.

Автоматизація технологічного процесу полімерізації вінілхлориду (реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 2031
Скачать документ

Реферат на тему:

Автоматизація технологічного процесу полімерізації вінілхлориду

1. Аналіз технологічного процесу полімерізації вінілхлориду як об’єкту
автоматизації

1.1 Аналіз світового досвіду ведення процесу полімеризації вінілхлориду

Найбільш розповсюдженими промисловими процесами полімеризації
вінілхлориду є полімеризація вінілхлориду в масі, суспензії латекса
(емульсійна) полімеризація.

При полімеризації в масі рідкого мономера, в якому попередньо
розчиняється невелика кількість ініціатора внаслідок нерозчинності
полімера в мономері, тверда фаза починає утворюватись на самому початку
процесу.

З цим і пов’язані великі труднощі при відводі тепла реакції, так як із
збільшенням степені перетворення вінилхлориду поступово зникає рідка
фаза.

Довгий час емульсійна полімеризація була єдиним методом отримання
полівінілхлориду. Проте після впровадження суспензійного способу, темпи
росту виробництва емульсійного полівінілхлориду знизились.

Недоліком емульсійної полімеризації є високий вміст домішок в готовому
продукті, порівняно з суспензійною полімеризацією. Проте великою
перевагою полімеризації в емульсії є можливість здійснювати її
неперервним способом і легко відводити тепло реакції.

1.2 Призначення, суть і хімізм процесу полімеризації

Процес полімеризації вінілхлориду призначений для отримання
термопластичного металу – полівінілхлориду, який використовується для
виготовлення виробів металів пресування, лиття під тиском.

Суть процесу полягає в змішуванні двох речовин: емульсійної води і
рідкого вінілхлориду в реакторі-полімеризаторі, внаслідок чого проходить
екзотермічна реакція і утворюється латекс полівінілхлориду, який
підлягає дегазації і сушці до утворення готового продукту.

Реакція полімеризації проходить в реакторі в два етапи. В верхній
частині реактора змішуються неперервно емульсійна вода, рідкий
вінілхлорид і реакційна маса. Тут проходить початок реакції – зародження
ланцюгів і ріст радикалів.

R-CH2-CHCl + CH2 = CHCl ? R-CH2-CHCl-CH2-CHCl;

R-CH2-CHCl-CH2-CHCl + nCH2 = CHCl ?

? R-(CH2-CHCl)n+1-CH2-CHCl, (1.1)

де n – степінь полімеризації.

KSO4 + CH2 = CHCl-KSO4-CH3-CHCl + CH2 = CHCl-, (1.2)

KSO4 + CH2 = CHCl-CH2-CHCl + CH2 = CHCl- і т.д.

Продовження реакції – обрив ланцюга.

– диспропорціонування

R-(CH2-CHCl)n-CH3-CHCl + CHCl-CH2-(CHCl-CH2)n-R ?

? R-(CH2-CHCl)n-CH = CHCl + ClH2C-CH2-(CHCl-CH2)m-R, (1.3)

– рекомбінація

R-(CH2-CHCl)n-CH2-CHCl + CHCl-CH2-(CHCl-CH2-)m-R ?

? R(CH2-CHCl)n-1-(CHCl-CH2-)m-1-R. (1.4)

В нижній частині проходить полімеризація до більш глибоких степенів
перетворення від 84% до 96% в залежності від марки полівінхлориду, яка
випускається. Кількість латекса, що виводиться з реактора повинна
приблизно відповідати сумарній кількості вінілхлориду і водяної
емульсії, які поступають в реактор.

1.3 Характеристика сировини і одержуваних продуктів

Вихідними продуктами для виробництва полівінілхлориду є рідкий
вінілхлорид і вода.

Вінілхлорид (CH2 = CHCl) – білі пластинки, легкорозчинні у воді.

Емульсійна вода – це суміш емульсатора (пероксид водню). За фізичним
впливом аналогічна дії слабкого мильного розчину.

В результаті полімеризації ми отримуєм латекс полівінілхлориду – суміш
білого кольору. Після дегазації, стабілізації і сушки виходить готовий
продукт – полівінілхлорид (-CH2-CHCL-)n.

Емульсійний полівінілхлорид – білий порошок без видимих домішок,
нерозчинний у воді, без смаку і запаху. Він стійкий до дії кислот,
лугів, спиртів, мінеральних масел; набухає і розчиняється в ефірі
хлорованих і ароматичних вуглеводнях.

Зведена технічна характеристика сировини, проміжного і готового
продуктів приведена в таблиці А.1.1 (додаток А.1).

В залежності від призначення полівінілхлориду встановлені такі марки:
ПВХ-Е74П, ПВХ-Е70П, ПВХ-Е66, ПВХ-Е66П, ПВХ-Е62, ПВХ-Е58, ПВХ-Е54,
“Вологовініл Е-62П”, “Вологовініл Е-66П”.

1.4 Аналіз технологічної схеми процесу і технічна характеристика
обладнання

Процес латексної полімеризації вінілхлориду включає в себе такі стадії:

– полімеризація вінілхлориду;

– дегазація латексу полівінілхлориду;

– стабілізація.

Розглянемо детальніше ці стадії.

Рідкий вінілхлорид з температурою 15…25 °С поступає на полімеризацію,
попередньо підігріваючись в теплообміннику Т-1 гарячою парою до
температури 40 °С. Полімеризація проводиться в реакторі-полімеризаторі
Р-1, в який безперервно подаються емульсійна вода (88.8?10-6 …
105.5?10-6 м3/с) і рідкий вінілхлорид (80.5?10-6 … 105.5?10-6 м3/с),
залежно від марки полівінілхлориду.

Полімеризація відбувається при перемішуванні лопасною мішалкою. Число
обертів мішалки 28…174 об/хв.

Відвід тепла реакції полімеризації здійснюється циркуляційною водою з
температурою 6 °С, яка подається в кожух охолодження реактора. Залишки
води із системи охолодження реактора повертаються через перелив в
проміжну ємність П/Е-1 і насосом Н-1 перекачуються на холодильну
установку.

Латекс полівінілхлориду після реактора підлягає дегазації для виділення
незаполімеризованого вінілхлориду в вертикальних циліндричних апаратах –
дегазаторах. Верхня частина колони (дегазатор Д-1) має пластмасові
пластини для збільшення площі дотику. Завдяки вакууму 53.2 … 66.5 кПа,
який створює парожектор Е-1, із латекса виділяється незаполімеризований
вінілхлорид і через нижню частину дегазатора подається на рекуперацію.

Дегазований латекс із дегазатора стікає в горизонтальну ємність П/Е-2
для стабілізації, обладнану хрестовидною мішалкою. Стабілізація
проводиться неперервно п’ятипроцентним розчином калцінованої соди. При
заповненні ємності стабілізований латекс з центробіжним насосом Н-2
подається на сушку з подальшою сепарацією готового продукту.

Технологічна схема установки полімеризації вінілхлориду наведена на
рисунку А.2.1 (додаток А.2), а технічна характеристика технологічного
обладнання – в таблиці А.3.1 (додаток А.3).

1.5 Вибір параметрів контролю і регулювання

Оптимальний процес полімеризації в реакторі протікає при дотриманні
певних параметрів в межах норми. Основними параметрами регулювання, які
забезпечують вихід полівінілхлориду заданої якості є температура в
реакторі (від 40 °С до 60 °С), кількість емульсійної води і
вінілхлориду, які поступають в реактор.

Пониження температури сприяє протіканню енергетично більш вигідної
лінійної полімеризації вінілхлориду, що пояснюється меншою енергією
активації реакції росту ланцюга, порівняно з реакцією передачі ланцюга
(згідно [9]). При цьому степінь розгалуженості зменшується. Оптимальна
температура в реакторі регулюється кількістю холодної води, яка поступає
в кожух охолодження реактора.

Для прискорення початку реакції в реактор подається вінілхлорид з
температурою 40 °С, попередньо підігрітий в теплообміннику Т-1, де
температура регулюється кількістю гарячої пари.

В залежності від витрати емульсійної води і рідкого вінілхлориду
змінюється концентрація реакційної маси, а отже понижується або
підвищуються показники якості готової продукції. Тому співвідношення між
цими компонентами підтримується зміною кількості емульсійної води.

Для прискорення швидкості реакції, згідно [13], збільшують тиск в
реакторі до 0.9 МПа. Регулювання відбувається зміною степені відкриття
клапана на виході газового компоненту реакції.

Оскільки в реакторі реакція проходить в два етапи, причому в нижній
частині полімеризація відбувається до більш високих рівнів, то рівень
реакційної маси повинен бути в межах від 6.35 м до 6.55 м. Цю величину
підтримують шляхом зміни відкриття клапана на виході з реактора латексу
полівінілхлориду.

Так як в реакторній масі міститься певна кількість незаполімеризованого
вінілхлориду, то для його видалення створюють розрідження від 53.2 кПа
до 66.5 кПа в дегазаторі Д-1. Підвищення тиску приводить до погіршення
якості латексу за рахунок вмісту незаполімеризованого вінілхлориду.
Розрідження в дегазаторі регулюється зміною степені відкриття клапана на
лінії відбору газової суміші пароежектором Е-1.

Ще одним параметром, який впливає на якість готового продукту є
кількість содового розчину, який поступає в стабілізаційну ємність
П/Е-2. В залежності від марки полівінілхлориду ця величина становить від
30.5?10-6 м3/с до 38.8?10-6 м3/с. Витрата содового розчину регулюється
шляхом зміни степені закриття регулюючого органу на трубопроводі подачі
содового розчину в залежності від кількості латексу, що поступає на
стабілізацію.

Крім цього в стабілізаційній ємності передбаченно регулювання рівня
латексу. При заповненні ємності насосом Н-2 продукт подається на сушку.

Регулювання рівня води використовується і в ємності П/Е-1 шляхом
включення (виключення) насосу Н-1.

В дегазаторі Д-1 рівень регулюється за допомогою регулюючого органу,
встановленого на лінії виходу латексу з апарату.

Системою автоматизації передбачено також контроль таких параметрів, як
тиск пари, що поступає в теплообмінник; температура вінілхлориду на
вході і виході теплообмінника; температура емульсійної води на вході в
реактор; температура охолоджуючої води в кожусі охолодження. Крім цих
величин контролюється тиск латексу в трубопроводі після реактора,
температура в дегазаторі, витрата латексу в трубопроводі після ємності
П/Е-2.

Системою сигналізації передбачена сигналізація температури і тиску в
реакторі, а також рівнів в усіх апаратах.

Значення параметрів контролю і регулювання приведені в таблиці А.4.1
(додаток А.4).

1.6 Розрахунок реактора полімеризації

1.6.1 Наближений розрахунок

Розрахунок полімеризатора проведемо, використовуючи методику, наведену
в [16].

Попередній розрахунок.

Визначимо робочий об’єм реактора:

,

– продуктивність лінії полімеризаторів, кг/с;

– час полімеризації, с;

– густина реакційного середовища, кг/м3;

– концентрація мономеру в вихідному продукті, мас. частки;

– степінь перетворення мономеру на виході з полімеризатора.

м3;

Потік тепла, яке виділяється при проведенні реакції визначається:

,

– питома теплота реакції, Дж/кг;

– степінь перетворення мономера на вході в полімеризатор.

Вт.

Визначимо тепловий потік, який витрачається на нагрів вихідних
продуктів.

,

– питома масова ізобарна теплоємність реакційного середовища,
Дж/(кг?°С);

– температура середовища, °С;

– температура компонентів, які поступають в реактор, °С.

Вт.

Визначимо потужність, яка втрачається на перемішування (орієнтовно).

;

Вт.

Тепловий потік, який відводиться через теплопередаючі поверхні
орієнтовно визначається:

;

Вт.

:

,

– середня температура холодоагенту, °С,

Вт/(м?с).

В залежності від продуктивності часу полімеризації, питомої теплоти
реакції, теплофізичних властивостей реакційного середовища,
температурного напору, на теплопередаючих поверхнях полімеризатора.

.

1.6.2 Уточнений розрахунок

Приймемо динамічну в’язкість і густину реакційного середовища по
кінцевій концентрації полімера в апараті.

При заданому часі гомогенізації частота обертання перемішуючого
пристрою визначається з умови отримання необхідного коефіцієнту
теплопередачі.

Визначаємо об’єм полімеризатора.

,

– кількість полімеризаторів в каскаді.

м.

Внутрішній діаметр апарату:

;

м.

 м.

Поверхня теплообміну полімеризатора приймається конструктивно:

м2.

Визначимо тепловий потік, який відводиться через теплопередаючі
поверхі:

;

 Вт.

Коефіцієнт теплопередачі необхідний для відводу тепла реакції
визначається:

;

Вт/(м?°С).

Обчислимо частоту обертання перемішуючого пристрою:

,

с. Тоді

об/с.

Визначаєм критерій Рейнольдса за формулою:

,

– динамічна в’язкість реакційного середовища, Па?с.

.

Обчислюємо критерій Прандтля:

,

– коефіцієнт теплопровідності реакційного середовища, Вт/(м?°С)

.

< 104,,..Тепер визначимо коефіцієнт тепловіддачі від холодоагента до експлуатаційної поверхні, °С..Визначаєм потужність, яка витрачається на перемішування:,.Вт.По отриманих результатах розрахунків вибираємо:– полімеризатор об’ємом 12 м3;– внутрішній діаметр – 1.6 м;– зовнішній діаметр – 1.9 м;– поверхня теплообміну – 32 м2;– лопасна мішалка діаметром 1.12 м;– число обертів – 28 об/с;– двигун потужністю – 4.4 кВт з числом обертів 1440 об/хв.Розрахунок реактора зроблено також на ЕОМ. Програма розрахунку приведена в додатку А.5.Висновки до розділуВ даному розділі проведено аналіз і дано порівняльну характеристику методам і способам полімерізації вінілхлориду, описано технологічний процес виробництва ПВХ в умовах ЗАТ “Лукор” м. Калуша. Подано хімізм процесу полімеризації і характеристику сировини, проміжного та готового продуктів.Зроблено опис технологічного обладнання, яке використовується в процесі полімеризації і технічні характеристики зведено в таблицю А.3.1. Також вибрано параметри контролю та регулювання виробництва з обгрунтуванням впливу їх зміни на хід процесу і значення параметрів зведено в таблицю А.4.1. Це полегшить створення функціональної схеми автоматизації процесу і вибір приладів контролю і регулювання.Розраховано реактор полімеризації. Для розрахунку розроблено програму наведену в додатку А.5.Додаток А.1Таблиця А.1.1 – Характеристика сировини проміжного і готового продуктівРечовина Показники обовяз’кові для перевірки перед використанням в промисловостіРідкий вінілхлорид Вміст вінілхлориду, не менше 99,97%Вміст ацетилену, не більше 0.0002%пропілена 0,0004%етилену 0,0002%ізобутану 0,0002%1.3-бутадієна 0,001%хлорметила 0,008%хлоретилена 0,0003%моновінілацетилена 0,0005%соляної кислоти 0,0001%заліза 0,0001%води 0,012%Густина при 25 °С – 901,4 кг/м3Тиск парів при 46 °С – 722,7 кПаТемпература замерзання мінус 153,7 °СПитома теплоємність при 25 °С – 0,38 ккал/град.Критична температура – 150,4 °СКритичний тиск – 5,5 МПаЕмульсійна вода Прозорість не менше 0,7 мВміст ініціатора 1,5 кг/м3Емульгатора від 2,5 кг/м3 до 3,2 кг/м3K2S2O2 від 0,3 кг/м3 до 0,6 кг/м3PH становить від 10 до 11Латекс полівінілхлориду Густина при 20 °С від 0,1120 кг/м3 до 0,1160 кг/м3Вміст сухої речовини від 36% об. до 50% об.Соди не більше 0,4%Вологи 0,1%Їдкого натру 0,1%Заліза 0,05%PH становить від 8 до 9Полівінілхлорид Густина від 1000 кг/м3 до 1500 кг/м3Константа Фікентгера – від 50 до 78Молекулярна маса від 50000 до 140000Додаток А.3Таблиця А.3.1 – Технічна характеристика технологічного обладнанняНазва обладнання Матеріал Технічна характеристика Основні габаритиРеактор полімеризації Сталь, емаль Вертикальний циліндричний апарат з привареним сферичним днищем і сферичною кришкою, емальований з середини. Поверхня теплообміну кожуха охолодження 32 м2. Обладнаний лопасною мішалкою з приводом від електродвигуна типу КР132.2/4, потужнісю 4,4 кВт і числом обертів 1440 об/хв. Робочий тиск в апараті від 0,55 МПа до 0,9 МПа, в кожусі охолодження 0,3 МПа.Робоча температура в апараті від 40 °С до 60 °С, в кожусі охолодження від 6 °С до 90 °С. D=1,8 мH=9,8 мVап=12 м3Vкож=2,6 м3Дегазатор Д-1 Сталь, емаль Вертикальний циліндричний апарат з привареним сферичним днищем, емальований зсередини, має ПВХ-каскад. Маса – 6,9 т. Робочий тиск – вакуум. Робоча температура – 30 °С. D=2 мH=5,95 мV=12,5 м3Проміжна ємність П/Е-1 Сталь Горизонтальна циліндрична ємність з привареними кришками. Маса 4,6 т. Робоча температура від 6 °С до 90 °С. D=2,8 мІ=5,1 мV=25 м3Проміжна ємність П/Е-2 Сталь Горизонтальний циліндричний апарат з привареними сферичними кришками, гумований зсередини. Маса – 2,6 т. Робоча температура – 25 °С. Обладнана хрестовидною мішалкою з приводом від електродвигуна типу КРА 132,3, потужність 6,0 кВт, з числом обертів 1445 об/хв, масою 6,05 т. D=2 мІ=3,95 мV=10 м3Парожектор Е-1 Латунь Л-68 Марка ХЗ-11-90. Тиск всмоктування 90,6 кПа. Витрата охолоджуючої води 50 м3/год. Витрата пари 90 кг/год. Маса апарату без води 428 кг; при заповненні водою і парогазовою сумішшю 600 кгПродовження таблиці А.3.1Теплообмінник Т-1 Сталь Горизонтальний апарат здвоєний з плаваючою головкою. Ємність міжтрубного простору 3,8 м3, ємність трубного простору 1,69 м. Максимальна температура в міжтрубному просторі 140 °С D=0,724 мІ=6,9 мЦентробіжний насос Н-1 Сірий чавун, сталь Марки КРЦ200/450.3. Продуктивність 400 м3/год, напір 45 м, маса 1,71 т. Електродвигун типу КР-280.2/4 потужністю 80 кВт, з числом обертів 1465 об/хвЦентробіжний насос Н-1 Сталь, епоксидна смола Марки КРД1-40/180.Продуктивність 10 м3/год.Напір 20 м, маса 0,2 т. Робоча температура 20 °С. Електродвигун типу КРАО1232/4, потужністю 6 кВт, з числом обертів 2910 об/хвДодаток А.4Таблиця А.4.1 – Значення параметрів контролю і регулюванняНазва параметру Номер позиції на ФСА Межі коливання СередовищеТемпература ВХ на вході в теплообмінник 2 15 °С – 25 °С ЛужнеТемпература ВХ на виході з теплообмінника 1 35 °С – 45 °С ЛужнеТиск водяної пари в трубопроводі на вході в теплообмінник 8 0,2 МПа – 0,3 МПа НейтральнеВитрата водяної пари в трубопроводі на вході в теплообмінник 15 0,4 м3/с – 0,6 м3/с НейтральнеВитрата емульсійної води на вході в реактор 11 від 88,8Е-6 м3/сдо 10,5Е-6 м3/с ЛужнеВитрата ВХ на вході в реактор 12 від 88,8Е-6 м3/сдо 105,5Е-6 м3/сТемпература емульсіної води на вході в реактор 6 40 °С – 50 °С ЛужнеТемпература в реакторі 4 40 °С – 60 °С ЛужнеТемпература в кожусі охолодження 3-а 6 °С – 60 °С НейтральнеТиск в реакторіРівень в реакторі 817 0,55 МПа – 0,9 МПа6,35 м – 6,55 м ЛужнеЛужне

Похожие документы
Обсуждение
    Заказать реферат
    UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019