Проект лінії виробництва вінілацетату
Огляд методів виробництва вінілацетату. Побічні продукти синтезу вінілацетату та методи їх використання. Вибір та опис технологічного вузла ректифікації. Розрахунок ректифікаційної колони. Гідравлічний опір колони, розрахунок насоса та дефлегматора.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 19.07.2014 |
| Размер файла | 2,5 M |
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.
Нижня частина колони:
wн = 1,37 м/с (згідно розрахунків);
у = 56,6 мН/м (при tв = (tF+tW) /2 =107,5+116,7=112,10С) (табл.3.4);
0,1 = 0,000077 (73/56,6) ? (1,37/hс) 3,2,звідки hс = 0,158 м.
Висоту газорідинного шару розраховуємо за рівнянням:
hп = h0/ (1 - е),
де е - газовміст барботажного шару.
,
де Fr = w2/ (gh0).
Висота шару рідини на тарілці у верхній частині колони h0В= 0,019 м;
у нижній частині колони h0Н = 0,023 м (згідно розрахунків).
Критерій Фруда:
Frв = 1,342/ (9,81?0,019) = 9,63;
Frн = 1,372/ (9,81?0,023) = 8,32.
Газовміст барботажного шару:
ев = 9,630,5/ (1+9,630,5) = 0,76;
ен = 8,320,5/ (1+8,320,5) = 0,74.
Висота газорідинного шару:
hпв = 0,019/ (1-0,76) = 0,08 м;
hпн = 0,023/ (1-0,74) = 0,088 м.
Отже, відстань між тарілками:
верхня частина колони hв = 0,154 + 0,08 = 0,234;
нижня частина колони hн = 0,158 + 0,088 = 0,246 м.
Приймаємо відстань між тарілками однаковою для всієї колони
h = 0,25 м.
Висота колони:
Н = (52 - 1) ?0,25 + 0,6 + 1,5 = 14,85 м.
4.1.11 Тепловий розрахунок установки
Витрату теплоти, що віддається охолоджуючій воді у дефлегматорі-конденсаторі, знаходимо з рівняння:
Qд = GD (R + 1) rD,
де rD - середня теплота конденсацій дистиляту, Дж/кг.
Середню теплоту конденсації дистиляту знаходимо з рівняння:
rD = rв + (1-) rо. к.,
де rв, rо. к. - питомі теплоти конденсації води і оцтової кислоти відповідо за температури tD=103,7оС, які становлять 2257,58 та 406,4 кДж/кг відповідно
Таким чином,
rD = 0,878·2257,58 + (1-0,878) ·406,4 = 1979,52+49,58=2029,1 кДж/кг.
Охолоджуючій воді у дефлегматорі-конденсаторі віддається:
Вт.
Витрата теплоти, що отримується у кубі-випарнику від граючої пари, знаходимо з рівняння:
Qк = Qд + GDсDtD + GWсWtW - GFсFtF + Qвт,
де Qвт - теплові втрати, Вт; приймаємо у розмірі 3 % віт тепла, що витрачається
Питомі теплоємності взяті при відповідних температурах з рис. XI [6] та розраховані наступним чином:
=0,878·4210,95+ (1-0,878) ·2346,4=4149,02
=0,1139·4210,95+ (1-0,1139) ·2388,3=2617,38
=0,0076·4210,95+ (1-0,0076) ·2409,25=2424,38
tD = 103,7 оС, відповідно сD = 414902 Дж/ (кг· оС) - питома теплоємність дистиляту;
tW = 116,5 оС, відповідно сW = 2424,38 Дж/ (кг· оС) - питома теплоємність кубового залишку;
tF = 107,5 оС, відповідно сF = 2617,38 Дж/ (кг· оС) - питома теплоємність вихідної суміші.
Тоді:
Qк = 1,03 (649312 + (0,05·4149,02·101,5) + (0,37·2424,38·116,5) -
(0,42·2617,38·107,5)) =1,03 (649312+21056,28+104502,9-1099,3) =796985,04 Вт.
Витрата теплоти у паровому підігрівачі вихідної суміші:
Q = 1,05 GFсF (tF - tн)
У даному випадку теплові втрати прийняті у розмірі 5 % (згідно рекомендацій [5]). Питома теплоємність вихідної суміші
сF =2427,63 Дж/ (кг· оС) (рис. XI [6]) за середньої температури
tср = (107,5 + 18) /2 = 62,75оС.
=0,1139·4200,48+ (1-0,1139) ·2199,75=2427,63
Qк = 1,05·0,42·2427,63· (107,5 - 18) =95817,34 Вт.
Витрата теплоти, що віддається охолоджуючій воді у водяному холодильнику дистиляту:
Q = GDсD (tD - tк) = 0,05·3956,39· (101,5-25) = 15133,19 Вт,
де сD =3956,39 Дж/ (кг· оС) питома теплоємність дистиляту за середньої температури tср = (101,5 + 25) /2 = 63,25 оС.
=0,878·4200,47+ (1-0,878) ·2199,8=3956,39
Витрата теплоти, що віддається охолоджуючій воді у водяному холодильнику кубового залишку:
Q = GWсW (tW - tк) =0,37·2235,75· (116,5 - 25) =75691,32 Вт,
де сW =2235,75 Дж/ (кг· оС) питома теплоємкість дистиляту за середньої температури tср = (116,5 + 25) /2 =70,75 оС.
=0,0076·4200,48+ (1-0,0076) ·2220,7=2235,75
Витрата гріючої пари, що має абсолютний тиск Рабс = 0,4 МПа і вологість 5 % (згідно завдання):
а) у кубі-випарнику
кг/с;
Де rг. п. - питома теплота пароутворення насиченої водяної пари за тиску
б) у підігрівачі вихідної суміші
кг/с;
Разом витрата граючої пари:
Gг. п. =0,39+0,047=0,437 кг/с або 1,57 т/год.
Витрата охолоджуючої води за умови, що вона нагріється на 20 оС:
а) у дефлегматорі
;
б) у водяному холодильнику дистиляту
;
в) у водяному холодильнику кубового залишку
.
