Технология переработки нефти и газа и производства масел

Территория рекламы

Минобрнауки России

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный

инженерно-экономический университет»

Кафедра экономики и менеджмента

в нефтегазохимическом комплексе

УТВЕРЖДАЮ

Проректор

по учебно-методической работе

и качеству образования

д.э.н., профессор

____________В.И. Малюк

Рег. № М-2024

технология ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА

И ПРОИЗВОДСТВА МАСЕЛ

Методические указания

к выполнению курсового проекта

для студентов всех форм обучения

Специальность: 080502(н) – Экономика и управление на предприятии

нефтяной и газовой промышленности

Направление 080500 Менеджмент (ЭУП (нефтяная и газовая промышленность))

Санкт-Петербург

2012

Допущено

редакционно-издательским советом СПбГИЭУ

в качестве методического издания

Составители:

канд. техн. наук, проф. Е. Е. Никитин

канд. хим. наук, доц. В.В. Васильев

канд. тех. наук, ст.преп. Е.В. Саламатова

Подготовлено на кафедре экономики и менеджмента в нефтегазохимическом комплексе

Отпечатано в авторской редакции с оригинал-макета, представленного составителями

© СПбГИЭУ, 2012

Содержание

Введение 51
Основы техно-химических расчетов
1.1 Составление материального баланса
2 Тепловые и энергетически расчеты
2.1 Составление теплового баланса
2.2 Теплоэнергетические расходные коэффициенты
2.2.1 Расход теплоносителей
2.2.2 Расход электроэнергии
3 Определение размеров и количества основного оборудования
3.1 Типы производственных процессов
3.2 Расчет количества и емкости аппаратов периодического действия
3.3 Расчет количества и мощности аппаратов непрерывного действия
3.4 Характеристика и количество вспомогательного оборудования
4 Оформление курсового проекта
4.1 Содержание и оформление пояснительной записки
4.2 Оформление графической части курсового проекта
Список литературы
Приложения

Введение

Технология переработки нефти и газа и производства масел является одной из важнейших инженерных дисциплин, изучаемых студентами специальности 080502(н). Курсовой проект по этой дисциплине является первой заключительной и комплексной работой инженерного характера, выполняемой студентами самостоятельно. В процессе выполнения курсового проекта студент должен обобщить сведения, полученные им при прохождении самостоятельного практикума, и показать знание теоретических и прикладных дисциплин.

Тема курсового проекта, как правило, совпадает с тем производством, который студент детально изучал в процессе самостоятельного практикума, и обычно является проектом цеха по производству какой-либо химической продукции с законченным технологическим циклом. В проекте, по возможности, должны быть учтены все технические достижения в данной отрасли производства.

Особое внимание должно быть обращено на экономическую целесообразность технологического процесса.

Обычно при выполнении курсового проекта студенты испытывают некоторые затруднения в расчетной и графической частях. Поэтому именно эти разделы подробно освещаются в данных методических указаниях.

Методические указания также могут быть полезны при выполнении контрольных заданий студентами заочного отделения, при решении задач на практических занятиях по курсу «Технология переработки нефти и газа и производства масел» и выполнении дипломного проекта.

1 Основы техно-химических расчетов

Все химико-технологические процессы можно условно разбить на две основные группы:

1. Процессы, которые сопровождаются глубоким изменением качественного состава перерабатываемых материалов. В основе этих процессов лежат химические и физико-химические методы переработки сырья. К ним относятся сжигание топлива, окисление гудронов, гидроочистка, получение металлов, все виды синтезов и т.д. Материальный и тепловой расчет этих процессов основан на стехиометрических соотношениях при взаимодействии перерабатываемых материалов.

2. Процессы, при которых изменяются только количественные соотношения компонентов, входящих в состав перерабатываемого сырья. В основе этих процессов лежат физико-химические и физико-механические методы переработки. Сюда относятся сушка, выпаривание, ректификация, кристаллизация, конденсация и т.д. Материальный и тепловой расчет этих процессов основан на законах газового состояния и фазовых равновесий.

Резкой границы между этими двумя группами провести нельзя, так как имеется целый ряд физико-химических процессов, при которых перерабатываемое сырье подвергается глубоким качественным изменениям, хотя и не меняет состава и количества своих компонентов (например, при адсорбционных методах переработки сырья).

Расчеты технологических процессов, в результате которых происходит химическое изменение вещества, основаны на стехиометрических законах: законе постоянства состава и законе кратных отношений. Согласно закону постоянства состава, любое вещество, независимо от способа его получения, имеет вполне определенный постоянный состав. Закон кратных отношений состоит в том, что при образовании какого-либо простого или сложного вещества элементы входят в молекулу последнего в количествах, равных или кратных их атомному весу. Если вещества вступают в реакцию в газообразном состоянии, то при одинаковых температурах и давлении они могут соединяться только в объемах, которые относятся между собой как целые числа.

