact (SCRIGROUP Int. 2019 )