Химия
Материальные и тепловые расчёты проектируемого агрегата (отделения)
Материальный расчет дистилляции плава мочевины для первой ступени.
В первой ступени дистилляции разлагается часть карбамата аммония, не превращенного в мочевину. Жидкая фаза, содержащая мочевину, неразложившийся карбамат аммония, аммиак и воду, направляется на дистилляцию второй ступени.
Газообразная фаза поступает в систему конденсации карбамата аммония, затем образованная жидкая фаза направляется в реактор, а газообразная в нижнюю часть колонны дистилляции II ступени.
Исходные данные:
Степень отгонки NH2изб. 60%
Степень разложения карбамата аммония 80%
Содержание водяных паров в газовой фазе, выходящей из
(колонны) первой ступени дистилляции 8140кг/ч.
Состав плава, поступающего на дистилляцию:
Мочевина 62 770 кг/ч
Карбамат аммония 55 505,86 кг/ч
Аммиак избыточный 47 745,14 кг/ч
Вода 40 466 кг/ч
Итого 206 487 кг/ч
Разлагается карбамат аммония по реакции:
NH2COONH4 2NH3 + CO2
Количество разложившегося карбамата аммония выделяется:
44 404,69 · = 19 355,89 кг/ч NH3
44 404,69 · 44/78 = 25048,80 кг/ч СО2
Остается карбамата аммония в жидкой фазе:
55505,86 – 44404,69 = 11101,17 кг/ч
Отгоняется избыточного аммиака:
47745,14 · 0,6 = 28647,08 кг/ч
Остается аммиака в жидкой фазе:
47745,14 – 28647,08 = 19098,06 кг/ч
Всего отгоняется аммиака:
28647,08 + 19355,89 = 48002,97 кг/ч
Остается воды в жидкой фазе:
40466-8140 = 32326 кг/ч
Сводный материальный баланс дистилляции первой ступени. Таблица 6.1.
Приход |
Расход |
||
статья |
кг/ч |
статья |
кг/ч |
Мочевина Карбамат аммония Избыточный аммиак Вода |
62770 55505,86 47745,14 40466 |
С газовой фазой: Аммиак СО2 Водяной пар |
48002,97 25048,80 8140 |
Итого |
206487 |
Итого |
81191,77 |
|
|
С жидкой фазой: Мочевина Карбамат аммония Избыточный аммиак Вода Итого |
62770 11101,17 19098,06 32326 125295,23 |
Всего |
206487 |
Всего |
206487 |
Материальный расчет дистилляции плава мочевины для второй ступени.
Во второй ступени дистилляции (полностью) разлагается карбамат аммония и отгоняется избыточный аммиак. Образовавшийся раствор мочевины направляется на дистилляцию третей ступени. Газообразная фаза отмывается и сбрасывается на свечу.
Исходные данные:
Потери мочевины (в % от массы готовой продукции) 0,5
Содержание водяных паров в газовой фазе, выходящей из II ступени
дистилляции, кг/ч 5419
Состав раствора, поступающего на дистилляцию, принят
согласно материальному расчёту дистилляции I ступени
Количество мочевины, разложившееся при дистилляции, от массы готового продукта:
Масса готового продукта – 59631,50 кг/ч.
Из 62770 · 0,95 = 59631,50 кг/ч.
59631,50 · 0,005 = 898,16 кг/ч.
Из этого количества мочевины по реакции СО(NH2)2 + H2O NH2COONH4 образуется карбамата аммония:
298,16 · 78/60 = 387,61 кг/ч
На образование карбамата аммония из мочевины расходуется воды:
298,16 · 18/60 = 89,45 кг/ч.
Общее количество карбамата аммония, которое разлагается в колонне при степени разложения 70%:
0,7 · 11488,78 = 8042,15 кг/ч.
Общее количество карбамата аммония в колонне:
11101,17 + 387,61 = 11488,78 кг/ч.
Количество карбамата аммония остаётся в жидкой фазе:
11488,78 – 8042,15 = 3446,63 кг/ч.
При разложении карбамата аммония по реакции NH2COONH4 2NH3 + CO2 выделяется
8042,15 · 44/78 = 4536,60 кг/ч СО2
8042,15 · = 3505,55 кг/ч NH3
Общее количество аммиака, отгоняемого в колонне, при степени отгонки 90% 19098,06 · 0,9 = 17188,25 кг/ч.
Количество аммиака, оставшееся в жидкой фазе:
19098,06 – 17188,25 = 1909,81 кг/ч.
Исходные данные:
Состав газовой фазы, поступающей из сепаратора на II ступень дистилляции
NH3 776 кг/ч
СО2 86 кг/ч
Степень разложения карбамата аммония 70%
Степень отгонки избыточного аммиака 90%
Потери мочевины по всему производству 5%
Всего отгоняется аммиака кг/ч, 876 + 3505,55 + 17188,25 = 21469,80. Всего отгоняется двуокиси углерода: 86 + 4536,60 = 4622,60 ккг/ч.