Разом витрата охолоджуючої води Vв=0,008+0,0002+0,001=0,0092 м3/с або 33,12 м3/год.
4.2 Конструктивний розрахунок
4.2.1 Розрахунок та вибір основних штуцерів колони
Для під'єднання до апарата трубопроводів застосовують штуцери. Штуцери складаються з патрубка та фланця. Штуцери приварюють до апарата.
Діаметр штуцерів визначаємо із рівняння витрати:
де
G - витрата рідини (пари) в січенні штуцера, кг/с;
- густина рідини (пару), кг/м3;
w - рекомендовані швидкості для рідин (пари) при вільному витіканні з посудини.
Рекомендовані [5] швидкості для рідин при вільному витіканні з посудини 0,5-1 м/с, приймаємо 0,7 м/с.
Рекомендовані [5] швидкості для пари при вільному витіканні з посудини 15-25 м/с, приймаємо 20 м/с.
Навантаження верху колони по парі:
Gп= (R+1) GD= (5,4+1) 0,05=0,32кг/с.
Середня мольна маса пари у верхній частині колони:
Мв. = МАуD + МВ (1 - уD) = 18?0,964 + 60 (1-0,964) = 19,51 кг/кмоль;
Густина потоку пари зверху колони:
кг/м3.
Витрата флегми на зрошення колони:
GR=R?GD=5,4?0,05=0,27кг/с
Вихідної суміші:
Приймаємо діаметр штуцера 32 мм.
Кубового залишку:
Приймаємо діаметр штуцера 32 мм.
Верху колони (пара):
мм
Приймаємо діаметр штуцера 200 мм.
Флегми на зрошення колони:
мм
Приймаємо діаметр штуцера 32 мм.
Фланцеві з'єднання для штуцерів стандартизовані. Тому їх розміри вибираємо за стандартами в залежності від умовного тиску та внутрішнього діаметру штуцерів.
Конструктивно вибираємо штуцер у днищі колони (штуцер відбору кубової суміші на кип'ятильник) та штуцер вводу перегрітої кубової суміші з кип'ятильника.
Dy= (0,1…0,2) Dв= (0,1.0,2) ?800 = 80.160 мм
Приймаємо:
Діаметр штуцера відбору кубової суміші на кип'ятильник Dy= 100 мм.
Діаметрдля штуцера вводу перегрітої кубової суміші Dy= 125 мм.
Усі штуцери забезпечуються плоскими приварними фланцями за
ГОСТ 1255-67, конструкція й розміри яких показані нижче з табл.4.6:
Рис.11. Фланці штуцерів
Табл. 4.6 Розміри приварний фланців (ГОСТ 1255-67)
|
d, мм |
D, мм |
D2, мм |
D1, мм |
h, мм |
n |
d1, мм |
h1, мм |
|
|
32 |
120 |
90 |
70 |
10 |
4 |
12 |
2 |
|
|
100 |
205 |
170 |
148 |
11 |
4 |
16 |
3 |
|
|
125 |
235 |
200 |
178 |
11 |
8 |
16 |
3 |
|
|
200 |
315 |
280 |
258 |
15 |
8 |
16 |
3 |
4.2.2 Днище
Відповідно до діаметра колони підбираємо днище з табл. 16.1 [7].
Найбільше поширення в хімічному машинобудуванні одержали еліптичні відбортовані днища за ГОСТ 6533 - 68, товщина стінки днища = 8 мм. Маса днища mд = 32 кг.
Рис. 12. Еліптичне днище
Сполука царги із днищами здійснюється за допомогою плоских приварних фланців відповідно до ГОСТ 26428-79 (табл.21.12 [7]):
Рис.13. Фланці для днища
4.3 Механічний розрахунок
Проектована колона працює в агресивному середовищі (основний агресивний компонент - оцтова кислота), здатному спричиняти корозію конструкційних матеріалів. Тому в якості основного конструкційного матеріалу треба використати сталь 10Х17Н13М2Т згідно ГОСТ 5632-72, яка поставляється у вигляді листового прокату труб; сталь 10Х17Н13М2Т можна застосовувати при температурі до 425ОС та тиску до 5 МПа для агресивного середовища. Зварювання такої сталі слід здійснювати аргоновою електродуговою зваркою.
Розрахунок на міцність від внутрішнього тиску проводимо для всіх основних елементів апарата (обичайки, днищ, кришок) згідно
ГОСТ 14249-80. Основним розрахунковим елементом при цьому є товщина стінки.
4.3.1 Обичайка
Товщину стінки обичайки S колони визначаємо за формулою:
де D - внутрішній діаметр апарату;
ц - коефіцієнт міцності поздовжнього зварного шва обичайки в порівнянні з міцністю основного металу, значення якого приймають в залежності від конструкції шва та умов зварювання. Коефіцієнт міцності зварних повздовжніх односторонніх швів при ручній зварці ц=1 (ГОСТ 14249-80);
Ск - прибавка на корозію та ерозію, яку при проникності матеріалу. Приймаємо рівною 3мм;
р - надлишковий тиск в апараті, р= 0,02 МПа;
[у] - граничне напруження для сталі.
За таблицею для сталі 10Х17Н13М2Т допустиме напруження [у] =152 Н/мм2 (при 1000С) і [у] =138 Н/мм2 (при 1500С) з рис.14.2 [7]
Лінійною апроксимацією знаходимо розрахункове допустиме напруження при робочій температурі:
[у] = ( (152-138) / (150-100)) * (150-117) +138 = 144,24 Н/мм2
мм.
Відповідно до рекомендацій приймаємо товщину обичайки д = 8 мм.
4.3.2 Кришка
Товщина стінки еліптичної кришки дорівнює:
Де ц - коефіцієнт послаблення зумовлений наявність штуцерів та люків.
мм.
Приймаємо товщину стінки стінки еліптичної кришки Sкр=8мм, як найближче більше ціле парне число, для якого виконується умова:
0,1 (S-C) /Dв= (8-3) /800=0,00380,002
4.3.3 Днище
Товщина стінки еліптичного відбортованого днища визначаємо за такою ж формулою як для кришки:
мм.
Приймаємо товщину стінки еліптичного відбортованого днища Sдн = 8мм, як найближче більше ціле парне число, для якого виконується вказана вище умова: 0,1 (S-C) /Dв= (8-3) /900=0,00380,002
4.3.4 Опора
Апарати вертикального типу із співвідношенням Н/D > 5, які розташовують на відкритих площадках, оснащують конічними опорами, конструкція яких показана на рис.4.9.
Рис.4.10. Конічна опора апарата
Розрахуємо орієнтовну масу апарата.
Маса обичайки:
де Dз = 0,816 м - зовнішній діаметр колони; Dв = 0,8 м - внутрішній діаметр колони;
Нз = 14,85 м - висота циліндричної частини колони;
с = 7900 кг/м3 - густина сталі.
mк=1,1 (mоб+52m1+m2+m3+m4)
де m1 - маса тарілки ТС кг; m2 - маса пари фланців, кг; m3 - маса днища, кг; m4 - маса кришки, кг;
m1 =21 кг; m2=135кг; m3=60кг; m4 =59,4 кг.
mк=1,1 (2381+52·21+135+60+59,4) =4210кг.
Загальна вага колони: G=mкg=4210?9,8=41297Н.
Приймемо внутрішній діаметр опорного кільця D1=0,93 м; зовнішній діаметр опорного кільця D2=1,2м.
Площа опорного кільця
S=0,785 (D22 - D12) =0,785 (1,22-0,932) =0,45 м2.
Питоме навантаження опори на фундамент
у =G/S=41297/0,45=91771Па=0,091МПа.
Допустиме питоме навантаження на бетоний фундамент
уф=15…25МПа. Таким чином, у < уф.
4.4 Гідравлічний розрахунок
4.4.1 Гідравлічний опір колони
Опір однієї тарілки:
ДРт = ДРс + ДРу + ДРст,
де ДРс - опір сухої тарілки, Па; ДРу - опір, обумовлений силами поверхневого натягу, Па; ДРст - статичний опір шару рідини на тарілці, Па.
Розрахунок проводимо окремо для верхньої і нижньої частини колони.
Верхня частина колони:
Гідравлічний опір сухої тарілки:
ДРсв = ,
де х0 - швидкість пари в отворах сітчастої тарілки, м/с; ж - коефіцієнт опору (для сітчастих тарілок ж=1,82). [5]
?Рсв = 1,82 = 256,84 Па.
Гідравлічний опір, обумовлений силами поверхневого натягу:
ДРув = 4ув/dе = 4?58,1?10-3/0,003 = 77,47 Па.
Статичний тиск шару рідини визначимо з рівняння:
ДРст = 1,3 (К'hпер + Дh,
де К' - відносна густина парорідинного шару на тарілці (приймають 0,4 - 0,6); Дh - величина перевищення рідіни на тарілці; hпер - висота переливного порогу, м; сх - густина рідини на тарілці, кг/м3. Потоку рідини, К?1.
Без врахування величини перевищення рідини на тарілці:
?Рст = 1,3 hпер схв g = 1,3?0,5?0,04?952?9,81 = 242,82 Па.
Повний гідравлічний опір тарілки:
?Ртв = 256,84 + 77,47+ 242,82 = 577,13 Па.
Сумарний опір укріплюючої частини колони:
?РВ = ?Ртв?n2 = 577,13?31 = 17,89 кПа.
Нижня частина колони:
?Рсн = 1,82?172?0,5?1,6 = 420,78 Па;
?Рун = 4?56,6?10-3/0,003 = 75,47 Па;
?Рст = 1,3?0,5?0,04?937?9,81 = 238,99 Па;
?Ртн = 420,78 + 75,47 + 238,99 = 735,24 Па.
Сумарний опір вичерпуючої частини колони:
?РН = ?Ртн?n1 = 735,24?21 = 15,44 кПа.
Гідравлічний опір колони:
?Р = ?РВ + ?РН = 17,89 + 15,44 = 33,33 кПа.
4.4.2 Розрахунок насоса
Вибір трубопроводу:
Для всмоктую чого і нагнітального трубопроводу приймаємо однакову швидкість руху вихідної суміші рівну 2 м/с. Тоді діаметр трубопроводу рівний:
м
Вибираємо стальну трубу зовнішнім діаметром 0,02м, товщиною стінки 2мм. Внутрішній діаметр труби d=0,016м.
Фактична швидкість рідини в трубі:
Приймемо, що корозія в трубопроводі незначна.
Визначення втрат напору на тертя і місцеві опори:
Таким чином режим руху турбулентний. Приймемо абсолютну шорсткість рівною Д=2·10-4м. Тоді:
е=Д/d=2·10-4/0,016=0,0125.
Далі отримуємо:
1/е=80; 560/0,0125=44800; 10/0,0125=800;
Re>44800.
Таким чином, в трубопроводі має місце зона, автомодельна щодо Re, тому коефіцієнт тертя розраховуємо:
л=0,11·е0,25=0,11·0,01250,25=0,037.
Визначимо суму коефіцієнтів місцевих опорів.
Для всмоктуючої лінії:
1) Вхід в трубу (приймаємо з гострими краями): о1=0,5;
2) Прямоточні вентелі: для d=0,016м о2=0,9;
3) Відводи під кутом 90?: коефіцієнт А=1, коефіцієнт В=0, 195; о3=0, 195.
Сума коефіцієнтів місцевих опорів на всмоктуючій лінії:
?о= о1+о2+2о3=0,5+0,9+2·0, 195=1,79.
Втрати напору у всмоктуючій лінії:
.
Для нагнітальної лінії:
1) Відводи під кутом 90?: коефіцієнт А=1, коефіцієнт В=0, 195; о1=0, 195;
2) Прямоточні вентелі: для d=0,016м о2=0,9;
3) Вхід в трубний простір теплообмінника і вихі д знього о3=1,5;
4) Вихід із труби: о4=1;
Сума коефіцієнтів місцевих опорів в нагнітальній лінії:
?о= 3о1+о2+2о3+о4=3·0, 195+0,9+2·1,5+1=5,49.
Втрати напору у нагнітальній лінії:
.
Загальні втрати напору:
hв=hв. вс. +hв. нг. =3,29+7,06=10,35м.
3. Вибір насоса.
Знаходимо необхідний напір насоса:
де р1 - тиск в апараті, з якого перекачується рідина; р2 - тиск в апараті, в який подається рідина; Hг - геометрична висота підйому рідини; hв - сумарні втрати напору на всмоктуючій та нагнітальній лініях.
.
Такий напір при заданій продуктивності забезпечується одноступеневий центр обіжний насос.
Корисна потужність насоса:
Nк=сgQH=946·9,81·4,44·10-4·27,51=650Вт
Приймаємо зпер=1, зн=0,6, тоді потужність на валу двигуна:
N= Nк/ (зпер зн) =650/ (1·0,6) =1,08кВт.
Визначаємо, що заданій подачі і напору найбільше відповідає відцентровий насос марки Х2/25, для якого за оптимальних умов роботи Q=4,2·10-4м3/с, H=25м.
Насос забезпечений електродвигуном типу АОЛ-12-2 номінальною потужністю Nн=1,1кВт. Частота обертання валу n=50с-1.
Визначення граничної висоти всмоктування:
Де р1 - тиск в апараті, з якого перекачується рідина; р0 - тиск насиченої пари рідини, що перекачується, за робочої температури; щвс. - швидкість рідини у всмоктуючому патрубку насоса; hв. вс. - втрати напору на всмоктуючій лінії; hз. - запас напору, необхідний для попередження кавітації.
Запас насоса на кавітацію:
hз=0,3· (Q·n2) 2/3=0,3· (4,44·10-4·502) 2/3=0,32м.
За таблицею тиску насиченої пари знаходимо, що при 18?С р0=1,5·103Па. Приймемо, що атмосферний тиск рівний р1=105Па, а діаметр всмоктую чого патрубка рівний діаметру трубопроводу. Тоді гранична
висота всмоктування:
.
5. Розрахунок дефлегматора
Вибираємо чотирьохтактний пароводяний теплообмінний апарат. Нагріваюче середовище - вода всередині латунних трубок, гріючий теплоносій - сухий насичений пар в міжтрубному просторі. Конструкція апарату - вертикальний протитечія.
Температурна схема процесу
tD=103.7 0С
tвн=17 0С
tвк=22 0С
Розрахуємо середню рушійну силу теплопередачі
Дtб=tD - tвн = 103.7 - 17 = 86.7
Дtм=tD - tвк = 103.7 - 22 = 81.7
Дtср
Розрахуємо середню температуру води:
Дt2=tD - tср = 103.7 - 83.184 =20.51
Розрахунок теплофізичних властивостей, для води при t=100.51C
с2=998.1 кг/м3
м2=1.0155*10-3 Па*с
л2=59.78*10-2 Вт/м*К
с2=4.19 кДж/м2*К
дистилят при tD=103.7C
Теплова нагрузка апарата:
Витрата охолоджуючої води
Витрата охолоджуючої води при нагріванні на 50С
Приймаємо k=500 Вт/м2К, тоді
Розрахунок площі поперечного перерізу
Розрахунок площі поперечного перерізу трубного простору одного ходу St, при якому режим течії води буде турбулентним
Приймемо Re=104 и d=25x2 мм тоді
Звідси знайдемо площа поперечного перерізу трубного простору одного ходу:
Виберемо за каталогом для уточнюючого розрахунку конденсатор з поверхнею F = Fmax і St <16.4 * 10-2 м2, таким параметрам задовольняє наступний конденсатор:
D=820 мм
l=2 м
d=25x2 мм
число ходів = 2
число труб = 240
число труб по вертикалі =16
F=38 м2
Трубний простір
Розрахунок швидкості течії в трубному просторі:
Визначення режиму течії рідини
Так як Re>104, то критериальне рівняння має вигляд:
Приймаємо =1, тоді
Знаючи критерій Нуссельта, визначимо коефіцієнт тепловіддачі за формулою:
Міжтрубний простір. Приймемо розташування теплообмінника горизонтальним. Розрахуємо коефіцієнт тепловіддачі при конденсації пари на пучку горизонтальних труб:
о - поправочних множник, що враховує вплив числа труб по вертикалі (о=0.56);
оТ - поправочна функція ()
Термічний опір стінки і забруднень
Як холодоагент використовуємо воду з середнім забрудненням теплової провідності забруднень стінок, а теплова провідність забруднень стінок органічними парами
Товщину шару забруднення приймемо рівної 2 мм. В якості матеріалу труб виберемо сталь з коефіцієнтом теплопровідності
Тоді термічний опір забруднень труб:
Метод ітерацій. Задаємось tст=60 0С
Уточнимо б1
Разрахуємо tст2
Разрахуємо q2
Визначення похибки збіжності теплових потоків
Уточнимо б2 при tст2=30.75 0С
Уточнення коефіцієнта теплопередачі і поверхні теплопередачі
Потрібно встановити теплообмінник
D=600 мм
d=25x2 мм
число ходів = 2
число труб = 240
число труб по вертикалі = 16
F=38 м2
Запас поверхні дорівнює:
6. Охорона праці
При проектуванні технологічного процесу ректифікації для розділення суміші вода - оцтова кислота необхідно, поряд з усім іншим, спланувати заходи по захисту людей зайнятих виробництвом від шкідливих факторів, які є невід'ємною частиною цього виробництва.
Процес ректифікації здійснюється в ректифікаційній установці, основним апаратом якої є ректифікаційна колона, в якій пари рідини, що переганяється, піднімаються знизу, а назустріч їй стікає рідина, яка подається у вигляді флегми у верхню частину апарату.
6.1 Характеристика відділення з точки зору охорони праці, аналіз шкідливих і небезпечних виробничих факторів
Відділення ректифікації для розділення суміші вода - оцтова кислота розташовуємо у виробничому приміщенні з підвітряного боку до будівель з меншою шкідливістю і побутових приміщень. За технологічними вимогами склад готових продуктів розташовуємо з санітарним розривом не менше 50 м до найближчих будівель.
При проектуванні приймаю у відповідності зі СН 181-70 площу виробничих приміщень на кожного працюючого не менше 4,5 м2 і обєм не менше 15 м3; висоту проходів транспортних галерей 1,8 м і ширину 1 м (при розміщенні трубопроводів і кабелів 0,7 м); висоту пішохідних тунелів 2,1 м і ширину 1,5 м. Ухил маршів у сходових клітках приймаємо по ДБН В2.2 - 28: 2010 1: 2 при ширині проступу 0,3 м; нахил маршів у відкритих сходах 1: 1 і ширину не менше 0,7 м.
Стосовно до даної технологічної лінії необхідно брати до уваги такі шкідливі впливи, як підвищена концентрація шкідливих речовин, шум і вібрацію, що створює обладнання ректифікації під час роботи. Тобто необхідно дотримуватись вимог ГОСТ 12.1.005-88 "Загальні санітарно - гігієнічні вимоги до повітря робочої зони", а також дотримуємось рівня шуму і вібрації відповідно до СН 2.2.4/2.1.8.566-96.
Конструкція ректифікаційної колони забезпечує виконання вимог, передбачених за ГОСТ 122.003-74 ССБТ "Обладнання виробниче. Загальні вимоги безпеки".
Небезпечними факторами в колоні є наявність нагрітих частин, небезпека отруєння парами оцтової кислоти, опіки відкритих ділянок шкіри.
6.2 Виробнича санітарія та гігієна праці
Для створення нормальних умов праці в головному корпусі, в ректифікаційних відділеннях передбачаємо центральне парове опалення низького тиску, джерелом якого є котельня.
Шкідливим в будівлях технологічного комплексу є небезпечні випари а також шкідливі частинки пилу. Вентиляцію проектуємо у вигляді місцевих відсмоктувачів - аспірації. Для боротьби з пилом передбачаємо кожухи, забезпечені патрубками для відсмоктування. В якості засобів індивідуального захисту від застосовано аспіратори (пелюсткові, шлангові), окуляри, спецодяг, фільтруючі промислові протигази марок А і В
У відділенні де розташований дефлегматор шум відноситься до постійного.
Для шуму створюваного вентиляційними установками допустимі рівні звукового тиску встановлюємо на 5 дБ нижче зазначених. Для систем вентиляції застосовуємо спеціальні глушники типу ГСМВ - 5 і типу ГШ - 5. Для технологічного устаткування - звукоізолюючі кожухи і камери.
Для працюючих передбачаємо різні засоби індивідуального захисту (антифони, беруші, шумозахисні навушники і шоломи), виготовлені з пластичних (неопрен, віск) і твердих (гума, ебоніт) матеріалів.
Захист від впливу вібрацій включає технічні, організаційні заходи та застосування засобів індивідуального захисту.
Для віброізоляції вентиляторні установки змонтовуємо на прокладки з гуми, і пружини. Організаційні заходи включають установку певного режиму праці та відпочинку, проведення лікувально-профілактичних заходів.
У відділенні дефлегматора передбачаємо штучне - робоче освітлення (не менше 150 лк при люмінесцентних лампах і не менше 75 лк при лампах), що забезпечує нормальну роботу, прохід людей і рух транспорту; чергове освітлення передбачаємо в разі відключення робочого освітлення, а також передбачаємо аварійне освітлення для евакуації людей, де працююче обладнання становить небезпеку для людей, які знаходяться поблизу нього. Аварійне освітлення для евакуаційного виведення людей з відділення створює освітленість на підлозі та основних проходів і на щаблях сходів не менше 0,5 лк.
6.3 Техніка безпеки
У запроектованому відділенні передбачаємо такі заходи з техніки безпеки:
Достатнє освітлення виробничих і допоміжних будівель і приміщень, а також освітлення територій, доріг і робочих місць на відкритих майданчиках в темний час доби.
Конструкція огороджень у машинах і приводах.
Забезпечуємо міцность конструкцій обслуговуваних майданчиків, містків, переходів, лазів і сходів, забезпечення їх перилами висотою не менше 1 м з перекладиною і суцільною обшивкою по низу поручнів на висоту 0,15 м.
Дотримуємось норм відстанней між машинами і аппаратами, від стін до габаритів обладнання: мінімальна відстань на основних проходах не менше 1,5 м; при робочих проходах між машинами - не менше 1 м, між стіною і машинами не менше 0,7 м.
5. Обов'язкова наявність і справність засобів індивідуального захисту у персоналу.
6. Подачу рідких реагентів проводимо на майданчика по трубопроводах за допомогою насосів.
7. Повітродувки розташовуємо в спеціальних приміщеннях зі звукоізоляцією.
8. Забезпечуємо цехи засобами пожежної та охоронно-пожежної сигналізації, а також установками, обладнанням та інвентарем пожежогасіння.
Щоб уникнути нещасних випадків необхідно дотримуватись наступних вимог:
до роботи допускаємо осіб не молодше 18 років, ознайомлених з конструкцією ректифікаційної колони і котрі пройшли інструктаж з техніки безпеки;
під час роботи ректифікайної колони (РК) категорично забороняється проводити будь-які роботи з очищення та ремонту;
категорично забороняється робота РК без засобів протипожежної безпеки.
під час роботи РК забороняється перебування людей поблизу нагрітих частин, а також порушення захисту огорожі.
забороняється піддавати РК будь-яким механічним впливам, як зовні, так і зсередини, тому, що це може призвести до деформації і, як наслідок, пошкодження РК.
організовуємо надійне заземлення електронасоса і пускової апаратури за ГОСТ 12.1.030-81 та ПУЕ.
робоча площадка повинна бути освітлена. Проектована нами освітленість становить не менше 150 лк.
6.4 Пожежна профілактика
Пожежна небезпека процесів ректифікації визначається пожежонебезпечними властивостями речовин і режимом роботи РК (температура, тиск). Більшість колон працює під невеликим тиском 0,12.0,7 МПа
Ректифікаційне відділення відноситься до категорії виробництва "В" пожежонебезпечне і ступеня II - мінімальні допустимі межі вогнестійкості несучих стін, сходових клітин і колон становить 2 години, а також максимальні допустимі межі поширення вогню не допускаються. Найбільша відстань при густині людського потоку 3-5 чол/м2 становить 100 метрів, ректифікаційне відділення відповідає цим нормам.
За нормами первинних засобів пожежогасіння приймаємо 11 ручних вогнегасників типу ОУ - 2, ОУ - 5, ОУ - 8, а також 45 пінних хімічних вогнегасників та 22 бочки з водою, місткістю не менше 0,2 м3 кожна і 11 відер. Передбачаємо пожежне водопостачання, яке об'єднується з господарсько питним водопроводом.
Відповідальність за дотримання протипожежного режиму, за правильне використання протипожежного обладнання та інвентарю, закріпленого за кожним робочим місцем, покладається на робітника. У період оформлення на роботу співробітники проходять первинний протипожежний інструктаж про заходи протипожежної безпеки. Пожежний нагляд здійснюється Державним пожежним наглядом.
Відділення має телефонний зв'язок з обслуговуючою пожежною командою і комутатором підприємства.
На майданчиках підприємства спроектований протипожежний трубопровід. Пожежні гідранти розміщуємо вздовж доріг на відстані не більше 150 м один від одного, не ближче 5 м від стін будівлі і поблизу перехресть не далі 2 м від краю проїжджої частини. Дороги виробничого призначення придатні для проїзду пожежних автомобілів.
6.5 Вимоги безпеки до виробництва оцтової кислоти
Затверджуємо на кожний технологічний процес - Технологічний регламент, проект якого є складовою частиною проектної технологічної документації. Працівники дотримуються правил безпеки управління технологічними процесами відповідно до Технологічного регламенту.
Забезпечуємо постійний контроль за займанням пожежо-вибухонебезпечних сумішей у повітрі виробничого середовища:
- при виробництві оцтової кислоти - у відділеннях компресії, холодильного блоку, аналізаторної та акумуляторної;
У разі якщо концентрація пожежо-вибухонебезпечної суміші досягне значення, за якого відбувається її займання, що відповідає нижній границі вибуховості, персонал об'єкта вживає заходів згідно з ПЛАС.
Забезпечуємо зберігання сировини, матеріалів, напівфабрикатів та готової хімічної продукції в спеціально обладнаних складських приміщеннях або на спеціальних майданчиках.
Двері складу, де зберігаються речовини, замикаємо на замок, пломбуємо й обладнуємо системою сповіщення в разі несанкціонованого їх відмикання.
Забороняємо виконання виробничих операцій на складах зберігання сировини, матеріалів, готової продукції, за винятком робіт, пов'язаних з підготовкою їх до транспортування.
Забезпечуємо вільний доступ для контролю за станом готової продукції при зберіганні, укладанні, розфасовці готової продукції.
Отже, для попередження нещасних випадків (отруєнь, опіків і т.д.), а також для попередження хронічних професійних захворювань обслуговуючий персонал повинен досконало вивчити і суворо виконувати всі інструкції й норми з техніки безпеки і протипожежної безпеки. Поряд із вивченням технологічного процесу і фізико-хімічних властивостей сировини і продуктів, працівники даного виробництва повинні добре знати фізіологічну дію на організм людини всіх матеріалів, які використовуються в цеху, дотримуватись правил особистої гігієни, вміти користуватися індивідуальними засобами захисту і засобами гасіння полум'я, вміти надати першу медичну допомогу потерпілому, знати і виконувати правила безпечного користування електрообладнанням.
7. Економічна частина
В даному економічному розділі обґрунтовується економічна доцільність розробки і промислового впровадження спроектованої ректифікаційної колони для розділення бінарної суміші вода - оцтова кислота.
Розділення рідкої суміші базується на різній летючості речовин. При ректифікації вихідна суміш ділиться на дві частини: дистилят - суміш, збагачена низькокиплячим компонентом і кубовий залишок - суміш, збагачена висококиплячим компонентом.
Процес ректифікації здійснюється в ректифікаційній установці, основним апаратом якої є ректифікаційна колона, в якій пари рідини, що переганяється, піднімаються знизу, а назустріч їй стікає рідина, яка подається у вигляді флегми у верхню частину апарату.
Оцтова кислота - один з базових продуктів промислового органічного синтезу. Більш ніж 65 % світового виробництва оцтової кислоти іде на виготовлення полімерів, похідних целюлози та вінілацетату. Полівінілацетат є основою багатьох ґрунтівних покритів та фарб. З ацетатної целюлози виготовляють ацетатне волокно.
Оцтова кислота та її естери важливі промислові розчинники та екстрагенти.
7.1 Визначення комплексного показника якості
Комплексний показник якості Пя визначається шляхом порівняння показників якості проектованого виробу і вибраного аналогу.
За аналог обирається виріб, що відповідає проектному рішенню (проектованій конструкції) за сферою застовування та функціональному призначенню і є широко представлений на обраному ринку.
За аналог вибираємо ректифікаційну колону для розділення бінарної суміші вода - оцтова кислота з ковпачковими тарілками - Пан.
Для визначення Пя використовується система показників технічного рівня і якості, яка містить в собі наступні групи:
1. Показники призначення
2. Показники надійності
3. Ергономічні показники
4. Показники стандартизації і уніфікації
5. Показник безпеки
Таблиця 7.1
Розрахунок комплексного показника якості
|
№ П/п |
Показники, одиниці вимірювання |
Значення показників |
Коеф. Вагомості, gi |
Зважений параметричний індекс якості |
|||
|
Аналог Пан |
Проектний виріб, Ппро |
Відносний показник якості, Сі |
|||||
|
1 |
Показники призначення |
||||||
|
1,1 |
Витрата живлення кг/с |
0,9 |
0,429 |
2,097 |
0,15 |
0,314 |
|
|
1,2 |
Висота роб. частини колони, мм. |
3600 |
3000 |
1,2 |
0,18 |
0,216 |
|
|
1,3 |
Продуктивність кг/год |
21000 |
26700 |
0,78 |
0,2 |
0,156 |
|
|
1,4 |
Максимальна робоча температура |
130 |
132 |
0,98 |
0,23 |
0,2254 |
|
|
2 |
Показники надійності |
||||||
|
2,1 |
Ймовірність відмов |
0,005 |
0,003 |
1,66 |
0,035 |
0,0581 |
|
|
2,2 |
Напрацювання на відмову, рік |
9 |
6 |
1,5 |
0,01 |
0,015 |
|
|
3 |
Ергономічні показники |
||||||
|
3,1 |
Зручність використання |
4 |
5 |
0,8 |
0,04 |
0,032 |
|
|
3,2 |
Цілісність композиції |
4 |
4,5 |
0,88 |
0,015 |
0,0132 |
|
|
3,3 |
Товарний вид |
4.5 |
5 |
0,9 |
0,02 |
0,018 |
|
|
4 |
Показники стандартизації і уніфікації |
||||||
|
4,1 |
Коефіцієнт застосовності |
79 |
95 |
0,83 |
0,025 |
0,02 |
|
|
4,2 |
Коефіцієнт повторюваності |
2,5 |
2 |
1,25 |
0,03 |
0,0375 |
|
|
5 |
Показник безпеки |
||||||
|
5,1 |
Безпечність експлуатації |
09 |
1 |
0,9 |
0,065 |
0,0585 |
|
|
Сума |
1 |
1,1637 |
Отже, згідно з формулою, комплексний показник якості рівний:
7.2 Визначення показників економічної ефективності проектних рішень
7.2.1 Визначення собівартості і ціни спроектованого пристрою
Таблиця 7.2
Вартість комплектуючих виробів
|
Комплектуючі вироби |
Кількість, шт |
Вартість за одиницю, грн. |
Сума, грн |
|
|
Ситчасті тарілки |
256 |
55 |
14080 |
|
|
Штуцер |
22 |
40 |
880 |
|
|
Люк |
4 |
950 |
3800 |
|
|
Термометр ртутний |
4 |
350 |
1400 |
|
|
Термометр опору |
4 |
450 |
1800 |
|
|
Манометр |
1 |
300 |
300 |
|
|
Теплоізоляція |
1 |
4250 |
4250 |
|
|
Кипятильник |
1 |
1500 |
1500 |
|
|
Перехідник конусний |
2 |
1000 |
2000 |
|
|
Болти |
185 |
5 |
925 |
|
|
Ущільнюващі |
20 |
25 |
500 |
|
|
Насоси |
2 |
2100 |
4200 |
|
|
Дефлегматор |
1 |
3250 |
3250 |
|
|
Царга |
1 |
1050 |
1050 |
|
|
Днище |
1 |
2500 |
2500 |
|
|
Разом |
- |
- |
40635 |
Визначення виробничої собівартості спроектованого апарату здійснюється за питомою вагою у ньому окремих елементів витрат. Питома вага елементів витрат встановлюється за даними структури собівартості приладу-аналога.
Свир2 = 100/Ум*М2
де Свир2 - виробнича собівартість спроектованого приладу, розрахована методом питомих ваг, грн.;
Ум - питома вага вартості основних матеріалів і комплектуючих виробів у виробничій собівартості аналога (65%);
М2 - вартість основних матеріалів і комплектуючих виробів спроектованого приладу.
Свир2 = 100/65•40635=62515 грн
Повна собівартість спроектованого приладу, необхідна для розрахунку економічного ефекту в умовах виробництва, визначається із співвідношення:
Сп2 = Свир. у х (1 + О/100)
Сп2 = 62515• (1 + 5/100) =65640,75 грн
Для визначення економічного ефекту в умовах виробництва знаходимо ціну спроектованого пристрою:
Ц2 = 65640,75 • (1 +30/ 100) = 85332,975 грн.
Вартість аналогу становить 88000 грн.
Отже, економічний ефект у сфері виробництва становить:
Ев = 88000 - 85332,975 = 2667,025 грн.
7.2.2 Визначення економічного ефекту в сфері експлуатації
Економічний ефект в умовах експлуатації за весь термін служби приладу визначається за формулою:
Ее = Еер • (1 +r) j = Еер • (1 +r) Tc2-1 + Еер • (1 +r) jTc2-2 + ? +Еер •
(1 +r) Tc2-j +Еер • (1 + r) Tc2-Tc
Де j - номер року, в якому ведеться розрахунок;
r - банківська депозитна ставка,% / рік (18% засередньостатистичними даними);
Еер - річний експлуатаційний ефект від застосування спроектованого приладу, грн. /рік;
Тс2 - термін служби спроектованого приладу, років:
Еер = Еа + Еен + Езпл + Ер
де, Еа - річний економічний ефект на амортизації, грн. /рік;
Еен - річний економічний ефект витрат на енергію, грн. /рік;
Езпл - річний економічний ефект на заробітній платі, грн. /рік
Ер - річний економічний ефект на ремонтних витратах, грн. /рік;
Річний економічний ефект на амортизації визначається:
Еа = Н • К • (ЦІ - Ц2 /100
де Н - річна норма амортизації для даної групи приладів, %/рік,
(Н= 16,7%);
К - коефіцієнт прискорення амортизації активної частини основних фондів (К = 0,6);
Ц1, Ц2 - оптова ціна аналога та спроектованого приладу, грн.
Еа = 16,7•0,6• (88000 - 85332,975) /100 = 397,23 (грн. /рік)
Річний економічний ефект на витратах на енергію визначається:
Еен = (М1 - М2) • Т • а,
де, М1. М2 - споживані потужності відповідно аналога та спроектованого приладу. а = 1,1 грн - тариф за 1 кВт/год.
Т = 264 • 8 - к-ть робочих годин на рік (згідно з прийнятим бюджетом
робочого часу на відповідний період);
Еен = (0,55 - 0,4) •2112 •1,1 = 448,48 грн / рік.
Річний економічний ефект по заробітній платі у нашому випадку:
Езпл = 0,так як зарплата фахівця з обслуговування залишилася такою ж.
Оскільки конструкцією камери ремонт не передбачений, то Ер=0.
Сумарний річний економічний ефект визначається за формулою:
Еер = 397,23+ 448,48 = 845,71 грн / рік
Термін експлуатації пристрою становить 10 років.
Річний Еер = 845,71 грн /рік.
Тоді сумарний економічний ефект за термін експлуатації становить:
Ее = 845,71•3,19 + 845,71•2,70 + 845,71•2,29 + 845,71•1,94 + 845,71•1,64+ 845,71•1,39 + 845,71•1,18 +845,71•1 = 9279,06 грн.
Загальний економічний ефект:
Ез = Ев + Ее = 9279,06 + 397,23= 9676,29 грн.
Термін окупності спроектованої установки визначаємо за формулою:
tok= = 3.1 року
7.3 Висновок про доцільність розробки нового апарату
Проведено розрахунок витрат для виготовлення проектованої ректифікаційної колони з ситчастими тарілками для розділення бінарної суміші вода - оцтова кислота, та здійснено оцінку економічної ефективності проектованого апарату порівнюючи його з аналогом - ректифікаційною колоною з ковпачковими тарілками, і цим показано, що дане проектне рішення має переваги в порівнянні з аналогами, зокрема: простота та дешевизна конструкції апарату, якість вихідного продукту, зручність використання та обслуговування конструктивних елементів, продуктивність та надійність. Також проведено визначення показників економічної ефективності проектного рішення.
Відповідно до отриманих показників дане проектне рішення є конкурентноздатним. В результаті отримано додатній економічний ефект у розмірі 9546,29грн., тому розробка і впровадження цього проектного рішення є економічно доцільними.
Висновки
В даній дипломній роботі спроектовано лінію виробництва вінілацетату. Розраховано обладнання вузла ректифікації оцтова кислота - вода продуктивністю 5 т/год.
Отримані наступні дані:
Діаметр колони - 800 мм;
Висота колони - 14,85 м;
Витрата дистиляту - 180 кг/год;
Витрата кубового залишку - 1332 кг/год;
Витрата флегми на зрошення - 972 кг/год;
Витрата граючої пари:
а) в кубі-випарнику - 1404 кг/год;
б) в підігрівачі вихідної суміші - 169,2 кг/год;
Всього: 1,57 т/год;
Витрата охолоджуючої води:
а) в дефлегматорі - 28,8 м3/год;
б) в водяному холодильнику дистиляту - 0,72 м3/год;
в) в водяному холодильнику кубового залишку - 3,6 м3/год;
Всього: 33,12 м3/год;
Швидкість пари в колоні - 1,1 м/с;
Кількість тарілок:
Всього - 52, з них верхніх - 31, нижніх - 21;
Вихідну суміш а колону подає відцентровий насос марки Х2/25,забезпечений електродвигуном типу АОЛ-12-2;
Повний гідравлічний опір колони - 33,33 к/Па;
Питоме навантаження опори на фундамент - 0,04 МПа.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Фізико-хімічна характеристика процесу, існуючі методи одержання вінілацетату та їх стисла характеристика. Основні фізико-хімічні властивості сировини, допоміжних матеріалів, готової продукції; технологічна схема; відходи виробництва та їх використання.
реферат [293,9 K], добавлен 25.10.2010Експлуатація промислових насадкових колон. Фізико–хімічні основи процесу ректифікації. Розрахунок основного обладнання. Матеріальний баланс ректифікаційної колони. Розрахунок та вибір кожухотрубного теплообмінника–холодильника кубового залишку.
курсовая работа [629,7 K], добавлен 15.11.2015Призначення та область використання установки виробництва аміаку. Вибір опори колони. Визначення діаметрів штуцерів. Конструкція та принцип дії апаратів, основних складальних одиниць та деталей. Розрахунок поверхні теплообміну котла - утилізатора.
дипломная работа [3,1 M], добавлен 25.01.2017Перегонка як спосіб розділення рідких сумішей, її розподіл на просту перегонку (дистиляцію) і ректифікацію. Розрахунок кінетичних параметрів процесу ректифікації. Особливості процесу ректифікації, його основні змінні. Розрахунок ректифікаційної установки.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 26.11.2012Технологічна схема установки, оцінка подібних апаратів в промисловості. Вибір конструкційних матеріалів. Технологічний розрахунок: матеріальний та тепловий баланс, параметри підконтактного теплообмінника. Конструктивний розрахунок колони синтезу аміаку.
курсовая работа [262,6 K], добавлен 10.12.2010Схема та принцип роботи ректифікаційної установки періодичної дії, вибір тиску і температурного режиму. Матеріальний та тепловий розрахунок установки. Визначення флегмового числа і побудова діаграм рівноваги. Гідравлічний розрахунок ситчатих тарілок.
курсовая работа [770,1 K], добавлен 30.04.2014Короткий опис технологічного процесу ректифікації, його головні етапи. Обґрунтування методів вимірювання і вимірювальних комплектів для контролю основних параметрів технологічного процесу ректифікації. Опис схеми автоматичного контролю та сигналізації.
курсовая работа [50,2 K], добавлен 06.04.2015Загальна характеристика технологічного процесу, в якому використовується гідравлічний прес. Конструкція та принцип дії. Контроль якості, види дефектів, методи їхнього усунення. Розрахунок циліндра, колони та умов термічного затягування гайок колон преса.
курсовая работа [793,6 K], добавлен 24.05.2015Біохімія та мікробіологія процесу виробництва, характеристика дріжджів і умов їх життєдіяльності, біохімія бродіння та дихання. Аналіз асортименту і характеристика готової продукції. Розрахунок основного та допоміжного обладнання, ректифікаційної колони.
дипломная работа [171,8 K], добавлен 05.09.2010Найбільший діаметр свердління в сталі. Відстань від осі шпинделя до напрямних призматичної колони. Установче переміщення свердлильної головки. Визначення похибки базування. Розрахунок сил закріплення заготовки. Вибір та розрахунок силового приводу.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 08.12.2011
