Расчет ректификационной колонны, работающей под атмосферным давлением с ситчатой тарелкой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет ректификационной колонны, работающей под атмосферным давлением с ситчатой тарелкой



Введение

Очень плотно в нашу жизнь вошла химическая отрасль промышленности. В связи с этим специальность «Химическая технология» крайне важна и необходима. Именно отличное знание химических технологий позволяет ускорить промышленное развитие, получать доскональные материалы и средства для всех отраслей экономики, коммунального хозяйства, промышленности, бытовых нужд и т.д.

Развиваясь, химическая отрасль позволяет развиваться и другим отраслям. Человеческое общество уже очень давно начало использовать вещества, полученные в результате химических реакций, смешивания веществ. Это стало возможным благодаря наблюдению за природными реакциями. Уже древние люди заметили, что если два или несколько веществ смешиваются друг с другом, то можно получить полезное вещество. Через некоторое время химии уже отводилась одна из главных ролей в развитии человеческого общества, появилась даже научная система. С конца 18 столетия химия стала окончательно наукой, появились глубокие научные труды, открывались химические законы. Именно с этого момента развитие науки стремительно развивалось, но пока еще нельзя говорить о появлении такой специальности как химическая технология. Только во второй половине с открытием периодической системы элементов выдающимся ученым Д. Менделеевым химическая наука окончательно обрела черты современной. Очень сложно переоценить важность химии. Соответственно и огромная актуальность специальности химическая технология.

На современном этапе развития процессного инжиниринга в рамках инженерной и научной деятельности (за исключением учебной) - можно смело говорить о процессах и аппаратах - как межотраслевом инструменте, а не присущем только химической или смежной технологии. Даже принимая во внимание отличие ряда отраслей - видно, что учет физических закономерностей, химических превращений того или иного типа, последующая взаимосвязь с современной механикой и иными направлениями инженерного дела, в том числе и в области материаловедения - не выходят за рамки первичной, только кажущейся узкой концепции. Глубокое проникновение химической и смежных технологии в современном мире - присутствует даже там, где это, кажется, и не ожидал. Потому на современном этапе справедливо говорить уже не о процессном инжиниринге химической и смежных технологий, а о комплексном процессном инжиниринге различных отраслей. Ведь все последние достижения - как раз есть плод инновационной деятельности в области физики, химии, биотехнологии, прецизионной механики, информационных технологий.

Исследуемая тема актуальна, потому что наличие развитой химической индустрии является важнейшим признаком высокого уровня научно-технического и экономического развития. Повышенное внимание к развитию этой отрасли объясняется не только ее возможностями, но и спецификой задач. На предприятиях нефтехимии и нефтепереработки удельный вес теплообменного оборудования, например составляет 60%. Из всех типов теплообменных аппаратов используемых в промышленности, около80% занимают кожухотрубчатые теплообменники. Около 60% производимых массообменных аппаратов представляют собой тарельчатые колонны, остальные насадочные колонны. В нефтеперерабатывающей промышленности преимущественно используются ректификационные колонны с колпачковыми, клапанными, ситчатыми, решетчатыми тарелками.

Цель курсового проекта заключается в приобретении навыков расчета и выбора подходящих аппаратов и оборудования теплообменных и массообменных процессов.

Задачами данного курсового проекта является, изучить и проанализировать информацию о теплообменных, массообменных процессах и аппаратах, произвести расчеты и выполнить чертежи. Они относятся к наиболее используемому технологическому оборудованию.

Данная работа разделена на три главы:

· В первой главе рассмотрены теоретические основы теплообменных и массообменных процессов, безопасность жизнедеятельности;

· Во второй главе произведен расчет кожухотрубчатого теплообменного аппарата;

· В третьей главе произведен расчет ректификационной колонны с ситчатой тарелкой.

1. Теоретические основы теплообменных и массообменных процессов, безопасность жизнедеятельности

1.1 Теплообменные процессы и аппараты

технический ректификационный давление

Теплообменник - устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры. По принципу действия теплообменники подразделяются на рекуператоры и регенераторы. В рекуператорах движущиеся теплоносители разделены стенкой. К этому типу относится большинство теплообменников различных конструкций. В регенеративных теплообменниках горячий и холодный теплоносители контактируют с одной и той же поверхностью поочерёдно [3].

Теплообменные аппараты предназначены для проведения процессов теплообмена при необходимости нагревания или охлаждения технологической среды с целью ее обработки или утилизации.

Теплообменные аппараты классифицируют по:

· по конструкции - аппараты, изготовленные из труб (кожухотрубчатые, «труба в трубе», оросительные, погружные, змеевиковые, воздушного охлаждения); аппараты, поверхность теплообмена которых изготовлена из листового материала (пластинчатые, спиральные, сотовые); аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из неметаллических материалов (графита, пластмасс, стекла и др.);

· по назначению - холодильники, подогреватели, испарители, конденсаторы;

· по направлению движения теплоносителей - прямоточные, противоточные, перекрестного тока и др.

1.1.1 Кожухотрубчатые теплообменные аппараты

Основными элементами кожухотрубчатых теплообменников являются пучки труб, трубные решетки, корпус, крыш-ки, патрубки. Концы труб крепятся в трубных решетках разваль-цовкой, сваркой и пайкой.

Кожухотрубчатые теплообменники могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными в соответствии с требованиями технологического процесса или удобства монтажа. В зависимости от неличины температурных удлинений трубок и корпуса применяют кожухотрубчатые теплообменники жесткий, полужесткой и нежесткой конструкции [3].

Рис. 1 Кожухотрубчатый теплообменник

Аппараты жесткой конструкции используют при сравнительно небольших разностях температур корпуса и пучка труб; эти теплообменники отличаются простотой устройства.

В кожухотрубчатых теплообменниках нежесткой конструкции предусматривается возможность некоторого независимого перемещения теплообменных труб и корпуса для устранения до-полнительных напряжений от температурных удлинений. Не жесткость конструкции обеспечивается сальниковым уплотнением на патрубке или корпусе, пучком U образных труб, подвижной трубной решеткой закрытого и открытого типа.

В аппаратах полужесткой конструкции температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением специальных компенсаторов, установленных па корпусе. Полужесткая конструкция надежно обеспечивает компенсацию температурных деформаций, если они не превышают 10-15 мм, а условное давление в межтрубном пространстве составляет не более 2,5 кгс/см² .

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты являются наиболее распространенным типом теплообменников широкого спектра технологического применения в нефтеперерабатывающей промышленности [5].

Поэтому для обеспечения нормального протекания предусмотренного технологического режима необходим правильный подбор теплообменного аппарата.

Кожухотрубные теплообменники применяются для теплообмена и термохимических процессов между различными жидкостями, парами и газами - как без изменения, так и с изменением их агрегатного состояния. Кожухотрубные теплообменники могут применяться в качестве конденсаторов, подогревателей и испарителей. В настоящее время конструкция теплообменника в результате специальных разработок с учетом опыта эксплуатации стала намного более совершенной.

1.2 Массообменные процессы и аппараты

технический ректификационный давление

Процессами массообмена называют такие процессы, в которых основную роль играет перенос вещества из одной фазы в другую. Движущей силой этих процессов является разность химических потенциалов [3]. Как и в любых других процессах, движущая сила массообмена характеризует степень отклонения системы от состояния динамического равновесия. В пределах данной фазы вещество переносится от точки с большей к точке с меньшей концентрацией. Поэтому обычно в инженерных расчетах приближенно движущую силу выражают через разность концентраций, что значительно упрощает расчеты массообменных процессов.

Массообменные процессы широко используются в промышленности для решения задач разделения жидких и газовых гомогенных смесей, их концентрирования, а также для защиты окружающей природной среды (прежде всего для очистки сточных вод и отходящих газов) [6]. Например, практически в каждом химическом производстве взаимодействие обрабатываемых веществ осуществляется в реакторе, в котором обычно происходит только частичное превращение этих веществ в продукты реакции. Поэтому выходящую из реактора смесь продуктов реакции и непрореагировавшего сырья необходимо подвергнуть разделению, для чего эту смесь направляют в массообменную аппаратуру, из которой непрореагировавшее сырье возвращается в реактор, а продукты реакции направляются на дальнейшую переработку или использование.

Наибольшее распространение получили рассмотренные ниже массообменные процессы.

Абсорбция - избирательное поглощение газов или паров жидким поглотителем. Этот процесс представляет собой переход вещества из газовой (или паровой) фазы в жидкую. Наиболее широко используется для разделения технологических газов и очистки газовых выбросов. Процесс, обратный абсорбции, т. е. выделение растворенного газа из жидкости, называют Десорбцией.

Перегонка и Ректификация - разделение жидких гомогенных смесей на компоненты при взаимодействии потоков жидкости и пара, полученного испарением разделяемой смеси. Этот процесс представляет собой Переход компонентов из жидкой фазы в паровую и из паровой в жидкую. Процесс ректификации используется для разделения жидких смесей на составляющие их компоненты, получения сверхчистых жидкостей и для других целей.

Экстракция (жидкостная)- извлечение растворенного в одной жидкости вещества другой жидкостью, практически не смешивающейся или частично смешивающейся с первой. Этот процесс представляет собой переход извлекаемого вещества из одной жидкой фазы в другую. Процесс применяют для извлечения растворенного вещества или группы веществ сравнительно невысоких концентраций.

Адсорбция - избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкости веществ твердым поглотителем, способным поглощать одно или несколько веществ из смеси. Этот процесс представляет собой переход веществ из газовой, паровой или жидкой фазы в твердую. Адсорбцию применяют для извлечения того или иного вещества (или веществ) достаточно низкой концентрации из six смеси. Процесс, обратный адсорбции, т.е. выделение сорбированного вещества из твердого поглотителя, называют десорбцией.

Ионный обмен - избирательное извлечение ионов из растворов электролитов. Этот процесс представляет собой переход извлекаемого вещества из жидкой фазы в твердую. Процесс применяют для извлечения веществ из растворов, в которых эти вещества находятся при низких концентрациях.

Сушка - удаление влаги из твердых влажных материалов, в основном путем ее испарения. Этот процесс представляет собой переход влаги из твердого влажного материала в газовую или паровую фазы. Сушку широко применяют в технике для предварительного обезвоживания перерабатываемых веществ или обезвоживания готового продукта.

Растворение и экстрагирование из твердых тел - это процессы перехода твердой фазы в жидкую (растворитель). Извлечение на основе избирательной растворимости какого-либо вещества (или веществ) из твердого пористого материала называют экстракцией из твердого материала, или выщелачиванием. Применяют ее для извлечения ценных или токсичных компонентов из твердых материалов.

Кристаллизация - выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Этот процесс представляет собой переход вещества из жидкой фазы в твердую. Применяется, в частности, для получения веществ повышенной чистоты.

Мембранные процессы - избирательное извлечение компонентов смеси или их концентрирование с помощью полупроницаемой перегородки-мембраны. Эти процессы представляют собой переход вещества (или веществ) из одной фазы в другую через разделяющую их мембрану. Применяются для разделения газовых и жидких смесей, очистки сточных вод и газовых выбросов.

