На головну

Опис технологічного процесу і схеми. 3 сторінка

  1.  1 сторінка
  2.  1 сторінка
  3.  1 сторінка
  4.  1 сторінка
  5.  1 сторінка
  6.  1 сторінка
  7.  1 сторінка

Кількість тепла Q, Вт, що витрачається на нагрів розчину визначається за формулою:

Q = G · c · ?t, (6.25)

де G - витрата розчину ДАФ, кг / с;

c - теплоємність розчину, Дж / (кг · К);

?t -різницю температур, оС;

Q = 12096,4 · 2,3 · (125 - 40) = 2364846,2 Вт

Кількість нагріває розчину G, кг / с, визначається за формулою:

G = 2364846,2 / (3743,763 · 85) = 7,43 кг / с

В процесі теплообміну аміак нагрівається від 40 оЗ до 125 оС

Среднелогаріфміческая різниця температур ?t ср лог, Визначається за формулою:

 , (6.26)

де ?t б -велика різниця температур, град;

?t м- Менша різниця температур, град;

?t м = ?t б = 50 град

?t ср лог = 50 град

Ставлення n / Z визначається за формулою:

 (6.27)

де n-загальна кількість труб, шт;

Z - число ходів;

Re - критерій Рейнольдса;

?- в'язкість середовища, Па · с;

d- внутрішній діаметр трубок, м

- При діаметрі труб Oтр= 25 ? 2 мм

,

- При діаметрі труб Oтр= 20 ? 2 мм

Площа поверхні теплообмінника Fор , м 2, Визначається за формулою:

 (6.28)

k - коефіцієнта теплопередачі, Вт / (м 2· К)

Приймемо орієнтовний значення коефіцієнта теплопередачі:

k = 250 Вт / (м 2· К)

Тоді орієнтовна поверхню теплообміну:

Fор=  189 м 2

Вибираємо теплообмінник, відповідний площі поверхні теплообмінника Fор = 189 м2. (ГОСТ 15120- 79):

- Поверхня теплообміну F = 219 м2

- Діаметр теплообмінника O = 800 мм

- Діаметр труб теплообмінника Oтр= 25 ? 2 мм

- Число ходів Z = 1

- Число трубок n = 465 шт

- Довжина труб = 6м

- Площа перерізу в вирізі S1 = 16,1 · 10-2 м2

- Площа перетину між перегородками S2 = 7,9 · 10-2 м2

- Площа перерізу одного ходу по трубі S3 = 6,9 · 10-2 м2

Критерій Рейнольдса Re визначаємо виходячи з формули:

Re =

Критерій Прандтля (Pr) визначаємо за формулою:

Pr =  (6.29)

де c - питома теплоємність, кДж / (кг · К);

? - теплопровідність, Вт / (м · К);

?- в'язкість середовища, Па · с.

Pr =  = 5,07

Коефіцієнт тепловіддачі до рідини ?, Вт / (м2· К), що рухається по трубах турбулентному, визначається за формулами:

? = 0,023 · Re0,8 · Pr0,4 · ? / d, (6.30)

?1 = 0,023 · 9500,8 · 5,070,4 · (0,748 / 0,021) = 377,9 Вт / (м2· К)

Площа перетину потоку в міжтрубному просторів між перегородками:

S2 = 0,079 м2

Критерій Рейнольдса Re в міжтрубномупросторі визначається:

Re = G · dвн / S2 · ?, (6.31)

де G - витрата, кг / с;

dвн - Внутрішній діаметр, м;

S2 - Площа перетину між перегородками, м2

Re2 = 7,43 · 0,02 / (0,079 · 0,0125) = 150,5

Критерій Прандтля: Pr2 = 3743,4630 · 0,00125 / 0,548 = 6,255

Коефіцієнт тепловіддачі до рідини, що рухається в міжтрубному просторі:

? = 0,24 · Re0,6 · Pr0,36 · ? / d, (6.32)

?2 = 0,24 · 150,50,6 · 6,255 0,36 (0,748 / 0,02) = 351,7 Вт / (м2· К)

Коефіцієнт теплопередачі К, Вт / (м2 · К), визначається за формулою:

