Тепловые расчёты. Тепловой баланс

Тепловой баланс составляется с целью расчёта количества теплоты, которую необходимо подвести или отвести для обеспечения в аппарате заданного температурного режима.

Тепловой баланс составляется на основе закона сохранения энергии - количество подводимой энергии равно количеству отводимой из него:

	(1.4)

Где левая часть уравнения - сумма всей энергии, подводимой в аппарат, правая - сумма энергии отводимой из него.

Соответственно:

	(1.5)

Где Q₁ - количество теплоты, вносимое всеми материальными потоками;

Q₂ - количество теплоты, которое не обходимо подвести или отвести;

Q₃ -количество теплоты, которое выделяется или поглощается в результате химической реакции или физических процессов;

Q₄ - количество теплоты, выносимое всеми материальными потоками;

Q₅ - потери тепла в окружающую среду;

Q₆ - количество теплоты, расходуемое на нагревание отдельных деталей и частей аппарата.

В таблице 9 приведены удельные теплоёмкости веществ, участвующих в теплообмене.

Таблица 9

Удельные теплоёмкости веществ [12]

Вещество	Средняя удельная теплоёмкость, кДж/кг•К
Парафин	2,1
Азот	1,042
Кислород	0,92
Водяной пар	4,183
ВЖК	2,345
Отходящие газы (низшие алканы)	2,178
Катализатор (KMnO4 кр.)	18,8

Основываясь на данных материального баланса, рассчитаем Q₁ и Q₄:

Q1= Qпарафин +Qазот +Qкислород +Qкатализатор	(1.6)

1. Расчёт количества теплоты вносимой и выносимой материальными потоками

Теплоты, вносимые или выносимые каждым материальным потоком, определим по формуле:

Q=c•G•T	(1.7)

Где:

T-абсолютная температура потока, К;

G- массовый расход потока, кг/сут;

c- удельная теплоёмкость потока;

Таким образом, вносимая энергия:

Q_{парафин}=2,1•63329,36•353=46946,054 МДж;

Q_азот=1,042•33180•293= 10130,054 МДж;

Q_{кислород}=0,92•10080•293= 2717,164 МДж;

Q_{катализатор}=18,8•180•353=1194,592 МДж.

Q₁=46946,054+10130,054+2717,164+1194,59=60987,862 МДж.

Выносимая:

Q_{парафин}=2,1•(40196+2160,4)•383= 34067,252МДж;

Q_азот=1,042•33180•383= 13241,676МДж;

Q_{кислород}=0,92•7252,2•383= 2666,488 МДж;

Q_{катализатор}=18,8•180•383=1296,072МДж.

Q_{вод.пар}=4,183•765,2•383= 1225,918МДж;

Q_ВЖК =2,345•20000•383= 17962,7 МДж;

Q_{побочные}=3000•4,356•383= 5005,044МДж;

Q₄=34067,092+13241,676+2666,488+1296,072+1225,918+17962,7+5005,044= 75464,99 МДж.

2. Расчёт количества теплоты, выделяющейся в процессе реакции.

Известно, что на 1 кг превращённого парафина выделяется 2,090 МДж энергии [4]. Таким образом, всего в процессе реакции выделится теплоты:

Q₃=17937,4•2,090= 37489,166 МДж.

3. Расчёт тепловых потерь в окружающую среду

Согласно справочным данным [12], коэффициент теплоотдачи сталь-воздух равен

б=5,6 Вт/м2•К.	(1.8)

Количество теплоты, уходящее в окружающую среду, рассчитывается по формуле:

Q5 = б?ЅТ•( Тст -Тn)	(1.9)

Где:

б - коэффициент теплоотдачи;

Ѕ_Т - площадь поверхности аппарата, через которую тратится тепло;

Т_ст,Т_n - Температура внешней стенки аппарата, температура окружающего воздуха (20 ^оС) соответственно .

Площадь поверхности аппарата определим по площади поверхности цилиндра:

S=р?D?H;	(1.10)

Где:

D - внешний диаметр аппарата (2,8 м);

H - высота аппарата (12 м).

Внешний диаметр аппарата равен:

D=d+2•b;	(1.11)

Где:

d - внутренний диаметр аппарата;

b - толщина стенки аппарата.

Итак, внешний диаметр:

D=2,8+2•0,008=2,816 м;

Площадь поверхности аппарата:

S=2•3,14159265•2,816•12=212,32 м².

Таким образом, потери тепла в окружающую среду составят:

Q₅ = 5,6•212,32•(110-20)= 107009,28 кВт = 9245,594МДж.

4. Расчёт количества тепла, расходуемого на нагрев аппарата

Для расчёта количества теплоты, расходующейся на нагрев стенок аппарата, необходимы следующие данные:

Масса стали, которую необходимо нагреть;

Разница температур;

Теплоёмкость стали.

Согласно справочным данным [12], теплоёмкость стали равна 0,5 кДж/(кг•К). Разница температур также известна, она составляет - 110-20=90 К. Следовательно, необходимо рассчитать массу стали, используемой для изготовления аппарата.

Для этого, найдём сначала объём всего конструкционного материала. Аппарат имеет цилиндрическую форму. Для расчёта объёма стали, пошедшей на изготовление обечайки, используем формулу:

	(1.12)

А объём стали, пошедшей на изготовление днища и крышки (для упрощения расчётов примем их плоскими, а не эллиптическими):

	(1.13)

Таким образом, общий объём стали, пошедшей на изготовление всей колонны (без учёта опор, штуцеров, штырей и пр.) составит:

Зная плотность стали (с=7850 м³/кг) и её объём, найдём её массу:

	(1.14)

Количество теплоты, необходимое на нагрев деталей аппарата, найдём по формуле:

	(1.15)

Где:

с - теплоёмкость материала, из которого изготовлен аппарат;

m - масса деталей и корпуса аппарата;

ДТ - разница между температурой аппарата до синтеза и во время синтеза.

Вычислим Q₆:

Q₆=2·0,5·90·410=36,9 МДж

5. Расчёт количества подводимого/отводимого тепла

Реактор окисления парафинов кислородом воздуха представляет собой сложный реактор, так как в нём одновременно и подводится и отводится тепло. Для расчёта этих количеств теплоты, необходимо обратится к технологии. Так, загруженный парафин с температурой 80 ^оС нагревают паром в нижнем змеевике до температуры 130 ^оС, а затем в верхнем змеевике охлаждают до 110 ^оС. Имея ввиду то, что парафин нагревают для того, чтобы началась экзотермическая реакция окисления, то количество теплоты подводимой для нагрева парафина может быть определено по формуле:

	(1.16)

Где:

с - теплоёмкость парафина

m - масса парафина;

Т₁ - температура загружаемого парафина;

Т₂ - температура нагретого парафина.

Итак, количество подводимой теплоты равно:

МДж;

Часть этой теплоты, отводится в верхнем змеевике, для того, чтобы охладить парафин со 130 ^оС до 110 ^оС. Рассчитаем это количество теплоты:

МДж.

Имея все эти данные, составим тепловой баланс, и определим количество теплоты, которое необходимо отвести в верхнем змеевике:

В таблице 10 представлен тепловой баланс реактора синтеза ВЖК

Таблица 10

Тепловой баланс реактора синтеза ВЖК

ПРИХОД теплоты	Q, МДж/сут	РАСХОД теплоты	Q, МДж/сут
-вносимой материальными потоками	60987,862	-выносимой материальными потоками	75464,99
-подводимой паром в нижнем змеевике	6645,828	-отводимой водой в верхнем змеевике	17737,042
-выделяющейся в процессе реакции	37489,166	-расходуемой на нагрев деталей аппарата	36,9
		-потери в окружающую среду	9245,594
		-отводимой водой в верхнем змеевике для охлаждения парафина	2638,33
ИТОГО	105122,856	ИТОГО	105122,856



1.2.6 Конструктивно-механический расчёт основных аппаратов

Целью расчёта оборудования является определение его количества и габаритных размеров. Основными габаритными размерами окислительной колонны являются:

1. Внутренний диаметр;

2. Высота;

3. Толщина стенки.

1. Расчёт количества оборудования

Расчёт количества единиц оборудования рассчитывается по формуле:

nр =	(1.1)

Где:

n_р - число единиц оборудования;

V_сут - суточный объём перерабатываемого вещества;

ф - время проведения процесса;

V_р - рабочий объём аппарата.

n_р =

Таким образом, для осуществления заданной производительности, необходимо установить 2 аппарата. Однако, имея ввиду то, что процесс является периодическим, то для непрерывной работы цеха и с учётом выхода одного из них из строя, необходимо установить 5 аппаратов.

2. Расчёт диаметра

Согласно [4], скорость движения воздуха в колонне должна составлять 0,1 м/с. Используя формулу (1.2) [11] и зная объёмный расход воздуха (см. мат. баланс) и линейную скорость движения газа в колонне, рассчитаем диаметр колонны:



	(1.2)

Где:

V - объёмный расход газа;

щ - линейная скорость газа.

принимаем стандартное значение - 2,8 м.

3. Расчёт высоты

Для расчёта высоты необходимо подробно рассмотреть физические процессы, протекающие внутри колонны.

В нижнюю часть колонны подаётся расплавленный парафин с катализатором, через который барботируется воздух. Очевидно, что этот процесс сопровождается образованием пены. Для таких аппаратов коэффициент загрузки не должен превышать 0,6. Для определения высоты, необходимо знать общий объём реакционного пространства (учитывая коэффициент загрузки) и диаметр. Диаметр колонны определён в предыдущем пункте, т.о. необходимо рассчитать объём.

Известно, что в реактор загружается 31,6 т парафина (суточная производительность), а его средняя плотность составляет 900 кг/м³ [13]. Следовательно, объём жидкого парафина составит:

31,6/900=35,1 м³

с учётом коэффициента загрузки (0,5), реакционный объём должен равняться:

35,1/0,5=70,2 м³.

Из формулы объёма цилиндра найдём высоту колонны:



Где: V - объём колонны;	(1.3)

d - диаметр колонны.

Принимаем стандартное значение - 12 м.

Толщина стенки.

Ввиду того, что реактор работает при атмосферном давлении, толщину стенки принимаем стандартную для данных условий - 8 мм[12].



2 Контроль производства и качества продукции

2.1 Контроль производства и качества продукта

В процессе синтеза ВЖК возникает необходимость контролировать процесс окисления, так как:

1. При глубоком окислении значительно снижается выход целевых продуктов;

2. Скорость подачи воздуха, не соответствующая нормам, приводит либо к глубокому окислению парафина и сильному вспениванию реакционной массы с последующим попаданием её в трубопроводы для газов, либо, наоборот, к неполному, что сказывается на степени конверсии.

3. Отклонение от рабочей температуры даже на несколько градусов может вызвать сильный разогрев реакционной массы ввиду сильной экзотермичности реакции.

Принимая во внимание вышеперечисленные факторы, появляется необходимость контроля производства.

Порядок осуществления контроля производства представлен в табл.7

Таблица 11

Контроль производства и качества продукта

Наименование стадии, точки контроля	Контролируемый параметр	Периодичность	Средства и методы контроля	Кто осуществляет контроль
Аппарат для плавления парафина	Температура греющего пара	постоянно	термопара	аппаратчик
	Масса загружаемого парафина	1 раз за загрузку	весы	аппаратчик
Мерник катализатора	Расход воды	1 раз за загрузку	Расходомер для жидкостей	аппаратчик
	Масса перманганата	1 раз за загрузку	весы	аппаратчик
Смесители	Интенсивность перемешивания	постоянно	тахометр	аппаратчик
	Температура греющего пара*	постоянно	термопара	аппаратчик
Насосы	производительность	постоянно	амперметр	аппаратчик
Реактор синтеза ВЖК	Кислотное число реакционной массы	Каждый час, но не ранее чем через 16 ч синтеза	Методика определения кислотного числа	Лаборант
	Температура пара в нижнем змеевике	постоянно	Термопара	технолог
	Температура теплоносителя в верхнем змеевике	постоянно	Термопара	технолог
	Расход воздуха	постоянно	Ротаметр	аппаратчик
	Расход исходной смеси (парафин-катализатор)	1 раз за синтез	Расходомер для жидкостей	аппаратчик
Конденсатор	температура	постоянно	термопара	аппаратчик
Промывные колонны	Расход жидкого поглотителя	постоянно	расходомер для жидкостей	аппаратчик
Отстойники	Уровень	постоянно	Уровнемер, смотровое окно	аппаратчик

Примечание

^*температура греющего пара контролируется только для смесителя исходной смеси

3. Автоматизация и механизация производства

Без применения автоматизации технологических процессов, или по-другому, без внедрения системы АСУ ТП, не обходится ни одна отрасль производства. Проектирование и разработка АСУ ТП ведется наряду с внедрением SCADA систем в производство, что делает такую систему универсальной, нередко распределенной системой управления (РСУ). Наибольшее распространение получило внедрение и проектирование АСУ ТП в нефтяной и газовой промышленности[16].

АСУТП - человеко-машинная система управления, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимую для оптимизации управления в соответствии с принятым критерием. Критерием управления АСУТП является соотношение, характеризующее качество функционирования системы в целом, и принимающее конкретные числовые значения в зависимости от используемых управляющих воздействий.

Критериями управления могут быть:

· технико-экономический показатель (себестоимость, производительность и т.п.);

· технический показатель (параметр процесса, характеристики выходного продукта).

Функции АСУТП - это совокупность действий системы, направленных на достижение частных целей управления. Функции АСУТП можно подразделить на следующие:

· Управляющие функции. Результатами их выполнения являются выработка и реализация управляющих воздействий на управляемую систему.

· Информационные функции. Содержанием информационных функций является сбор, обработка и представление информации о состоянии системы оперативному персоналу или передача этой информации для последующей обработки.

· Вспомогательные функции обеспечивают решение внутрисистемных задач.

АСУТП состоит из следующих обеспечивающих систем:

· техническое обеспечение, которое включает вычислительные и управляющие устройства, средства получения информации (датчики), средства преобразования, хранения, отображения и регистрации информации, устройства передачи сигналов и исполнительные устройства;

· программное обеспечение, состоящее из совокупности программ, необходимых для реализации функций АСУТП и обеспечения заданного функционирования комплекса технических средств;

· информационное обеспечение включает информацию, характеризующую состояние системы управления, системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации, массивы данных и документов, необходимых для выполнения функций АСУТП, в том числе нормативно-справочную информацию;

· организационное обеспечение представляет собой совокупность описаний функциональных, технических и организационных структур, а также инструкций для оперативного персонала; данная совокупность должна обеспечить надлежащее функционирование перечисленных структур;

· оперативный персонал - это технологи-операторы, осуществляющие контроль за управлением системы;

· эксплуатационный персонал - это персонал, обеспечивающий эксплуатацию системы.

· разрабатываемой технологической схеме синтеза ВЖК (рис. 4) используются следующие датчики (табл.11):



Таблица 12

Характеристика КИП, используемых в курсовом проекте

№ п/п	Обозначение	Наименование
1		Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения температуры, установленный по месту. Например: преобразователь термоэлектрический (термопара), термопреобразователь сопротивления, термобаллон манометрического термометра, датчик пирометра и т.п.
2		Прибор для измерения температуры показывающий, установленный по месту. Например: термометр ртутный, термометр манометрический и т.п.
3		Прибор для измерения температуры бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту. Например: термометр манометрический (или любой другой датчик температуры) бесшкальный с пневмо- или электропередачей
4		Прибор для измерения давления с контактным устройством, установленный по месту. Например: реле давления.
5		Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения расхода, установленный по месту. Например: диафрагма, сопло, труба Вентури, датчик индукционного расходомера и т.п.
6		Прибор для измерения расхода показывающий, установленный по месту. Например: дифманометр (ротаметр), показывающий.
7		Прибор для измерения расхода интегрирующий, с устройством для выдачи сигнала после прохождения заданного количества вещества, установленный по месту. Например: счетчик-дозатор.
Продолжение таблицы 12
8		Первичный измерительный преобразователь (чувстви- тельный элемент) для измерения уровня, установленный по месту. Например: датчик электрического или емкостного уровнемера.
9		Прибор для измерения уровня показывающий, установленный по месту. Например: манометр (дифманометр), используемый для измерения уровня.
10		Прибор для измерения скорости вращения, привода регистрирующий, установленный на щите. Например: вторичный прибор тахогенератора.



4. Охрана труда и окружающей среды

4.1 Гигиена труда и производственная санитария в химической промышленности

Химическое производство относится к отраслям промышленности, которые представляют повышенную потенциальную опасность профессиональных отравлений и заболеваний работающих.

Причина - в процессе труда многие работающие соприкасаются с химическими веществами, имеющими те или иные токсические свойства.

Под действием токсических веществ в организме могут происходить различные нарушения в виде:

· острых отравлений (ОО);

· хронических отравлений (ХО).

Острые отравления (ОО) возникают при воздействии больших доз на протяжении не более одной смены. Острые отравления (ОО) зависят от вполне устранимых причин, которые, как правило, связаны с организацией производства, с дисциплиной. Устранение таких причин не требует особых капитальных затрат. Расследуются ОО как НС.

Хронические отравления (ХО) возникают в результате длительного постепенного воздействия на работающих небольших количеств вредных веществ. В конечном итоге может наступить профессиональное заболевание, требующее соответствующего расследования. Бороться с ХО значительно труднее, чем с ОО. Достижение безвредных концентраций токсичных веществ в воздухе рабочих помещений, как правило, связано с совершенствованием или заменой технологических процессов, аппаратуры, зданий, сооружений. Эти мероприятия требуют больших капитальных затрат.

При любой форме отравления (ОО или ХО) характер действия промышленного яда определяется степенью его физиологической активности - токсичностью.

Токсичность - это способность веществ оказывать вредные воздействия на жизнедеятельность организма.

Токсичные вещества (яды) - это такие вещества, которые проникают в организм человека различными путями, вступают в соединение с его тканями, нарушая их нормальную деятельность.

Опасность отравления зависит от:

· физико-химических свойств веществ;

· растворимости в биологических средах;

· дисперсности (измельчения, растворимости, летучести, агрегатного состояния);

· времени воздействия;

· концентрации.

Кроме того, на степень отравления влияют физиологические особенности организма человека.

Например, восприимчивость человека к воздействию токсических веществ повышается:

· в результате повышения температуры тела человека;

· при наличии повышенного веса (ожирение, отеки).

Токсичность промышленных ядов характеризуется значениями ПДК (мг/м³).

Токсичность химических веществ, промышленные яды, химические ожоги и их предупреждение

По токсическому воздействию токсические яды классифицируются и условно подразделяются на 9 групп, в результате преимущественного воздействия на организм и по внешним признакам отравлений.

1. Нервные - углеводороды, спирты, сероводород, тетраэтилсвинец. Они вызывают расстройство функций нервной системы, мышечные судороги, параличи.

2. Раздражающие - хлор, аммиак, двуокись серы, оксид азота - раздражают верхние и глубокие дыхательные пути.

3. Прижигающие и раздражающие кожу - неорганические кислоты, щелочи - поражают кожный покров с образованием нарывов, язв.

4. Ферментные - синильная кислота и ее соли, мышьяк и его соединения, соли ртути - нарушают структуру ферментов, разрушают их.

5. Кровяные - окись углерода, ароматические смолы, свинец и его неорганические соли - взаимодействуют с гемоглобином крови.

6. Печеночные - хлорированные углеводороды, фосфор, селен - вызывают структурные изменения тканей печени.

7. Мутагенные - окись этилена, соединения свинца, ртути - воздействуют на генетический аппарат клетки.

8. Аллергены - некоторые соединения никеля - вызывают изменения в реактивной способности человека.

9. Канцерогены - каменноугольная смола, 3,4-бенз(б)пирен - вызывают образование злокачественных опухолей.

При производстве ВЖК имеют место токсические яды 1 и 3. Поэтому следует уделить особое внимание защите от их действия.

Химические ожоги и их предупреждение

Химические ожоги возникают при местном воздействии химически активных веществ на кожу, дыхательные пути, глаза.

Степень ожога зависит от:

· химической активности и токсичности веществ;

· концентрации;

· температуры;

· времени воздействия;

· индивидуальной чувствительности кожи.

Ожоги делятся на 4 степени:

· I - краснота, припухлость, болезненность;

· II - появление пузырьков, возможны последующие заболевания кожи;

· III - возникают участки омертвления тканей;

· IV - поражение не только всей поверхности кожи, но и глубоко лежащих тканей и органов.

Химические ожоги могут вызывать такие вещества: соляная, серная, азотная кислоты, концентрированные растворы щелочей (едкий натр, калий, аммиак), причем щелочные ожоги более глубокие, т.к. они легко омыляют жировой слой кожи и растворяют белковые вещества.

При ожогах химическими веществами, способными прилипать к коже (горячие смолы, желтый фосфор), возникает также опасность отравления всего организма.

Меры безопасности:

· работа в соответствующей спецодежде;

· защитные очки;

· установка кранов и фонтанчиков для быстрого промывания пораженного места обильной струей чистой воды;

· при отсутствии водопровода - установка емкости с водой.

Мероприятия по оказанию первой помощи:

· промыть пораженный участок большим количеством воды;

· при ожогах соединениями фосфора ватным тампоном снять с кожи остатки этих веществ, а затем промыть 5% раствором соды или марганцово-кислого калия.

Средства индивидуальной защиты. Предохранительные приспособления

В химической промышленности проведение ряда технологических и вспомогательных операций связано с применением средств индивидуальной защиты (СИЗ). Для выполнения работ внутри закрытых емкостей, в колодцах и т.п. их применение имеет решающее значение для обеспечения безопасности труда.

Средствами индивидуальной защиты являются:

· спецодежда;

· спецобувь;

· головные уборы;

· каски;

· шлемы;

· перчатки, рукавицы;

· фартуки;

· противогазы;

· респираторы;

· защитные очки;

· маски;

· светофильтры;

· противошумные устройства;

· предохранительные пояса;

· электрозащитные средства;

· пасты, мази и т.п.

СИЗ могут быть постоянного пользования (без этих средств рабочему запрещается находиться на рабочем месте) и аварийного пользования.

Аварийные СИЗ создаются в производствах, где имеются токсичные, пожаро- и взрывоопасные продукты. Их располагают в доступных для пользования местах, которые определяют руководители производств и цехов по согласованию с газоспасательной и противопожарной службами.

Ежегодно на каждом предприятии химической промышленности составляется перечень спецодежды, спецобуви и предохранительных приспособлений, подлежащих бесплатной выдаче рабочим и служащим для обеспечения безопасных условий работы. В перечне указывается количество и виды средств защиты для индивидуального, коллективного и аварийного пользования. Перечень согласовывается с комитетом профсоюза, и после утверждения главным инженером этот перечень становится основным документом для обеспечения персонала СИЗ.

Требования к спецодежде:

· надежная защита тела человека от промышленных вредных веществ;

· обеспечение нормальной терморегуляции организма;

· удобство одежды;

· хорошая очистка от загрязнений.

По защитным свойствам спецодежда делится на виды:

· общего назначения;

· влагозащитная (водонепроницаемая, водоотталкивающая и водоупорная);

· для защиты от радиации;

· кислотозащитная;

· нефтемаслозащитная;

· пылезащитная;

· термозащитная;

· химзащитная;

· электрозащитная.

Спецодежда является собственностью предприятия и должна использоваться только по прямому назначению.

По окончанию работы её за территорию предприятия выносить запрещается.

Для ее хранения организуются специальные гардеробные.

Стирка, дегазация, дезактивация, химчистка и ремонт спецодежды проводится администрацией предприятия в согласованные с санэпидстанцией сроки.

Предохранительные приспособления

Средства защиты органов дыхания.

Во всех случаях, когда в воздухе рабочей зоны содержание вредных веществ превышает ПДК или когда содержание кислорода менее 17%, необходимо применять СИЗ органов дыхания от отравления и удушья.

Средствами защиты органов дыхания являются:

· противогазы промышленные фильтрующие;

· фильтрующие респираторы;

· шланговые противогазы.

В качестве защитного средства от механического травмирования головы, а также поражения головы электрическим током применяются различные каски.

Существует перечень профессий, должностей и работ, где рабочие и ИТР должны обязательно носить защитные каски.

Защита рук осуществляется различными видами рукавиц и перчаток в зависимости от рабочей среды: от термических ожогов, кислотозащитные, виброзащитные.

Там, где невозможно применение перчаток (работы, требующие большой чувствительности пальцев), а также при работах с клеями, красками, применяются пасты и мази.

Для защиты глаз применяют защитные очки, щитки и маски. Защитные очки выпускаются двух типов: очки защитные открытые - ОЗО, очки защитные закрытые - ОЗЗ.

Открытые очки удобны тем, что имеют широкое поле зрения, не запотевают. Они защищают только от частиц, летящих прямо в глаза.

ОЗЗ лучше защищают глаза, но сужают поле зрения и запотевают. Для устранения запотевания применяют специальные карандаши, сухое туалетное мыло или специальные вкладыши из незапотевающей пленки.

Требования безопасности, предъявляемые к парафину

Твердые нефтяные парафины [17] являются горючими веществами с температурой вспышки не ниже 160 °С, температурой самовоспламенения не ниже 300 °С.

Твердые парафины относятся к 4-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007, предельно допустимая концентрация паров углеводородов расплавленного парафина в воздухе рабочей зоны составляет 300 мг/м³ в пересчете на углерод.

В производственных помещениях должна быть приточно-вытяжная вентиляция для снижения концентрации вредных веществ.

Твердые парафины пожароопасные. В помещении для хранения и эксплуатации парафинов запрещается обращение с открытым огнем: искусственное освещение должно быть во взрывобезопасном исполнении.

Требования безопасности, предъявляемые к ВЖК

По степени воздействия на организм человека [18] ВЖК относятся к 3-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007 (вещества умеренно-опасные) с предельно допустимой концентрацией паров кислот в воздухе рабочей зоны для суммы кислот 5 мг/м³ (в пересчёте на уксусную кислоту).

Кислоты всех фракций обладают раздражающим действием на кожу и слизистую оболочку глаз.

При работе с ВЖК применяют индивидуальные средства защиты органов дыхания по ГОСТ 12.4.034: противогазы марок ФУ-2, ФУ-3, изолирующие.

При загорании небольших количеств кислот применяют пенные и углекислотные огнетушители; при загорании продукта, разлитого на значительной площади, - водяной пар, воздушно-механическую пену средней кратности с пенообразователем ПО-ЗАИ, порошок ПСБ. Для тушения кислот в резервуарах применяют водяной пар.

Охрана окружающей среды

Образование, сбор, накопление, хранение и первичная обработка отходов является неотъемлемой составной частью технологических процессов, в ходе которых они образуются и должны быть отражены в технологических регламентах и другой нормативно технической документации. В соответствии с ГОСТ 30772-2001 отходы - это остатки продуктов или дополнительный продукт, образующиеся в процессе или по завершении определенной деятельности и не используемые в непосредственной связи с этой деятельностью. Под определенной деятельностью понимается производственная, исследовательская и другая деятельности, в том числе - потребление продукции. Соответственно различают отходы производства и отходы потребления.

В процессе синтеза ВЖК образуется достаточно большое количество сточных вод: около 8 м³ на тонну ВЖК. Эти сточные воды, согласно технологии получения, могут быть загрязнены двумя веществами: собственно ВЖК и сульфат натрия. Целью мероприятий по охране окружающей среды, является очистка сточных вод от указанных веществ.

Для очистки сточных вод от ВЖК и парафина на площадке установки должны быть предусмотрены локальные продуктоловушки по типу нефте-ловушек, вместимость которых соответствует 4-часовому расходу сточных вод. Число секций в продуктоловушках должно быть не менее двух. В продуктоловушках следует предусматривать подогрев для поддержания парафина в жидком состоянии. Уловленные парафин и жирные кислоты отводятся в сборную емкость. Сточные воды нейтрализуются и направляются на биологические очистные сооружения.

Для очистки сточных вод, содержащих сульфат натрия используют осаждение последнего известковым молоком. Полученный такой обработкой гипс осаждают.



5. Строительная часть

Под компоновкой оборудования и сооружений обычно понимают взаимное расположение основного и вспомогательного оборудования для производства, а также служб и систем обеспечения производства.

Оборудование химических производств в зависимости применяемых машин и аппаратов, особенностей технологического процесса и климатических условий может быть расположено в закрытых производственных помещениях и на открытых площадках.

Основной задачей компоновки оборудования является правильная организация проектируемого технологического процесса.

При компоновке оборудования выявляются конфигурация зданий, его этажность, размеры сооружения, нагрузки на между этажные перекрытия, число и расположение лестниц.

По монтажной части проекта определяются места расположения электродвигателей, светильников, точки отсоса вредных газов и пыли, места вводов водопроводных и других сетей, сброса стоков.

Основными исходными данными для компоновки оборудования являются принципиальная технологическая схема и чертежи оборудования (общие виды). В случае отсутствия чертежей они могут быть заменены эскизами аппаратов, снятыми с натуры или взятыми из каталогов, при условии нанесения на эскизы всех невидимых размеров (наружный диаметр и высота аппарата, расстояние опорных лап, штуцеров и т. д.).

При выборе способов установки отдельных аппаратов (на кольях, лапах, консолях и др.) следует стремиться к максимальному использованию типовых решений, например существующих нормалей (чертежей) на установку типового оборудования, нормалей на фундаменты под вертикальные и горизонтальные емкости, типовых вариантов установки мерников и других емкостей. Если при компоновке оборудования своевременно учесть имеющиеся типовые решения, в дальнейшем не придется выполнять специальных графических работ.

При разработке проекта компоновки оборудования графическим методом планы его расположения в большинстве вычерчивают в масштабе 1:100, разрезы -- в масштабе 1:50. На планы наносят все оборудование, устанавливаемое в данном помещении. Планы каждого этажа и каждой площадки вычерчивают по отдельности. Любой аппарат изображается в виде его наружного контура с ориентацией относительно осей и привязкой к осям колонн, стенам здания или к другим уже нанесенным на план аппаратам. Нанося на план аппараты, достаточно показать его наружный (максимальный) контур, люк и привод. В разрезах следует, по возможности, показывать все аппараты, устанавливаемые в данном корпусе (здании). В разрезах аппараты изображают также в виде наружных контуров, показывают способ установки аппарата (на фундаменте, на кронштейне), высоту его установки и высоты расположения всех междуэтажных перекрытий и площадок.

В спецификации перечисляется все технологическое оборудование, устанавливаемое в корпусе, и указывается: наименование каждого аппарата, материал, из которого он должен быть изготовлен, количество устанавливаемых одинаковых аппаратов, копия чертежа, по которому изготовляется аппарат, или же тип и вид аппарата по каталогу, номер установочного чертежа, место установки аппарата и его масса. Каждый аппарат на плане, в разрезе и в спецификации должен иметь номер, обязательно совпадающий с номером этого аппарата на технологической схеме.

При выборе этажности здания необходимо руководствоваться конкретными условиями работы проектируемого производства. Заранее, без учета особенностей его технологии, нельзя сказать, какая этажность зданий наиболее рациональна. В одноэтажных зданиях обеспечиваются удобная связь с наружной территорией и вспомогательным хозяйством, простой и дешевый транспорт по горизонтали, отсутствие лестниц и подъемников, простота строительных конструкций, возможность установки тяжелого оборудования непосредственно на фундаменты и другие преимущества.

При компоновке оборудования в производствах органического синтеза применяют различные принципы организации строительного объема: единый зал (иногда с междуэтажными площадками и проемами), разделение цеха на помещения, изолированные по горизонтали и вертикали, смешанный тип компоновки в виде общего зала и изолированных отделений. Кроме того, в последние годы широкое распространение получило размещение оборудования на открытых площадках, вне зданий.

На выбор принципа компоновки оборудования в первую очередь влияет количество производств, располагаемых в одном цехе, характеристика производственного процесса и отдельных технологических стадий по вредности и огне- и взрывоопасности, а также рентабельность ассортимента проектируемой к выпуску продукции.

Размещение производств в общем зале обладает такими преимуществами, как хорошая вентиляция, простота связи между персоналом, обслуживающим отдельные производственные агрегаты, возможность легкой перекомпоновки оборудования. В большинстве случаев общий зал можно компоновать при размещении в данном корпусе одного или двух производств с одинаковым санитарно-гигиеническим режимом работы.

Однако в производстве органических продуктов часто перерабатываются вредные, а иногда пожаро- и взрывоопасные вещества, (некоторые операции являются источниками сильного загрязнения воздуха (например, сушка и размол красителей); в ряде производств необходима особая чистота помещений. Поэтому при размещении в одном цехе (или здании) нескольких производств часто практикуемом при проектировании процессов тонкого органического синтеза, иногда целесообразно компоновать оборудование в отдельных изолированных производственных помещения. В каждом отделении в таких случаях можно расположить одно или несколько сходных производств. Подобный метод компоновки оборудования позволяет сконцентрировать внимание обслуживающего персонала на технологических процессах каждого конкретного производства, что обеспечивает выпуск продукции высокого качества и исключает возможность загрязнения одного продукта другим.

Каждый аппарат должен быть установлен таким образом чтобы его было легче обслуживать, проводить наружный осмотр и текущий ремонт и проще смонтировать, демонтировать или изменить. Люки аппаратов, краны, вентили должны находиться в таких местах и на такой высоте, чтобы они тоже были вполне доступны для обслуживания.

Аппараты устанавливают на фундаментах или на конструкциях так, чтобы вода от смывки полов не вызывала коррозию конструкционных материалов.

Для транспортирования аппаратуры в цех, а также для демонтажа и ремонта предусматриваются постоянные или переменные монтажные проемы. Предпочтительнее в качестве монтажных проемов использовать двери или ворота цеха, или же окон проемы. Если же их габариты недостаточны, то для редко демонтируемых аппаратов иногда предусматривают возможность разбора части стены. Для подъема аппаратуры на верхние этажи и спуска его при демонтаже в междуэтажных перекрытиях тоже должны быть предусмотрены монтажные проемы (постоянные или переменно открываемые).

Цеховые хранилища, например для уксусной кислоты, азота, метилакрилата, лучше размещать вне здания цеха, чтобы в производственных помещениях не находились большие количества токсичных и огнеопасных веществ. При этом внешние хранилища ни в коем случае не должны затемнять световые проемы, затруднять доступ к цеху, загромождать заводскую территорию.

При установлении ширины проходов технолог и механик должны, с учетом действующих норм, создать возможность свободного маневрирования напольного и подвесного транспорта в цехе, и предусмотреть следующее:

1) площадки для временного хранения контейнеров с сырьем, промежуточных продуктов, демонтированных деталей аппаратов (на время ремонта, выполняемого на месте);

2) удобное обслуживание болтовых соединений, фланцев, люков, арматуры, трубопроводов (на высоте 1--1,5 м от уровня площадки фронтом к проходу);

3) возможность быстрой замены аппаратов с небольшим сроком службы, а также некоторых сменных деталей (мешалки, барботёры, теплообменные элементы и т. д.), катализаторов, насадок. Необходимость замены громоздких аппаратов с длительным сроком службы (3 года и более) можно не принимать во внимание;

4) площади для хранения тары (при доставке ее в цех 1 раз в сутки) и упакованных готовых продуктов (на время их анализов и приемки отделом технического контроля), а также для хранения промежуточных продуктов, вырабатываемых в цехе (на время их анализа или накопления перед смешением).

Основная задача технолога при компоновке оборудования заключается в правильном выборе категории помещений и опасных зон и типа зданий для размещения проектируемого объекта (выбор производится совместно со строителями и механиками), а также в правильном размещении фронтов обслуживания аппаратуры и щитов для контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации процесса.

Технолог должен участвовать как в компоновке оборудования, так и в проектировании специальных частей проекта, постоянно контролируя правильность выданных им заданий по результатам разработки тех или иных общеинженерных разделов. Проектанты других (нетехнологических) специальностей должны своевременно сообщать технологу о результатах работы и акцентировать его внимание на принятые ими отклонения от проектов других аналогичных производств.

Технолог должен оценить общий результат проекта компоновки оборудования по следующим показателям: доля стоимости оборудования в общей смете по объекту, количество производственной площади, приходящейся на один аппарат, строительный объем здания на 1м² его площади. Эти показатели проектируемого производства подлежат сравнению с показателями объектов, аналогичных данному по типу, объему и материалам аппаратуры.

Курсовым проектом разработано одноэтажное здание с сеткой колон 6Ч6, компоновка оборудования вид сверху, а также поперечный разрез цеха. Установлено тяжелое технологическое оборудование. По взрывопожарной и пожарной опасности оборудование расположено в закрытом здании из железобетона прямоугольной формы в плане с использованием пролетов одинаковой высоты. Размеры пролетов, расположение разбивочных осей (колон) и высоты зданий приняты по ГОСТ 23838 - 79. Согласно строительным нормам и правилам, высота одноэтажного здания принята

18 м.

При размещении оборудования предусмотрены проходы, обеспечивающие безопасное обслуживание оборудования, движения людей и транспорта, а также удобную очистку рабочих поверхностей оборудования. Проходы по фронту обслуживания взяли не менее 1,0 м. Предусмотрены площадки для установки транспортируемого оборудования, а также предусмотрены и установлены резерв для основного оборудования. В цеху предусмотрено природное освещение, а также бытовое помещение (санузел женский и мужской), КИП, мастерская, комната мастера, начальника цеха, операторская, вентиляционная камера, комнаты слесарей и мастеров.[22]

Заключение

Курсовой проект выполнен в соответствии с заданием.

В курсовом проекте рассмотрены и проанализированы методы производства ВЖК. На основании преимуществ и недостатков каждого метода, выбран метод окисления парафинов кислородом воздуха.

Приведены теоретические основы процесса окисления, как основного в производстве ВЖК данным методом.

С учётом технико-экономических показателей, оценки методов производства и анализа сырья технологии была разработана технологическая схема получения высших жирных кислот окислением парафина при температуре 100 - 120°С в присутствии катализатора перманганата калия в реакторе из хромоникелевой стали.

В технологической схеме был усовершенствован узел выхода готового продукта для более тонкого регулирования выходящих фракций.

Рассчитан материальный и тепловой баланс реактора. Определен расходный коэффициент парафин/ВЖК, который равен 3,16 т/т. Определено количество теплоты, которое необходимо отводить в процессе синтеза - .

В качестве основного технологического оборудования, выбрана окислительная колонна барботажного типа.

Преимущества разработанной схемы:

- тонкая регулировка выхода целевых фракций ВЖК;

- усовершенствованный реактор, благодаря наливному устройству, позволяет начинать синтез во время его загрузки, тем самым сохраняя технологическое время с 24 до 20 часов.

Технико-экономический расчёт производства ВЖК позволяет представить такие показатели, как

съём продукции с 1 м² производственной площади - 0,028 т/м²

рентабельность производства - 200%.

Предусмотрены мероприятия по безопасной работе с вредными веществами на производстве ВЖК. Предусмотрены способы очистки сточных вод.

В строительной части проекта предложено одноэтажное здание с сеткой колонн 6х6 м и высотой 18 м.

Расчёт технико-экономических показателей позволяет сделать заключение о целесообразности предложенной технологической схемы для синтеза ВЖК: срок окупаемости проекта - 7 месяцев.

Список литературы

1. Ковеня Т.В."Хімічний комплекс України. Аналіз роботи підприємств у 2009 році: (аналітичний огляд).»//Хімічна промисловість України.- К.: Союз хіміків України, 2010.-№1.-С 3-16.

2. Тимофеев В.С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: Учеб. пособие для вузов/В.С. Тимофеев, Л.А. Серафимов. - 2-е изд., перараб. - М.: Высш. шк., 2002. - 536 с.

3. Соколов Р.С. Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 т. -- М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000. -- Т. 2

4. Капкин В.Д., Савинецкая Г.А., Чапурин В.И. Технология органического синтеза: Учебник для техникумов. М.: Химия, 1987. 400 с.

5. Брунштейн Б.А., Клименко В.Л., Цыркин Е.Б., Производство синтетических кислот из нефтяного и газового сырья. Л.: 1970.

6. Болотин И.М., Милосердое П.Н., Суржа Е.И.. Синтетические жирные кислоты и продукты на их основе, М.: 1970.

7. «Исследование окисления высших альфа-олефинов с целью получения синтетических жирных кислот», Лакеев С.Н., Карчевский С.Г., Майданова И.О., Алексашев В.И., Материал межрегиональной научно-практической конференции «Инновационные процессы в области образования, науки и производства», апрель 2004 г. Россия, Республика Татарстан, г. Нижнекамск.

8. Справочник химика Т.2., Л. - М.: Химия, 1964. 1020 - 1021 С.

9. Jennings L. H., Beard J. H., Kalichevsky V. A., Petrol. Eng., 23, N° 8, C42 (1951).

10. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учеб. пособие для вузов. 4-е изд., перераб. - М.: Химия, 1988. - 592 с.

11. Луняка К.В. “Процеси і апарати хімічних виробництв. Курс лекцій”. Навчальний посібник. - Херсон: ХНТУ, 2006. - 152 с.

12. Довідкові матеріали для вивчення курсу "Процеси і апарати хімічних виробництв" та “Машини і апарати хімічних виробництв”, /К.В.Луняка - Херсон, ХНТУ. 2005. - 68 с.

13. Тютюнников Б.Н., Химия жиров, М., 1966;

14. http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00046/16600.htm

15. http://ru.wikipedia.org/wiki/парафин

16. http://automation-system.ru/asutp/asu-tp/41-opredelenie-funkczii-i-sostav-asutp.html

17. http://knowledge.allbest.ru/chemistry/2c0b65625b2bc68a5c53a88421316d27_0.html

18. ГОСТ 23683-89. Парафины нефтяные твердые;

19. ГОСТ 23239-89 Кислоты жирные синтетические фракций С5-С6, С7-С9, С5-С9, С10-С13, С10-С16, С17-С20. Технические условия

20. Макаров Г.В. и др. Охрана труда в химической промышленности. - М.: Химия, 1977.

21. Алиев Г.М., Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. - М.: Металургия, 1986. - 544 с.

22. Беркман Б.Е., Основы технологического проектирования производств органического синтеза.- под. Ред. Д.А. Гуревича. -М.: Химия, 1970. 186с.

Размещено на Allbest.ru