Поиск проведен по материалам, предоставленным в таб. 4.2.

Предмет поиска (тема, объект, его составные части)	Цель поиска информации	Страна поиска	Классификационные индексы
				Наименование источника поиска информации
Энергосберегающее оборудование и технологии кристаллизации растворов солей	Снижение энергозатрат на процесс кристаллизации сульфата натрия из осадительной ванны	Россия	Пат. 1752115 РФ, МКН G21F 9/16	Айзенштейн В.Г., Захаров М.К.,Носов Г.А., Оптимизация полного теплового насоса в процессах химической технологии заявка 15.01.2001
Энергосберегающее оборудование и технологии кристаллизации растворов солей	Снижение энергозатрат на процесс кристаллизации сульфата натрия из осадительной ванны	Россия	Пат. 1752115 РФ, МКН G21F 9/16	Айзенштейн В.Г., Захаров М.К.,Носов Г.А., Компенсирующий тепловой насос в химико-технологических процессах. Заявка от 23.03.2000.

3. Предложения по модернизации и реконструкции

В данном проекте предлагается реконструкция кристаллизационной установки АО «Вискозное волокно» в ОАО «Балаковский завод волоконных материалов». При этом обвязка кристаллизатора выполняется по энергосберегающей технологии. Для этого на каждую секцию кристаллизатора устанавливается по дополнительному конденсатору смешения. Орошение конденсаторов производится речной водой (по на каждый конденсатор). При этом количество воды, подаваемой на основной конденсатор - уменьшается. Барометрическая вода с проектируемых конденсаторов сливается в существующую камеру- гидрозатвор. Не сконденсировавшаяся парогазовая смесь отсасывается паровым эжектором в сборный коллектор ( с 2,3,4 секций кристаллизатора) и в сборный коллектор (с 1 секции кристаллизатора) и далее по существующей схеме.

3.1 Техническая характеристика оборудования

3.1.1 Кристаллизатор

· Рабочее давление - вакуум;

· среда - агрессивная (осадительная ванна с кристаллами глауберовой соли);

· температура по секциям: I- до 17° С ; II- до 15° С; III - до 12° С; IV - до 10° С;

· матерная - сталь гуммированная эбонитом 51 - 1627 по ТУ 38 - 1051082 - 76, д_гум = 4,5 мм;

· габариты: ;

· масса - 14900 кг.

3.1.2 Конденсатор смешения

· Подача воды на орошение ;

· материал: сталь нж;

· габариты: 1000 мм; Н= 3500 мм.

3.1.3 Насос

· Подача - ;

· напор - 31 м.вод.ст;

· электродвигатель АО -51-2:

мощность - 18 кВт;

частота вращения - 940

3.1.4 Насос вакуумный ВВН1 - 12

· Номинальная производительность по линии всасывания - 560;

· вакуум - 0,04 МПа;

· расход воды - 2

· электродвигатель 4А200L6У3:

мощность - 32 кВт;

частота вращения - 1040.

Кроме указанного выше мероприятия предлагается увеличить подачу осадительной ванны в кристаллизатор с 18 до 24 , что приведет к повышению температуры ванны по секциям кристаллизатора в сумме на 3С. При этом увеличивается скорость образования кристаллов и их зародышей, что в свою очередь увеличивает выход кристаллов; в связи с этим увеличивается и производительность кристаллизационной установки.

Предлагается так же установка циркуляционных насосов для вакуум - испарителей - кристаллизаторов. В результате чего снизится инкрустация (отложения солей) на поверхностях аппарата и тем самым увеличится продолжительность работы аппарата между технологическими чистками, снизятся затраты труда и материалов на проведение чистки, увеличится их производительность.

Так же предлагается установка тепловых насосов для обогрева корпусов вакуум - испарителей - кристаллизаторов с использованием их вторичного пара, что снизит расход тепла на вакуум - кристаллизацию сульфата натрия.

4. Автоматизация технологического процесса и контрольно - измерительные приборы

4.1 Введение

Промышленность химических волокон относится к одной из прогрессивных и развивающихся высокими темпами отраслей промышленности нашей страны.

Волокна используются главным образом для изготовления одежды; кроме этого, значительное количество их расходуется на изготовления всевозможных технических тканей и изделий, высокопрочной кордной ткани, рыболовных снастей, веревок, канатов и т.д. натуральных волокон недостаточно для удовлетворения все возрастающих потребностей населения в текстильных товарах, а для технических изделий натуральные волокна во многих случаях непригодны, т. к. не обладают необходимым комплексом особых свойств (высокой термостойкостью, прочностью, биостойкостью и т.д.). Кроме того, производство натуральных волокон является трудоемким и дорогостоящим. Поэтому возникла необходимость в разработке промышленных способов получения волокон искусственным путем.

Процесс получения вискозных волокон включает следующее технологические стадии:

1. Мерсеризация целлюлозы - обработка целлюлозы в большом избытке 18% -ного раствора едкого натра, в результате чего образуется пульто щелочной целлюлозы в растворе щелочи:

Полученная щелочная целлюлоза подвергается отжиму от избытка щелочи и измельчению;

2. Предсозревание щелочной целлюлозы - выдерживание ее при определенной температуре и влажности, в результате чего она подвергается термоокислительной деструкции, и вязкость ее снижается;

3. Ксантогенирование щелочной целлюлозы - обработка ее сероуглеродом в среде азота с целью получения растворимого в водном растворе полимера - ксантогената целлюлозы:

4. Растворение полученного ксантогената целлюлозы в водном растворе едкого натра с целью получения вискозы - прядильного раствора для формирования волокон;

5. созревание вискозы и подготовка ее к формованию волокна (смешение, фильтрация, обезвоздушивание);

6. Формование и отделка волокна. Формование вискозных волокон проводят мокрым способом , т.е. с использованием осадительной ванны. В ходе формования протекают основные процессы, приводящие к накоплению в осадительной ванне сульфата натрия:

Для поддержания постоянства состава осадительной ванны она направляется на кристаллизацию избытка сульфата натрия.

Процесс кристаллизации сульфата натрия осуществляется на кристаллизационных установках.

Основными операциями, осуществляемыми на установках кристаллизации являются:

1. Кристаллизация глауберовой соли из осадительной ванны;

2. Обезвоживание отфугованных кристаллов (плавка);

3. отделение кристаллов от маточного раствора (центрифугирование);

4. Кристаллизация и сушка кристаллов ;

5. Упаковка сульфата натрия

4.2 Объекты автоматизации. Средства автоматизации и КИП

Автоматизация управления - как отдельными аппаратами, комплексами аппаратов, так и производством в целом - является важным элементом совершенствования процесса, определяя устойчивость, качество работы, и производительность процесса, повышение производительности труда в производстве волокон и в частности в проведении процесса кристаллизации сульфата натрия.

За последние годы появилось много статей, посвященных автоматизации аппаратов. За это время в теории и практике автоматизации химико-технологических процессов и производств достигнуты значительные успехи.

Разработан системный подход к автоматизации управления, созданы системы унифицированных технических средств автоматизации, обеспечивающих комплексное решение задач оперативного управления, моделирования и применения цифровых вычислительных машин (ЦВМ) для управления производствами. Все это позволило конкретизировать понятия автоматизированной системы управления - АСУ для производств вискозных волокон. В настоящее время любая проблема автоматизации рассматривается, по крайней мере, как часть проблемы создания АСУ с учетом внешних химико-экономических факторов. Возрастание роли автоматизированного управления в химико-технологических производствах привело к появлению следующих особенностей современных производств:

· Так называемая локальная автоматизация, считывается ранее единственной формой автоматизации, становится неотъемлемой частью технологического оборудования;

· Автоматизированное управление рассматривается как «технологический» фактор, превращающий композицию из многих механизмов аппаратов в единый агрегат с новыми качествами и повышенной эффективностью.

В отделении кристаллизации сульфата натрия осуществляется контроль следующих параметров:

1. Температура по секциям горизонтальных вакуум - кристаллизаторов;

2. Температура плава в плавильных котлах;

3. Давление в трубопроводах подачи пара и воды на установку, а так же в линиях нагнетания насосов;

4. Вакуума в барометрических конденсаторах;

5. Температуры в испарителях - кристаллизаторах;

6. Уровней сред в баках.

Осуществляется также контроль и регулирование следующих параметров:

1. Расхода осадительной ванны на установку;

2. Соотношения расхода природного газа и воздуха в топку трубы - сушилки.

3. Расхода пара в сгустители.

Таб. 6.1 Общетехнические средства контроля и автоматизации, используемые при автоматизации и управлении в отделении кристаллизации

Контролируемые и регулируемые параметры	Средства контроля и автоматизации	Тип
Датчики для измерения температуры и преобразователи
1. Температура осадительной ванны на входе, в горизонтальный кристаллизатор и по его секциям	1. Термометр сопротивления медный. Градуировка 23 2. Преобразователь измерительный к термометрам сопротивления	ТСМ - 6097 ТСМ - 5071 ПТ - ТС - 68
2. Температура раствора в испарителях - кристаллизаторах	1. Термометр сопротивления медный. Градуировка 23 2. Преобразователь измерительный к термометрам сопротивления	ТСМ - 6097 ТСМ - 5071 ПТ - ТС - 68
3. Температура плава в плавительных котлах	1. Термометр сопротивления медный. Градуировка 23 2. Преобразователь измерительный к термометрам сопротивления	ТСМ - 6097 ТСМ - 5071 ПТ - ТС - 68
4. Температура топочных газов в сушилке сульфата натрия	1. Термопара хромель-амомелевая 2. Преобразователь измерительный к термопарам	ТХА - 0806 ПТ - ТП - 68
Датчики для измерения разрежения и давления
1. Разрежение в вакуум - кристаллизаторах, испарителях - кристаллизаторах и барометрических конденсаторах	1. Тягомер симфонный, выходной сигнал 5 мА 2. Тягомер сильфонный, выходной сигнал 0,2 - 1 кгс/см2	ТС - Э1 ТС - Э2 ТС - Э3 ТС - П1 ТС - П2
2. Давление растворов после насосов	Разделитель мембранный с пленкой из фторопласта и манометр сильфонный, выходной сигнал 5 мА	РМ 5320 МС - Э1 МС - Э2
3. Давление пара, воды	Манометр пружинный, выходной сигнал 0,2 - 1 кгс/см2	МП - П2
Приборы для непосредственного измерения разрежения и давления без передачи сигнала на значительные расстояния
Разрежение и давление по системе	Тягомер стрелочный Напоромер стрелочный	ТмМП - 52 НПМ - 52
Датчики для измерения расхода
1. Расход осадительной ванны и растворов	1. Комплект индукционного расхода мера 2. Датчик 3. Измерительный блок ИР - 11, выходной сигнал 5 мА	ИР -11 ДРИ
2. Расход пара и воды	1. Диафрагма камерная 2. Диафманометр сильфонный, показывающий, выходной сигнал 5 мА	ДСП - 786Н ДСП - 787Н
3. Расход природного газа в топку сушилку	1. Диафрагма безкамерная 2. Диафманометр сильфоный, выходной сигнал 5 мА	ДС - П3
Датчики для измерения уровня
1. Уровни в сборниках ванны, плава, растворов	1. Пьезометрическая трубка 2. Манометр сильфонный, выходной сигнал 5 мА 3. Манометр сильфонный, выходной сигнал 0,2 - 1,0 кгс / см2	МС - Э1 МС - П1
Измерение числа оборотов штека - питания сушилки
	1. Датчик тахометра малогабаритный 2. Измеритель магнитоиндукционного тахометра	Д - 1 ТЭ - 1
Вторичные приборы
1. Температура, измеряемая термопарой	Потенциометр автоматический показывающий (многоточечный)	КСП - 2 - 028
2. Давление, разрежение, уровень (к датчикам с электрическим выходом)	1. Потенциометр автоматический показывающий, выходной сигнал 0,2 - 1 кгс/см2 2. Потенциометр автоматический показывающий, с пневматическим изодромным регулятором	КСП - 3 КСП - 4
3. Температура измеряемая термометром сопротивления	Мост автоматический показывающий, выходной сигнал 0,2 - 1 кгс/см2	КСМ - 3
4. К датчикам с пневматическим выходом	Приборы пневматической ветви ГСП	ПВ4.2Э ПВ4.3Э ПВ10.1Э
Преобразователи общего назначения
	1. Пневматический преобразователь 2. Электропневматический преобразователь	ПЭ - 55 м ЭПП - 63
Регуляторы
1. Пневматической ветви ГСП	1. Пропорциональный регулятор 2. Пропорционально - интегральный регулятор	ПР1.5 ПР3.21
2. Электрической ветви ГСП	1. Блок регулирующий аналоговый 2. Блок управления аналогового регулятора	Р12 БУ12
Регулирующая арматура и исполнительные механизмы
1. Потоки растворов и осадительной ванны	Клапан регулирующий фторопластовый с пневматическим мембранным исполнительным механизмом	1545п 2
2. Потоки газа, воздуха	1. Поворотная регулирующая заслонка 2. Пневматический Следящий привод поршневой	СИУ ряда 101 ПСП - Т -1

4.3 Требования к приборам и средствам автоматизации

Требования, предъявляемые к приборам и средствам автоматизации [21,стр.119-120] производствах химических волокон, в первую очередь определяются свойствами сред, параметры которых измеряется. Для большинства стадий производства химических волокон следует учитывать запыленность газообразных сред, температуру и концентрацию веществ, вызывающих коррозию в газовых и жидкостных потоках, а также запыленностью и содержание SO_2, SO₃, CS₂ в атмосфере помещений, где устанавливается оборудование контроля и регулирования. Влияние температуры сред и концентрации веществ, вызывающих коррозию, учитывается при подборе соответствующих материалов для узлов датчиков, соприкасающихся со средой. При измерении концентрации запыленных сред применяются специальные способы очистки и подготовки пробы газа на анализ. Чтобы избежать коррозии щитовых средств контроля и автоматизации, а также сохранить их эксплуатационные характеристики в условиях запыленности и загрязненности атмосферы производственных помещений, необходима максимально возможная централизация управления с очисткой и кондиционированием воздуха, подаваемого в диспетчерские пункты. Это позволяет снизить расходы на эксплуатацию приборов и увеличит срок их службы.

5. Механические расчеты

5.1 Расчет элементов испарителя - кристаллизатора

5.1.1 Расчет допускаемого внутреннего давления для цилиндрической обечайки теплообменника испарителя - кристаллизатора

Исходные данные:

Длина обечайки Н_ц = 6000 мм;

Внутренний диаметр - 800 мм;

Толщина стенки S = 10 мм.

В межтрубной пространстве находится водяной насыщенный пар с температурой t_c = 132,9⁰С при Р_с = 0,3 МПа. Материал кожуха - листовой прокат из стали 1 х 18Н10Т.

Прибавка к расчетной толщине стенки С = 1,5 мм.

Швы - сварные с двусторонним сплошным проваром, выполнены вручную (см. рис.8.1)

Расчет:

Расчетная температура стенки t = t_c = 132,9⁰С;

Допускаемое напряжение:

В рабочем состоянии [] = ^* = 1 * 152 = 152 МПа, Где ^* = 152 МПа - для стали 1Х18Н10Т при температуре 132,9⁰С. [3]

= 1 - для листового проката, при гидравлических испытаниях

[] = _Т20/1,1= = 263,6 МПа,

где _Т20 = 290 МПа - предел текучести стали 1 Х 18 Н10Т при + 20⁰С.

Расчетное давление (см. рис. 8.1 ) - Р^*_р = Р_с = 0,3 МПа

Пробное давление при гидравлическом испытании (Р_р 0,5 МПа и Нс < 8 м).

р_и = max 1,25 р_р []₂₀ / [] = 1,25 * 0,3 * = 0,43 Мпа =0,43МПа

Р_р = 0,3 МПа

где []₂₀ = ₂₀^* = 177 Мпа - допускаемое напряжение стали 1 х 18Н10Т при температуре + 20⁰С (= 1) [3]

Коэффициент прочности сварных соединений обечайки для заданного типа швов = 0,93. [3]

Допускаемое внутреннее давление в рабочем состоянии:

[p] = 2 [] (S - C) / (D + S - C) = = 2.97 МПа;

При гидравлических испытаниях:

[p] = 2[]_и (S-C) / ( Д + S - C) = = 5.15 МПа

Условия применяемости формул соблюдается, т.к. (S-C) / Д = = 0,0106 <0,1. Таким образом р_р < [p], (0,3 МПа <2,97 МПа) и р_и <[ р_и], ( 0,43 МПа < 5,15 МПа)



Рис. 8.1. Схема расчетная обечайки. Рис. 8.2. Схема расчетная обечайки теплообменника сепаратора

5.1.2 Расчет обечайки сепаратора

Исходные данные:

Материал обечайки - сталь 1Х18Н10Т.

у_в = 550 МН/м²; у_Т = 220 МН/м² [3].

Проницаемость материала обечайки в среде - 0,03 мм/год (с₁ = 1 * 10^-3; с₂ = 0).

Среда - водный раствор осадительной ванны - жидкость _ж = 1295 кг/м³

Р_с - вакуум 450 мм. рт. ст.

t_с = 60⁰С

Диаметр Д = 2200 мм;

Н = 6000 мм;

Продольный сварной ручной электродуговой шов - стыковой двух сторонний. (_ш = 0,95). [3]

Аппарат 2-го эксплуатационного класса 2-й группы (= 1,0). [3]

Расчет:

Эскиз к расчету смотреть рисунок 8.2.

Гидростатическое давление в нижней части обечайки при уровне жидкости в сепараторе Н_ж = 1 м определяется по формуле [3]:

р_ж = _жg Н_ж = 1295 * 9,81 * 1 = 12704 Па 0,013 МПа

Расчетное внутреннее давление среды р_с = 760 - 450 = 310 мм.рт.ст., или

р_с = * 1,013 * 10⁴ = 4,132 * 10⁴ Па

Расчетное давление в сепараторе р = р_с + р_ж = 4,132 * 10⁴ + 1,3*10⁴ = 5,432 * 10⁴ Па

Допускаемое напряжение для стали 1х18Н10Т по пределу прочности [3] из ф. 14.1 и таб. 14.1:

у_д = (у_в / n_в) * =( 550*10⁶ / 2,6) * 1,0 = 211,5 * 10⁶ Н/м²

Допускаемое напряжение для стали 1Х18Н10Т по пределу текучести (ф 14,2) [3]:

у_д = (у_т / n_т) * = 220 * 10⁶ * 1,0 / 1,5 = 146,7 * 10⁶ Н/м²

Второе, как меньшее является расчетным.

Так как (у_д/ р) * _ш = (146,7 * 10⁶ / 0,05432 * 10⁶ ) * 0,95 = 2565,6150,

то величиной р в знаменателе формулы (15.1) [3] пренебрегаем.

Расчетную толщину стенки обечайки определяем по формуле (15.1)

Sґ = (Д_в р / 2 у_{д ш}) + с = 2,2 * 0,05432*10⁶ / 2 * 146,7 * 10⁶ * 0,95 = ( 0,4 * 10^-3 + с)м;

Прибавку с при с₃ = 0,8 * 10^-3 м (таб. 2.15) [3] определяем по формуле (15.15) [3]

С = с₁ + с₂ + с₃ = (1+0+0,8) 10^-3 = 1,8 * 10^-3 м;

Sґ = (0,4+1,8)10^-3 = 2,2 * 10^-3 м, принимаем S = 3 мм.

Проверим напряжение в стенке обечайки при гидравлическом испытании аппарата водой р_ж = _жg Н_ж = 1000 * 9,81 * 6 = 58860 Па 0,059 МПа. Жидкость - вода. Расчетное давление испытания определяем по формуле (15,25) [3] и таб. (14.5) [3]:

Р_и = р_г + р_ж = 10*10⁴ + 5,9*10⁴ = 15,9 * 10⁴ Па 0,16 МПа

Напряжение в стенке обечайки при гидравлическом испытании аппарата определяется по формуле (15,24) [3]:

у = [Д_в + (S - C)] p_и / 2(S - C) _ш = [ 2,2 + (3 - 1,8) * 10^-3] 0,16 / [2(3 - 1,8) * 10^-3 * 0,95] = 154,5 МПа, что < у_т / 1,2 = 220 / 1,2 = 183,3 МПа

5.1.3 Расчет конического днища сепаратора

Исходные данные:

Материал днища - сталь 1Х18Н10Т; внутренний диаметр Д_в = 2200 мм; днище коническое неотбортованное с углом конуса 2 б = 150⁰ и , с центральным отверстием d = 0,05 м; _ш = 0,95;

Давление на днище р = 5,432 * 10⁴ Па 0,05 * 10⁶ МПа ; С₁ = 1,0 мм, С₂ = 0

Расчет:

Фактор формы днища при б = 75^о определяем по графику (16.8) [3] при R_б/Д_в = 0,01 и у = 9;

Эскиз днища смотреть рисунок 8.3

Рис. 8.3 Эскиз днища сепаратора

Расчетную толщину днища определяем по формуле (16.7) [3]:

Sґ = (Д_в р у / 2 у_{ид ш} ) + с = 2,2 * 0,05 * 9/( 2*146 * 0,95) + с = ( 0,0036 + с) м = (3,6*10^-3 + с) м.

Прибавку с при с₃ = 0,4 мм (таб. 2.15) [3] определяем по формуле (15,15) [3]

С = с₁ + с₂ + с₃ = (1 + 0 + 0,4) * 10^-3 = 1,4 * 10^-3 м;

Sґ = (3,6 + 1,4)10^-3 = 5 * 10^-3 м.

Принимаем ближайший размер по таблице 16,19 [3], но не менее, толщину стенки обечайки S = 5 мм. Площадь поперечного сечения укрепляющего кольца в нижней части обечайки определяем по формуле:

= 2,2² * 0,05 * tg75^о / (8*146) = 0,00077

При соотношении размеров конечного сечения кольца по фигуре (16.11) [3] расчетная толщина будет: S_к = = = 0,016 м. (см рис. 8.4)

Размеры укрепляющего кольца S_к = 16 мм; 3 S_к = 16*3 = 48 мм

2 S = 5*2 = 10 мм.

S_к > S

5.1.4 Расчет трубной решетки греющей камеры

Эскиз расчетный смотреть рис.8. 5

Рис. 8.5 К расчету трубной решетки греющей камеры

Исходные данные:

Давление в трубном пространстве р_m = р_с + р_ж = 1295 * 9,81 * 6 + 0,04 * 10⁶ = 76223,7 Па

Давление в междутрубном пространстве р_м = 0,3 Мпа;

Длина трубок L = 6000 мм;

Матерная труб - сталь 1Х18Н10Т;

Матерная трубной решетки - сталь 0 х 13;

Диаметр - Д_в = 800 мм = 0,8 м;

Диаметр труб - ф 38 х 2 мм.

у_ид = 177,0 МПа для стали 1Х18Н10Т - у_ид = 146 МПа - для стали

С = 1,8 * 10^-3 м

Расчет

Расчетную высоту наружной части решетки при = 1 определим по формуле (23.1) [3]:

hґ_t = kД_в + с = 0,43 * 0,8 + 0,0018 = 0,0078 + 0,0018 = 0,0096 = 9,6 мм.

Коэффициент прочности решетки определяем по формуле (22,5) [3]

= = = 0,99

Расчетную высоту средней части решетки при = 0,99 определим по формуле (23.1) [3]:

hґ₁ = kД_в + с = 0,99 * 0,8 + 0,0018 = 0,0181 + 0,0018 = 0,0199 = 19,9 мм.

5.1.5 Расчет компенсатора кожуха греющей камеры

Исходные данные:

Диаметр внутренний кожуха Д_в = 800мм;

Длина L = 6000 мм;

Давление р_m = 0,076 Мпа;

Р_м = 0,3 МПа

Температура:

t_m = 90⁰C

t_к = 132,9⁰С

S_к = 10 мм, с_к = 1,5 мм

Трубы ф 38 *2 мм; с _т = 1,2 мм

Z = 187 шт.

Материал корпуса сталь 1Х18Н10Т

Компенсатора сталь - 1Х18Н10Т,

у_тк (132,9⁰С) = 152 МПа Е_к (132,9⁰С) = 1,91 * 10⁵ Па

у_тт (90^оС) = 146МПа Е_м (90^оС) = 2,00 * 10⁵ Па

_к^t = 17,2 * 10^-6 1/^оС _м^t = 17,2 * 10^-6 1/^оС

Расчет:

Площадь поперечного сечения корпуса (стр.320)[3]:

F_k = (Д_в + S_к) S_к = 3.14(0,8+0,010)*0,010 = 254,34*10^-3 м²

Площадь поперечного сечения труб (стр.320)[3]:

F_т = (d_H - S_m) S_mZ = 3.14(38-2)2 * 187 = 42276,96 мм² = 0,042 м² = 420 * 10^-4 м²

Сила взаимодействия между корпусом и трубами за счет температурных напряжений определяется по формуле (24.1) [3]:

Суммарную силу, растягивающую корпус и трубы, от давления среды в трубном и междутрубном пространстве при расчетном диаметре трубной решетки Д_в определяем по формуле (24.2) [3]:

Р = 0,785[(Д_в² - d_н²Z)p_m + d_в² Zp_m] = 0,785[(0.8² - 0.038²*187)*0.3*10⁶ + 0.038²*187*0.076 ]= 87128,4 Н;

Максимальное напряжение в корпусе определим по формуле (24.5) [3]:

у_max^k = P^t / F_k + PE_k^t / (E^t * F_k + E_m^tF_m) = (2.27 / 254,34 * 10^-4 ) + (8*7128,4 *191*10⁵) / (1,91*10⁵ *254,34 * 10^-4 + 2,0*10⁵ * 420*10^-4) = 95,82 МН/м², что < у_тк^то /1,2 = 220 * 10⁶ / 1,2 = 183,3 * 10,6 Н/м² ,

т.е. условия (24.5) [3] выполнено .

Максимальное напряжение в трубах определим по формуле (24.6) [3]:

у_max^т = P^t / F_т + PE_т^t / (E^t * F_k + E_m^t + F_m )= 2,27 / 420*10^-4 - (87128,4*191*10⁵)/ (191*10⁵ * 254,34 *10^-4 + 2,0*10⁵*420*10^-4) = 93,21 МН/м²,

< у_тт⁹⁰/1,2 = = 121,7 МН/м²

условие (24.6) [3] выполнено, значит, компенсатор не требуется.

5.1.6 Расчет обтюрации греющей камеры

Исходные данные:

Диаметр внутренний Д_в = 800 мм,

Давление р_п = 0,16 Мпа

Температура t_c = 90^оС

Прокладка - ПОН -1(ГОСТ-481-80)

Материал уплотняемых поверхностей - сталь 1Х18Н10Т,

Эскиз расчетная схема рис.8.6

Расчет:

На основании таб. 19.2 стр. 242 [3] для лучшей герметичности рекомендуется прокладка прямоугольной формы (тип 1) при давлении 0,16 МПа. Тип обтюрации I, II, III - A, VI - A, V для давления < 10 МПа.

Из таблицы (19,13;19,3 и 19,18) [3] имеем диаметр прокладки:

Д = Д_в + 10 = 800 + 10 = 810 мм

S = 4 мм

h = 2S + 1 = 2*4 + 1 = 9 мм

h₁ = 2,5S = 2,5 * 4 = 10 мм

q = 1,2 у_T = 1.2 * 50*10⁶ = 60*10⁶ Н/м²

Расчетную ширину уплотнения определил по формуле (19.2) [3]:

вґ = 0,33 Др_и / (у_т - 0,33 р_и - 1,1 q) = 0,33*0,810*0,16*10⁶ / (220*10⁶ - 0,33*0,16*10⁶ - 1,1 * 60*10⁶) = 0,2 * 10^-3 М;

Принимаем в = 5 мм; в_э = в = 5 мм [3] (таблица 19.17)



Рис. 8.6. Обтюрация тип IV - А

Диаметр прокладки:

Д_п = Д + в = 810 + 5 = 815 мм

Расчетная осевая сила сжатия прокладки (19.1) [3]

Рґ_п = 3Д_пв_эq = 3*0,815*5*10^-3 * 60*10⁶ = 0,734 * 10⁶ Н= 0,734 МН

5.1.7 Расчет растягивающего усилия в болтах, числа болтов для крепления крышки

Из расчета 8.1.6. имеем

Рґ_п = 0,734 * 10⁶ Н

Д_в = 0,8 м

Д_п = 0,815 м

В = 0,0 05 м

Р_б = Рґ_с + Рґ_п = 0,102 * 10⁶ + 0,734 * 10⁶ = 0,836 * 10⁶ Н,

где Рґ_с - расчетная сила от давления среды при К = 1, определяется по формуле (20.3) [3]:

Рґ_с = 0,96КД²_пр_и = 0,96 * 1*0,815² * (0,16*10⁶) = 0,102 МН

Расчетный диаметр болтов (20,5) [3]

d_бґ= 0,25 ( ) = 0,25 ( )= 0,0076 м

Принимаем d_б = М10 из таб. 20.7 [3]

Рассчитаем число болтов при К = 1 определится по формуле (20.9) [3]

Zґ = = 1,2*0,836*10⁶ / (1*78,5*10^-6 220*10⁶ * 0,9) = 64,5

Принимаем Z = 68 (кратное 4 и четное)

Наружный диаметр болтовой окружности (20.10) [3]:

Д_бґ = Д_вн + 2,2 d_б + 0,01 = 0,8 + 2,2*0,010 + 0,01 = 0,832 м. принимаем Д_б = 840 мм

Шаг болтов t = Д_б / Z = 3,14 * 840 / 68 = 38,8 мм

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Введение

Химические волокна, наряду с другими полимерными материалами, приобрели исключительно важное значение в народном хозяйстве.

По темпам роста производство искусственных и синтетических волокон опередило ряд развивающихся новых отраслей химической промышленности. Применение химических волокон в чистом виде и в смеси с натуральными волокнами дает возможность не только расширить ассортимент, но и улучшить качество товаров народного потребления.

Производство химических волокон, и, в частности, вискозных, связано со значительными опасностями и вредностями для обслуживающего персонала, а также вероятностью нанесения ущерба окружающей среде.

Для предотвращения неблагоприятного воздействия производства на человека и окружающую среду разрабатываются мероприятия, которые закладываются в техническую документацию производств, различную нормативную документацию и законодательные акты.

В данном проекте рассматривается организационно-технические меры охраны труда, техники безопасности, промсанитарии и противопожарной безопасности для отделения кристаллизации сульфата натрия в производстве вискозной нити.

6.2 Производственная безопасность

Анализ условий труда на рабочем месте

Вредный фактор, измеряемый параметр, единица измерения	Источник выделения	Значение параметра	Ссылка
		Фактическое	Нормативное
Метеоусловия:
- температура,0 С.		20	18-21	[ 44 ]
- влажность, %		50	40-60	[ 44 ]
- подвижность, м/с		0,1	0,2	[ 44 ]
Тепловое излучение Вт/м2	Отс.	-	-	-
Вредные химические вещества, мг/м3	Отс.	-	-	-
Пыль, мг/м3	Упаковка сульфата натрия	8	10	[ 44 ]
Освещенность:
- естественная, %	Окна	10	40
- искусственная, лк	Лампы люминисцентные	100	100
Шум, дБ	Насосы	35	40	[ 45 ]
Вибрация, дБ	Пароэжекторы	30	40	[ 46 ]

Таб. 9.2 Перечень возможных опасных факторов

Группа и тип оборудования	Опасные факторы	Ссылка
Кристаллизаторы паровые эжекторы плавильные котлы испарители - кристаллизаторы Центрифуги Емкости и резервуары Топки и сушилки Конвейеры винтовые Насосы и трубопроводы Др. оборудования	Повышенная температура наружной поверхности аппаратов; Электрический ток; Вращающиеся части; Агрессивная среда	[ 47 ]

Обоснование и выбор мероприятий и технических средств безопасности.

Табл. 9.3 Категорийность помещений участка

Характерные показатели	Выбор признаков	Ссылка
По тяжести работ
Размер рабочей зоны, количество работающих нормы площади, чел/м2 по объему, чел/м3 категория работ по тяжести	L*B*H = 42*24*17 N = 24 6 24 II	[ 48 ] [ 48 ] [ 48 ] [ 48 ] [ 48 ]
По опасности поражения электрическим током
Схема питания сети Схема и режим нейтрали питающей сети Применяемость напряжения, В Категория помещения по опасности поражения электрическим током	3-х фазная 4-проводная С заземленной нейтралью 220, 280, 24 С повышенной опасностью	[ 49 ] [ 49 ] [ 49 ] [ 49 ]
По пожарной и взрывной опасности
Обращаемые в производстве огнеопасные вещества Категория помещения по пожарной и взрывной опасности Класс зоны в помещении по пожарной и взрывной опасности	Природный газ, мазут Б, Г1 В1а, П - Iа	[ 50 ] [ 49 ] [ 49 ]

Основные требования к размещению производственного оборудования, складов:

· Расположение оборудования и коммуникации должно предусматривать их безопасное обслуживание и соответствовать требованиям действующих нормативных документов;

· Проходы и разрывы должны быть не менее:

Ш Основные проходы по общему фронту обслуживания ряда аппаратов - 1,0 м; [13]

Ш рабочие проходы между аппаратами - 0,8 м; [13]

Ш расстояние от машины и аппаратов до строительных колонн здания при наличии против колонн постоянных мест обслуживания оборудования - 0,5 м. [13]

Ш ширина основных проходов цеха должна соответствовать нормам строительного проектирования и увеличиваться на величину транспортного устройства в каждую сторону до выступающих частей ближайшего оборудования:

Ш колонн и стен должна быть 0,8 м; [13]

Ш рабочие места, проходы и проезды не должны загромождаться;

Ш чаны и баки для осадительной ванны, меточных растворов должны снабжаться крышками;

Ш складские помещения должны быть индивидуальны (для мазута, готовой продукции, запчастей и т.д.);

Основные требования к рабочему месту аппаратчиков отделения кристаллизации следующие:

ь рабочее место должно быть хорошо освещено;

ь Рабочее место должно быть оборудовано столом, стулом, письменными принадлежностями, рабочими инструкциями и др. нормативной документацией, необходимыми журналами, аптечкой с необходимыми медикаментами и нейтрализующими растворами, инструментом и приспособлениями, средствами индивидуальной защиты, средствами связи и сигнализации;

Таб. 9.4 Вентиляция и отопление

Характерные показатели	Выбор признаков	Ссылка
Вентиляция	Система вентиляции: - естественная - механическая расход воздуха, м3/ч	Приточная, Приточно - вытяжная Расчет	[51] [51]
Отопление	Система отопления: -централищованное тепл. нагрузка, кДж/ч Расход теплоносителя, кг/ч	Воздушное Расчет Расчет	[51]

Таб.9.5 Производственное освещение

Характерные показатели	Выбор признаков	Ссылка
Разряд и подразряд	IV, г	[52,49]
Вид освещения	искусственное	[52,49]
Нормы освещениости, лк	Ен= 100	[52,49]
Расчетная освещенность, лк	Расчет:
Число светильников, шт	Расчет
Мощность лампы, Вт	Р = 200	Расчет

Табл. 9.6 Производственный шум и вибрация

Наименование показателей	Оцениваемые показатели	Ссылки
Среднегеометрическая частота шума, Гц	1000	[41]
Допустимые уровни звукового давления, дБ	Lдоп = 40	[41]
Фактические уровни, дБ	Lфакт. = 30	[41]
Выбор методов снижения шума: центровка валов	Расчет
Среднегеометрическая частота вибрации, Гц	1000	[46]
Допустимые уровни виброскорости, дБ	Lдоп = 40	[46]
Фактические уровни, дБ	Lфакт. = 40	[50]
Выбор метода по снижению вибрации: вибропоглощение, изоляция, в источнике.	Центровка валов	[46]

Таб.9. 7 Электробезопасность

Наименование показателей	Оцениваемые показатели	Ссылки
Исполнение электрооборудования	Искробезопасное
Источники статического электричества	Отсутствие	[49]
Выбор мер защиты: заземление	Расчет	[49]
Меры защиты от статического электрического электричества	Нет необходимости	[49]

Таб. 9.8 Санитарно - бытовое обслуживание

Помещения	Измеритель	Норма, м2
Бытовое помещение	1 чел	0,90
Гардеробная	1 чел	0,82
Душевая	1 чел	0,20
Помещение для личной гигиены женщин	50 чел	1,78
Помещение для сушки одежды и обуви	1 чел	0,20
Уборная для мужчин	1 чел	0,09
Уборная для женщин	1 чел	0,14
Помещение для приема пищи	1 чел	0,25
Помещение для отдыха рабочих	1 чел	0,70

Требования техники безопасности к технологическим процессам:

· Вести постоянный контроль за состоянием воздушной среды;

· Строго соблюдать все технологические параметры процесса, правила обслуживания, ремонта , правила техники безопасности, промсанитарии и пожарной безопасности;

· Все движущиеся и вращающиеся части машин должны быть надежно ограждены кожухами;

· Все фланцевые соединения трубопроводов с агрессивными жидкостями и паропроводов должны быть защищены кожухами;

· Запрещен ремонт, наладка и чистка аппаратов и трубопроводов, арматуры под давлением, заполненных жидкостями;

· Запрещена эксплуатация КИП с просроченным сроком проверки;

· Все электрооборудование должно быть заземлено, заземление проверено приборами;

· На работах, связанных с опасностью поражения электротоком, необходимо применять защитные средства (изолирующие подставки, инструменты с изолированными ручками, диэлектрические боты, калоши, перчатки, коврики и др.), все защитные средства должны быть проверены;

· Перед ремонтом все аппараты и трубопроводы должны быть нейтрализованы, вычищены, просушены, продуты;

· Пуск в работу оборудования производить только после внутреннего и наружного осмотра;

· Разрешается пользование только исправными инструментом и лестницами.

Таб.9.9 Средства индивидуальной защиты

Наименование СИЗ	Обеспеченность	Ссылка
СИЗ головы, рук, органов дыхания, зрения, слуха, лица	Каска, головной убор, очки, рез. перчатки, респиратор, противогаз инд. пользования.	[47]
Спецодежда, спецобувь	Костюм шерстяной, рукавицы, резиновая обувь.	[47]
Средства обеззараживания	Крем силиконовый, водный раствор 3-4% питьевой соды или аммиачной воды	[47]

6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях [53]

6.3.1 Введение

Устойчивость объекта в чрезвычайных ситуациях представляет собой способность в условиях чрезвычайной ситуации производить продукцию в запланированном объеме и номенклатуре, а при получении слабых и частично средних разрушений восстанавливать свое производство в минимальные сроки.

Цель оценки устойчивости заключается в выявлении слабых его элементов, чтобы в последующем провести инженерно-технические мероприятия, направленные на повышение устойчивости объекта в целом.

Оценка устойчивости работы объекта - это всестороннее изучение предприятия с точки зрения способности его противостоять воздействию поражающих факторов, продолжать работу и восстанавливать производство при получении слабых разрушений.

6.3.2 Анализ видов и условий возникновения чрезвычайных ситуаций на предприятии [53]

Возникновение чрезвычайных ситуаций возможно в случаях наводнения, землетрясения, урагана, ядерных и других взрывов и пожаров.

Эти ситуации могут привести к тем или иным разрушениям объекта, в связи с этим проводится оценка устойчивости объекта, в ходе, которой берутся на учет все здания и сооружения и оценивается их статическая устойчивость, обследуются материально-энергетические системы объекта, обеспечиваются работающие защитными сооружениями, изучается система управления и связи, исследуется подготовка объекта к восстановлению производства.

Оценка устойчивости объекта (производство вискозной нити) к воздействию ударной волны (см. таб.9.13)

Таб. 13. Оценка устойчивости объекта к воздействию давления

Наименование зданий и сооружений	Характеристика зданий и сооружений	Величина избыточного давления - разрушения, КПа
		Среднее	Слабое
Химический цех	Каркасное железобетонное, 3-х - этажное, высота 24 м.	30	20
Кислотная станция	Каркасное-железобетонное, 2-этажное, высота 18 м.	30	20
Главный корпус	Бескаркасное, кирпичное одноэтажное, высота 10 м.	20	10

Таб.9.14 Оценка устойчивости объекта к воздействию светового излучения

Наименование зданий и сооружений	Группа возгораемости стройматериалов (огнестойкость)	Степень возгораемости здания и сооружения	Категория пожарной опасности объекта	Пожарная обстановка после ядерного взрыва через 30 мин	Пожарная обстановка после ядерного взрыва через 1-2 часа
Химический цех	Несгораемые	I	А	Зона сплошных пожаров, взрывы аппаратов (ксантогенераторов)	Сплошные пожары
Кислотная станция	Несгораемость	I	Д	Зоны отдельных пожаров	Опасные районы в отношении распространения огня
Главный корпус	Несгораемость	I	Д	Зоны отдельных пожаров	Опасные районы в отношении распространения огня.

Таб. 9.15 Оценка устойчивости работы объекта к воздействию проникающей радиации

Наименование зданий и сооружений	Характеристика зданий и сооружений	Коэффициент ослабления доз радиации Косл
Химический цех	Стены железобетонные толщиной 35 см, перекрытие 30	10
Кислотная станция	Стены железобетонные толщиной 35 см, перекрытие 30	10
Главный корпус	Стены кирпичные толщиной 25 см, перекрытие 20 см.	7

Таб. 9.16 Оценка устойчивости объекта к воздействию химического и бактериологического оружия

Наименование источника поражения	Характеристика источника поражения	Расстояние до источника поражения	Характер поражения и радиус действия	Продолжительность
Атомная станция	4 блока ресекторов	20 км до объекта	Взрыв в радиусе 20 см.	До 24 часов
ТЭЦ	Хранилище 50 т. Мазуты	1 км до объекта	Пожар и взрыв в радиусе 0,8 км	2-3 часа
Гидроузел	Водохранилище	5 км до объекта	Затопление через 10 минут	До 24 часа

6.3.3 Обоснование и выбор мероприятий и технических средств, направленных на уменьшение масштабов развития чрезвычайных ситуаций

Обеспечение защиты рабочих и служащих от оружия массового поражения:

· Укрытие их в защитных сооружениях (убежища)

· Вывоз персонала в безопасные зоны.

Повышение устойчивости управления ГО объекта:

· Разработка схемы оповещения и связи;

· Создание двух групп управления (одна - на предприятии, другая - в загородной зоне);

Повышение устойчивости зданий и сооружений:

· Повышение их механической прочности и огнеопасности ( обмазка огнестойкими материалами, усиление металлическими стойками, балками);

· Обсыпка низких зданий грунтом;

· Усиление труб в траншеях

Защита ценного и уникального оборудования:

· устройство спец. защитных укрытий (шатры, зонты, кожуха)

Повышение устойчивости снабжения электроэнергией, газом, паром, водой:

· Базирование предприятия на двух источниках электроснабжения (ТЭЦ, ГЭС)

· Резервная линия электропередачи ( подземная, кабельная)

· Устройство систем автоматического переключения с одной линии на другую линию электроснабжения;

· Резерв газа (устройство газохранилища);

· Прокладка газовых сетей под землей;

· Строительство резервной котельной пароснабжения

· Создание резервных источников воды

Повышение устойчивости материально - технического снабжения:

· Создание резерва сырья и материалов;

· Хранение резерва рассредоточенного в различных местах.

6. 4 Расчетная часть

6.4.1 Расчет воздухообмена

Таблица 9.17 Исходные данные режимов

Исходные данные:	Летний режим	Зимний режим
1. Параметры наружного воздуха (для условий г.Балаково):
- температура, о С	23,4	-11,3
- относительная влажность, %	53	84
2. Объем помещения, м3	25*103
3. Поступление тепла (от технологического оборудования, работающих моделей, освещения, соседних помещений, солнечной радиации) ккал/ч	107438	76250
4. Потери тепла через строительные ограждения, ккал/ч	40*103
5. Рараметры воздуха внутри помещения
- температура, оС (по технологическим условиям)	14-16
- относительная влажность, %	По санитарным нормам
6. Температура охлажденной воды, оС
- подаваемой к кондиционерам (начальная)	5
- возвращаемая из поддонов	7,5

Летний период

При заданных параметрах охлажденной воды наружный воздух (см. точка 1) после камеры орошения кондиционера (точка 3) и нагрева в вентиляторе будет характеризоваться параметрами, соответствующими точке 4. С такими параметрами воздух поступает в помещение для ассимиляции избытков тепла, при этом нагревается до 14^оС (точка2)

Ассимиляционная способность воздуха определяется по разности энтальпий в точках 2 и 4 и составляет 7,4 - 6,3 = 1,1 ккал/кг

Расход воздуха на ассимиляцию избытка тепла равен:

L = = 81342,4 м³/ч

где 1,2 - плотность воздуха, кг/м³

В помещении кроме избытков тепла выделяются пары сероуглерода. Расход воздуха на доведение содержания шаров сероуглерода до предельно допустимой концентрации (10 мг/м³) составит:

L_н = = 38,25 * 10³ м³/ч

Из этого видно, что расход воздуха для снижения концентрации сероуглерода ниже, чем на ассимиляцию избытков тепла летом и зимой.

Кратность обмена рассчитываем по расходу воздуха на ассимиляцию тепла летом и зимой.

Кратность обмена равна:

= 3,25

Расход холода на охлаждение воздуха составит:

Q_х = 81342,4 * 1,2(12,9 - 6,1) = 66,42 * 10⁴ ккал/ч = 772,4 кВт

Где (12,9 - 6,1) - разность энтальпий в точках 1 и 3.

Хладагент - охлаждающая вода:

t_нач = + 5^оС

t_кон = 7,5 ^оС

Зимний период

Избытки тепла:

Q_изб = 76250 - 40000 = 36250 ккал/ч.

По санитарным нормам для работ средней тяжести в холодный период года оптимальная температура в рабочей зоне помещения равна + 16^оС (точка 7)

Температура приточного воздуха (точка 6) равна

T_пр = 16 - = 14,45^оС

0,24 - теплоемкость воздуха, ккал/кг*град;

81392,4 - расход приточного воздуха, который принимается по летнему периоду, м³/ч.

Расход тепла на нагрев приточного воздуха при расчетной зимней температуре составит:

Q = 81392,4 * 1,2 * 0,24[14.45 - (-11.3)] = 603606 ккал/ч = 7 * 10³ кВт

6.4.2 Расчет освещенности

В помещении предусмотрено общее, местное и аварийное освещении.

Освещение должно обеспечивать нормальную освещенность рабочих мест, равномерное и правильное направление светового потока.

· Площадь освещаемого помещения S = 42 * 24 = 1008 м²;

· Коэффициент отражения Р_н = 50%; Р_с = 30%; Р_р = 10%

· Требуется освещенность на СНиП 23 - 05-95Е = 30 лм.

· Расчетная высота подвеса светильников h = 5,6 м;

· Светильники типа «Универсал»

Расчет ведет по методу коэффициента использования.

Вычисляем индекс помещения:

J = = = 6,08

А;В - ширина и высота помещения, м.

Для данного значения J коэффициент использования = 56%

Для освещения участка выбирается лампы накаливания общего назначения типа НТ 220 - 200 по ГОСТ 2939 - 79 с величиной светового потока F = 2700 лм.

Определяем потребное число светильников

N = = = 29,9

Где R = 1,3 - коэффициент минимальной освещенности;

n = 1 - количество ламп в одном светильнике.

Принимаем 30 светильников.

Потребная мощность на общее освещение 200*30 = 6000 Вт = 6 кВт

Аварийное освещение - 10 % от основного: 6*0,1 = 0,6 кВт.

Местное освещение у пульта управления : 200 Вт = 0,2 кВт.

Общая потребляемая на освещение мощность:

N = 6 + 0,6 + 0,2 = 6,8 кВт

6.4.3 Расчет заземления

Если сопротивление естественных заземлителей больше нормативного, то применяется искусственное заземление. Сопротивление искусственного заземления, состоящего из сопротивления вертикальных электродов R_в и горизонтальной полосы R_г рассчитывается из условия:

R_H = = 1,5 Ом

R_H 4 Ом - нормативное сопротивление заземляющего устройства.