 , (6.33)

де ?? / ? - сума термічних опорів стінки і забруднень, м2· К / Вт

?? / ? =  (6.34)

?? / ? = 0,002 / 17,5 + 2/2900 = 0,000804 м2· К / Вт

Коефіцієнт теплопередачі: К = 1 / (1 / 377,9 +0,000804 + 1 / 351,7) = 160 Вт / (м2· К),

Поверхня теплообміну складе: F = 2364846,2 / (50 · 160) = 295,6 м2

Запас поверхні теплообміну становить: ? = (295,6 - 189) / 295,6 · 100% = 3,6%

Дані по устаткуванню приведені в таблиці 5.9

Таблиця 6.9

Основне обладнання процесу нейтралізації азотної кислоти газоподібним аміаком і введення ЖКП.

 устаткування  Розміри
 Підігрівач газоподібного аміаку Т-1Діаметр, ммВисота, ммПоверхность теплообміну, м2  
 Апарат ІТН Р-3Діаметр реакційної частини, мм.Діаметр реакційного склянки, мм.Висота, мм.Діаметр сепарационной частини, мм.Общая висота, мм.Давленіе, МПа.Температура в реакційній зоні, ° с.Температура в сепарационной зоні, ° С .  3600 / 22000,02148-165 ° С100-106 ° С
 Контрольний донейтралізатор Р-97Діаметр, ммВисота, мм  
 Скруббер-нейтралізатор Х-86Діаметр, ммВисота, мм  
 Донейтралізатор Р-4Діаметр, ммВисота, ммВместімость, м3Тиск, МПаТемпература, ° С  3,20,02
 Підігрівач азотної кислоти Т-2Діаметр, ммВисота, ммПоверхность теплообміну, м2  
 Бак-гідрозатвор Е-5Діаметр, ммВисота, мм  
 Отделітель- випарник рідкого аміаку Х-37Діаметр, ммВисота, ммВместімость, м3Поверхня теплообміну, м2  2,3

 

6.5 Механічні розрахунки.

1 Визначення товщини стінки.

Розглянутий апарат являє собою циліндричну обечайку. Матеріал корпусу - сталь 12Х18Н10Т, модуль пружності при температурі 300?C - Е = 1,9  МПа.

Коефіцієнт міцності зварних швів корпуса  , Коефіцієнт Пуассона ? = 0,3.

Надбавка до розрахункової товщині корпусу:

з = з1 + з2 + з3, (6.35)

де з1 - Надбавка для компенсації корозії, ерозії, з1 = 2,5 мм;

с2 - Надбавка для компенсації мінусового допуску, з2 = 0,8 мм;

с3 - Технологічна надбавка, з3 = 4,75мм

з = 2,5 + 0,8 + 4,75 = 8,05мм

Розрахунковий тиск: Р = 0,02МПа.

Температура стінки: Т = 140 ° С.

Діаметр корпусу D = 3600мм.

Величина допустимих напружень при температурі t = 140?C, ? = 136МПа.

Розрахункова товщина стінки корпусу, навантаженої внутрішнім надлишковим тиском, мм:

 , (6.36)

де [?] = ? · ? *, ? - поправочний коефіцієнт, для листового прокату ? = 1.

[?] = 1 · 136 = 136МПа

 мм

округляем SR до цілого парного числа, SR = 6мм.

Виконавча товщина обичайки:

S = SR+ C (6.37)

S = 4,2 + 8,5 = 12,7 мм.

Прийнято 14мм.

Умова застосування формул:

 , (6.38)

для обичайок і труб при D? 200мм

 <0,1 Умова виконується.

Розрахуємо товщину стінки полусферического днища.

Радіус кривизни в вершині днища: R = 0,5D, R = 2200мм.

 (6.39)

 мм

Виконавча товщина стінки днища, мм:

S1 = S1R + C (6.40)

S1 = 2,6 + 8,5 = 11,1 мм

приймаємо S1 = 12 мм.

2 Визначення допустимої тиску

Допускаються зовнішнє тиск, МПа:

[Р] = min {[Р]1; [Р]2}, (6.41)

де [Р]2 - Допустиме зовнішній тиск, обумовлений з умови міцності обичайки між суміжними кільцями жорсткості, МПа:

 , (6.42)

[Р]2 =  = 0,42МПа

[Р]1 - Допустиме тиск з умови міцності та умови стійкості в межах пружності, МПа:

 , (6.43)

[Р]? - Допустиме тиск з умови міцності, МПа:

 (6.44)

[Р]? =  = 1,116МПа

[Р]Е - Допустиме тиск стійкості в межах пружності, МПа:

 ; (6.45)

де Кэ - Коефіцієнт, приймаємо Доэ = 0,93;

nу - Коефіцієнт запасу стійкості, nу = 2,4

[Р]Е =  = 1,776МПа

[Р]1 =  = 0,845МПа

[Р] = min {0,845; 1,016} = 0,845МПа

[Р]> Р2 (0,845> 0,42), умова міцності і стійкості виконується.

3 Розрахунок зміцнення отворів

Допустимий діаметр одиночного отвори, що не потребує додаткового зміцнення:

 (6.46)

 74мм

Формула застосовується, якщо: ,

де dR - Розрахунковий діаметр отвору,

dR = D + 2с (6.47)

Отвір для відбору проб: d = 10мм

dR = 10 + 2 ? 8,05 = 26,1мм

Зміцнення не потрібно (dR 0 ).

Отвір для термопари: d = 40мм

dR = 40 + 2 ? 8,05 = 56,1мм

Зміцнення не потрібно (dR 0 ).

4 Зміцнення одиночного отвори в обечайке, днище, кришці іншим штуцером

Внутрішній діаметр штуцера d = 600мм.

Найбільший розрахунковий діаметр отвору, що не потребує додаткового зміцнення, при відсутності надлишкової товщини стінки:

 (6.48)

 мм

Напруга, що допускається матеріалу штуцера при розрахунковій температурі  = 140МПа.

Напруга, що допускається матеріалу накладного кільця при розрахунковій температурі  = 136МПа.

Розрахункова довжина зовнішньої частини штуцера:

 , (6.49)

де l1 - Виконавча довжина зовнішньої частини штуцера, l1 = 48мм,

сS - Сума надбавок до розрахункової товщині штуцера, зS = 0,8 мм,

S1 - Виконавча товщина стінки штуцера, мм:

S1 = S1R + зS, (6.50)

 , (6.51)

?1 - Коефіцієнт міцності поздовжнього зварного з'єднання, ?1 = 1,

 мм

S1 = 1,7 + 0,8 = 2,5 мм

приймаємо S1 = 10мм

 мм

приймаємо l1R = 48мм.

Розрахункова ширина накладного кільця, мм:

 , (6.52)

де l2 - Виконавча ширина накладного кільця, l2 = 240мм,

S2 - Виконавча товщина накладного кільця, S2 = 12мм

 мм

приймаємо l2R = 240мм

Розрахункова ширина зони зміцнення в околиці штуцера, мм:

 (6.53)

lR =  = 194мм

Відносини допустимих напружень:

 (6.54)

Х1 = Х3 = 140/136

приймаємо Х1 = Х3 = 1.

 (6.55)

Х2 = 136/136 = 1

Умова зміцнення отвори:

l1R(S1 - S1R - cS) X1 + l2RS2X2 + l3R(S3 - 2cS) X3 + lR(S - SR - C) ? 0,5 (dR - doR) SR (6.56)

48 (10 - 1,7 - 0,8) 1 + 240 ? 12 ? 1 + 0 + 194 (18 - 9,8 - 8,05) = 3269мм

0,5 (600 - 77,2) 9,8 = 2561,72мм

Визначаємо необхідність зміцнення отвори діаметром 900мм.

Отвори діаметром 600 і 900мм слід зміцнити іншим штуцером.

5 Розрахунок зміцнення взаимовлияющих отворів.

Максимальна відстань між зовнішніми поверхнями двох сусідніх штуцерів: в = 370мм.

Умова, коли отвори вважаються одиночними

 (6.57)

 мм

370 <389, отвори взаємовпливаючі.

