1.2 Обоснование выбора способа производства

Существуют три способа организации производства: непрерывный, периодический, полунепрерывный.

При непрерывном способе производства схема состоит из аппаратов непрерывного действия, в поперечном сечении которых свойства веществ не меняются, их превращение наблюдается по длине процессов. Этот способ целесообразно применять при крупнотоннажных производствах.

Достоинства:

- высокая производительность;

- высокий уровень механизации и автоматизации;

- высокое качество продукта;

- относительно невысокие потери сырья;

- малая доля вспомогательного оборудования;

- стабильное качество продукта.

Недостатки:

- дорогое оборудование;

-сложность переналадки на выпуск другой родственной продукции.

При периодическом способе производства технологическая схема состоит из аппаратов периодического действия. В этом случае сырье по пути превращения в готовый продукт проходит последовательно несколько аппаратов, в которых за счет активного перемешивания создается «режим идеального вытеснения». Данный способ применим для малотоннажных производств.

Достоинства:

- относительно невысокая стоимость оборудования;

- простота оборудования;

-легкость переналадки на выпуск другой родственной продукции, пользующейся спросом.

Недостатки:

- высокая стоимость готовой продукции;

- высокая доля вспомогательного оборудования;

- нестабильное качество продукта от партии к партии;

- большие потери.

Поскольку производство является малотоннажным и технология предусматривает множество дополнительных операций (отгонку эпихлоргидрина, толуола, фильтрацию и др.), то целесообразно выбрать периодическую схему организации производства.

1.3 Выбор аппаратурного оформления

Основными критериями, определяющими выбор конструкции реактора для проведения синтеза, являются способ производства (периодический или непрерывный), его температурный режим, вязкость и фазовое состояние реакционной массы (гомогенная, гетерогенная). Для проведения периодических процессов применяются вертикальные цилиндрические аппараты со сферическими или эллиптическими днищами и крышками.

К периодически действующим реакторам смешения, предъявляется ряд требований:

1. Достаточно хорошее перемешивание реакционной массы при условии максимальной интенсивности процесса теплообмена.

2. Наличие смотрового люка и светового фонаря для наблюдения за состоянием реакционной смеси в процессе и осмотра внутренних частей реактора.

В соответствии с выбранной схемой производства выбираем вертикальный цилиндрический реактор с эллиптическим днищем и сферической крышкой.

Поскольку реакционная среда в аппарате является коррозионно-активной, то реактор должен быть изговлен из коррозионно-стойкой стали. Для снижения стоимости, реактор выполняем из двухслойной стали – сталь Ст3, плакированная хромово-никелево-молибденовой сталью Х17Н13М2Т.[6]

1.4 Выбор способа обогрева

В зависимости от типа полимера температура синтеза в основном может быть в пределах 30-300 °С. Обогрев может производиться 3 способами:

А) Обогрев продуктами сгорания топлива

Б) Обогрев теплоносителями

В) Электрообогрев

А) Обогрев продуктами сгорания топлива

В качестве топлива применяют твердое топливо (уголь, торф) и жидкое (мазут).

Топливо сжигают в выносных топках, в результате образуются дымовые газы, которые и обогревают реактор. Газообразное топливо сжигают непосредственно под днищем реактора через небольшие тарелки (огневой обогрев), но коэффициент полезного действия (КПД) очень низкий и варьируется в пределах:

КПД (твердое) = 15%

КПД (жидкое) = 30%

КПД (газообразное) = 60%

Недостатки:

- Низкий КПД

- Достаточно высокая пожаро- и взрывоопасность

- Проблемы с охлаждением

Б) Обогрев теплоносителями

В качестве теплоносителя используются:

- Горячая вода (нагревает реакционную массу до 80-85 °С)

- Водяной пар – доступный и относительно дешевый теплоноситель, имеющий высокий коэффициент теплоотдачи, равный 5000-10000 Вт/м2К

- Высокотемпературный органические теплоносители (ВОТ) – дифенильная смесь, кремнийорганическая жидкость, минеральное масло.

Дифенильная смесь (ДФС) представляет собой смесь дифенила и дифенилового эфира.

Особенности ДФС:

- применяется как в жидком виде, так и в парообразном

- давление паров ДФС в 30-35 раз меньше, чем давление водяного пара

-при 320°С ДФС может эксплуатироваться несколько лет. При температуре 350°С – до года. Критерием оценки срока эксплуатации является накопление в ДФС продуктов разложения в размере 10%.