В основу любого техно-химического расчета положены два основных закона природы: закон сохранения веса (массы) вещества и закон сохранения энергии, которые впервые были сформулированы М.В. Ломоносовым. На первом законе базируются все материальные расчеты, т.е. составление материальных балансов производственных процессов; второй закон служит основой всякого энергетического, в том числе и теплового, расчета, т.е. для составления теплового баланса производственных процессов.

Закон сохранения веса (массы) вещества состоит в том, что в замкнутой системе тел вес (масса) вещества остается постоянным, независимо от тех изменений, которые происходят с веществом в этой системе. Количество вещества, входящего в аппарат, должно быть равно количеству вещества, выходящего из аппарата. Таким образом, закон сохранения веса вещества принимает следующую простую формулировку: вес исходных продуктов процесса должен быть равен весу его конечных продуктов. Это и является основой при составлении материального баланса процесса или аппарата. Следовательно, необходимо учитывать вес каждого компонента, поступающего в данный аппарат (приход), и вес каждого компонента, уходящего из аппарата (расход). При этом сумма прихода компонентов должна быть равна сумме расхода их независимо от того, каким изменениям они подверглись при прохождении через аппарат.

Закон сохранения веса (массы) вещества не является абсолютно точным, так как любое химическое взаимодействие между веществами А, В... сопровождается так называемым дефектом массы Δm:

А + В + ... = D + E... + Δm,

где Δm - дефект массы, т.е. "потеря" веса вещества за счет выделившегося при данной реакции тепла.

Однако учитывать дефект массы при химических реакциях для производственных процессов не имеет смысла, т.к. величина его ничтожно мала. Дефект массы имеет существенное значение при расчетах ядерных процессов, где он является основой составления энергетического баланса.

Закон сохранения энергии формулируется так: в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна, энергия не может ни исчезнуть бесследно, ни возникнуть из ничего; она может только перейти в эквивалентное количество другого вида энергии. Так как тепло представляет собой один из видов энергии, то этот закон можно сформулировать следующим образом: приход тепла в данном замкнутом цикле производства должен быть равен его расходу в этом цикле.

Всякое вещество в процессе производства претерпевает различные изменения. Но какие бы изменения с веществом ни происходили, они протекают по вполне определенным законам, детальным рассмотрением которых занимаются химия, физика, термодинамика, гидравлика и т.д. Без знания законов, на основании которых происходят химические и физические превращения веществ в процессе их обработки, сколько-нибудь серьезные расчеты вести невозможно.

Прежде чем приступить к составлению материального и теплового балансов любого технологического процесса, к подсчету расходных коэффициентов, выхода продуктов или полупродуктов и т.п., необходимо ясно представить себе ход этого процесса, а, следовательно, и те закономерности, которым он подчиняется.

На основе этих закономерностей строится методика расчета, которая зависит не только от рода производства, но также от способа переработки и качества сырья, от режима работы аппаратов и других конкретных условий производства.

1.1 Составление материального баланса

Материальные расчеты производственных процессов по своему существу должны быть материальными балансами каждой стадии производства и всего производства в целом, основанными на законах стехиометрии и на законе сохранения вещества. В результате материального баланса определяются вес, объем и состав исходных материалов, готовой продукции, отходов и потерь по всем стадиям производства; это, в свою очередь, служит основанием для всех остальных технологических и энергетических расчетов аппаратуры. Результаты материального баланса, вскрывая полностью всю сущность материальных превращений по каждой стадии производства, наглядно указывают все недочеты производственного процесса и тем самым намечают пути, по которым должно идти дальнейшее совершенствование производства. Отсутствие четко составленного материального баланса в том или ином производстве является показателем его несовершенства и, наоборот, целый ряд действующих производств достиг высокого уровня технического совершенства благодаря наличию тщательно проработанных материальных балансов.

Материальный баланс химического процесса составляется следующим образом: пишется уравнение химической реакции и по стехиометрическим отношениям определяется теоретический выход продукта. Затем выявляются потери продукта в результате побочных реакций и потери механического характера, и устанавливается практический выход, на основании которого и подсчитывается количество получаемого продукта. Весовые количества конечного продукта, получаемого в результате какого-либо химического процесса, даже при самых благоприятных условиях всегда бывают ниже того количества, которое следовало ожидать согласно теории. Чем ближе выход продукта к теоретически возможному, тем совершеннее и экономически более выгоден данный способ производства. В тех случаях, когда производственный процесс не представляется возможным изобразить химическим уравнением, выход выражают в весовых частях получаемой продукции на 1 весовую часть исходного сырья. Исходя из того, что в большинстве случаев химические реакции обратимы, т.е. не идут до конца, студент должен подобрать температуру и давление (особенно для реакций, идущих в газовой фазе) таким образом, чтобы получить максимальный выход продукта.

Для производственных операций, в которых преобладают физические процессы (фильтрация, перекристаллизация и т.п.), необходимо расчетом установить, какое количество продукта при данной температуре остается в растворе (по данным растворимости), какое количество его снова возвращается в производство при использовании промышленных вод и т.п. Следует учитывать и механические потери: утечку газов и паров через неплотности, потерю растворов и твердых материалов при перегрузках, транспортировке, хранении.

Если производственный процесс состоит из нескольких стадий и каждой из них соответствует определенный выход, то общий выход готового продукта по всему процессу определяется произведением всех выходов по отдельным стадиям, т.е.

η = η1 · η2 · η3 · … ·ηn,

где η – общий выход по всему производству;

η1, η2, η3, … ηn – выходы по отдельным стадиям.

Материальный баланс является функцией принятого режима стадий производства и зависит от совершенства работы аппаратуры и от организации производства в целом.

Форма материального баланса зависит от характера производства. При непрерывной схеме производства материальный баланс относят к одному часу или суткам (производство окисленных битумов, гидроочистка нефтяных фракций, адсорбционное выделение парафинов и т.д.). Часто ведут расчет на тонну, килограмм или на кубометр готовой продукции (или исходного сырья) независимо от размеров и конструкции аппаратов, в которых осуществляется процесс. Если рассматриваются газовые реакции, то количество веществ целесообразно выражать числом молей. При периодическом процессе производства (производство пластмасс, полупродуктов) материальный баланс следует составлять на одну производственную операцию или относить его к суткам. При этом материальный баланс составляется по отдельным стадиям производства: для быстрейшего выявления расходных коэффициентов удобно вести расчет на тонну сырья или готовой продукции, но это не исключает составления операционного или суточного материального баланса. В последнем случае до составления материального баланса следует сделать выбор типа и емкости основной аппаратуры по каталогам и заводским данным, что позволяет установить величину загрузки (партии) в реакционный аппарат. Материальный баланс иногда корректируется данными тепловых расчетов (особенно при периодически действующей аппаратуре), поэтому окончательный вид следует ему давать лишь после составления теплового баланса. При сложных материальных расчетах в целях большей наглядности полезно материальный баланс представлять также в виде диаграмм или графиков.

Для упрощения всех последующих технологических расчетов аппаратуры более выгодно иметь материальный баланс, отнесенный к суточной мощности производства; для выявления же слабых мест производства независимо от заданной мощности более целесообразным является материальный баланс, отнесенный к одной тонне готовой продукции. При составлении материального баланса, отнесенного к суточной производительности, необходимо иметь заданную мощность производства. Мощность производства определяется числом весовых единиц (т или кг) готового продукта, подлежащего выпуску производством в единицу времени (год, месяц, сутки). Обычно мощность производства выражают в тоннах 100%-го продукта или технического товарного продукта в год, причем в ряде случаев принимается круглосуточная работа производства в течение 330 дней в году (35 дней резервируется на капитальный ремонт цехов).

Материальный баланс любого технологического процесса или части его составляется на основании закона сохранения вещества, то есть закона, согласно которому количество (масса) всех исходных продуктов данного производственного цикла должно быть равно количеству (массе) всех конечных продуктов его:

ΣGисх = ΣGкон,

где ΣGисх – масса исходных продуктов;

ΣGкон – масса конечных продуктов (в одинаковых единицах измерения).

Таким образом, если в какой-либо аппарат поступает GA кг продукта A, GB кг продукта B и т.д., в результате химической или физической переработки выходит из аппарата GC кг продукта C, GD кг продукта D и т.д., а также если в конечных продуктах остается часть начальных продуктов A (G'A кг), B (G'B кг) и т.д., то при этом должно иметь место равенство:

GA + GB + … = G'A + G'B + GC + GD + … + ΔG.

Результаты подсчетов материального баланса сводят в таблицу 1.

Объем массы, полученной в результате химического процесса, берется из опытных данных, так как объем смеси полученных продуктов не есть аддитивное свойство объема компонентов, составляющих смесь и, следовательно, величина его не всегда может быть определена путем вычисления.

Таблица 1

Материальный баланс процесса

ПриходРасходСтатья приходаКол-во,кг%(к итогу)Статья приходаКоличество, кг%(к итогу)Продукт АGAПродукт A (остаток)G'AПродукт BGBПродукт B (остаток)G'BПродукт СGCПродукт DGDПроизводственные потериΔGИтогоG100ИтогоG100

На основании данных материального баланса можно подсчитать расходные коэффициенты по сырью.

Расходными коэффициентами называют количество сырья, расходуемое на 1 т готового продукта.

Если в технологический узел поступает в сутки GA кг продукта А и GB кг продукта В, то годовой расход в кг 100%-го продукта (при 330 рабочих днях) составит: 330GA и 330GB.