Количество мочевины, оставшейся в жидкой фазе:
62770-0298,16 = 62471,84 кг/ч.
Количество водяного пара 5419 кг/ч.
Количество воды, оставшейся в жидкой фазе:
32326 – 89,45 – 5419 = 26817,55 кг/ч.
Таблица 6.2. Сводный материальный баланс дистилляции II ступени.
Приход |
Расход |
||
статья |
кг/ч |
статья |
кг/ч |
С жидкой фазой: Мочевина Карбамат аммония Избыточный аммиак Вода |
62770 11101,17 19098,06 32326 |
С жидкой фазой: Мочевина Карбамат аммония Избыточный аммиак Вода |
62471,84 3446,63 1909,81 26817,55 |
Итого |
125295,23 |
Итого |
94645,83 |
С газовой фазой: NH3 CO2
Итого |
776 86
862 |
С газовой фазой: Аммиак СО2 Водяной пар Итого |
21469,80 4622,60 5419 31511,40 |
Всего |
126157,23 |
Всего |
126157,23 |
Материальный расчет дистилляции раствора мочевины для III ступени.
В третьей ступени дистилляции полностью разлагается оставшийся карбамат аммония, а также отгоняется весь избыточный аммиак. Образовавшийся раствор мочевины направляется на переработку в готовый продукт, а газообразная фаза сбрасывается на свечу.
Исходные данные:
Потери мочевины (в % от массы готовой продукции) 0,7
Содержание водяных паров в газовой фазе, выходящей из колонны дистилляции III ступени, кг/ч 1777
Состав раствора карбамида, поступающего на дистилляцию, принят согласно материальному расчёту II ступени. Для расчета принимается, что разложение карбамата аммония, отгонка аммиака и СО2 из раствора будут полными.
Количество мочевины, разложившееся при дистилляции, 0,7% от массы готового продукта: 0,007 · 59631,50 = 417,42 кг/ч.
Из этого количества мочевины по реакции СО(NH2)2 + H2O NH2COONH4 образуется карбамата аммония: 417,42 · 78/60 = 542,65 кг/ч.
На образование карбамата аммония из мочевины расходуется воды:
417,42 · 18/60 = 125,23 кг/ч.
Общее количество карбамата аммония, которое разлагается в колонне:
3446,63 + 542,65 = 3989,28 кг/ч.
При разложении карбамата аммония по реакции NH2COONH4 2NH3 + CO2 выделяется 3989,28 · 44/78 = 2250,36 кг/ч СО2
3989,28 · = 1738,92 кг/ч NH3
Общее количество аммиака, отгоняемого в колонне:
1738,92 + 1909,81 = 3648,73 кг/ч
Количество воды уходящее с жидкой фазой:
26817,55 – 125,23 – 1777 = 24915,32 кг/ч.
Количество мочевины, выходящей из колонны дистилляции:
62471,84 – 417,42 = 62054,42 кг/ч.
Количество раствора мочевины, выходящего из колонны дистилляции III ступени, кг/ч: 62054,42 + 24915,32 = 86969,74.
Концентрация раствора мочевины: 68054,42/86969,74 · 100 = 71,35%.
Таблица 6.3. Материальный сводный баланс дистилляции III ступени.
Приход |
Расход |
||
статья |
кг/ч |
статья |
кг/ч |
С жидкой фазой: Мочевина Карбамат аммония Избыточный аммиак Вода |
62471,84 3446,63 1909,81 26817,55 |
С жидкой фазой: Мочевина Вода |
62054,42 24915,32 |
Итого |
94645,83 |
Итого |
86969,74 |
|
|
С газовой фазой: Аммиак СО2 Водяной пар Итого |
3648,73 2250,36 1777 7676,09 |
Всего |
94645,83 |
Всего |
94645,83 |
Тепловой расчёт дистилляции.
Тепловой расчёт дистилляции раствора мочевины I ступени.
Исходные данные:
Количество плава, поступившего на дистилляцию I ступени 206487 кг/ч
Температура поступающего раствора (до дросселирования) 190ºС
Количество NH3изб., выделившегося при дистилляции 48002,97 кг/ч.
Количество карбамата аммония, разложившегося при дистилляции: 44404,69
кг/ч.
Температура раствора после дросселирования (дросселирования нет) 190ºС.
Количество газовой фазы 81191,77 кг/ч.
Температура раствора на выходе из стриптера 210ºС.
Приход тепла.
1. Тепло, приносимое раствором мочевины.
Q1 = mм см t + mk ck t + ma ta + mb tb + maз саз t,
t = 190ºC, maз = , р = 16 Мпа.
Q1 = 62770 · 2,243 · 190 + 55505,86 · 1,954 · 190 + 47745,14 · 1334,8 + 40466 · 814,9
ia = 1334,8 кДж/кг, при t = 190ºC и
р = 160 · 105 Н/м2 [1, табл. XXIII]
ib = 814.9 кДж/кг, при t = 190ºC и
р = 160 · 105 Н/м2 [1, табл. XXI]
Принимаем:
См = 2,243 кДж/кг · град [1, стр. 146]
Ск = 1,954 кДж/кг · град [1, стр. 146]
Q1 = 1,44063 · 108 + х кДж/ч
Расход тепла.
1. Количество тепла, выводимое с раствором мочевины.
Q1 = mм см t + mk ck t + ma ia + mb ib,
t = 210ºC, р = 16 Мпа.
Q1 = 62770 · 2,243 · 210 + 11101.17 · 1,954 · 210 + 19098.06 · 1458.8 + 32326 · 903,15 = 1,32174 · 108 кДж/ч
где, ia = 1458,8 кДж/кг, при t = 210ºC и
р = 160 · 105 Н/м2 [1, табл. XXIII]
ib = 903,15 кДж/кг, при t = 210ºC и
р = 160 · 105 Н/м2 [1, табл. XXI]
2. Тепло, расходуемое на разложение карбамата аммония:
Q2 = = 76387452 кДж/ч
Принимаем:
25140 кДж/к моль – теплота плавления карбамата аммония [1, стр. 145]
159320 кДж/к моль – теплота образования твердого карбамата аммония из NH3(2) и СО2(2) [1, стр. 145]
3. Тепло, расходуемое на выделение аммиака из гидроокиси аммония:
Q3 =
Вода взаимодействует с NH3 изб., образуя NH4OH в количестве:
40466 · 35/18 = 78683,89 кг/ч.
Мч(NH4OH) = 35 г/моль
На образование 78683,89 кг/ч NH4OH затрачивается аммиака:
78683,89 – 40466 = 38217,89 кг/ч
Q3 = 28965411 кДж/ч.
Принимаем:
29540 кДж/к моль – интегральное тепло растворения 1 кмоль NH3(2) в 1 кмоль жидкой воды [1, стр. 150]
33330 кДж/к моль – интегральное тепло растворения 1 кмоль NH3(2) в 4,2 кмоль жидкой воды [1, стр. 150]
4. Тепло, уносимое отходящими газами дистилляции при 195ºС:
Q4 = ma ia + mgy igy + mbn ibn
Q4 = 48002.97 · 1365.8 + 25048.80 · 410.74 + 8140 · 830 = 82607200 кДж/ч
где, ia = 1365,8 кДж/кг, при t = 195ºC и
р = 160 · 105 Н/м2 [1, табл. XXIII]
igy = 410.74кДж/кг, при t = 195ºC и
р = 160 · 105 Н/м2 [1, табл. XXI]
ibn = 830кДж/кг, при t = 195ºC и
р = 160 · 105 Н/м2 [1, табл. XXI]
5. Потери тепла в окружающую среду. Принимаем: Q5 = 100 000 кДж/ч.
Суммарный расход тепла
Qрасх = 132174000 + 76387452 + 28965411 + 82607200 + 100000 = 3,20234 · 108 кДж/ч.
Приход тепла равен расходу: 144063000 + х = 3,20234 · 108 кДж/ч, отсюда х = 3,20234 · 108 – 1,44063 · 108 = 1,76171 · 108 кДж/ч.
Расход пара на дистилляцию первой ступени: Д = = 93997,97 кг/ч.
1874,2 кДж/кг – теплота парообразования при 22 · 105 Н/см2.
Таблица 6.4. Сводный тепловой баланс дистилляции первой ступени.
Приход |
Расход |
||
статья |
кг/ч |
статья |
кг/ч |
С раствором мочевины С греющим паром |
1,44063 · 108 1,76171 · 108 |
С раствором мочевины На разложение карбамата аммония На выделениеNH3 С газами дистилляции Потери тепла |
1,32174 · 108 76387452 28965411 82607200 100000 |
Всего |
3,20234 · 108 |
Всего |
3,20234 · 108 |
Тепловой расчет колонны дистилляции раствора мочевины II ступени.
Исходные данные:
См. материальный расчет
Температура поступающего раствора мочевины: 210ºС
Приход тепла.
1. Тепло, приносимое раствором мочевины: Q1 = 1,32174 · 108 = кДж/ч.
2. Тепло, выделяемое при разложении мочевины:
14500кДж/кмоль – тепловой эффект реакции образования мочевины, [1, с. 151]
Q2 = 298,16 · 14500/60 = 72055,33 кДж/ч.
Мч((NH2)2CO) = 60 г/моль.
3. Тепло, вводимое с газами дистилляции при t = 120ºC.
Q3 = maia + mgy igy
Q3 = 776 · 1515,1 + 86 · 397,1 = 1209868,2 кДж/ч.
ia = 1515,1 кДж/кг, [1, с. 150]
igy = 397,1кДж/кг, [1, с. 150]
Из стриппера I ступени дистилляции суммарный приход тепла:
ΣQпр = 1,32174 ∙ 108 + 72055,33 + 1209868,2 = 1,33455 · 108 кДж/ч.
Расход тепла.
1. Тепло, расходуемое на разложение карбамата аммония:
Q1 = = 13834560 кДж/ч.
159320 кДж/кмоль - тепловой эффект реакции образования карбамата аммония, [1, с. 152]
2. Тепло, расходуемое на выделение NH3изб. Q2 = 33330/17
Q2 = 33699080 кДж/ч.
Вода взаимодействует с NH3 изб.
3. Тепло, уносимое отходящими газами дистилляции при t = 150ºC и Р = 18 · 105 Н/см2.
Q3 = ma ia + mgy igy + mbn ibn
Q3 = 21469,80 · 1590.8 + 4622,60 · 418,2 + 5419 · 2746 = 50967903 кДж/ч
где, ia = 1590,8 кДж/кг, при t = 150ºC и
[1, табл. XXIII]
igy = 418,2кДж/кг, при t = 150ºC и
[1, табл. XXI]
ibn = 2746 кДж/кг, при t = 150ºC и
[1, табл. XXI]
4. Тепло, уносимое с раствором мочевины:
Q4 = mм см t + mk ck t + ma ia + mb ib,
Q4 = 62471,84 · 2,243 · 155 + 3446,63 · 1,954 · 155 + 1909,81 · 1602,29 + 26817,55 · 2752 = 99625119 кДж/ч
ia = 1602,29 кДж/кг, при t = 155ºC и
р = 18 · 105 Н/м2 [1, табл. XXIII]
ib = 2752 кДж/кг, при t = 155ºC и
р = 18 · 105 Н/м2 [1, табл. XXI]
5. Потери тепла в окружающую среду. Принимаем: Q5 = 120 000 кДж/ч.
Суммарный расход тепла
ΣQрасх = 13834560 + 33699080 + 50967902 + 99625119 + 120000 = 1,98246 · 108 кДж/ч.
Из теплового баланса: 1,98246 · 108 – 1,33455 · 108 = 64791662 кДж/ч.
Требуемый расход греющего пара (конденсата):
Д = = 34570,30 кг/ч.
Таблица 6.5. Сводный тепловой баланс дистилляции II ступени.
Приход |
Расход |
||
статья |
кг/ч |
статья |
кг/ч |
С раствором мочевины От разложения мочевины С газами дистилляции II ступени Дополнительно с греющим паром |
1,32174 · 108 72055,33 1209868,2 |
С раствором мочевины На разложение карбамата аммония На выделениеNH3 С газами дистилляции Потери тепла |
99625119 13834560 33699080 50967903 120000 |
Всего |
1,98247 · 108 |
Всего |
1,98247 · 108 |
Тепловой расчет колонны дистилляции раствора мочевины III ступени.
Исходные данные:
См. материальный расчет
Температура поступающего раствора мочевины: 155ºС р = 18 · 105 Н/м2
Температура уходящего раствора мочевины: 138ºС р = 4 · 105 Н/м2
Температура уходящих газов дистилляции: 130ºС р = 4 · 105 Н/м2
Давление греющего пара 0,4 Мпа.
Приход тепла.
1. Тепло, приносимое раствором мочевины: Q1 = 99625119 кДж/ч.
2. Тепло, выделяющееся при разложении мочевины:
Q2 = = 100876,5 кДж/ч.
Суммарный приход тепла:
ΣQпр = 99625119 + 100876,5 = 997259958 кДж/ч.
Расход тепла.
1. Тепло, расходуемое на разложение карбамата аммония:
Q1 = = 5929087,3 кДж/ч.
2. Тепло, расходуемое на выделение NH3изб.
Q2 = = 3744351 кДж/ч.
3. Тепло, уносимое отходящими газами дистилляции при t = 130ºC и Р = 4 · 105 Н/см2.
Q3 = ma ia + mgy igy + mbn ibn
Q3 = 3648,72 · 1568,12 + 2250,36 · 405,15 + 1777 · 2711 = 62963414 кДж/ч
ia = 1568,12 кДж/кг, при t = 130ºC и
[1, табл. XXIII]
igy = 405,15 кДж/кг, при t = 130ºC и
[1, табл. XXI]
ibn = 2721 кДж/кг, при t = 130ºC и
[1, табл. XXI]
4. Тепло, уносимое с раствором мочевины:
Q4 = 62054,42 · 2,014 138 + 24915,32 · 1440,9 = 53147393 кДж/ч
2,014 кДж/кг · град – теплоёмкость мочевины;
ib = 1440,9 кДж/кг, при t = 138ºC и
р = 4 · 105 Н/м2 [1, табл. XXI]
5. Потери тепла в окружающую среду. Q5 = 150 000 кДж/ч.
Суммарный расход тепла
ΣQрасх = 5929087,3 + 3744351 + 62963414 + 53147393 + 150000 = 1,25934 · 108 кДж/ч.
Из теплового баланса: 1,25934 · 108 – 99725995 = 26208005 кДж/ч.
Требуемый расход греющего пара (конденсата):
Д = = 12241,01 кг/ч.
2141 кДж/кг – скрытая теплота парообразования при 4 · 105 Н/см2.
Таблица 6.6. Сводный тепловой баланс дистилляции III ступени.
Приход |
Расход |
||
статья |
кг/ч |
статья |
кг/ч |
С раствором мочевины От разложения мочевины Дополнительно с греющим паром |
99625119 100876.5 26208005 |
С раствором мочевины На разложение карбамата аммония На выделениеNH3bp,/ С газами дистилляции Потери тепла |
53147393 5929087.3 3744351 62963414 150000 |
Всего |
1.25934 · 108 |
Всего |
1.25934 · 108 |
Конструктивные и механические расчеты.
Расчет толщины стенки сварной цилиндрической обечайки вертикального аппарата (стриппера), работающего под внутренним давлением.
Дв |
Дв
S
H
Рис. 7.1.
Исходные данные:
Материал обечайки сталь 3 (Gb = 380 · 106 H/м2; Gт= 240 · 106 Н/м2 [2; табл. 2.5] принимаем).
Проницаемость материала обечайки в среде 0,06 мм/год
(С1 = 1 ·10 -3 м; С2 = 0)
Среда – жидкость (ρж = 1,1 · 103 кг/см3) – газ.
Рс = 160 · 105 Н/ м2
tc = 210ºC
Дв = 1,2 м
Н = 8,2 м
Обечайка без отверстий.
Продольный сварной ручной электродуговой шов – штыковой двусторонний (φш = 0,95, [2; табл. 15,3].
Аппарат II эксплуатационного клосса, 2-й группы (η = 1,0, [2; табл. 14,2]).
Гидростатическое давление в нижней части обечайки определяем по формуле: ρж = g · ρж · нж, Н/м2 [2; формула 15.5]
ρж = 9,8 · 1,1 · 103 · 8,2 = 0,088 · 106 Н/м2
Расчетное внутреннее давление в обечайке определяем:
ρ = ρс + ρж, Н/м2 [2; формула 15.4]
ρ = 160 · 105 + 0,088 · 106 ≈ 161 · 105 Н/см2
Допускаемое напряжение для стали Ст. 3 по пределу текучести:
Gд = Gт/nт · η; Н/см2 [2; формула 14.2]
nт = 1.5 принимаем [2; формула 14.4]
Gд = · 1 = 160 · 106 Н/м2
Первое, как меньшее, является расчетным. Так как Gд/р · φш = · 0,95 = 8,6 < 50, то величиной р не пренебрегать.
Расчетную толщину стенки обечайки определяем по: [2; формуле 15.1].
ρ` = = 0,0740 + С
Прибавку С при С3 = 0,8 · 10-3 м [2; табл. 2.15]
Определяем: С = С1 + С2 + С3, м [2; формула 15.5]
С = (1 + 0 + 0,8) · 10-3 = 1,8 · 10-3 м
ρ` = (74 + 1.8) · 10-3 = 75.8 мм.
Принимаем ρ = 80 мм.
Проверим напряжение в стенке обечайки при гидравлическом испытании аппарата водой (ρж) = 0,09 · 106 Н/м2.
Расчетное испытательное давление:
Ри = Р2 + Рж, Н/м2 [2; формула 15.25]
Р2 = Р + 0,3, [2; таблица 14.5]
Ри = 160 · 105 + 0,3 · 106 + 0,09 · 106 = 16,4 · 106 Н/см2.
Напряжение в стенке обечайки при гидравлическом испытании аппарата:
G = , Н/см2 [2; формула 15.24]
G = = 141 · 106 Н/см2,
что меньше Gт/1,2 = = 200 · 106 Н/м2.
Расчет толщины стенки верхнего отбортованного эллиптического днища для обечайки вертикального аппарата (стриппера).
d
S
Дв
Рис. 7.2.
Исходные данные:
Материал днища сталь 3 Дв = 1,2 м; hв = 0,5 м.
В днище имеется неукрепленное отверстие d = 0,2 м.
Днище сварное из 2 половин, сварной шов ручной электродуговой двусторонний.
Коэффициент k = 1 – d/Дв [2; формула 16.2]
k = 1 – 0.2/1.2 = 0.83
Расчетная толщина стенки днища: [2; формула 16.1].
S` = = 0,0547 + С
Прибавку С при ρ` - С = (80 – 1.8) · 10-3 = 78.2 · 10-3 > 20 · 10-3 м принимаем С = 1,8 · 10-3 м [2; с. 211]
ρ` = (54,7 + 1.8) · 10-3 = 56,5 · 10-3 мм.
Принимаем ρ` = 60 мм. [2; таблица 16.2].
Напряжение в стенке днища при гидравлическом испытании аппарата.
G = , Н/см2 [2; формула 16.3]
G =
G = 141 · 106 Н/см2, что < Gт/1,2 = = 200 · 106 Н/м2.
Расчет сферической фланцевой крышки.
S
h
Дв
Рис. 7.3.
Расчетная толщина сферической стенки:
S` = [2; формула 15.89].
S` = = 0,0088 + С ≈ 0.009 + C
Принимаем С = 1,8 мм
Принятая толщина сферической стенки подлежит проверке на напряжение в ней G при гидравлическом испытании аппарата[2; формула 15.90]
G = =
G = 9.38 · 106 Н/см2 ≤ Gт/1,2 = = 200 · 106 Н/м2.
Расчет фланца.
d
S2 Дв
Рис. 7.4.
Исходные данные:
Дв = 03 м р= 160 кгс/см2
Прокладка типа 1 паронитовая
Материал - сталь марки Х18Н10Т
Выбираем размеры уплотнительных поверхностей по [2; табл. 20.5] для Ри = 4 мн/м2 Д2 = 308 мм в = 0,02 м.
Средний диаметр уплотнения Дп = Д2 – в = 0,308 – 0,02 = 0,288 м
Эффективную ширину уплотнения определяем по [2; таблица 20.27] для в > 15.
вэ = 1,2 · √в = 1,2 · √0,02 = 0,169 м
Определяем из [2; таблица 20.28] к = 2,5 расчетную силу осевого сжатия прокладки при рабочих условиях определяем по [2; формуле 20.1].
Р`n = ПДл вэ · к · р = 3,14 · 0,288 · 0,169 · 2,5 · 16 = 6,11 мн = 611000 кгс
Расчетную силу от давления среды в аппарате определяем по [2; формуле 21.4].
Р`с = П/Н · Дп2 · Р = 3,14/4 · 0,2882 · 16 = 1,04 МН
Расчетное растягивающее усилие в болтах при константе жесткости соединения d = 1,45 м, Мн = 0 – при затяжке соединения по [2; формуле 21.1].
Р`б1 = а · Р`c · P`n = 1,45 · 1,04 · 6,11 = 9,21 Мн
Проверим минимальное значение растягивающего усилия в болтах (при у = 20 МН/м2 для паронита) по [2; формуле 21.2].
Р`б1 = 0,5 · П · Дп · вэ · g = 0,5 · 3,14 · 0,288 · 0,169 · 20 = 1,53 МН < 7,15 МН
Расчетное растягивающее усилие в болтах при рабочих условиях по [2; формуле 21.3]. Р`б2 = Р c` · P n` = 1,04 · 6,11 = 7,15 Мн
Допускаемое напряжение на растяжение в болтах определяем по графику [2; рис. 21.3] Gg = 100МН/м2.
Расчетный диаметр болтовой окружности при коэффициенте φ = 1,17 определяем по [2; формуле 21.7]. Дб`= φ · Дв0,933 = 1,7 · 0,30,933 = 0,553 м
Диаметр горловины фланца при S2 = 0,015 м.
Д2 = Дв + 2S2 = 0,3 + 2 · 0,015 = 0,33 м
Расчетный диаметр болтов по dб` = = 0,131 м [2; формуле 21.8].
Выбираем по [2; табл. 21.2], Fб = 1,02 · 10-4 м2, болтов М14 х 2 мм.
Определяем расчетное количество болтов Z` = = 700,9
Количество болтов очень велико, поэтому принимаем Дб` = 0,45 м, тогда dб` = 0,079 м ≈ 30 мм.
Выбираем болт М 80 х 4; Fт = 44 · 10-4 м2
Z` = = 16 шт
Исходя из рабочих условий по [2; формуле 21.10].
Z` = = 15 шт.
Выбираем 16 болтов М 80 х 4.
Контроль производства, КИП и автоматизация.
Схема получения карбамида оснащена контрольно-измерительными приборами, средствами автоматизации, обеспечивающие безопасное ведение технологического процесса.
Контроль осуществляется из центрального пункта управления (ЦПУ). Предусмотрены следующие основные узлы автоматического регулирования:
- расхода двуокиси углерода, поступающего на технологию поз. 301;
- расхода аммиака, поступающего на технологию поз. 302;
- расхода аммиака, поступающего в реактор поз. 303;
- давления аммиака, поступающего в реактор поз. 202;
- давление плава карбамида, поступающего на 2-ую ступень дистилляции поз. 203;
- температуры в дистилляторе II-ой ступени поз. 104;
- давление плава карбамида, поступающего на I-ую ступень выпарки поз. 207;
- температуры в аммиачном теплообменнике поз. 108;
- расхода плава карбамида, поступающего в выпарной аппарат I-вой ступени выпарки поз. 306;
- температуры в испарителе I-вой ступени выпарки поз. 109;
- температуры в испарителе II-ой ступени выпарки поз. 110;
- уровня раствора карбамида в сборнике поз. 401;
- температуры парожидкостной смеси поз. 111.
Предусмотрен контроль:
- температуры в стриппере поз. 102;
- температуры в реакторе поз. 101;
- давления плава карбамида поз. 201;
- температуры смеси NH3 с карбаматом поз. 103;
- температуры в подогревателе 3-ей ступени дистилляции поз. 105;
- давления в колонне дистилляции III-ей ступени поз. 204;
- температуры конденсата поз. 106;
- расхода раствора УАС поз. 304;
- температуры раствора УАС поз. 107;
- давление в сборнике раствора УАС поз. 205;
- давления в абсорбере углекислоты поз. 206;
- температуры в сборнике NH3 поз. 113;
- давления СО2 на входе в реактор поз. 208;
- расхода NH3 поз. 305;
- расхода плава карбамида поз. 307;
- расхода сокового конденсата поз. 308;
- температуры в десорбере поз. 112;
- давления в десорбере поз. 209.
В качестве датчиков для измерения температуры применяются термопары хромель-алюминиевые (ТХА), для измерения расхода – диафрагмы камерные (ДК) по ГОСТ 14321-73.
В качестве первичных приборов: для измерения давления – манометры прудкинные с пневматической дистанционной передачей типа МП – П; для измерения расхода и перепада давления – измерительный преобразователь разности давления пневматический типа 13 ДДII. В качестве вторичных пневматических приборов применяются:
- показывающие – типа ППВ1.1;
- регистрирующие – типа РПВ 4.27;
- регистрирующие со станцией управления типа ПВ 10-17.
Для измерения температуры применяются потенциометры с искробезопасными измерительными схемами:
- показывающий – типа КВП 1И;
- регистрирующий – типа КСП 4И;
- регистрирующий – типа КСП 3И.
Приборы в ЦПУ различаются на каркасных щитах по ГОСТ 36.13-76.
Таблица 8.1. Контроль производства и управление технологическим процессом на стадии дистилляции.
Наименование стадии, процесса, места отбора пробы или измерительного параметра |
Что контролируется |
Частота и способ контроля |
Нормы и технические показатели |
Методы испытания по ГОСТ |
Кто контролирует |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Зона среднего давления |
|||||
Разлогатель среднего давления поз. 11-Е-2 |
|||||
Раствор в нижней части |
Температура 11-ТКС-3
Температура 11-Е1-15 |
Непрерывная регистрация на щите КИП в ЦПУ и ежечасная запись в рапорте Ежечасная запись в рапорте |
Min 150ºC Max 160ºC
Min 150ºC Max 160ºC |
Термоэлектрический преобразователь, градуировка ХК.
Регулятор 701. Вторичный самопишущий прибор 5ЕК-20 |
аппаратчик |
Газовая фаза на выходе |
Температура 11-Т1-16
11-РК-55 |
Ежечасно с записью в рапорте
Непрерывная регистрация на щите в ЦПУ |
Min 135ºC Max 145ºC
Min 1.4 МПа Max 1,8 МПа |
Термоэлектрический преобразователь, градуировка ХК. Потенциометр типа 933. Манометр ТЕК-22. Вторичный самопишущий прибор 5ЕК-20 |
аппаратчик |
|
Уровень 11-2КС-8
11-hLA-8
11-lA-8 |
Непрерывная регистрация на щите в ЦПУ и запись в рапорте Сигнализация
Сигнализация |
Min 25% Max 60%
Max 70%
Min 10%
|
Уровнеметр ТЕ1S-TOR. Регулятор 701. Вторичный самопишущий прибор 5ЕК-20. Сигнализация на мнемосхеме Сигнализация на мнемосхеме |
аппаратчик |
Охрана труда. Основные правила безопасной эксплуатации производства
Таблица 9.1. Классификация основных отделений цеха и наружных установок на взрыво-пожароопасности, степени огнестойкости, санитарной характеристике и электрооборудованию.
Наименование отделения, установки |
Категория взрывоопасности производства по СНиП 11-М2-81 |
Классификация помещений и установок по электрооборудованию (ПТЭ-76) |
Группа производственных процессов по санитарной характеристике по СНиП 11-92-76 |
|
|
|
Класс помещения по правилам устройства электроустановок |
Категория взрывоопасных смесей по правилам изготовления электрооборудования |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Компрессор СО2 Насос высокого давления Насос низкого давления Синтез, дистилляция, переработка Воздушные холодильники Помещение насосной, установка 21 Наружное оборудование Производственные помещения, установка 31 Оперативная, установка 31 |
Д
Б
Б
Б
Д
Б
Б
Д
Д |
Не пожаро- и не взрывоопас. В-1б
В-1б
В-1б
Пожароопасны
В-1б
В-12
Не взрыво и не пожароопасное
Не взрыво и не пожароопасное |
Не категорируется
ПА-Т1
ПА-Т1
ПА-Т1
Не категорируется
ПА-Т1
ПА-Т1
Не категорируется
Не категорируется
|
1-б
III-б
III-б
III-б
II-д
1-б
1-б
11-д
11-д |
Таблица 9.2. Пожаро-взрывоопасные и токсические свойства сырья, полупродуктов, готового продукта и отходов производства.
Наименование опасного вещества |
Температура, ºС |
Обл-ти воспламенения, % об. |
Характеристика токсичности вещества |
ПДК в воздухе рабочей зоны, мг/м |
|||
вспышки |
воспламенения |
самовоспламенения |
max |
min |
|||
Аммиак
Двуокись углерода
Азот
КФС (смола)
Природный газ
Масло смазочное КП-8 |
110 |
148 |
650
406
537 |
28,0
17,8 |
15,0
3,8 |
На организм воздействует раздражающе, вызывает слезотечение, удушье, отек легких, химические ожоги Обладает наркотическим и раздражающим действием. В больших концентрациях вызывает удушье. Физиологиечски индиоферентный. Вызывает удушье при концентрации 79%. Токсична, раздражает кожу, слизистую глаз, вызывает интоксикацию. Не токсичен. В больших количествах вызывает удушье. Пожароопасно, невзрывоопасно, раздражает кожу. |
20
0,5 |
Основные виды опасностей в производстве и обязательные условия ведения процесса.
Особенностью производства карбамида является наличие в системе взрыво- и пожароопасных, ядовитых газов, высоких давлений, температур. Основными условиями безопасного ведения процесса является соблюдение нормального технологического режима и правил техники безопасности при работе, пуске и остановке производства, а также проведение ремонтов оборудования своевременных и качественных.
Индивидуальные средства защиты.
Фильтрующий противогаз марки «КД» или «БКФ» для защиты от NH3. Противогаз марок ПШ-1 и ПШ-2 от СО2. От воздействия растворов карбамида – очки закрытого типа, резиновые сапоги, костюм, рукавицы, от воздействия пыли карбамида – респираторы типа «У-2К».
Таблица 9.3. Аварийные состояния производства, способы их устранения.
Вид аварийного состояния производства |
ПД значения параметров, превышение которых приводит к аварии |
Действия персонала по предотвращению или устранению аварийного состояния |
Отсутствие электроэнергии
Разрыв трубопроводов и оборудования
Возникновение пожара
Ошибочные действия обслуживающего персонала |
Кристаллизация и образование пробок в трубопроводах, аппаратах
Срабатывание предохранительных клапанов |
Заблокировать контур синтеза и дистилляции. Сдренировать УАС, воду, конденсат, раствор. Сбросить давление. Произвести остановку компрессора, включить аварийную вентиляцию, объявить тревогу, вызвать спасательную команду. Сообщить о пожаре, включить вентиляцию, остановить узел. Принять меры по ликвидации пожара. Произвести остановку, устранить последствия неправильных действий. |
Основные правила безопасной эксплуатации производства
Для безопасной эксплуатации сосудов, работающих под высоким давлением, необходимо, они были снабжены приборами для измерения Р и t среды; предохранительными устройствами (клапаны, мембраны); запорной арматурой; указателем уровня жидкости; применение дистанционного управления.
Пжаро- и взрывопредупреждение – предупреждение образования горючей и взрывоопасной среды внутри аппаратов, коммуникаций и производственных помещений. Способы защиты: применение предохранительных мембран, клапанов и дыхательной арматуры (во избежание повышения Р); огнепреградители сухие, аварийный слив, автоматические действующие заслонки; огнегасящие вещества, блокирование аппарата, автоматическое прекращение работы оборудования.
Для обеспечения чистоты воздуха (предотвращение появления и накопления ядовитых газов) в помещении используют вентиляцию приточно-вытяжную обще обменную механическую, аварийную, воздушные завесы.
Литература:
1. Дыбина П. В. и др. Расчеты по технологии неорганических веществ. – Изд.: Высшая школа, М,: 1967. – 523 с.
2. Лащинский А. А., Толчинский П. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. / Под ред. Н. Н. Логинова. – М.-Л., Машгаз, 1963, 468 с.
3. Пазин М. Е. Технология минеральных удобрений. – Л., «Химия», 1983, 336 с.
4. Горловский Д. М., Кучерявый В. И. Технология карбамида. – Л.: «Химия», 1981, 320 с.
5. Позин М. Е. Расчеты по технологии неорганических веществ. – Л.: «Химия», 1977, 496 с.
6. Справочник азотчика, т. 2. – М.: «Химия», 1967-69, 946 с.
7. Методические указания к выполнению курсового проекта / Под ред. доц. Леонова В. Т. – Н., 1985 г., 41 с.