Выбор и расчет количества основного и вспомогательного оборудования

2.8 Выбор и расчет количества основного и вспомогательного оборудования

Расчет количества оборудования

Исходные данные:

Т_эф = Т_реж - Т_ППР = Т_раб×t×n×Т_ППР

Т_раб = 355 дней – количество рабочих дней в году

t = 8 часов – продолжительность смены

n = 3 – количество смен

Т_реж = 355×8×3 = 8520 часов

Т_ППР = I(t_тек×n_тек+t_ср×n_ср+t_кап×n_кап)

t_тек=14 часов – время текущего ремонта;

 n_тек=12 – количество ремонтов;

t_ср=64 часа – время среднего ремонта;

 n_ср=1 – количество ремонтов;

 t_кап=120 часов – время капитального ремонта;

 n_кап=0,17 – количество ремонтов.

 I = 2 – трудоемкость ремонта.

Т_ППР=2(14×12+64×1+120×0,17)=504,8 часа

Т_эф=8520-504,8=8015,2 часов

Количество оборудования:

N=M/(T_эф×a),

M=40000 т – годовой выпуск продукции,

a – производительность аппарата,

N – количество аппаратов,

Т_эф – эффективное время работы аппарата.

Количество аппаратов для поликонденсации:

Т_эф=8520-2(14×12 + 62×1 + 120×0,16)=8021,6 часов

a=2 т/ч

N=40000/2×8021.6=2.5

Принимаем количество аппаратов равным 3.

Количество аппаратов для отмывки:

Т_эф=8520-2(16×12+74×1+120×0,17)=7947,2 часов

a=1.2 т/ч

N=40000/1.2×7947.2=4.2

Принимаем количество аппаратов равным 5.

Количество аппаратов для расщепления:

Т_эф=8520-2(14×12+64×1+120×0,17)=8015,2 часа

a=4.5т/ч

N=40000/4.5×8015.2=1.1

Принимаем количество аппаратов равным 2.

Количество аппаратов для коагуляции:

Т_эф=8520-2(16×12+80×1+120×0,17)=7935,2 часа

a=5,6 т/ч

N=40000/5,6×7935.2=0.1

Принимаем количество аппаратов равным 1.

Количество центрифуг:

Т_эф=8520-2(8×12+46×1+103×0,3)=8174,2 часа

a=5,2 т/ч

N=40000/5,2×8174.2=0,94

Принимаем количество аппаратов равным 1.

Количество аппаратов для сушки:

Т_эф=8520-2(8×12+32×1+120×0,17)=8024 часов

a=0,4 т/ч

N=40000/0,4×8024=12,4

Принимаем количество аппаратов равным 13.

Количество аппаратов для смешения:

Т_эф=8520-2(8×12+35×1+59×0,3)=8238 часа

a=2,8 т/ч

N=40000/2,8×8238=1,7

Принимаем количество аппаратов равным 2.

Количество фильтров:

Т_эф=8520-2×355=7810 часов

a=2 т/ч

N=40000/2×7810=2,6

Принимаем количество фильтров равным 3.

Расчет толщины нижнего днища корпуса работающего под внутренним давлением.

Расчетная толщина днища, м:

S_2R=1.3Р*Д/(2δ*Υ*0,6Р)=(1,3*0,655*2,8)/(2*101,6*0,9*0,6*0,655)= =15,1*10^-3

Примем S=2,8*10^-3, тогда

Допускаемое давление, МПа:

Р=(2 δ*Υ*(S₂-C))/(1.3Д+0,6*(S₂-C))=(2*101,6*0,9*(28-2)*10^-3)/

/(1,3*2,8+0,6(28-2)*10^-3)=1,3;

Толщина стенки при пробном давлении, м:

S2_пр=(1,3Р_пр*Д)/(2δ*Υ*0,6Р_пр)==(1,3*1*2,8)/(2*181,8*0,9*0,6*1)= =11*10^-3 работающего под наружным давлением.

Расчетная толщина днища, м:

 S_2R=(K_э*R/510)*(n_у*P/10^-6*E)^1/2+C=

(0.925*2.8/510)*(2.4*0.6/10^-6*1.81*10^-5)^1/2+

+2*10^-3=16.25*10^-3м;

Принятая толщина днища, м;

S₂=28*10^-3 м;

Допускаемое наружное давление, МПа:

Р=Р_р/(1+(Р_р/Р_е))^1/2=1,87/(1+(1,87/1,97))^1/2=1,35;

Допускаемое давление из условия прочности в пределах упругости, МПа:

Р_е=(26*10^-6Е/П_у)*(100(S₂-C)²/(К_э*R))=((26*10^-6*1,81*10⁵)/2,4)*

*(100*(28-2)*10^-3)²/(0,95*2,8)=1,96;

К=0,925; Х=0,139.

Днище корпуса.

Расчет толщины обечайки рубашки, работающей под внутренним давлением.

Рачетная толщина обечайки рубашки, м:

S_3R=(Р*Д)/( 2 δ*Υ*Р)=(0,6*3,0)/(2*126*0,65*0,60=11*10^-3

Принятая толщина обечайки, м:

S₃= S_3R+C=11*10^-3+2*10^-3=13*10^-3,

Примем S=14*10^-3; тогда

Допускаемое давление, МПа:

Р=(2 δ_пр*Υ*Р_пр (2*126*0,65*(14-2)*10^-3)//(3+(14-2)*10^-3)=0,652;

Толщина стенки при пробном давлении, м:

S_2пр=(Р_пр*Д)/(2 δ_пр*Υ*Р_пр)==(0,9*3)/(2*227*0,65*0,9)=9*10^-3;

Расчет толщины эллиптического днища рубашки , работающего под внутренним давлением.

Расчетная толщина днища,м:

S_4R=(P*R)/( 2 δ*Υ*0.5Р)=(0.6*3)/(2*0.65*126*0.5*0.6)=11*10^-3;

Принятая толщина днища, м:

S=(11+2)*10^-3=13*10^-3;

Допускаемое давление, МПа:

Р=(2(S₄-C)*δ*Υ)/(R+0,5(S₄-C))=(2(16-2)*10^-3*0,65*126)/

/(3+0,5(16-2)*10^-3)=0,76;

Толщина стенки при пробном давлении, м:

S_4R=(Р_пр*R)/(2δ*Υ-0.5Р_пр)+С=(0,9*3)/(2*0,65*227-0,5*0,9)=9,1*10^-3

Расчет мешалки

Определим диаметр якорной мешалки:

D_м=2600/3=866мм

Выбираем стандартный диаметр мешалки

D_М=900мм

Определим диаметр вала:

D_В=C*D_М=0,117*900=125мм

Выбираем стандартный диаметр вала 130мм.

Определим частоту вращения мешалки, n

n=ώ/π*D_М=8/3,14*0,9=2,83с^-1

где, ώ-окружная скорость мешалки ώ=8м/с

Принимаем частоту вращения n=3,33с^-1.

Предельно допустимую глубину воронки определяют по формуле:

H_пр=H_Ж-H=3,04-0,72=2,32м H=0,9*0,8=0,72.

Определяем мощность привода мешалки по формуле.

N_Э=R_ж*R_n*Σ*R_i*N*N_уп/n;

R_Ж- коэффициент высоты уровня жидкости в аппарате.

R_n- коэффициент для аппаратов без перегородки равный 1,25.

R_i-коэффициент учитывающий в сосуде внутренние устройства равный 0,5.

N-мощность, затрачиваемая на перемещение жидкости.

N_n-мощность, затрачиваемая на преодоление трения в уплотнениях вала мешалки.

η-КПД привода мешалки равный 0,85-0,9.

R_Ж= (Н_Ж/Д)^0,5=(3,04/2,6)^0,5=1,08.

N=К_n*n³*ρ_i*D_М=1,75*3,33³*959*0,9⁵=36,5кВт.

где К_n- мощность для перемешивания из графика К_n=f(Re).

ρ_i-плотность реакционной массы.

Определим критерий Рейнольдса:

Re=τ*n*D_М/μ=959*3,33*0,9/800*10^-3=3233

Для якорной мешалки К_n равен 1,75

N_Э=1,08*1,25*0,5*36,5*1,15/0,85=29,89кВт

Примем мощность потребления якорной мешалки 30кВт.

Таблица 2.8.1- Устройство и характеристика основного оборудования

 

наименование оборудования  ( тип, наименование аппарата,  назначение)	№ позиции по схеме, индекс (заполняется по необходимости)	количество штук	материал	методы защиты  металлов оборудования от коррозии ( заполняется по необходимости)	техническая характеристика
1	2	3	4	5	6
1.Цистерна  для ЭХГ	III	2	Сталь	Сталь футерованная кислотно-упорная	Объем-25 м3, диаметр-200мм, длина цилиндрической части-6000мм, рабочее атмосферное давление-6кгс/см2
2.Аппарат  для ЭХГ	II	1	Сб 08 СП ГОСТ 1050-78	Эмалированная емкость	Объем-16м3, высота-4210±35, рабочее давление- атмосферное и расчетное давление-6 кгс/см2, диаметр-2600мм
3.Центробежный  насос для перекачки ЭХГ	2а	1	Комбинированная		Тип электродвигателя Х 45131-Г-О-УКЛ-4,марки ВАО 52-2-4-3, мощность-6.2кВт, число оборотов 2900об/мин, производитель-ность- 10-25 м3/час
4.Центробежный  насос для  подачи  формаля	36	I			Марка электро- двигателя КО-II-2, мощность-8 кВт, число оборотов- 2900 об/мин, полный напор-57м водного столба, производитель- ность- 10-25 м3/час
5.Дозер для  серной кислоты	7	1	Эмаль	Стальной эмалированный	Объем-1.25м3, длина-860 мм, диаметр-1200мм, давление рабочее-массивное, давление расчетное-3 кгс/см2
6.Реактор для  синтеза формаля-сырца	8 I-II	4	Cталь, эмаль	Эмалированный	Объем-25м3, высота-7930±75мм, диаметр-2800мм, рабочее давление в корпусе-6кгс/см2,рабочее давление в рубашке-4кгс/см2, рабочая температура в рубашке-170ºС, рабочая температура в корпусе-100ºС, тип электродвигателя В 180 М8 В 3Т4, мощность-15кВт, частота вращения вала мешалки- 100 об/мин
7.Гидрозатвор	10II	1	Ст 08		Емкость-160 л, диаметр-600мм, высота-600мм, давление рабочее-атмосферное
8.Гидрозатвор	5	1	СКЛ-4		Вместимость-0.2м3, диаметр-640мм, высота-641мм, давление рабочее-атмосферное
9.Сборник для  ЭХГ	190у	1	СТО 8		Объем-2.5м3, диаметр-1400мм, длина-1870 мм, давление расчетное- 3 кгс/см2
10.Сборник для  ЭХГ	190уI	I	KI8H 10T		Объем-1.6м3, диаметр-1400мм, длина-1923 мм, давление расчетное-  3 кгс/см2
11.Цистерна для формаля	161II,y	2	Эмаль	16 ГС	Емкость-50м3, диаметр-300мм, длина цилиндрической части-800 мм, расчетное давление- 6.0 кгс/см2, рабочее давление- атмосферное
12.Аппарат для  серной  кислоты	69I	1	Сталь эмалированная		Объем-4.0 м3, давление расчетное- 3.0 кгс/см2, давление рабочее- 2.5 кгс/см2, диаметр-1600мм, высота-2400 мм
13.Аппарат для  серной  кислоты	69II	1	CT 3		Объем-0.63 м3, давление расчетное- 3 кгс/см2, давление рабочее-0.5 кгс/см2, диаметр-800мм, высота-1820мм
14.Конденсатор  для конденсации паров ЭХГ	16 у,уI	2	Углегравитовый		Кожухооболочный, число облоков-10, поверхность теплообмена-40 м, размер облака- 700*350 мм, количество вертикальных отверстий-208, горизонтальных-206,диаметр отвертий-18 мм, расчетное давление-3 кгс/см2 вакуум, рабочее давление- 0.7 кгс/см2 вакуум
15.Аппарат для  разбавления	II I,II	2	Сталь		Оъем-50 м3, длина- 6800±70 мм, диаметр-3200 мм, рабочее давление- 2.5 кгс/см2, давление расчетное-6 кгс/см2 снабжена воздушкой
16.Реактор для приготовления шихты	35у-уII	3	Сталь	Эмалированный	Объем-6300 л, высота-4950 мм, диаметр-2000 мм, давление рабочее- атмосферное, давление расчетное- 4.5 кгс/см2, электродвигатель ВАО 51-4, мощность-75кВт, напряжение-380 В, число оборотов-1460 об/мин, давление рабочее -атмосферное
17.Емкость для  ЭХГ	IIII	1	Сталь		Оъем-50 м3, длина- 11325 мм, диаметр-2400 мм, высота-3241 мм, рабочее давление- 7.35 кгс/см2, давление расчетное- 7.35 кгс/см2
18.Вакуум-насос	112 II	1	Сборный		Водокальцевой производитель- 720 л/мин, напор-90%, номинальное абсолютное давление-10 кВа, абсолютное давление-2.6 кВа
19.Циклотрон	45	1

 

Описание и принцип действия основного оборудования

Аппарат с мешалкой предназначен для физико-химических процессов под вакуумом и давлением. Номинальный объем аппарата – 25,0 м³. Коэффициент заполнения – 0,75. Среда в корпусе – органические и неорганические кислоты. Теплоноситель в рубашке вода, водяной пар и другие не коррозионные жидкости. Площадь теплообмена – 35 м³.

Обогрев реакционной массы осуществляется путем подачи в рубашку аппарата пара с давлением 0,4 МПа

Приводом мешалки является мотор – редуктор МР1-315-26-100-Ф1П с электродвигателем В180М8, мощность 30 кВт.

Частота вращения вала мешалки – 100 об/мин. Тип мешалки – якорная. Загрузка параформальдегида осуществляется через люк. Разделение органического слоя от неорганического осуществляется по смотровому фонарю. Корпус аппарата покрыт противокоррозийной эмалью

Рис.2.8.1-Реактор для синтеза

 5

 4

 1

 3

 2

 

Завод изготовитель – завод «Химмаш», г.Полтава, ул.Заводская, 1.

ппарат предназначен для проведения физико-химических процессов под давлением. Объем – 25м³. Коэффициент заполнения – 0,8.Среда в корпусе -органические и неорганические кислоты, растворы их солей, щелочи и нейтральные жидкости.Внутренняя поверхность аппарата, крышка люка, наружные поверхности рассекателей защищены универсальным стеклоэмалевым покрытием.

1-  корпус

2-  рубашка

3-  мешалка

4-  рассекатель

5-  привод мешалки

2.9 Расчёты оборудования

 

2.9.1 Тепловой расчёт

2.9.2 Механический расчёт

5 СТАНДАРТИЗАЦИЯ

 

1 .ГОСТ 42-04-77 – Серная кислота.

2. ГОСТ 16-25-89 – Формалин технический.

3. ТУ 6-09-141-03-89 – Параформальдегид.

4. ТУ 6-01-687-77 – Этиленхлоргидрин.

6.  ГОСТ 2.789 -74 – Оформление пояснительной записки.

7.  ГОСТ 2 186-2184-70 – Графическое изображение схемы.

8.  ГОСТ 12.1.018-79 – Общая система мероприятий по безопасности труда при проектировании.

9.  ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.

10.  ГОСТ 12.1005-76 ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.

11.   ГОСТ 2.104-68 – Основная надпись для текстов, документов.

12.  ГОСТ 7.1-84 – Оформление списка литературы.

13.  ГОСТ 14249-73 – Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.

14.ГОСТ 12.1005-88 нормы оптимальных и допустимых параметров микроклимата

15.ГОСТ 12.4.005-78 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»

6 ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

6.1 Общая характеристика работы

 

Ведение технологического процесса производства тиокола связано с применением взрывоопасных горючих продуктов, агрессивных и вредных для организма веществ: этиленхлоргидрина (ЭХГ), параформальдегида, серной кислоты, формаля.

Технологические процессы ведутся при Т до -40 до100-130 ^оС с использованием вакууметрического давления при отгоне этиленхлогидрина и избыточном давлении до 2,0 МПа при передавливании продуктов.

Наиболее опасным является стадия синтеза формаля-сырца из-за возможного выделения формальдегида и паров ЭХГ в атмосферу.

Обвязка оборудования выполнена трубопроводами, содержащими разъемные фланцевые соединения в связи с чем повышается опасность разгерметизации и разлива продукта.

Работа на оборудовании связана со следующими видами опасности:

1.   Пожароопасность, которая связана с наличием горючих веществ.

2.   Термические ожоги, возникающие в результате попадания на тело человека горячей воды, пара, а также при попадании на тело серной кислоты могут возникнуть химические ожоги;

3.  Возможность поражения электрическим током;

4.  Механические травмы от не огражденных вращающихся механизмов;

5.  Опасность, связанная с использованием вакуума, давления.

6.производственный шум;

7.возможность отравления;

8.атмосферное электричество;

6.2 Характеристика применяемых веществ

Таблица 6.2.1-Основные физикохимические и пожароопасные характеристики материала

Наименование сырья и продуктов	Агрегатное состояние	Температура,оС			Концентрационный предел воспламенения		Класс опасности по ГОСТ121007-88	Характеристика токсичности (воздействия на организм человека)	ПДК в рабочей зоне ГОСТ121005-88
		Вспышки	Самовопламенения	Воспламенения	Верхний	Нижний
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Этиленхлоргидрин	Горючая жидкость	60	401	62	14,9	5,1	2	Сильный яд, действующий на нервную систему и обмен веществ, раздражающий слизистые оболочки. Отравления могут проходить и через кожу.	0,5
Параформальдегид	Горючий порошок	93	430	204	73	7	2	При нагревании деполимеризуется с выделением формальдегида, который дейтсвует на нервную систему, особенно на зрительные бугры	0,5
Серная кислота	Не горючая жидкость	Пожаро -и взрывобезопасна	Пожаро -и взрывобезопасна	Пожаро - и взрывобезопасна	Пожаро -и взрывобезопасна	Пожаро - и взрывобезопасна	2	Едкая жидкость. При попадании на кожу вызывает тяжелые ожоги, раздражает и прижигает слизистые оболочки, дыхательные пути. Обладает канцерогенными свойствами	0,5
Формаль	Горючая жидкость	96	108	101	-	-	2	Воздействует на нервную систему и обмен веществ	0,7

Таблица6.2.2- Пожарные и токсичные свойства применяемых веществ

Наименование вещества	Агрегатное состояние	пожаровзрывоопасность	Характер действия на организм человека
Сульфогидрат натрия	порошок	пожаровзывобезопасен	Ядовит. Действует на нервную систему. Легко гидролизуется, с выделением H2S, с образованием едкого натра, который является причиной раздражающего действия на кожу. ПДК – 10 мг/м3
Сульфит натрия	Порошок белого цвета	пожаровзрывобезопасен	Водный раствор 15-20%-ный, обладает раздражающими щелочными свойствами; при попадании на кожу, слизистые оболочки и глаза действует как слабый раствор каустической соды.
Серная кислота	жидкость	пожаровзрывобезопасен	При попадании на кожу вызывает тяжелые ожоги, раздражает и прижигает слизистые оболочки дыхательных путей. ПДК – 1 мг/м3
Сероводород	газ	Твоспл.=2460C	Сильный яд, действующий на нервную систему, вызывающий смерть от остановки дыхания, а иногда от паралича сердца. ПДК – 10 мг/м3

Вывод: В процессе применяется взрыво-, пожароопасные вещества.

 

6.3 Характеристика лаборатории

 

6.3.1 Характеристика здания

Размеры здания: длинна – м, ширина – м.

Размеры цеха: длинна – м, ширина – м, высота – м, площадь – м²

6.3.2 Категорирование помещения по взрывоопасности

Таблица 6.3.2.1-Категория помещений и зданий по НПБ 105-03

Наименование зданий, помещений, наружных установок	Категория производства по пожароопасности	Классификация зон ПУЭ		Группа помещений по сан.нормам
		Класс взрывоопасности или пожароопасной зоны	Категория и группа взрывоопасных смесей
Наружная установка	Бн	В-1г	II B-T2	I
Операторная	В-4	П-IIа

 

Вывод по расчету: Согласно расчетам и НПБ 105-03 и основании свойств сырья, реагентов и готовой продукции- категория наружной установки Б_н,так как используются вещества ЛВЖ с t вспышки не более 28ºС и в помещение присутствуют горючие вещества.Был произведен расчет на избыточное давление взрыва по которому ∆Р составил 40.26 кПа

6.3.3 Санитарная характеристика

В соответствии с СанПин22.1/2.1.1 567-96 производство относится к 1 классу вредности с шириной санитарно-защитной зоны 2000м.так как относится к производствам синтетических каучуков

6.4 Безопасность ведения работы

Меры безопасности при ведении технологического процесса.

1.  Ведение технологического процесса в строгом соответствии с установленным технологическим регламентом

2.  Проведение своевременного ремонта и осмотра оборудования, трубопроводов, коммуникаций.

3.  Использовать только азот для передавливания веществ.

4.  Постоянная работа приточно-вытяжной вентиляции.

5.  Все аппараты должны быть снабжены в соответствии с их назначением – манометрами, термометрами, воздушками с огнепреградителями, мерными стеклами, предохранительными клапанами на линии азота.

6.  Все фланцевые соединения на линиях серной кислоты должны быть заключены в защитные кожухи.

7.  Не допускать открытия коагуляторов до окончания процессов коагуляции и отмывки коагулюма, а расщепителей – до окончания охлаждения.

8.  Ограждение вращающихся частей механизмов.

9.  Изоляция трубопроводов и оборудования с температурой стенки выше 60⁰С, а в местах соприкосновения с ними работающего персонала выше 45⁰С.

10.  Естественное и искусственное освещение.

11.  Использование противогазов ПШ-1, ПШ-2 при зачистке аппаратов.

Таблица 6.4.1-Материал основного оборудования:

Части сосуда	Материал ГОСТ	Способ выполнения	Вид сварки	Метод и объем контроля
Обечайка и днище Рубашка донная Рубашка боковая	10Х17Н13М2Т ст.20К 5520-69 09Г2С 5520-69	Круговая сварка	Автомат. Ручная Ручная	100% гамма- лучами

Герметизация фланцевых соединений осуществляется с помощью паронитовых прокладок, тип фланцевых соединений «шип-паз».

 Прокладка В-50-16 ГОСТ 15180-70-4шт

 Прокладка Б-150-16 ГОСТ-15180-70-1шт

 Прокладка В-300-16 ГОСТ 15180-70-1шт

 Трубопроводы ЭХГ, H₂SO₄

Группа А ( вещества с токсическим действием 2 класса опасности) категория 1

Трубопроводы расположены на эстакадах, расстояние между опорами 6 метров с П-образным компенсатором

Защита от механических травм:

Вращающиеся части оборудования ограничены защитными кожухами, насосы смонтированы на фундаментах и крепятся болтами на специальных резиновых прокладках.

Реактор имеет площадки для обслуживания, которые обеспечены ограничениями и лестницами. Минимальное расстояние между объектами для безопасной работы составляет 6 метров.

6.5 Средства индивидуальной защиты

В соответствии ГОСТ 12.2.003-74 применяются следующие СИЗ:

Для защиты органов дыхания – фильтрирующие противогазы марки БКФ.

Защита глаз – защитные очки типа 033.

Спецодежда – костюм хлопчатобумажный, прорезиненный фартук, суконные костюмы, куртки утепленные, резиновые перчатки, брюки утепленные.

Спец.обувь – антистатические ботинки, полуботинки, валенки.

При ремонтных работах – противогаз КИП-8, ПШ-1, ПШ-2.