Курсовая по химии

0.00 руб.

Количество

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.

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.

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]

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]

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]

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]

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.

Тепло, приносимое раствором мочевины: Q1 = 1,32174 · 108 = кДж/ч.
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.

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.

Тепло, расходуемое на разложение карбамата аммония:

Q1 = = 13834560 кДж/ч.

159320 кДж/кмоль - тепловой эффект реакции образования карбамата аммония, [1, с. 152]

Тепло, расходуемое на выделение NH3изб. Q2 = 33330/17

Q2 = 33699080 кДж/ч.

Вода взаимодействует с NH3 изб.

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]

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]

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.

Тепло, приносимое раствором мочевины: Q1 = 99625119 кДж/ч.
Тепло, выделяющееся при разложении мочевины:

Q2 = = 100876,5 кДж/ч.

Суммарный приход тепла:

ΣQпр = 99625119 + 100876,5 = 997259958 кДж/ч.

Расход тепла.

Тепло, расходуемое на разложение карбамата аммония:

Q1 = = 5929087,3 кДж/ч.

Тепло, расходуемое на выделение NH3изб.
2 = = 3744351 кДж/ч.
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]

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]

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

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).

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.

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.

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.

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:

Дыбина П. В. и др. Расчеты по технологии неорганических веществ. – Изд.: Высшая школа, М,: 1967. – 523 с.
Лащинский А. А., Толчинский П. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. / Под ред. Н. Н. Логинова. – М.-Л., Машгаз, 1963, 468 с.
Пазин М. Е. Технология минеральных удобрений. – Л., «Химия», 1983, 336 с.
Горловский Д. М., Кучерявый В. И. Технология карбамида. – Л.: «Химия», 1981, 320 с.
Позин М. Е. Расчеты по технологии неорганических веществ. – Л.: «Химия», 1977, 496 с.
Справочник азотчика, т. 2. – М.: «Химия», 1967-69, 946 с.
Методические указания к выполнению курсового проекта / Под ред. доц. Леонова В. Т. – Н., 1985 г., 41 с.

ЛЕСНАЯ

Курсовая по химии

содержание