Достоинства обогрева жидкой ДФС:

- Время нагрева и охлаждения значительно меньше по сравнению с электроиндукционным обогревом за счет использования качественной теплопередающей поверхности змеевиков;

- Возможность тонкого регулирования температуры, что обеспечивает высокое качество полимера;

- Более низкая стоимость по сравнению с электроиндукционным обогревом (если нагревают ДФС дымовыми газами сгорания мазута)

- Не коррозирует конструкционные стали

Недостатки:

- Жидкий ДС очень легко проникает через места уплотнения (фланцевые соединения трубопроводов, запорные арматуры, сальниковые уплотнители и т.д.). Это вызывает необходимость применения сложных коммуникаций и запорных устройств для обеспечения герметичности

- Пары ДФС токсичны (раздражают слизистую)

- Пожароопасность при высоких температурах.

В качестве ВОТ наибольшее применение получили кремнийорганические жидкости. Данный теплоноситель представляет собой полидиметилсилоксановый олигомер, модифицированный специальными добавками, повышающими устойчивость к пиролизу и окислению.

Достоинства:

- пожаробезопасен;

- сохраняет низкую вязкость в условиях крайне низких температур

(до минус 50 оС);

- не токсичен, не включен в список опасных веществ;

- безопасен для окружающей среды;

- стабилен по тепловым характеристикам;

- не обладает коррозионной активностью;

- не имеет запаха;

- химически инертен, взрывобезопасен, является трудногорючим.

Недостатки:

- при повышенных температурах чувствителен к химическим загрязнениям( кислотами, основаниями, кислородом и др.).

При обогреве теплоносителями возможны различные конструкции теплопередающих поверхностей:

а) для обогрева парами применяются гладкие рубашки.

Если по технологии предусмотрена ступенчатая загрузка веществ, то рубашка выполняется секционированной;

б) при обогреве жидкими теплоносителями гладкие рубашки непригодны, поскольку имеют большое сечение, что не позволяет обеспечить нужную скорость протекания жидкого теплоносителя. Следовательно, коэффициент теплоотдачи будет иметь небольшое значение.

Для жидких теплоносителей применяют профильные конструкции в виде труб, полутруб, или уголков.

в) Внутренние змеевики – применяются как для обогрева парами, так и жидкими теплоносителями;

В) Электроиндукционный обогрев

Принцип работы - реактор помещают в индуктор, представляющий катушку с намотанным изолированным медным проводом. На катушки подают переменный электрический ток, в результате возникает переменное магнитное поле, которое пронизывает стенки реактора. Согласно закону электромагнитной индукции, в стенках реактора наводятся вторичные токи (токи Фуко), которые и нагревают стенки реактора. Таким образом, данное устройство по сути является трансформатором, где первичная обмотки – индуктор, а вторичная обмотка – корпус реактора.

Достоинства:

- высокий КПД = 90%

-низкий перепад температур между стенками реактора и реакционной массой (5-8°С в стационарном режиме)

- тонкая регулировка благодаря небольшой температурной инерции, что благоприятно сказывается на свойствах полимеров

- возможность осуществления управления температурным режимом с дистанционного пульта

- относительная простота

Недостатки:

- дороговизна электроэнергии.

Комбинированный обогрев применяют с целью экономии энергии. До 120°С нагревают водяным паром через внутренний змеевик, а затем включают электроиндукционный обогрев.

Устройство электроиндукционного нагревателя должно удовлетворять требованиям правил устройства электрооборудования. Согласно этим требованиям катушки должны быть закрыты кожухом, чтобы исключить их контакт с атмосферой цеха, то есть исключить действие искрообразования, а также вредных газов. Кроме того, через кожух пропускается чистый воздух со строго определенным давление. При этом имеется автоблокировка, то есть если при какой-то причине давление чистого воздуха стало меньше нужного, индуктор автоматически отключается. К кожуху предъявляют следующие требования – герметичность, прочность, немагнитный ненагревающийся материал.

В данном проекте применяем обогрев водяным паром через наружный змеевик. Поскольку температура синтеза смолы не превышает 100 оС, то нет необходимости использовать другие виды обогрева.

Рубашка реактора состоит из двухсекционного змеевика, в который в зависимости от стадии технологического процесса, пускают либо водяной пар для обогрева, либо холодную воду для охлаждения.