При заданной мощности Р т/год расход на 1 т технического продукта в кг (100%) будет соответственно равен и

2 Тепловые и энергетические расчеты

2.1 Составление теплового баланса

Производственные процессы протекают при заданных температурных условиях, причем температура проведения процесса может быть как выше, так и ниже температуры окружающей среды. В основе уравнения теплового баланса любого процесса или аппарата положен закон сохранения энергии, согласно которому количество теплоты ΣQ', поступающей в данный процесс (если в нем нет превращения в другой вид энергии), равно количеству теплоты, выделившейся в процессе ΣQ". Если все тепло или часть его превращается в другой вид энергии, например, в механическую работу или работу электрического тока, то эта работа должна входить в одно из значений ΣQ. В наиболее общем виде уравнение теплового баланса можно представить следующим образом:

Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5,

где Q1 - теплота входящих в аппарат веществ, кДж (ккал);

Q2 - теплота физических и химических превращений, протекающих в данном аппарате, кДж (ккал);

Q3 - теплота, необходимая для нагревания аппарата, в котором протекает процесс, кДж (ккал) (сумма этих трех статей теплового баланса составляет приход тепла);

Q4 - теплота выходящих из аппарата продуктов, кДж (ккал);

Q5 - потери тепла в окружающую среду, кДж (ккал) (сумма этих статей дает расход тепла).

Величина Q2 может входить в расход тепла, если она является отрицательной.

Подсчет каждой из указанных величин является одной из главных задач при расчете технологического процесса и аппаратуры.

Теплота входящих в аппарат веществ

Q1 подсчитывается по уравнению:

где MS - количество веществ, входящих в аппарат, кг, м3, или моль (берется из данных материального баланса);

i - теплосодержание веществ при данной температуре;

- средняя теплоемкость веществ при температуре их поступления в аппарат;

t - температура веществ при поступлении их в аппарат.

Величина средней теплоемкости () должна быть взята или подсчитана в соответствии с величиной MS: если MS взято в килограммах, то следует взять в кДж/кг (ккал/кг); если MS взято в м3, то - в Дж/м3 (ккал/м3) и т.д.

Значение теплоемкости для большинства веществ зависит от их температуры и давления, а в случае газов оно зависит также и от того, протекает ли данный процесс при постоянном объеме или при постоянном давлении. В большинстве случаев приходится иметь дело не с чистыми веществами, а с их смесями. Теплоемкость и теплосодержание смесей обычно неизвестны, так как в специальных таблицах приводятся теплоемкости и теплосодержание только для чистых веществ. Поэтому в случае подсчета величины Q1 для смесей, состоящих из нескольких компонентов, формула принимает следующий вид:

или

или

или

где - количество каждого компонента в отдельности;

- общее их количество, которое равно:

m1, m2, m3,… - доля каждого компонента в единице объема или веса всей их смеси;

- соответствующие средние теплоемкости;

i1, i2, i3,… - соответствующие теплосодержания.

Теплота химических и физических превращений

Эта величина включает или теплоту протекающих химических реакций, или теплоту превращения веществ из одного агрегатного состояния в другое (например, из жидкости в пар или твердое тело), или теплоту растворения и т.д., или же и то и другое одновременно. Значения тепловых величин (тепловой эффект реакции, теплоты парообразования и т.д.) всегда берутся из таблиц и диаграмм, где они даются в калориях для определенных условий и отнесены к определенному количеству вещества. Эти табличные данные часто приходится пересчитывать для тех условий работы (температуры и давления), при которых будет работать рассчитываемый аппарат. Величины, входящие в значение Q2, могут быть положительны и отрицательны.

Положительные значения этих величин следует относить к приходу тепла, отрицательные - к расходу.

Теплоту химических реакций, выражающуюся количеством тепла, которое выделяется или поглощается при их протекании, определяют чаще всего с помощью закона Гесса, математическая интерпретация которого приводит к простому равенству:

где qp – теплота реакции, кДж/моль (ккал/моль);

Σqk – сумма теплот образования из элементов, образовавшихся в результате химического взаимодействия, кДж/моль;

Σqn – сумма теплот образования из элементов соединений, вступающих в химическое взаимодействие, кДж/моль.

Таким образом, вычисление теплот химических реакций сводится к простым арифметическим действиям, если только известны теплоты образования из элементов соединений, вступающих в реакцию и образующихся в результате ее.

К теплотам физических и физико-химических процессов, с которыми приходится иметь дело при расчетах химической аппаратуры, следует отнести: теплоту испарения, теплоту плавления, теплоту гидратации, теплоту растворения и теплоту разведения (разбавления). Значения величин теплот физических превращений берут, как правило, из справочников. Эти данные для большого числа процессов можно найти в таблицах и номограммах [4].

Теплота, подающаяся к аппарату извне

Эта величина подсчитывается в зависимости от конкретных условий, т.е. от того, что именно и в каком виде является носителем тепловой энергии.

Количество тепла, необходимое для нагревания отдельных частей аппарата, определяется по формуле:

где G – масса отдельных частей аппаратов, кг;

с – теплоемкости отдельных частей аппарата, кДж/кг·К;

- средняя температура отдельных частей аппарата в конце нагревания, ºС;

- начальная температура отдельных частей аппарата, ºС.

Теплота уходящих из аппарата продуктов

Подсчитывается совершенно так же, как и количество теплоты Q1.

Тепловые потери в окружающую среду

Вызываются теплопроводностью стенок аппарата, переходом тепловой энергии в лучистую и конвекцией. В основе подсчетов величины Q5 лежат законы теплопередачи. В большинстве случаев основные потери тепла происходят за счет теплопроводности стенок аппарата. Эти потери рассчитываются по уравнению:

- в случае плоских стенок:

- в случае цилиндрических стенок:

где Δt - разность температур между внутренней t1 и внешней t2 стенками аппарата Δt = t1 – t2;

F - поверхность стенки, м2;

ρ - толщина стенки, м;

L - длина стенки цилиндра, м;

ri - внутренний радиус стенки цилиндра, м;

ra - внешний радиус стенки цилиндра, м;

τ - время, ч;

λ – коэффициент теплопроводности материала стенки, ккал/ч·ºС.

Для твердых тел значение λ берут из таблиц; для жидкостей и газов коэффициент теплопроводности чаще всего рассчитывается по формулам:

- для жидкостей:

- для газов:

где γ - удельный вес жидкости;

С - средняя удельная теплоемкость жидкости;

- средние удельные теплоемкости газов при постоянных давлении и объеме;

М - молекулярный вес жидкости;

η - вязкость жидкости или газа в сантипуазах.

Следует отметить, что при составлении теплового баланса производственных процессов иногда величиной Q5 задаются на основе практических данных или же определяют ее как разность между суммой:

(Q1 + Q2 + Q3) и Q4.

2.2 Теплоэнергетические расходные коэффициенты

2.2.1 Расход теплоносителей

Уравнение теплового баланса дает возможность определить общий расход тепла, которое необходимо для осуществления процесса. Зная эту величину, нетрудно подсчитать количество теплоносителя, расходуемого на осуществление отдельных стадий процесса или на весь процесс в целом.

Ниже приводятся формулы, которые служат для вычисления расхода теплоносителей, которые наиболее распространены в химической промышленности. К этим теплоносителям следует отнести: насыщенный водяной пар, электрическую энергию и топочные газы (топливо).

Расход пара на нагревание

- Нагревание глухим паром:

[кДж].

- Нагревание острым паром:

[кДж],

где G - расход нагреваемой среды;

с - средняя удельная теплоемкость нагреваемой среды;

Iп, Iк - энтальпии греющего пара и конденсата соответственно;

Qп - потери тепла в окружающую среду;

cв - теплоемкость конденсата.

Расход электроэнергии на нагревание

где Q1 - расход тепла на нагревание, кВт;

η - электротехнический коэффициент полезного действия электронагревательных приборов, принимаемый равным 0,8-0,95.

Расход топлива на нагревание

[кДж]

где G - расход нагреваемой среды;

с - средняя удельная теплоемкость нагреваемой среды;

I1, I2 - энтальпии топочных газов на входе в теплообменник и на выходе из теплообменника соответственно;

Qп - потери тепла в окружающую среду.

Расход охлаждающих агентов

В качестве охлаждающих агентов чаще всего применяются вода, охлаждающие рассолы и воздух. Для определения расхода охлаждающего агента служит общеизвестное равенство:

[кг]

где Q1 - количество тепла, отнимаемого при охлаждении, кДж;

С0 - теплоемкость охлаждаемого агента, кДж/кг·К;

tн - начальная температура охлаждающего агента, ºС;

tк - конечная температура охлаждающего агента, ºС.

2.2.2 Расход электроэнергии

Расходы электроэнергии в киловатт-часах (кВт·ч) могут быть вычислены чрезвычайно просто, если только предварительно найдены мощности мешалок, компрессоров, электропечей и т.д.

Если мощность потребителя электроэнергии обозначена через N кВт, а время потребления электроэнергии на одну операцию через τ часов, то расход электроэнергии в час, на одну операцию и в сутки выразится простыми уравнениями:

- в час:

[кВт·ч];

- на одну операцию:

[кВт·ч];

- в сутки:

[кВт·ч/сутки],

где τ – число часов одной операции;

а – число операций в сутки.

Выявленные в результате энерго-теплотехнического расчета расходы пара, воды, сжатого воздуха, вакуума, электроэнергии по каждой стадии производства в отдельности, должны быть сведены в результирующие таблицы, наличие которых облегчает все дальнейшие расчеты.

3 Определение размеров и количества

основного оборудования

Типы и конструкции аппаратов намечаются уже при составлении технологической схемы производства. Конструкция аппарата должна учитываться при составлении материального баланса, так как она может влиять на выход и расходные коэффициенты. Количество аппаратов и их размеры должны быть такими, чтобы они обеспечивали заданную производительность.

В том случае, когда для данного производства может быть применена аппаратура, принятая на действующих заводах, число аппаратов определяется делением заданной производительности на производительность одного аппарата.

При проектировании новой аппаратуры, новых методов производства или при использовании стандартной аппаратуры в иных проектируемых условиях, необходимо произвести детальные расчеты - технологические, механические и тепловые.

При непрерывном процессе производства часовая производительность аппарата устанавливается на основании материального баланса.

Для аппаратов периодического действия устанавливается размер единовременной загрузки или выхода на одну операцию.

3.1 Типы производственных процессов

Задачей технологического расчета аппаратуры является определение количества, емкости и производительности аппаратов, составляющих технологическую схему. Метод технологического расчета аппаратуры в большой степени зависит от того, по какому принципу осуществляется процесс производства. Как известно, производственные процессы могут быть периодическими и непрерывными.

Периодический процесс характеризуется единством места протекания отдельных стадий его и неустановившимся состоянием во времени и осуществляется в аппаратах периодического действия. При периодическом процессе конечный продукт выгружается из аппарата через определенные промежутки времени в количестве, равном содержимому аппарата. После разгрузки аппарата в него загружается новая партия исходных материалов и производственный цикл повторяется снова.

Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий, установившимся состоянием и непрерывной выгрузкой конечного продукта и осуществляется в аппаратах непрерывного действия.

Непрерывные процессы имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с периодическим. К таким преимуществам, в первую очередь, относятся:

- возможность автоматизации и механизации процесса, что сводит до минимума применение ручного труда;

- однородность получаемых продуктов;

- компактность оборудования и, следовательно, меньшие капитальные затраты на оборудование при заданной мощности производства.

3. 2 Расчет количества и емкости аппаратов

периодического действия

Для расчета количества и емкости аппаратов должны быть заданы: объем материалов, перерабатываемых в данной стадии производственного процесса в течение суток, и продолжительность осуществления процесса в этой же стадии. Объем перерабатываемых материалов берется по данным материального баланса, продолжительность процесса подсчитывается по данным о режиме проведения процесса во времени, приводимым в регламенте. Установив продолжительность осуществления всех стадий производственного процесса, имеем возможность вычислить необходимое число аппаратов и их емкости, обеспечивающие заданную мощность производства.

Обозначим:

Vс - суточный объем материалов, перерабатываемых в данной стадии технологического процесса, л;

Vа - объем выбираемого аппарата, л;

τ - продолжительность процесса, ч;

Vр - рабочий объем аппарата, л;

- степень заполнения аппарата;

α - число операций, проводимых по данной стадии в течение суток;

β - число операций, которое может быть осуществлено в одном аппарате в течение суток;

mр - необходимое число аппаратов;

m - число устанавливаемых аппаратов;

σ - запас мощности производства по данной стадии, %.

При принятых нами обозначениях рабочую емкость аппарата (в литрах) можно выразить равенством:

Количество операций, которое должно быть проведено по данной стадии в течение суток можно подсчитать, разделив суточный объем перерабатываемых материалов на рабочую емкость аппарата:

операций/сутки.

Количество операций, которое может быть осуществлено в течение суток в одном аппарате, может быть определено равенством:

Зная общее количество операций, которое должно быть произведено в сутки в одном аппарате β, необходимое количество аппаратов для данной стадии можно найти делением первой величины на вторую:

С учетом запаса мощности, величина которого, согласно практическим данным может быть принята в пределах от 0 до 15% от проектной, количество устанавливаемых аппаратов определяется равенством:

или

Из последнего равенства запас мощности выразится формулой:

а емкость аппарата при заданном числе аппаратов формулой:

Величина степени заполнения φ, как это видно из приведенных выше формул, существенно сказывается на количестве устанавливаемых аппаратов и их емкости, поэтому при расчетах ее выбирают осторожно и обдуманно.

Если для данного случая определенных указаний относительно величины степени заполнения не имеется, то значения ее можно брать из табл.2, которая составлена на основании опытных данных действующих производств.

Таблица 2

Величина степени заполнения аппарата, в зависимости от процесса, протекающего в нём

Характер процесса, протекающего в аппаратеСтепеньзаполненияФизический или химический процесс без пенообразующих эффектов0,75 – 0,8Физический или химический процесс, сопровождаемый пенообразованием (нейтрализация, кипячение и т.п.)0,4 – 0,6Отмеривание жидкостей (мерники)0,8 – 0,6Хранение жидкостей (резервуары-хранилища)0,8 – 0,9

Приведенные выше формулы показывают, что, определяя количество аппаратов и их емкость, приходится что-либо одно из них брать как заданное, другое вычислять. С экономической точки зрения, необходимо выбирать емкость аппаратов и их количество таким образом, чтобы общая стоимость установки и ее эксплуатации была минимальной.

3.3 Расчет количества и мощности аппаратов

непрерывного действия

В случае расчета аппаратов непрерывного действия всегда должны быть заданы:

- суточная мощность производства – м3/сутки перерабатываемых материалов Vст;

- время пребывания перерабатываемых материалов в реакционном объеме τ, с.

Далее в зависимости от характера проводимого процесса могут быть заданы:

- скорость перемещения перерабатываемых материалов, W м/с;

- режим протекания перерабатываемых материалов в реакционной зоне аппарата;

- поверхность теплообмена Fт, м2;

- поверхность контакта фаз Fк, м2 и т.п.

Когда являются заданными только Vст и τ, обычно определяют рабочую емкость аппарата непрерывного действия следующим образом.

Обозначим:

Vс – секундный объем перерабатываемых материалов, м3/с;

Vр – рабочая емкость аппарата, м3.

