ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
“САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”
Кафедра “Технология органического и нефтехимического синтеза”
Н.Н. Воденкова
Е.Л. Красных
С.В. Леванова
А.С. Леолько
А.Б. Соколов
ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ.
ПОДГОТОВКА, ОФОРМЛЕНИЕ И ЗАЩИТА
Учебное пособие
Часть 1
Самара 2007
УДК 621.1
Дипломное проектирование. Подготовка, оформление и защита: Учебное пособие. Часть 1/ Н.Н. Воденкова, Е.Л. Красных, С.В. Леванова, А.С. Леолько, А.Б. Соколов; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2007, 148 с.
Рассмотрены вопросы подготовки, оформления и защиты дипломного проекта для
студентов специальностей 240401 «Химическая технология органических веществ» и
240501 «Химическая технология высокомолекулярных соединений». Приведены требования к оформлению пояснительной записки и графического материала. Представлены
варианты выполнения ключевых разделов дипломного проекта, варианты расчетов основного и некоторого вспомогательного оборудования.
Для студентов высших технических учебных заведений.
Ил. 5. Табл. 32. Библиогр.: 19 назв.
Печатается по разрешению редакционно-издательского совета
Самарского государственного технического университета
ISBN
© Н.Н. Воденкова, Е.Л. Красных, С.В. Леванова, А.С. Леолько, А.Б. Соколов
© Самарский государственный технический университет
Введение
Дипломное проектирование является завершающим этапом обучения студентов. Цель дипломного проектирования – систематизация, закрепление и углубле2
ние теоретических и практических знаний по специальности, необходимых для
решения конкретных научно–технических, экономических и производственных
задач.
В рамках дипломного проектирования студент применяет полученные знания
по социально–экономическим, общепрофессиональным и специальным дисциплинам.
В процессе дипломного проектирования должна быть разработана оптимальная технология производства, предусматривающая комплексное использование
сырья и побочных продуктов. Особое внимание уделяется обоснованию выбираемых процессов и технических решений, а также исходных данных для расчетов.
Для этого могут быть использованы данные практики эксплуатации аналогичных
производств, литературный материал или экспериментальные данные, полученные самим студентом.
Дипломный проект должен быть направлен на усовершенствование технологической схемы путем внедрения новых технических решений (реконструкция
некоторых узлов, изменение конструкции аппарата, применение другого сырья
или катализатора, увеличение производительности установки и т.д.), которые будут способствовать росту производительности труда, снижению себестоимости и
повышению качества продукции.
Оформление пояснительной записки и графической части должно соответствовать требованиям, предъявляемым в данном учебном пособии. Все представленные ниже требования изложены согласно СТП СамГТУ 021.205.2-2006 «Общие требования к оформлению учебных текстовых документов» и ГОСТ 2.105-95
«ЕСКД. Общие требования к текстовым документам» [1].
1 Задания для выполнения курсовых и дипломных проектов
3
Выбор темы курсового и дипломного проекта осуществляется в рамках присваиваемой специальности. Перечень тем включает базовые процессы нефтехимического синтеза, реализованные на промышленных предприятиях данного региона. Руководитель выдает исходные данные для выполнения проекта (производительность установки, состав сырья и т.д.).
Тема курсового и дипломного проекта для студентов дневного и заочного отделения утверждается заведующим выпускающей кафедры.
Список тем курсовых и дипломных проектов для студентов дневного и заочного отделения, обучающихся по специальности 240401 «Технология органических веществ» и 240501 «Химическая технология высокомолекулярных соединений», представлен в приложении 1.
2 Содержание и оформление дипломного проекта
2.1 Общие требования
4
Дипломный проект состоит из пояснительной записки и графического материала: записка должна иметь не менее 150 страниц рукописного текста или 100
страниц машинописного; графический материал должен включать не менее 4 листов чертежей формата А1.
Пояснительные записки оформляют в соответствии с требованиями ГОСТ
7.32-2001 на листах формата А4 (210х297мм) по ГОСТ 2.301 без рамки, основной надписи и дополнительных граф к ней на одной стороне листа, одним из следующих способов:
- машинным - с применением печатающих и графических устройств вывода
ЭВМ (ГОСТ 2.004); шрифт “Times New Roman”; размер букв и цифр шрифта
должен быть не менее 12 и не более 14 типографских пунктов, с полуторным (три
высоты шрифта) межстрочным интервалом;
- типографским – в соответствии с требованиями, предъявляемым к изданиям, изготовленным типографским способом;
- на пишущей машинке - шрифт пишущей машинки должен быть четким,
высотой не менее 2.5 мм, лента только черного цвета, через полтора интервала;
- допускается выполнение документа рукописным способом разборчивым
почерком, перьевой или шариковой авторучкой, черным или фиолетовым цветом,
расстояние между строчками 6 - 8 мм.
Разрешается
использовать компьютерные возможности акцентирования
внимания на определенных терминах, формулах, теоремах, применяя шрифты
разной гарнитуры.
Размеры полей: левое - 30 мм; правое - 15 мм; верхнее - 20 мм; нижнее - 20
мм. Размер абзацного отступа должен быть 10 мм.
Нумерация страниц документа и приложений, входящих в состав документа,
должна быть сквозная по всему тексту (начиная с титульного листа и до последней страницы, включая приложения). Номера страниц проставляются в центре
нижней части листа без точки в конце. На титульном листе, техническом задании
и реферате номера страниц не проставляются.
5
Опечатки, описки и графические неточности необходимо исправлять закрашиванием белой краской и написанием (наклейкой) на том же месте исправленного текста (изображения) машинным или рукописным способом. Повреждения
листов документа, помарки и следы не полностью удаленного прежнего текста не
допускаются. Сокращения русских слов и словосочетаний выполняются по ГОСТ
7.12.
Комплект конструкторской документации выполняется в полном соответствии с требованиями ЕСКД и оформляется по ГОСТ 2.105 с полями: слева 20 мм,
справа 5 мм, сверху 5 мм, снизу 5 мм.
Структурными элементами пояснительной записки являются:
1) титульный лист;
2) техническое задание.
3) реферат;
4) содержание;
5) перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов (необязательный компонент структуры);
6) введение;
7) основная часть, содержащая, обычно, от 3 до 5 разделов (глав);
8) заключение;
9) список использованных источников;
10) приложения (при наличии).
Пояснительную записку следует переплетать.
2.2 Титульный лист
Титульный лист оформляется на бланке-шаблоне, выдаваемом кафедрой.
Для обозначения составных частей проекта следует соблюдать следующую
структуру:
-
аббревиатура учебного заведения (Сам ГТУ);
-
код специальности (240401), индекс, присвоенный кафедре в универси-
тете (088);
6
-
порядковый номер студента в списке группы,
-
порядковый номер документа в проекте.
Например, для студента, идущего в списке группы под номером 10 на кафедре 088 по специальности 240401, обозначения будут следующие:
СамГТУ.240401.088.010.01 ТЗ – техническое задание;
СамГТУ.240401.088.010.02 ПЗ – пояснительная записка;
СамГТУ.240401.088.010.03 – первый лист графического материала проекта;
СамГТУ.240401.088.010.04 – второй лист графического материала проекта и
т.д.
Для студентов дневной формы обучения после личного номера ставиться
буква Д (дневное обучение), для студентов заочной формы обучения – ЗФ.
2.3 Техническое задание
Техническое задание (ТЗ) оформляется на бланке-шаблоне, выдаваемом на
кафедре. В ТЗ должно быть указано:
тема проекта, например «Поверочный расчет установки прямой гидратации
этилена, производительностью 100 тыс. тонн в год по этиловому спирту»;
задание на разработку и перечень аппаратов, для которых необходимо провести полный технологический расчет;
перечень обязательного графического материала;
дата выдачи задания, подписи руководителя и студента.
2.4 Реферат
Реферат следует располагать на отдельной странице со спуском не более 40
мм. Объем текста реферата не более одной страницы. Реферат в соответствии с
ГОСТ 7.9 должен содержать:
1) сведения о количестве страниц документа, количестве иллюстраций, таблиц, приложений, количестве использованных источников; сведения о количестве и формате листов графической части работы;
2) перечень ключевых слов;
7
3) текст реферата.
Перечень ключевых слов должен включать от 5 до 15 слов или словосочетаний из текста документа, которые в наибольшей мере характеризуют его содержание. Ключевые слова приводятся в именительном падеже и печатаются прописными буквами в строку через запятые.
В тексте реферата надо отразить сущность выполненной работы:
объект исследования или разработки,
цель работы,
методы исследования,
полученные результаты,
область применения,
экономическую эффективность или значимость работы.
Ниже приведен пример составления реферата на пояснительную записку к
дипломному проекту на тему «Окисление изопропилбензола в гидроперекись
изопропилбензола».
Реферат
Пояснительная записка содержит 95 с., 17 рис., 8 табл., 13 источников и 6 листов графического материала формата A1.
ОКИСЛЕНИЕ, РАДИКАЛЬНО-ЦЕПНОЙ МЕХАНИЗМ, ИЗОПРОПИЛБЕНЗОЛ,
ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ КОЛОННА, СИНТЕЗ ФЕНОЛА И АЦЕТОНА, КУМОЛЬНЫЙ МЕТОД.
Объектом исследования является процесс окисления изопропилбензола в гидроперекись
изопропилбензола как одна из стадий синтеза фенола и ацетона кумольным методом.
Цель проекта – провести поверочный расчет установки окисления изопропилбензола в
гидроперекись изопропилбензола с повышением производительности на 10 % по товарному
фенолу.
В процессе работы проводился расчет материального и теплового баланса процесса, расчет и подбор основного оборудования, конструктивно-механический расчет основного аппарата.
В результате проведения поверочного расчета установлено, что действующее оборудование справится с повышением производительности на 10 %.
8
Технико-экономический расчет показал, что увеличение производительности установки
снижает себестоимость технической гидроперекиси на 0,68% и повышает рентабельность производства на 1,3%. Экономический эффект при этом составляет 18,4 млн. рублей в год.
2.5 Содержание
Содержание включает: введение, наименование всех разделов, подразделов,
именованных пунктов, заключение, список использованных источников, приложения с указанием страниц, с которых начинаются эти наименования.
Введение, заключение, список использованных источников не нумеруются.
Заголовки разделов, подразделов и пунктов указываются с их номерами.
Слово “Содержание” печатают в виде заголовка строчными буквами, начиная с прописной буквы, без точки в конце и записывают с абзацного отступа.
Наименования, включенные в содержание, записывают с абзацного отступа
строчными буквами, начиная с прописной буквы.
Рекомендуемое содержание пояснительной записки дипломного проекта:
Введение
1. Литературный обзор
1.1. Теоретические основы проектируемого производства
1.2. Выбор и обоснование технологической схемы процесса
2. Описание технологической схемы процесса
3. Характеристика сырья, готовой продукции, катализаторов
4. Материальный баланс процесса
5. Тепловой баланс процесса
6. Расчет и подбор основного оборудования
7. Конструктивно-механический расчет основного аппарата
8. Аналитический контроль производства
9. Системы контроля и управления производством
10. Утилизация отходов и охрана окружающей среды
11. Охрана труда и техника безопасности
12. Технико-экономический расчет
Заключение
9
Список использованных источников
Приложение
2.6 Введение
Введение должно содержать оценку современного состояния решаемой проблемы, основные и исходные данные для разработки. Во введении должны быть
показаны актуальность и новизна темы. Слово “Введение” записывают с абзацного отступа в виде заголовка строчными буквами, начиная с прописной буквы, без
цифрового обозначения, без точки в конце.
2.7 Основная часть
2.7.1 Общие положения
Основную часть излагают в виде сочетания текста, иллюстраций и таблиц.
Структурными элементами основной части документа являются разделы,
подразделы, пункты, подпункты и перечисления.
Раздел (глава) – первая ступень деления, обозначенная номером и снабженная заголовком.
Подраздел (параграф) – часть раздела, обозначенная номером и имеющая
заголовок.
Пункт – часть подраздела, обозначенная номером и, обычно, имеющая заголовок.
Подпункт – часть пункта, обозначенная номером и, обычно, имеющая заголовок. Не следует помещать текст между заголовками раздела и подраздела, между заголовками подраздела и пункта, между заголовками пункта и подпункта.
Разделы должны иметь порядковые номера в пределах всего документа, обозначенные арабскими цифрами и записанные с абзацного отступа. Очередной
раздел документа нужно печатать с новой страницы.
Заголовки разделов подразделов, пунктов и подпунктов записывают с абзацного отступа строчными буквами (кроме первой прописной). Подразделы должны
1
0
иметь нумерацию в пределах каждого раздела. Номер подраздела состоит из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. В конце номера подраздела
точка не ставится. Заголовки должны четко и кратко отражать содержание соответствующих рубрик.
Номер пункта состоит из номеров раздела, подраздела и пункта, разделенных
точками.
Пункты, при необходимости, разбивают на подпункты, которые должны
иметь порядковую нумерацию в пределах каждого пункта, например: 4.2.1.1,
4.2.1.2 и т.д. Внутри подпунктов могут быть приведены перечисления.
В конце номера рубрики точка не ставится. Точку в конце заголовков рубрик
не ставят. Перенос слов в заголовках не допускается. Если заголовок состоит из
двух предложений, их разделяют точкой.
2.7.2 Оформление перечислений
Перед каждой позицией перечисления следует ставить дефис или букву, после которой ставится скобка, например:
а) ----------б) ----------1) ---------2) ---------в) ----------
2.7.3 Оформление иллюстраций
Оформление иллюстраций пояснительной записки выполняется с помощью
графических компьютерных программ-редакторов или с помощью чертежных инструментов по ГОСТ 7-32. Количество иллюстраций должно быть достаточным
для пояснения излагаемого текста. Содержимое чертежей, схем, диаграмм, графиков должно соответствовать требованиям действующих стандартов ЕСКД и
ЕСПД. Иллюстрации располагают непосредственно после первого упоминания
или на следующей странице. Иллюстрации на листах формата А3 располагают
только в приложении.
1
1
Иллюстрации следует нумеровать арабскими цифрами в пределах раздела.
Например: ”Рисунок 3.2”. Если рисунок один, то он обозначается “Рисунок 1”,
слово "рисунок" и его наименование располагают посередине строки. Если иллюстрация не помещается на одной странице, то название иллюстрации помещают
на первой странице, поясняющие данные - к каждой странице и под ними указывают “Рисунок 2 , лист 2“.
Иллюстрации каждого приложения обозначают отдельной нумерацией арабскими цифрами с добавлением перед цифрой обозначения приложения. Например: “Рисунок Б.3”.
При необходимости иллюстрации могут иметь пояснительные данные (подрисуночный текст). Слово "Рисунок" и наименование рисунка помещают после
пояснительных данных и располагают следующим образом: "Рисунок 2 – Схема
алгоритма" Позиции пояснительного текста отделяют от текста с помощью тире.
Текст пояснений каждой позиции начинается со строчной буквы и заканчивается
точкой с запятой, в конце пояснений точку не ставят.
Пример оформления рисунка по ГОСТ 7-32-2001 приведен на рисунке 1.
а
б
в
а – корпуса, работающие под атмосферным давлением;
б – корпуса, работающие с внутренним давлением выше атмосферного;
в - корпуса, работающие с внутренним давлением ниже атмосферного
Рисунок 1 – Обозначение корпусов по ГОСТ 2.788-74
Для изображения в графических схемах используются символы и условнографические обозначения, регламентируемые действующими стандартами ЕСКД
«Обозначения условные графические в схемах». Например, обозначения элементов трубопроводов - по ГОСТ 2.784-96, аппаратура трубопроводная – по ГОСТ
1
2
2.785-70, обозначения элементов корпусов – по ГОСТ 2.788-74, аппараты теплообменные – по ГОСТ 2.789-74, аппараты колонные – по ГОСТ 2.790-74.
Иллюстрации для комплекта конструкторской документации оформляются
полностью по ГОСТ 2.105-95.
2.7.4 Построение таблиц.
Оформление таблиц пояснительной записки выполняется по ГОСТ 7.32-2001
и ГОСТ 2.105-95. Таблица состоит из головки («шапки»), в которой написаны заголовки и подзаголовки граф (столбцов), и боковика, в котором записаны заголовки строк.
Название таблицы следует помещать над таблицей строчными буквами, кроме первой прописной. Таблицы, за исключением таблиц приложений, следует нумеровать арабскими цифрами в пределах раздела, например “Таблица 2.4”, допускается также сквозная нумерациях в пределах всего документа. Таблицы каждого приложения обозначают отдельной нумерацией арабскими цифрами с добавлением перед цифрой обозначения приложения. Если в документе одна таблица, она должна быть обозначена “Таблица 1” или “Таблица Б.1“, если она приведена в приложении Б. Слово “Таблица” пишется слева над таблицей. При переносе части таблицы слово “Таблица” и её название указывают один раз над первой частью таблицы, над другими частями слева пишут слова “Продолжение таблицы” с указанием номера (обозначения) таблицы.
На все таблицы документа должны быть приведены ссылки в тексте документа, при ссылке следует писать слово “таблица” с указанием её номера. Таблица размещается после абзаца, содержащего ссылку на нее, или на следующей
странице после ссылки.
Графу “Номер по порядку” в таблицу включать не допускается. Не допускается разделять заголовки и подзаголовки боковика и граф диагональными линиями. Горизонтальные и вертикальные линии, разграничивающие строки таблицы
можно не проводить, если их отсутствие не затрудняет пользование таблицей.
1
3
Единицы измерения физических величин указывают в заголовках граф таблицы
или в заголовке всей таблицы.
При переносе таблицы на следующую страницу или при делении на части повторяют головку (перенос вниз), боковик (перенос вправо) или головку с боковиком (деление на части). Брошюровать страницы с продольными таблицами надо так, чтобы при чтении такой таблицы документ поворачивался бы по часовой стрелке.
Представленная ниже таблица 1 соответствует требованиям стандарта
ГОСТ 2-105.
Таблица 1 - Значения предельно допустимых концентраций веществ
Наименование вещества
ПДК, ВДК или ОБУВ, мг/м3
Макс. разовая
Среднесуточная
Класс
Диоксид азота
0,085
0,085
опасности
2
Диоксид серы
0,5
0,05
2
Окись углерода
3,0
1,0
4
Метан
900
300
4
Пропан
900
300
4
Бутан
300
300
4
Пентан
900
300
4
Гексан
900
300
4
2.7.5 Оформление формул
Формулы выравниваются по центру строки, а номер формулы выравнивается
по правой границе строки. В формулах в качестве символов следует применять
обозначения, установленные соответствующими государственными стандартами.
Пояснение символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, если они
не пояснены ранее в тексте, должны быть приведены непосредственно под формулой. При написании формул следует правильно применять знаки препинания:
двоеточие – перед перечислением формул, точка с запятой – между формулами,
запятая – если формула заканчивает главное предложение, точка – если формула
заканчивает фразу.
1
4
Пояснения каждого символа следует давать с новой строки в той последовательности, в которой символы приведены в формуле. Первая строка пояснения
должна начинаться со слова “где” без двоеточия после него, например:
m
,
V
(2.1)
где плотность образца, кг/м3;
m масса образца, кг;
V объём образца, м3.
Формулы, за исключением формул, помещаемых в приложении, должны нумероваться сквозной нумерацией арабскими цифрами, которые записывают на
уровне формулы справа в круглых скобках. Допускается нумерация формул в
пределах раздела. В этом случае номер формулы состоит из номера раздела и порядкового номера формулы, разделенных точкой, например (3.1).
Ссылки в тексте на порядковые номера формул дают в скобках, например, ...
в формуле (1).
Формулы, помещаемые в приложениях, должны нумероваться отдельной нумерацией арабскими цифрами в пределах каждого приложения с добавлением перед каждой цифрой обозначения приложения.
Написание формул в программе MS Word рекомендуется проводить с использованием редактора формул “Microsoft Equation” (приложение 9).
2.7.6 Ссылки
Ссылки на источники следует указывать порядковым номером по списку использованных источников, выделенным квадратными скобками, например [3],
[11, с. 93], [19, разд. 3].
Ссылаться следует на источники в целом или его разделы и приложения.
Ссылки на подразделы, пункты, таблицы и иллюстрации не допускаются, за исключением подразделов, пунктов, таблиц и иллюстраций данного документа.
1
5
Повторные ссылки на разделы, таблицы, иллюстрации и приложения данного текстового документа отличаются от первичных ссылок добавлением слова
«см.», например, (см. табл. 2.1); (см. рис. 3.2).
2.7.7 Сноски
Сноски в тексте обозначают надстрочным символом (арабской цифрой или
звездочкой «*»), а текст сноски располагают с абзацного отступа в конце поля
страницы, на которой сноски обозначены. Нумерация сносок на каждой странице
– отдельная. Сноски отделяют от основного текста короткой горизонтальной линией с левой стороны
2.7.8 Структура основной части
В основную часть пояснительной записки входят следующие элементы.
1) Литературный обзор. Задачей данного раздела является обоснование
выбора метода ведения проектируемого процесса на основе критического
анализа научных основ, изложенных в литературе. Раздел должен включать:
- химизм и механизм процесса;
- термодинамические характеристики реакций;
- кинетический анализ процесса;
- анализ применяемых катализаторов;
- анализ влияния различных факторов на выход целевого продукта;
- обоснование выбора технологической схемы процесса, конструкции
основного аппарата и режима его работы.
В работе над данным разделом необходимо использовать наиболее широкий
круг источников информации о процессе. Сюда относятся не только рекомендованная руководителем литература, но и периодическая литература и т. п.
2) Описание технологической схемы. Раздел должен включать полное описание движения всех технологических потоков процесса, описание аппаратурного
оформления процесса с указанием и обоснованием основных рабочих параметров.
Кроме того, в разделе должна быть отражена работа системы автоматизации и
сигнализации, предусмотренной данной технологической схемой.
1
6
3) Характеристика сырья, готовой продукции, катализаторов. Раздел
выполняется в виде таблицы, в которой приводятся наименования реагентов и
требования к ним, согласно ГОСТ, ТУ, СТП.
4) Материальный баланс процесса. Приводится полный расчет материального баланса процесса, включая баланс основного аппарата и характеристику всех
материальных потоков, участвующих в процессе.
5) Тепловой баланс процесса. В разделе приводится расчет теплового баланса основного аппарата.
6) Расчет и подбор основного оборудования. В разделе дается полный расчет основного аппарата, теплообменника (холодильника, конденсатора), насоса,
емкости и поверочный расчет остального оборудования, приведенного на технологической схеме.
7) Конструктивно-механический расчет основного аппарата. Приводится
расчет толщины стенок и днищ основного аппарата, расчет опор и штуцеров. При
необходимости выполняется расчет на ветровую нагрузку.
8)
Аналитический
контроль
производства.
Целью
аналитического
контроля производства является обеспечение устойчивой безаварийной работы и
выпуска продукции в соответствии с установленными нормами. В разделе в
табличном виде приводится список контролируемых параметров процесса с
указанием допустимых норм, а также аналитические методы, применяемые для
контроля.
9) Системы контроля и управления производством. В разделе должно
быть приведено: обоснование необходимости контроля производства, описание
системы автоматизации в общем виде, выбор технологических средств автоматизации, описание системы автоматизации реакционного узла и спецификация на
средства автоматизации. Выполнение данного раздела контролирует консультант
по автоматизации производства.
10) Утилизация отходов и охрана окружающей среды. Приводится экологическое описание района; экологическое обоснование технологических решений;
1
7
перечень выбросов в атмосферу, стоков и твердых отходов производства; применяемые методы охраны окружающей среды от загрязнений.
11) Охрана труда и техника безопасности. В этом разделе приводится анализ потенциально опасных и вредных производственных факторов; характеристика категорий помещений по взрывоопасности; класс опасных зон по пожаро- и
взрывобезопасности; класс опасности химических веществ, участвующих в производстве; вопросы герметизации оборудования; применение предохранительных,
сигнализирующих и ограждающих устройств; меры безопасности при пуске и
остановке производства; санитарно-технические мероприятия; средства индивидуальной защиты и противопожарные мероприятия. Выполнение данного раздела
контролирует консультант по охране труда и технике безопасности.
12) Технико-экономический расчет. Осуществляется экономический расчет
себестоимости продукции, прибыли и рентабельности установки с учетом внесенных в проекте изменений (конструктивные изменения, повышение производительности и т.д.). Делается вывод об экономической целесообразности внесенных
изменений. Выполнение данного раздела контролирует консультант по экономике
промышленных предприятий.
2.8 Заключение
Заключение должно содержать краткие выводы, оценку научно-технического
уровня, анализ полученных результатов и технико-экономической эффективности
выполненной разработки. Заключение оформляется по правилам нового раздела,
но не нумеруется, слово «Заключение» пишется строчными буквами, начиная с
прописной. Объем заключения - не более двух страниц.
2.9 Список использованных источников
Заголовок «Список использованных источников» размещается с абзацного
отступа и печатается строчными буквами, начиная с прописной. В список включают все использованные источники, сведения о которых располагают в порядке
их упоминания.
Сведения приводятся в соответствии с ГОСТ 7.1.- 2003, например, для книг,
сборников, нормативно-технической документации, журналов и статей:
1
8
1. Перроун, П. Д. Создание корпоративных систем на базе Java 2 Enterprise Edition [Текст]
: рук. разработчика : [пер. с англ.] / Поль Дж. Перроун, Венката С. Р. «Кришна», Р. Чаганти. –
М. [и др.]: Вильямс, 2001. – 1179 с.
2. Бахвалов, Н. С. Численные методы [Текст] : учеб. пособие для физ.-мат. специальностей
вузов / Н. С. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков ; под общ. ред. Н. И. Тихонова. – 2-е изд.
– М. : Физматлит : Лаб. базовых знаний; СПб. : Нев. диалект, 2002. – 630 с.
3. «Воспитательный процесс в высшей школе России», межвузовская науч.-практическая
конф. (2001 ; Новосибирск). Межвузовская научно-практическая конференция «Воспитательный процесс в высшей школе России», 26–27 апр. 2001 г. [Текст]: [посвящ. 50-летию НГАВТ :
материалы] / редкол.: А. Б. Борисов [и др.]. – Новосибирск: НГАВТ, 2001. – 157 с.
4. Система стандартов безопасности труда: [сборник]. – М.: Изд-во стандартов, 2002. – 102
с.
5. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. [Текст]. – Введ.
1996–01–07 -М.: Изд-во стандартов, 1996.- 36 с.
6. Актуальные проблемы современной науки [Текст]: информ.-аналит. журн. / учредитель
ООО «Компания «Спутник +». – 2001, июнь – . – М. : Спутник +, 2001
Сведения об информации из электронных ресурсов и глобальной сети Internet
следует показывать по ГОСТ 7.82-2001, например,
7. Российская государственная библиотека [Электронный ресурс]/ Центр информ. РГБ;
ред. Власенко Т.В.; Web-мастер Козлова Н.В. Электрон. дан. –М.: Рос. гос. б-ка, 1997- . – Режим
доступа http://www.rsl.ru, свободный. Загл. с экрана – Яз. рус., англ.
2.10 Приложения
Материал, дополняющий пояснительную записку, помещают в приложениях
и оформляют по ГОСТ 7.32-2001. Приложениями могут быть, например: графический материал, таблицы большого формата (но не больше А3), расчеты, описания алгоритмов и программ задач, решаемых на ЭВМ и т.д. Приложения, как
правило, выполняют на листах формата А4. Допускается оформлять приложения
на листах формата А3. Приложение оформляют как продолжение документа на
последующих его листах.
В тексте документа на все приложения должны быть даны ссылки.
1
9
Каждое приложение следует начинать с новой страницы с указанием наверху
посредине страницы прописными буквами слова “ПРИЛОЖЕНИЕ” и его буквенного обозначения. Приложение должно иметь заголовок, который выравнивается
по центру строки и печатается строчными буквами (кроме первой прописной) отдельной строкой..
Если в документе одно приложение, то оно обозначается "ПРИЛОЖЕНИЕ
А". Текст приложения можно рубрицировать, а рубрики, иллюстрации, таблицы,
формулы и уравнения нумеровать в пределах каждого приложения по общим правилам. Перед номером ставится обозначение этого приложения. Все приложения
должны быть перечислены в содержании документа с указанием их номеров и заголовков.
2.11 Изложение текста документа
Текст документа должен быть кратким, четким и не допускать различных
толкований.
Перечень допускаемых сокращений слов установлен в ГОСТ 2.316. Если в
документе принята специфическая терминология, то перед введением должен
быть «Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и
терминов» (заголовок этой рубрики без номера печатается с прописной буквы) с
соответствующими разъяснениями. Перечень включают в содержание документа.
Если сокращения повторяются менее трех раз, то отдельный список не составляют, а расшифровку дают непосредственно в тексте при первом упоминании.
В документе следует применять стандартизированные единицы физических
величин, их наименования и обозначения в соответствии с ГОСТ 8.417.
Наряду с единицами СИ, при необходимости, в скобках указывают единицы
ранее применявшихся систем, разрешенных к применению. Применение в одном
документе разных систем обозначения физических величин не допускается.3
Описание технологической схемы
Ниже приведен вариант описания технологической схемы процесса изомеризации н-пентана в изопентан.
2
0
Изомеризация н-пентана в изопентан осуществляется в двух реакторах Р-5 на
алюмоплатиновом катализаторе ИП-62 в присутствии водородсодержащего газа
(рисунок 2).
Водородсодержащий газ (свежий и рециркулят), пройдя осушитель О-4,
смешивается с пентаном, поступившим из насоса Н-1 в соотношении 1 м3 нпентана и 400—600 м3 водородсодержащего газа. Смесь водородсодержащего
газа и пентана направляется в межтрубное пространство теплообменника Т-2, где
нагревается до 573К за счет тепла продуктов изомеризации, поступающих в
трубное
пространство
теплообменника
Т-2
с
низа
реактора
Р-5.
Из
теплообменника Т-2 поток водородсодержащего газа и н-пентана в паровой фазе
проходит двумя параллельными потоками последовательно, через конвекционные
и радиантные секции печи П-3, где нагревается до температуры 623-753К за счет
тепла, получаемого в результате сгорания топливного газа. На выходе из печи 113 оба потока объединяются в один и поступают в верхнюю часть реактора Р-5. В
результате контакта с катализатором в реакторе Р-5 50% пентана изомеризуется в
изопентан. На выходе из реактора Р-5 поток продуктов реакции изомеризации
разделяется па два: один меньший (10%), направляется в осушитель 0-4 для
регенерации
цеолита
продуктами
реакции,
а
второй
(90%)
проходит
последовательно трубное пространство теплообменника Т-2, где охлаждается до
473 К смесью водородсодержащего газа и н-пентана, межтрубное пространство
теплообменника Т-6, где охлаждается до 383 К пентан-изопентановой смесью,
поступающей в трубное пространство из емкости Е-11. Продукты изомеризации
из теплообменника Т-6 поступают в межтрубное пространство конденсатора Т-7,
где охлаждаются и конденсируются за счет оборотной воды, подаваемой в
трубное пространство.
Конденсат из конденсатора Т-7 и сепаратора С-8, в основном состоящий из
изопентановой фракции, поступает в емкость Е-10. При дросселировании
изопентановой фракции в емкости Е-11 растворенные водород и легкие
углеводороды выделяются и сбрасываются в топливную сеть.
2
1
Несконденсированный водородсодержащий газ конденсатора Т-7 поступает в
сепаратор С-8, где отделяются унесенные потоком газа частицы конденсата. С
верха сепаратора С-8 часть водородсодержащего газа сбрасывается в сеть
топливного газа, а основная часть его из сепаратора С-8 поступает в сепаратор С9 и затем на прием компрессора К-15.
Рисунок 2 - Технологическая схема изомеризации н-пентана
4 Характеристика сырья, готовой продукции, катализаторов
Характеристика сырья, продукции, катализаторов и вспомогательных материалов представляется в виде таблицы. Вариант оформления данной таблицы для
процесса прямой гидратации этилена представлен в таблице 2.
Таблица 2 - Характеристика сырья, готовой продукции, катализаторов
2
2
Наименование
Этиленовая фракция
ГОСТ (ТУ, СТП)
СТП 119-2001
Показатели (% масс)
Содержание:
С2 Н4 не менее 98%
С3Н6 не более 0,2%
Натрий едкий тех.
ГОСТ 2263-79
Содержание:
Марки РД, РХ, РР
NaOH не менее 42%
Шариковой фосфорно- ТУ 38.10228-89
Содержание:
кислотный катализатор
Н3 РО4 не менее 48%
Насыпная плотность 750-850
г/дм2
Механическая прочность не
менее 90%
Влаги не более 5%
Брак по разбору не более
25%
Отсев не более 3%
Инертный газ
СТП 110-2001
Содержание:
N2 + CO2 не менее 98 %об.
О2 не более 2%
СО и С2Н2 отс.
Влаги не выше – 250С
Пар водяной перегре- Согласно регламенту
Т=420-4900С
тый высокого давления
Р=83-97 кгс/см2
5 Расчет материального баланса [2, 6]
5.1 Алгоритм расчета
Материальный баланс является ключевым расчетом в дипломном проекте,
поскольку на его основе строится все дальнейшие расчеты. Расчет материального
баланса должен включать в себя следующие части.
1) Исходные данные:
2
3
а) производительность установки по сырью или по продуктам (значение производительности входит в задание на выполнение дипломного проекта и выдается
руководителем проекта);
б) состав сырья, конверсия сырья, селективность по целевому продукту, выход побочных продуктов (эти данные получают из регламента действующей установки на предприятии).
2) Расчет часовой производительности. Расчет часовой производительности
производится по формуле:
G
'
B1000
G
B
k
(1
Ik)tr ,
(5.1)
1
'
где G B - массовый поток целевого продукта, выходящий из реактора, кг/ч;
GB - производительность процесса по продукту В, т/год;
Ik - потери целевого продукта при его выделении на k-той стадии его переработки в долях единицы;
t r - количество часов работы промышленной установки без учета времени,
отводимого на планово-производственный ремонт (как правило, около 15 суток),
ч.
3) Составление условной схемы реактора с указанием входящих и выходящих потоков.
4) Расчет материальных потоков основных и побочных реакций протекающих в реакторе. Расчет производится исходя из уравнений реакций и на основе
имеющихся данных по конверсии и селективности процесса.
5) Расчет состава и количества циркулирующих потоков.
6) Составление сводной таблицы материального баланса реактора. Правильность расчета проверяется по закону сохранения массы вещества:
G
G
G
G
G
,
Ai
,
0
A
,
i
B
,
i
(5.2)
C потери
где ΣGAi,0 – массовое количество исходного сырья, кг/ч (кг/с);
ΣGA,i – массовое количество не прореагировавшего сырья, кг/ч (кг/с);
2
4
ΣGB,i – массовое количество побочных продуктов, кг/ч (кг/с);
GС – массовое количество целевого продукта, кг/ч (кг/с);
Gпотери – материальные потери в процессе, кг/ч (кг/с).
7) Представляется блок-схема установки с указанием материальных потоков.
8) Производится расчет материального баланса остальных аппаратов установки. Для каждого аппарата должна быть представлена таблица материального
баланса.
9) Приводится материальный баланс всей установки в виде сводной таблицы.
В данном разделе приведены примеры расчета материального баланса для
процессов гидрирования бензола и гидратации этилена.
5.2 Расчет материального баланса реактора гидрирования бензола первой ступени
Рассчитать материальный баланс реактора первой ступени гидрирования
бензола в циклогексан производительностью 10000 т/год по циклогексану.
1) Исходные данные:
Производительность по циклогексану – 10000 т/год;
Конверсия бензола – 95%;
Селективность по циклогексану – 100%;
Мольное отношение водород/азот/бензол на входе в реактор составляет 5,5/2,5/1;
Давление в системе – 1,9 МПа;
Потери целевого продукта– 0,2% (0,002);
Время на плановый ремонт – 15 суток.
2) Рассчитаем часовую производительность по уравнению (5.1):
10000
1000
'
G
B
(
1
0
.
002
)
(
365
15
)
24
Отсюда, массовый расход циклогексана составляет
'
GB
1192
.9кг/ч.
2
5
Молярная масса циклогексана MC6H12= 84 кг/кмоль.
Мольный расход циклогексана рассчитаем по формуле:
N=
m
M
,
(5.3)
где N – мольный расход, кмоль/ч;
m - массовый расход, кг/ч;
М – молярная масса, кг/кмоль.
Отсюда, NC6H12 = 1192.9/84 = 14,2 кмоль/ч.
3) Схема потоков реактора гидрирования бензола (рисунок 3):
Бензол
Бензол
Водород
Водород
Реактор
Азот
Азот
Циклогексан
Рисунок 3 – Схема материальных потоков реактора гидрирования
4) Расчет материальных потоков
Исходя из уравнения реакции, рассчитаем необходимое количество бензола.
+ 3H2
Молярная масса бензола составляет 78 кг/кмоль, водорода – 2 кг/кмоль,
циклогексана – 84 кг/кмоль.
На основе уравнения реакции с учетом стехиометрических коэффициентов,
,2кмоль/ч.
мольный расход бензола равен NС6Н6 14
Соответственно, массовый расход бензола, вступившего в реакцию, равен
G
N
M
14
,
2
78
1107
,
7
C
6
H
6
С
6
Н
6
C
6
H
6
кг/ч.
С учетом конверсии и селективности, требуемый расход бензола рассчитаем по
формуле:
N1
N
Х S
,
1
где N - мольный расход с учетом конверсии и селективности, кмоль/ч;
2
6
(5.4)
N - теоретический мольный расход, кмоль/ч;
X – конверсия реагента, доли единицы;
S – селективность по целевому продукту, доли единицы.
Требуемый мольный расход бензола составляет
N
,
2
1
С
6
Н
6 14
N
14
,
9
С
6
Н
6
Х
S0
,
95
1 кмоль/ч.
Тогда путем преобразования формулы (5.3) рассчитаем требуемый массовый
расход бензола:
1
G
14
,
9
78
1166
,
0
кг/ч.
С
6
Н
6
С учетом исходного соотношения реагентов, расход водорода и азота на входе в реактор составляет:
1
N
N
5
,
5
14
,
9
5
,
5
82
,
2
С
6
Н
6
кмоль/ч;
H
2
1
G
N
M
82
,
2
2
164
,
4
Н
2
кг/ч;
Н
2
Н
2
1
N
N
2
,
5
14
,
9
2
,
5
37
,
4
С
6
Н
6
N
2
кмоль/ч;
G
N
M
37
,
4
28
1046
,
4
N
2
N
2
N
2
кг/ч.
В соответствии со стехиометрическими коэффициентами, количество водорода, вступающего в реакцию составляет
1
G
N
3
M
14
,
2
3
2
85
,
2
Н
2
С
6
Н
6
H
2
кг/ч.
Соответственно, на выходе из реактора количество водорода составляет
вых1
G
G
G
164
,
4
85
,
2
79
,
2
кг/ч.
Н
2
Н
2
Н
2
вых
79
,2
/2
39
,6кмоль/ч.
Мольное количество водорода на выходе N
Н
2
Количество бензола на выходе из реактора равно
вых
1
G
G
G
1166
,
0
1107
,
7
58
,
3
С
6
Н
6
С
6
Н
6
С
6
Н
6
кг/ч.
вых
58
,
3
/78
0
,
75
С
6
Н
6
Мольное количество бензола на выходе равно N
кмоль/ч.
5) Составляем сводную таблицу материального баланса
Таблица 3 - Сводная таблица материального баланса реактора гидрирования
бензола
Компонент
кг/ч
Приход
%, масс кмоль/ч
%, мольн
2
7
кг/ч
Расход
%, масс кмоль/ч %, мольн
Бензол
1166,0
49,1
14,9
11,1
58,3
2,5
0,75
0,8
Водород
164,4
6,9
82,2
61,1
79,2
3,3
39,6
43,1
Азот
1046,4
44,0
37,4
27,8
1046,4
44,0
37,4
40,7
-
-
-
-
1192,9
50,2
14,2
15,4
2376,8
100
134,5
100
2376,8
100
91,9
100
Циклогексан
Итого
Аналогично выполняется расчет материального баланса остальных аппаратов
и составляется сводная таблица материального баланса всей установки.
5.3 Расчет материального баланса установки прямой гидратации
этилена
Рассчитать материальный баланс установки прямой гидратации этилена производительностью 20000 тонн в год по этанолу.
1) Исходные данные:
Производительность по этанолу– 20000 т/год;
Объем реактора – 13,6 м3;
Катализатор – фосфорная кислота, носитель – силикагель;
Количество катализатора в одном реакторе –11,7 м3;
Производительность катализатора по этанолу – 230 кг/(м3•ч);
Конверсия этилена за проход –4,5%;
Селективность по этиловому спирту - 94,5%;
Селективность по диэтиловому эфиру - 2,5%;
Селективность по ацетальдегиду - 2,0%;
Селективность по полимерам – 1,0%;
Массовое соотношение водяной пар/этилен составляет 0,4/1;
Время на капитальный ремонт – 15 суток;
Время на перезагрузку катализатора – 72 ч;
Потери этанола – 1,2% (0,012).
2) Рассчитаем производительность установки по уравнению (5.1):
20000
1000
'
G
2409
.
9
этанол
(
1
0
.
012
)
(
365
15
)
24кг/ч.
2
8
С учетом того, что молярная масса этанола равна 46 кг/кмоль, мольный рас
2409
,
9
46
52
,
4
этанол
ход этанола составляет N
кмоль/ч.
Объем катализатора, загружаемого в реактор, составляет 11,7 м3 (взято из
технического отчета лаборатории ВНИИОС, Москва 1975г.).
Используя данные по производительности катализатора и его объему в реакторе, рассчитаем производительность одного реактора 230·11,7=2691 кг/ч.
Количество реакторов, необходимое для обеспечения мощности цеха, таким
образом, составляет 2409,9/2691=0,9.
Принимаем для работы один реактор.
3) Схема материальных потов реактора гидратации этилена (рисунок 4):
Этан
Этан
Этилен
Этанол
Этилен
Вода
Вода
Ацетилен
Полимеры
Диэтиловый
эфир
Рисунок 4 – Схема материальных потоков реактора гидратации
4) Расчет материальных потоков реактора
Найдем количество подаваемого в реактор этилена.
Исходя из уравнения реакции и с учетом стехиометрических коэффициентов,
мольный расход этилена равен 52,4 кмоль/ч.
Молярная масса этилена равна 28 кг/кмоль.
С учетом конверсии и селективности по этанолу, рассчитаем мольный расход
этилена на входе в реактор по формуле (5.4):
52
.
4
вход1
N
1232
,
22
C
2
H
4
0
,
045
0
,
945кмоль/ч.
Массовый расход этилена при этом составляет
вход1
G
1232
,
22
28
34502
,
06
кг/ч.
C
2
H
4
С учетом технологических потерь, составляющих 5% этилена, массовый расход этилена на входе в реактор составляет
вход
вход1
G
G
1
.
05
34502
,
06
1
.
05
36227
,
16
кг/ч.
C
2
H
4
C
2
H
4
2
9
Тогда мольный расход этилена на входе в реактор по формуле (5.3) равен
вход
N
36227
,
16
28
1293
,
83
кмоль/ч.
C
2
H
4
Массовое соотношение водяной пар/этилен составляет 0,4/1, следовательно,
количество водяного пара подаваемого в реактор будет равно
вход
вход
G
G
0
.
4
36227
,
16
0
.
4
14490
,
86
кг/ч.
H
2
O
C
2
H
4
Молярная масса воды равна 18 кг/кмоль, тогда мольный расход водяного павход
14490
,
86
18
805
,
05
ра составляет N
кмоль/ч.
H
2
O
Количество этилена, израсходованного в процессе, составляет
N
,
4
расход
C
2
H
4 52
расход
N
55
,
4
55
.
4
28
1552
.
6
C
2
H
4
C2H4
кмоль/ч, или G
кг/ч.
S
0
,
945
этанол
Таким образом, на выходе из реактора количество этилена составляет
выход
G
36227
,
16
1552
,
6
34674
,
6
C
2
H
4
кг/ч.
Рассчитаем количество побочных продуктов, образующихся в ходе процесса.
Расчет осуществляется на основе данных по селективности и стехиометрическим
коэффициентам соответствующих реакций:
расход
N
S
C
2
H
4
продукт
N
продукт
,
/
C
2
H
4
продукт
где N продукт - количество образующегося продукта, кмоль/ч;
расход
N C2H4
- количество этилена, израсходованного в процессе, кмоль/ч;
S продукт - селективность по данному продукту, доли единицы;
ν – стехиометрический коэффициент соответствующего компонента.
Диэтиловый эфир образуется по следующей реакции
2С2Н4 + Н2О ↔ (С2Н5)2О
Мольное количество диэтилового эфира составляет
расход
N
S
55
.
4
0
.
025
C
2
H
4
эфир
N
0
.
7
эфир
кмоль/ч;
/эфир
2
/
1
C
2
H
4
массовое количество диэтилового эфира при этом равно
G
N
M
0
.
7
74
51
.
8
эфир
эфир
эфир
кг/ч.
Ацетальдегид и этан образуются по реакции
3
0
(5.5)
2С2Н4 + Н2О ↔ СН3СОН + С2Н6
Мольное количество ацетальдегида равно мольному количеству этана и сорасход
N
S
.
4
0
.
02
C
2
H
4
C
2
H
655
N
N
0
.
6
ставляет C2H6
кмоль/ч.
АЦ
2
N
M
0
.
6
30
18
C2H6
C2H6
C2H6
Массовое количество этана равно G
кг/ч; массо
N
M
0
.
6
44
27
,
4
АЦ
АЦ
АЦ
вое количество ацетальдегида G
кг/ч.
Полимеры образуются по реакции
n (СН2 = СН2 ) ↔ (–СН2 – СН2 –)n
Массовый расход полимеров в процессе равен
расход
G
N
S
M
55
.
4
0
.
01
28
15
.
5
ПМ
C
2
H
4
ПМ
CH
2
CH
2
кг/ч.
Расход водяного пара на все реакции составляет
N
N
N
N
52
,
4
0
,
7
0
,
6
53
,
7
H2O
этанол
АЦ
эфир
кмоль/ч;
G
N
M
53
.
7
18
966
.
6
H
2
O
H
2
O
H
2
O
кг/ч.
Таким образом, на выходе из реактора расход водяного пара составляет
выход
G
14490
,
86
966
.
6
13524
,
26
Н
2
О
кг/ч.
Поскольку конверсия этилена составляет всего 4,5%, то необходимо возвращать не прореагировавший этилен в реактор, а для поддержания определенной
концентрации этилена в циркулирующем газе необходимо выводить из системы
накапливающиеся примеси, поступающие с прямым газом и образующиеся с побочными реакциями.
Произведем расчет количества и состава поступающего и отводимого газа.
Инертные примеси удаляют из системы двумя путями: с отдуваемым газом
высокого давления после отмывочного скруббера и в виде отдувок низкого давления из емкости промежуточного хранения водно-спиртового конденсата (ВСК).
Вместе с отдуваемыми примесями из системы выводится этилен, поэтому количество требуемого свежего этилена больше количества конвертируемого и зависит
от количества отдувок.
Количество отдувок низкого давления (S) исходя из заводских данных, составляет 0,2-0,3% от подаваемого этилена:
S
0
.
003
36227
.
16
108
.
7
кг/ч.
3
1
Записываем уравнения материального баланса по этилену и этану.
Материальный баланс по этилену:
расход
B
x
G
V
y
S
z,
С
2
Н
4
(5.6)
материальный баланс по этану:
B
(
1
x
)
G
V
(
1
y
)
S
(
1
z
)
,
C
2
H
6
(5.7)
расход
расход
где GС 2 Н 4 – количество конвертируемого этилена, GС 2 Н 4 =1552,6 кг/ч;
В – количество подаваемой этиленовой фракции, кг/ч;
V – количество отдуваемого газа высокого давления, кг/ч;
S – количество газа, растворенного в ВСК (отдувки низкого давления),
S=108.7 кг/ч;
GC 2 H 6 – количество образующегося этана, GC 2 H 6 =18.0 кг/ч;
x, y, z –массовые доли этилена в свежем техническом этилене, в циркулирующем газе и в отдувках низкого давления, соответственно. По данным установки синтеза этилового спирта, мольные доли этилена в приведенных фракциях составляют x=0,98, у=0,92, z=0,97, соответственно.
Пересчет мольных долей в массовые производится по формуле:
xi
Mi xi
n
(Mx) ,
i
i1
где
(5.8)
i
x i - массовая доля i-го компонента;
Mi - молярная масса i-го компонента;
xi
- мольная доля i-го компонента.
Тогда массовые доли этилена в перечисленных фракциях составляют:
28
0
.
98
28
0
.
92
y
0
.
9148
x
0
.
9786
i
i
(
28
0
.
92
30
0
.
08
)
(
28
0
.
98
30
0
.
02
)
;
;
28
0
.
97
z
0
.
9679
i
(
28
0
.
97
30
0
.
03
)
.
3
2
Решая систему уравнений (5.6) и (5.7), находим количество отдувок высокого
давления и количество свежего этилена, которое необходимо подать в реактор.
B=2421,9 кг/ч, в том числе этилена 2421,9·0,9786 = 2370 кг/ч;
V=778,6 кг/ч, в том числе этилена 778,6·0,9148 = 712,2 кг/ч.
Состав и количество свежей этиленовой фракции, а также отдувок высокого
и низкого давления представлены в таблицах 4, 5 и 6, соответственно.
Таблица 4 - Состав и количество свежей этиленовой фракции
Компонент
Количество, кг/ч
Состав, % масс
Этан
51,9
2,14
Этилен
2370
97,86
Итого
2421,9
100
Таблица 5 - Состав и количество отдувок высокого давления
Компонент
Количество, кг/ч
Состав, % масс
Этан
66,4
8,52
Этилен
712,2
91,48
Итого
778,6
100
Таблица 6 - Состав и количество отдувок низкого давления
Компонент
Количество, кг/ч
Состав, % масс
Этан
3,5
3,21
Этилен
105,2
96,79
Итого
108,7
100
цирк
Количество циркулирующего этилена составит GC 2 H 4 :
цирк вход
G
G
B
x
,
C
2
H
4
C
2
H
4
цирк
G
36227
.
16
2421
.
9
0
.
9786
33857
.
12
кг/ч.
C
2
H
4
Состав и количество циркулирующего газа приведены в таблице 7.
Таблица 7 - Состав и количество циркулирующего газа
3
3
(5.9)
Компонент
Количество, кг/ч
Состав, % масс
Этан
3153,3
8,52
Этилен
33857,1
91,48
Итого
37010,4
100
5) Сводная таблица материального баланса реактора приведена в таблице 8.
Таблица 8 - Сводная таблица материального баланса реактора гидратации
этилена
Приход
Расход
Компонент
кг/час
%, масс
Свежая фракция
Компонент
кг/час
Этанол
%, масс
2409,9
4,73
Этан
51,9
0,1
Эфир
51,8
0,10
Этилен
2370
4,6
Этан
18
0,04
14490,9
26,9
Ацетальдегид
27,4
0,05
Полимеры
15,5
0,03
13524,3
24,98
Водяной пар
Циркулирующая фракция
Этан
3153,3
5,8
Этилен
33857,1
62,6
Водяной пар
Отдувки ВД
Этан
66,4
0,13
Этилен
712,2
1,39
Отдувки НД
Этан
Этилен
3,5
0,01
105,2
0,20
Циркулирующая фракция
Итого
53944,6
Этан
3153,3
5,83
Этилен
33857,1
62,57
53944,6
100,00
100,0
Далее материальный баланс продолжается расчетом количества уносимой из
реактора кислоты. Расчет проводится по эмпирическому уравнению:
G
4
,
37
V
(
1
1
.
555
)
exp(
0
.
0459
T
239
)
уноса
,
(5.10)
где V - объемная скорость подачи, ч-1;
- весовое отношение воды к циркулирующему этилену.
3
4
Заканчивается материальный баланс расчетом процесса конденсации. Этот
расчет представлен в разделе 7.4. 6 Расчет теплового баланса [2-5]
6.1 Общие положения
Тепловые расчеты выполняются с целью определения тепловой нагрузки основного аппарата, типа реактора по тепловому режиму (эндотермический, экзотермический или адиабатический), количества поглощающегося (выделяющегося)
в ходе процесса тепла, количества теплоносителя или хладагента, необходимого
для подведения (снятия) тепла, а также для выбора конструктивного оформления
основного аппарата с учетом теплового режима.
Тепловые расчеты выполняются на основе уравнения теплового баланса:
Q
Q
Q
Q
Q
0
прихода
реакции
выхода
потерь
подв
(
отв
)
,
(6.1)
где Qприхода - суммарное количество тепла, приходящее с компонентами, Вт;
Qреакции - тепловой эффект реакции, Вт;
Qвыхода - суммарное количество тепла, уносимое продуктами реакции, Вт;
Qпотерь - количество тепла, потерянное в ходе процесса;
Qподв(отв) - количество тепла, которое необходимо подвести или отвести, Вт.
Рекомендуется следующий порядок расчета.
1) Приводятся исходные данные для расчетов: температура на входе в аппарат, внутри аппарата и на выходе из него (если имеется), давление в аппарате,
состав и количество сырья и продуктов. Указывается цель расчета (определение
расхода теплоносителя, определение температуры на выходе из реактора и т.д.).
2) Рассчитывается количество поступающего тепла. Производится расчет
тепла поступающего с входящими в аппарат потоками (при температуре входа).
3) Рассчитывается тепло реакции (для реакторов). Расчет производится на
основе закона Гесса, с учетом температуры и давления в реакторе. Приводятся
значения энтальпий при данных условиях для всех реагирующих веществ. Рассчитывается тепловой эффект реакции с учетом мольного количества вступивших
в реакцию веществ.
3
5
4) Определяется или принимается количество тепловых потерь. Количество тепловых потерь обычно составляют около 3-5% от общего количества тепла.
5) Рассчитывается количество тепла, уносимое выходящими из аппарата потоками.
6) Определяется температура на выходе из аппарата или количество
теплоты, которое необходимо подвести (отвести) от аппарата. Расчеты проводятся на основе уравнения теплового баланса (6.1).
7) Рассчитывается количество теплоносителя (хладагента), необходимое
для подвода (отвода) тепла. Расчет ведется с использованием теплового баланса
между двумя потоками (холодным и горячим), обменивающимися теплом в ходе
процесса.
8) Приводится сводная таблица теплового баланса аппарата.
В данном разделе приведены примеры расчета теплового баланса для процесса гидрирования бензола и процесса гидратации этилена.
6.2 Расчет теплового баланса реактора гидрирования бензола первой
ступени
Рассчитать тепловой баланс реактора гидрирования бензола и определить
расход теплоносителя – водного конденсата (Р=0,6 МПа, Т=158°С). Состав потоков приведен в разделе 5.2. Температура на входе в реактор 135°С, на выходе из
реактора 180°С.
Уравнение теплового баланса для реактора в общем виде выглядит следующим образом:
Q
Q
Q
Q
Q
входа
реакции
выхода
отвода
потерь
,
где Qвхода - количество тепла поступающего в реактор, Вт;
Qреакции - тепло выделившиеся в ходе реакции, Вт;
Qвыхода - тепло уносимое с реакционными газами, Вт;
Qпотерь - тепловые потери, Вт;
3
6
(6.2)
Qотвода - количество теплоты, которое необходимо отвести из реактора, Вт.
1) Рассчитаем количество тепла, поступающего в реактор.
Количество тепла приходящего с потоком, определяем по уравнению:
Q
C
N
T
входа
p
,
i
i
входа
,
(6.3)
где Cp,i – теплоемкость i –го компонента, Дж/(моль·К);
Ni – мольный поток, моль/с;
Твхода – температура входа, К.
Температура входа составляет Твхода = 135°С +273=408К.
Расчет представляем в виде таблицы 9.
Таблица 9 - Расчет количества тепла, поступающего в реактор
Компонент
N, кмоль/ч
(разд. 3.3.2)
Ni, моль/с,
N1000
Ni
3600
Qi , Вт
C p , 408,i ,
Дж/(моль·К)
Q
C
i
p
,i N
i T
входа
Бензол
14,9
4,1
113,88
192305,4
Водород
82,2
22,8
28,91
269325,6
Азот
37,4
10,4
29,62
125549,3
Итого, Qвхода
587180,2
2) Рассчитываем тепло, выделяющееся в процессе реакции.
Согласно закону Гесса:
0
Н
i Н
r
i ,
(6.4)
где Н r - энтальпия реакции, Дж/моль;
i - стехиометрический коэффициент каждого компонента, участвующего в
химической реакции;
H i0 - энтальпия образования каждого вещества при средней температуре ре-
акции, Дж/моль;
3
7
i является положительным для продуктов реакции и отрицательным для ис-
ходных соединений.
Принимаем среднюю температуру в реакторе:
408
453
T
431
К
ср
2
Находим энтальпии образования компонентов в газовой фазе при 431К [8]:
0
H
76
.4
431
,C
6
H
6
кДж/моль;
0
H
137
.0
кДж/моль;
431
,C
6
H
12
0
H431
0кДж/моль.
,H2
Поскольку давление в системе составляет 1,6 МПа, то необходимо в энтальпию внести поправку на давление. Расчет ведем по методу, предложенному в работах [4, 7], основанному на принципе соответственных состояний:
0
1
0
0
0
H
H
H
H
H
H
,
R
T
R
T
R
T
c
c
c
(6.5)
где - ацентрический фактор;
(0)
H0 H
RT - поправка к энтальпии на давление, характеризующая поведеc
ние простого вещества;
(1)
H0 H
RT - функция отклонения в поведении рассматриваемого вещества
c
от поведения простого вещества;
H 0 - идеально-газовая энтальпия вещества при рассматриваемой температу-
ре, Дж/моль;
H - искомая энтальпия, в нашем случае это f H T , Дж/моль;
R - газовая постоянная, равная 8,31441 Дж/(мольК);
Tc - критическая температура вещества, К.
Для бензола:
Tc=562.1 К; Рс=48,3 атм; ω=0,2121672.
3
8
Подставляя в формулу (6.5) известные значения переменных, находим:
0
H
H
C
6
H
6
4
.
999
0
.
2121672
6
.
955
;
R
T
c
H
46
,1кДж/моль.
f
C
6
H
6
,4К; P
40
,2атм
0,2070104
Аналогично для циклогексана: Tc 553
;
;
c
H
166
,6
f C
6
H
12
кДж/моль.
Таким образом, энтальпия реакции будет равна:
H
166
,
6
46
.
1
212
.
7
кДж/моль = -212700 Дж/моль.
r
Теплота реакции определяется по формуле:
Q
N
r
rH
C
6
H
6,
(6.6)
где Qr – тепловой эффект реакции, Вт;
ΔrH – энтальпия реакции, Дж/моль;
NC6H6 – мольный расход бензола, вступившего в реакцию, моль/с.
NC6H6 =14,2 кмоль/ч= 3,94 моль/с.
Тепло реакции будет равно:
Q
H
N
(
212700
3
,
94
)
839088
,
1
r
r
C
6
H
6
Вт
Итого количество приходящего тепла будет равно
Q
Q
Q
прихода
входа
реакции
Q
587180
,
2
839088
,
1
1426268
прихода
Вт
3) Принимаем, что потери в окружающую среду составляют 5% от общего прихода теплоты.
Qпотерь = Qприхода ·0,05 = 1426268
·0,05=71313 Вт
4) Рассчитаем тепловой поток на выходе из реактора. Расчет проводим
аналогично расчету, приведенному в п. 1.
Твыхода = 180+273=453К
Расчет представляем в виде таблицы 10.
3
9
Таблица 10 - Расчет количества тепла выходящего из реактора с реакционными газами
Компонент
N, кмоль/ч
Ni, моль/с,
(разд. 3.3.2)
N1000
Ni
3600
Qi , Вт
C p , 453,i ,
Q
C
i
p
,i N
i T
входа
Дж/(моль·К)
Бензол
0,75
0,2
125,3
11825,2
Водород
39,6
11,0
29,00
144507,0
Азот
37,4
10,4
29,81
140290,8
Циклогексан
14,2
3,9
172,33
307925,0
Итого, Qвыхода
604548,0
5) Определяем количество тепла, которое необходимо отвести из реактора.
Q
Q
Q
Q
отвода
приход
потерь
выход
;
Q
1426268
71313
604548
750406
отвода
Вт
6) Находим расход водного конденсата.
Удельная теплота парообразования конденсата( H V ) из справочных данных
составляет 2095 кДж/кг. Принимаем КПД теплообмена равным 0,9. Тогда количество конденсата Gk составит:
Q
0
,
9
750406
0
,
9
отвода
G
0
,
32
K
кг/с.
H
2095000
V
7) Составляем сводный тепловой баланс процесса (таблица 11).
Таблица 11 - Тепловой баланс реактора
Приход
Поток
Расход
кВт
%
Тепло с исходным газом
587,2
41,2
Тепло реакции
839,1
58,8
Поток
Тепло с отходящими
газами
Потери тепла
Тепло, отводимое
конденсатом
Итого
1426,3
100
4
0
кВт
%
604,5
42,4
71,3
5,0
750,4
52,6
1426,3
100
6.3 Расчет теплового баланса реактора гидратации этилена
Рассчитать тепловой баланс реактора гидратации этилена и определить температуру выхода реакционных газов из реактора (Р=8,0 МПа, Твхода=280°С).
Состав потоков на входе в реактор: этан – 100,7 кмоль/ч; этилен – 1222,7
кмоль/ч; водяной пар – 760,8 кмоль/ч.
Состав продуктов процесса: этанол – 52,4 кмоль/ч; диэтиловый эфир – 0,7
кмоль/ч; ацетальдегид – 0,6 кмоль/ч; этан – 0,6 кмоль/ч; полимеры – 0,1 кмоль/ч.
Уравнение теплового баланса для реактора в общем виде выглядит следующим образом:
Q
Q
Q
Q
входа
реакции
выхода
потерь
,
(6.7)
где Qвхода - количество тепла поступающего в реактор, Вт;
Qреакции - тепло выделившиеся в ходе реакции, Вт;
Qвыхода - тепло уносимое с реакционными газами, Вт;
Qпотерь - тепловые потери, Вт.
1) Рассчитаем количество тепла, поступающего в реактор.
Количество тепла приходящего с потоком, определяем по уравнению (6.3).
Температура входа Твхода = 280+273=553 К.
Расчет представляем в виде таблицы 12.
Таблица 12 - Расчет количества тепла, поступающего в реактор
Компонент
N, кмоль/ч
Ni, моль/с,
N1000
Ni
3600
C p,553,i ,
Дж/(моль•К)
Qi , кВт
Q
C
T
i
p
,i N
i
входа
1000
Этан
100,7
28,0
84,2
1303,8
Этилен
1222,7
339,6
67,4
12657,7
Водяной пар
760,8
211,3
35,7
4171,5
Итого, Qвхода
18133,0
4
1
2) Рассчитываем тепло выделяющееся в процессе для каждой реакции.
Находим энтальпии образования компонентов в газовой фазе при 553К [8].
Так как давление в системе равно 8,0 МПа, то вводим поправку на давление, рассчитанную, как и в предыдущем случае, по методу основанному на принципе соответственных состояний [4, 7]. Результаты расчета по уравнению (6.5) представлены в таблице 13.
Таблица 13 - Энтальпии образования соединений
0
H 553
,
H 553 , при 80 атм,
кДж/моль
кДж/моль
Tc
Pc
Этилен
282,4
49,7
0,065
52,3
51,4
Этан
305,4
48,2
0,098
-84,8
-84,9
Вода
647,3
217,6
0,344
-242,2
-242,8
Этанол
516,2
63
0,635
-235,6
-236,1
466,7
35,9
0,281
-191,1
-191,7
Ацетальдегид
461,0
55,0
0,303
-166,6
-167,0
Полимер (С10)
609,3
22,2
0,508
0,2
-1,3
Компонент
Диэтиловый
эфир
Для полимера принимаем, что он получается в результате полимеризации 5
молекул этилена.
По закону Гесса (6.4) найдем энтальпию каждой из протекающих реакций и
по уравнению (6.6) количество выделяющегося при этом тепла.
С2Н4 + Н2О ↔ С2Н5ОН
H
236
.
1
51
.
4
(
242
.
8
)
44
.
7
кДж/моль
r
H
N
1000
(
44
.
7
52
,
4
)
1000
r
спирт
Q
650
,
6
кВт
r
,
спирт
3600
3600
2С2Н4 + Н2О ↔ (С2Н5)2О
H
191
.
7
2
51
.
4
(
242
.
8
)
51
.
7
r
кДж/моль
4
2
H
N
1000
(
51
,
7
0
,
7
)
1000
r
эфир
Q
10
,
1
кВт
r
,
эфир
3600
3600
2С2Н4 + Н2О ↔ СН3СОН + С2Н6
H
167
,
0
84
,
9
2
51
,
4
(
242
,
8
)
57
,
9
r
кДж/моль
H
N
1000
(
57
,
9
0
,
6
)
1000
r
АЦ
Q
9
,
65
кВт
r
,
АЦ
3600
3600
n (СН2 = СН2 ) ↔ (–СН2 – СН2 –)n
H
1
,
3
5
51
,
4
258
,
3
r
кДж/моль
H
N
1000
(
258
,
3
0
,
1
)
1000
r
ПМ
Q
8
,
1
r
,
ПМ
кВт
3600
3600
Общее количество тепла составит:
Q
Q
650
.
6
10
.
1
9
.
65
8
.
1
659
.
1
r
r
,
i
кВт.
Итого количество приходящего тепла будет равно:
Q
Q
Q
прихода
входа
реакции
;
Q
18133
659
.
1
18792,1
прихода
кВт.
3) Принимаем, что потери в окружающую среду составляют 1% от общего прихода теплоты.
Qпотерь = Qприхода ·0,01 = 18792,1•0,01=187,9 кВт
4) Рассчитаем температуру на выходе из реактора.
Поскольку тепловой эффект реакций незначителен, то используем теплоемкость веществ при 553К [9].
Температура на выходе из реактора рассчитывается по формуле:
Q
Q
приход
потерь
T
выход
,
(
N
C
i
p
,i)
где Tвыход - температура на выходе из реактора, К;
Qприход - количество теплоты, приходящее в реактор, Вт;
Qпотерь - количество тепловых потерь в процессе, Вт;
4
3
(6.8)
N i - мольный расход i-го компонента, моль/с;
С p ,i - теплоемкость i-го компонента, Дж/(моль•К).
Расчет представляем в виде таблицы 14.
Таблица 14 - Расчет температуры на выходе из реактора
Компонент
N, кмоль/ч
Ni, моль/с,
N1000
Ni
3600
C p,553,i ,
Дж/(моль•К)
C p,i N i
Этилен
1167,5
324,3
67,4
21857,82
Этан
101,9
28,3
84,2
2382,86
Вода
707,1
196,4
35,7
7011,48
Этанол
52,4
14,6
100,9
1473,14
0,7
0,2
173,1
34,62
Ацетальдегид
0,6
0,2
80,9
16,18
Полимер (С10)
0,1
0,03
335,2
10,06
Диэтиловый
эфир
Итого
32786,16
Таким образом, температура на выходе из реактора равна (6.8)
18792
,
1
187
,
9
T
1000
568
выход
К.
32786
,
16
При больших перепадах температур на входе и выходе из реактора, необходимо учитывать и изменение теплоемкости от температуры.7 Расчет и подбор
основного оборудования [10-14]
7.1 Расчет насоса
Основными типами насосов, использующимися в химической технологии,
являются центробежные, поршневые и осевые насосы. При проектировании
возникает задача определения необходимого напора и мощности при заданной
подаче (расходе) жидкости, перемещаемой насосом. По этим характеристикам, а
4
4
также в зависимости от агрессивности среды выбирают насос конкретной марки
[10-12].
Мощность, затрачиваемая на перекачивание жидкости, определяется по
формуле
gQ
H
N
,
(7.1)
где N – мощность насоса, Вт;
g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2;
- плотность жидкости, кг/м3;
Q - подача (расход) жидкости, м3/с;
Н - напор насоса (в метрах столба перекачиваемой жидкости), м;
- КПД насоса, доли единицы.
Напор определяют по формуле:
P
P
H
2 1
H
h
,
r
n
g
(7.2)
где P1 - давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость, Па;
P2 - давление в аппарате, в который подается жидкость, Па;
Hr,.- геометрическая высота подъема жидкости, м;
hn - суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях, м.
КПД центробежных насосов можно принять равным 0,4—0,7 для малых и
средних подач и 0,7—0,9 для больших подач (>280 м3/ч).
Полный расчет насоса включает: расчет гидравлических потерь на линиях
нагнетания и всасывания насоса, с учетом потерь на трение и местные
сопротивления; определение напора и мощности насоса; выбор подходящей
марки насоса.
В данном разделе приведен пример поверочного расчета насоса (без расчета
потерь напора на гидравлические сопротивления).
Пример поверочного расчета насоса
Подобрать насос для перекачивания воды из открытой емкости в аппарат,
работающий под избыточным давлением 0,1 МПа. Расход воды 1,2 •10-2 м3/с.
4
5
Геометрическая высота подъема воды 15 м. Общие потери напора на
всасывающей и нагнетательной линиях принять равными 5,4 м.
Находим напор насоса по формуле (7.2):
6
0
.
1
10
H
15
5
.
4
30
.
6
м вод. столба.
1000
9
.
81
Полезная мощность насоса по формуле (7.1):
N
1000
9
.
8
0
.
012
30
.
6
3602
Вт = 3,6 кВт.
n
Принимая = 0,6 (для центробежного насоса средней производительности),
определяем мощность на валу двигателя
N = 3.6 / 0.6 = 6.0 кВт.
По справочным таблицам [10, 11] устанавливаем, что заданной подаче и
напору соответствует центробежный насос марки Х45/31, для которого в
оптимальных условиях работы Q = 1,25•10-2 м3/c, Н = 31 м, = 0,6. Насос
обеспечен электродвигателем А02-52-2 номинальной мощностью Nn = 13 кВт,
дв=0,89.
7.2 Расчет сепаратора
Для разделения газожидкостных смесей применяют сепараторы вертикального или горизонтального исполнения. Высота сепарационной части в вертикальных
сепараторах не должно быть менее 0,6 метров, а горизонтальных менее 3 метров,
так как в противном случае качество разделения резко падает.
Расчет сепаратора выполняется следующим образом:
1) Определяем критическую скорость газа в сепараторе кр по уравнению:
(
)
A
ж газ
кр
,
газ
(7.3)
где A – коэффициент, зависящий от конечного содержания жидкости в газе
(Скон),
ж и газ - плотности жидкости и газа соответственно, кг/м3.
Коэффициент А выбирают из представленной ниже таблицы 15.
4
6
Таблица 15 – Зависимость коэффициента А от конечного содержания жидкости в газе
Сепаратор
Вертикальный
Горизонтальный
Скон, г/кг
2
5
10
2
5
10
А
0,030
0,047
0,061
0,075
0,117
0,150
2) Принимаем среднюю скорость в аппарате ниже критической и находим
диаметр сепаратора из уравнения:
V
D1.13
,
(7.4)
где D – диаметр сепаратора, м;
V – объемная скорость подачи сырья в сепаратор, м3/с ;
ω – средняя скорость в аппарате, м/с.
3) С учетом стандартизованных размеров выбираем подходящий аппарат.
7.3 Расчет теплообменных аппаратов [10-12, 14]
7.3.1 Порядок расчета
1) Определяем из материального баланса расход теплоносителей, уточнив их
начальные и конечные температуры, определяем физико-химические свойства
теплоносителей и степень их коррозионной активности (агрессивности).
2) На основании теплового баланса определяем количество тепла,
передаваемого при теплообмене, и уточняем количество второго теплоносителя.
3) Учитывая агрессивность или другие свойства теплоносителей, выбираем
конструктивный материал и схему обвязки теплообменника.
4) Определяем среднюю разность температур (средний температурный
напор).
5) Для аппарата, указанного в техническом задании. рассчитываем
коэффициент теплопередачи через стенку К, Вт/(м2 К) по формуле:
1
K
,
1
/
r
1
/
1
ст
2
4
7
(7.5)
где 1, 2 - коэффициенты теплопередачи от охлаждаемого потока к стенке и
от стенки к нагреваемому потоку, Вт/(м•К);
r ст – сумма термических сопротивлений всех слоев, из которых состоит
стенка, включая слои загрязнений, Вт/(м2•К).
При поверочном расчете теплообменных аппаратов коэффициент принимается согласно данным таблицы 16.
Таблица 16 - Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи,
Вт/(м2·К)
Вид движения
Вид теплообмена
вынужденное свободное
От газа к газу (при обычных давлени-
10-40
Назначение
теплообменника
Газовые
4-12
ях)
холодильники
От газа к жидкости
10-60
6-20
800 – 1700
140-340
Подогреватели
120-270
30—60
и холодильники
От конденсирующегося пара к газу
10-60
6-12
Подогреватели
От конденсирующегося пара к воде
800-3500
300-1200
-
300-3500
Испарители
120-310
60-170
Подогреватели и
От жидкости к жидкости (вода)
От жидкости к жидкости (масло)
От конденсирующегося пара к кипящим жидкостям
От конденсирующегося пара к органическим жидкостям
От конденсирующегося пара органических веществ к воде
конденсаторы
340-870
230-460
6) Определяем величину поверхности из основного уравнения теплопередачи:
F
Q
Ktср ,
где F – площадь поверхности теплообмена, м2;
Q – количество теплоты, передаваемое в ходе теплообмена, Вт;
4
8
(7.6)
K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К);
∆t – средняя разность температур, К.
7) Принимаем в зависимости от конструктивного материала и возможности
загрязнения труб их диаметр. Определяют число труб, обеспечивающее
желаемую скорость в трубном и межтрубном пространстве (обычно удается
получить желаемую скорость только в одном из пространств).
8) Определяем длину трубного пучка:
F
L
ndP ,
(7.7)
где L – длина трубного пука, м;
F – площадь поверхности теплообмена, м2;
n – число труб в пучке;
dp – диаметр трубы, м.
Полученное значение округляем до нормализованного и конструктивно
удобного. Выбираем аппарат из стандартного ряда.
9) По параметрам стандартного теплообменника уточняем и принимаем размеры в соответствии с действующими нормами и ГОСТ.
10) Гидравлический расчет теплообменного аппарата выполняется в случае,
если это оговорено в техническом задании.
7.3.2 Полный расчет теплообменного аппарата
Выполним расчет теплообменника, служащего для подогрева окислительной
шихты перед подачей ее в реактор в процессе окисления изопропилбензола в гидроперекись изопропилбензола.
Нагреваемая среда – окислительная шихта с температурой входа t1=50оС и
температурой выхода t2=125oС. Подача шихты составляет Gш =129503 кг/ч или
1070793.14 моль/ч. Теплоемкость шихты при средней температуре процесса
tср=(125+50)/2=88оС равна Срш = 283,59 Дж/(моль·К).
4
9
Теплоноситель – перегретый водяной пар с давлением 5 кгс/см2, температура
входа θ1=290оС, температура выхода конденсата θ2=150оС. Удельная теплоемкость пара при средней температуре θср=(290+150)/2=220оС равна Срв.п.=39160,8
Дж/(моль·К).
Рассчитаем количество тепла, получаемого шихтой в процессе теплообмена
по формуле:
ш
ш
ш
Q
G
Cp
(
t
t
)
,
2
1
(7.8)
Qш = 1070793.14·283,59·(125-50)=22775141934 Дж/ч, или 6326428,32 Дж/с.
Коэффициент теплоиспользования η=0,98. Тогда тепло, выделившееся при
охлаждении и конденсации водяного пара равно
Qв.п. = η·Qш,
(7.9)
Qв.п. = 0,98·22775141934=23239940749 Дж/ч или 6455539,1 Дж/с.
Рассчитаем расход водяного пара, необходимый для нагрева шихты.
Теплота конденсации водяного пара в данных условиях равна Hконд=38475,57
Дж/моль.
Количество теплоты, переданное водяным паром
Qв.п. = Gв.п.·Срв.п.·(θ1-θ2)+ Gв.п· Hконд.
(7.10)
Отсюда, расход водяного пара
в
.
п
.
Q
в
.
п
.
G
в
.
п
.
,
Cp
(1
)
H
2
конц
2323994074
9
в
.
п
.
G
4209
,
38
моль/ч или 75,77 кг/ч.
39160
,
8
(
290
250
)
38475
,
57
Рассчитаем средний температурный напор Δtcp.
Изменение температур потоков имеет вид:
теплоноситель
290о → 150о
окислительная шихта 125о ← 50о
Δtб=290-125=165о; Δtм =150-50=100о;
5
0
отношение Δtб/Δtм=165/100=1,65.
Средний температурный напор Δtcp найдем как средне-логарифмическую
разность:
t tм
tср б
t
ln б ,
tм
(7.11)
165
100
tср
129
.8
165
°.
ln
100
Исходя из условий теплообмена, примем ориентировочный коэффициент
теплопередачи Кориент=290 Вт/(м2·К).
Тогда из уравнения теплопередачи (7.6) поверхность теплообмена
Q 6455539
,
1
F
171
,
5
2
ориент
K
t
290
129
,
8 м.
ориент
ср
Принимаем кожухотрубчатый теплообменник (ГОСТ 15118-79), характеристики которого приведены в таблице 17.
Таблица 17 – Характеристики принятого кожухотрубчатого теплообменника
Длина труб
3
м
Поверхность теплообмена
214
м2
Число ходов z
2
Диаметр кожуха
1000
мм
Диаметр труб
20 × 2
мм
Число труб n
1138
Произведем уточненный расчет коэффициента теплопередачи. В данном случае уравнение (7.5) имеет следующий вид:
K
1
,
ш
в.п.
(7.12)
где αш и αв.п. – коэффициенты теплоотдачи шихты и водяного пара соответственно, Вт/(м•К);
Σ(δ/λ) – сумма температурных сопротивлений, Вт/(м2•К).
5
1
Расчет коэффициента теплоотдачи для трубного пространства
В трубное пространство теплообменника подается окислительная шихта
Gш=129503 кг/ч=35,97 кг/с.
Плотность шихты ρш=750 кг/м3. Объемная скорость шихты равна
Gобш=Gш/ρш,
(7.13)
Gобш=35.97/750=0.048 м3/с.
Внутренний диаметр трубы равен d=0,016 м.
Линейная скорость ω (м/с) находится по формуле:
G
4
,
2
d (n/z)
(7.14)
где G – объемная скорость подачи, м3/с;
d – внутренний диаметр трубы, м;
n – число труб в теплообменнике;
z – число ходов в теплообменнике.
Следовательно, линейная скорость шихты
ш
4
G
4
0
.
048
об
0
.
42
м
/
с
.
2
2
d
(
n
/
z
)
3
.
14
0
.
016
(
1138
/
2
)
ш
Динамическая вязкость шихты μш=0,00074 Па·с.
Критерий Рейнольдса Re равен
d
,
Re
(7.15)
где ω - линейная скорость, м/с;
d – внутренний диаметр трубы, м;
ρ - плотность шихты, кг/м3;
μ - динамическая вязкость, Па·с.
.
42
0
.
016
750
ш0
Re
6802
, т.е., режим переходный.
0
.
00074
Критерий Нуссельта для переходного режима описывается уравнением
Nuж=0,008Reж0,9Prж0,43,
где Prж – критерий Прандтля для окислительной шихты.
5
2
(7.16)
Pr=Cp·μ/λ,
(7.17)
где Ср – удельная теплоемкость шихты, 2344,88 Дж/(кг·К);
λ – удельная теплопроводность окислительной шихты, 0,118 Вт/(м·К).
Pr=2344,88·0,00074/0,118=14,77.
Nu=0.008·68020.9·14.770.43=71.66.
Коэффициент теплоотдачи
Nu
d ,
(7.18)
где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м·К);
Nu – критерий Нуссельта;
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);
d – внутренний диаметр трубы, м.
71
,
66
0
,
118
526
,
29
Вт/(м2·К).
ш
0
,
016
Расчет коэффициента теплоотдачи для межтрубного пространства
В межтрубное пространство подается перегретый водяной пар. Плотность
пара в условиях процесса
в.п. 0
PT
0
,
P
T
0
(7.19)
где ρв.п. - плотность водяного пара в условиях процесса, кг/м3;
ρ0 - плотность водяного пара при нормальных условиях, кг/м3;
P – рабочее давление, атм;
P0 – давление при нормальных условиях, P0=1 атм;
T – рабочая температура, К;
T0 – температура при нормальных условиях, T0=298 К.
5
298
0
,
8
2
,
22
кг/м3.
1
(
220
273
)
в
.
п
.
Объемная подача пара по формуле (7.13) Gобв.п.=75,77/(2,22·3600)=0,0095
м3/с.
5
3
Наружный диаметр трубок 0.02 м.
Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства
2
D
nd2
dэ
,
D
nd
(7.20)
где dэ – эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м;
D – диаметр кожуха теплообменника, м;
n – число труб в теплообменнике;
d – наружный диаметр трубы, м.
2
2
1
1138
0
,
02
d
0
,
023
э
1
1138
0
,
02 м.
Скорость пара определяется по формуле:
4G
d2 ,
(7.21)
где ω – скорость, м/с;
G – объемная подача, м3/с;
d – эквивалентный диаметр, м.
4
G4
0
.
0095
22
,
92
м/с.
.
14
0
.
023
d3
в
.
п
.
в
.
п
.
об
2
э
2
Динамическая вязкость пара μв.п.=2,03·10-5 Па·с.
Критерий Рейнольдса для водяного пара по формуле (7.15):
,
92
0
.
023
2
,
22
в
.
п
. 22
Re
57500
,
09
, т.е. режим турбулентный.
0
.
0000203
Для турбулентного режима критерий Нуссельта рассчитывается по формуле
Nu=0,021·Re0,8 Pr0,43 (Pr/Prст)0,25,
где (Prж/Prст)0,25=1.
Теплопроводность перегретого пара λ=0,00331 Вт/(м·К);
теплоемкость пара Ср=2175600 Дж/(кг·К).
Критерий Прандтля для водяного пара по формуле (7.17) равен
Pr=2.03·10-5·2175600/0.00331=13356.86.
Критерий Нуссельта по формуле (7.22):
Nu=0.021·57500.090.8·13356.860.43=8016.9.
Коэффициент теплоотдачи водяного пара по формуле (7.18) равен
5
4
(7.22)
8016
,
9
0
,
00331
1158
,
11
Вт/(м2·К).
0
,
023
в
.
п
.
Термические сопротивления по справочным данным составляют:
теплопроводность стали λ=47 Вт/(м·К),
толщина стенки δ=0,002 м,
тепловое сопротивление для водяного пара δ/λ=0,00006 (м2·К)/Вт.
Таким образом, Σ(δ/λ)i = 0.002/47+0.00006 = 0.00064 (м2·К)/Вт.
Коэффициент теплопередачи по формуле (7.12) равен
1
Вт
K
293
,
59
2 .
526
,
29
0
,
00064
1158
,
11
м
К
Тогда расчетная поверхность теплообмена (7.6)
Q 6455539
,
1
F
169
,
4
2
расч
K
t
293
,
59
129
,
8 м.
расч
ср
Т.е., Fрасч< Fнорм, следовательно к установке принимаем выбранный теплообменник.
Запас поверхности составляет (214-169,4)/169,4=0,26 или 26%.
Гидравлический расчет теплообменника
1) Трубное пространство
Коэффициент трения определяется по формуле
2
0
.
9
6
.
81
e
0
.
25
lg
,
3
.
7
Re
Tp
где е = Δ/d – относительная шероховатость труб;
Δ=0,2 мм = 0,0002 м– высота выступов шероховатостей;
d – внутренний диаметр труб, м;
е=0,0002/0,016=0,0125.
2
0
.
9
0
,
0125
6
.
81
0
.
25
lg
0
,
0485
.
3
.
7
6802
,
11
5
5
(7.23)
Коэффициенты местных сопротивлений для трубного пространства представлены в таблице 18:
Таблица 18 – Коэффициенты местных сопротивлений для трубного пространства
Коэффициенты местных сопротивлений
Значение
Входная и выходная камеры ξтр1
1,5
Поворот между ходами ξтр2
2,5
Вход в трубы и выход из них ξтр3
1
Диаметр штуцеров трубного пространства примем 0,25 м. Тогда скорость потока в штуцерах по формуле (7.21):
ш
4
G
0
.
048
об 4
1
тр
.
ш
.
2
2 м/с.
3
.
14
0
.
25
d
ш
Рассчитаем гидравлическое сопротивление для трубного пространства ΔРтр:
2
2
2
Lz
TP
ТР
.
ш
TP
TP
TP
TP
P
2
.
5
z
1
2
z
3
,
TP
d
2
2 2
(7.24)
где z – число ходов;
L – длина труб.
2
2
2
3
2
0
,
42
750
750
0
,
42
750
1
P
0
,
0485
2
.
5
2
1
2
2
3
270
,
97
Па
TP
.
0
,
016
2
22
2) Межтрубное пространство
Диаметр штуцеров для межтрубного пространства принимаем 0,25 м.
Скорость потока в штуцерах по формуле (7.21)
4
G4
0
.
0095
0
,
19
.
14
0
.
25м/с.
d3
ш
об
мтр
.
ш
.
2
ш
2
Коэффициенты местных сопротивлений для межтрубного пространства
представлены в таблице 19.
5
6
Таблица 19 - Коэффициенты местных сопротивлений для межтрубного пространства
Коэффициенты местных сопротивлений
Значение
Вход и выход ξтр1
1,5
Поворот через сегментную перегородку ξтр2
1,5
Сопротивление пучка труб ξтр3=3m/Reмтр0,2
1,77·10-8
Рассчитаем гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве
ΔРмтр:
2
2
2
3
m
(
x
1
)
MTP
MTP
MTP
MTP
MTP
MTP
P
1
.
5
x
3 ш
МТР
,
(7.25)
0
.
2
2
2
2
Re
MTP
где х=6 – число сегментных перегородок;
n 1138
m
19
.
48
3
3
m – число рядов труб,
.
2
2
2
3
19
,
48
(
6
1
)
2
,
22
22
,
92
2
,
22
22
,
92
2
,
22
0
,
19
P
1
.
5
6
3
31
,
2
П
МТР
0
,
2
2
2 2
57500
,
09
7.3.3 Поверочный расчет теплообменного аппарата
Аппарат воздушного охлаждения (АВО) предназначен для охлаждения 14400
кг/ч нефтепродукта (d420 = 0,740) от 120 до 40°С. Начальная температура воздуха
(сухого) 25°С, конечная 60°С. Коэффициент теплопередачи 46 Вт/(м·К).
Проведем поверочный расчет аппарата.
Отдаваемое нефтяными парами тепло находим из уравнения:
Q
G(Iн
Iк),
(7.26)
где Q – тепло, передаваемое в процессе теплообмена, Вт;
G – расход теплоносителя или хладагента, кг/с;
Iн и Iк – энтальпии теплоносителя или хладагента при начальной и конечной
температуре, соответственно, кДж/кг.
н к
Q
G
(
I
I
)
14400
(
580
.
1
81
.
2
)
7184160
кДж/ч = 1996266 Вт
н
т
120
40
Схема потоков противоточная. Разности температур потоков равны:
∆tб = 120-60=60°С; ∆tм = 40-25=15°С.
5
7
Средний температурный напор рассчитывается как средне-логарифмическая
разность температур по формуле (7.11):
t
t 60
15
t
б м
32
ср
t
60
°С
ln
lnб
15
t
м
Поверхность теплообмена холодильника по формуле (7.6) составляет:
1996266
F
1356
м2.
46
32
Принимая длину трубы L=8 м и диаметр трубы D=0,042 м, вычисляем
поверхность одной трубы (гладкой):
F
D
L
3
.
14
0
.
042
8
1
.
05
м2
1
Число труб:
1356
n
1291
1
,05
Расход воздуха (Gв, кг/ч) определяем из теплового баланса аппарата по
формуле:
н
к
G
(
I
I
)
G
(
С
t
С
t
),
н
120
40
в
р
3
р
4
(7.27)
G
(
С
t3
С
t4).
т.е. Q
в
р
р
Значения теплоемкостей при температурах t3 и t4 находим из справочных
данных (таблица 20). Тепловая нагрузка равна 7184160 кДж/ч, следовательно:
7184160
G
в
= 203517 кг/ч.
1
.
009
60
1
.
009
25
Плотность
воздуха
ρв
при
его
начальной
температуре
25°С
барометрическом давлении (101,325кПа) равна 1,18 кг/м3.
Объемный расход воздуха в 1 сек:
G 203517
V
в
47
.
9
48
м3/с.
в
3600
в 3600
1
.
18
Зная объем расходуемого воздуха, по каталогу подбираем вентилятор [12].
Таблица 20 - Плотность и теплоемкость воздуха и воды при постоянном
давлении
5
8
и
Температура,
Плотность
Теплоемкость
Теплоемкость
°С
воды,
воздуха,
воды,
кг/м3
кДж/(кг•К)
кДж/(кг•К)
0
1293,0
1,005
4,2295
20
1204,5
1,005
4,1868
40
1126,7
1,009
4,1793
60
1059,5
1,009
4,1864
80
999,8
1,009
4,1973
100
945,8
1,013
4,2094
7.4 Расчет конденсации (испарения) [11, 12]
Основной задачей расчета конденсации (испарения) является определение
сконденсированного (испаренного) количества вещества.
Расчет конденсации проводится по формуле:
Y
*
X
K
(
1
K
)Z,
(7.28)
где Х – мольная доля компонента в конденсате;
Z – мольная доля исходного газа, переходящего в конденсат, т.е. отношение
числа молей полученного конденсата, к числу молей исходного газа;
Y* – мольная доля компонента в газе, равновесном с жидкостью;
K – константа фазового равновесия.
В уравнении имеется два неизвестных Х и Z, его решение выполняется методом подбора Z с учетом того, что
Xi 1. Методика вычисления Z с помощью
функции «поиск решений» программы MS Excel представлена в приложении 10.
При повышенном давлении и температуре свойства реальных газов отличаются от идеальных. Поэтому при расчете конденсации необходимо заменить
упругость паров фугитивностью, которая является функцией от температуры:
5
9
K
fж
fг ,
(7.29)
fж - фугитивность продукта в жидкой фазе;
fг
-- фугитивность
продукта в газовой фазе.
При отсутствии литературных данных по константам фазового равновесия,
выполняется прогнозирование фугитивностей компонентов на основе принципа
соответственных состояний [4] и на их основе вычисляется К.
Пример
Рассчитать состав газовой и жидкой фаз при конденсации продуктов гидратации этилена в теплообменнике. Температура на входе в теплообменник 240°С,
температура конденсации - 200°С, давление 80 атм. Состав приходящих газов
представлен в таблице 21.
Таблица 21 - Состав газа поступающего в теплообменник
Компонент
М
кг/ч
%мас.
кмоль/ч
%мол.
Этан
30
17021,4
7,1
567,4
6,4
Этилен
28
181260,3
76,1
6473,6
72,6
Этанол
46
9550,5
4,0
207,6
2,3
Диэтиловый эфир
74
282,2
0,1
3,8
0,04
Ацетальдегид
44
134,2
0,06
3,1
0,03
Полимеры
85
85,4
0,04
1,0
0,01
Вода
18
29913,2
12,6
1661,8
18,6
238247,2
100
8918,3
100
Итого
Находим приведенные параметры заданных веществ.
Значения приведенных параметров определяется по формулам:
Tr
T
Tc ;
Pr
P
Pc ,
(7.30)
(7.31)
где Tr и Pr – приведенная температура и давление, соответственно;
Т и Р – заданные значения температуры, К, и давления, атм, соответственно;
6
0
Tс и Pс – критическая температура, К, и критическое давление, атм, для данного соединения.
Результаты расчетов представлены в таблице 22.
Таблица 22 – Значения приведенных температур и давлений веществ
Компонент
Tc
Pc
Этилен
282,4
49,7
0,065
Этан
305,4
48,2
0,098
Этанол
516,2
63
0,635
Диэтиловый эфир
466,7
35,9
0,281
Ацетальдегид
461,0
55,0
0,303
Полимер (С10)
609,3
22,2
0,508
T1 ,T2
Tr , T1 ,T2
Pr
1,7
1,6
1,8
1,5
1,7
1,7
0,9
1,3
1,0
1.1
2.2
1.2
1.1
1.5
1.2
0.8
3.6
0.9
- температуры входа и конденсации, 473 и 513К, соответственно.
Как видим из таблицы, приведенные температуры для этилена, этана, диэтилового эфира и ацетальдегида больше единицы, следовательно, эти вещества
останутся в газовом состоянии. Константа фазового равновесия для воды при этих
условиях равна 0,159.
Находим константы фазового равновесия веществ на основе их фугитивностей в газовой и жидкой фазах [4]. Результаты расчета приведены в таблице 23.
Таблица 23 - Расчет констант фазового равновесия
Компонент
Tc
Pc
Tr ,
T1 ,T2
6
1
Pr ,
fж
fг
К
Вода
647,3 217,6
Этанол
Полимер
(С10)
0,159
516,2
63
0,635
609,3
22,2
0,508
0,9
1,0
0.8
0.9
1,3
22,007 43,876
0,502
3.6
4,626
0,391
11,832
В результате расчета путем поиска решения (см. приложение 10) получаем,
что мольная доля образующегося конденсата Z = 0,043. Следовательно, всего
конденсируется газов 0,043•8918,29 = 381,6 кмоль/ч. При этом состав жидкой фазы следующий: вода – 95,53%; этанол – 4,45%; полимеры – 0,03%.
Полученные результаты сводим в таблицу 24.
Таблица 24 - Материальный баланс конденсации в теплообменнике
Компонент
Жидкая фаза
кмоль
кг/час %масс.
час
Газовая фаза
%
моль.
кг/час
%масс.
кмоль
час
% моль
Этан
-
-
-
-
17021,4
7,4
567,4
6,65
Этилен
-
-
-
-
181260,3
78,5
6473,6
75,83
Этанол
780,9
10,6
17,0
4,45
8769,6
3,8
190,6
2,23
-
-
-
-
282,2
0,1
3,8
0,04
Ацетальдегид
-
-
-
-
134,2
0,1
3,1
0,04
Полимеры
8,6
0,1
0,1
0,03
76,9
0,03
0,9
0,01
Вода
6561,4
89,3
364,5
95,53
23351,8
10,1
1297,3
15,20
Итого
7350,8
100
381,6
100
230896,4
100
8536,7
100
Диэтиловый
эфир
8 Конструктивно-механический расчет основного аппарата
При конструктивно-механическом расчете необходимо выполнить расчет
толщины обечайки аппарата, крышки, днища и опор аппарата, а также провести
поверочный расчет штуцеров [12, 13].
8.1 Расчет толщины обечайки корпуса
6
2
Рассчитать толщину обечайки реактора-гидрататора с внутренним диаметром
корпуса 1,3 м, работающего под давлением 8 МПа. Гидрататор изготовлен из стали марки О9Г2С.
Нормативно допускаемое напряжение для стали марки О9Г2С:
* = 1230 кг/см2
Допускаемое напряжение:
доп. = * = 1230•0,9 = 1105 кг/см2
Внутренний диаметр корпуса – 1300 мм
Материал корпуса – сталь О9Г2С
Расчетное давление – 80 кгс/см2
Толщина обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитывается по формуле:
PD
2доп
,
R
(8.1)
где Р – расчетное давление, кгс/см2;
D – диаметр аппарата, см;
- коэффициент прочности сварного шва, = 0,9;
доп - допускаемое напряжение, кгс/см2.
Расчетное значение толщины стенки
80
130
5
,2
R
см.
2
1105
0
,
9
Окончательное значение толщины обечайки рассчитывается с учетом прибавок:
RC
C
K
,
(8.2)
C- прибавка на коррозию, см;
СК – технологическая прибавка на разрушающее действие среды, см.
δ = 5,2+0,5+0,2 = 5,9 см.
Принимаем толщину обечайки 6 см = 0,06 м.
Формула для δR применима при условии D>200 мм и (δ-C) / D <0.1
(6-0,5) / 130 = 0,042<0.1, условие выполняется, значит, формула расчета толщины обечайки верна.
6
3
Допускаемое внутреннее избыточное давление РД:
2
(
C
)
K
P
доп
Д
D
(
C
) ;
К
(8.3)
2
1105
0
,
9
(
6
0
,
5
)
P
80
,
14
Д
кгс/см2.
130
(
6
0
,
5
)
8.2 Расчет толщины стенки днища
Форма днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. Наиболее рациональной формой днищ для цилиндрических аппаратов является эллиптическая.
Толщину стенки эллиптического днища, работающего под внутренним избыточным давлением, рассчитывают по формулам (8.1, 8.2), которые справедливы
при условии (δ-C)/D <0.125.
Для аппарата, рассмотренного в пункте 8.1:
80
130
1
5
,2
R
см;
2
1105
0
,
9
C
C
5
,
2
0
,
5
0
,
2
5
,
9
см.
1 1
R K
Принимаем толщину стенки днища равной 6 см.
Проверим соблюдение условий применимости формулы для расчета эллиптических днищ:
(δ-C)/D=(6-0,5)/130 = 0,042<0.125
Условие выполняется, значит, формула для расчета толщины днища выбрана
верно.
8.3 Расчет опор аппаратов
Расчет опор колонных аппаратов, устанавливаемых на открытых плошадках,
проводят исходя из ветровой и сейсмической нагрузок. При расчете лап определяют размеры ребер. Отношение вылета к высоте ребра l/h рекомендуется принимать равным 0,5. Толщину ребер определяют о формуле:
6
4
2
,
24
G
С
C
,
k
n
z
l
K
с
.
д
.
(8.4)
где G – максмальный вес аппарата, МН;
n – число лап (не менее двух);
z – число ребер в одной лапе (одно или два);
σс.д. - допускаемое напряжение на сжатие (можно принять равным 100МН/м2);
l – вылет опоры, м;
k – коэффициент, который сначала принимается равным 0,6, а затем уточняется [12, с. 79].
Толщину опорной части принимают не менее δ. Прочность сварных швов
должна отвечать условию:
G
/n
0
.7
L
h
ш
ш
ш
.с
.,
(8.5)
где Lш – общая длина сварных швов, м;
hш – катет сварного шва, м (hш=0,008 м);
τш.с. - допускаемое напряжение материала шва на срез, МН/м2 (τш.с. =80
МН/м2).
Пример
Определить число и основные размеры лап для вертикального цилиндрического аппарата по следующим данным: максимальный вес аппарата G=0,6 МН
(60000 кгс).
Примем число лап n=4, конструкцию лап – двухреберную, вылет лапы l=0,2
м. Высота лапы h=l/0,5=0,4 м.
Толщину ребра при k=0,6 определим по формуле (8.4):
2
,
24
0
,
6
С
C
0
,
014
0
,
001
С
0
,
016
K
м.
0
,
6
4
2
0
,
2
100
Отношение l/δ=0,2/0,016=12,5. По графику уточняем значение k. Поскольку
он принимает близкое к принятому значение, пересчет толщины ребра не требуется.
Общая длина сварного шва
Lш = 4(h+δ)=4(0,4+0,016)=1,664 м.
Прочность сварного шва проверим по формуле (8.5):
6
5
0
,
6
/
4
0
,
15
МН
0
.
7
1
.
664
0
.
008
80
0
.
745
МН
,
т.е. прочность обеспечена.9 Аналитический контроль производства
Аналитический контроль должен обеспечивать:
- нормальную работу производства в течение всего рабочего цикла, включая
пуск и остановку всего производства в целом и отдельных агрегатов;
- выпуск продукции заданного качества.
Для данного производства в проекте составляется карта аналитического контроля, в которой указываются наименования продуктов, подвергаемых аналитическому контролю; периодичность и места отбора проб; сведения о методах выполнения анализов.
В карту аналитического контроля включается как анализ продуктов
производства, так и промежуточные анализы, обеспечивающие безопасное
ведение технологического процесса.
Анализ качества и испытание выпускаемой продукции может производиться
только по методикам, предусмотренным ГОСТ, а при их отсутствии (для новых
производств) по временным инструкциям.
Вариант оформления карты аналитического контроля для центральной
газофракционирующей установки (ЦГФУ) представлен в таблице 25.
Таблица 25 - Карта аналитического контроля ЦГФУ
Наименование
Периодичность
Контролируемый
продукта
отбора проб
параметр
Этановая
3 в сутки
фракция
Верх К-2
Пропановая
Бутан-
Углеводородный ТУ-38-1-207-66
Метод анализа
Хроматография
состав
3 в сутки
3 в сутки
фракция
Низ К-2
ГОСТ (ТУ)
Содержание
не менее
сероводорода
0,003% мас.
Углеводородный ТУ-38-1-207-66
Иодометрия
Хроматография
состав
3 в сутки
Содержание
не менее
сероводорода
0,003% мас.
Углеводородный ТУ-38-1-207-66
6
6
Иодометрия
Хроматография
изобутановая
1 в сутки
состав
фракция
10 Системы контроля и управления производством [15]
В разделе рассматриваются следующие вопросы.
Обоснование необходимости автоматизации технологического процесса и
выбор контролируемых и регулируемых параметров объектов автоматизации. В данном пункте необходимо указать, какие параметры и как влияют
на технологический процесс, почему необходима их стабилизация или оптимизация, к чему могут привести нарушения технологического регламента.
Выбор технических средств автоматизации. В данном пункте необходимо
обосновать выбор датчиков, вторичных приборов, регуляторов, исполнительных механизмов к регулирующим органам, средств сигнализации, анализаторов качества и т.д., в зависимости от условий эксплуатации, требований техники безопасности, пределов изменения регулируемых и контролируемых параметров, требуемой точности. Выбор желательно производить
из серийно выпускаемых средств автоматизации.
Выбор рациональной структуры и описание системы автоматизации. При
разработке рациональных структур систем автоматизации необходимо комплексно решать вопросы автоматического регулирования, контроля основных и вспомогательных регулируемых величин, а также вопросы, связанные
с ручным дистанционным управлением технологическим оборудованием.
Описание функционирования одного из контуров регулирования в различных
режимах работы.
Краткое описание схем сигнализации, блокировок, несерийных средств автоматизации.
К приборам и средствам автоматизации относится большая группа устройств,
с помощью которых осуществляется измерение, регулирование, управление и
сигнализация технологических процессов. Приборы и средства автоматизации
6
7
подразделяют на измерительные и преобразующие приборы, регулирующие органы и исполнительные механизмы. Измерительное устройство, в общем случае,
состоит из первичного, промежуточного и передающего измерительных преобразователей.
Первичным измерительным преобразователем называется элемент измерительного устройства, к которому подведена измеряемая величина. Первичный
преобразователь занимает первое место в измерительной цепи. Примерами первичных измерительных преобразователей может служить: преобразователь термоэлектрический (термопара), сужающее устройство для измерения расхода
(диафрагма) и т.п. Первичные измерительные преобразователи часто называют
датчиками.
Промежуточным измерительным преобразователем называется элемент
измерительного устройства, занимающий в измерительной цепи место после первичного преобразователя. Основное его назначение – преобразование выходного
сигнала первичного измерительного преобразователя в форму, удобную для последующего преобразования в сигнал измерительной информации для дистанционной передачи. Примером может служить мембранный блок дифманометра –
расходомера. В измерительной цепи измерения расхода он занимает место непосредственно после сужающего устройства и преобразует перепад давления на
сужающем устройстве в соответствующее перемещение мембраны мембранного
блока и связанной с нею механической системы прибора.
Передающим измерительным преобразователем называется элемент измерительного устройства, предназначенный для дистанционной передачи сигнала
измерительной информации. Примером может служить электро- или пневматические преобразователи, преобразующие механическое перемещение в электрический или пневматический сигнал для дистанционной передачи измерительной
информации.
К первичным преобразователям относятся отборные и приемные устройства,
под которыми понимаются устройства, встраиваемые в технологические аппараты и трубопроводы для отбора контролируемой среды и измерения ее параметров.
6
8
Первичные измерительные устройства могут встраиваться в технологическое
оборудование с помощью дополнительных устройств: бобышек, карманов, расширителей и т.п.
Измерительным прибором называется средство измерения, предназначенное
для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Они могут быть показывающими, регистрирующими, самопишущими, интегрирующими. Кроме того, в них могут быть
встроены регулирующие, преобразующие и сигнализирующие устройства. В связи с этим условные обозначения приборов и преобразующих устройств состоят из
основного условного обозначения прибора или устройства и вписываемых в него
обозначений контролируемых и регулируемых величин, а также функциональных
признаков.
Регулирующие органы по конструкции представляют собой устройства, монтируемые непосредственно в технологические трубопроводы. Это различные клапаны, заслонки, шиберы и т.п. Управление регулирующими органами осуществляется исполнительными механизмами.
Исполнительные механизмы в отличие от регулирующих органов представляют собой сложные многоэлементные устройства. По роду используемой энергии подразделяются на гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные.
Графический материал представляет собой схемы КИП и А, совмещенную с
технологической схемой. На технологической схеме могут быть показаны приборы и средства автоматизации, условное изображение которых определяет ГОСТ
21.404-85 «Обозначения условные в схемах автоматизации технологических процессов». В соответствии со стандартом условные графические обозначения
средств автоматизации приведены в таблице 26.
Условные обозначения приборов строят на основании общего принципа построения буквенных обозначений, когда место расположения буквы определяет ее
значение. Поэтому вся необходимая информация о приборе или средстве автома6
9
тизации укладывается в объем латинского алфавита и математических знаков
(таблицы 27-30).
Таблица 26 - Условные графические обозначения приборов и средств автоматизации (по ГОСТ 21.404-85)
Наименование
Обозначение
Первичный измерительный преобразователь (датчик);
прибор, устанавливаемый по месту: на технологическом трубопроводе, аппарате.
а) основное обозначение
б) допускаемое обозначение
Прибор, устанавливаемый на щите, пульте:
а) основное обозначение
б) допускаемое обозначение
Исполнительный механизм:
а) общее обозначение (положение регулирующего органа при прекращении подачи энергии или
управляющего сигнала не регламентируется).
б) механизм, открывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала.
в) механизм, закрывающий регулирующий орган
при прекращении подачи энергии или управляющего
сигнала.
г) механизм, который при прекращении подачи
энергии или управляющего сигнала оставляет регулирующий орган в неизменном положении
7
0
5
Таблица 27 - Основные буквенные обозначения измеряемых величин
Обозначение
D
Основное значение первой
Обозначение
буквы, обозначающей изме-
буквы, обозначающей измеря-
ряемую величину
емую величину
Плотность
P
Любая электрическая величиE
Основное значение первой
Давление, вакуум
Величина,
на
Q
характеризующая
качество: состав, концентрация
и т.п.
F
Расход
R
Радиоактивность
G
Размер, положение, переме-
S
Скорость, частота
T
Температура
щение
H
Ручное воздействие
Несколько разнородных измеряемых величин. Подробная
K
Время, временная программа
U
расшифровка измеряемых величин должна быть приведена
возле прибора или на поле
чертежа
L
Уровень
V
Вязкость
M
Влажность
W
Масса
Таблица 28 - Буквенные условные обозначения функций, выполняемых прибором
Обозначение Отображение информации
A
Сигнализация
I
Показание, индикация
R
Регистрация
C
Регулирование, управление, коррекция
S
Включение, отключение, переключение
H
Верхний предел измеряемой величины
L
Нижний предел измеряемой величины
7
1
Таблица 29 - Дополнительные буквенные обозначения функциональных признаков приборов
Обозна-
Функциональный признак
чение
E
Чувствительный элемент
T
Дистанционная передача
K
Станция управления
Y
Преобразования, вычислительные функции
Таблица 30 - Дополнительные буквенные обозначения, уточняющие измеряемый параметр
Обозна-
Дополнительное значение первой буквы
чение
D
Разность, перепад
F
Соотношение, доля, дробь
I
Автоматическое переключение
Q
Интегрирование, суммирование по времени
Все перечисленные буквенные обозначения проставляют в верхней части
окружности, обозначающей прибор (устройство).
Пример построения условного обозначения прибора для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления приведен на рисунке 5.
При построении условного обозначения прибора следует учитывать не все
функциональные признаки прибора, а только те, которые используют в данной
схеме. Например: при обозначении показывающих и самопишущих приборов, если показывающая информация не используется, то записывают TR вместо TIR или
PR вместо PIR.
7
2
Рисунок 5 - Построение обозначения для прибора
В нижней части окружности располагают цифровое позиционное обозначение, служащее для нумерации прибора или функциональной группы приборов для
измерения, регулирования или сигнализации. В приложении 11 приведены примеры построения условных обозначений средств автоматизации. В приложении
12 приведены примеры выполнения функциональных схем автоматизации различных процессов.11. Утилизация отходов и охрана окружающей среды
[16,18]
11.1 Общие вопросы
В современном обществе возрастает роль промышленной экологии, призванной на основе оценки степени вреда, приносимого природе промышленностью,
разрабатывать и совершенствовать инженерно – технические средства защиты
окружающей среды, всесторонне развивать основы создания замкнутых, безотходных и малоотходных технологических циклов и производств.
При разработке технологической схемы необходимо стремиться к созданию
безотходной технологии, а также предусмотреть варианты утилизации и обезвреживания отходов. Выполнение данных условий должно обеспечить:
7
3
1) комплексную переработку сырья с использованием всех его компонентов на
базе создания новых безотходных процессов;
2) разработку новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования;
3) переработку отходов производства с получением товарной продукции или
любое их полезное использование;
4) использование замкнутых систем промышленного водоснабжения.
Источниками загрязнения окружающей среды являются продукты побочных
химических реакций, вспомогательные вещества и материалы. Сюда относятся:
промежуточные продукты, промывные воды, газообразные продукты пиролиза,
отработанный воздух окислительных процессов и не полностью вступившие в реакцию газы, отработанные катализаторы, газы, образующиеся при создании вакуума и т.д.
Защита биосферы от вредного воздействия отходов может осуществляться
разными способами:
использованием отходов производства в качестве побочных товарных продуктов или сырья для других производств;
обезвреживанием или уничтожением токсичных или аварийно химических
опасных веществ (АХОВ).
При выборе способа очистки сточных вод и вредных газовых выбросов необходимо:
1) Привести эколого–географическую характеристику площадки для проектируемого производства, которая включает в себя следующие показатели: описание
климатических особенностей местности (среднегодовая температура, температуры самого холодного и самого жаркого месяца, среднегодовое и максимальное количество осадков, преобладающее направление и скорость ветра (роза
ветров), сведения о существующих фоновых концентрациях вредных веществ
в атмосферном воздухе и водоемах, категория водоемов, используемых в проектируемом производстве, по виду водопользования, средний расход воды в
водоемах в наиболее маловодный месяц гидрологического года); описание зон,
7
4
прилегающих к проектируемому производству (жилые кварталы, производственная зона, лесные массивы и т.д.); описание преимуществ выбора именно
этой зоны для проектируемого производства.
2) Определить качественный и количественный составы промышленных сточных
вод, газовых выбросов и твердых отходов.
3) Определить максимально допустимую концентрацию (ПДК) для каждого соединения в воздухе и в воде по литературным данным [17, 19], определить
класс опасности соединения и нормы выбросов. Данные свести в таблицу (таблица 31).
4) Провести сравнительный анализ сточных вод, газовых выбросов и данных по
ПДК, чтобы показать необходимость (или ее отсутствие) для проведения локальной очистки промышленных выбросов. Результаты свести в таблицу (таблица 32). Предварительная очистка обязательна, если концентрация отдельных
компонентов превышает допустимые санитарные нормы или ПДК.
5) На основании сведений об особенностях проектируемого производства
составляется карта-схема предприятия с нанесением на нее: границы
территории предприятия и санитарно-защитной зоны; мест расположения
имеющихся и проектируемого производств; имеющихся и вновь создаваемых
источников
загрязнения
окружающей
среды
(организованных
и
неорганизованных, контролируемых и неконтролируемых); точек наблюдения
за состоянием окружающей среды; мест расположения природоохранных
сооружений (централизованных систем очистки, хранилищ отходов и др.).
6) Дополнительно по заданию преподавателя составляется также ситуационная
карта-схема района размещения предприятия, характеризующая территорию в
зоне влияния, с указанием на ней: границ промышленной площадки и
санитарно-защитной зоны предприятия; территории жилой застройки и
существующих
в
районе
предполагаемого
строительства
других
промышленных предприятий (10 км в подветренном и 10 км в наветренном
направлениях); зон отдыха; постов наблюдения за загрязнением окружающей
среды предприятия; мест забора воды из водоемов и сброса сточных вод.
7
5
Таблица 31 - Значения предельно допустимых концентраций веществ
Наименование вещества
ПДК, ВДК или ОБУВ, мг/м3
Макс.разовая Среднесуточная
Установленная
Класс
норма содер-
опасности
жания загрязнений в выбро-
Диоксид азота
0,085
0,085
2
сах, т/год
61,3931
Диоксид серы
0,5
0,05
2
39,496
Окись углерода
3,0
1,0
4
5,483
Метан
900
300
4
60,0711
Пропан
900
300
4
7,2999
Бутан
300
300
4
49,4586
Пентан
900
300
4
48,1116
Гексан
900
300
4
37,7818
Таблица 32 - Данные по выбросам с установки
Удельная
Кол-во об-
Норма со-
Периодич-
Условия
Наименова-
норма вы-
разования,
держания
ность
ликвидации
ние
броса,
м3 /ч
загрязнений
26
1000
Непрерывно
Поступает в
м 3/т продукта
Хим. загряз-
0,298
ненная вода,
м3О2 /л
7
6
отделение
конденсат с
очистки
агрегата №1
сточных вод
Абгазы с
1250
ИПБ
10000
узла окис-
Постоянно
6,5 г/сек
Каталитическое обез-
ления
вреживание
Выбросы из
вентиляци-
3800
2780
ИПБ – 0,3
онных си-
Постоянно
В атмосферу
г/сек
стем
11.2 Методы очистки сточных вод и газовых выбросов
В настоящее время разработаны и используются различные эффективные методы очистки сточных вод и вредных газовых выбросов. Ниже приводятся характеристики наиболее известных способов очистки.
Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) примесей с
плотностью большей (меньшей) плотности воды. Процесс реализуют в песколовках, отстойниках и жироуловителях. Песколовки используют для очистки точных
вод от частиц металла, песка и других примесей размером более 0,25 мм. Отстойники используют для очистки сточных вод от механических частиц размером
до 0,1 мм и нефтепродуктов. Особым типом отстойников являются осветлители.
Необходимая степень очистки определяется санитарными или технологическими
требованиями. Продолжительность пребывания в отстойниках обычно составляет
1,5-2 час. Расчет отстойников производится по заданному расходу сточных вод и
времени отстаивания. При этом определяется длина, ширина и объем отстойника.
Смолоотстойники. Смолы содержаться в сточных водах предприятий
нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплекса. Они разделяются на
грубо- и тонкодиспергированные. Первые выделяются путем простого отстаивания, вторые при отстаивании с коагулированием или фильтрованием. Применяют
два вида фильтров: зернистые (насадки пористых материалов) и микрофильтры.
Например, для удаления масел из сточных вод НПЗ в качестве фильтрующей
насадки используется пенополиуретан, который обеспечивает эффективность
7
7
очистки 97-99% при скорости фильтрования до 0,01 м/с. Насадка легко регенерируется отжатием маслопродукта.
Экстракция сточных вод основана на принципе перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и
экстрагента). Один из наиболее распространенных и перспективных методов извлечения фенола из сточных вод.
Флотация сточных вод предназначена для интенсификации процесса всплывания примесей при обволакивании их пузырьками воздуха подаваемого в сточную воду. В зависимости от способа образования пузырьков воздуха различают
следующие виды флотации: напорная, пневматическая, химическая, вибрационная, биологическая, электрофлотация. Объем и площадь сечения флотационной
камеры рассчитывают исходя из расходов газа и сточной воды.
Нейтрализация сточных вод (абгазов) используется для выделения кислот,
щелочей, солей металлов на их основе. Нейтрализацию кислот и их солей осуществляют едким натрием, едким калием, известняком (известковое молоко),
мрамором, мелом, магнезитом, содой, гидроксидом кальция (гашеная известь).
Нейтрализация щелочей осуществляется кислотами. На практике используют три
способа нейтрализации:
фильтрационный (фильтрация через насадки кусковых или зернистых материалов с соответствующим показателем рН);
водореагентный (добавление в сточную воду реагента в виде раствора);
полусухой (добавление в сточную воду реагента в сухом виде)
Сорбция применяется для очистки сточных вод от растворимых примесей.
Сорбенты – любые мелкодисперсные материалы: зола, торф, опилки, глина, активированный уголь.
Ионообменная очистка применяется для обессоливания и очистки сточных
вод от ионов металлов и других примесей. Ионообменную очистку реализуют последовательным фильтрованием очищаемого вещества через катиониты (в водородной форме) и аниониты (в гидроксильной форме).
7
8
Эвапорация реализуется обработкой паром сточных вод с содержанием летучих органических примесей, которые переходят в паровую фазу и вместе с ней
удаляются из сточных вод. Осуществляется в испарительных установках, где
сточные воды нагреваются до 100ОС. Разновидностью эвапорации является пароциркуляционный метод, основанный на отгонке загрязнений с циркулирующим
водяным паром и отмывке последнего от загрязнений раствором щелочи.
Биологическая очистка применяется для выделения и очистки сточных вод
от растворенных органических соединений и основана на способности микроорганизмов использовать для питания органические вещества.
Метод жидкофазного окисления (ЖФО). Сточные воды с содержанием
токсичных соединений более 1 г/л не подвержены биологической очистке. Очистку таких стоков (а также сильно разбавленных стоков) осуществляют путем окисления содержащихся в них примесей воздухом под давлением при нагревании.
При обработке сточных вод воздухом высокомолекулярные соединения превращаются в более легкие продукты, подверженные биоразложению. ЖФО целесообразно комбинировать с биологической очисткой. Более подробно с расчетом
установки ЖФО можно ознакомиться в литературе [18].
Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной
силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов: батарейные циклоны,
вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Газовый поток подается в цилиндрическую часть циклона тангенциально, описывает спираль по
направлению к дну конической части и затем устремляется вверх через турбулизованное ядро потока у оси циклона на выход. Циклоны характеризуются высокой
производительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Для циклонов высокой производительности, в частности батарейных циклонов (производительностью более
20000 м3/ч), степень очистки составляет около 90% при диаметре частиц d > 30
7
9
мкм. Для частиц с d = 530 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d = 25
мкм она составляет менее 40%.
Мокрая очистка газов от аэрозолей основана на промывке газа жидкостью
(обычной водой) при возможно более развитой поверхности контакта жидкости с
частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого
газа с жидкостью. Этот универсальный метод очистки газов от частиц пыли, дыма
и тумана любых размеров является наиболее распространенным приемом заключительной стадии механической очистки, в особенности для газов, подлежащих
охлаждению. В аппаратах мокрой очистки применяют различные приемы развития поверхности соприкосновения жидкости и газа.
Башни с насадкой (насадочные скрубберы) отличаются простотой конструкции и эксплуатации, устойчивостью в работе, малым гидравлическим сопротивлением (Р=300800 Па) и сравнительно малым расходом энергии. В насадочном
скруббере возможна очистка газов с начальной запыленностью до 5-6 г/м3. Эффективность одной ступени очистки для пылей с d > 5 мкм не превышает 70-80%.
Насадка быстро забивается пылью, особенно при высокой начальной запыленности.
Орошаемые циклоны (центробежные скрубберы) применяют для очистки
больших объемов газа. Они имеют сравнительно небольшое гидравлическое сопротивление – 400-850 Па. Для частиц размером 2-5 мкм степень очистки составляет ~50%. Центробежные скрубберы высокопроизводительны благодаря большой скорости газа; во входном патрубке г=1820 м/с, а в сечении скруббера г =
45 м/с.
Пенные аппараты применяют для очистки газа от аэрозолей полидисперсного состава. Интенсивный пенный режим создается на полках аппарата при линейной скорости газа в его полном сечении 1-4 м/с. Пенные газоочистители обладают
высокой производительностью по газу и сравнительно небольшим гидравлическим сопротивлением (Р одной полки около 600 Па). Для частиц с диаметром d
>5 мкм эффективность их улавливания на одной полке аппарата 90-99%; при d <
8
0
5 мкм = 7590%. Для повышения устанавливают двух- и трехполочные аппараты.
Скрубберы Вентури — высокоинтенсивные газоочистительные аппараты, но
работающие с большим расходом энергии. Скорость газа в сужении трубы (горловине скруббера) составляет 100—200 м/с, а в некоторых установках — до 1200
м/с. При такой скорости очищаемый газ разбивает на мельчайшие капли завесу
жидкости, впрыскиваемой по периметру трубы. Это приводит к интенсивному
столкновению частиц аэрозоля с каплями и улавливанию частиц под действием
сил инерции. Скруббер Вентури — универсальный малогабаритный аппарат,
обеспечивающий улавливание тумана на 99—100%, частиц пыли с d = 0,010,35
мкм — на 50–85% и частиц пыли с d = 0,5-2 мкм — на 97%. Для аэрозолей с d =
0,3-10 мкм эффективность улавливания определяется в основном силами инерции.
Электростатическая очистка газов служит универсальным средством, пригодным для любых аэрозолей, включая туманы кислот, и при любых размерах частиц. Метод основан на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении
газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемое коронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленных осадительных
электродах. Промышленные электрофильтры состоят из ряда заземленных пластин или труб, через которые пропускается очищаемый газ. Между осадительными электродами подвешены проволочные коронирующие электроды, к которым
подводится напряжение 25–100 кВ.
Очистка газов от парообразных и газообразных примесей. Газы в промышленности обычно загрязнены вредными примесями, поэтому очистка широко
применяется на заводах и предприятиях для технологических и санитарных (экологических) целей. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и
парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы:
абсорбция жидкостями;
адсорбция твердыми поглотителями ;
каталитическая очистка.
8
1
В меньших масштабах применяются термические методы сжигания (или
дожигания) горючих загрязнений, способ химического взаимодействия примесей
с сухими поглотителями и окисление примесей озоном.
Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из
газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H2SO4), диоксида и оксида углерода, разнообразных
органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).
Абсорбционные методы служат для технологической и санитарной очистки газов.
Они основаны на избирательной растворимости газо- и парообразных примесей в
жидкости (физическая абсорбция) или на избирательном извлечении примесей
химическими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция).
Абсорбционная очистка - непрерывный и, как правило, циклический процесс, так
как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного
раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции
(и в некоторых хемосорбционных процессах) регенерацию абсорбента проводят
нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрированно
Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств
примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы,
барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень
извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей
только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы
мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы
(особенно скрубберы) имеют большие объемы.
Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей:
разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка
газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы
8
2
от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ.
Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, — это
активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам —
высокая поглотительная способность, избирательность действия (селективность),
термическая устойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств
поверхности, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной
очистки газов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной
способности и легкости регенерации.
Адсорбцию газовых примесей обычно ведут в полочных реакторах периодического действия без теплообменных устройств; адсорбент расположен на полках
реактора. Когда необходим теплообмен (например, требуется получить при регенерации десорбат в концентрированном виде), используют адсорберы с встроенными теплообменными элементами или выполняют реактор в виде трубчатых
теплообменников; адсорбент засыпан в трубки, а в межтрубном пространстве
циркулирует теплоноситель.
Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05–0,3 м/с. После очистки
адсорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящая из
нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни
реакторы находятся на стадии очистки, а другие — на стадиях регенерации,
охлаждения и др. Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный
пылью, смолой), полностью заменяют.
Недостатки большинства адсорбционных установок — периодичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбентов. Применение непрерывных способов
очистки в движущемся и кипящем слое адсорбента частично устраняет эти недо-
8
3
статки, но требует высокопрочных промышленных сорбентов, разработка которых для большинства процессов еще не завершена.
Каталитические методы очистки газов основаны на реакциях в присутствии твердых катализаторов. В результате каталитических реакций примеси,
находящиеся в газе, превращаются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвредные соединения, присутствий: которых допустимо в выхлопном газе, либо в
соединения, легко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества
подлежат удалению, то требуются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами).
Трудно провести границу между адсорбционными и каталитическими методами газоочистки, так как такие традиционные адсорбенты, как активированный
уголь, цеолиты, служат активными катализаторами для многих химических реакций. Очистку газов на адсорбентах–катализаторах называют адсорбционнокаталитической. Этот прием очистки выхлопных газов весьма перспективен
ввиду высокой эффективности очистки от примесей и возможности очищать
большие объемы газов, содержащих малые доли примесей (например, 0,1—0,2 в
объемных долях SO2). Но методы утилизации соединений, полученных при катализе, иные, чем в адсорбционных процессах
Каталитические методы получают все большее распространение благодаря
глубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99,9%) при сравнительно невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных
концентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать реакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Установки
каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны.
Недостаток многих процессов каталитической очистки — образование новых
веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект.
Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при
высокой концентрации горючих органических загрязнителей или оксида углеро8
4
да. Простейший метод — факельное сжигание — возможен, когда концентрация
горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае
примеси служат топливом, температура процесса 750—900 °С и теплоту горения
примесей можно утилизировать.
Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще всего теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе.
Горючие газы проходят систему утилизации теплоты и выбрасываются в атмосферу. Такие энерготехнологические схемы применяют при достаточно высоком
содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавляемого горючего
газа.
Для полноценной очистки газовых выбросов целесообразны комбинированные методы, в которых применяется оптимальное для каждого конкретного случая сочетание грубой, средней и тонкой очистки газов и паров. На первых стадиях, когда содержание токсичной примеси велико, более подходят абсорбционные
методы, а для доочистки — адсорбционные или каталитические.
11.3 Экологическое обоснование технологических решений
Для
экологического
обоснования
принимаемых
в
проекте
решений
составляется принципиальная технологическая схема производства (отдельно пли
в составе общих графических материалов дипломного проекта), на которой
указываются:
отдельные технологические операции и связи между ними;
качественный и количественный составы исходного сырья и получаемых
продуктов;
потоки отходов данного производства, направляемых на переработку (с
указанием метода), обезвреживание и безопасное захоронение или
рассеиваемых в окружающей среде;
сведения по материальному балансу наиболее токсичных примесей.
По заданию преподавателя природоохранные мероприятия разрабатываются
8
5
в нескольких альтернативных вариантах.
Приводится краткое описание базового варианта технологии, в качестве
которого выбирается действующее, строящееся или проектируемое производство,
аналогичное рассматриваемому в дипломном проекте. Особое внимание
обращается на те элементы и узлы, которые предполагается усовершенствовать.
С экологических позиций сопоставляются основные показатели принятой в
проекте технологии и базового варианта.
При этом оцениваются:
степень и комплексность использования материальных и энергетических
ресурсов с указанием удельных показателей их расхода на единицу
продукции;
удельное количество образующихся газообразных, жидких и твердых
отходов;
альтернативные пути использования отходов;
возможность создания замкнутых систем водоснабжения, использования
материалов и реагентов, газооборотных циклов;
степень
использования
вторичных
материальных
и
энергетических
ресурсов;
степень сложности и эффективность систем очистки выбросов в атмосферу
и сточных вод, а также возможность использования полученных при этом
продуктов;
возможность внутри- и межотраслевой кооперации и комбинирования
производств.12 Охрана труда и техника безопасности [17, 19]
Данный раздел должен включать в себя следующие пункты.
12.1 Анализ потенциально опасных и вредных производственных факторов
Приводятся характерные свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции, отходов производства.
Пример:
8
6
-этиленовая фракция с содержанием этилена 98% об. и более, остальное метан, этан, ацетилен обладает наркотическим действием. Этилен - бесцветный газ с
неприятным запахом, малорастворим в воде, горючий, взрывоопасный газ. При
высоких концентрациях вызывает удушье (кислородное голодание);
-водяной пар применяемый до 97 кгс/см2 и температурой до 4900С. при попадании в зону прорыва или при соприкосновении с оголенной частью паропровода
можно получить сильные термические ожоги;
-сода каустическая, 42%-жидкость без цвета и запаха, хорошо смешивается с
водой и спиртом. Попадая на кожу, вызывает сильные химические ожоги. Попадание в глаза может привести к полной потере зрения;
Представляются в виде таблицы пожаро-, взрывоопасные и токсические
свойства веществ.
Далее приводится список основных опасностей, обусловленных особенностями технологического процесса, таких как:
- наличие жидких и газообразных веществ, образующих с воздухом взрывоопасные смеси с низкими пределами;
- токсичность веществ, получаемых и используемых в процессе производства;
- ведение процесса при высоких давлениях и высоких температурах;
- использование водяного пара с давлением и температурой;
- применение высокого напряжения для электродвигателей;
- производство сварочных работ внутри реакторов при ремонте и замене
медной футеровки;
- возможность возникновения статического электричества при движении
газов и жидкостей по аппаратам и трубопроводам.
Приводятся основные опасности производства, обусловленные особенностями используемого оборудования, и требования к их предотвращению, а также
список причин, которые могут повлечь за собой аварию.
12.2 Категория помещений по взрывоопасности
8
7
Приводится разбивка помещений цеха по категориям.
К взрывоопасным категориям «А» относятся помещения, связанные с применением горючих газов и легковоспламеняющихся жидкостей с температурой
вспышки не более 280С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовые смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. Также к категории
«А» относятся помещения, в которых применяются вещества и материалы способные гореть и при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или один с
другим в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.
К категории «Д» отнесены помещения, в которых обращаются негорючие
вещества и материалы в холодном состоянии.
Класс опасных зон по взрывобезопасности
Согласно «правилам устройства электроустановок» (ПУЭ):
К классу В-Iа относятся установки, расположенные в зданиях, в которых при
нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов и паров с воздухом или другими окислителями не имеют места, а возможны лишь в результате
аварий или неисправностей.
Применение взрывозащитного электрооборудования
Согласно «правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) все электрооборудование, применяемое на производстве, изготовлено во взрывозащищенном помещении.
Для внутренней или наружной установки в местах, где могут возникнуть
взрывоопасные смеси воздуха с горючими газами, парами или пылью, применяется взрывозащищенное оборудование согласно ГОСТу 12.2.020-76. Взрывозащищенное оборудование выбирается в зависимости от категории и группы взрывоопасных смесей, по уровням и видам взрывозащиты, от значения предельной температуры для электрооборудования. Согласно ГОСТу 12.2.020-78 взрывозащищенное оборудование относится к группе II и должно иметь маркировку по защите, которая содержит знаки:
8
8
Знак уровня взрывозащиты для электрооборудования:
0 – особовзрывобезопасность;
1 – взрывобезопасность;
2 – повышенной надежности против взрыва.
Знак EX указывает, что электрооборудование соответствует настоящему
стандарту и стандартам на виды взрывозащиты.
Знак вида взрывозащиты:
d - взрывонепроницаемая оболочка;
i – искробезопасная электрическая цепь;
e – защита вида “е”;
o – масляное заполнение оболочки;
p – заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением;
q – кварцевое заполнение оболочки;
s – специальный вид взрывозащиты.
Знак температурного класса электрооборудования и знак группы или подгруппы электрооборудования.
12.3 Герметизация оборудования
Приводится требования по обеспечению герметичности оборудования (какие
фланцы, прокладки), а также требования при сборке трубопроводов и аппаратов.
Указываются правила проверки оборудования на герметичность при пуске оборудования и его выводе из работы.
12.4 Применение предохранительных, сигнализирующих и ограждающих устройств
Приводятся виды используемых сигнализаций и их назначение. Обычно используются следующие виды сигнализации : контрольная, аварийная и предупредительная. Существует также автоматическая пожарная сигнализация.
Контрольная сигнализация применяется для автоматического извещения о
работе отдельных механизмов и коммуникаций.
Предупредительная сигнализация используется для автоматического извещения работающих о возникновении опасности, опасных изменений технологиче8
9
ского режима, т.е. о достижении предельных значений контролируемых параметров, дальнейшее отклонение от которых могут привести к аварии.
Аварийная сигнализация служит для извещения об аварийном отклонении
оборудования.
12.5 Меры безопасности при пуске и ведении технологического процесса
Кто допускается к работе на установке. Какие требования к персоналу по
обеспечению безопасности. Порядок запуска установки в работу.
12.6 Меры защиты от статического электричества
Возникновение зарядов статического электричества происходит при деформации, относительном перемещении двух находящихся в контакте тел, слоев
жидкости или сыпучих материалов, при интенсивном перемешивании, испарении
веществ. Разряды статического электричества могут служить импульсами воспламенения.
Необходимо привести требования для нейтрализации статического электричества.
12.7 Санитарно-технические мероприятия
В этом разделе приводятся данные по системам вентиляции в зависимости от
помещений и расположенного в нем оборудования и требования по освещению.
Общие требования к системам вентиляции, кондиционирование воздуха и
воздушного отопления производственных, складских, вспомогательных зданий и
сооружений определяется ГОСТом 12.4.021-75 «ССБТ. Системы вентиляционные.
Общие требования».
Одним из важнейших элементов благоприятных условий труда является рациональное освещение помещений и рабочих мест. При предварительном освещении повышается производительность труда, улучшаются условия безопасности, снижается утомление. Неправильное или недостаточное освещение может
привести к созданию опасной ситуации. Освещение постоянно поддерживается в
пределах установленных норм.
12.8 Средства индивидуальной защиты
Указываются основные и дополнительные средства индивидуальной защиты.
9
0
12.9 Противопожарные мероприятия
При проведении любых технологических процессов опасность пожаров и
взрывов зависит от физико-химических свойств, от конструктивных особенностей
и режима (температуры, давления) работы аппаратов и оборудования, а также от
наличия источников зажигания и условий для быстрого распространения огня.
Вследствие этого на любом химическом предприятии особое внимание уделяют
средствам пожаротушения.
Приводятся требования к пожаробезопасности, основные средства пожаротушения и действия работников при пожаре.13 Требования к оформлению графических материалов
Графические материалы курсовых (дипломных) проектов студентов специальностей 240401 и 240501 могут быть следующие:
- технологические схемы установок;
- механические чертежи;
- таблицы;
- диаграммы.
Графические документы (листы) выполняются на листах формата А1 (594 х
841), разрешается использовать формат А0 (841 1189).
Каждый чертежный лист должен иметь рамку, которая выполняется сплошной линией (толщиной 1 мм) на расстоянии от внешней рамки листа справа, снизу, сверху – 5 мм и слева – 20 мм. Основная надпись располагается в правом нижнем углу в виде штампа.
Графические документы выполняются карандашом или черной тушью, или с
использованием программных продуктов, предназначенных для черчения.
В технологических схемах горизонтальные линии (потоки) выполняются
сплошными, а вертикальные прерываются или пересекают горизонтальные линии
дугами.
Расстояние между линиями (потоками) должно быть не менее 5мм.
9
1
Толщина технологических линий должна быть в пределах – 1,0-1,5мм.
Толщина линий при изображении аппаратов – 0,3-0,4 мм.
Все технологические линии должны выполняться выше насосов.
Технологические линии должны иметь минимальное количество изломов и
взаимных пересечений.
Изображения потоков, реакторов, колонн, печей, теплообменных аппаратов,
насосов, компрессоров и другого оборудования должны выполняться в соответствии с ГОСТ (приложение 2-8).
Надписи с обозначением аппаратов (Р-1, К-2, Т-6 и др.) должны быть выполнены над их изображением или заключены внутри контура аппарата.
Текст на поле чертежа и надписи должны быть выполнены чертежным
шрифтом. Механические чертежи выполняются на основе заводских чертежей, а
все подписи чертежным шрифтом.
Таблицы (по разделу экономики, экспериментальные данные и т. д.) оформляются на листе формата А1 без внешней рамки и штампа. Студент и преподаватель расписываются на обратной стороне листа с указанием дипломного проекта в
произвольной форме. При этом таблица должна иметь номер, если таблиц представлено более одной.
Все надписи в таблице выполняются чертежным шрифтом.14 Порядок защиты дипломного проекта
Выполненный дипломный проект студент защищает перед Государственной
аттестационной комиссией. До защиты пояснительная записка и чертежи должны
быть подписаны студентом, руководителем проекта и всеми консультантами.
При защите проекта студент должен в установленный промежуток времени
(не более 10 мин) рассказать о поставленной перед ним задаче, о принятом им
техническом решении проектируемого узла и полученных результатах.
Изложение
проекта
следует
начать
с
указания
темы,
заданной
производительности. Далее указывается назначение проектируемого процесса,
исходное сырье и его источник.
9
2
Затем кратко описывается технологическая схема с указанием основных
технологических потоков, отмечаются ее особенности в части тех изменений и
усовершенствований, которые внесены студентом при выполнении задания. При
ответе
следует
сообщить
данные,
характеризующие
режим
процесса,
протекающего в основном аппарате (давление, температура и порядок ее
измерения, продолжительность отдельных стадий процесса и т. д.), способы
контроля процесса, сведения о катализаторе. Необходимо отметить, какие стадии
подготовки проходит сырье до его введения в аппарат и как перерабатывается
реакционная масса, выводимая из него.
После описания технологической схемы нужно перейти к характеристике
спроектированного
основного
аппарата.
Здесь
необходимо
указать:
что
представляет собой аппарат (реактор, колонна, печь и т. д.); из какого материала
он выполнен; способ обогрева или охлаждения аппарата и характеристика
используемого теплоносителя; приспособления для загрузки и выгрузки
реакционной массы; расположение штуцеров в аппарате; контактные устройства
(если имеются); контрольно-измерительные приборы и приборы автоматического
регулирования, которыми снабжен аппарат.
Последним пунктом доклада по дипломному проекту является приведение
результатов технико-экономического расчета с указанием экономического
эффекта от внесенных в технологический процесс усовершенствований.
Далее в рамках защиты проекта следуют вопросы членов Государственной
аттестационной комиссии к докладчику по теме его дипломного проекта.
На основе доклада, ответов на вопросы, качества представленной работы
(расчетно-пояснительной записки, чертежного материала), а также с учетом
оценок руководителя проекта и рецензента, комиссия выносит решение о
принятии дипломного проекта и выставлении итоговой оценки.
Расчетно-пояснительная записка и чертежи каждого дипломного проекта
остаются для хранения в архиве кафедры.Список использованных источников
9
3
1. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. [Текст]. –
Введ. 1996–01–07 -М.: Изд-во стандартов, 1996.- 36 с.
2. Леванова, С.В. Теоретические основы прогрессивных технологий [Текст]:
учеб. пособие. – Самара: СамГТУ, 2002. – 50 с.
3. Леванова, С.В. Термодинамический анализ процессов органического синтеза
[Текст]: учеб. пособие / С.В. Леванова, Т.Н. Нестерова, И.А. Нестеров, А.А.
Пимерзин, В.С. Саркисова. – Самара: СамГТУ, 2002. - 104 с.
4. Нестерова, Т.Н. Прогнозирование свойств органических веществ [Текст]: учеб.
пособие / Т.Н. Нестерова, И.А. Нестеров, В.С. Саркисова. – Самара: СамГТУ,
2005. - 240 с.
5. Потехин, В.М. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки [Текст] / В.М. Потехин, В.В. Потехин. –
СПб.: Химиздат, 2005. - 912 с.
6. Гутник, С.П. Расчеты по технологии органического синтеза [Текст] / С.П. Гутник, В.Е. Сосонко, В.Д. Гутман. - М.: Химия, 1988.- 272 с.
7. Рид, Р. Свойства газов и жидкостей [Текст] / Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд.
- Л.: Химия, 1982. - 598 с.
8. Сталл, Д. Химическая термодинамика органических соединений [Текст] / Д.
Сталл, Э. Вестрам, Г. Зинке - М.: Мир, 1971. - 807 с.
9. Жидкие углеводороды и нефтепродукты [Текст] / Под ред. М.И.Шахпаронова,
Л.П.Филиппова. - М.: МГУ, 1989. - 190 с.
10.Флореа, О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии [Текст]
/ О. Флореа, О. Смительский. - М.: Химия, 1971. - 448 с.
11.Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической
промышленности [Текст] / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А. Л. Носков. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.
12.Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию [Текст] / Под ред. Ю. И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983. - 272 с.
9
4
13. Лащинский, А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры
[Текст] / А.А. Лащинский, А.В. Толчинский. - М.: Машиностроение, 1970. 752 с.
14.Московский, О. Н. Теплообменная аппаратура химических производств. Инженерная методика расчета. [Текст] / О.Н. Московский [и др.] - Л.: Химия,
1967. - 367 с.
15.Дианов, В.Г. Автоматическое регулирование и регуляторы в химической промышленности: серия «Автоматизация химических производств» [Текст] / В.Г.
Дианов. - М.: Химия, 1978. – 376 с.
16.Термические
методы
обезвреживания
отходов
[Текст]
/
Под
ред.
К.К.Богушевской и Г.П. Беспамятнова. – Л.: Химия, 1975. - 175 с.
17.Беспамятнов, Г.П. Предельно допустимые концентрации химических веществ
в окружающей среде. Справочник. [Текст] / Г.П. Беспамятнов, Ю.А. Кротков Л.: Химия, 1985. - 528 с.
18.Лазарева, Н.В. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров, врачей. Органические вещества. [Текст] / Н.В. Лазарева, Э.Н.
Левинова. - Л.: Химия, 1976. - 624 с.
19.Кротков, Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в
окружающей среде. Справочник. [Текст] / Ю.А. Кротков, А.О. Карелин, А.О.
Лойт. – СПб.: Мир и семья, 2000. - 360 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Список тем для выполнения дипломных проектов
по специальности 240401
1. Алкилирование бензола пропиленом (производительность 100-120 тыс.
т/год по товарному изопропилбензолу)
2. Окисление изопропилбензола до гидроперекиси изопропилбензола (производительность 50-75 тыс. т/год по фенолу)
9
5
3. Разложение гидроперекиси изопропилбензола (производительность 5075 тыс. т/год по фенолу)
4. Выделение товарного фенола (производительность 50-75 тыс. т/год по
фенолу)
5. Гидрирование бензола (производительность 50-60 тыс. т/год по циклогексану)
6. Окисление циклогексана кислородом воздуха (производительность 60-80
тыс. т/год по циклогексанону)
7. Оксимирование циклогексанона (производительность 80-100 тыс. т/год
по капролактаму)
8. Изомеризация н-пентана (производительность 160-180 тыс. т/год по сырью)
9. Дегидрирование изопентана в изоамилены (производительность 130-140
тыс. т/год по изоамиленам)
10.Дегидрирование изоамиленов в изопрен (производительность 100-140
тыс. т/год по изопрену)
11.Очистка изопрена (производительность 80-100 тыс. т/год по изопрену)
12.Пиролиз углеводородного сырья (производительность 100-120 тыс. т/год
по этилену)
13.Разделение пирогаза (производительность 80-120 тыс. т/год по этилену)
14.Гидратация этилена (производительность 100-120 тыс. т/год по этилену)
15.Первичная переработка природного газа. Деэтанизация (производительность 1,1 млн. м3/год)
16.Очистка нефтяного попутного газа (производительность 150-300 млн.
м3/год)
9
6
17.Центральная газофракционирующая установка (производительность 700800 тыс. т/год по сырью)
18.ЭЛОУ-АВТ (производительность 3-6 млн. т/год)
19.Изомеризация пентан-гексановой фракции (производительность 200-220
тыс. т/год по изомеризату)
20.Изомеризация легких бензиновых фракций (производительность 200-220
тыс. т/год по сырью)
21.Изомеризация парафиновых углеводородов (производительность 180-200
тыс. т/год по сырью)
22.Каталитический риформинг (производительность 300-330 тыс. т/год по
сырью)
23.Каталитический крекинг (производительность 280-500 тыс. т/год по сырью)
24.Гидроочистка дизельного топлива (производительность 1,2 млн. т/год по
сырью)
25.Сернокислотное алкилирование изобутана бутиленом (производительность 50-60 тыс. т/год )
26.Алкилирование фенола изобутиленом (производительность 8-10 тыс.
т/год по п-третбутилфенолу)
27.Окислительное дегидрирование метанола (производительность 6-7 тыс.
т/год по формальдегиду)
28.Производство нитробензола (производительность 30 тыс. т/год)
29.Дегидрирование изопропилбензола до α-метилстирола (производительность 30-40 тыс. т/год)
Список тем для выполнения дипломных проектов
по специальности 240501
9
7
1. Получение бутилкаучука (производительность 40 тыс. т/год по бутилкаучуку)
2. Получение сополимерного бутадиен-α-метилстирольного каучука методом
эмульсионной полимеризации (производительность 100-120 тыс. т/ год )
3. Получение
маслонаполненного
сополимерного
бутадиен-α-
метилстирольного каучука методом эмульсионной полимеризации (производительность 100-120 тыс. т/ год)
4. Выделение каучука марки СКМС-30 АРКМ из латекса (производительность
100-120 тыс. т/год)
5. Выделение каучука марки СКМС-15 АРКМ из латекса (производительность
100-120 тыс. т/год)
6. Получение полиизопренового каучука методом стереорегулярной полимеризации (производительность 60 тыс. т/год)
7. Получение поликапролактама методом гидролитической полимеризации
(производительность 100 тыс. т/год)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обозначения условные графические. Обозначения элементов трубопроводов.
ГОСТ 2.784-96
Таблица П2 – Обозначение элементов трубопроводов
Наименование
Обозначение
1. Трубопровод
- линии всасывания, напора, слива
- линии управления, дренажа, выпуска
воздуха, отвода конденсата
2. Соединение трубопроводов
9
8
3. Пересечение трубопроводов без соединения
4. Изолированный участок трубопровода
5. Трубопровод в трубе (футляре)
6. Трубопровод в сальнике
7. Соединение трубопроводов разъемное
- общее обозначение
- фланцевое
- штуцерное резьбовое
- муфтовое резьбовое
- муфтовое эластичное
8. Поворотное соединение
Продолжение таблицы П2
Наименование
Обозначение
9. Детали соединений трубопроводов
- разветвитель, коллектор, гребенка
- сифон (гидрозатвор)
10. Переход, патрубок переходный
11. Компенсатор
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Обозначения условные графические. Аппаратура трубопроводная.
9
9
ГОСТ 2.785-70
Таблица П3 – Аппаратура трубопроводная
Наименование
Обозначение
1. Вентиль (клапан) запорный
- проходной
- угловой
2. Вентиль (клапан) трехходовой
3. Вентиль (клапан) регулирующий
- проходной
- угловой
4. Клапан обратный (клапан невозвратный)
- проходной
- угловой
5. Клапан предохранительный
- проходной
- угловой
6. Клапан дроссельный
Продолжение таблицы П3
Наименование
Обозначение
1
0
0
7. Клапан редукционный (вершина
треугольника должна быть направлена
в сторону повышенного давления)
8. Клапан воздушный автоматический
(вантуз)
9. Задвижка
10. Затвор поворотный
11. Кран
- проходной
- угловой
12. Кран трехходовой
- общее обозначение
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Обозначение условные графические. Машины гидравлические и
пневматические. ГОСТ 2.782-96
Обозначения, построенные по функциональным признакам, должны соответствовать приведенным в таблице П4.1.
Если необходимо отразить принцип действия, то применяют обозначения,
приведенные в таблице П4.2.
Таблица П4.1 – Обозначение по функциональным признакам
Наименование
Обозначение
1. Насос нерегулируемый:
-с нереверсивным потоком
1
0
1
-с реверсивным потоком
2. Насос регулируемый:
-с нереверсивным потоком
-с реверсивным потоком
5. Насос-дозатор
6. Компрессор
Таблица П4.2 – Обозначения по принципу действия
Наименование
Обозначение
1. Насос ручной
2. Насос шестеренный
3. Насос винтовой
4. Насос пластинчатый
5. Насос радиально-поршневой
6. Насос аксиально-поршневой
1
0
2
7. Насос кривошипный
8. Насос лопастной центробежный
9. Насос струйный:
-общее обозначение
-с жидкостным внешним потоком
-с газовым внешним потоком
10. Вентилятор:
-центробежный
-осевой
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Обозначения условные графические.
Обозначения элементов корпусов. ГОСТ 2.788-74
Таблица П.5 – Обозначения элементов корпусов
Наименование
Обозначение
1. Обечайки работающие:
- под атмосферным давлением
- с внутренним давлением выше атмосферного
- с внутренним давлением ниже атмосферного
2. Днища работающие:
- под атмосферным давлением
1
0
3
- с внутренним давлением выше атмосферного
- с внутренним давлением ниже атмосферного
3. Корпуса работающие:
- под атмосферным давлением
- с внутренним давлением выше атмосферного
- с внутренним давлением ниже атмосферного
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Обозначения условные графические.
Аппараты теплообменные. ГОСТ 2.789-74
Таблица П6 – Аппараты теплообменные
Наименование
Обозначение
1. Кожухотрубчатые
- с неподвижными трубными решетками при давлении в трубах и
межтрубном пространстве выше атмосферного
- с неподвижными трубными решетками при давлении в трубах выше а в
межтрубном пространстве ниже атмосферного
1
0
4
- с компенсатором на корпусе при
давлении в трубах и межтрубном
пространстве выше атмосферного
- с U-образными трубами при давлении в трубах и межтрубном пространстве выше атмосферного
Продолжение таблицы П6
Наименование
Обозначение
- с сальником при давлении в трубах
и межтрубном пространстве выше
атмосферного
- с паровым пространством и плавающей головкой при давлении в трубах и межтрубном пространстве выше атмосферного
- с паровым пространством и Uобразными трубами при давлении в
трубах и межтрубном пространстве
выше атмосферного
1
0
5
- витые при давлении в трубах и
межтрубном пространстве равном
атмосферному
2. Аппараты трубчатые без кожуха
- погружные спиральные
- погружные плоские
Продолжение таблицы П6
Наименование
Обозначение
- оросительныне
3. Аппарат теплообменный с прямой
передачей
4. Аппарат теплообменный с наружным обогревом
5. Аппарат теплообменный с электрическим обогревом
1
0
6
6. Аппарат теплообменный регенеративный
7. Конденсатор смешения
Продолжение таблицы П6
Наименование
Обозначение
8. Аппараты теплообменные листовые
- спиральные
- пластинчатые разборные
- пластинчатые полуразборные
- пластинчатые сварные блочные
- пластинчатые цельносварные
- пластинчатые ребристые
1
0
7
- ламельные
Продолжение таблицы П6
Наименование
Обозначение
9. Аппарат теплообменный с воздушным охлаждением
10. Калорифер
11. Градирня
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
1
0
8
Обозначения условные графические. Элементы и устройства машин и аппаратов химических производств. ГОСТ 2.793-79
Изображение теплообменных аппаратов по функциональным признакам
можно выполнять согласно ГОСТ 2.793-79.
Таблица П7 – Обозначения теплообменных аппаратов
Наименование
Обозначение аппарата
для жидкости
для воздуха (газа)
1.Аппараты теплообменные:
а) с естественным охлаждением
б) с принудительным охлаждением:
жидкостью
воздухом (газом)
вентилятором
впрыском
2. Подогреватели:
а) с естественным обогревом
б) с принудительным обогревом:
жидкостью
воздухом (газом)
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
Обозначения условные графические. Аппараты колонные.
1
0
9
ГОСТ 2.790-74
Таблица П8.1 - Обозначения элементов, осуществляющих массообмен
Наименование
Обозначение
1. Устройства тарельчатые контактные
а) Общее обозначение
б) Тарелки колпачковые
в) Тарелки струйные
г) Тарелки клапанные
д) Тарелки клапанные прямоточные
е) Тарелки из S- образных элементов
Продолжение таблицы П8.1
Наименование
Обозначение
ж) Тарелки ситчатые
1
1
0
з) Тарелки ситчатые с отбойными элементами
и) Тарелки ситчато-клапанные
к) Тарелки жалюзийно-клапанные
л) Тарелки решетчато-провальные
м) Тарелки вихревые
Продолжение таблицы П8.1
Наименование
Обозначение
2. Устройства насадочные контактные
а) Насыпные насадки
б) Насадки регулярные
1
1
1
3. Ротор колонны
Таблица П8.2 - Примеры обозначения колонных аппаратов
1. Аппараты колонные пульсационные
2. Аппараты колонные тарельчатые
а) Общее обозначение
Продолжение таблицы П8.2
Наименование
Обозначение
б) С колпачковыми тарелками, давление атмосферное
в) Со струйными тарелками при внутреннем давлении выше атмосферного
г) С клапанными тарелками при давлении ниже атмосферного
3. Аппараты колонные насадочные
1
1
2
а) С насыпной насадкой
б) С регулярной насадкой под давлением ниже атмосферного
4. Аппарат колонный роторный
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
Работа с редактором формул «Microsoft Equation»
Редактор формул предназначен для упрощения работы с математическими
формулами при создании документов в MS Word.
Вызвать редактор формул можно двумя путями:
1. Зайти в меню «Вставка» и выбрать подменю «Объект» (рис. П9.1).
Рис. П9.1
При этом появится окно списка объектов. Находим в списке «Microsoft Equation» и даем команду «ОК» (рис. П9.2.).
1
1
3
Рис. П9.2
2. Выбрать кнопку
на панели инструментов. Однако, для того чтобы до-
бавить ее на панель инструментов необходимо зайти в меню «Сервис», подменю
«Настройка». Далее в окне «Настройка» выбрать категорию «Вставка» (рис.
П9.3), и «перетащить» знак редактора формул на панель инструментов.
Рис. П9.3
В любом из двух вариантов, в результате, открывается окно редактора формул, выглядящее следующим образом (рис. П9.4).
Окно ввода формулы
Панель инструментов
Верхний ряд – символы
нижний
1 ряд - шаблоны
1
4
Строка меню
Рис. П9.4
Формулу в редакторе формул можно создать с помощью выбора шаблонов и
символов на панели инструментов и ввода чисел и переменных в отведенные для
них места. При создании формул размер шрифтов, интервалы и форматы автоматически регулируются в соответствии с правилами записи математических выражений. Изменять форматирование можно и в процессе работы. Существует также
возможность переопределять автоматические стили.
Для создания формулы выберите шаблон из нижнего ряда панели инструментов и заполните поля. Введите нужный текст. Чтобы вложить один шаблон в
другой, выделите в окне редактора формул шаблон, который следует вложить, а
затем выберите нужный шаблон на панели инструментов. Для вставки символов
выберите нужный символ из верхнего ряда панели инструментов. Чтобы после
создания формулы вернуться к работе с документом, щелкните мышью за пределами окна формулы. Для возврата в окно редактирования формул необходимо
сделать двойной клик на формуле.
В редакторе формул нет ограничений на определяемые стили, однако при записи математических формул целесообразно придерживаться правил оформления, которые приняты в печатных изданиях. Для многих стилей хорошо подходит
шрифт основного текста документа (основной шрифт). В редакторе формул имеются следующие стили (меню «Стиль»).
Математический
Математический стиль не содержит определения шрифта и начертания символов. При работе с этим стилем используется специальный алгоритм распознания имен математических функций, например sin, log или exp. Именам функций
назначается стиль «Функция», не относящиеся к этим именам буквы имеют стиль
«Переменная».
1
1
5
Текст
Стиль «Текст» используется, когда нет необходимости распознавать среди
вводимых слов имена функций, переменные, вектора, матрицы и другие математические элементы. Для этого стиля автоматическое распознавание математических символов и их форматирование не выполняются. Интервалы между словами
стиля «Текст» добавляются с помощью клавиши ПРОБЕЛ. В этом стиле целесообразно использовать основной шрифт документа, с тем же начертанием символов.
Функция
Стиль «Функция» используется для записи обозначений стандартных математических функций, например sin и log. В этом стиле целесообразно использовать основной шрифт документа, с тем же начертанием символов.
Переменная
Стиль «Переменная» используется в обозначениях переменных и констант. В
этом стиле целесообразно использовать основной шрифт документа, но с курсивным начертанием символов.
Греческие
Этот стиль служит для написания строчных греческих букв. Используется
шрифт Symbol, обычно с курсивным начертанием.
Матрица-вектор
Стиль «Матрица-вектор» используется в обозначениях матрицы и вектора. Обычно используется тот же шрифт, что и для стиля «Переменная», только с курсивным начертанием. Иногда в этом стиле применяются шрифты без засечек, например Helvetica.ПРИЛОЖЕНИЕ 10
Использование функции «Поиск решения»
программы MS Excel
Функция «Поиск решения» находится в меню «Сервис». Если функции «Поиск решения» нет в списке, то необходимо ее подключить. Для этого в меню
1
1
6
«Сервис» выбираем раздел «Надстройки» и в появившемся окне отмечаем «Поиск
решения» и нажимаем кнопку «ОК». После этого функция «Поиск решения» появится в меню «Сервис»
Диалоговое окно функции поиск решения выглядит следующим образом
(рис. П10.1).
Рис.П10.1
Элементы диалогового окна «Поиск решения»
Установить целевую ячейку. Служит для указания целевой ячейки, значение которой необходимо максимизировать, минимизировать или установить равным заданному числу. Эта ячейка должна содержать формулу.
Равно. Служит для выбора варианта оптимизации значения целевой ячейки
(максимизация, минимизация или подбор заданного числа). Чтобы установить
число, введите его в поле.
Изменяя ячейки. Служит для указания ячеек, значения которых изменяются
в процессе поиска решения до тех пор, пока не будут выполнены наложенные
ограничения и условие оптимизации значения ячейки, указанной в поле Установить целевую ячейку.
1
1
7
Предположить. Используется для автоматического поиска ячеек, влияющих
на формулу, ссылка на которую дана в поле Установить целевую ячейку. Результат поиска отображается в поле Изменяя ячейки.
Ограничения. Служит для отображения списка граничных условий поставленной задачи.
Добавить. Служит для отображения диалогового окна Добавить ограничение.
Изменить. Служит для отображения диалоговое окна Изменить ограничение.
Удалить. Служит для снятия указанного ограничения.
Выполнить. Служит для запуска поиска решения поставленной задачи.
Закрыть. Служит для выхода из окна диалога без запуска поиска решения
поставленной задачи. При этом сохраняются установки сделанные в окнах диалога, появлявшихся после нажатий на кнопки Параметры, Добавить, Изменить или
Удалить.
Параметры. Служит для отображения диалогового окна Параметры поиска
решения, в котором можно загрузить или сохранить оптимизируемую модель и
указать предусмотренные варианты поиска решения.
Восстановить. Служит для очистки полей окна диалога и восстановления
значений параметров поиска решения, используемых по умолчанию.
Пример: Определить количество образующегося конденсата для примера
раздела 7.4.
1. Составляем в MS Excel таблицу потоков и заносим в нее данные по константам фазового равновесия (рис. П10.2).
2. Принимаем ячейку для указания значения мольной доли конденсата. В
нашем случае – это ячейка «Н15».
1
1
8
3. В колонку «Н» для соединений, имеющих константы фазового равновесия,
Y
*
заносим уравнение X
. На рисунке П.8.2 приведена формула расK
(
1
K
)
*
Z
чета для ячейки «Н7».
Рис. П10.2
4. Суммируем в ячейке «Н13» мольные доли веществ в жидкой фазе, то есть
ячейки «Н7», «Н10», и «Н11». Подготовительная стадия завершена.
5. Вызываем диалоговое окно «Поиск решения», рис.П10.3.
1
1
9
Рис.П10.3
6. Устанавливаем целевой ячейкой ячейку «Н13» равную 100 (сумма мольных процентов в жидкой фазе), изменяемой ячейкой является ячейка «Н15»
(мольная доля конденсата в жидкой фазе) и устанавливаем ограничения значения
ячейки «Н15» от 0 до 1 (мольная доля не может быть больше единицы и меньше
нуля).
7. Выбираем команду «Выполнить». В результате появляется диалоговое окно «Результаты поиска решения». Выбираем команду «ОК» и получаем результат
представленный на рис.П10.4. В столбце «Н» представлен состав жидкой фазы, а
в ячейке «Н15» - мольная доля сконденсировавшегося вещества.
1
2
0
Рис. П10.4
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
Примеры построения условных обозначений средств автоматизации
Обозначение
Прибор
TE
Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент)
для измерения температуры, установленный по месту отбора сигнала
(термометр термоэлектрический (термопара), термометр сопротивления,
датчик пирометра и т.п.)
TI
Прибор для измерения температуры показывающий, установленный на
щите (милливольтметр, потенциометр, мост автоматический и т.п.)
TJR
Прибор для измерения температуры с автоматическим обегающим
устройством, регистрирующий, установленный на щите (многоточечный
самопишущий потенциометр, мост автоматический и т.п.)
PDI
Прибор для измерения перепада давления показывающий, установленный
по месту (дифманометр, показывающий и т.п.)
1
2
1
Прибор для измерения соотношения расходов регистрирующий, установ-
FFR
ленный на щите (любой вторичный прибор для регистрации соотношения
потоков).
Прибор для измерения любой электрической величины, установленный
EI
по месту. Надписи, расшифровывающие конкретную измеряемую электрическую величину, располагают либо рядом с прибором, либо в виде
таблицы на поле чертежа.
O
QI
Прибор для измерения качества продукта показывающий, установленный
2
по месту (например: газоанализатор, показывающий для контроля содержание кислорода в дымовых газах)
H2 SO 4
Прибор для измерения качества продукта регистрирующий, регулирующий, установленный на щите (например: вторичный самопишущий при-
QRC
бор регулятора концентрации серной кислоты в растворе)
U=f(F,P)
UR
Прибор для измерения нескольких разнородных величин регистрирующий установленный по месту (например: самопишущий дифманометр расходомер с дополнительной записью давления). Надпись, расшифровывающая измеряемые величины, наносится справа от прибора.
H
LIA
Прибор для измерения уровня, показывающий, с контактным устройством, установленный на щите (вторичный прибор с сигнальным устрой-
L
ством; буквы H и L означают сигнализацию верхнего и нижнего уровней).
ПРИЛОЖЕНИЕ 12
Типовые схемы автоматизации процессов
1. Процесс перемешивания
Рис. П12.1
1
2
2
Регулирование
Регулирование концентрации Ссм по подаче реагента GА - как показателя эффективности процесса перемешивания с целью получения гомогенизированного раствора.
Регулирование уровня в аппарате hсм по подаче реагента GБ - для обеспечения
материального баланса по жидкой фазе.
Контроль
расходы - GА, GБ, Gсм ;
концентрация - Ссм ;
уровень - hсм.
Сигнализация
существенные отклонения Ссм и hсм от задания;
резкое падение расходов исходных реагентов GА или GБ, при этом формируется сигнал «В схему защиты».
Система защиты
По сигналу «В схему защиты» - отключаются магистрали подачи исходных реагентов GА , GБ и отбора смеси Gсм.2. Процесс перемещения жидкости центробежным насосом.
1
2
3
Рис. П12.2
Регулирование
Подача насоса Q - методом дросселирования.
Контроль
температуры: tобм, tподш, tохл`, tохл”, tм”;
давления: Pвс, Pн, Pохл;
расходы: Qохл”, Qм”, Q.
Сигнализация
Сигнализации подлежат все контролируемые параметры:
температуры - t > tпред;
давления - P < Pпред;
расходы - Q < Qмин (наличие потоков масла и охлаждающей жидкости).
Система защиты
По сигналам «В схему защиты» - отключается действующий насос и вклю-
чается резервный.
3. Установка с двухступенчатым поршневым компрессором.
1-1, 2-1 - цилиндры ступеней 1и 2;
1-2, 2-2 - масловлагоотделители;
1-3, 2-3 - холодильники.
1
2
4
Р
- сигнализируемый и контролируемый параметр;
Р - контролируемый параметр.
Рис. П12.3
Показателем эффективности процесса является подача компрессорной установки.
Регулирование подачи осуществляется по давлению в линии нагнетания.
Регулирование
В данной схеме используется метод регулирования подачи по давлению Р в
линии нагнетания на выходе компрессорной установки путем перевода компрессора на холостой ход в результате открытия запорных клапанов РО1 и РО2
на линиях байпаса 1 и 2 ступеней компрессора.
Контроль
Контролю в любой компрессорной установке подлежат температура, давление, уровень, потребляемая мощность.
Контроль температуры:
- температура газа в линии нагнетания;
- газа на входе и выходе каждой ступени;
- п смазки в различных точках подшипников;
- воды на входе и выходе холодильников;
- обм обмоток электропривода.
Контроль давления:
- Р газа на входе и выходе каждой ступени;
- Р воды на входе в холодильники;
- Р масла в магистрали (система смазки на схеме не показана);
Давление обладает меньшей инерционностью, чем температура при изменении
технологических режимов, поэтому его используют для сигнализации, блокировок и защиты.
Контроль уровня:
1
2
5
- Н конденсата в масловлагоотделителях;
- Н масла в масляных баках (на схеме не показаны);
- Н воды в гидрозатворах и газгольдерах (не показаны).
Контроль мощности:
- мощность, потребляемая приводом - Nпр ;
- контроль осуществляется измерительным устройством, установленным на
валу привода.
- Nпр определяет экономичность установки.
Сигнализация
Сигнализации подлежат:
существенные отклонения давления газа в линии нагнетания;
повышение температуры и давления газа на входе и выходе каждой ступени ↑, Р ↑;
повышение температуры подшипников - п ↑;
повышение температуры обмоток - обм ↑;
понижение уровня Н во всех контролируемых точках;
понижение давления воды на входе холодильников - Р ;
понижение давления масла - Рм ;
перегрузка привода Nпр ↑ .
Система защиты
При существенном отклонении сигнализируемых параметров от заданных значений;
когда в результате срабатывания блокировок и вмешательства обслуживающего персонала не удается восстановить заданный технологический режим;
отключается действующий привод и включается резервный.
4. Кожухотрубчатый теплообменник
1
2
6
Рис. П12.4
Типовое решение автоматизации кожухотрубных теплообменников включает
в себя подсистемы регулирования, контроля, сигнализации и защиты.
Регулирование
Регулирование температуры
вых
по подаче теплоносителя Gт - как показателя
эффективности процесса нагревания в кожухотрубном теплообменнике.
Контроль
расходы - Gт, G;
вх вых
вх вых
т ,
т , , ;
температуры -
давление - Рт, Р.
Сигнализация
существенные отклонения вых от задания;
1
2
7
резкое падение расхода технологического потока G , при этом формируется
сигнал «В схему защиты».
Система защиты
По сигналу «В схему защиты» - отключается магистраль подачи теплоносителя Gт.
5. Испаритель.
Рис.П12.5
Регулирование.
Регулирование уровня hж по подаче греющего пара Gгр - как показателя эффективности процесса нагревания в испарителе.
Регулирование давления Рп по отбору паровой фазы из испарителя - для обеспечения материального баланса по паровой фазе и стабилизации rж=f(Pп).
Контроль.
расходы - Gгр, Gп , Gж ;
температуры - гр,к,ж,п;
1
2
8
давление - Ргр, Рж Рп ;
уровень - hж
Сигнализация.
существенные отклонения hж и Рп от заданий;
резкое падение расхода технологического потока Gж , при этом формируется
сигнал «В схему защиты».
Система защиты.
По сигналу «В схему защиты» - отключаются магистрали подачи греющего
пара Gгр и отбора пара для технологических нужд.
6. Кристаллизатор
Рис.П12.6
Регулирование.
Регулирование в аппарате по подаче хладоагента Gхл - обеспечивает косвенное регулирование показателя эффективности процесса: = f (dкр).
1
2
9
Регулирование h по отбору маточного раствора Gмр - для обеспечения материального баланса по жидкой фазе.
Стабилизация расхода исходного раствора Gр - для обеспечения заданной
производительности установки.
Контроль.
Расходы: Gр,Gмр,Gхл.
вх вых
вых
вх
,
,
,
.
Температуры:
хл
хл
мр
р,
Уровень: h.
Сигнализация.
Значительные отклонения температуры от задания.
7. Абсорбер
Рис. П12.7
Регулирование.
Регулирование сог по подаче абсорбента Gа - как показателя эффективности
процесса абсорбции.
Регулирование давления верха колонны Рв = Рог по отбору обедненной газовой
смеси Gог - для обеспечения материального баланса по газовой фазе.
Регулирование уровня hна по отбору насыщенного абсорбента Gна - для обеспечения материального баланса по жидкой фазе.
1
3
0
Регулирование температуры исходных материальных потоков газа г0 и абсорбента а0 по подаче хладоагентов Gхл1 и Gхл2 соответственно - для обеспечения
теплового баланса установки.
Стабилизация расхода исходной газовой смеси Gг - для обеспечения заданной
производительности установки.
Контроль.
расходы - Gг, Gа, Gог, Gна, Gхл1, Gхл2;
х
00
,
,
,
,
,
,
,
,
г
ог
а
на
хл
1
хл
2
г
а
апп
температуры -
;
давление - Рв, Рн, Р;
уровень насыщенного абсорбента - hна;
концентрация - сог .
Сигнализация.
существенные отклонения сог от согзд ;
значительное повышение Рв > Рпред , при этом формируется сигнал «В схему
защиты».
Система защиты.
По сигналу «В схему защиты» - открывается магистраль Gог, закрываются
все остальные магистрали.
8. Ректификационная колонна.
1
3
1
Рис.П12.8
Регулирование.
Регулирование θв=f(cд) по подаче флегмы - косвенное регулирование показателя эффективности процесса cд.
Регулирование Pв по подаче хладоагента Gхл - обеспечивает материальный баланс по паровой фазе.
Регулирование hфл по отбору флегмы Gфл - обеспечивает материальный баланс по жидкой фазе верха колонны.
Регулирование hк по отбору кубового продукта Gк - обеспечивает материальный баланс по жидкой фазе низа колонны.
Стабилизация расхода питания Gп - обеспечивает:
-
материальный баланс по всему веществу,
- снятие наиболее существенных возмущений,
- заданное положение рабочей области колонны;
- стабилизацию производительности установки.
Стабилизация расхода греющего пара Gгр - обеспечивает:
1
3
2
-
тепловой баланс установки;
- стабилизацию Gy0 .
Регулирование θп0 по подаче Gт обеспечивает:
- заданное положение рабочей линии;
- эффективность процесса разделения;
- тепловой баланс
Контроль.
Температуры и расходы всех исходных потоков.
Температуры - θв, θн, θкв, θкн, θп0.
Давление - Рв, Рн.
Уровень - hфл, hк.
Концентрации - сд или ск .
Сигнализация.
существенные отклонения hфл, hк, θв от заданий:
повышение PPпред;
резкое снижение или прекращение подачи потока питания G п .
9. Реакторные блоки.
Схема для реакции типа А(ж) + В (г) D (г-ц.пр)+С (ж).
1
3
3
Рис.П12.9.1
Схема для реакции типа А(ж) + В (г) D (г)+С (ж-ц.пр).
Рис.П12.9.2
А(ж) + В{Всв(ж) + Врец(ж)} С(ж- ц.пр)+В(ж).
1
3
4
1- реактор; 2 - сепаратор; 3 - сборник; 4, 5 - насосы; А, В - исходные реагенты; С - целевой продукт; Врц - возвратный (рецикловый) поток реагента В;
Всв - свежий поток реагента В.
Рис. П.12.9.3
10. Система регулирования концентрации из двух одноконтурных АСР.
Рис. П12.10.
1
3
5
11. Каскадная АСР концентрации со вспомогательным контуром стабилизации соотношения расходов исходных реагентов.
Рис. П12.1112.Каскадная АСР концентрации со вспомогательным контуром стабилизации температуры исходного реагента.
Рис.П12.12
1
3
6
13. Каскадная АСР концентрации со вспомогательным контуром стабилизации температуры хладоагента.
Рис П12.13
14. Одноконтурная АСР температуры в реакторе по подаче исходного
реагента.
Рис.П12.14
1
3
7
15. Каскадная АСР температуры в реакторе со вспомогательным контуром стабилизации температуры исходного реагента.
Рис.П12.15.16. Каскадная АСР температуры в реакторе со вспомогательным контуром стабилизации температуры хладагента.
Рис.П12.16
1
3
8
17.Каскадная АСР температуры в реакторе со вспомогательным контуром стабилизации давления хладоагента.
Рис. П12.17
Содержание
Введение
3
1. Задания для выполнения курсовых и дипломных проектов
4
2. Содержание и оформление дипломного проекта
5
2.1. Общие требования
5
2.2. Титульный лист
6
2.3. Техническое задание
7
2.4. Реферат
7
2.5. Содержание
9
2.6. Введение
10
2.7. Основная часть
10
2.7.1. Общие положения
10
2.7.2. Оформление перечислений
11
2.7.3. Оформление иллюстраций
11
2.7.4. Построение таблиц
13
2.7.5. Оформление формул
14
1
3
9
2.7.6. Ссылки
15
2.7.7. Сноски
16
2.7.8. Структура основной части
16
2.8. Заключение
18
2.9. Список использованных источников
18
2.10. Приложения
19
2.11. Изложение текста документа
20
3. Описание технологической схемы
21
4. Характеристика сырья, готовой продукции, катализаторов
23
5. Расчет материального баланса
24
5.1. Алгоритм расчета
24
5.2. Расчет материального баланса реактора гидрирования
бензола первой ступени
5.3. Расчет материального баланса установки прямой гидратации
этилена
25
28
6. Расчет теплового баланса.
36
6.1. Общие положения
36
6.2. Расчет теплового баланса реактора гидрирования бензола
первой ступени
6.3. Расчет теплового баланса реактора гидратации этилена
7. Расчет и подбор основного оборудования
37
42
46
7.1. Расчет насоса
46
7.2. Расчет сепаратора
47
7.3. Расчет теплообменных аппаратов
48
7.3.1. Порядок расчета
48
7.3.2. Полный расчет теплообменного аппарата
50
7.3.3. Поверочный расчет теплообменного аппарата
58
7.4. Расчет конденсации (испарения)
60
8. Конструкционно-механический расчет основного аппарата
8.1. Расчет толщины обечайки корпуса
1
4
0
64
64
8.2. Расчет толщины стенки днища
65
8.3. Расчет опор аппаратов
66
9. Аналитический контроль производства
68
10. Системы контроля и управления производством
69
11. Утилизация отходов и охрана окружающей среды
76
11.1. Общие вопросы
76
11.2. Методы очистки сточных вод и газовых выбросов
79
11.3. Экологическое обоснование технологических решений
87
12. Охрана труда и техника безопасности
12.1 Анализ потенциально опасных и вредных производственных
факторов
89
89
12.2. Категории помещений по взрывоопасности
90
12.3. Герметизация оборудования
91
12.4. Применение предохранительных, сигнализирующих и ограждающих устройств
12.5. Меры безопасности при пуске и ведении технологического процесса
92
92
12.6. Меры защиты от статического электричества
92
12.7. Санитарно-технические мероприятия
92
12.8. Средства индивидуальной защиты
93
12.9. Противопожарные мероприятия
93
13. Требования к оформлению графических материалов
94
14. Порядок защиты дипломного проекта
96
Список использованных источников
98
Приложение 1
100
Приложение 2
103
Приложение 3
105
Приложение 4
107
Приложение 5
109
Приложение 6
110
1
4
1
Приложение 7
115
Приложение 8
116
Приложение 9
120
Приложение 10
124
Приложение 11
129
Приложение 12
130
Содержание
147
1
4
2
