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_. 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_.

Ще одним параметром, який впливає на якість готового продукту є кількість содового розчину, який поступає в стабілізаційну ємність П/Е_. 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_продукт подається на сушку.

Регулювання рівня води використовується і в ємності П/Е_шляхом включення (виключення) насосу Н_.

В дегазаторі Д_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_.

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:

,

де – 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:

,

де – питома теплота реакції, Дж/кг; –

степінь перетворення мономера на вході в полімеризатор.

Вт.

Визначимо тепловий потік, який витрачається на нагрів вихідних продуктів.

,

де – 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.

Обчислимо умовний коефіцієнт :

,

де – 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.

По конструктивному виконанню тип реактора може бути орієнтовно визначений за допомогою умовного коефіцієнта .

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.

,

де – кількість полімеризаторів в каскаді.

м.

Внутрішній діаметр апарату:

;

м.

Вибираємо внутрішній діаметр апарату 1.6 м. Діаметр мішалки () знаходимо по РТМ 37-68 “Перемешивающие устройства механические. Выбор мешалок для перемешивания высоковязких и неньютоновских сред”. Таким чином  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:

,

де – швидкість гомогенізації, , с. Тоді

об/с.

Визначаєм критерій Рейнольдса за формулою:

,

де – динамічна в’язкість реакційного середовища, Па•с.

.

Обчислюємо критерій Прандтля:

,

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

.

Обчислюємо критерій Нусельта. Оскільки 2•103 < < 104,

,

де =2.2 при .

.

Тепер визначимо коефіцієнт тепловіддачі від холодоагента до експлуатаційної поверхні

,

де – коефіцієнт теплопровідності холодоагенту при  °С.

.

Визначаєм потужність, яка витрачається на перемішування:

,

де – критерій Ейлера, визначаємо по РТМ в залежності від 

.

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 розділу

В 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.1

Таблиця А.1.1 – Характеристика сировини проміжного і готового продуктів

Речовина | Показники обовяз’кові для перевірки перед використанням в промисловості

Рідкий 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/м3

Тиск парів при 46 °С – 722,7 кПа

Температура замерзання мінус 153,7 °С

Питома теплоємність при 25 °С – 0,38 ккал/град.

Критична температура – 150,4 °С

Критичний тиск – 5,5 МПа

Емульсійна вода | Прозорість не менше 0,7 м

Вміст ініціатора 1,5 кг/м3

Емульгатора від 2,5 кг/м3 до 3,2 кг/м3

K2S2O2 від 0,3 кг/м3 до 0,6 кг/м3

PH становить від