Таким образом, во всех перечисленных выше процессах общим является переход вещества (или веществ) из одной фазы в другую [9]. Процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия называют массопередачей. В отличие от теплопередачи, которая происходит обычно через стенку, массопередача осуществляется, как правило, при непосредственном соприкосновении фаз (за исключением мембранных процессов). При этом граница соприкосновения, т.е. поверхность контакта фаз может быть подвижной (система газ-жидкость, пар-жидкость, жидкость-жидкость) или неподвижной (газ-твердое тело, пар-твердое тело, жидкость-твердое тело).

Массообменные аппараты могут подразделяться по различным признакам:

1. По способу организации процесса:

а)периодические; б)непрерывные.

2. По расположению в пространстве:

а)вертикальные; б)горизонтальные; в)наклонные.

3. По давлению в аппарате:

а)атмосферные; б)под избыточным давлением; в)под вакуумом.

4. По назначению:

а)абсорберы; б)перегонные аппараты; в)ректификационные колонны; г)экстракторы; д)адсорберы; е)ионнообменники; ж)сушилки; з)кристаллизаторы; и)аппараты для растворения; к)мембранные аппараты.

5. По способу организации контакта фаз:

а)с непрерывным контактом фаз, например, пленочные, насадочные; б)со ступенчатым контактом фаз, например, тарельчатые.

6. По конструкции (подразделение аппаратов по этому признаку будет рассматриваться при изучении конкретных типовых процессов).

1.2.1 Ректификационные колонны

Ректификационные колонны могут быть классифицированы в зависимости от:

а)внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между паром и жидкостью;

б)давления, применяемого в процессе ректификации;

в)назначения колонны.

По внутреннему устройству ректификационные колонны под-разделяются на две основные группы: тарельчатые и насадочные [5]. В тарельчатых колоннах контакт между жидкой и паровой фазами в основном происходит ступенчато в слое жидкости на тарелке и частично в межтарельчатом пространстве.

В насадочпой колонне контакт между массообменивающимися потоками происходит непрерывно по высоте слоя насадки. Тарельчатые ректификационные колонны подразделяются на колпачковые и бесколпачковые (ситчатые, решетчатые, дырчатые и др.).

В зависимости от способа перетока жидкости с тарелки на тарелку бесколпачковые тарелки могут быть провального типа, в которых жидкость стекает на нижележащие тарелки через отверстия в тарелке, или с переливами, как и у колпачковых тарелок.

Насадочпые колонны различаются по типу применяемой насадки, а также по способу заполнения колонны насадкой сплошным слоем по всей высоте колонны или отдельными слоями, размещенными на специальных поддерживающих распределительных решетках (тарелках).

В зависимости от применяемого давления ректификационные колонны подразделяются на вакуумные, атмосферные и колонны, работающие под давлением.

Под атмосферными колоннами обычно подразумевают колонны, в которых давление незначительно превышает атмосферное. Давление в этих колоннах зависит от величины сопротивления внутренних устройств колонны, а также от сопротивления коммуникаций и аппаратуры, расположенной после колонны, на потоке паров ректификата.

Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность контакта фаз, от количества подаваемой на орошение флегмы и устройства ректификационной колонны.

В промышленности применяют тарельчатые, насадочные, пленочные трубчатые и центробежные пленочные аппараты. Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата, назначение которого - обеспечение взаимодействия жидкости и пара.

Преимущественное использование тарельчатых колонн в процессах перегонки объясняется их значительно большей производительностью по сравнению с насадочными.

При выборе ректификационной колонны для проектируемого разделения следует иметь ввиду, что тарельчатые колонны очень малого диаметра значительно дороже соответствующих насадочных колонн, однако по мере увеличения диаметра стоимость насадочных колонн возрастает значительно быстрее[9]. Приблизительно можно считать, что стоимость насадочной колонны растет пропорционально квадрату диаметра, а колпачковой диаметру в первой степени. Следовательно, за пределами некоторого граничного значения диаметра использование тарельчатых колонн должно быть более экономичным.



1.2.2 Описание технологической схемы процесса ректификации

Рис.2 Технологическая схема ректификационной установки: 1 - сборник исходной смеси; 2 - кипятильник; 3 - дифлегматор; 4 - распределительный стакан; 5 - теплообменник; 6 - холодильник дистиллята; 7 - ректификационная колонна; 8 - сборник кубового остатка; 9 - сборник дистиллята; 10 - насос центробежный.

Исходная смесь подаётся в теплообменник центробежным насосом из ёмкости, где она подогревается до температуры кипения. Затем нагретая смесь поступает на разделение в середину ректификационной колонны на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают, в соответствии с заданным флегмовым числом, жидкостью (флегмой), получаемой в дефлегматоре путём конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике и направляется в промежуточную ёмкость.

Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащённый труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике и направляется в ёмкость.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащённый труднолетучим компонентом).

1.4 Безопасность жизнедеятельности

1.4.1 Безопасная эксплуатация технологического оборудования

Неправильная эксплуатация оборудования может вызвать поломки и аварии. Под поломкой понимают незначительное повреждение деталей машин, не нарушающее производственный процесс на участке, в цехе. Под аварией понимают выход из строя машины или ряда машин, сопровождающийся нарушением производственного процесса или повреждением ответственных механизмов и отдельных деталей. Обстановка аварии или поломки не должна нарушаться до прихода комиссии по расследованию.

Элементы конструкции машин не должны иметь острых углов, кромок и т.п., представляющих источник опасности при обслуживании. Конструкция должна исключать возможность случайного соприкосновения с горячими или переохлажденными частями. Все ее элементы, в том числе подводящие и отводящие коммуникации, должны предотвращать возможность случайного повреждения, вызывающего опасность при обслуживании. Системы подачи сжатого воздуха, пара, воды должны отвечать действующим требованиям и нормам [10].

Узлы и детали машин должны быть изготовлены из безопасных и безвредных материалов. Как правило, новые материалы проходят санитарно-гигиеническую и пожаробезопасную проверку. Рабочие места должны быть безопасными и удобными для выполнения работ по обслуживанию машин. Все узлы машин, требующие смазки, снабжают автоматическими смазочными приборами или устанавливают масленки с резервуарами достаточной вместимости, что позволяет заполнять их во время остановок машин.

Конструкцией машин должна предусматриваться защита от поражения электрическим током, включая случаи ошибочных действий обслуживающего персонала. Кроме того, должна быть исключена возможность накопления зарядов статического электричества в опасных количествах. С этой целью все машины, аппараты, участки самотечных труб и другие устройства, генерирующие заряд статического электричества, снабжают надежной системой заземления. Конструкцией оборудования также должны предусматриваться системы сигнализации, автоматической остановки и отключения от источников энергии при неисправностях, авариях и опасных режимах работы.

Движущиеся части оборудования, являющиеся источником опасности, ограждают. Если оборудование эксплуатируют без ограждения, то в этом случае устанавливают предупредительную сигнализацию о пуске машин и средства остановки и отключения от источника энергии. При наличии транспортирующих машин значительной длины средства остановки располагают не менее чем через каждые 10 м. Производственное оборудование, обслуживание которого связано с перемещением людей, должно иметь удобные и безопасные проходы и приспособления для ведения работ (лестницы, постаменты, рабочие площадки).

К органам управления оборудованием предъявляют следующие основные требования:

· по форме, размерам поверхности они должны быть безопасны и удобны в работе;

· место расположения (доступность) их не должно затруднять выполнение отдельных операций;

· усилие для приведения в действие органов управления не должно быть слишком велико (непосильно) или мало (случайное касание вызывает пуск или остановку машин);

· конструкция должна исключать самопроизвольный пуск или остановку оборудования;

· органы управления однотипным оборудованием должны быть унифицированы[10].

Средства ограждения опасных зон оборудования. Для предотвращения производственного травматизма при обслуживании оборудования необходимо устанавливать специальные устройства, которые ограждают опасные зоны. Последние представляют собой пространство, где постоянно или периодически действуют опасные факторы, создающие возможность травматизма. Например, опасными зонами являются ременные, зубчатые, цепные и другие передачи; зоны питания и измельчения вальцовых мельниц и т. д.

Для защиты от действия опасных факторов применяют следующие основные средства защиты: оградительные, предохранительные и сигнализирующие устройства, а также дистанционное управление.

Оградительные устройства. По условиям безопасности обязательно ограждают:

· движущиеся части машин (шкивы, ремни, цепи, шестерни, муфты, выступающие концы валов и т.п.);

· открытые токоведущие части электрооборудования;

· зоны отлетающих частиц;

· зоны высоких температур и давлений;

· взрывоопасные зоны;

· люки, проемы;

· высокие рабочие площадки.

Стационарные ограждения постоянно закрывают опасную зону, но могут быть сняты для осмотра, смазки или ремонта рабочих органов. Такие ограждения должны иметь прочные крепления к неподвижным частям оборудования или к строительным конструкциям не менее чем в трех точках.

Съемные ограждения устанавливают в зонах, требующих периодического доступа, например замены инструмента, установки заготовки, регулирования и т.п. в машинах периодического действия. Съемные ограждения должны иметь блокировку, исключающую возможность эксплуатации машин без ограждения.

Блокировочные устройства бывают различных типов: электро-механические, механические, электрические, фотоэлектрические и др. При снятии или неправильной установке ограждений нарушается цепь электропитания двигателя машины.

Переносные ограждения опасных зон устанавливают на ограниченный период, например для перекрытия монтажных люков, траншей и других проемов.

К конструктивному исполнению различных видов ограждений опасных зон предъявляют следующие основные требования:

· съемные, откидные, раздвижные ограждения, а также дверцы, крышки, щитки этих ограждений или корпусов машин должны иметь устройства, исключающие их случайное снятие или открывание (надежная фиксация, блокировка);

· решетчатые (сетчатые) ограждения для ременных передач должны располагаться не ближе 50 мм от движущихся частей, размер зазоров, ширина прорезей в решетках, жалюзи должны быть не более 10 мм, размеры ячеек в сетках - не более 20 х 20 мм;

· ограждения должны выдерживать случайные нагрузки со стороны обслуживающего персонала (сосредоточенные) не менее 70 кг;

· металлические ограждающие конструкции (сплошные) площадью более 0,75 м² и толщиной менее 3 мм снабжают вибропоглощающими покрытиями;

· ограждения опасных зон с наружной стороны должны быть окрашены в желтый цвет, а с внутренней - в красный.

Предохранительные устройства. Служат для предотвращения аварий и поломок отдельных узлов оборудования, транспортных коммуникаций и связанной с этим опасностью травматизма. При нарушении установленных параметров предохранительные устройства срабатывают автоматически, отключая соответствующие оборудование.

Сигнализирующие устройства. Предназначены для информации обслуживающего персонала о работе оборудования или нарушении установленных режимов, при которых могут возникнуть опасные ситуации.

В производственных ситуациях используют систему оперативной и предупредительной сигнализации. По способу оповещения сигнализация бывает световой, звуковой, знаковой и комбинированной. Сигнализация оповещает о достижении предельного уровня температуры, давления, наличия и отсутствия продукта, воды, воздуха и других параметров. К предупредительной сигнализации относят также указатели типа: “Не включать - ремонт!”, “Работают люди!”, “Осторожно, яд!” и т.п.

Дистанционное управление. Способствует улучшению условий работы, снижению воздействия на организм человека вибрации, шума и других вредных и опасных факторов. Внедрение высокомеханизированного и автоматизированного производственного процесса, управляемого дистанционно с пульта, обеспечивает возможность сокращения времени нахождения обслуживающего персонала непосредственно в производственных помещениях.

Технологическое, транспортное и другое оборудование, материалопроводы и воздуховоды должны быть размещены так, чтобы их монтаж, ремонт и обслуживание обеспечивали безопасность и удобство, а также возможность поддержания необходимого санитарного состояния производственных помещений.

Отраслевые правила техники безопасности и производственной санитарии предусматривают определенные проходы и разрывы - это минимальные расстояния между объектами, из которых один или оба представляют потенциальную опасность травмирования, если уменьшить расстояние между ними.

При размещении стационарного оборудования в производственных помещениях предприятий необходимо предусматривать поперечные и продольные проходы, непосредственно связанные с выходами на лестничные клетки или в смежные помещения, разрывы между группами машин шириной не менее 1 м, а между отдельными машинами не менее 0,8 м (кроме отдельно оговариваемых случаев).

Оборудование, не имеющее совсем движущихся частей или с одной какой-либо стороны и не требующее с этой стороны обслуживания (самотечный трубопровод, материалопровод, воздуховод и т.п.), может быть установлено на расстоянии не менее 0,25 м от стены.

При установке оборудования тщательно выверяют его положение по вертикали и горизонтали и закрепляют на основаниях, фундаментах и поточных перекрытиях.

К обслуживанию оборудования допускаются лица, знающие принцип работы, устройство, правила эксплуатации и обслуживания оборудования, прошедшие соответствующий инструктаж и медицинское освидетельствование.

Оборудование должно быть исправно, а параметры его работы соответствовать техническим паспортам. Вращающиеся узлы машин (валы, роторы и т. п.) должны быть отбалансированы как в сборе, так и в виде отдельных деталей. Нельзя допускать несвойственного шума, стука, вибрации и заедания рабочих органов, а также перегрузки машин.

Запрещаются пуск и работа машин с неисправными или снятыми ограждениями, блокировочными, предохранительными и сигнальными устройствами. Во время работы машины также запрещается снимать и надевать приводные ремни, регулировать натяжение тяговых и рабочих органов (лопаток бичей, шнеков, щеток, вальцов и др.), проводить мелкий ремонт, смазку, подтяжку болтов и т.п. Эти работы разрешается выполнять только после полной остановки оборудования.

1.4.2 Экологическая безопасность нефтехимического производства

Экологическая безопасность обеспечивает соответствие экологической деятельности организации нормативным требованиям при помощи разработанных мер, как организационного, так и технического характера, составляющих целый комплекс. Необходимо отметить, что конкурентоспособность предприятия во многом определяется с точки зрения природоохранной деятельности этой организации. Таким образом, внедрение экологических технологий помогает сберечь энергетические и прочие ресурсы, что в свою очередь влияет на рентабельность производства, продуктивность работы.

Экологическая безопасность на предприятии - это целый комплекс мер, направленных на первом этапе на выявление негативных факторов, которые могут повлиять на здоровье или даже жизнь работников предприятия. Оценка экологической ситуации в настоящий момент может быть проведена путем экологического аудита. Он подразумевал экспертную оценку и инструментальные измерения для дальнейшего анализа полученных данных [11].

Проведение экологического аудита. Начальным этапом при разработке мер экологической безопасности для конкретного предприятия является экологический аудит. Он заключается в обследовании объекта и окружающей среды, на которую последний оказывает влияние, оценке опасности выявленных факторов и сравнении их с действующими нормами экологического законодательства. Конечная цель проведения экологического аудита - это оценка того, как данный субъект соблюдает нормативы по охране окружающей среды, а также требования международных стандартов в этой области. Она должна быть объективной, комплексной и подтвержденной документально, исходя из нее даются рекомендации для изменения факторов хозяйственной деятельности, оказывающих негативное влияние на окружающую среду. Экологический аудит может быть назначен как сторонней организацией, так и заказа самим предприятием, в случае, если последнее заинтересовано в повышении эффективности своей работы и охране окружающей среды. Проводя его, предприятие преследует следующие цели:

· развитие производства, а также приведение своей деятельности к международным стандартам, что повышает конкурентоспособность предприятия на мировом и внутреннем рынках;

· снижение вероятности введения штрафных санкций, которые могут быть назначены при нарушении природоохранного законодательства и нанесении ущерба окружающей среде. Подобные санкции могут быть введены и за несоблюдение регулярности и размера платежей по использованию природных ресурсов, а также рамок налогового законодательства в этой сфере;

· повышение инвестиционной привлекательности предприятия. Без сомнения, любой бизнесмен предпочтет вкладывать деньги в предприятие, не имеющее проблем с экологической безопасностью, нежели рисковать своими инвестициями, которые могут уйти на штрафы, приведение предприятия к действующим критериям в области охраны окружающей среды и прочие риски [11].

После проведения экологического аудита эксперты могут сформулировать мероприятия, необходимые для преобразования производства, опираясь на теоретические основы в соответствие с нормативными требованиями экологической безопасности.

Грамотно проведенный аудит задает направление для работы над экологической безопасностью предприятия. Его итогом является формирование основы для приведения технологических процессов, действующих на объекте, к действующим нормативам, как российским, так и международным.

Одной из составляющих этого процесса является проведение аттестации рабочих мест. Производится оценка условий труда, степень влияния негативных факторов на каждого работника, а также сопоставление реальных показателей с теми, что допускаются действующим законодательством и нормативными документами. В результате формируются оптимальные условия, с минимальным воздействием вредоносных факторов на организм человека. Документально это фиксируется при составлении карт аттестации рабочих мест, где подробнейшим образом указаны все существенные показатели [12]. Еще одним компонентом экологической безопасности предприятия является степень его влияния на окружающую среду. Оно включает в себя использование природных ресурсов, воздействие производственных процессов (наличие вредных выбросов и прочее). Для того, чтобы избежать проблем в этой области, требуется:

1. ввести использование менее ресурсоемких технологий;

2. произвести модернизацию производственного оборудования;

3. организовать контроль соблюдения природоохранного законодательства;

4. разработать мероприятия, направленные на минимизацию рисков возникновения ЧС.

С экологической безопасностью самым прямым образом связан производственный контроль, предполагающий создание оптимальных условий, которые направлены на уменьшении вредности производства, а также ресурсоемкости технических процессов.

Экологический контроль обеспечивает модернизацию комплекса защитных мероприятий, которые направлены на снижение объема вредных выбросов, разработку комплекса необходимых действий, обеспечивающие снижение вероятности возникновения нештатных ситуаций. Кроме того, экологический контроль обеспечивает техническую исправность оборудования, о которой зависит безопасность работников.



2.Расчет кожухотрубчатого теплообменного аппарата

Основные условные обозначения



2.1 Технологический расчет

Рассчитать кожухо-трубчатый теплообменник для нагревания жидкости в количестве G=23000 кг/ч до температуры кипения от начальной при атмосферном давлении. Обогрев проводится насыщенным водяным паром. Абсолютное давление которого

2.1.1 Ориентировочный выбор теплообменника

1. Температура конденсации водяного пара для сероуглерода =151,1 (табл. I.VII).

2. Температурная схема:

151,1>151,1

10>46,3

.

3. Средняя разность температур:

4. Средняя температура сероуглерода:

..

5. Расход сероуглерода:

;



Здесь - плотность сероуглерода при 70 (табл. IV).

6. Расход теплоты на нагрев сероуглерода:

где - средняя удельная теплоемкость сероуглерода (рис. XI).

7. Расход сухого греющего пара с учетом 7% потерь теплоты:

где - удельная теплота конденсации водяного пара (табл. I.VII).

8. Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. По табл. 4.8 минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося водяного пара к органическим жидкостям (подогреватель ). При этом

По табл. 4.12 определяем, что длина труб L=2,0 м, число труб n=111, внутренний диаметр кожуха D=400 мм. Выбираем одноходовой аппарат как более простой.

2.1.2 Уточненный расчет поверхности

1. Уточняем значение критерия Рейнольдса:



Где

где - динамический коэффициент вязкости сероуглерода при 70 (табл. IX).

2. Критерий Прандтля для сероуглерода при 70:

Здесь - коэффициент теплопроводности сероуглерода при 70 (рис. X).

3. Критерий Нуссельта:

Отношение принято равным 1,05 (с последующей проверкой).

4. Таким образом, коэффициент теплоотдачи:



5. Коэффициент теплопередачи пара при конденсации водяного пара на пучке вертикальных труб:

здесь - коэффициент при 142,9, - наружный диаметр труб.

6. Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара со стороны смеси (табл. XXXI). Коэффициент теплопроводности стали (табл. XXVIII). Тогда:

7. Коэффициент теплопередачи:

8. Поверхностная плотность теплового потока:

9. Проверяем принятое значение . Определяем:



Здесь (рис. XI); (табл. IX); (рис. X).

Следовательно,

10. Погрешность:

Было принято Разница

11. Уточняем:

с предыдущим значением совпадает.

Расчет коэффициента теплопередачи закончен.

12. Расчетная площадь поверхности теплообмена:

13. Аппарат с L=2 м имеет площадь поверхности теплообмена:

14. Запас площади поверхности теплообмена:

2.2 Конструктивный расчет

1.Диаметр штуцера для ввода и вывода смеси:

Здесь W=15 - скорость потока ;

2.Уточняем скорость в штуцере:

3.Диаметр штуцера для ввода греющего пара:



Скорость W=15 для насыщенных паров ;

- плотность пара 5 атм. .

4. Диаметр штуцера для слива конденсата:

Здесь - плотность конденсата при t=142,9;

W=0,5 - скорость потока при движении самотеком .

5.Число рядов труб, в диагонали шестиугольника:

6.Число труб в диагонали шестиугольника:

2.3 Гидравлический расчет

Гидравлическое сопротивление трубного пространства определяем по формуле :



Здесь L=2 м - длина труб; z=1 - число ходов; d=0,021 м - внутренний диаметр труб; - плотность смеси.

- скорость потока в штуцере; л-коэффициент трения.

Здесь е= - относительная шероховатость труб; ?=0,2 мм - высота выступов шероховатости.

Принимаем один вертикальный одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с наружным диаметром кожуха 273 мм, общим числом труб 37 и длиной труб 2 м. Общая разность температур намного больше допускаемой разницы (табл. XXXV), количество ходов по трубам К=1. Принимаем аппарат типа XН.



3. Расчет ректификационной колонны

технический ректификационный давление

Основные условные обозначения

Индексы: н.к. - низкокипящий компонент; в.к. - высококипящий компонент;

F - параметры исходной смеси; D - параметры дистиллята; W - параметры кубового остатка; ср - среднее значение; ж - жидкая фаза; п.у. - паровая фаза; - равновесное значение.

Исходные данные: Установка предназначена для разгонки смеси бензол-толуол; Расход исходной смеси G_F = 9000 кг/ч; массовое содержание бензола в смеси = 40%, в дистилляте = 94%, в кубовом остатке = 3.0%. Рассчитать ректификационную колонну, работающую под атмосферным давлением с ситчатой тарелкой.

3.1 Определение расходов дистиллята и кубового остатка

Уравнение материального баланса для всего количества смеси.

,

где - количество исходной смеси, кг/ч; - количество дистиллята, кг/ч; - количество кубового остатка, кг/ч.

Уравнение материального баланса для низкокипящего компонента

,

,

,

,

,

,

Совместное решение этих уравнений дает:

кг/ч и кг/ч .

Определяем теоретическое число тарелок, при котором обеспечивается полное физико-химическое равновесие между стекающей с тарелки жидкостью и поднимающимися парами при полном перемешивании жидкости на тарелке и равномерном распределении пара по ее сечению.

Расчет ведем графическим способом с построением ступеней изменений концентрации.

Для проведения расчета по этому методу необходимо построить yx-диаграмму. Определяем молярные доли компоненты в жидкости в равновесном паре x и y.

Молярные массы компонентов - бензола и толуола: М_Б =78,11 г/моль; М_Т =92,14 г/моль.

Молярная доля бензола в начальной смеси:

Молярная доля бензола в дистилляте:

Молярная доля бензола в кубовом остатке:

Мольный расход исходной смеси:



Мольный расход дистиллята:

Мольный расход кубового остатка:

3.2 Построение диаграммы

Данные (приложение Х) по равновесному составу двойной смеси бензол-толуол представляем в таблице 1. По данным таблицы строим кривую равновесия разделяемой смеси.

Таблица 1.

На диаграмме проводим диагональ ОК и вертикальные прямые:

; ; .

Отмечаем точку W и Nи точку F_1. Найденной F₁ соответствует концентрация бензола в паре равновесном с жидкостью при

По данным табл. 1 строим диаграмму t =x,y.

3.3 Определение флегмового числа и внутренних потоков

Принимая согласно заданию коэффициент избытка флегмы равным 2, находим значение рабочего флегмового числа:

.

На диаграмме yx откладываем отрезок ОМ = В, причем

В качестве рабочей линии укрепляющей части колонны проводим на yx диаграмме прямую MN. Точку пересечения этой прямой кривой равновесия соединяем с точкой W, в результате получаем рабочую линию FW исчерпывающей части колонн. Эти прямые выражаются следующими уравнениями.

Рабочая линия укрепляющей части колонны

Рабочая линия счерпывающей части колонны



где

3.4 Определение числа теоретических и действительных тарелок

По yx диаграмме определяем теоретическое число тарелок. Для этого строим ступенчатую линию, в пределах изменения x.

Количество ступеней соответствует теоретическому числу тарелок, n = 10 шт.

где

То в исчерпывающей части - 8 тарелок, в укрепляющей - 12тарелок.

3.5 Расчет скорости пара

Количество поднимающихся паров:



Количество стекающей жидкости в укрепляющей части колонны равно количеству флегмы и составляет:

Количество стекающей жидкости в исчерпывающей части колонны:

F = 0,52 найдено по диаграмме yx.

Средняя молярная доля пара в верхней части колонны:

Средняя молярная доля пара в нижней части колонны:

Средняя молярная доля пара в колонне:

при по диаграмме yx.



где

где

Объемный расход пара составит:

Средняя молярная доля жидкости в верхней части колонны:

Плотность жидкости в верхней части колонны:

где

Средняя молярная доля жидкости доля жидкости в нижней части колонны:



Плотность жидкости в нижней части колонны:

Средняя плотность жидкости в колонне:

Объемный расход жидкости в верхней части колонны:

Объемный расход жидкости в нижней части колонны:

Предельная скорость пара для ситчатых тарелок:

Рабочая скорость пара W = (0,8/0,9) м/c



3.6 Расчет диаметра и общей высоты колонны

Диаметр колонны:

D = 1400 мм.

Действительная скорость пара в колонне:

Для ситчатых тарелок, для колонны D = 1400 мм, тип тарелки ТС-Р. Рабочая площадь тарелки ; площадь слива периметр слива длина пути жидкости на тарелке диаметр отверстий 4 мм; шаг размещения отверстий t = 15 мм; расстояние между тарелками

Площадь прохода паров:

Активная высота колонны:

Полная высота колонны:



3.7 Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн

Расчет гидравлического сопротивления орошаемой ситчатой тарелки:

Гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны:

Аналогично этому сопротивление тарелки в нижней части колонны:



Общее гидравлическое сопротивление колонны:

Проверим достаточность принятого расстояния между тарелками по выражению:

Величина

Констатируем, что условие выполняется.

3.8 Тепловой расчет установки

Определим расход пара на подогрев смеси в теплообменнике и на испарение в колонне.

По рис.3 находим:

исходной смеси

дистиллята

остатка

Количество тепла вносимое начальной смесью

Где - удельная теплоёмкость бензола 2,09 ккал/кг*град; = 2,05 ккал/кг*град (приложение ). Тепло вносимое флегмой:



=311,9 кВт

- удельная теплоёмкость бензола 0,483 ккал/кг*град; = 0,473 ккал/кг*град

Тепло, уносимое парами, поднимающимися с верхней тарелки в дефлегматор:

Где и= 395,2 и 379,2 кДж/кг (приложение)

Тепло уносимое с кубовыми остатками:

=299 кВт

- удельная теплоёмкость бензола 2,15ккал/кг*град; = 2,09 ккал/кг*град

Тепло, затрачиваемое на подогрев исходной смеси от первоначальной температуры до температуры кипения .

Здесь удельная теплоёмкость берется по средней температуре:

- удельная теплоёмкость бензола 1,85кДж/кг*град; = 1,82кДж/кг*град



Уравнение теплового баланса для колонны:

3.9 Расчёт штуцеров

Расчет штуцеров сводится к диаметру штуцера:

= 43 мм

Штуцер для ввода исходной смеси:

0,003 м³/с

769 кг/м³

и = 802 и 796 кг/м³ при

Штуцер для ввода флегмы:

38,4мм

833 кг/м³

и = 815 и 808 кг/м³ при

=1,93 м³/с

Штуцера для отвода кубового остатка:



1.3 м³/с

=

=33мм

Штуцера для вывода паров дистиллята:

= 1,1 м³/с

=83 мм

Штуцера для ввода паров кубовой смеси:

=0, 48 м³/с

=55 мм

Таблица 2. Список штуцеров.

Назначение штуцера	Условный проход.	Наружный диаметр.	Число болтов.
Ввод исходной смеси	50	57	5
Ввод флегмы	40	45	4
Вывод кубового остатка	40	45	4
Вывод паров дистиллята	100	108	8
Ввод паров кубового остатка	80	89	8

Данные к таблице 2 взяты из приложения(Таблица3,7,3).



Заключение

технический ректификационный давление

В курсовом проекте были рассмотрены теплообменные, массообменные процессы и аппараты, безопасность жизнедеятельности. Изучена и проанализирована информация о процессах и аппаратах, произведены расчеты.

Произведен расчет кожухотрубчатого теплообменного аппарата, расчет состоял из:

- теплового расчета;

- конструктивного расчета;

- гидравлического расчета.

Тепловой расчет состоял из ориентировочного выбора теплообменника и уточняющего расчета поверхности.

В первом расчете ориентировочная максимальная величина площади поверхности теплообмена составила По табл. 4,12 определили: длину труб L=2,0 м, число труб n=111, внутренний диаметр кожуха D=400 мм.

Во втором расчете расчетная площадь поверхности теплообмена составила По табл. 4.12 определили: длину труб L=2,0 м, число труб n=37, внешний диаметр кожуха D=273 мм. Приняли аппарат типа ХН.

В конструктивном расчете произвели расчет диаметров штуцеров, выбрали конструкционные материалы для изготовления аппаратов, трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных трубок и трубных решеток к кожуху; конструктивную схему поперечных перегородок и расстояния между ними; распределительные камеры, крышки и днища аппарата; фланцы и прокладки.

В гидравлическом расчете определили гидравлическое сопротивление трубного пространства по формуле [1. с. 69], оно составило

Произведен расчет ректификационной колонны работающей под атмосферным давление с ситчатой тарелкой. Расчет состоял из:

· Определения расходов дистиллята и кубового остатка

· Построения диаграммы

· Определения оптимального флегмового числа и внутренних потоков в колонне

· Определения числа теоретических и действительных тарелок

· Расчета скорости пара

· Расчета диаметра и общей высоты колонны

· Гидравлического сопротивления тарельчатых колонн

· Теплового расчета установки

· Расчета штуцеров

По результатам расчета , для колонны D = 1400 мм, выбран тип тарелки ТС-Р. Рабочая площадь тарелки ; площадь слива периметр слива длина пути жидкости на тарелке диаметр отверстий 4 мм; шаг размещения отверстий t = 15 мм; расстояние между тарелками



Литература

1. Кавецкий Г.Д .,Васильев Б.В .Процессы и аппараты пищевой технологии. М: Колосс 1997.

2. Павлов К.Ф, Романков П.Г ,Носков А.А.Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Ленинград.: Химия ,1987

3. Основные процессы и аппараты химической технологии /Под редакцией Ю.И Дытнерского - М.:Химия,1983.

4. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств /Под Редакцией С.М Гребенюка. И.М.Михеевой. - М; Агропромиздат.1987.

5. Вихман А.Г. Процессы и аппараты

6. Баранов Д.А. и Кутепов А.М. Процессы и аппараты.

7. Лащинский А.А.,Толщинский А.Р.Основы конструирования и расчеты химической аппаратуры. - Л.:Машиностроение,1970.

8. Измайлов В.Д., Филлипов В.В. Справочное пособие для расчетов по процессам и аппаратам химической технологии. Самара, СамГТУ, 2006, 43 с.

9. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. - 11-е изд., стереотипное доработанное. Перепеч. с изд. 1973 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005 - 753 с.

10. ГОСТ 12.2.003-91 “ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности”.

11. Хоружая, Т. А. Оценка экологической опасности. / Т. А. Хоружая -- М.: «Книга сервис», 2002. -- 208 с.

12. Шмаль, А. Г. Методологические основы создания системы экологической безопасности территории. / А. Г. Шмаль. -- Бронницы: -- МП «ИКЦ» БНТВ, 2000. -- 216 с.

Размещено на Allbest.ru