Проект производства формалина

Изучение основных особенностей синтеза формальдегида, процесса получения формалина "сырца", его ректификации. Характеристика ежегодных норм расхода основных видов производственного сырья, материалов и энергоресурсов, норм образования отходов производства.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 09.03.2010
Размер файла 459,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Рассчитанные таким путем коэффициенты диффузии метанола и других компонентов исходного и конечного газов процесса окисление метанола в бинарных газовых смесях, а так же значение коэффициентов диффузии метанола DСН3ОН [см2/с] в начальной и конечной газовой смеси в таблице 18.3.

Таблица 18.3 - Коэффициенты диффузии

DCH3OH, O2

0,0714

DCH3OH

0,0688

DCH3OH, H2O

0,0912

100oC

DO2, N2

0,0785

DN2, H2O

0,103

DO2, H2O

0,105

DCH3OH > (O2, N2, H2O) = 0,0747

DCH3OH, CH2O

0,250

DCO2, CO

0,387

DCH2O, CO2

0,252

DCO, N2

0,294

DH2O, N2

0,389

650oC

DCH3OH, CO

0,271

DCO, H2

1,03

DCH2O, N

0,293

DCH3OH, CO2

0,230

DH2O, CO2

0,344

DCH2O, H2

1,048

DCH3OH, H2O

0,355

DH2O, H2

1,26

DCH3OH, N2

0,271

DH2O, H2

1,02

DH2O, CO

0,356

DCH3OH, H2

0,710

DCO2, N2

0,255

DCH2O, CO

0,292

DH2, N2

1,04

DCH3OH > (CH2O, H2O, CO2, CO, H2, N2) = 0,166

Среднюю вязкость газовой смеси рассчитываем по уравнению:

(18.9)

где, N1, N2, N3, … - мольные доли компонентов в газе.

Получаем мr [Па г]

при 100оС - 7 10-2;

при 650оС - 8,75 10-2.

Для расчета величин ВЕП и Z принимаем, что слой сеток серебряного катализатора подобен слою насадки колей Рашига с d = h = 0,22 мм (аналогично диаметру проволоки) для таких колец эквивалентный диаметр

(18.10)

Удельная поверхность колец Sуд = 7,8419*103 м23.

Для расчета ВЕП определяем значения критерия Рейнольдца Re и диффузного критерия Прандтля Pr:

(18.11)

(18.12)

Подставляя наши данные, имеем:

Коэффициент массопередачи находим по формуле:

(18.13)

По нашим данным находим ВЕП:

(18.14)

Число единиц переноса массы Z:

(18.15)

где, в - изменение числа молей в результате реакции рассчитанное на 1 моль метанола;

ССН3ОНвх, ССН3ОНвых - концентрация метанола в газе, на входе и выходе из реактора, мол. доли.

Принимаем Z ? 1, тогда высота слоя катализатора равна:

Н = ВЕП Z = 0,41 = 0,4 м. (18.16)

Приняв коэффициент запаса цз = 1,5 (с учетом того, что доступная для реагентов поверхность слоя из колец больше приблизительно в 1,5 раза поверхности проволочных сеток), получим:

Н = 0,4 1,5 = 0,6 м.

При диаметре проволоки 0,22 мм достаточно 0,6/0,22 = 2,73 сетки.

На практике берут с запасом, хотя в работе нужны 4 сетки. Берут еще одну сетку, т.к. верхняя сетка быстро прогорает вследствии уноса серебра.

17.2 Технологический расчет подконтактного холодильника

Целью расчета является определение запаса поверхности теплопередачи при новой производительности. Расчеты будем проводить согласно методике, предложенной в [9], где рассматривается аналогичный случай.

Подконтактный холодильник предназначен для быстрого охлаждения контактного газа до температуры 140 - 200°С во избежании разложения образовавшегося формальдегида.

Для установки выбран стальной вертикальный кожухотрубчатый теплообменник с противоточным движением теплоносителя в межтрубном пространстве и контактного газа в трубном пространстве. Теплоноситель - паровой конденсат (Р = 0,3,2 МПа, t = 133°С).

В холодильнике предусмотрено шахматное расположение труб (по вершинам правильных шестиугольников). Температурные напряжения, вызываемые разностью температур между кожухом и трубами, могут привести к разрушению аппарата; во избежании этого на корпусе установлен линзовый компенсатор.

Аппарат снабжен штуцером выхода контактного газа Dy = 800 мм, Р = 0,6 МПа, шестью штуцерами входа конденсата Dy = 100 мм, Рy = 1,0 МПа и шестью штуцерами выхода пароводяной эмульсии Dy = 200 мм, Рy = 1,0 МПа.

Принимаем агрегатную схему компоновки оборудования - контактный аппарат смонтирован непосредственно на подконтактном холодильнике.

Исходные данные:

Расход охлаждаемого контактного газа 25302,74/3600 = 7,03 кг/с.

Расход охлаждающей жидкости - воды: 8,7 кг/с.

на входе:

температура контактного газа 650оС;

температура воды 90оС.

на выходе:

температура контактного газа 180оС;

температура воды 123оС;

Температурная схема процесса:

650 > 180

123 < 90

?tб = 527оС ?tм = 90оС

(18.17)

Средняя температура контактных газов:

(18.18)

Теплофизические параметры контактных газов при 415С в таблице 18.4.