Допустиме тиск перемички, МПа:

 , (6.58)

де до1 і до2 - Коефіцієнти, для опуклих днищ до1 = 2, до2 = 1,

V1 - Коефіцієнт зниження міцності:

 , (6.59)

де DR - Розрахунковий діаметр зміцнює елемента, мм:

DR = 2R - для сферичних днищ, DR = 2 ? 1900 = 3800мм,

 = 600мм,  = 900мм - розрахункові діаметри взаимовлияющих штуцерів,

 - Внутрішні діаметри взаимовлияющих штуцерів.

 МПа

Розрахунковий тиск 0,2МПа не перевищує допустиме тиск перемички 0,82МПа

6 Розрахунок опор обичайки

Вертикальні апарати зазвичай встановлюють на стійках, коли вони розміщуються внизу приміщення або на підвісних лапах, коли апарати розміщують між перекриттями в приміщенні або на спеціальних, сталевих конструкціях. При відношенні Н / D> 5 вертикальні апарати розміщують на відкритому майданчику і встановлюють на так званих Спідничні (циліндричних і конічних) опорах.

Знаходимо навантаження на одну опору:

Q = G / z, (6.60)

де G - вага обичайки з середовищем, Н;

z - число опор, z = 4;

Q = 221300/4 = 55,2 кН

Розміри опори: а = 258 мм, а1= 315 мм, b = 83 мм, b1= 43 мм, b2= 323 мм, b3= 166 мм, h1= 98 мм, h2= 493 мм, S = 17 мм, S1= 31 мм, dб= М36.

Визначаємо товщину накладного листа:

 , (6.61)

де ?т - Межа плинності матеріалу накладного листа (ВСт3 пс), ?т= 140 МПа,

 = 36,3мм

Округляем отримане значення до стандартного розміру: SH= 36 мм.

Знаходимо окружне напруження від внутрішнього тиску:

?m = Р2D1/ (2 (S3-c2)), (6.62)

?m = 0,8 · 3800/2 · (18 - 8,05) = 107,1МПа

Обчислюємо максимальне напруження згину від реакції опор:

?и = Qe / (h2(S3 - c2)2), (6.63)

де e - відстань між опорною реакцією і стінкою обичайки, мм:

е = 0,5 (b + b2 + SH + S3 - c2), (6.64)

е = 0,5 (83 + 323 + 26 + 14 - 1,3) = 222мм,

?и = 110000 · 222 / (493 · (18 - 8,05)2) = 307,1МПа

Перевіряємо умову міцності опорних лап:

(?m/ ?т)2 + 0,8?и/ А?т < 1, (6.65)

де А = 185 - коефіцієнт, що враховує умови роботи.

(107,1 / 140)2 + 0,8 · 307,1 / 140 · 185 = 0,6 <1.

Умова міцності опорних лап виконується.

7 Розрахунок сполучення (днище-обичайка)

Внутрішній тиск Рр = Р2 = 0,8 МПа.

Напруга, що допускається і модуль пружності при робочій температурі [?] = 136 МПа, Е = 1,8 · 105 МПа.

Напруга, що допускається на краю елемента:

[?]кр= 1,3 [?],

[?]кр= 1,3 · 136 = 176,8 МПа.

Рівняння сумісності деформацій:

?цр - ?цQ0 - ?цM0 = ?ср+ ?сQ0+ ?сМ0

?цр - ?цQ0 + ?цM0 = - ?ср- ?сQ0 - ?сМ0 ,

де ?цр, ?цQ0, ?цM0, ?цр, ?цQ0, ?цM0 - Відповідно, радіальні і кутові переміщення краю циліндричної обичайки під дією навантажень Р, Q0, М0;

?ср, ?сQ0, ?сМ0, ?ср, ?сQ0, ?сМ0 - Відповідно, радіальні і кутові переміщення краю еліптичної обичайки під дією навантажень Р, Q0, М0;

Підставляємо відповідні значення деформацій в рівняння деформацій, отримаємо:

(2-?) Р / 2 Е (S-c) - 2?R2Q0/ E (S-c) + 2?2R2M0/ Е (S-c) =

= Pa2/ 2 Е (S-c) (2-?-a2/ b2) + 2?эa2Q0/ Е (S-c) + 2?2эa2М0/ Е (S-c);

0-2?2R2Q0/ Е (S-c) + 4?3RM0/ Е (S-c) =

= -0-2?2эa2Q0/ Е (S-c) - 2?3эa2М0/ Е (S-c),

де R = 0,5D, a = 0,5D, b = 0,25D,

R = 0,5 · 3600 = 1800мм, а = 0,5 · 3600 = 1800мм, b = 0,25 · 3600 = 900мм;

 (6.66)

 = 0,01

 (6.67)

 = 0,01

визначаємо Q0, M0, Вирішуючи систему рівнянь:

Q0 = -0,577 МН,

M0 = -0,561 МН.

Сумарні напруги на краю сферичного днища:

меридіональні ?mэ = Ра / (2 (S-c)) +0/ (S-c)2; (6.68)

кільцеві ?tэ = Ра (2-а2/ b2) / (2 (S-c))+6?М0/ (S-c)2+ 2?эaQ0/ (S-c) + 2?2э0/ (S-c); (6.69)

?mэ = 0,8 · 1800/2 · 10,7 + 6 · 0,561 / 10,72= 63,58 МПа,

?tэ= 0,8 · 1800 (2-4) / 2 · 10,7 + 2 · (-0,577) · 0,01 · 1800 / 10,7-

-2 · 0,561 · 0,0001 · 1800 / 10,7 + 6 · 0,3 · 0,561 / 10,72= 128,9 МПа.

Сумарні напруги на краю циліндричної обичайки:

меридіональні ?mo= РR / (2 (S-c))+0/ (S-c)2; (6.70)

кільцеві ?to= Р2R / (2 (S-c))+6?М0/ (S-c)2+ 2?эRQ0/ (S-c) + 2?2э0/ (S-c); (6.71)

?mо= 0,8 · 1700/2 · 10,7 + 6 · 0,561 / 10,72= 63,58 МПа,

?tо= 0,8 · 1700/2 · 10,7 + 2 · (-0,577) · 0,01 · 1700 / 10,7-

-2 · 0,561 · 0,0001 · 1800 / 10,7 + 6 · 0,3 · 0,561 / 10,72= 69,82МПа.

Максимальна напруга на краю:

сферичного днища ?max э= Max {?mэ, ?tэ},

?max э= 128,9 МПа,

?max э< ?1[?]кр,

128,9 МПа<163,8 МПа;

циліндричної обичайки ?max о= Max {?mо, ?tо},

?max о= 69,82 МПа,

69,82 МПа<163,8 МПа.

Так як нерівності виконуються, то міцність сполучення забезпечується.

7. Системи управління хіміко-технологічними процесами

На ПСМУ ВАТ «Череповецький« Азот »управління технологічними процесами здійснюється ЕОМ, микроконтроллерами з програмним управлінням, контрольно-вимірювальними і регулювальними приладами.

Система автоматичного регулювання охоплює практично всі технологічні операції, починаючи з подачі напівпродуктів і закінчуючи транспортуванням на склад готової продукції. У загальному вигляді автоматичне керування на агрегаті включає: спостереження за транспортування; регулювання температури і рН; контроль рівня плаву; регулювання потоків аміаку і азотної кислоти; забезпечення високої якості продукту;

Крім того, в функцію керуючої обчислювальної машини входить: реєстрація даних виробничої і технологічної інформації, команд, несправностей; збір і обробка даних про технологічний процес; діагностика обладнання.

У ПСМУ управління процесом здійснюється з центрального пункту управління (ЦПУ).

Основний стадією підсистеми регулювання на стадії нейтралізації є підтримка заданого співвідношення потоків аміаку і азотної кислоти в апараті ІТН при забезпеченні певного значення рН розчину аміачної селітр, що виходить з апарату ІТН. В системі регулювання співвідношення цих потоків в агрегаті провідним є витрата газоподібного аміаку. Подача азотної кислоти і аміаку в апарат ИТН автоматично регулюється по масовим потокам в співвідношенні 6,02: 1 (в розрахунку на 60% -ю азотну кислоту).

Автоматизація виробництвом

1) Газоподібний аміак на вході в агрегат, на трубопроводі:

Перед Х-37 встановлена:

- Засувка з електроприводом поз.HVSA-17, контролює тиск PIR-1-2;

Перед підігрівником Т-1 встановлені:

- Клапан регулюючий з пневматичним МІМ поз. PCV-1, контролює тиск;

- Термометр контактний, контролює температуру;

- Манометр технічний пружинний типу АМУ-1, КТ-1, контролює тиск;

- Діафрагма камерна ДКС 10-300, контролює масова витрата FQIR-13 з корекцією по температурі, поз.TIR-21 і тиску поз. PIRCS-1;

На вході в апарат ИТН Р-3 / 1,2 (після підігрівача Т-1) встановлено:

- Перетворювач тиску типу МС-П2,

- Клапан регулюючий з пневматичним МІМ поз.1,2FRCSA-1,

- Засувка з електроприводом типу ЗКЛПЕ 300-16 поз.HVSA-1, контролюють тиск;

- Сигналізатор тиску типу ЕКМ-1У, КТ-1,5.

2) Азотна кислота на вході в агрегат, на трубопроводі:

- Перетворювач тиску типу МС-П2, КТ-1,0, контролює тиск;

- Термометр контактний П-4, КТ-1,0, контролює температуру;

- Діафрагма камерна ДКС 10-150, контролює масова витрата.

На вході в апарат ИТН Р-3 / 1,2; на трубопроводі:

-перетворювачі термоелектричний типу ТК, контролює температуру;

- Діафрагма камерна ДКС 10-100, контролює масова витрата;

- Електромагнітний витратомір JFM 4080К з перетворювачем сигналів JFC 090.

3) Апарати ИТН Р-3 / 1,2

Слабкий NP-розчин після 3-й тарілки апарату:

- Перетворювач термоелектричний типу ТХК, контролює температуру;

Розчин аміачної селітри (NP-розчин) в реакційному склянці:

- Перетворювач термоелектричний типу ТХК, контролює температуру;

Розчин аміачної селітри (NP-розчин) поза зоною реакційного склянки:

- Перетворювач термоелектричний типу ТХК, контролює температуру.

4) NP-розчин в лінії переливу з апарату ІТН:

- Перетворювач термоелектричний типу ТХК, контролює температуру;

- Перетворювач термоелектричний типу ТХК, контролює температуру;

- Напоромери сільфонний НС-П2 з мембранним роздільником, контролює тиск;

- Перетворювач промисловий П-201 І, з чутливими елементами, контролює вимір pH;

Розчин аміачної селітри на виході з апарату ІТН; на трубопроводі:

- Перетворювач промисловий П-201 І, з чутливими елементами, контролює вимір рН;

NP-розчин з бака Е-20: На 2-у тарілку апарату ІТН Р-3 / 1,2

на трубопроводі перед апаратом:

- Електромагнітний витратомір IFM 4080К з перетворювачем сигналів, контролює об'ємний витрата.

5) хімочищеної вода на вході в агрегат, трубопровід:

- Сигналізатор тиску типу ВЕ 16рб;

- Діафрагмове камера типу ДКС-10-80;

- Термометр контактний У-4, КТ-0,5.

Для безпечного зберігання великих мас САФУ в складі при зберіганні продукту насипом передбачений завмер температури в бурти. Для цього в центрі бурту через кожні 3 м на висоті не менше 3 м від підстави бурту встановлені Однозонна термопари, що прикріплюються до основи чаші. При підвищенні температури понад 700З подається сигнал в ЦПУ складу і упаковки, проводиться автоматичне включення системи пожежогасіння (з подачею води в ту частину бурту, де стався розігрів селітри).




 Вступ |  аналітичний огляд |  Опис технологічного процесу і схеми. 1 сторінка |  Опис технологічного процесу і схеми. 5 сторінка |  Амортизаційні відрахування на будівлю |  Розвиток хімічної науки / Под ред. Жаворонкова Н. Г.-м.: Іваново, 2006.- 168 с. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати