Дипломная работа: Проект производства формалина

принимаем h1 = 0,8 м.

Н = 4 + 0,8 = 4,8 м.

18. ГИДРАЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Целью расчета является определение величины гидравлического сопротивления.

Исходные данные:

внутренний диаметр обечайки – 3 м;

количество труб – 24,75 d = 38×2 мм;

длина 5 м;

диаметр внутренний входного штуцера – 0,15 м;

диаметр внутренний выходного штуцера – 0,6 м;

количество перегородок в межтрубном пространстве – 3 (шт).

Расход воды – 8,7 кг/с при tср 106,5оС, ρ = 854 кг/м3.

Расход контактного газа – 7 кг/с при tср = 415оС, ρ = 0,487 кг/м3.

Высота слоя катализатора – 0,6 мм.

Общее гидравлическое сопротивление определим по формуле:

∆Р = ∆Рк.ап. + ∆Ртр, (19.1)

где, ∆Рк..ап. - гидравлическое сопротивление слоя катализатора, Па;

 ∆Ртр гидравлическое сопротивление трубного пространства подконтактного холодильника, Па.

 (19.2)

где, f – функция Re, для турбулентного режима и насыпной насадки f = 3,8/Re0,2;

ε порозность слоя, ε = 0,4;

g0 – удельная массовая скорость газа, рассчитанная на сечение пустого аппарата, кг/м2с.

 (19.3)

ρг плотность газа, кг/м3;

g ускорение свободного падения – 9,81 м/с;

Re 4238,19 [технологич. pасчет].

 (19.4)

∆Ртр = ∆Р1 + ∆Р2, Па(19.5)

где, ∆Р1 – потеря давления на входе в трубки, в трубках, на выходе из них, Па;

∆Р2 потеря давления на входе в выходной патрубок, Па.

 (19.6)

Коэффициент сопротивления на входе в трубку принимаем ε1 = 0,5 d = 38×2 мм, Re = 4238,19.

Относительная шероховатость:

 (19.7)

Размер выступов шероховатости принимаем равным 0,1 мм.

Коэффициент трения λ для Re = 4238,19 и l/d = 0,0029 находим

[7, с. 445], λ = 0,045.

Коэффициент сопротивления на входе из трубок принимаем 0,5 – εn.

 (19.8)

 (19.9)

∆Ртр = 117,98 + 572,3 = 690,28 Па;

∆Р = 3,43 + 690,28 = 693,71 Па.

Определение гидравлического сопротивления межтрубного пространства подконтактного холодильника [1, с. 446, рис. 3]:

 (19.10)

где, D – внутренний диаметр кожуха, м;

n число перегородок в межтрубном пространстве;

ω скорость движения жидкости, м/с;

dэ – эквивалентный диаметр межтрубного пространства, dэ = 0,0334;

ρ плотность жидкости, кг/м3;

λ коэффициент трения, λ = 0,6 [1, с. 446].

Затраты давления на подъем охлаждающей жидкости:

 (19.11)

∆Pпод =  = 112304,88 Па;

∆Р = ∆Рм.тр. + ∆Рпод. = 26,42 + 112304,88 = 112331,3 Па. (19.12)

19. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Цель расчета – определение размеров отдельных элементов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию аппарата за счет установочной механической прочности, плотности расчетных соединений, устойчивости к сохранению формы и необходимой долговечности.

19.1 Обоснование конструкции основного аппарата

Реактор (контактный аппарат поз.Р1) предназначен для окислительного дегидрирования метанола в формальдегид в газовой фазе на пемзосеребряном катализаторе. Реактор представляет собой стальной вертикальный цилиндрический аппарат, разделенный на две секции: верхнюю (секция контактирования) и нижнюю (подконтактный холодильник). В нижней части секции контактирования на свободно лежащую решетку, покрытую двумя слоями сеток, засыпан катализатор. В этой секции происходит, непосредственно, синтез формальдегида. Разогрев контактной массы, при пуске, до температуры 300÷350°С, при которой начинается реакция превращения метанола в формальдегид, осуществляется включением электрозапала, представляющего собой три нихромовые спирали (диаметром 0,4 мм), уложенные поверх слоя катализатора. Дальнейший подъем температуры происходит за счет выделяющегося тепла реакций. Секция контактирования снабжена штуцером для подвода метаноло-воздушной смеси, люком-лазом (для загрузки и выгрузки катализатора). В связи с тем, что метаноло-воздушная смесь взрывоопасна, на случай аварийных ситуаций, секция контактирования снабжена, также, двумя взрывными мембранами. Для контроля температуры в слое катализатора имеются два штуцера, предназначенных для подсоединения датчиков температуры.

Синтез формальдегида протекает с выделением тепла при температурах 550÷700°С. При таких температурах формальдегид неустойчив и возможно его необратимое разложение, поэтому требуется быстрое охлаждение (закалка) контактных газов до температуры не выше 200°С. ПО этой причине непосредственно под верхней секцией контактного аппарата (в нижней секции) смонтирован теплообменник (подконтактный холодильник). Подконтактный холодильник представляет собой кожухотрубчатый одноходовой теплообменник, по трубному пространству которого движутся контактные газы, а в межтрубном пространстве происходит кипение водного конденсата. Для равномерной подачи конденсата и отвода водяного пара имеется по шесть штуцеров, расположенных радиально, соответственно в нижней и верхней частях межтрубного пространства. В нижней части холодильника имеются: штуцер для отвода контактных газов, люк-лаз (для регламентных работ), дренажный штуцер. Для компенсации температурных напряжений на корпусе подконтактного холодильника предусмотрен линзовый компенсатор. Контактный аппарат устанавливается на несущие балки металлоконструкции с помощью юбочной цилиндрической опоры.

19.2 Выбор материала основных элементов аппарата

На выбор конструкционных материалов для изготовления аппаратов химической промышленности влияет ряд факторов, таких как:

- агрессивность среды, с которой контактирует материал;

- температура;

- давление;

- стоимость материала;

- легкость его обработки и т.д.

Главными из этих условий являются агрессивность среды и температура.

В контактном аппарате рассматриваемой конструкции можно выделить три группы деталей и узлов: детали, соприкасающиеся с контактным газом и метаноло-воздушной смесью (обечайка, крышка и днище, трубы подконтактного холодильника, трубные решетки т.д.); детали, соприкасающиеся с водяным паром и конденсатом (штуцера для подвода конденсата и отвода пара, трубчатка подконтактного холодильника и т.д.); детали, находящиеся в контакте только с внешней средой (монтажные штуцера, опора и т.д.).

Контактный газ является агрессивной средой и имеет достаточно высокую температуру, до 700°С, поэтому узлы и детали, соприкасающиеся с ним, следует изготовлять из жаропрочных материалов с высокой коррозионной стойкостью. Этим условиям удовлетворяют высоколегированные стали типа 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632 – 61). Эта сталь обладает хорошими прочностными свойствами, жаропрочна при температурах 700°С, характеризуется высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, технологична в обработке, хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях, хорошо сваривается всеми видами сварки и не требует обязательной термической обработки изделия после сварки. Единственный недостаток этого материала – высокая стоимость [17, c.79].

Другая группа деталей и улов находится в контакте с водяным паром и конденсатом при температурах порядка 100÷150°С. Вода является менее агрессивной средой по сравнению с контактным газом, поэтому для изготовления узлов и деталей, контактирующих с водой, можно использовать стали с меньшей коррозионной и жаростойкостью, такие как углеродистые или низколегированные стали. В конструкции действующих контактных аппаратов для изготовления деталей контактирующих с водой применяется низколегированная сталь марки 09Г2С (ГОСТ 5520 – 62). Саль этой марки характеризуется повышенной прочностью и ударной вязкостью, хорошо деформируется и обрабатывается резанием, легко сваривается всеми видами сварки, однако, неустойчива во многих агрессивных средах. Использование этой стали выгоднее и с финансовой точки зрения в виду ее дешевизны. [17, c.69].

Детали, находящиеся в контакте только с внешней средой, следует изготовлять из возможно более дешевых материалов, обладающих, однако, достаточной механической прочностью. В конструкции действующего контактного аппарата для изготовления такого рода деталей используется углеродистая сталь Ст.3сп. (ГОСТ 380 – 60). Сталь этой марки характеризуется хорошим сочетанием механических свойств, позволяющим применять ее для изготовления ответственных деталей и узлов, хорошо обрабатывается резанием и давлением, хорошо сваривается всеми видами сварки, однако, как и сталь марки 09Г2С неустойчива во многих агрессивных средах [17, c.68].

В качестве прокладочного материала в действующих контактных аппаратов используется паронит марки ПОН-Б (ГОСТ 481 – 80). Этот материал может использоваться в агрессивных средах при рабочих давлениях среды до 6 МПа и температурах до 500°С [17, c.240], следовательно, выбор его оправдан.

19.3 Расчет диаметра патрубков

Подбор патрубков и фланцев будем проводить по условному проходу и условному давлению.

Расчет диаметра патрубков рассчитывается по формуле:

 (20.1)

где, G – расход продукта, кг/ч;

ω скорость движения продукта, м/с;

ρ плотность продукта, кг/м3.

Значение скоростей движения продуктов в таблице 20.1 [1, с.100].

Таблица 20.1 – Значение скоростей движения продуктов

Результаты расчета в таблице 20.2.

Таблица 20.2 – Результаты расчета

Диаметры патрубков принимаем согласно ГОСТ 28759.2 – 90.

Основные размеры подобранных фланцев к патрубкам в таблице 20.3.

Таблица 20.3 – Основные размеры подобранных фланцев к патрубкам

Для входа и выхода конденсата используют плоский-приварной фланец, а для входа спирто-воздушной смеси и выхода контактных газов - тип фланцевого соединения ″шип-паз″.

19.4 Расчет толщины стенок обечайки и днища

Толщина стенки обечайки реактора

Исходные данные:

материал сталь 12Х18Н10Т;

температура 650оС;

диаметр 3,0 м;

расчетное давление – 0,3 МПа;

нормативно допустимое напряжение σ* = 113 МПа [1, с. 33, таб. 1.4];

толщину обечайки рассчитываем по формуле:

 (20.2)

где, φ = 1 – коэффициент прочности сварного шва;

 σдоп допустимое напряжение, МПа;

σдоп =  (20.3)

η = 1 – поправочный коэффициент [1, с. 31];

σдоп = 1 113 МПа = 113 МПа.

С прибавка на компенсацию коррозии, м;

С1 дополнительная прибавка на округление размеров, м;

С1 = 0,62 см.

 (20.4)

где, П – коррозионная проницаемость слоев для среды, содержащий формальдегид и метанол, П = 0,2 мм/год;

τ амортизационный срок службы, τ = 10 лет.

Допускаемое давление:

 (20.5)

Формулы применимы для выполнения условия:

 (20.6)

Прочность обечайки обеспечена.

Толщина стенки обечайки подконтактного холодильника

Исходные данные:

материал сталь 09Г2С;

температура 106,5оС;

диаметр 3,0 м;

расчетное давление 0,2 МПа;

нормативно допускаемое напряжение.

σ* = 151,6 МПа;σдоп = 1*151,6 = 151,6 МПа.

 (20.7)

Условия применимости расчетных формул:

 (20.8)

Прочность обечайки обеспечена.

19.5 Расчет толщины днища подконтактного холодильника

(выбираем крышку эллиптической формы):

Исходные данные:

материал сталь 12Х18Н10Т;

температура 180оС;

диаметр 3,0 м;

расчетное давление – 0,3 МПа;

нормативно допускаемое напряжение σ* = 113 МПа.

Допускаемое напряжение σдоп = 1 113 = 133 МПа.

Исполнительную толщину стенки определяем по формуле:

 (20.9)

Формулы применимы когда:

 (20.10)

 (20.11)

Условия прочности обеспечены.

19.6 Условия укрепления отверстий

Расчетный диаметр для эллиптического днища:

 (20.12)

D = 3 м = 300 см, S = 100 см.

где, х – расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптического днища, х = 0.

Расчетный диаметр отверстия в днище:

dR = d + . (20.12)

где, d – диаметр штуцера, 0,6 м [1, таб. 77];

Sст.ш – толщина стенки штуцера;

Sст.ш. = С1 +С2; (20.13)

где, С1 – прибавка на коррозию, м;

С2 минусовой допуск по толщине листа штуцера, м.

Sст.ш. = 0,002 + 0,008 = 0,01 м;

DR = 0,6 + 2 0,01 = 0,62 м.

Условия применения формул для днища [ 2, с. 498]:

  (20.14)

  (20.15)

Условия выполняются, укрепление отверстия не нужно.

19.7 Расчет крышки аппарата

Исходные данные:

материал сталь 12Х18Н10Т;

нормативное допускаемое напряжение σдоп =  = 113 МПа.

Исполнительная толщина стенки:

 (20.16)

 (20.17)

Допускаемое давление:

 (20.18)

Применимость формул:

 (20.19)

 (20.20)

Условия прочности обеспечены.

Выбираем тип конструкции крышки:

сварная стальная при Рдоп ≤ 25 кг/см2 [77, с. 569, рис. 23.10].

19.8 Расчет трубной решетки подконтактного холодильника

Трубные решетки по конструкции представляют собой эллиптические днища. Такие трубные решетки применяются в кожухотрубчатых аппаратах при оносительно больших диаметров аппарата D = > 1200 мм.

Исходные данные:

материал сталь 12Х18Н10Т;

количество труб в решетки 2475, d - 38×2;

нормативно допускаемое напряжение σ* = 113 МПа;

допускаемое напряжение σдоп = 113 МПа [2, с. 33, таб.1,4];

диаметр обечайки, Dоб = 3,0 м;

температура 650оС;

Выбираем конструкцию решетки 2 – го типа [2, с. 633, рис. 25,].

Способ закрепления труб в трубных решетках:

выбираем способ гладкой развальцовки.

Расчетная высота снаружи (h1):

 (20.21)

где, К1 – коэффициент, К1 = 0,36 [2, с. 637, таб. 25.3];

Расчетная высота решетки а середине (h2):

 (20.22)

где, К2 = 0,45 [2, стр. 637, таб. 25.3];

φ0 коэффициент ослабления решетки отверстиям;

 (20.23)

где, z – количество труб в решетки по диаметру.

 (20.24)

С прибавками на коррозию:

h2 = 0,10771 + 0,001 = 0,10871 м.

19.9 Расчет тепловой изоляции реактора

Исходные данные:

Аппарат расположен на отдельной площадке.

температура воздуха – t6 – 5оС;

температура поверхности изоляции – 40оС;

температура рабочей среды – 650оС;

теплоизоляционный материал – асбест;

коэффициент теплопередачи воздуха – 21 Вт/м2К.

Удельный тепловой поток:

 q = άв (tn – tв) = 21 (40 – 5) = 735 Вт/м2. (20.25)

Теплопроводность асбеста при tср => tср = (650 + 40)/2 = 340оС:

λ = 0,13 + 0,000186 tср; (20.26)

λ = 0,13 + 0,000186 340 = 0,189 Вт/м К [3, ст. 604].

Толщину изоляции находим:

 (20.27)

Принимаем толщину изоляции δиз = 14,4 см.

19.10 Расчет компенсатора подконтактного холодильника

В кожухотрубчатых аппаратах развивается весьма значительные напряжения за счет неодинакового температурного удлинения жесткосоединенных между собой деталей (например, труб, кожуха). Для ликвидации этого аппарат снабжают компенсатором.

Исходные данные:

диаметр обечайки D = 3,0 м;

длина обечайки l = 4 м;

давление в межтрубном пространстве Рм = 0,222 МПа;

давление в трубном пространстве Ртр = 0,666 МПа;

температура трубок tтр = 232оС;

температура обечайки tоб = 73,25оС;

толщина обечайки Sоб = 0,009 м;

количество труб z = 2475, d - 38×2;

коэффициент линейного расширения стали:

при t1 = 232оС; άтр = 13,5 10-6 1/оС.

при t2 = 73,25оС; άоб = 12,6 10-6 1/оС.

температура воды tср = 106,5оС.

Требуемое для компенсации перемещение.

∆К =  (20.28)

где, L – длина труб между трубными решетками, L = 4,2 м;

∆К = (13,5 10-6 232 – 12,6 10-6 73,25) = 0,009 м = 9 мм.

Разница между t1 и t2 составит 232 – 73,25 = 158,75оС, что больше 50оС, следовательно, необходимо наличие компрессора на обечайке.

По таблице 26.2 [2, с. 649] находим компенсатор.

D = 3386 мм;

S = 3 мм;

∆Λ = 8 мм;

Роб = 0,15 МПа;

Рр = 0,158 МПа.

Расчетное количество линз в компенсаторе:

 (20.29)

Принимаем Z' = 2.

19.11 Расчет опорных лап

Контактный аппарат по конструкции представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, установленный на открытой площадке. В таких случаях применяются опоры, которые размещаются снизу аппарата

Расчет опорных лап проводим по максимальной силе тяжести аппарата при заполнение его водой для проведения его гидравлического испытания.

Определим массу аппарата.

Вес обечайки реактора и подконтактного холодильника:

 (20.30)

где, Dн и Dв наружный и внутренний диаметры обечайки, м;

Dн = Dв + 2S = 3,0 + 2 0,009 = 3,018 м.

j = 7900 кг/м3 – плотность стали 12Х18Н10Т;

j = 7800 кг/м3 – плотность стали 02Г2С.

 (20.31)

 (20.32)

 Вес трубных решеток:

Вес днища и крышки стандартен и равен:

Gд = 217 + 217 = 434 кг.

Вес люков стандартен и равен:

Gл =  = 1216 кг.

Вес патрубков стандартен и равен:

Gп = 104 + 163 + 8,31 + 4,15*2 = 283,61 кг.

Вес фланцев обечаек стандартен и равен:

Gф = = 3184 кг.

Вес труб холодильника:

Gтр =  (20.33)

где, ά – высота трубки, масса одной трубы равна 0,63 кг;

Gтр =  = 7821 кг.

Вес теплоизоляции обечайки теплообменника:

 (20.34)

где, Dв.из. и Dн.из. – диаметры внутреннего и внешнего слоя изоляции;

Н высота изоляционной части.

Dн.из. = Dв.из. +  = 3,018 +  = 3,306 м. (20.35)

j1 – плотность асбеста, j1 = 350 кг/м3.

Общий вес аппарата:

∑G = 24435,18 кг = 24,44 тонны.

Определим массу воды в аппарате:

 (20.36)

где, Н – высота аппарата;

jH2O плотность воды.

Максимальная масса аппарата:

 (20.37)

Определим расчетную толщину ребра опоры:

 (20.38)

где, G – максимальная масса аппарата, кг;

n число лап (n = 4);

z число ребер в одной лапе (z = 2);

σс допускаемое напряжение на сжатие принимаем σс = 1000 кгс/см2;

l высота опоры, принимаем l = 0,2 м.;

k коэффициент, k = 0,6.

Sоп. = 0,01826 [м] = 18,26 [мм].

Определим высоту лапы:

 (20.39)

Проверка: l/13 ≤ 0,019 [м].

0,2/13 = 0,015 ≤ 0,019.

Следовательно, Sоп определяем расчетной.

Общая длина сварного шва.

Lш. = 4 (h + Sоп.) = 4 (0,4 + 0,01826) = 1,673 м (20.40)

Прочность сварного шва:

G/n ≤  (20.41)

где, hш – катет сварного шва, 0,008 м;

 τш.с. допускаемое напряжение материала на срез, 800 кг/см2.

19539,1 ≤ 74950,4.

Условия прочности выполнены. Принимаем опору ГОСТ 26 – 467 – 82.

20. ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1. Ректификационная колонна К2

Ректификационная колонна предназначена для разделения формалина от метанола.

Определение диаметра тарельчатой ректификационной колонны производится по формуле:

 (21.1)

где, G – массовый расход проходящего по колонне пара, 20425 кг/ч или 5,67 кг/с;

- скорость потока, м/с.

Скорость потока определяется по формуле:

 (21.2)

где, с – коэффициент, определяемый по рис.7.2 [6, 17], с = 0,065;

ρж плотность жидкой фазы, кг/м3 (ρж = 714,75 кг/м3);

ρп плотность пара , кг/м3 (ρп = 0,279 кг/м3).

Высота колонны:

 (22.3)

где, n – число тарелок в колонне, n = 70;

h расстояние между тарелками, h = 750 мм.

Принимаем Нт = 52000 мм = 52 м.

2. Абсорбционная колонна К1

Абсорбционная колонна предназначена для поглощения формальдегида деминерализованной водой.

Определение диаметра тарельчатой ректификационной колонны производится по формуле:

где, G – расход проходящего по колонне газа, 32537,55 кг/ч или 9,04 кг/с;

ω рабочая скорость газа, м/с;

принимаем ωпр = 6,05 м/с, тогда

Высота абсорбционной колонны:

где, n – число тарелок в колонне, n = 24;

h расстояние между тарелками, h = 600 мм.

3. Испаритель Е2а

Вертикальный сварной аппарат со встроенным секционным объемно-сетчатым брызгоулавителем. Материал – Ст09Г2С.

D = 2800 мм; Н = 7550 мм; V = 32 м3.

Требуемый объем испарителя определяем по формуле:

 (22.4)

где, G – расход выходящей из него метаноло-воздушной смеси, G = 25302,74 кг/ч;

τ время, на которое рассчитывается расход продукта (берется по технологическим соображениям ), t = 0,5 ч;

К коэффициент заполнения емкости, К = 0,6 – 0,8;

ρ плотность смеси, ρ = 800 кг/м3.

Требуемый объем меньше, значит, аппарат справиться с нагрузкой.

3. Теплообменник Т2

Горизонтальный кожухотрубный аппарат. Материал – сборный: Ст16ГС, Ст10, Ст20.

Диаметр 1000 мм; длина 4170 мм; площадь теплообмена 221 м3.

Назначение: для перегрева метаноло – воздушной смеси.

Рабочие условия:

Трубное пространство: Р = 0,07 МПа, Т = 150°С, среда – метанол.

Межтрубное пространство: Р = 0,6 МПа, Т = 180°С, среда – водяной пар.

Температурная схема теплообмена:

160°С → 160°С;

65°С → 125°С.

Принимаем значение коэффициента теплопередачи К = 60 Вт/м2 *К (от конденсирующего пара к газу) [2, с. 365 таб. 4.8]:

∑Q = Qмет + Qвозд, (22.5)

Смет (при 60оС) = 2703 Дж/кг*К,

Свозд. = 866 Дж/кг*К.

Q =  (22.6)

∑Q = 627719,19 + 54743,9 = 682463,09 Вт.

Поверхность теплообмена:

 (22.7)

Подбираем из [2, с. 51 таб. 2.3] по ГОСТ 15118 – 79.

диаметр кожуха Dкож. = 800 мм;

общее число труб nтр. = 404 шт;

длина труб Lтр. = 6,0 м;

площадь поверхности теплообмена F = 190 м2;

диаметр труб Dтр - 25×2 мм.

4. Теплообменники Т3, Т4, Т5, Т6

4.1 Пластинчатый теплообменник Т3.

Теплообменник служит для охлаждения формалина, отводимого из куба колонны.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (28 – 38)°С, среда – вода оборотная.

Полость горячего продукта: Р = 0,25 МПа, Т = 40°С, среда – раствор формалина.

Температурная схема теплообмена:

70°С → 40°С;

38°С ← 28°С.

Средняя разность температур: Δtб = 70 – 38 = 32°С; Δtм = 40 – 28 = 12°С.

ΔТср = 20,4 К.

Требуемая поверхность теплообмена:

где, Q – тепловая нагрузка, Вт;

К коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];

ΔТср средняя разность температур, К.

F = 372 м2, так как 3 теплообменника, то F = 123 м2 каждый.

Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 125 м2, число пластин N = 242 шт, масса аппарата М = 2662 кг, площадь одной пластины f = 0,5 м2.

4.2 Пластинчатый теплообменник Т4.

Теплообменник служит для охлаждения раствора формалина, отводимого с глухой тарелки абсорбера.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная.

Полость горячего продукта: Р = 0,35 МПа, Т = 35°С, среда – раствор формалина.

Температурная схема теплообмена:

50°С → 35°С;

5°С ← 15°С.

Средняя разность температур: Δtб = 50 – 5 = 45°С; Δtм = 35 – 15 = 20°С.

ΔТср = 31 К.

Требуемая поверхность теплообмена:

где, Q – тепловая нагрузка, Вт;

 К коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];

 ΔТср средняя разность температур, К.

F = 245,16 м2, так как 3 теплообменника, то F = 81,7 м2 каждый.

Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 80 м2, число пластин N = 154 шт, масса аппарата М = 2040 кг, площадь одной пластины f = 0,6 м2.

4.3 Пластинчатый теплообменник Т5.

Теплообменник служит для охлаждения деминерализованной воды, отводимой с глухой тарелки абсорбера.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная.

Полость горячего продукта: Р = 0,3 МПа, Т = 25°С, среда – деминерализованная вода.

Температурная схема теплообмена:

50°С → 35°С;

5°С ← 15°С.

Средняя разность температур: Δtб = 50 – 5 = 45°С; Δtм = 20 – 5 = 15°С.

ΔТср = 21 К.

Требуемая поверхность теплообмена:

где, Q – тепловая нагрузка, Вт;

К коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];

ΔТср средняя разность температур, К.

F = 24,13 м2, так как 3 теплообменника, то F = 8,04 м2 каждый.

Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 8 м2, число пластин N = 30 шт, масса аппарата М = 362 кг, площадь одной пластины f = 0,3 м2.

4.4 Пластинчатый теплообменник Т6.

Теплообменник служит для охлаждения деминерализованной воды, отводимой с глухой тарелки абсорбера.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная, оборотная вода

Полость горячего продукта: Р = 0,3 МПа, Т = 25°С, среда – раствор слабого формалина.

Расчет теплообменника проводится аналогично предыдущему. Данный теплообменник справится с нагрузкой, так как его поверхность теплообмена составляет 180 м2, что больше необходимой.

5. Насос поз.Н2

Техническая характеристика насоса: поз.Н2/1,2:

Насос центробежный, консольный, типа 1ЦГ100/32а – К – 11 – 5: Q = 156 м3/ч, Н = 49 м, среда – метанол. Материал – 12Х18Н10Т, 12Х13Н10.

Работа любого насоса характеризуется напором и мощностью при заданной подаче насоса (расходе жидкости). Полезную мощность насоса рассчитываем по формуле:

 (22.8)

где, N – мощность, потребляемая насосом, кВт;

 Vt - подача насоса, м3/с;

 ρ плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;

 g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

 η общий КПД насоса, доли ед.

Подача насоса рассчитывается по формуле:

где, Vt - массовый расход перекачиваемой жидкости;

ρ плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3.

Тогда,

Мощность электродвигателя принимаем с запасом 25%, тогда его требуемая мощность составит:

Электродвигатель типа ВАО – 82 – 2У2: N = 55 кВт, n = 3000 об/мин,

U = 380 В, исполнение ВЗГ.

Данные насосы справляются с заданной мощностью.

Третий насос, предназначенный тоже для перекачки формалина – ″сырца″ можно установить с меньшей мощностью.

Насос центробежный, герметический, консольный, типа 1ЦГ100/32а – К – 11 – 5: Q = 160 м3/ч, Н = 29 м.

Среда формалин.

Электродвигатель типа В18ОМ4: N = 30 кВт, n = 1500 об/мин,

U = 380 В, исполнение ВЗГ.

6. Расчет насоса поз.Н4

Техническая характеристика насоса: поз.Н4/1,2:

Насос центробежный, консольный, типа ЦГ 625/80К – 15 – 5 – У2: Q = 25 м3/ч, Н = 80 м, среда – формалин. Материал – 12Х18Н10Т, 12Х21Н5Т.

Электродвигатель моноблочный насосом: N = 4,5 кВт, n = 3000 об/мин.

 Полезную мощность насоса рассчитываем по формуле:

где, N – мощность, потребляемая насосом, кВт;

Vt - подача насоса, м3/с;

ρ плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;

g ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

η общий КПД насоса, доли ед.

Подача насоса рассчитывается по формуле:

где, mt - массовый расход перекачиваемой жидкости;

ρ плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3.

Тогда,

Мощность электродвигателя принимаем с запасом 25%, тогда его требуемая мощность составит:

Данные насосы справляются с заданной мощностью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные расчеты показали, что у производственных мощностей, реакторов и аппаратов есть весьма солидный технологический запас по увеличению мощности производства. На примере одной технологической нитки были проведены материальный, тепловой расчеты, а также поверочные расчеты вспомогательного оборудования. Большим плюсом оказалось, что увеличение мощности производства не требует внедрения нового оборудования или замены существующего, а следовательно и не понесет за собой практически никаких убытков. Экономические расчеты показали, что увеличение мощности производства формалина снижает себестоимость продукции, что делает продукцию конкурентоспособной. Это, в свою очередь приведет к увеличению прибыли от реализации.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Огородников С.К. Формальдегид. – Л: Химия, 1984. – 280 с.

2 Технологический регламент производства формалина ″Завода формалина и карбосмол″ Томского Нефтехимического комбината.

3 Лебедев Н.Н. Химия и технология основного и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. – М: Химия, 1981. – 608 с.

4 Охрана труда в химической промышленности. Под ред. Г.В. Макарова. М: Химия, 1989. – 476 с.

5 Криницына З. В. Менеджмент. Томск ТПУ, 2002. – 54 с.

6 Иванов Г.Н., Ляпков А.А., Бочкарев В.В. Учебное пособие – Томск: изд. ТПУ – 2002. – 113 с.

7 Гутник С.П. Расчеты по технологии органического синтеза. М: Химия, 1988. – 272 с.

8 Справочник нефтехимика. Под ред. С.К. Огородникова – Л: Химия, 1978. Т.2. – 592 с.

9 Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского М: Химия 1991. – 496 с.

10 Павлов. К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л: Химия, 1987. – 576 с.

11 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – Л: Машиностроение, 1970. – 752 с.

12 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М: Энергия, 1969. – 264 с.

13 Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М: Наука, 1972. 653 с.

14 Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. – Л: Химия, 1991. – 352 с.

15 Основы проектирования. Под ред. Лащинского А.А. – М: Химия, 1971. – 466 с.

16 Бочкарев В.В., Ляпков А.А. Основы проектирования предприятий органического синтеза. Методические указания к выполнению дипломного проекта. – Томск: ТПУ, 2002. – 52 с.

17 Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя. М: Машиностроение, 1980. Т.3. – 557 с.

18 Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты: Л: Химия, 1977. – 360с.