Таблица 18.4- Теплофизические параметра контактных газов при 415оС

Состав

с, кг/м2

С, Дж/кг К

м (м с)/м2

vМ Ткр

СН2О

0,547

514 10-7

111,47

СН3ОН

0,583

226 10-7

89,33

Н2О

0,327

232 10-7

108

СО

0,51

309 10-7

61,4

СО2

0,801

299 10-7

115,5

Н2

0,036

154 10-7

8,13

N2

0,51

311 10-7

59,5

смесь

0,487

1,743 103

250 10-7

-

Плотность компонентов определена по формуле:

(18.19)

Плотность смеси по правилу аддитивности. Вязкость компонентов взята из [4, с. 430 таб. 6].

Вязкость смеси определена по формуле:

(18.20)

где, m1…m2 - объемные доли компонентов;

М1…Мn - молекулярные массы компонентов;

Ткр1…Ткр.n - критические температуры.

Теплоемкость смеси:

(18.21)

где, Q - количество теплоты, отданное контактными газами при охлаждении от 650оС до 180оС.

где, Gсм - расход контактных газов, кг/с;

tвх, tвых - температуры входа и выхода контактных газов, оС.

Определим критерий Прандтля.

Наибольший процент в смеси составляют многоатомные газы. Принимаем приблизительное значение Pr для смесей такое же, как для трехатомных газов, Pr = 0,8 [ 2, с. 187].

Теплопроводность смеси (лсм)

(18.22)

Так как диаметр реактора равен 3,0 м, принимаем диаметр обечайки подконтактного холодильника Dхвн = 3,0 м с трубами d - 38Ч2 мм и рассчитаем необходимое количество труб:

(18.23)

где, К - коэффициент заполнения трубной решетки, принимаем К = 0,7;

t - шаг.

t = 1,25 dн = 1,25 0,038 = 0,048 м;

Скорость движения газа:

(18.24)

(18.25)

переходный режим

(18.26)

(18.27)

коэффициент теплоотдачи для воды в межтрубном пространстве.

Принимаем теплообменник с поперечными перегородками в межтрубном пространстве. Расстояние между перегородками равно 0,9 м. Площадь поперечного сечения между соседними соединениями соседних перегородок, считая его по диаметру кожуха.

Sм тр=D h (t-d) [1, с. 64]; (18.28)

Sм тр=3,0 0,9 (0,048 - 0,038) = 0,577 м2.

Скорость движения воды при поперечном обтекании:

(18.29)

Средняя температура воды:

Теплофизические параметры воды при tср=106,5оС в таблице 18.5.

Таблица 18.5 - Теплофизические параметры воды при tср=106,5оС

С, Дж/кг К

С кг/м3

м, Па с

л, Вт/м К

4,23

954

226,10-6

0,684

(18.30)

(18.31)

dэ = 0,0334 м [1, стр. 81].

(18.32)

(18.33)

- переходный режим

Nu = 0,24 Re0.6 Pr0,43; (18.34)

Pr = 4,23 103 226 10-6/0,684 = 1,397; (18.35)

Nu = 0,24 2819,790,6 1,3970,43 = 32,56;

(18.36)

Коэффициент теплопередачи:

(18.37)

где rст - термическое сопротивление стальной сетки и ее загрязнений, м2К/Вт.

?rст = rзагр.К.Г. + rзагр.В. (18.38)

Принимаем

[2, табл. ХХХ] (18.39)

?rсм = 0,00041 м2К/Вт;

Поверхность теплообмена:

(18.40)

С учетом запаса 10% F = 1160 м2, Lтр = 5 м.

Расстояние между трубными решетками:

(18.41)

где Z - число ходов, Z = 1.

Принимаем l1 = 4 м.

Общая высота холодильника:

Н = l1 + h1; (18.42)

где, h1 - высота нижней камеры, м.

принимаем h1 = 0,8 м.

Н = 4 + 0,8 = 4,8 м.

18. ГИДРАЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Целью расчета является определение величины гидравлического сопротивления.

Исходные данные:

внутренний диаметр обечайки - 3 м;

количество труб - 24,75 d = 38Ч2 мм;

длина - 5 м;

диаметр внутренний входного штуцера - 0,15 м;

диаметр внутренний выходного штуцера - 0,6 м;

количество перегородок в межтрубном пространстве - 3 (шт).

Расход воды - 8,7 кг/с при tср 106,5оС, с = 854 кг/м3.

Расход контактного газа - 7 кг/с при tср = 415оС, с = 0,487 кг/м3.

Высота слоя катализатора - 0,6 мм.

Общее гидравлическое сопротивление определим по формуле:

?Р = ?Рк.ап. + ?Ртр, (19.1)

где, ?Рк..ап. - гидравлическое сопротивление слоя катализатора, Па;

тр - гидравлическое сопротивление трубного пространства подконтактного холодильника, Па.

(19.2)

где, f - функция Re, для турбулентного режима и насыпной насадки f = 3,8/Re0,2;

е - порозность слоя, е = 0,4;

g0 - удельная массовая скорость газа, рассчитанная на сечение пустого аппарата, кг/м2с.

(19.3)

сг - плотность газа, кг/м3;

g - ускорение свободного падения - 9,81 м/с;

Re - 4238,19 [технологич. pасчет].

(19.4)

тр = ?Р1 + ?Р2, Па(19.5)

где, ?Р1 - потеря давления на входе в трубки, в трубках, на выходе из них, Па;

2 - потеря давления на входе в выходной патрубок, Па.

(19.6)

Коэффициент сопротивления на входе в трубку принимаем е1 = 0,5 d = 38Ч2 мм, Re = 4238,19.

Относительная шероховатость:

(19.7)

Размер выступов шероховатости принимаем равным 0,1 мм.

Коэффициент трения л для Re = 4238,19 и l/d = 0,0029 находим

[7, с. 445], л = 0,045.

Коэффициент сопротивления на входе из трубок принимаем 0,5 - еn.

(19.8)

(19.9)

тр = 117,98 + 572,3 = 690,28 Па;

?Р = 3,43 + 690,28 = 693,71 Па.

Определение гидравлического сопротивления межтрубного пространства подконтактного холодильника [1, с. 446, рис. 3]:

(19.10)

где, D - внутренний диаметр кожуха, м;

n - число перегородок в межтрубном пространстве;

щ - скорость движения жидкости, м/с;

dэ - эквивалентный диаметр межтрубного пространства, dэ = 0,0334;

с - плотность жидкости, кг/м3;

л - коэффициент трения, л = 0,6 [1, с. 446].

Затраты давления на подъем охлаждающей жидкости:

(19.11)

?Pпод = = 112304,88 Па;

?Р = ?Рм.тр. + ?Рпод. = 26,42 + 112304,88 = 112331,3 Па. (19.12)

19. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Цель расчета - определение размеров отдельных элементов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию аппарата за счет установочной механической прочности, плотности расчетных соединений, устойчивости к сохранению формы и необходимой долговечности.

19.1 Обоснование конструкции основного аппарата

Реактор (контактный аппарат поз.Р1) предназначен для окислительного дегидрирования метанола в формальдегид в газовой фазе на пемзосеребряном катализаторе. Реактор представляет собой стальной вертикальный цилиндрический аппарат, разделенный на две секции: верхнюю (секция контактирования) и нижнюю (подконтактный холодильник). В нижней части секции контактирования на свободно лежащую решетку, покрытую двумя слоями сеток, засыпан катализатор. В этой секции происходит, непосредственно, синтез формальдегида. Разогрев контактной массы, при пуске, до температуры 300ч350°С, при которой начинается реакция превращения метанола в формальдегид, осуществляется включением электрозапала, представляющего собой три нихромовые спирали (диаметром 0,4 мм), уложенные поверх слоя катализатора. Дальнейший подъем температуры происходит за счет выделяющегося тепла реакций. Секция контактирования снабжена штуцером для подвода метаноло-воздушной смеси, люком-лазом (для загрузки и выгрузки катализатора). В связи с тем, что метаноло-воздушная смесь взрывоопасна, на случай аварийных ситуаций, секция контактирования снабжена, также, двумя взрывными мембранами. Для контроля температуры в слое катализатора имеются два штуцера, предназначенных для подсоединения датчиков температуры.

Синтез формальдегида протекает с выделением тепла при температурах 550ч700°С. При таких температурах формальдегид неустойчив и возможно его необратимое разложение, поэтому требуется быстрое охлаждение (закалка) контактных газов до температуры не выше 200°С. ПО этой причине непосредственно под верхней секцией контактного аппарата (в нижней секции) смонтирован теплообменник (подконтактный холодильник). Подконтактный холодильник представляет собой кожухотрубчатый одноходовой теплообменник, по трубному пространству которого движутся контактные газы, а в межтрубном пространстве происходит кипение водного конденсата. Для равномерной подачи конденсата и отвода водяного пара имеется по шесть штуцеров, расположенных радиально, соответственно в нижней и верхней частях межтрубного пространства. В нижней части холодильника имеются: штуцер для отвода контактных газов, люк-лаз (для регламентных работ), дренажный штуцер. Для компенсации температурных напряжений на корпусе подконтактного холодильника предусмотрен линзовый компенсатор. Контактный аппарат устанавливается на несущие балки металлоконструкции с помощью юбочной цилиндрической опоры.

19.2 Выбор материала основных элементов аппарата

На выбор конструкционных материалов для изготовления аппаратов химической промышленности влияет ряд факторов, таких как:

- агрессивность среды, с которой контактирует материал;

- температура;

- давление;

- стоимость материала;

- легкость его обработки и т.д.

Главными из этих условий являются агрессивность среды и температура.

В контактном аппарате рассматриваемой конструкции можно выделить три группы деталей и узлов: детали, соприкасающиеся с контактным газом и метаноло-воздушной смесью (обечайка, крышка и днище, трубы подконтактного холодильника, трубные решетки т.д.); детали, соприкасающиеся с водяным паром и конденсатом (штуцера для подвода конденсата и отвода пара, трубчатка подконтактного холодильника и т.д.); детали, находящиеся в контакте только с внешней средой (монтажные штуцера, опора и т.д.).

Контактный газ является агрессивной средой и имеет достаточно высокую температуру, до 700°С, поэтому узлы и детали, соприкасающиеся с ним, следует изготовлять из жаропрочных материалов с высокой коррозионной стойкостью. Этим условиям удовлетворяют высоколегированные стали типа 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632 - 61). Эта сталь обладает хорошими прочностными свойствами, жаропрочна при температурах 700°С, характеризуется высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, технологична в обработке, хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях, хорошо сваривается всеми видами сварки и не требует обязательной термической обработки изделия после сварки. Единственный недостаток этого материала - высокая стоимость [17, c.79].

Другая группа деталей и улов находится в контакте с водяным паром и конденсатом при температурах порядка 100ч150°С. Вода является менее агрессивной средой по сравнению с контактным газом, поэтому для изготовления узлов и деталей, контактирующих с водой, можно использовать стали с меньшей коррозионной и жаростойкостью, такие как углеродистые или низколегированные стали. В конструкции действующих контактных аппаратов для изготовления деталей контактирующих с водой применяется низколегированная сталь марки 09Г2С (ГОСТ 5520 - 62). Саль этой марки характеризуется повышенной прочностью и ударной вязкостью, хорошо деформируется и обрабатывается резанием, легко сваривается всеми видами сварки, однако, неустойчива во многих агрессивных средах. Использование этой стали выгоднее и с финансовой точки зрения в виду ее дешевизны. [17, c.69].

Детали, находящиеся в контакте только с внешней средой, следует изготовлять из возможно более дешевых материалов, обладающих, однако, достаточной механической прочностью. В конструкции действующего контактного аппарата для изготовления такого рода деталей используется углеродистая сталь Ст.3сп. (ГОСТ 380 - 60). Сталь этой марки характеризуется хорошим сочетанием механических свойств, позволяющим применять ее для изготовления ответственных деталей и узлов, хорошо обрабатывается резанием и давлением, хорошо сваривается всеми видами сварки, однако, как и сталь марки 09Г2С неустойчива во многих агрессивных средах [17, c.68].

В качестве прокладочного материала в действующих контактных аппаратов используется паронит марки ПОН-Б (ГОСТ 481 - 80). Этот материал может использоваться в агрессивных средах при рабочих давлениях среды до 6 МПа и температурах до 500°С [17, c.240], следовательно, выбор его оправдан.

19.3 Расчет диаметра патрубков

Подбор патрубков и фланцев будем проводить по условному проходу и условному давлению.

Расчет диаметра патрубков рассчитывается по формуле:

(20.1)

где, G - расход продукта, кг/ч;

щ - скорость движения продукта, м/с;

с - плотность продукта, кг/м3.

Значение скоростей движения продуктов в таблице 20.1 [1, с.100].

Таблица 20.1 - Значение скоростей движения продуктов

Продукты

Назначение патрубка

Температура, оС

Плотность, кг/м3

Скорость, м/с

Расход, кг/с

Конденсат

Конденсат

вход

выход

90

123

996

954

1,6

50

10,5

10,5

Спирто - воздушная смесь

Контактные газы

вход

выход

100

180

0,940

0,818

30

30

7

7

Результаты расчета в таблице 20.2.

Таблица 20.2 - Результаты расчета

Продукты

Диаметр по расчету, м

Принятый диаметр, м

Конденсат

Конденсат

Спирто - воздушная смесь

Контактные газы

0,168

0,0918

0,563

0,739

0,2

0,1

0,6

0,8

Диаметры патрубков принимаем согласно ГОСТ 28759.2 - 90.

Основные размеры подобранных фланцев к патрубкам в таблице 20.3.

Таблица 20.3 - Основные размеры подобранных фланцев к патрубкам

Пат-ру-

бок

D

D1

D2

D3

D4

D5

S

h

h0

d

Z

a

a1

1

100

205

170

148

108

-

-

11

4

16

8

-

-

2

200

315

280

258

219

-

-

15

4

16

4

-

-

3

600

720

680

644

652

643

8

30

-

23

24

14

12

4

800

920

880

842

852

841

8

35

-

23

32

14

12

Для входа и выхода конденсата используют плоский-приварной фланец, а для входа спирто-воздушной смеси и выхода контактных газов - тип фланцевого соединения ?шип-паз?.

19.4 Расчет толщины стенок обечайки и днища

Толщина стенки обечайки реактора

Исходные данные:

материал - сталь 12Х18Н10Т;

температура - 650оС;

диаметр - 3,0 м;

расчетное давление - 0,3 МПа;

нормативно допустимое напряжение у* = 113 МПа [1, с. 33, таб. 1.4];

толщину обечайки рассчитываем по формуле:

(20.2)

где, ц = 1 - коэффициент прочности сварного шва;

удоп - допустимое напряжение, МПа;

удоп = (20.3)

з = 1 - поправочный коэффициент [1, с. 31];

удоп = 1 113 МПа = 113 МПа.

С - прибавка на компенсацию коррозии, м;

С1 - дополнительная прибавка на округление размеров, м;

С1 = 0,62 см.

(20.4)

где, П - коррозионная проницаемость слоев для среды, содержащий формальдегид и метанол, П = 0,2 мм/год;

ф - амортизационный срок службы, ф = 10 лет.

Допускаемое давление:

(20.5)

Формулы применимы для выполнения условия:

(20.6)

Прочность обечайки обеспечена.

Толщина стенки обечайки подконтактного холодильника

Исходные данные:

материал - сталь 09Г2С;

температура - 106,5оС;

диаметр - 3,0 м;

расчетное давление 0,2 МПа;

нормативно допускаемое напряжение.

у* = 151,6 МПа;удоп = 1*151,6 = 151,6 МПа.

(20.7)

Условия применимости расчетных формул:

(20.8)

Прочность обечайки обеспечена.

19.5 Расчет толщины днища подконтактного холодильника

(выбираем крышку эллиптической формы):

Исходные данные:

материал - сталь 12Х18Н10Т;

температура - 180оС;

диаметр - 3,0 м;

расчетное давление - 0,3 МПа;

нормативно допускаемое напряжение у* = 113 МПа.

Допускаемое напряжение удоп = 1 113 = 133 МПа.

Исполнительную толщину стенки определяем по формуле:

(20.9)

Формулы применимы когда:

(20.10)

(20.11)

Условия прочности обеспечены.

19.6 Условия укрепления отверстий

Расчетный диаметр для эллиптического днища:

(20.12)

D = 3 м = 300 см, S = 100 см.

где, х - расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптического днища, х = 0.

Расчетный диаметр отверстия в днище:

dR = d + . (20.12)

где, d - диаметр штуцера, 0,6 м [1, таб. 77];

Sст.ш - толщина стенки штуцера;

Sст.ш. = С12; (20.13)

где, С1 - прибавка на коррозию, м;

С2 - минусовой допуск по толщине листа штуцера, м.

Sст.ш. = 0,002 + 0,008 = 0,01 м;

DR = 0,6 + 2 0,01 = 0,62 м.

Условия применения формул для днища [ 2, с. 498]:

(20.14)

(20.15)

Условия выполняются, укрепление отверстия не нужно.

19.7 Расчет крышки аппарата

Исходные данные:

материал - сталь 12Х18Н10Т;

нормативное допускаемое напряжение удоп = = 113 МПа.

Исполнительная толщина стенки:

(20.16)

(20.17)

Допускаемое давление:

(20.18)

Применимость формул:

(20.19)

(20.20)

Условия прочности обеспечены.

Выбираем тип конструкции крышки:

сварная стальная при Рдоп ? 25 кг/см2 [77, с. 569, рис. 23.10].

19.8 Расчет трубной решетки подконтактного холодильника

Трубные решетки по конструкции представляют собой эллиптические днища. Такие трубные решетки применяются в кожухотрубчатых аппаратах при оносительно больших диаметров аппарата D = > 1200 мм.

Исходные данные:

материал - сталь 12Х18Н10Т;

количество труб в решетки 2475, d - 38Ч2;

нормативно допускаемое напряжение у* = 113 МПа;

допускаемое напряжение удоп = 113 МПа [2, с. 33, таб.1,4];

диаметр обечайки, Dоб = 3,0 м;

температура - 650оС;

Выбираем конструкцию решетки 2 - го типа [2, с. 633, рис. 25,].

Способ закрепления труб в трубных решетках:

выбираем способ гладкой развальцовки.

Расчетная высота снаружи (h1):

(20.21)

где, К1 - коэффициент, К1 = 0,36 [2, с. 637, таб. 25.3];

Расчетная высота решетки а середине (h2):

(20.22)

где, К2 = 0,45 [2, стр. 637, таб. 25.3];

ц0 - коэффициент ослабления решетки отверстиям;

(20.23)

где, z - количество труб в решетки по диаметру.

(20.24)

С прибавками на коррозию:

h2 = 0,10771 + 0,001 = 0,10871 м.

19.9 Расчет тепловой изоляции реактора

Исходные данные:

Аппарат расположен на отдельной площадке.

температура воздуха - t6 - 5оС;

температура поверхности изоляции - 40оС;

температура рабочей среды - 650оС;

теплоизоляционный материал - асбест;

коэффициент теплопередачи воздуха - 21 Вт/м2К.

Удельный тепловой поток:

q = Ьв (tn - tв) = 21 (40 - 5) = 735 Вт/м2. (20.25)

Теплопроводность асбеста при tср => tср = (650 + 40)/2 = 340оС:

л = 0,13 + 0,000186 tср; (20.26)

л = 0,13 + 0,000186 340 = 0,189 Вт/м К [3, ст. 604].

Толщину изоляции находим:

(20.27)

Принимаем толщину изоляции диз = 14,4 см.

19.10 Расчет компенсатора подконтактного холодильника

В кожухотрубчатых аппаратах развивается весьма значительные напряжения за счет неодинакового температурного удлинения жесткосоединенных между собой деталей (например, труб, кожуха). Для ликвидации этого аппарат снабжают компенсатором.

Исходные данные:

диаметр обечайки D = 3,0 м;

длина обечайки l = 4 м;

давление в межтрубном пространстве Рм = 0,222 МПа;

давление в трубном пространстве Ртр = 0,666 МПа;

температура трубок tтр = 232оС;

температура обечайки tоб = 73,25оС;

толщина обечайки Sоб = 0,009 м;

количество труб z = 2475, d - 38Ч2;

коэффициент линейного расширения стали:

при t1 = 232оС; Ьтр = 13,5 10-6 1/оС.

при t2 = 73,25оС; Ьоб = 12,6 10-6 1/оС.

температура воды tср = 106,5оС.

Требуемое для компенсации перемещение.

?К = (20.28)

где, L - длина труб между трубными решетками, L = 4,2 м;

?К = (13,5 10-6 232 - 12,6 10-6 73,25) = 0,009 м = 9 мм.

Разница между t1 и t2 составит 232 - 73,25 = 158,75оС, что больше 50оС, следовательно, необходимо наличие компрессора на обечайке.

По таблице 26.2 [2, с. 649] находим компенсатор.

D = 3386 мм;

S = 3 мм;

?Л = 8 мм;

Роб = 0,15 МПа;

Рр = 0,158 МПа.

Расчетное количество линз в компенсаторе:

(20.29)

Принимаем Z' = 2.

19.11 Расчет опорных лап

Контактный аппарат по конструкции представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, установленный на открытой площадке. В таких случаях применяются опоры, которые размещаются снизу аппарата

Расчет опорных лап проводим по максимальной силе тяжести аппарата при заполнение его водой для проведения его гидравлического испытания.

Определим массу аппарата.

Вес обечайки реактора и подконтактного холодильника:

(20.30)

где, Dн и Dв наружный и внутренний диаметры обечайки, м;

Dн = Dв + 2S = 3,0 + 2 0,009 = 3,018 м.

j = 7900 кг/м3 - плотность стали 12Х18Н10Т;

j = 7800 кг/м3 - плотность стали 02Г2С.

(20.31)

(20.32)

Вес трубных решеток:

Вес днища и крышки стандартен и равен:

Gд = 217 + 217 = 434 кг.

Вес люков стандартен и равен:

Gл = = 1216 кг.

Вес патрубков стандартен и равен:

Gп = 104 + 163 + 8,31 + 4,15*2 = 283,61 кг.

Вес фланцев обечаек стандартен и равен:

Gф = = 3184 кг.

Вес труб холодильника:

Gтр = (20.33)

где, Ь - высота трубки, масса одной трубы равна 0,63 кг;

Gтр = = 7821 кг.

Вес теплоизоляции обечайки теплообменника:

(20.34)

где, Dв.из. и Dн.из. - диаметры внутреннего и внешнего слоя изоляции;

Н - высота изоляционной части.

Dн.из. = Dв.из. + = 3,018 + = 3,306 м. (20.35)

j1 - плотность асбеста, j1 = 350 кг/м3.

Общий вес аппарата:

?G = 24435,18 кг = 24,44 тонны.

Определим массу воды в аппарате:

(20.36)

где, Н - высота аппарата;

jH2O - плотность воды.

Максимальная масса аппарата:

(20.37)

Определим расчетную толщину ребра опоры:

(20.38)

где, G - максимальная масса аппарата, кг;

n - число лап (n = 4);

z - число ребер в одной лапе (z = 2);

ус - допускаемое напряжение на сжатие принимаем ус = 1000 кгс/см2;

l - высота опоры, принимаем l = 0,2 м.;

k - коэффициент, k = 0,6.

Sоп. = 0,01826 [м] = 18,26 [мм].

Определим высоту лапы:

(20.39)

Проверка: l/13 ? 0,019 [м].

0,2/13 = 0,015 ? 0,019.

Следовательно, Sоп определяем расчетной.

Общая длина сварного шва.

Lш. = 4 (h + Sоп.) = 4 (0,4 + 0,01826) = 1,673 м (20.40)

Прочность сварного шва:

G/n ? (20.41)

где, hш - катет сварного шва, 0,008 м;

фш.с. - допускаемое напряжение материала на срез, 800 кг/см2.

19539,1 ? 74950,4.

Условия прочности выполнены. Принимаем опору ГОСТ 26 - 467 - 82.

20. ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1. Ректификационная колонна К2

Ректификационная колонна предназначена для разделения формалина от метанола.

Определение диаметра тарельчатой ректификационной колонны производится по формуле:

(21.1)

где, G - массовый расход проходящего по колонне пара, 20425 кг/ч или 5,67 кг/с;

- скорость потока, м/с.

Скорость потока определяется по формуле:

(21.2)

где, с - коэффициент, определяемый по рис.7.2 [6, 17], с = 0,065;

сж - плотность жидкой фазы, кг/м3ж = 714,75 кг/м3);

сп - плотность пара , кг/м3п = 0,279 кг/м3).

Высота колонны:

(22.3)

где, n - число тарелок в колонне, n = 70;

h - расстояние между тарелками, h = 750 мм.

Принимаем Нт = 52000 мм = 52 м.

2. Абсорбционная колонна К1

Абсорбционная колонна предназначена для поглощения формальдегида деминерализованной водой.

Определение диаметра тарельчатой ректификационной колонны производится по формуле:

где, G - расход проходящего по колонне газа, 32537,55 кг/ч или 9,04 кг/с;

щ - рабочая скорость газа, м/с;

принимаем щпр = 6,05 м/с, тогда

Высота абсорбционной колонны:

где, n - число тарелок в колонне, n = 24;

h - расстояние между тарелками, h = 600 мм.

3. Испаритель Е2а

Вертикальный сварной аппарат со встроенным секционным объемно-сетчатым брызгоулавителем. Материал - Ст09Г2С.

D = 2800 мм; Н = 7550 мм; V = 32 м3.

Требуемый объем испарителя определяем по формуле:

(22.4)

где, G - расход выходящей из него метаноло-воздушной смеси, G = 25302,74 кг/ч;

ф - время, на которое рассчитывается расход продукта (берется по технологическим соображениям ), = 0,5 ч;

К - коэффициент заполнения емкости, К = 0,6 - 0,8;

с - плотность смеси, с = 800 кг/м3.

Требуемый объем меньше, значит, аппарат справиться с нагрузкой.

3. Теплообменник Т2

Горизонтальный кожухотрубный аппарат. Материал - сборный: Ст16ГС, Ст10, Ст20.

Диаметр - 1000 мм; длина 4170 мм; площадь теплообмена 221 м3.

Назначение: для перегрева метаноло - воздушной смеси.

Рабочие условия:

Трубное пространство: Р = 0,07 МПа, Т = 150°С, среда - метанол.

Межтрубное пространство: Р = 0,6 МПа, Т = 180°С, среда - водяной пар.

Температурная схема теплообмена:

160°С > 160°С;

65°С > 125°С.

Принимаем значение коэффициента теплопередачи К = 60 Вт/м2 *К (от конденсирующего пара к газу) [2, с. 365 таб. 4.8]:

?Q = Qмет + Qвозд, (22.5)

Смет (при 60оС) = 2703 Дж/кг*К,

Свозд. = 866 Дж/кг*К.

Q = (22.6)

?Q = 627719,19 + 54743,9 = 682463,09 Вт.

Поверхность теплообмена:

(22.7)

Подбираем из [2, с. 51 таб. 2.3] по ГОСТ 15118 - 79.

диаметр кожуха Dкож. = 800 мм;

общее число труб nтр. = 404 шт;

длина труб Lтр. = 6,0 м;

площадь поверхности теплообмена F = 190 м2;

диаметр труб Dтр - 25Ч2 мм.

4. Теплообменники Т3, Т4, Т5, Т6

4.1 Пластинчатый теплообменник Т3.

Теплообменник служит для охлаждения формалина, отводимого из куба колонны.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (28 - 38)°С, среда - вода оборотная.

Полость горячего продукта: Р = 0,25 МПа, Т = 40°С, среда - раствор формалина.

Температурная схема теплообмена:

70°С > 40°С;

38°С < 28°С.

Средняя разность температур: Дtб = 70 - 38 = 32°С; Дtм = 40 - 28 = 12°С.

ДТср = 20,4 К.

Требуемая поверхность теплообмена:

где, Q - тепловая нагрузка, Вт;

К - коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];

ДТср - средняя разность температур, К.

F = 372 м2, так как 3 теплообменника, то F = 123 м2 каждый.

Принимаем по ГОСТ 15518 - 83 площадь поверхности теплообмена F = 125 м2, число пластин N = 242 шт, масса аппарата М = 2662 кг, площадь одной пластины f = 0,5 м2.

4.2 Пластинчатый теплообменник Т4.

Теплообменник служит для охлаждения раствора формалина, отводимого с глухой тарелки абсорбера.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 - 15)°С, среда - вода захоложенная.

Полость горячего продукта: Р = 0,35 МПа, Т = 35°С, среда - раствор формалина.

Температурная схема теплообмена:

50°С > 35°С;

5°С < 15°С.

Средняя разность температур: Дtб = 50 - 5 = 45°С; Дtм = 35 - 15 = 20°С.

ДТср = 31 К.

Требуемая поверхность теплообмена:

где, Q - тепловая нагрузка, Вт;

К - коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];

ДТср - средняя разность температур, К.

F = 245,16 м2, так как 3 теплообменника, то F = 81,7 м2 каждый.

Принимаем по ГОСТ 15518 - 83 площадь поверхности теплообмена F = 80 м2, число пластин N = 154 шт, масса аппарата М = 2040 кг, площадь одной пластины f = 0,6 м2.

4.3 Пластинчатый теплообменник Т5.

Теплообменник служит для охлаждения деминерализованной воды, отводимой с глухой тарелки абсорбера.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 - 15)°С, среда - вода захоложенная.

Полость горячего продукта: Р = 0,3 МПа, Т = 25°С, среда - деминерализованная вода.

Температурная схема теплообмена:

50°С > 35°С;

5°С < 15°С.

Средняя разность температур: Дtб = 50 - 5 = 45°С; Дtм = 20 - 5 = 15°С.

ДТср = 21 К.

Требуемая поверхность теплообмена:

где, Q - тепловая нагрузка, Вт;

К - коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];

ДТср - средняя разность температур, К.

F = 24,13 м2, так как 3 теплообменника, то F = 8,04 м2 каждый.

Принимаем по ГОСТ 15518 - 83 площадь поверхности теплообмена F = 8 м2, число пластин N = 30 шт, масса аппарата М = 362 кг, площадь одной пластины f = 0,3 м2.

4.4 Пластинчатый теплообменник Т6.

Теплообменник служит для охлаждения деминерализованной воды, отводимой с глухой тарелки абсорбера.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 - 15)°С, среда - вода захоложенная, оборотная вода

Полость горячего продукта: Р = 0,3 МПа, Т = 25°С, среда - раствор слабого формалина.

Расчет теплообменника проводится аналогично предыдущему. Данный теплообменник справится с нагрузкой, так как его поверхность теплообмена составляет 180 м2, что больше необходимой.

5. Насос поз.Н2

Техническая характеристика насоса: поз.Н2/1,2:

Насос центробежный, консольный, типа 1ЦГ100/32а - К - 11 - 5: Q = 156 м3/ч, Н = 49 м, среда - метанол. Материал - 12Х18Н10Т, 12Х13Н10.

Работа любого насоса характеризуется напором и мощностью при заданной подаче насоса (расходе жидкости). Полезную мощность насоса рассчитываем по формуле:

(22.8)

где, N - мощность, потребляемая насосом, кВт;

V - подача насоса, м3/с;

с - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

з - общий КПД насоса, доли ед.

Подача насоса рассчитывается по формуле:

где, V - массовый расход перекачиваемой жидкости;

с - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3.

Тогда,

Мощность электродвигателя принимаем с запасом 25%, тогда его требуемая мощность составит:

Электродвигатель типа ВАО - 82 - 2У2: N = 55 кВт, n = 3000 об/мин,

U = 380 В, исполнение ВЗГ.

Данные насосы справляются с заданной мощностью.

Третий насос, предназначенный тоже для перекачки формалина - ?сырца? можно установить с меньшей мощностью.

Насос центробежный, герметический, консольный, типа 1ЦГ100/32а - К - 11 - 5: Q = 160 м3/ч, Н = 29 м.

Среда - формалин.

Электродвигатель типа В18ОМ4: N = 30 кВт, n = 1500 об/мин,

U = 380 В, исполнение ВЗГ.

6. Расчет насоса поз.Н4

Техническая характеристика насоса: поз.Н4/1,2:

Насос центробежный, консольный, типа ЦГ 625/80К - 15 - 5 - У2: Q = 25 м3/ч, Н = 80 м, среда - формалин. Материал - 12Х18Н10Т, 12Х21Н5Т.

Электродвигатель моноблочный насосом: N = 4,5 кВт, n = 3000 об/мин.

Полезную мощность насоса рассчитываем по формуле:

где, N - мощность, потребляемая насосом, кВт;

V - подача насоса, м3/с;

с - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

з - общий КПД насоса, доли ед.

Подача насоса рассчитывается по формуле:

где, m - массовый расход перекачиваемой жидкости;

с - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3.

Тогда,

Мощность электродвигателя принимаем с запасом 25%, тогда его требуемая мощность составит:

Данные насосы справляются с заданной мощностью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные расчеты показали, что у производственных мощностей, реакторов и аппаратов есть весьма солидный технологический запас по увеличению мощности производства. На примере одной технологической нитки были проведены материальный, тепловой расчеты, а также поверочные расчеты вспомогательного оборудования. Большим плюсом оказалось, что увеличение мощности производства не требует внедрения нового оборудования или замены существующего, а следовательно и не понесет за собой практически никаких убытков. Экономические расчеты показали, что увеличение мощности производства формалина снижает себестоимость продукции, что делает продукцию конкурентоспособной. Это, в свою очередь приведет к увеличению прибыли от реализации.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Огородников С.К. Формальдегид. - Л: Химия, 1984. - 280 с.

2 Технологический регламент производства формалина ?Завода формалина и карбосмол? Томского Нефтехимического комбината.

3 Лебедев Н.Н. Химия и технология основного и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. - М: Химия, 1981. - 608 с.

4 Охрана труда в химической промышленности. Под ред. Г.В. Макарова. М: Химия, 1989. - 476 с.

5 Криницына З. В. Менеджмент. Томск ТПУ, 2002. - 54 с.

6 Иванов Г.Н., Ляпков А.А., Бочкарев В.В. Учебное пособие - Томск: изд. ТПУ - 2002. - 113 с.

7 Гутник С.П. Расчеты по технологии органического синтеза. М: Химия, 1988. - 272 с.

8 Справочник нефтехимика. Под ред. С.К. Огородникова - Л: Химия, 1978. Т.2. - 592 с.

9 Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского М: Химия 1991. - 496 с.

10 Павлов. К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л: Химия, 1987. - 576 с.

11 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. - Л: Машиностроение, 1970. - 752 с.

12 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. - М: Энергия, 1969. - 264 с.

13 Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М: Наука, 1972. - 653 с.

14 Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. - Л: Химия, 1991. - 352 с.

15 Основы проектирования. Под ред. Лащинского А.А. - М: Химия, 1971. - 466 с.

16 Бочкарев В.В., Ляпков А.А. Основы проектирования предприятий органического синтеза. Методические указания к выполнению дипломного проекта. - Томск: ТПУ, 2002. - 52 с.

17 Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя. М: Машиностроение, 1980. Т.3. - 557 с.

18 Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты: Л: Химия, 1977. - 360с.


Подобные документы

  • Общая характеристика производства. Описание технологического процесса. Нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов. Образование отходов производства. Процесс образования биурета. Карбамид в сельском хозяйстве и промышленности.

    отчет по практике [27,9 K], добавлен 09.09.2014

  • Изучение показателей технико-экономического уровня производства. Характеристика производимой продукции, исходного сырья, материалов и полупродуктов. Описание технологического процесса и материального баланса. Обеспечение безопасности и жизнедеятельности.

    курсовая работа [631,6 K], добавлен 09.03.2010

  • Анализ материального баланса, норм расхода материалов и энергоресурсов, технологические потери, контроль производства и управления технологическим процессом производства полимерных труб. Особенности хранения и упаковки возвратных технологических отходов.

    контрольная работа [24,0 K], добавлен 09.10.2010

  • Рассмотрение ассортимента вырабатываемой продукции. Изучение рецептуры выпускаемых шампуней, показателей качества данной продукции. Характеристика сырья и вспомогательных материалов, вычисление норм расхода. Описание технологической схемы производства.

    курсовая работа [52,7 K], добавлен 25.05.2015

  • Характеристика этапов автоматизированного проектирования. Методика и алгоритм расчета норм расхода основных материалов на женское демисезонное пальто с помощью программ Basiq Norma 1 и Norma 2. Особенности автоматизации обработки данных с помощью ЭВМ.

    курсовая работа [233,2 K], добавлен 06.05.2010

  • Характеристики технологических операций изготовления тумбы для телевизора. Расчет норм расхода древесных и облицовочных материалов, количества отходов, норм расхода клеевых материалов и шлифовальных шкурок. Определение потребного количества оборудования.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 17.12.2014

  • Характеристика сырья и материалов. Характеристика готовой продукции - труб кольцевого сечения, изготавливаемые из полиэтилена. Описание технологической схемы. Материальный баланс на единицу выпускаемой продукции. Нормы расхода сырья и энергоресурсов.

    отчет по практике [200,0 K], добавлен 30.03.2009

  • Технико-экономическое обоснование производства. Характеристика готовой продукции, исходного сырья и материалов. Технологический процесс производства, материальный расчет. Переработка отходов производства и экологическая оценка технологических решений.

    методичка [51,1 K], добавлен 03.05.2009

  • Характеристика сырья, топлива, основных и вспомогательных технологических материалов процесса производства анодной массы алюминиевого завода. Подбор устройств преобразования и передачи сигналов от процесса. Стенд преобразователя для производства.

    курсовая работа [117,0 K], добавлен 04.07.2008

  • Анализ технологического объекта как объекта автоматизации. Выбор датчиков для измерения температуры, давления, расхода, уровня. Привязка параметров процесса к модулям аналогового и дискретного вводов. Расчет основных параметров настройки регулятора.

    дипломная работа [2,3 M], добавлен 04.09.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.