Математическая связь выразится в этом простейшем случае уравнениями:

- секундный объем материалов, протекающих через аппарат:

м3/с;

- рабочая емкость аппарата:

м3.

Габаритные размеры аппарата вычисленной емкости могут быть какими угодно. Их берут, руководствуясь, главным образом, соображениями конструктивного характера.

Если найденные таким образом размеры аппарата окажутся слишком большими, то тогда устанавливают х аппаратов, выбирая емкость аппарата равной Vр: При этом х аппаратов могут быть соединены друг с другом как последовательно, так и параллельно.

3.4 Характеристика и количество

вспомогательного оборудования

Резкую границу между основным и вспомогательным оборудованием провести весьма трудно. К вспомогательному оборудованию обычно относят устройства для внутрицехового транспорта - элеваторы, ленты, подъемники, тельферы и т.п.; оборудование для передачи жидкостей и газов - насосы, компрессоры, вентиляторы; силовое оборудование - электромоторы.

Задача в данном случае сводится к выбору по каталогам типа и размеров оборудования в соответствии с заданной производительностью и к последующей проверке расчетным путем производительности, расхода энергии и к.п.д. выбранного агрегата. Выбор вспомогательного оборудования должен быть обоснован. По каждому виду оборудования нужно указать его количество и привести техническую характеристику (по каталогу). Для подсчета производительности и потребляемой мощности вспомогательного оборудования рекомендуется пользоваться учебниками и учебными пособиями по процессам и аппаратам химической технологии (см. библиографический список).

4 Оформление курсового проекта

4.1 Содержание и оформление пояснительной записки

Пояснительная записка курсового проекта должна содержать все исходные расчетные и графические (вспомогательные_ материалы, оформленные в определенной последовательности:

Титульный лист.

Задание на проектирование.

Содержание (оглавление).

Введение.

  1. Технологическая часть.

1.1 Теоретические основы процесса.

1.2 Описание технологической схемы установки с КИП и А.

1.3 Устройство, принцип работы основного аппарата.

1.4 Техника безопасности при обслуживании оборудования.

  1. Расчетная часть.

2.1 Материальный баланс основного аппарата.

2.2 Тепловой баланс основного аппарата.

Выводы.

Список использованной аппаратуры.

Введение. В этом разделе необходимо отразить народно-хозяйственное значение и химическое развитие производства продукта, получение которого обусловлено заданием на проектирование.

Теоретические основы процесса. В этом разделе необходимо кратко описать сущность и назначение процесса, статику и кинетику процесса, влияние различных факторов на процесс и пути его интенсификации, движущую силу процесса и способы ее увеличения, конкретные особенности проведения процесса получения продукта, который обусловлен заданием на проектирование (из специальной литературы).

Описание технологической схемы установки. Приводится принципиальная схема установки и ее описание с указанием позиций (номеров аппаратов), технологических параметров процесса.

Кратко описывается принцип работы основного аппарата. Приводятся данные по обоснованию выбора материала, из которого будет изготавливаться аппарат, входящий в технологическую схему установки.

Техника безопасности при обслуживании оборудования. В этом разделе указываются возможные опасности при обслуживании установки, меры безопасного ведения процесса. Приводится характеристика перерабатываемых веществ с точки зрения воздействия их на организм человека, предельно-допустимые концентрации веществ в рабочей зоне, меры защиты органов дыхания и кожных покровов человека.

Расчетная часть. Задачей материального баланса является определение расхода материальных потоков, необходимых концентраций, теплового баланса – определение расхода нагревающих и охлаждающих агентов.

Выводы. Заканчивая пояснительную записку к курсовому проекту проектант должен дать анализ полученных результатов, их соответствия заданию на проект, указать, что предложено проектом по охране окружающей среды от вредных выбросов установки при получении продуктов, обусловленных заданием на проектирование.

Список использованной литературы. В список литературы включают все использованные источники. Располагают их в порядке упоминания в тексте или по алфавиту (по фамилии первого автора работы или по названию технического документа или справочника). Порядок описания источников подробно изложен в ГОСТ 7.1 - 76. Описание книги обязательно должно содержать: фамилии и инициалы авторов, название книги, сведения о повторности издания, издательство и год издания, количество страниц. Если книга написана двумя или тремя авторами, то их фамилии с инициалами указываются в той последовательности, в какой они приведены в книге; перед фамилией последующего автора ставят запятую. При наличии четырех и более авторов произведение описывают по заглавию. Допускается указывать фамилии и инициалы первых трех авторов и слова «и др.». Заглавие книги следует указывать в том виде, в каком оно указано на титульной странице. Город (место) издания, необходимо приводить полностью в именительном падеже, сокращая названия только двух городов - Москвы (М.) и Санкт-Петербурга (СПб). Название издательства пишут в именительном падеже, год издания - цифрами без слова «год».

Описывая статью из сериального издания (журнала; газеты) приводят фамилии и инициалы авторов статьи, ее название, наименование издания, номер издания и страницы используемого материала (для газеты – дату ее выхода).

4.2 Оформление графической части курсового проекта

Графическая часть курсового проекта состоит из технологической схемы с КИП и А и чертежа общего вида основного аппарата.

Технологическая схема выполняется на листах чертежной бумаги основного формата А1. Чертеж основного аппарата (число проекций устанавливает руководитель проекта) выполняется на формате чертежной бумаги А4.

Основная надпись в соответствии с ГОСТ 2.104-68 располагается в правом нижнем углу чертежа. Размеры основной надписи указаны на рис. 1.

Рис. 1 Основная надпись на чертеже

В графах основной надписи указывают:

в графе 1 – наименование схемы в именительном падеже единственного числа;

в графе 2 – обозначение документа (курсовое проектирование);

в графе 3 – обозначение материала детали (графу заполняют только на чертежах деталей);

в графе 4 - литеру, присвоенную данному документу;

в графе 5 – массу изделия, указанную в килограммах без указания единицы измерения (допускается указывать массу в других единицах измерения с указанием их, например: 0,25 т);

в графе 6 – масштаб (проставляется в соответствии с ГОСТ 2.302-68 и ГОСТ 2.109-73);

в графе 7 – порядковый номер листа на документах, состоящих из одного листа графу не заполняют;

в графе 8 – общее количество листов документа (графу заполняют только на первом листе);

в графе 9 – наименование или различительный индекс учебного заведения, выпускающего документ;

в графе 10 – характер работы, выполняемой лицом, подписывающим документ («Разраб.», «Пров.» и «Н. контроль»);

в графе 11 – фамилии лиц, подписавших документ.

Расположение основных элементов чертежа технологической схемы показано на рис. 2.

Оформление титульного листа курсового проекта приведено в приложении 1. Порядок выполнения курсового проекта указан в приложении 2. В приложении 3 приведена международная система единиц.

Рис. 2 Примерное расположение элементов чертежа технологической

схемы, располагаемого короткой или длинной стороной по горизонтали

Список литературы

Основная литература:

1. Абалонин Б.Е. и др. Основы химических производств: Учебное пособие для вузов. М.: Химич, 2001.

2. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. – М.:ЦНИИТЭнефтехим, 2003. – 504 с.

3. Березина З.Н. Химическая технология основных производств: Учебное пособие для вузов: Тюмень, 2000.

4. Верисичинская С.В., Дигурцов Н.Г., Синицин С.А. Химия и технология нефти и газа. Учеб.пособие. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2007 – 200с.

5. Потехин В.И., Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки: Учебник для вузов. – СПб.:Химиздат, 2005. – 912с.

6. Пузин Ю.И. Химия нефти и газа. – М.: Химия, 2004. – 132с.

7. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа: Учеб.пособие / Под ред. С.А Ахметова. – М.: Химия, 2005. – 736с.

8. Тюрин Ю.Н. Материальный баланс химико-технологических систем. Кемерово, 2001.

Дополнительная литература:

1. Бесков В.С., Жуков В.П. Введение в химическую технологию (сырьевые и энергетические ресурсы): Учебные пособие. М.: РХТУ, 1996.

2. Бесков С.Д. Технохимические расчеты. М.: Издательство «Высшая школа», 1966.

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

4. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Учебник для вузов. 4-е переработанное издание. М.: Химия, 1988.

5. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию /Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1991.

6. Расчеты химико-технологических процессов: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. И.П. Мухленова. - Л.: Химия, 1982.

7. Романков П.Г. и др. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи): Учеб. пособие для вузов. - СПб: Химия, 1993.

8. Сборник задач по курсу «ОХТ». Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет, 1996.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Скачать

курсова ТПНиГ.doc

курсова ТПНиГ.doc
Размер: 2 Мб

Бесплатно Скачать

Пожаловаться на материал

Курсовой проект. Основы техно-химических расчетов. Составление материального и теплового баланса. Тепловые и энергетически расчеты. Расход теплоносителей, расход электроэнергии, определение размеров и количества основного оборудования. Типы производственных процессов.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Динамика конфликта

Важной характеристикой конфликта является его динамика. Динамика конфликта как сложного социального явления находит свое отражение в двух понятиях: этапы конфликта и фазы конфликта. Основными фазами конфликта. Соотношение фаз и этапов конфликта

Экологический мониторинг

\\Цели и задачи экологического мониторинга  Основные определения экологического мониторинга.  Содержание мониторинга.

Методичні вказівки для студентів до практичних занять по фтизіатрії на IV курсі медичного та педіатричного факультетів

Туберкульоз, інфікування  туберкульозом. Аналіз, Контрольні обстеження

Календарный план прохождения производственной практики студента 3 курса

Вид выполняемой работы Календарный срок Рабочее место студента Практика по работе Бухгалтерия

Риккетсиозы, Спирохетозы, Микозы. Тесты

Ответы по теме: Риккетсиозы. Микозы (кандидоз и дерматомикозы) и актиномикоз Ответы по теме: Спирохетозы. Венерические заболевания Ответы по теме: Микозы (кандидоз и дерматомикозы) и актиномикоз

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok