57754

Выпаривательная установка

Дипломная

Производство и промышленные технологии

Приведено обоснование технологической схемы производства электролитических щелоков, предложена новизна к конструкции выпарного аппарата. Приведены теоретические основы процесса выпаривания, выполнены технологические расчеты производства...

Русский

2014-05-21

2.09 MB

66 чел.

Реферат

    

             

Пояснительная записка: 145 с., 12 рис., 16 табл., 3 приложения,    31 источник.

    Графические материалы: сборочные чертежи аппарата, сбороч-ные чертежи узлов, лист автоматизации, лист экономических по-казателей, технологическая схема, всего листов  - 9 шт.

   Тема проекта: «Виробництво  электролітичних лугів продуктив-ністю 150000 кг/год за початковим розчином. Розроботити 2-й кор-пус випарної установки».  

    Приведено обоснование технологической схемы производства электролитических щелоков, предложена новизна к конструкции выпарного аппарата. Приведены теоретические основы процесса выпаривания, выполнены технологические расчеты производства, проектируемого аппарата, проведены конструктивные и прочнос-тные расчеты, подтверждающие работоспособность и надежность выпарного аппарата. Разработана схема автоматизации технологи-ческого процесса с использованием современных контрольно- из-мерительных приборов и средств автоматизации.

   В разделе «Охрана труда» дан анализ потенциальных опасностей и вредностей, возникающих при эксплуатации оборудования рабо-тающего на участке выпарки, предложены мероприятия по их уст-ранению, проведен расчет теплоизоляции выпарного аппарата.

   Экономическими расчетами подтверждена целесообразность новизны выпарного аппарата.

   Ключевые слова: ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ ЩЕЛОК, ВЫПАР-НОЙ АППАРАТ, РАСЧЕТ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, СЕ-ПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение                           6 1 Технико-экономическое обоснование проекта         8

1.1 Обоснование выбора технологической схемы

производства                 8

1.2 Новизна проектной разработки                  14

        1.3 Экономическое обоснование проектной новизны      15

2 Технологическая часть                 16

2.1 Описание технологической схемы производства      16

2.2 Технологические основы процесса         21

2.3 Описание конструкции проектируемого аппарата      24

2.4 Технологические расчеты и определение

конструктивных размеров аппарата                 26

2.4.1 Материальный баланс процесса выпарки        26

2.4.2 Тепловой баланс установки               35

2.5 Конструкнивные расчеты            48

2.6 Гидравлические  расчеты            52

2.7 Выбор вспомогательного оборудования          54

3 Проектно-конструкторская часть                  59

3.1 Выбор конструкционных материалов         59

3.2 Расчеты на прочность, жесткость и герметичность      62

3.2.1 Расчет толщины стенок  обечайки сепаратора       62

3.2.2  Расчет толщины эллиптического днища сепаратора    65

3.2.3 Расчет толщины стенок обечайки греющей камеры      66

3.2.4 Расчет фланцевого соединения            68

3.2.5 Расчет и выбор опоры                 78 4 Строительно-монтажная часть          80

4.1 Обоснование компоновки оборудования установки         80

4.2 Описание проведения ремонтных работ  на примере

запроектированного оборудования                               93

5 Автоматика и автоматизация технологического

процесса                           100

5.1 Анализ состояния автоматизации технологического

  процесса            100

5.2 Выбор и обоснование параметров контроля и                           регулирования                     104

  5.3 Выбор и обоснование технических средств

автоматизации              105       6 Охрана труда                    107

6.1 Анализ потенциальных опасностей и вредностей

                 во время работы оборудования        107

6.2 Расчет теплоизоляции выпарного аппарата           117

6.3 Основные параметры, необходимые для оценки химической обстановки на объектах хозяйственной деятельности

в чрезвычайных ситуациях           119

7 Экономическая часть           122

7.1 Организация технического контроля качества исходного сырья и конечной  продукции              122

7.2 Определение себестоимости изготовления выпарного аппарата               127

7.2.1 Расчет материальных расходов в себестоимости

изделия              127     7.2.2 Расчет трудоемкости конструкции и основной

заработной платы производственных рабочих               128

7.2.3 Расчет непрямых расходов                  129

7.2.4 Определение экономического эффекта от

производства и эксплуатации новой техники           132

7.2.5 Расчет капитальных расходов потребителя

новой техники                 133

7.2.6 Расчет годовых эксплуатационных затрат

потребителя                 134   

Выводы              142

Список литературы                    143

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Введение

Химическая, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая про-мышленность относятся к числу отраслей, обеспечивающих технический прогресс всего народного хозяйства.

Одной из ведущих отраслей химической промышленности является производство каустической соды. Каустическую соду получают двумя способами: электрохимическим и химическим. Наибольшее распространение получил электрохимический способ. После получения десятипроцентного электролитического щелока он поступает на одну из важнейших стадий производства, а именно – выпаривание. Основной задачей выпаривания является концентрирование растворов, выделение растворенного вещества в чистом виде. Одновременно, оно снабжает завод горячим паром за счет отбираемых вторичных паров, а также обеспечивает котельные установки производства конденсационными водами.

Существует большое разнообразие конструкций выпарных аппаратов. Для проектирования выпарного аппарата с оптимальными технологическими, конструктивно-эксплуатационными и экономическими показателями необходимо стремиться к увеличению коэффициента теплопередачи. Максимальный коэффициент теплопередачи достигается при минимальном термическом сопротивлении стенок. Следовательно, необходимо стремиться к достижению таких условий работы выпарного аппарата, чтобы не происходило отложение осадков на поверхности теплообменных труб и не скапливались в трубном и межтрубном пространстве несконденсировав-шиеся газы. Для повышения интенсивности теплообмена необходимо создать максимально возможные скорости циркуляции раствора. Оптимальный режим работы достигается при минимальных тепловых потерях с отходящим конденсатом и при получении необходимого количества вторичного пара заданных параметров. Для уменьшения расхода первичного пара (пара из котельной) используется подогрев следующего по технологической схеме корпуса выпарного аппарата вторичным паром предыдущего корпуса.

В аппаратах с одинаковой поверхностью теплообмена максимально возможный коэффициент теплообмена достигается в таком аппарате, где поддерживается оптимальный уровень упариваемого раствора. Этот уровень находится в пределах 30 – 70 % в зависимости от плотности и концентрации раствора.

Уровень раствора в трубах увеличивается с увеличением его плотности и концентрации. Практически за оптимальный уровень принимают такой, при котором в верхней части теплообменных труб происходит вскипание жидкости. Большая часть каустической соды используется в производстве искусственного волокна, химии-катов и целлюлозно-бумажной промышленности, где предъявляются высокие требования к чистоте каустика. Поэтому необходимо следить за правильным прохождением процесса получения и дальнейшего выпаривания каустической соды.

1 Технико-экономическое обоснование проекта

1.1 Обоснование выбора технологической схемы производства

В химической промышленности существует два основных способа производства каустической соды, хлора и водорода – это химический и электрохимический способы.

В промышленности, начиная с ХІХ в. Нашли применение несколько химических способов получения каустической соды: способ Вельдона, способ Дикона, известковый и ферритный способы производства.

Способ Вельдона. В результате взаимодействия хлористого водорода с двуокисью марганца (прилюзитом) по реакции образуют и хлористый марганец. Поэтому способу только одна треть хлористого водорода окисляется до хлора, остальное количество затрачивается на нейтрализацию извести.

Способ Дикона. Окисление хлористого водорода ведется кислородом воздуха в присутствии катализатора при температуре около 400-4500С. Катализатором служит хлористая медь, раствором которой пропитывают носитель – куски глины или кирпича, загружаемые в реактор. Получаемая из реактора газовая смесь состоит из хлора, непрореагировавшего хлористого водорода и азота воздуха, использованного для окисления. Эта смесь направляется на очистку от хлористого водорода. Существенным недостатком этого способа является низкая концентрация хлора разбавленного азотом. 

Известковый способ начали применять в России с 1864 г. По этому способу едкий натр получают при взаимодействии 18-20% -ного раствора кальцинированной соды Na2CO3 с негашеной известью СаО, которая превращается в водном растворе в гидроокись кальция Са(ОН)2.

Образование едкого натра протекает по реакции:

Na2CO3 + Са(ОН)2 → 2 NaOH + СаСО3

и называется каустификацией.

Процесс каустификации протекает при перемешивании и температуре около 1000С. Степень каустификации или превращения кальцинированной соды в каустическую достигает 90%.

Образовавшийся карбонат кальция осаждается и отделяется от раствора едкого натра. Концентрация едкого натра в растворе 90-135 г/л. Его упаривают до концентрации NaOH 4243%. Непрореагировавшая кальцинированная сода при выпарке выпадает в осадок и выводится для повторного использования.

Ферритный способ впервые начали применять в России в 90-х годах прошлого столетия.

Исходное сырье – сухая кальцинированная сода смешивается с измельченной окисью железа Fe2O3. Содержание кальцинированной соды в смеси около 25% и влажность смеси 12-15%. Смесь прокаливают при температуре 10000С в в горизонтальных вращающихся печках, обогреваемых мазутом. При этом образуются твердые частицы феррита натрия Na2O·Fe2O3

Na2CO3 + Fe2O3 → Na2O·Fe2O3 + CO2 – 38,8 ккал.

Степень каустификации достигает 87-90%, содержание Na2O в феррите в пересчете на NaOH 20-23%, содержание соды, не вступившей в реакцию не более 3%.

Действуя на феррит горячей водой, его разлагают с образованием едкого натра и окиси железа

Na2O·Fe2O3 + 4Н2О → 2NaOН + Fe2O3·3 Н2О

Окись железа отделяют от раствора и возвращают в процесс получения феррита. 

Полученный при разложении (выщелачивании) феррита раствор едкого натра содержит 360-380 г/л NaOH и поступает на упаривание для получения товарной жидкой или плавленой каустической соды. Стоимость каустика, полученного этим способом, высока. В настоящее время он практически полностью утратил свое значение и применяется в очень небольшом масштабе.

В связи с развитием производства электроэнергии в начале ХХ в. химические способы получения каустической соды были вытеснены более экономичным электрохимическим методом, которым в настоящее время

получают более 90% каустической соды получаемой во всем мире.

Вытеснению химических способов производства каустика способствует также резкий рост потребления хлора и хлоропродуктов во всем мире. А при электрохимическом методе одновременно с каустиком образуется эквивалентное количество хлора.

Электрохимический метод производства каустической соды с одновременным получением хлора и водорода начал применяться в конце XIX – начале ХХ вв. благодаря развитию в широких масштабах промышленного производства электроэнергии, т.к. на 1т каустика расходуется 2800-3500 кВт·ч электроэнергии. В России хлор начали получать электрохимическим методом в 1900 г.

В настоящее время электрохимический метод является основным в производстве хлора и каустической соды. Он основан на свойстве водных растворов хлористых солей щелочных металлов – поваренной соли или хлористого калия – разлагаться под действием постоянного тока с образованием газообразного хлора, раствора едкой щелочи и газообразного водорода.

Электролиз раствора хлористого натрия (поваренной соли) протекает по реакции:

2NaCL + 2Н2О → CL + 2NaОН + Н2

Аппараты в которых проводится процесс электролиза, называются электролизерами или электролитическими ваннами. Различают два типа электролизеров: 

- с твердым стальным катодом и пористой диафрагмой между электродами;

- с жидким подвижным ртутным катодом и без диафрагмы.

В зависимости от применяемого типа ванн меняется схема производства, состав и качество получаемых продуктов.

Способ производства, при котором применяют ванны с диафрагмой, называют диафрагменным или способом с твердым катализатором, а при использовании ванн с ртутным катодом – способом с ртутным катодом.

При диафрагменном способе производства твердая поваренная соль, поступающая на завод по железной дороге или водным путем, хранится на складе соли и в необходимом количестве растворяется в воде. Полученный рассол перекачивается в отделение очистки рассола.

В цехе очистки сырой рассол освобождается от примесей. При этом используется обратный рассол из цеха выпарки, содержащий небольшое количество едкого натра, необходимого для процесса очистки. Очищенный рассол перекачивается в цехах электролиза. Где в диафрагменных ваннах с твердым катодом под действием постоянного тока получают из рассола – хлор, каустическую соду и водород.

Влажный хлор из электролитических ванн поступает по трубопроводу в отделение осушки серной кислотой. Осушенный хлор компрессорами перекачивается цехам потребителям.

Водород из электролитических ванн поступает в отделение охлаждения водой и перекачивается компрессорами потребителям.

Электролитическая щелочь из цеха электролиза перекачивается насосами в цех выпарки, где упаривается до содержания едкого натра, требуемого ГОСТ для товарного продукта 42-50% NaOH. Готовая жидкая каустическая сода поступает на склад и доставляется потребителям в железнодорожных цистернах или в автомашинах. 

В процессе выпаривания щелочи выпадает очень чистая поваренная соль, которую отделяют от раствора щелочи, промывают и растворяют в воде. Полученный обратный рассол перекачивается в отделение очистки рассола. 

В цехе электролиза в ваннах с ртутным катодом получают все три продукта: влажный хлор, каустическую соду и водород. Хлор передается в отделение осушки серной кислотой, находящееся в цехе электролиза, и после осушки компримируется и передается заводским потребителям. Каустическая сода по этому способу получается очень чистой (концентрацией 42-50%), поэтому непосредственно из ванн и передается на отгрузку по железной дороге потребителям. Водород имеет высокую температуру (70-800С), содержит пары ртути. Его охлаждают, очищают от ртути и направляют заводским потребителям. 

Недостатками электролиза в ваннах с ртутным катодом является очень большие расходы на электроэнергию; появление дополнительной опасности для обслуживающего персонала, связанная с ртутным отравлением; высокие требования к очистке и качеству поваренной соли.

Классической схема производства электролитических щелоков представлена на рисунке 1.1.

 

Рисунок 1.1 – Классическая технологическая схема выпаривания электролитической щелочи

Свежие электрощелоки из расходного бака 1 поступает на упаривание на первую стадию. Щелоки последовательно проходят через теплообменник 3, 4, 5, 6, где подогреваются до температуры близкой к температуре кипения раствора в первом корпусе. Подогретые щелока проходят последовательно через первый, второй и третий корпуса, где упариваются до 26 % NaOH. Первый корпус обогревается свежим паром – второй 8-соковым паром первого корпуса, третий – соковым паром второго корпуса. Соковый пар третьего корпуса проходит через брызгоуловитель 12 и поступает в барометрический конденсатор 20, где смешивается с охлаждающей водой. Теплую воду отводят из конденсатора по барометрической трубе.

 Воздух вместе с парами воды откачивают вакуум насосом 24. Соль из

растворов начинает выпадать либо в первом корпусе. Вместе с раствором она переходит из корпуса в корпус. Из третьего корпуса первой стадии раствор со взвешенной солью (весовое отношение твердого к жидкому 1:3) по барометрической трубе стекает в приемный сборник 2 и оттуда передаеся насосом в отстойник 10. Здесь раствор осветляется и переходит в сборный бак 11. Данный осадок в отстойнике 10, содержащий раствор и соль в соотношении 1:1, поступает на фильтрацию на центрифугу 13. Фильтрат возвращается в бак 11. Соль на центрифуге 13 промывается последовательно электролетическими щелоками и водой. Промывную воду направляют в расходный бак 1. Промытая соль с центрифуги поступает в бак для приготовления обратного рассола 22. Соль растворяется в конденсате соковых паров из барометрического конденсатора. Обратный рассол содержащий 310-315 г/л NaCl и 2-2,3 г/л NaOH передают в цех очистки рассола. Средняя щелочь из бака 11 непрерывно самотеком поступает на вторую стадию выпаривания 12, где ее упаривают в однокорпусной установке до 40-50 % NaOH.

Для обогрева аппарата подают соковый пар первого корпуса. Соковый пар со второй стадии отводят через ловушку брызг в особый барометрический конденсатор аналогичный конденсатору 20. Пульку из второй стадии передают в отстойник 14. Соль, осевшую в отстойнике, направляют в отделение очистки от

сульфата. Осветленные щелочи из отстойника 14 поступают на охлаждение. Раствор, содержащий взвешенную соль, выделившуюся из него при охлаждении, перетекает последовательно через ряд боков – холодильников. Из последнего бака раствор с солью поступает в центрифугу, где от него отделяется выпавшая при охлаждении соль. Осветленный раствор поступает в качестве готового продукта на склад каустика. Соль присоединяют к соли, полученной в отстойнике 14 и передают в отделение вывода сульфатов.

          Конденсат, который собирается в конденсатоотводчиках 20 и теплообменнике 3 который обогревается свежим паром, после охлаждения подаются на промышленные нужды предприятия, а охлажденная вода из барометрического конденсатора 20 сливается в канализацию.

1.2 Новизна проектной разработки

В данной проектной разработке является многократное использование энергоносителей, до 4-х раз. Это достигается благодаря повторному использованию греющего пара и нагретого упаренного раствора для подогрева вновь поступающего холодного. В стандартных технологических схемах выпаривания поступающих из сборника упариваемый раствор подогревается до температуры кипения в одном теплообменнике. Вторичный пар предыдущего корпуса используется для нагревания упаренного раствора следующего. 

В этой технологической схеме подогрев исходного раствора производится ступенчато, последовательно в 7-и теплообменниках, а в качестве греющего агента выступают различные вещества: греющий пар, частично упаренный раствор, конденсат пара 3-го корпуса выпарного аппарата в качестве греющего агента в 4-м корпусе. За счет этого возникает большая экономия греющего пара, поступающего из котельной. Поэтому нет необходимости в мощной котельной для получения больших объемов пара. 

Разработанная технологическая принципиальная схема имеет следующие преимущества:

  1.  применен чистый прямоток, установка проста по обвязке, технологическим трубопроводам и регулировке;
  2.  понижен расход греющего пара (4-х кратное его использование);
  3.  обеспечено получение до 90% соли, не содержащей сульфатов;
  4.  обеспечено получение до 10% соли, содержащей до 36% Na2SO4, что снижает потери каустика;
  5.  осуществлено осветление горячего каустика на гидроциклонах.

Для комплектации установки было применено стандартное (покупное) и заимствованное оборудование.

При выборе оборудования исходили из требований обеспечения работоспособности и надежности эксплуатации установки, а также технических характеристик этого оборудования

Данная технологическая схема, по производству 50%-х электролитических щелоков методом выпаривания, более безопасный и менее энергоемкий способ производства.  

1.3 Экономическое обоснование проектной новизны

 Одно из направлений направленных на увеличение рентабельности производства заключается в максимальном увеличении эффективности производства. Одним из наиболее перспективных направлений является экономия энергоресурсов в частности греющего пара. Это стало возможным благодаря новой технологичекой обвязке выпарной установки с многократным использованием тепла пара, конденсата, упаренного раствора.

Произведенные изменения стали обеспечивать экономический эффект в 93764 грн. Эти данные подтверждены расчетами в разделах 7.2 и 7.3.

2 Технологическая часть 

2.1 Описание технологической схемы производства

        Схема четырехкорпусной выпарной установки в производстве щелока представлена на рисунке 2.1  

Линия электрощелоков

Поступающие из цеха электролиза электролитические щелока, принимаются в баки-хранилища, из которых насосами Н5-Н7 (один резервный) подаются на 4-х корпусную прямоточную установку.

С целью снижения расхода пара и обеспечения нормальной работы установки электролитические щелока предварительно подогреваются в 6 кожухотрубчатых подогревателях Т1-Т7 (один резервный).

В подогревателе Т1 щелок подогревается до температуры 76,5 0С конденсатом вторичного пара трех корпусов установки и конденсатом паров вскипания, образующихся в испарителе Сб1.

Во втором подогревателе Т2 щелока нагреваются до 119,0 0С – экстра-паром 2-го корпуса. Часть подогретого щелока (до 10 % масс.) поступает во 2-й корпус АВ2.

В третьем и четвертом подогревателях Т3-Т4 (один резервный) оставшаяся часть (до 90 % масс.) щелока нагревается до температуры 132,0 0С конденсатом греющего пара 1-го корпуса. При этом конденсат охлаждается до 124,0 0С.

В пятом и шестом подогревателях Т5-Т6 электрощелок нагревается частично упаренным щелоком 1-го корпуса. При этом исходный электрощелок нагревается до температуры 136,4 0С, а частично упаренный охлаждается до 157,6 0С, что исключает его вскипание при вводе во 2-й корпус АВ2.

Окончательный нагрев щелока до температуры 160,5 0С осущес-твляется в подогревателе Т7 греющим паром.



        Рисунок 2.1 - Четырехкорпусная выпарная установка в производстве щелока

Из подогревателя Т7 щелок поступает в 1-й корпус АВ1 выпарной установки.

Из АВ2 образующаяся суспензия поступает в выпарной аппарат АВ3, из которого поступает в вакуум-кристаллизатор ВК.

В вакуум-кристаллизаторе вследствие испарения части растворителя при вскипании перегретого щелока его концентрация повышается до 26% масс. При этой концентрации и температуре кипения 80 0С исключается выпадение солей сульфата натрия, что обеспечивает получение чистой соли хлорида натрия (до 90%).

Из ВК через переливной сборник СБ9 сгущенная суспензия первоначально поступает через гидрозатвор в сборник СБ7, а затем насосами Н8-Н9 подается в питатель центрифуг ПЦ1-ПЦ2 (один резервный). Сгущенная суспензия с  Т : Ж = 1 : 1  поступает на разделение в центрифуги ФГП-1451К Ц1-Ц2 (одна резервная). Маточник из центрифуг, осветленная часть из питателей и промывок соли из фильтров поступают в сборник СБ1, из которого насосами Н17-Н18 (один резервный) подаются в выпарной аппарат АВ4. Соль из центрифуг поступает в гидротранспорт ГТ1. Упаренный в выпарном аппарате АВ4 до концентрации 49,2% масс. щелок подается насосами Н12-Н13 на разделение в гидроциклоны Г1-Г2(один резервный). Осветленная часть из гидроциклонов поступает на охлаждение. Охлаждение щелока осуществляется в кристаллизационной системе: емкостный аппарат АЕ3-АЕ6 – кожухотрубчатый теплообменник Т8-Т10 – перекачивающий насос Н23-Н27. При охлаждении щелока кристаллизуется хлорид и сульфат натрия и повышается концентрация NaOH до 50% масс. Из системы охлаждения суспензия поступает в сборник СБ3, из которого насосами Н28-Н29 откачивается на фильтры ФП1-ФП3 для отделения кристаллов соли. Маточник из фильтров поступает в СБ4 и насосами Н30-Н31 (один резервный) откачивается на склад готовой продукции.

Линия греющего и вторичного пара, конденсата

Первый корпус установки АВ1 и подогреватель Т7 обогреваются паром ТЭЦ давлением 1,0 МПа.

Образовавшийся в 1-м корпусе вторичный пар, пройдя выносной

каплеотделитель КО1, поступает на обогрев 2-го корпуса.

Вторичный пар 2-го корпуса после очистки от уносимых капель в каплеотделителе КО2 поступает в теплообменник Т2 и греющую камеру аппарата АВ3.

Вторичный пар 3-го корпуса после очистки в каплеотделителе КО3 поступает на обогрев аппарата АВ4.

Вторичный пар КВ и 4-го корпуса (АВ4) поступает в барометрический конденсатор КС1-КС2 на конденсацию. Несконденсировавшиеся газы из КС1-КС2 поступают на пароэжекторный вакуум-насос НВЭ.

При проведении ремонта ПВН вакуум в системе создается при помощи водокольцевого вакуум-насоса ВВН.

Конденсат греющего пара из АВ1 и Т7 поступает в конденсатоотводчик К1, откуда подается в теплообменники Т3-Т4 и, охладившись до температуры 124 0С, направляется в испаритель Сб8. Охладившийся в испарителе до температуры 98 0С конденсат направляется насосами Н1-Н2 (один резервный) на ТЭЦ. Пар вскипания из испарителя Сб8 поступает на обогрев аппарата АВ4.

Конденсат из аппарата АВ2 перетекает через конденсатоотводчик К2 в греющую камеру АВ3, а из нее через конденсатоотводчик КЗ – в греющую камеру АВ4.

Конденсат из аппарата АВ4 первоначально поступает в сборник АЕ2, а затем насосами Н10-Н11 (один резервный) подается в теплообменник Т1 на подогрев исходного щелока. Из теплообменника конденсат поступает на ТЭЦ или на технологические нужды.

Линия солевого рассола

Отделенная на центрифугах Ц1-Ц2 (одна резервная) соль поступает в гидротранспорт ГТ1. С торца в гидротранспорт подается конденсат (или оборотная вода) для транспортировки слои и ее растворения. Из гидротранспорта суспензия поступает в сборник Сб2, из которого насосами Н19-Н20 (один резервный) подается на дальнейшее растворение в пульсационную колонну СР1-СР2 (одна резервная). Готовый рассол подается на электролиз.

Соль из фильтров ФП1-ФП3 поступает в гидротранспорт ГТ2, в торец которого подается для отмывки крепкой щелочи исходный электрощелок. Из гидротранспорта ГТ2 суспензия поступает первоначально в сборник Сб5, а затем насосами Н32-Н33 (один резервный) подается на разделение в центрифуги ФГН-903К Ц3-Ц4 (одна резервная). Соль из центрифуг, обогащенная сульфатом натрия, поступает в сборник Сб6. В этот же сборник подается вода с температурой 18 – 20 0С. Обогащенный сульфатами рассол насосами Н35-Н36 (один резервный) выводится из цеха.

Разработанная технологическая принципиальная схема имеет следующие преимущества:

  1.  применен чистый прямоток, установка проста по обвязке, технологическим трубопроводам и регулировке;
  2.  понижен расход греющего пара (4-х кратное его использование);
  3.  обеспечено получение до 90% соли, не содержащей сульфатов;
  4.  обеспечено получение до 10% соли, содержащей до 36% Na2SO4, что снижает потери каустика;
  5.  осуществлено осветление горячего каустика на гидроциклонах.

Для комплектации установки было применено стандартное (покупное) и заимствованное оборудование. 

2.2 Технологические основы процесса 

Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворителях.

При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Основной задачей выпарных установок является концентрирование растворов, выделения из растворов растворенного вещества в чистом виде. Попутно с этими основными задачами выпарные установки снабжают завод горячим паром за счет отбираемых вторичных паров, а также обеспечивают котельные установки и другие технологические потребности производства горячими конденсационными водами.

Выпарные аппараты бывают периодического и непрерывного действия.

Выпарные аппараты можно классифицировать по признакам:

  1.  роду теплоносителя или методу обогрева;
  2.  расположению и виду поверхности теплообмена;
  3.  расположению рабочих сред;
  4.  режиму и кратности циркуляции раствора.

В зависимости от метода обогрева выпарные аппараты бывают:

  1.  с газовым обогревом;
  2.  с обогревом жидким теплоносителем;
  3.  с паровым обогревом;
  4.  с непосредственным обогревом;
  5.  с электрообогревом.

Наибольшее применение получили аппараты с паровым обогревом потому, что водяной пар характеризуется высокой скрытой теплотой конденсации, высоким коэффициентом теплоотдачи; паровой обогрев характеризуется гибкостью регулирования.

По расположению поверхности теплообмена выпарные аппараты могут быть вертикальными, горизонтальными и реже наклонными. Поверхность теплообмена может быть конструктивно оформлены в виде пучка труб, в виде змеевика или в виде паровой рубашки.

По расположению рабочих сред выпарные аппараты подразделяются на аппараты с подачей греющего пара в трубки (т.е. кипение раствора в большом объеме корпуса) и подачей греющего пара в межтрубное пространство (кипение раствора в трубках).

По режиму движения жидкости аппараты подразделяются на выпарные аппараты со свободной и принудительной циркуляцией, однократной или многократной. Естественная циркуляция может осуществляться в объеме аппарата, лидо обеспечиваться специальными циркуляционными трубами. Принудительная циркуляция организуется с помощью насосов, мешалок или подачи пара (газа).

По кратности циркуляции выпарные аппараты бывают с однократной или многократной циркуляцией раствора.

По направлению движения пара и жидкости – на аппараты, в которых жидкость движется снизу вверх или сверху вниз. Аппараты с ниспадающей пленкой также подразделяются по направлению движения вторичного пара вверх или вниз. Последний способ благоприятно сказывается на режиме теплообмена, так как движение пара и пленки в одном направлении способствует увеличению скорости пленки.

Выпарные аппараты также могут подразделяться по степени концентрирования – на аппараты небольших концентраций и аппараты высоких концентраций, используемые в однокорпусных установках и в последних ступенях установки.

Наиболее распространенным теплоносителем в выпарной технике является водяной пар, поэтому в большинстве случаев основной процесс в греющей камере – конденсация пара.

Примем, что на выпаривание поступает  Gн  кг/с исходного раствора концентрацией  bн, вес %  и удаляется  Gк  кг/сек упаренного раствора концентрацией  bк, вес %. Если в аппарате выпаривается  W кг/с растворителя, то общий материальный баланс аппарата имеет вид:

                                                  (2.1)

Материальный баланс по абсолютно сухому веществу, находящемуся в растворе, имеет вид:

                                                 (2.2)

Для составления теплового баланса введем обозначения:

D – расход греющего пара;

J,  Jг,  iн,  iк   – энтальпия вторичного и греющего пара, исходного и упаренного растворов соответственно;

– энтальпия парового конденсата,

где   – удельная теплоемкость,   – температура конденсата.

Получим уравнение:

              (2.3)

Рассматривая исходный раствор как смесь упаренного раствора и испаренной влаги, можно записать следующее частное уравнение теплового баланса смешения при постоянной температуре кипения tк:

                                (2.4)

Отсюда

                                             (2.5)

    Поверхность нагрева непрерывно действующего выпарного аппарата определяем на основе уравнения теплопередачи:

                                     (2.6)

где  Q – тепловая нагрузка аппарата;

      k – коэффициент теплоотдачи;

      F – поверхность нагрева;

      – движущая сила процесса.

Тогда поверхность нагрева равна:

                                                    (2.7)

Полезная разность температур в выпарном аппарате представляет собой разность температуры конденсации  Т, 0С  греющего пара и температуры кипения  tк, 0С выпариваемого раствора.

                                                  (2.8)

2.3 Описание проектируемого аппарата

В верхней части аппарата расположен брызгоотделитель. Коническое днище сепаратора (2) соединено с циркуляционной трубой (3), которая при помощи колена  переходной камеры под ключена к нижней трубной решетке греющей камеры (1).

Циркуляция  раствора в аппарате осуществляется насосом (4) по замкнутому контуру: сепаратор (2) – циркуляционная труба (3)  – насос (4)  – греющая камера (1) – сепаратор (2). Циркуляционный  насос  обеспечивает скорость потока в трубах 2 – 2,5 м/с.

Кипение раствора происходит в трубе вскипания при выходе раствора в сепаратор. Кипение в трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания.

Действительную рабочую высоту трубы вскипания определяют в каждом конкретном случае независимо от давления в сепараторе и концентрации раствора и указывают в заказе.

Уровень  раствора в аппарате должен поддерживаться по нижней кромке штуцера входа парожидкостной смеси в сепараторе.

Раствор, поднимаясь по трубам, перегревается и при выходе из трубы вскипания в сепаратор закипает. Образовавшаяся парожидкостная смесь направляется тангенциально в сепаратор, где разделяется на жидкую и паровую фазу. Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель и выходит из аппарата через штуцер.

Для наблюдения за работой аппарата предусмотрены смотровые окна.

Аппарат рассчитан на непрерывную работу.

Конструкцией аппарата предусмотрена возможность механической чистки внутренней поверхности греющих труб.

 Конструкция выпарного аппарата приведена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Эскиз выпарного аппарата c cоосной греющей камерой и принудительной циркуляцией: 1 – греющая камера; 2 – сепаратор; 3 – циркуляционная труба; 4 – насос.

Потоки: А - вход исходного раствора; Б - выход упаренного раствора; В – вход греющего пара; Г – выход конденсата; Д - выход вторичного пара.


2.4 Технологические расчёты  и определение 

конструктивных размеров аппарата

Технологический расчёт выпарных аппаратов заключается в определении поверхности теплопередачи. Поверхность теплопередачи F, м2 определяют по основному уравнению теплопередачи:

                                                        (2.9)

Для определения тепловых нагрузок  Q, коэффициентов теплопередачи К и полезных разностей температур , необходимо знать распределение упариваемой влаги, концентраций растворов по корпусам и их температуры кипения. Первоначально определим эти величины по материальному балансу, а в дальнейшем уточним их по тепловому балансу.

     2.4.1 Материальный баланс процесса выпарки

      Расчёт концентраций упариваемого раствора

Определяем производительность установки по выпариваемой воде  W, кг/с

                                                    (2.10)

где  Gн – количество упаренного раствора, кг/ с;

хн,  хк соответственно начальная и конечная концентрации раствора,

масс. доли.

кг/с

На основании практических данных принимают, что выпариваемая вода

распределяется между корпусами в соотношении:

W1 : W2 : W3: W4 =  1,0 :1,1 : 1,2: 1,3

Тогда    кг/с

  кг/с

  кг/с

  кг/с

Проверка  W =  W1 + W2 +W3 +W4 = 8,0+8.8+9,6+10,4 = 38 кг/с

Рассчитываем концентрации растворов в корпусах

кг/кг  ( 12% )

кг/кг  ( 16% )

кг/кг  ( 23% )

кг/кг (50% )

Концентрация в 4-м корпусе соответствует заданной  Хк

Данные материального  расчёта представим на схеме материальных потоков

Рисунок 2.3 - Схема материальных потоков по корпусам.

                       Определение температур кипения растворов

Температура кипения раствора в корпусе ( t і кип) определяется как сумма температур греющего пара последующего корпуса ( t і+1) и температурных потерь

                                         (2.11)

      Определение температур греющего пара

Примем, что перепад давления в установке Р распределяется  между корпусами поровну:

МПа

где Рг1давление греющего пара в 1-м корпусе, МПа;

      Рб.к.давление пара в барометрическом конденсаторе, МПа;

Тогда давление греющих паров, МПа, в корпусах составляет:

Рг1 = 1,0 МПа

 

 

 

 

По давлению греющего пара находим его температуру и теплоту парообразования rг ( табл. 2.1 ) по корпусам.

Таблица 2.1- Определение температуры и теплоты парообразования

Давление, МПа

Температура, 0С

Теплота парообразования, кДж/кг

Рг1 = 1,0

tг1 = 179,84

rг1 = 2021

Рг2 = 0,752

tг2 = 166,79

rr2 = 2063

Рг3 = 0,504

tг3 = 151,94

rr3 = 2114

Рг4 = 0,256

tг4 = 127,85

rr4= 2185

Рб.к. = 0,00752

tб.к =  40,35

rб.к = 2403

                Определение температурных потер

Температурные потери в выпарном аппарате обусловлены температурной ,гидростатической и гидродинамической депрессиями.

а) Гидростатическая депрессия вызвана потерей давления пара на преодоление гидравлических сопротивлений трения и местных сопротивлений паропроводов при переходе из корпуса в корпус.

Примем = 1 град.

Тогда температура вторичных паров в корпусах равны:

 град.

 град.

град.

град.

Сумма гидродинамических депрессий:

  град

По температурам вторичных паров определяется их давления и теплоты паробразования (табл. 2.2 ).

Найденные свойства греющего и вторичного паров по корпусам представим на схеме ( рисунок 2.4 ).

Таблица 2.2-Определение давления и теплоты парообразования

Температура, 0С

Давление, МПа

Теплота парообразования, кДж/кг

tвп1 = 167,79

Рвп1 = 0,753

rвп1 = 2063

tвп2= 152,94

Рвп2 = 0,518

rвп2 = 2111

tвп3 = 128,85

Рвп3 = 0,261

rвп3 = 2182

tвп4 = 41,35

Рвп4 = 0,008

rвп4 = 2340

б) Гидростатическая депрессия обуславливается наличием гидростатического эффекта, заключающегося в том, что вследствие гидростатического давления столба жидкости в трубах выпарного аппарата температура кипения по высоте труб неодинакова. Величина не может быть точно рассчитана ввиду того, того что раствор в трубах находится в движении, причём величина зависит от интенсивности циркуляции и изменяющийся плотности парожидкостной эмульсии, заполняющей большую часть высоты кипятильных труб.

Рисунок 2.4 - Свойства греющего и вторичного паров по корпусам.

Приблизительно расчёт возможен на основании определения температуры кипения в среднем слое труб. Величина определяется как разность температуры кипения в среднем слое труб

( t ср) и температуры вторичного пара ( tср ):

                                                       (2.12)

Для того, чтобы определить tср, нужно найти давление в среднем слое

( Р ср) и по этому давлению определить температуру в среднем слое кипятильных труб. Плотность парожидкостной  эмульсии в трубах при пузырьковом режиме кипения принимается равной половине плотности раствора. Плотность раствора ( при 100 0 С) определяется в зависимости от концентрации раствора в корпусе.

Давление в среднем слое кипятильных труб ( в МПа) равно сумме давлений вторичного пара в корпусе и гидростатического давления столба жидкости (  Рср) в этом сечении труб длиной Н:

                           (2.13)

Для выбора значения Н нужно ориентировочно определить поверхность теплопередачи выпарного аппарата Fор. При кипении водных растворов можно принять удельную тепловую нагрузку аппаратов с естественной циркуляцией q = 20000 Вт/ м2. Тогда поверхность теплопередачи 4-го корпуса ориентировочно будет равна:

м2

По ГОСТ 11987-81 для выпарного аппарата с естественной циркуляцией и блочной греющей камерой большая поверхность – 500 м2 при диаметре труб Ø 38 × 2 мм и длине труб Н = 6000 мм.

Давление в среднем слое кипятильных труб корпусов ( в МПа) равны:

1=1085,5 кг/ м3- плотность  раствора    NaOH  при t = 100 0 и Х1 = 12 %

2=1127,7 кг/ м3- плотность  раствора    NaOH  при t = 100 0 и Х2 = 16 %

3 =1202 кг/ м3- плотность  раствора     NaOH   при t = 100 0 и Х3 = 23 %

4 =1385 кг/ м3- плотность  раствора     NaOH   при t = 100 0 и Х4 = 50 %

МПа

МПа

МПа

МПа

Этим давлениям соответствуют следующие температуры кипения и теплоты парообразования ( табл. 2.3 ).

Таблица 2.3-Определение температуры кипения и теплоты парообразования

Давление, МПа

Температура, 0С

Теплота парообразования, кДж/кг

Р1ср = 0,768

t1ср = 168,66

r1ср= 2060

Р2ср = 0,535

t2ср = 154,24

r2ср = 2107

Р3ср= 0,279

t3ср = 130,86

r3ср =2177

Р4ср= 0,029

t4ср = 68,24

r4ср =2337

     Определим гидростатическую депрессию по корпусам:

град

град

град

град

 Сумма гидростатических депрессий составляет:

  град

       в) Температурная депрессия определяется по уравнению:

                                         (2.14)

где Тср  =( t ср +273)

– температурная депрессия при атмосферном давлении, град.

  Находим по корпусам :

град – для 1- го корпуса при Х1 = 12 %

град – для 2-го корпуса при Х2 = 16 %

град – для 3-го корпуса при Х3 = 23 %

град – для 4-го корпуса при Х4 = 50 %

Находим значение по корпусам:

град

град

град

град

Сумма температурных депрессий равна:

град.

    Тогда температуры кипения растворов в корпусах равны ( 0 С ):

t к1 = t г2 +0 С

t к2 = t г3 +0 С

t к3 = t г4 +0 С

t к4 = t бк +0 С

         Расчет полезной разности температур

Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе является некоторой полезной разности температур греющего пара и кипящего раствора.

Полезные разности температур по корпусам  равны:

tп1 = t г1 – tк1 = 179,84 – 174,6 = 5,24 град.

tп2 = t г2 – tк2 = 166,79 – 162,7 = 4,09 град.

tп3 = t г3 – tк3 = 151,94 – 143,98 = 7,96 град.

tп4 = t г4 – tк3 = 127,85 – 102,25 = 25,6 град.

Общая полезная разность температур:

град.

Проверим общую полезную разность температур:

 

град.

2.4.2 Тепловой баланс установки

         Определение тепловых нагрузок

Расход греющего пара в первом корпусе, производительность каждого корпуса по выпариваемой воде и тепловые нагрузки по корпусам определяются путём совместного решения уравнений тепловых балансов по корпусам и уравнения баланса по воде для всей установки:

      (2.15)

  Так как ( I г1 i 1)  r г1 , а ( I вп1- св t )  r вп1 , то

               (2.16)

 (2.17)

                                           (2.18)

Прежде чем написать уравнение теплового баланса для 4 – го корпуса, учтём что часть раствора в твёрдом виде выпадает в виде кристаллов в вакуумном кристаллизаторе.

Уравнение материального баланса для 3 – го корпуса имеет вид:

                                        (2.19)

Где – расход раствора, поступающего в 3– й корпус;

– расход раствора, выходящего из 3 – го корпуса;

– количество кристаллов, которые выпадают в вакуумном кристал-лизаторе;

– количество влаги, упаренной в 3 – ем корпусе.

Расход раствора, поступающего в 3- й корпус определяется по формуле:

кг/с

                                         (2.20)

– растворимость  NaOH в 3 – ем корпусе

По таблице  П2,[6] определяем растворимость NaOH при t к3  

и концентрации раствора       ( 10,9 %)

Решаем систему уравнений относительно

                                                                (2.21)

   (2.22)

кг/с

кг/с – расход кристаллов, выпадающих в вакуумном кристаллизаторе.

Уравнение теплового баланса для 4 – го корпуса имеет вид:

Решаем следующую систему:

 

где D – расход греющего пара в первом корпусе, кг/с;

1,03 – коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду;

Q1конц, Q2конц, Q3конц, Q4конц – теплота концентрирования по корпусам, величинами  Qконц  пренебрегаем , поскольку эти величины значительно меньше принятых 3% потерь тепла;

–  температура кипения исходного раствора, подаваемого в первый корпус

 

– температурная депрессия исходного раствора при Х н = 10 %

Сн , С1 , С2, С3 , С4 – теплоёмкость  растворов при концентрациях Хн, Х1, Х2, Х3, Х4

Теплоемкость ( кДж/кг к) разбавленных водных растворов при Х  20 % рассчитывается по формуле:  

 

 

Теплоёмкость раствора при Х  20% рассчитывается по формуле:

                                                           (2.23)

где С т – теплоёмкость твердого химического соединения ( щёлочи NaOH  )

                                                                          (2.24)

где М = 39 кг/кмоль – молекулярная масса щёлочи  NaOH

nNa, nH, nO – количество атомов каждого из химических элементов, входящих в химическое соединение.

С Na= 26 Дж/кгатомк – атомная теплоёмкость натрия.

Сн = 9,6 Дж/кгатомк – атомная теплоёмкость водорода

СО = 16,8 Дж/кгатомк – атомная теплоёмкость кислорода

                   (2.25)

    ]              

D  2021 = 1,03  ( 499,68 + W1  2063)

W1  2063 = 1,03( - 1450+ 43,93  W1 + 2111  W2)

W2 2114 = 1,03 ( - 2177,6+ 65,99 W1 + 65,99  W2+2182  W3)

W3 2185 = 1,03 ( - 4324,14 + 147,68  W1 + 147,68  W2 + 147,68  W3 +

 + W4  2340 )

W = W1 + W2 + W3 + W4 = 38

D  2021 = 514,67 + 2124,89  W1

W = W1 + W2 + W3 + W4 = 38

 

   

   

   

   

   W = W1 + W2 + W3 + W4 = 38

0,95D – 0,25 + 0,88D + 0,46 + 0,771D + 1,43 + 0,55D + 3,13 = 24

3,15  D = 22,23

D = 7,06 кг/с

Тогда :    кг/с

 кг/с

кг/с

кг/с

Проверка кг/с

Отклонение вычисленных нагрузок по испаряемой воде в каждом корпусе от предварительно найденных по материальному балансу составляет не более 5%.

        Определим тепловые нагрузки:

Q1 = Drг1 = 6,1 2021 = 12328 кВт

Q2 = W1rг2 = 5,545 2063 = 11439 кВт

Q3 = W2rг3 = 5,828  2114 = 12320 кВт

Q4 = W3rг4 = 6,13  2185= 13394 кВт

Полученные данные сводим в таблицу 2.4.

Таблица 2.4-Параметры растворов и паров по корпусам

Параметр

Корпус

1

2

3

4

Производительность по испаряемой воде W, кг/с

5,45

5,828

6,13

6,485

Концентрация растворов Х, %

12

16

23

50

Давление греющих паров Рг, МПа

1,0

0,752

0,504

0,256

Температура греющих паров

tгп, 0С 

179,84

166,79

151,94

127,85

Температурные потери,

7,81

10,76

16,13

61,9

Температура кипения раствора  tкип,0С

174,6

162,7

143,98

102,25

Полезная разность температур t, град

5,24

4,09

7,96

25,6

Тепловая нагрузка  Q, кВт

12328

11439

12320

13394

Плотность пара

 п, кг/м3

5,13

3,912

2,614

0,164

          Расчёт коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи К (Вт/м2к) можно рассчитать по уравнению:

                                                   (2.26)

где   – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от стенке к кипящему раствору соответственно, Вт/ м2к;

– сумма термических сопротивлений загрязнений стенки и накипи,

2к/Вт);

t 1 – разность температур между греющим паром и стенкой со стороны пара в первом корпусе, 0С.

Коэффициент теплоотдачи рассчитываем по уравнению:

                                                   (2.27)

где rг1 = 2021 кДж/кг – удельная теплота парообразования во 1-м корпусе

соответственно плотность (кг/м3 ), теплопроводность ( Вт/м2)

и вязкость конденсата ( Пас) при средней температуре пленки.

              Первоначально примем t1 = 1,5 0С

  0С                             (2.28)

          Значения физических величин конденсата по [ 11 ]:

 

 

                  (2.29)

Определим суммарное термическое сопротивление и величины t2 , tст.

Допустим, что суммарное термическое сопротивление равно суммарному термическому стенки и накипи , а термическое сопротивление со стороны пара не учитываем. Толщина стенки трубы , тепловодность стенки  , толщина накипи Вт/мк, теплопроводность накипи .

 м2 к/Вт

    

Коэффициент таплоотдачи от стенки к кипящему раствору в условиях естественной циркуляции для пузырькового режима в вертикальных трубах определяется по формуле:

где  – плотность пара в 1 – ом корпусе;

      - плотность пара при атмосферном давлении.

Значения величин, характеризующих свойства растворов NaOH, представлены в таблице 2.5.

=

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

                 

                 

         Как видим

Для второго приближения примем град

     Вт/м2к

Таблица 2.5- Физические свойства растворов NaOH

Параметр

Корпус

1

2

3

4

Плотность раствора кг/м3

1085,5

1127,7

1202

1385

Вязкость раствора

1,36

1,258

3,308

11,45

Теплопроводность раствора  

0,63

0,635

0,641

0,647

Поверхностное натяжение 103 

Н/м

78,1

81,8

88,8

111,3

Теплоёмкость раствора С, Дж/кгк

3692

3525

3539

2768

град

град

Вт/м2к

Вт/м2к    

Вт/м2к

          И снова  

Для расчёта в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур t и определим истинное значение t1 = 0,35.

     Вт/м2к

      град

      град

     Вт/м2к

                  Вт/м2 к

                  Вт/м2к

Как видно q1 q2

Так как расхождение между тепловыми нагрузками не превышает 3%, то расчёт коэффициентов заканчиваем и определяем коэффициент теплопередачи для 4-го корпуса:

                          (2.30)

               Распределение полезной разности температур

Полезные разности температур в корпусах установки находим из условия равенства их поверхностей теплопередачи:

                                                            (2.31)

 

    

   

 

Найдём поверхности теплопередачи выпарных аппаратов по корпусам, расчёт производим по формуле (1.1):

 

По ГОСТ 11987 – 81 выбираем выпарной аппарат с поверхнос-тью теплообмена F=1000 м2 и длиной труб l=6 м. Выпишем техни-ческие характеристики выпарного аппарата  (табл. 2.6).

Таблица 2.6 - Техническая характеристика выпарного аппарата

F при диаметре труб 38×2 и длине

l = 6 м

Диаметр греющей камеры

D, мм

Диаметр сепара-тора

D1, мм

Диаметр циркуляци-онной трубы

D2, мм

Высота аппарата

Нап, м

Масса аппарата m, кг

1000

2200

5600

1400

26500

112000

Определяем запас поверхности по формуле:

Δ=    (2.32)

Поверхность выбранного выпарного аппарата полностью удо-влетворяет нормальным условиям протекания технологического процесса.

2.5 Конструктивные расчеты

         Определение диаметров штуцеров

Диаметр штуцера для разбавленного раствора

                                                (2.33)

где Gн = 170000 кг/ч – производительность исходного раствора;

      н = 1064 кг/м3 – плотность исходного раствора при Хн = 10 %;

      wн = 1 м/с – средняя скорость исходного раствора.

Принимаем dн = 200 мм

Диаметр штуцера для выхода упаренного раствора:

                                                         (2.34)

где Gк = Gн – W1 = 30,0 – 6,457 = 26,54 кг/с – расход упаренного раствора на выходе из 1-го корпуса;

      wк = 1 м/с – скорость упаренного раствора на выходе из 1-го корпуса;

      к = 1085,5 кг/м3 – плотность упаренного раствора на выходе из 1-го

      корпуса.

Принимаем dк = 200 мм

Диаметр штуцера для ввода греющего пара:

                                                        (2.35)

где wп = 40 м/с – скорость пара в паропроводе;

      п = 5,13 кг/м3 – плотность пара в 1-м корпусе;

Принимаем dп = 200 мм

          2.6 Определение гидравлического сопротивления аппарата

   Расчёт производительности вакуум – насоса

Производительность вакуум насоса Gвозд определяется количеством воздуха, который необходимо удалять из барометрического конденсатора:

                        (2.36)

где 2,5105 – количество газа, выделяющегося из 1-го кг воды;

      0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через неплотности

на 1 кг. паров.

Тогда

      (2.37)

где R = 8310 Дж/кмоль к – универсальная газовая постоянная;

      М = 29 кг/кмоль – молекулярная масса воздуха;

      tвозд – температура воздуха, 0С;

      Рвозд – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.

      Температура воздуха:

       давление воздуха:

где Рп – давление сухого насыщенного пара при tвозд , Па.

При tвозд = 25,74 0С   Рп = 0,0336 9,8104 Па [ прил. 2, 11].

Тогда

           

  Зная объёмную производительность воздуха Vвозд и остаточное давление в конденсаторе Рбк по [ прил. 2, 11]  подбираем два вакуум – насоса типа ВВН – 50 с мощностью на валу Nн = 94 кВт.

     Удельный расход энергии на тонну упариваемой воды, кВтч/т:

кВтч/т

                 Расчет центробежного насоса

Мощность на валу насоса, кВт:

где  Q – производительность насоса, м3/с;

H – напор, развиваемый насосом, м;

ηН – КПД насоса, ηН = 0,4 – 0,9;

ηпер – КПД передачи, для центробежного насоса  ηпер = 1,0.

     Напор насоса:

                                             (2.38)

где  P1 – давление в емкости для исходного раствора ( атмосферное ), Па;

P2 – давление вторичного пара в первом корпусе, Па;

HГ – геометрическая высота подъема раствора, м;

HГ = 8 – 15 м;

hп – напор, теряемый на преодоление гидравлических сопротивлений ( трения и местных сопротивлений ) в трубопроводе и теплообменнике, м.

Потери напора

                      (2.39)

где   – потери напора соответственно в трубопроводе и в теплообменнике, м. Принимаем согласно рекомендаций [ 11 ]

= 0,2  1,5 м ;

W – скорость раствора, м/с, W = 0,5  1,5 м/с;

l, d – длина и диаметр трубопровода, м; l = 10  20 м;

– коэффициент трения;

– сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Диаметр трубопровода из основного уравнения расхода:

                            (2.40)

м3/с                           (2.41)

Принимаем d = 200 мм.

Для определения коэффициента трения  рассчитаем величину Rе:

                                                      (2.42)

где  Н, Н – плотность, кг/м3, и вязкость, Пас, исходного раствора;

при концентрации Х = 10 %  Н = 1,16 10-3 Пас;   [ 6 ]

Н = 1064 кг/м3 

W – скорость раствора, м/с, W = 0,5  1,5 м/с;

l, d – длина и диаметр трубопровода, м; l = 10  20 м;

– коэффициент трения;

– сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Для гладких труб при Re = 183448      = 0,0175  [ 4, рис. 2.5 ].

Сумма коэффициентов местных сопротивлений  :

                               (2.39)

Коэффициенты местных сопротивлений равны [ 4, табл. XII ]:

входа в трубопровод = 0,5;

выхода из трубопровода = 1,0;

колена с углом 900 = 0,55 ( для трубы d = 200 мм );

вентиля прямоточного = 0,4  0,93 = 0, 372( для трубы d = 200 мм).

Примем потери напора в теплообменнике = 0,4 м и HГ = 1/2  H аппарата плюс 2 м =8,25 + 2 = 10,25 м.

Тогда

По [ 11, прил. 9 ] устанавливаем, что данным подаче и напору больше всего соответствует центробежный насос марки  ЦНС 60-75, для которого в оптимальных условиях работы Q = 1,61  10-2 м3/с, Н = 75 м, η = 0,67.

Насос обеспечен электродвигателем  А02 – 91 – 2 номинальной мощностью Nд = 19,5 кВт.

По мощности, потребляемой двигателем насоса NД, определяем удельный расход энергии:

1.7 Выбор вспомогательного оборудования

      Определение поверхности теплопередачи подогревателя

 Поверхность теплопередачи подогревателя F, м2, определяем по основному уравнению теплопередачи:

                                                      (2.40)

                                             (2.41)

где Qп – тепловая нагрузка подогревателя , Вт;

Кп – коэффициент теплопередачи , ( Вт/м2 к ), К = 120 – 340;

tср – средняя разность температур между паром и раствором, град;

Gн = 30 кг/с – количество начального раствора;

Сн = 3776 Дж/кгк – теплоёмкость начального раствора;

t = 136,4 0С – начальная температура исходного раствора;

t = 170,59 0С – температура раствора на выходе из теплообменника равная температуре, с которой раствор входит в первый корпус.

              

t = 179,84 0С          пар                 t = 179,84 0С

t = 170,59 0С        раствор           t = 136,4 0С

 

tм = 9,25                tм = 43,44

Так как отношение  2, то величину tср определяем как среднелогарифмическую:

 оС

Тогда поверхность теплообменника:

м2

Площадь поверхности теплопередачи теплообменника принимается на 10-20 % больше расчетной величины FП:

F = ( 1,1  1,2 )  FП

F = 1,1  642 = 706  м2

На основании найденной поверхности по [ прил. 8, 11 ] выбираем кожухотрубчатый четырехходовой теплообменник с такими параметрами:площадь поверхности теплопередачи F = 780 м2, число труб – n = 2594 шт, длина труб l = 4 м, диаметр труб Ø 25×2 мм, диаметр кожуха D = 1800 мм.

                   Расчет объема и размеров емкостей

Расчет емкости для исходного и упаренного раствора проводим из условий шестичасовой ( сменной ) работы выпарного аппарата, т. е.  = 6 ч.

Объем емкости для разбавленного ( исходного ) раствора:

где  GH, Н  – количество ( кг/ч ) и плотность ( кг/м3 ) исходного раствора;

– коэффициент заполнения емкости  = 0,85  0,95

Для удобства принимаем четыре емкости объемом по 200 м3.

Принимаем диаметр емкости D = 4 м, тогда ее длина – 4 м.

Объем емкости для упаренного раствора:

                                                      (2.42)

где  GК, К – количество и плотность упаренного раствора, выходящего из третьего корпуса.

Устанавливаем две емкости объемом по 25 м3, диаметром 2,6 м и длиной 1,2м.

3 Проектно – конструкторская часть

3.1 Выбор конструкционных материалов

По рекомендации [1] для водного раствора NaOH при температуре рекомендуется коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72.

Проницаемость П = 0,10 мм/год. При работе – точечная коррозия.

Сталь 12Х18Н10Т – коррозионностойкая сталь аустенитного класса.

Модуль упругости Е = 1,98105 МПа.

 Механические свойства при  t = 20 oС.

Предел текучести и = 225 315 МПа

Временный предел прочности в = 550650 МПа

Относительное удлинение = 46 74 %

Относительное изменение поперечного сечения  = 6680 %

Ударная вязкость KCV = 215 372  Дж /см2

                              Технологические свойства

Температура ковки : начала – 1200 0С , конца – 850 0С. Свариваемость – сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, ЭШС, КТС с последующей термообработкой.

                                   Физические свойства

Модуль упругости  Е = 1,98105 МПа

Плотность  = 7900 кг/ м 3

Теплопроводность  = 15 Вт / м0с

Линейное расширение  = 16,6 10 -6 1/ 0с

Теплоёмкость С = 462 Дж/ кгк

   Назначение

Сварные  сосуды и аппараты, работающие в разбавленных растворах азотной, фосфорной, уксусной кислот, растворах щелочей и солей, детали, работающие под давлением при t = 196 600 0с , а при наличии агрессивных сред до t =350 0С

Сталь Ст.3сп ГОСТ 380 – 71 – применяется для изготовления деталей и узлов, не соприкасающихся со средой. Сталь по способу выплавки спокойная.

Она характеризуется хорошим расширением и хорошим удалением серы и фосфора, повышающим качественные показатели металла. Сталь технологична в обработке, хорошо обрабатывается резанием и давлением. Пластические свойства стали высокие. Сталь хорошо сваривается всеми видами сварки. Сталь неустойчива во многих агрессивных средах.

Таблица 3.1 - Химический состав стали, в %

С

Мп

Si

P

S

0,14÷0,22

0,40÷0,65

0.12÷0.3

0.04

0.05

Механические свойства при  t = 20 oС.

Предел текучести и = 220 МПа

Временный предел прочности в = 445 МПа

Относительное удлинение 5 =33 %

Относительное изменение поперечного сечения  = 59 %

Ударная вязкость KCU = 154  Дж /см2

   Назначение

Несущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой

прокат(5-й категории) для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках: при толщине проката до 25 мм в интервале температур от -40 до +425°С; при толщине проката свыше 25 мм - от -20 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.

3.2  Расчёты на прочность, жесткость и герметичность

   Расчеты выполняем по [ 8 ].

3.2.1  Расчет обечайки сепаратора.

Внутренний диаметр обечайки D = 4500 мм.

Давление в сепараторе Р =  0,753 МПа.

Расчетная температура tР = 180 оС.

За расчетную температуру принимаем наибольшую возможную температуру в аппарате/ Материал аппарата – сталь 12Х18Н10Т.

Толщина стенки обечайки (рисунок 3.1), нагруженная

внутренним избыточным давлением

где                                                     (3.1)

.где  С – прибавка, мм

Р – внутреннее избыточное давление, МПа

D – внутренний диаметр обечайки, мм

[] – допускаемое напряжение для материала обечайки, МПа

Р – коэффициент прочности продольного сварного шва обечайки.

Допускаемое напряжение по [ 8 , табл. 7 ]

[]180 = 163 МПа – при расчетной температуре – tP = 180 оС

[]20 = 184 МПа – при температуре гидроиспытания – tГ = 20 оС

Рисунок 3.1 - Обечайка цилиндрическая

Коэффициент прочности продольного сварного шва при полуавтоматической и автоматической сварке  Р = 0,9

Прибавка

С = С1 + С2 + С3,                                                      (3.2)

где  С1 – прибавка для компенсации коррозии, эрозии, мм

С2 – прибавка для компенсации минусового допуска толщины листа, мм

С3 – прибавка для компенсации утонения листа при технологических операциях: гибке, штамповке, мм

Прибавки:

С1 = 0,5 мм;   С2 = 0,8 мм;   С3 = 0 мм

Тогда  С = 0,5 + 0,8 + 0 = 1,3 мм

S  11,58 + 1,3 = 12,88 мм

С учетом необходимости обеспечения жесткости обечайки принимаем

S = 18 мм.

Тогда допускаемое внутреннее давление:

                                              (3.3)

при рабочих условиях:

при условиях гидроиспытания:

3.2.2   Расчет эллиптического днища сепаратора

Внутренний диаметр днища D = 4500 мм. 

Давление в сепараторе Р = 0,753 МПа.

Расчетная температура tР = 180 оС.

За расчетную температуру принимаем наибольшую возможную температуру в аппарате.

Материал аппарата – сталь 12Х18Н10Т

Толщина днища (рисунок 2.2), нагруженного внутренним избыточным давлением:

где                                                (3.4)

.

где  С – прибавка, мм;

Р – внутреннее избыточное давление, МПа;

R – радиус кривизны в вершине днища, мм;

[] – допускаемое напряжение для материала днища, МПа;

– коэффициент прочности сварных швов днища.

Рисунок3.2-Днище эллиптическое

Для стандартного эллиптического днища при H/D=0,25  R=D

Прибавка:

С = С1 + С2 + С3,                                                    (3.5)

где  С1 – прибавка для компенсации коррозии, эрозии, мм;

С2 – прибавка для компенсации минусового допуска толщины листа, мм;

С3 – прибавка для компенсации утонения листа при технологических операциях: гибке, штамповке, мм.

Прибавки:

С1 = 0,5 мм;   С2 = 1,0 мм;   С3 = 1,0 мм

Тогда  С = 0,5 + 1,0 + 1,0 = 2,5 мм

S  11,56 + 2,5 = 14,06 мм

С учетом необходимости обеспечения жесткости днища и для обеспечения свариваемости с обечайкой принимаем S = 18 мм.

Тогда допускаемое внутреннее давление:

                                                    (3.6)

При рабочих условиях:

При условиях гидроиспытания:

3.2.3  Расчет укрепления отверстия в стенке сепаратора

Наибольшим отверстием в сепараторе является тангенциально расположенное отверстие, по которому подогретый упариваемый раствор из греющей камеры поступает в сепаратор.

Исходные данные:

Внутренний диаметр обечайки сепаратора D = 4500 мм.

Толщина стенки обечайки S = 18 мм.

Расчетная толщина стенки обечайки Sр = 11,58 мм.

Сумма прибавок к расчетной толщине стенки обечайки C = 1,3 мм.

Прибавка на коррозию к расчетной толщине стенки обечайки C1 = 0,5 мм.

Внутренний диаметр штуцера ( трубы ) d =1400 мм.

Толщина стенки штуцера S1 = 10 мм.

Сумма прибавок к расчетной толщине стенки штуцера CS = 1,3 мм.

Прибавка на коррозию к расчетной толщине стенки штуцера CS1 = 0,5 мм.

Длина наружной части штуцера

Конструктивно принятая ширина накладного кольца l2 = 300 мм.

Схема укрепления отверстия приведена на рисунку 3.3

Рисунок 3.3 - Расчетная схема укрепления отверстия сепаратора

 Расчетный диаметр одиночного отверстия при наличии избыточной толщины стенки сосуда:

                                   (3.7)

где  S – принятая ( исполнительная ) толщина стенки сосуда, мм;

       Sp – расчетная толщина стенки сосуда, мм;

       Dp – расчетный внутренний диаметр укрепляемого элемента, мм.

Одиночное отверстие не требует укрепления, если расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет условию:

Расчетный диаметр цилиндрической обечайки:

Расчетный диаметр отверстия или штуцера, ось которого лежит в плоскости поперечного сечения цилиндрической или конической обечайки:

                                                   (3.8)

Из чертежа длина дуги t = 1875 мм  ( см. рис. 3.3 ):

Условие      не выполняется.

Проверяем условие укрепления отверстия стенкой штуцера. При этом штуцер не проходит внутрь сосуда. Накладное кольцо отсутствует.

              (3.9)

d0p – расчетный диаметр, мм

l1p – расчетная длина внешней части штуцера, участвующая в укреплении, мм;

lp – расчетная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера, мм;

S – исполнительная толщина стенки конической обечайки, мм;

S1 – исполнительная толщина стенки штуцера, мм;

Sр – расчетная толщина стенки конической обечайки, мм;

S – расчетная толщина стенки штуцера, мм;

1 – отношение допускаемых напряжений для штуцера и обечайки.

Расчетная длина внешней части штуцера, участвующая в укреплении:

                           (3.10)

Расчетная толщина стенки штуцера:

                                             (3.11)

где  1 = 0,9 – коэффициент прочности продольного сварного шва штуцера.

Штуцер изготовлен из того же материала, что и обечайка. Он свальцован из листа.

Поэтому для него:

1 = 0,9;   [  ]1 = 163 МПа;

Расчетный диаметр:

                                        (3.12)

Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки:

Условие укрепления отверстия в стенке обечайки штуцером не выполняется.

Дополнительно применим для укрепления отверстия накладное кольцо. Проверяем достаточность укрепления отверстия стенкой штуцера и накладным кольцом.

    В случае укрепления отверстия накладным кольцом должно выполняться условие:

где   – площадь накладного кольца

l2p – расчетная ширина накладного кольца, мм

S2 – исполнительная толщина накладного кольца, мм

1 – отношение допускаемых напряжений для внешней части штуцера

2 – отношение допускаемых напряжений для накладного кольца

Толщину накладного кольца принимаем равной толщине стенки обечайки:

Расчетная ширина накладного кольца:

Тогда

    Условие укрепления отверстия в стенке обечайки штуцером и накладным кольцом выполняется.

         Допускаемое давление.

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

                                   (3.13)

где  для цилиндрической обечайки  К1 = 1.

                        (3.14)

Условие прочности укрепленного отверстия выполняется.

3.2.4 Расчёт фланцевого соединения

Исходные данные:

Внутренний диаметр греющей камеры D = 1600 мм.

Толщина стенки обечайки S = 10 мм.

Материал корпуса и крышки – Сталь 12Х18Н10Т.

Материал болтов – Сталь 35Х.

Внутреннее давление Р = 0,752 МПа.

Прибавка к расчётной толщине стенки С = 1,3 мм.

Коэффициент прочности сварных швов  = 0,9.

Температура обрабатываемой среды t = 1670 C.

Решение:

Конструкцию соединения крышки и корпуса аппарата при D = 1600 мм и Р = 0,752 МПа выбираем согласно [ табл. 1.36, 10 ] с плоскими приварными фланцами и уплотнительной поверхностью выступ – впадина [ рис.3.1]

Конструктивные размеры фланца.

Толщину втулки фланца принимаем S0 = 12 мм, что удовлетворяет условию

S0 S ( 12 мм  10 мм )                (3.15)

Высота втулки фланца по формуле:

       (3.16)

Принимаем hв = 70 мм

Диаметр болтовой окружности по формуле:

      (3.17)

где dб = 20 мм – наружный диаметр болта при D = 1600 мм и Рр = 0,752МПа

[ табл. 1.40, 10 ]; u = 4 мм – нормативный зазор между гайкой и втулкой

Наружный диаметр фланца

         (3.18)

где а = 40 мм – конструктивная добавка для шестигранных гаек М20

 

Наружный диаметр прокладки, мм

        (3.19)

где е = 30 мм – нормативный параметр для плоских прокладок

в

ф

Рисунок 3 .1 - Фланец плоский приварной с уплотнительной поверхностью выступ-впадина.

Средний диаметр прокладки, мм

        (3.20)

где b = 15 мм – ширина прокладки, мм   [ табл. 3.42 ]

Количество болтов, необходимых для обеспечения герметичности фланце-вого соединения:

         (3.21)

где – шаг размещения болтов М20 на болтовой окружности при Рр = 0,752 МПа.

Принимаем nб = 72 шт, кратное четырем.

Высота ( толщина ) фланца

        (3.22)

где ф = 0,5 для плоских приварных фланцев при Рр = 0,752 МПа

[ рис. 3.40, 10 ]  Sэк = Sо так как для плоских приварных фланцев

Принимаем hф = 80 мм.

Расчётная длина болта lб = lб.о + 0,28 dб = 164 + 0,2820 = 170 мм 

где lб.о = 2  (hф + hп) = 2  (80 +2) = 164 мм – расстояние между опорными

поверхностями болта и гайки при толщине прокладки hп = 2 мм.

Нагрузки, действующие на фланец.

Равнодействующая от внутреннего давления:

        (3.23)

Реакция прокладки:

       (3.24)

где кпр = 2,5 – коэффициент для паронитовой прокладки.

b = bо = 15 мм = 0,015 м – эффективная ширина прокладки при b  15 мм.

Усилие, возникающее от температурных деформаций:

    (3.25)

Где соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланцев (12Х18Н10Т), и болтов (35Х)по [ табл.ХI, 10]; – расчётная температура неизолированных фланцев; – расчётная температура болтов [ табл. 1.37, 10 ]; Еб = 1,9105 МПа – для болтов из стали (35Х); fб = 2,35 м2 – расчётная площадь поперечного болта М20;

nб = 64 шт – количество болтов; уб, уф, уп – податливости соответственно болтов, фланцев, прокладки вычисляемые по формулам:

 (3.26)

 (3.27)

где Еп = 2000 МПа – для прокладки из паронита

 (3.28)

где      (3.29)

      (3.30)

(3.31)

    (3.32)

Коэффициент жёсткости фланцевого соединения

    (3.32)

Болтовая нагрузка в условиях монтажа:

         МН

                   =

                      МН

= 3,25 МН

где рпр = 20 МПа – минимальное давление обжатия паранитовой прокладки.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего давления:

МН

    Приведенный изгибающий момент:

                      

М0 = max

                                (3.33)

где []20 = 184 МПа; [] = 164 МПа – соответственно для материала фланца

при 20 0С и расчётной температуре t = 160 0С.

                 МНм

М0 = max                                                                                                         =

                    

= 0,09 МНм

Условие прочности болтов:

        (3.34)

        (3.25)

где []б2 = 230 МПа; []б = 226 МПа – допускаемые напряжения для материала болтов при 200С и при расчётной температуре tб = 1600С.

МПа < 230 Мпа

МПа < 226 Мпа

Условие прочности болтов выполняется.

Условие прочности неметаллической прокладки:

        (3.36)

где [Рпр] = 130 МПа – для прокладки для паронита [ табл. 1.44, 10];

Fmax = max{Fб1 ; Fб2 } = max{3,25 МН ; 2,99 МН }= 3,25 МН

МПа         [Рпр] = 130 Мпа

Условие выполнено.

Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером Sо:

      (3.37)

так как у плоского фланца втулка цилиндрическая; fф = 1, так как

;

D* = D = 1,6 м, так как D > 20  Sо ( 1,6м > 20  0,012 = 0,24 м)

     (3.37)

Мпа

Напряжение во втулке от внутреннего давления:

тангенциальное:

Мпа    (3.38)

меридиональное:

Мпа    (3.39)

Условие прочности для сечения, ограниченного размером Sо = 12 мм:

    (3.40)

где МПа – для фланца из стали 12Х18Н10Т при РР = 0,752 МПа.

Мпа

Окружное напряжение в кольце фланца по формуле:

Условие герметичности фланцевого соединения:

        (3.41)

где   - допустимый угол поворота плоского фланца.

Условие герметичности выполнено.

                 

4 Строительно-монтажная часть

4.1 Обоснование компоновки оборудования установки

Проектирование химических производств – творческий, сложный, многообразный и трудоемкий процесс поиска оптимальных инженерно-технических решений в условиях неполной информации, представляющий собой взаимосвязанную совокупность нескольких организационных и инженерно-технических стадии.  

Компоновка оборудования в проектировании предприятий является одной из самых ответственных и трудных работу по проектированию. Повышение качества проектных работ с одновременным сокращением сроков проектирования возможно только на основе широкого использования современной вычислительной техники в процессе поиска оптимальных проектных решений, что в свою очередь невозможно без разработки моделей, данных задач.  

При размещении оборудования необходимо учитывать определенные технологические требования:

- удобство обслуживания оборудования;

- возможность демонтажа оборудования или частей при ремонте;

- обеспечение максимально коротких трубопроводов между аппаратами.

При выполнении таких требований необходимо соблюдать строительные нормы, требования естественной освещенности, правила и нормы по технике безопасности и охране труда, санитарные и противопожарные нормы.

Так оборудование в зависимости может располагаться в двух основных вариантах:

- закрытый вариант (в помещении)

- открытый вариант;

- смешанный вариант (одна часть оборудования расположена в помещении, вторая часть оборудования расположена на открытой площадке).

Некоторыми основными задачами технологического или фун-кционального проектирования химических производств являются:

- разработка оптимальной технологической схемы;

- определение оптимальных технологических и конструкционных параметров аппаратов,

- выбор оптимальных технологических режимов, которые обеспечивают на спроектированном объекте выпуск заданного количества химических продуктов в соответствии со стандартами и технологическими условиями.

Для данного производства наиболее подходящим будет закрытый вариант установки оборудования, то есть в здании.

Здание следует компоновать исходя из функциональных, эконо-мических и архитектурно-художественных требований, применяя однотипные или возможно меньшее число разнотипных секций и располагая их пролетами в одном направлении, обеспечивая при этом наибольшие возможности применения строительных конструкций и изделий заводского изготовления и максимально возможное ограничение количества их типоразмеров.

Компоновка здания из секций с взаимно перпендикулярным направлением пролетов, а также из разнотипных секций, в том числе с перепадами высот этажей между смежными секциями, должны осуществляться лишь при функциональной необходимости и технико-экономической целесообразности.

Компоновка производства – операция конструкционного про-ектирования химического и нефтегазового производства, в результате которой определяют состав производственных помещений, их размеры и рациональное взаимное расположение, а также выполняют в определенном масштабе чертежи поэтажных планов и разрезов.

Монтажный чертеж четырехкорпусной выпарной установки в производстве щелока (выполнен на листе формата А1), входит в состав графической части дипломного проекта и отражает основную функциональную взаимосвязь между основным технологическим оборудованием, размещением трубопроводной арматуры.

Существуют определенные приемы и факторы, которые необходимо учитывать при компоновке оборудования. К таким факторам в первую очередь относятся условия работоспособности схемы. Такими условиями могут быть:

- требования перепада высот между отдельными единицами оборудования, необходимость транспортировки материальных потоков,

- необходимые уклоны трубопроводов и самотеков для транс-портировки жидких и сыпучих материалов.

Условия работоспособности технологической схемы формируются, прежде всего, на основе технологического регламента данного производства и норм технологического проектирования для данного производства, а также на основе экспертных данных институтов и предприятий, занимающихся разработкой технологий данных производств.

При выполнении чертежа производства щелока проработан комплекс компоновочных решений по размещению  основного технологического оборудования с учетом его движущихся массопотоков (газовых, жидких), различных масс и габаритных размеров различных типов оборудования.

Специфика технологического оборудования (токсичность, а также  чувствительность к условиям окружающей среды), поэтому как уже указывалось выше применяем закрытый вариант установки оборудования поэтому производим:

-выбор конструктивного размера применяемых фундаментов и специальных железобетонных постаментов несущих и обслуживающих аппаратуру, проводится в соответствии с величиной нагрузки, габаритными размерами, необходимой высотой его расположения;

-тяжелое и громоздкое оборудование, а также оборудование, которое создает вибрирующие нагрузки, располагается на отметке 0,000. В данной технологической схеме главный выпарной аппарат будет размещен в межэтажном пространстве, поскольку у него большие габаритные размеры и расположить по-другому не представляется возможным.

-остальное оборудование будет размещено на других этажах обеспечивая наиболее целесообразную расстановку и обеспечения протекания процесса. Поскольку это оборудование выполнено отдельными блоками и для удобства обслуживания, монтажа и эксплуатации это будет наиболее подходящий вариант установки оборудования.

-обвязка основными и вспомогательными трубопроводами проведена с учетом необходимости обеспечения минимального гидравлического сопротивления, удобства и безопасной эксплуатации, все трубопроводы проложены параллельно строительным осям, что придает всей системе более организованный вид;

- при размещении оборудования в плане учтены регла-ментируемые значения проходов “в свету” (расстояние между наиболее выступающими частями аппаратов по фронту обслуживания не менее 1 м и не менее 0,8 м при периодическом обслуживании).

Общая последовательность проектирования и  размещения оборудования в закрытом варианте следующая:

– в начале определяют этажность здания (решающие факторы – условия застройки и технология производства);

– затем в масштабе 1:100 или другом стандартном масштабе приемлемом для данного производства изображаются планы каждого этажа, наносится сетка колонн и наружные контуры аппаратов. При этом в процессе компоновки обсуждаются различные варианты планов, и определяется оптимальный вариант размещения.

Размещение оборудования начинается с выделения групп аппаратов, объединенных определенными признаками. Установив группу, переходят к расстановке отдельных аппаратов.

Сгруппированное и размещенное оборудование вместе со строительными конструкциями образовывают производственные отделения.

В общем, случаи различают три вида производственных помещений и отделений:

– основные производственные (аппаратурное отделение, ком-прессорное и насосное отделения, теплопункт, водо- и пароколлекторные отделения);

– вспомогательные производственные отделения (вентиляциионные камеры, прицеховые электрические подстанции, распределительные пункты);

– обслуживающие отделения (прицеховые ремонтные мастерские, кладовые, бытовки, административные помещения).

При размещении оборудования в здании то следует располагать в прямоугольных зданиях из железобетона, в плане с использованием унифицированных типовых пролетов и по возможности одинаковой высоты. Размеры пролетов, расположение разбивочных осей и высоты зданий по СНиП II-М.2-72.  Размеры пролетов и шагов колонн кратным 6 м, а размеры пролетов кратным 3м. высота этажей принимается кратным 0,6 м, но не менее 3 м.

Основные правила и требования, предъявляемые к компоновке оборудования вытекающих из особенностей технологии, правил техники безопасности, обслуживания оборудования и др. Для удобства они объединены в отдельные блоки правил.

При проектировании производств одной из важнейших задач является обеспечение транспорта веществ между отдельными аппаратами технологической схемы. Выбор способа транспорта веществ и типа устройств зависит от физико-химических свойств и агрегатного состояния, от времени, за которое необходимо произвести транспортировку, от режима работы аппаратов, а также от экономической целесообразности. Большую роль при выборе способа транспортировки веществ играет обеспечение безопасности производства.

    Газообразные вещества, такие как водяной пар, воздух и т.д., подаются из компрессорных установок, теплопунктов, котельных. Транспортировка осуществляется под действием избыточного давления, создаваемого компрессором. 

Технологическое оборудование, создающее на рабочих местах вибрацию и шум, рекомендуется устанавливать на специальных фундаментах или амортизаторах;

− аппараты с высоко расположенными люками, штуцерами, перемешивающими устройствами, крышками, обслуживание которых ведется со специальных площадок, должны размещаться так, чтобы их можно было использовать в качестве опор для этих площадок. Лестницы на площадки обслуживания должны устанавливаться под углом 45°;

− в качестве основных проходов и проездов в цехе целесообразно использовать перекрытия каналов, проходящих вдоль цеха.

Основное оборудование выполнено в блочном исполнении, что в свою очередь представляет собой комплекс технологических процессов по изготовлению, заводской сборке, транспортированию оборудования в собранном виде без разборки на месте. Для монтажа блочных компонентов установки возможно применение ручных талей, а также мобильных передвижных подъемных станций, на автомобильном шасси, малой грузоподъемности.

Также правила компоновки, вытекающие из требований ремонта, чистка составляет основную часть ремонтных работ. Теплопередающие поверхности чистят от накипи, шлака, смол; реакционные котлы от остатков переработанных веществ; сборники, отстойники также подлежат периодической чистке. В процессе чистки приходится разбирать оборудование, открывать люки, извлекать трубы, что требует соответствующей производственной площади

Трассировка трубопроводов производиться по одной из следующих групп-методов.

Топографические – методы, в которых приоритет отдается метрическому аспекту задачи, предполагающему учет конструктивных размеров аппаратов, соединений и пространства трассировки.

Графотеоретические – методы трассировки, основанные на то-пологическом аспекте задач, который связан с выбором допустимого пространственного расположения отдельных технологических соединений при ограничении на число пересечений, число уровней и т.д. 

Наиболее известными алгоритмами трассировки соединений являются следующие:

    – волновой алгоритм и его модификации;

    – алгоритмы трассировки по магистралям;

    – лучевые;

    – эвристические алгоритмы.

Волновые алгоритмы позволяют получать решения оптимальные по ряду показателей, но требуют больших затрат машинного времени. Причем, для генерирования волны используется 90 % времени.

Лучевые алгоритмы очень эффективны для выполнения трассировки несложной конфигурации. Обладают высоким быстродействием, но зачастую не могут реализовать соединения.

Эвристические алгоритмы основаны на учете специфической особенности задачи и зачастую дают хорошие решения за короткое время.

Использование алгоритмов трассировки по магистралям приводит к сокращению числа рассматриваемых вариантов, в результате эти алгоритмы обладают большим быстродействием.

В структуре соединений трубопроводов можно выделить два вида соединений трубопроводов: простое – связывающее только два аппарата; и разветвленное – связывающее три и более аппаратов, один из которых, как правило, – источник, а остальные – стоки или наоборот.

В математическое обеспечение системы компоновки включены следующие алгоритмы трассировки: двухлучевой – для реализации соединений простых связей и алгоритм построения кратчайшего связывающего дерева – для разветвленного трубопровода. Оба алгоритма ориентированы на представление пространства трассировки в виде системы ортогональных каналов, внутри которых осуществляется прокладка трасс трубопроводов.

По РД 39-135-94 следует соблюдать определенные правила трассировки трубопроводов: 

-выбор направлений трассировки трубопроводов должен соот-ветствовать требованиям технологической схемы и условиям экономической целесообразности;

- трассы трубопроводов следует проектировать вдоль проездов и дорог, как правило, со стороны противоположной размещению тротуаров и пешеходных дорожек. Внутри производственных кварталов трассы трубопроводов следует проектировать параллельно линиям застройки.

- в местах прокладки трубопроводов следует предусматривать возможность беспрепятственного перемещения средств пожаротушения, а также подъемных механизмов и оборудования.

- трубопроводы следует проектировать с уклоном, обеспечивающим возможно полное опорожнение их в технологическую аппаратуру или дренажные емкости. Уклоны трубопроводов следует принимать, как правило, не менее:

-для легкоподвижных жидких веществ - 0,002

-для газообразных веществ - 0,003

-для высоковязких и застывающих веществ - 0,02.

Принятая в проекте конструкция трубопровода должна обеспечивать:

- безопасную и надежную эксплуатацию в пределах нормативного срока;

- ведение технологического процесса в соответствии с проектными параметрами;

- производство монтажных и ремонтных работ индустриальным методом с применением средств механизации;

- возможность выполнения всех видов работ по контролю и термической обработке сварных швов и испытанию;

- защиту трубопровода от коррозии, вторичных проявлений молнии и статического электричества;

- предотвращение образования ледяных, гидратных и других пробок в трубопроводе;

- возможность надзора за техническим состоянием трубопровода.

- выбор диаметра трубопроводов должен производиться на основании гидравлического расчета и с учетом его производительности, а также вязкости транспортируемого продукта.

Выпарные аппараты представляют собой стальные цилиндры с коническим или сферическим днищем и с внутренними устройствами подогревателями. Наиболее распространены выпарные аппараты с циркуляционными трубами, имеющие внутри или вынесенные отдельно от аппарата трубчатые нагреватели, а снаружи одна, две (или больше) циркуляционные трубы.

Вес таких аппаратов достигает 30-40 тонн, а  высота 12м

Широко распространены также выпарные аппараты с принудительной и естественной циркуляцией раствора.

В комплект этих аппаратов с принудительной циркуляцией раствора входит циркуляционный насос с компенсационными устройствами. Высота этих аппаратов достигает 15-20метров, а вес 60 Т. В состав аппаратов с естественной циркуляцией циркуляционные насосы и компенсационные устройства не входят.

Выпарные аппараты с циркуляционными трубами поступают на монтажную площадку, как правило, в разобранном виде. Монтаж их достаточно сложен, тем более что такой тип аппаратов подлежит сдаче инспекции ГОСГОРТЕХНАДЗОРа.

При монтаже выпарных аппаратов необходимо добиваться строгого совпадения осей штуцеров циркуляционных труб, так как большой диметр и большая жесткость труб вызовут при несовпадении осей штуцеров значительные напряжения в корпусе и в самих трубах. Допустимое несовпадение осей штуцеров 1 мм на 1 м расстояния между штуцерами, но не более 5 мм. Расстояние между штуцерами переливных труб не должно превышать 2 мм.

Сварка аппарата должна производиться сварщиком, имеющим право сварки сосудов, работающих под давлением, с соблюдением всех требований технических условий. Для уплотнения фланцевых соединений аппарата применяется промасленный и прографиченный пеньковый, асбестовый или хлопчатобумажный шнур, но лучшим уплотнением является пеньковый шнур, уложенный на слой мастики из свинцового сурика толщиной 8—10 мм. Если аппарат устанавливается на опорную раму, она должна быть подготовлена заранее. Для удобства монтажа аппарата раму лучше делать разъемной. Половинки рамы раздвигают так, чтобы ее можно было быстро и безопасно сдвинуть после выхода опорных лап аппарата выше опорной поверхности рамы. Сдвинутые половинки рамы соединяют на болтах или сваривают после установки и закрепления на ней аппарата. Установка аппарата по вертикали выверяется отвесом или рамным уровнем. При пользовании рамным уровнем за базу принимаются механически обработанные поверхности фланцев люков, бобышек. Отклонение оси аппарата от вертикали не должно превышать 2 мм на 1 м его высоты. Если аппарат подсоединяется с другими аппаратами, то выверяется также его положение относительно этих аппаратов. Выверка производится по штуцерам, предназначенным для подсоединения трубопроводов связывающих аппараты между собой.

Гидравлическое испытание аппарата проводится после установки на аппарат арматуры, предохранительных клапанов и контрольно-измерительных приборов. Сначала производятся испытание межтрубного пространства подогревателя, затем испытание корпуса аппарата. После испытания аппарат сдается инспекции Госгортехнадзора

При монтаже выпарных аппаратов с естественной циркуляцией и принудительной возникает ряд одинаковых технологических вопросов. Рассмотрим порядок монтажа на примере аппарата с принудительной циркуляцией, поскольку данный аппарат затрагивает большее количество технологических вопросов и дает на них наиболее полные ответы. Аппараты с принудительной циркуляцией используются для упаривания  вязких растворов, а аппараты с естественной для более жидких и не таких вязких. Отличительная особенность данных аппаратов та, что они имеют большие габариты и вес, поэтому поставляются на монтажную площадку отдель-ными собранными узлами или блоками, например:

- корпус парового пространства;

- паровая камера;

- сепаратор;

- циркуляционные трубы;

- обвязочные трубы и др.

Вес отдельных сборочных узлов иногда достигает 15-20 т.

Опорные лапы у данных аппаратов обычно расположены в верхней части. При таком расположении опор аппарат получается, как бы в подвешен, и поэтому его монтаж целесообразнее осуществлять методом подращивания. Монтаж аппарата начинают с установки на место и выверки по осям и отметкам корпуса парового пространства. Особенно важно выдержать вертикальное положение аппарата, так как даже незначительный наклон аппарата приводит к перекосам и нарушению уплотнений в сальниковых компенсаторах. Отклонение от вертикали оси аппарата не должно превышать 1 мм на 1 м высоты аппарата далее монтаж производятся в следующем порядке:

1) производятся подгонка и присоединение паровой камеры к установленному корпусу паровой камеры:

2) устанавливаются циркуляционные трубы;

3) устанавливаются и закрепляются временно в верхнем положении сальниковые компрессоры;

4) устанавливается циркуляционный насос

5) устанавливаются задвижки на всасывающий и напорный парубки насоса к компенсатору;

6) устанавливается сепаратор;

7) монтируются обвязочные трубопроводы;

8) устанавливаются предохранительные клапаны и контрольно измерительные приборы.

При монтаже выпарного аппарата с естественной циркуляцией, в перечисленных 8-ми пунктах монтажа, отпадает необходимость только в 3 и 4 пунктах, поскольку данного оборудования в аппарате с естественной циркуляцией не предусмотрено.

Основным требованием при монтаже конденсатора любого типа

является обеспечение герметичности всех сварных швов, фланцевых соединений и сальниковых уплотнений. Даже небольшие не плотности  в швах и фланцевых соединениях и сальниках значительно ухудшают работу конденсатора. Вес и габариты конденсаторов обычно небольшие, и они поставляются на монтажную площадку в полностью собранном виде. Подача к месту установки и установка корпуса барометрического конденсатора изображена на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 -  Подача к месту установки и установка корпуса барометрического конденсатора при различном расположении монтажного проема:
а - краном через проем в кровле; б — тельфером в стене; в – лебедкой через проемы в перекрытиях

4.2 Описание проведения ремонтных работ  на примере

запроектированного оборудования

Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией состоит из двух основных частей, это греющая камера представляющая собой кожухотрубчатый теплообменник, и сепаратор представляющий собой корпус-емкость. Поэтому необходимо рассматривать ремонт аппарата как отдельные два аппарата, и применить эти два вида ремонтных работ к одному аппарату.

Теплообменные аппараты являются очень распространенным типом химического оборудования. В процессе использования теплообменные аппараты, покрываются накипью, подвергаются износу и загрязнению, отложения солей и покрытием трубного пучка и стенок аппарата маслом и прочими материалами, которые приводят к уменьшению коэффициента теплопроводности.

Износ заключается в следующем:

- уменьшение толщины стенки корпуса, днища, трубных решеток;

- выпучины и вмятины на корпусе и днища;

- свищи, трещины прогары на корпусе, трубках и фланцах;

- увеличение диаметра отверстий в трубной решетке;

- прогиб трубных решеток и деформация трубок.

Подготовка к ремонту заключается в следующих мероприятиях:

- снижение избыточного давления до атмосферного и аппарат освобождается от продукта;

- отключается арматура и ставятся заглушки на всех подводящих и отводящих трубопроводах;

- проводится продувка азотом или водяным паром с последующей промывкой водой и продувкой воздухом;

- выполняется анализ на наличие ядовитых и взрывоопасных продуктов; 

- составляется план и получается разрешение на огневые работы, если они необходимы в процессе ремонта;

- составляется акт сдачи в ремонт.

Далее выполняют следующие работы:

- снятие крышек аппарата, люков, демонтаж обвязки и арматуры;

- выявление дефектов вальцовки и сварки, а также целостности трубок гидравлическим и пневматическим испытаниями на рабочее давление;

- частичная смена или отключение дефектных трубок, крепление трубок вальцовкой или сваркой и др.;

- монтаж резьбовых соединений;

- гидравлическое испытание межтрубного и трубного частей аппарата пробным давлением;

- пневматическое испытание аппарата.

Основными конструктивными недостатками теплообменных аппаратов являются следующие:

- большая трудоемкость разборки-сборки аппарата при чистке и замене трубного пучка;

- малая надежность вальцовочных соединений трубок с трубной решеткой;

- сложность уплотнения крышки и трубной решетки.

Отказы теплообменников происходят в основном из-за пропуска продукта через вальцовочные соединения и через уплотнения крышки плавающей головки и из-за коррозии труб трубного пучка.

Наиболее трудоемкими операциями при монтаже теплообменной аппаратуры являются:

- монтаж и демонтаж резьбовых соединений, очистка теплообменной аппаратуры;

- извлечение трубных пучков, ремонт и изготовление трубных пучков, и их установка.

 Наиболее частые ремонтные работы производятся по очистке труб, замене труб в трубном пучке и частичной замене корпуса.

Существуют различные способы по очистке трубок трубного пучка, и включает в себя следующие методы очистки:

- химический;

- абразивный (для нерастворимых отложений)

- специальный.

Химическая очистка осуществляется без вскрытия и разборки теплообменника. Для очистки от накипи применяют 5-15% раствор соляной кислоты и добавками ингибиторов. Для очистки от органических отложений используются углеводородные растворители. Очистка от твердых отложений оказывается эффективным при заполнения теплообменника на сутки 5% раствором соляной кислоты с добавкой жидкого стекла. Твердый осадок  разрыхляется в этом растворе и затем легко смывается водой.

Абразивные методы очистки подразделяются на механический, гидропневматический, гидромеханический (струей воды высокого давления) и пескоструйный.

Механическая очистка проводится при помощи шомполов, сверл, щеток, шарошек, резцов, буров с подачей воды или воздуха для удаления продуктов очистки. Простейшим приспособлением является стальной пруток  с ершом из стальной проволоки, приваренным к прутку. Также в ремонте теплообменной аппаратуры существует много других различных ремонтных операций и методов, которые здесь не приведены.

Ремонт корпуса сепаратора. Большинство выпарных аппаратов работает при высокой температуре под давлением или в вакууме и содержит огне- и взрывоопасные среды. Корпуса таких аппаратов и их внутренние устройства могут изнашиваться в результате коррозионного, эрозионного и термического воздействия среды. Скорость износа зависит от многих факторов, и в первую очередь — от физико-химических свойств среды, условий ведения процесса, конструктивного исполнения и качества металла корпуса, соответствующих ингибиторов коррозии.

Стоимость выпарных аппаратов обычно очень высока, демонтаж и монтаж - кропотливый, трудоемкий и продолжительный процесс. Смена выпарных аппаратов производится в подавляющем большинстве. Случаев вследствие износа корпусов. Поэтому при эксплуатации необходимо принять надежные меры для предохранения корпусов от преждевременного износа. Коррозионная стойкость корпусов должна быть не выше семи баллов при оценке по десяти балльной шкале, а в случае корпусов больших диаметра и высоты - выше пяти баллов, т. е. скорость коррозии не должна превышать 0,1 мм/год.

Эрозионный износ корпусов  является следствием воздействия сильных струй жидкости и паровых потоков, содержащих абразивные включения. Участки корпусов, подверженные эрозии, защищают протекторами и специальными устройствами, уменьшающими кинетическую энергию струй жидкости и пара (улиты, маточники и т. д.). Износ корпусов опасен не только из-за нарушения их прочности; образовавшиеся продукты коррозии могут закупорить или загрязнить трубопроводы небольшого сечения, теплообменники и конденсаторы. Подготовка корпусов к ремонту. Корпуса ремонтируют при планово-предупредительных ремонтах технологической установки. Порядок подготовки аппарата к ремонту и проведения ремонтных работ зависит от особенностей установки.

В большинстве случаев корпуса готовят к ремонту следующим образом. Доводят давление до атмосферного, из аппарата удаляют рабочую среду, после чего его проваривают водяным паром, который вытесняет оставшиеся в корпусе пары и газы. После пропарки промывают водой. В некоторых случаях проварку и промывку чередуют несколько раз. Время операций оговаривается в производственной инструкции (технологическом регламенте) каждой технологической установки или технологического блока.

Промывка корпуса водой способствует также более быстрому их остыванию. Нельзя приступать к ремонтным работам, если температура промывочной воды превышает 50°С.

Технология ремонта. Ремонт аппарата начинают с его вскрытия, которое необходимо производить, строго соблюдая следующие правила, Вначале открывают верхний люк, причем перед этим в аппарат в течение некоторого времени подают водяной пар, чтобы избежать возможного подсоса воздуха, в результате которого может образоваться взрывоопасная смесь. Далее последовательно (сверху вниз) открывают остальные люки, если таковые имеются. Категорически запрещается одновременно открывать верхний и нижний люки.

После открывания люков корпус некоторое время проветривается в результате естественной конвекции воздуха. Возможность ремонтных работ устанавливают исходя из результатов лабораторного анализа пробы воздуха, взятого из корпуса. Доступ людей во внутрь корпуса возможен, если концентрация углеводородов в пробе не превышает 300 мг/м3, а содержание сероводорода—10 мг/м3. Предельно допустимые концентрации других веществ указываются в технологической карте (технологическом регламенте) каждой установки, блока или отделения.

При работе внутри корпуса необходимо тщательно соблюдать правила техники безопасности. Рабочий должен надевать предохранительный пояс с веревкой, конец которой выводится наружу и надежно закрепляется; за работой находящегося внутри колонны рабочего постоянно наблюдает специально выделенный для этой цели рабочий. Продолжительность непрерывной работы внутри корпуса должна быть не более 15 мин. После этого необходим такой же по продолжительности отдых вне его (обычно рабочий и наблюдатель меняются местами).

При первых же признаках появления внутри ремонтируемого аппарата взрывоопасных, горючих или токсичных жидкостей, паров и газов всякую работу следует немедленно прекратить.

К подготовке корпуса предъявляют особенно высокие требования в том случае, если в ней должны производиться огневые (сварочные) работы. Участок на котором производится сварка, отделяется металлическими или пропитанными водой деревянными настилами, накрытыми кошмой.
        Для освещения внутри аппарата применяют лампы напряжением не более 12 В. Переносное освещение должно быть взрывобезопасным. Корпус аппарата, а также все внутренние устройства подвергают тщательному осмотру. При необходимости осмотра всей поверхности корпуса разбирают внутренние устройства или их часть.

Выявление дефектов корпуса, требующее высокой квалификации, включает визуальный осмотр для определения общего состояния корпуса и участков, подверженных наибольшему износу; измерение остаточной толщины корпуса с помощью ультразвуковых дефектоскопов, путем микрометрирования и контрольного просверливании отверстий; проверку на плотность сварных швов и разъемных соединений и т. д.

По характеру обнаруженного дефекта устанавливают содержание и способ ремонта корпуса. Неплотные сварные швы вырубают, зачищают и заваривают соответствующим электродом. Весьма важно правильное перекрывание нового и старого швов.

Изношенные штуцера и люки вырезают и заменяют Новыми с обязательной установкой укрепляющих колец. Желательно, чтобы укрепляющие кольца новых штуцеров имели несколько больший диаметр, чем старые: это позволяет приваривать их в новом месте. Ремонту подвергают все штуцера, сигнальные отверстия, на укрепляющих кольцах которых во время эксплуатации были заглушены пробками.

При каждом ремонте измеряют фактическую толщину стенки корпуса эксплуатируемого аппарата. Наиболее изношенные участки корпуса вырезают, а на их место ставят новый участок, заранее свальцованный по радиусу аппарата. Сварку производят встык. Вырезание больших участков Корпуса может привести к ослаблению сечения и нарушению устойчивости. Поэтому до вырезания дефектного участка его укрепляют стойками, проставляемыми внутри или снаружи. Число и сечение стоек, и размеры опорных лап рассчитывают исходя из условия равенства их сопротивлений сопротивлению вырезанного сечения.

5 Автоматика и автоматизация технологического процесса

5.1 Описание контролируемых параметров во время проведения технологического процесса

Задача управления процессом выпаривания состоит в получении целевого продукта заданного состава при установленной про-изводительности установки и минимальных затратах теплоагентов.

Рассмотрим примеры автоматизации технологического процесса выпарки рекомендуемые  литературой, [11]:

Основные схемы автоматизации рассмотрим па примере четырехкорпусной выпарной установки. Цель управления выпарной установки состоят в получении раствора заданной концентрации, а также в поддержании материального в теплового балансов. Концентрация упаренного раствора зависят от расхода, концентрации в температуры исходного раствора, расхода в давления греющего пара, давления в выпарных аппаратах. В соответствии с целью управления схемой автоматизации предусматривают регулированные концентрации упаренного раствора (рис.5.1). Концентрацию можно измерить кондуктометрическим методом, по плотности раствора, по показателю преломления света или по величине температурной депрессии раствора, т. е. по разности температур кипения раствора и растворителя. Последний метод вследствие простоты и наличия однозначной зависимости между величинами и  при постоянном давлении применяют довольно часто. При этом первичный измерительный преобразователь температуры кипения раствора устанавливают на трубопроводе кипящего раствора после кипятильника, в измерительный преобразователь температуры кипения растворителя — на трубопроводе отвода паров растворителя. Эти приборы комплектуют передающим преобразователем, сигнал на выходе которого пропорционален разности температур. Регулятор концентрация воздействует на клапан, установленный на линии отвода упаренного раствора из последнего выпарного аппарата. При возрастании, например, текущей концентрации относительно заданного значения регулятор увеличивает расход упаренного раствора, что уменьшает время пребывания его в аппарате и вызывает понижение концентрации растворадозаданногозначения.

          При отводе упаренного раствора из последнего аппарата по  его концентрации материальный баланс установки поддерживают, сохраняя равенство между количеством растворенного вещества, уходящим из установки, и количеством вещества, поступающего с исходным раствором.  

    Это обеспечивается поддержанием постоянства уровня раствора в выпарных аппаратах путем воздействия на клапаны, установленные на трубопроводах подачи раствора в соответствующий аппарат. При возрастании расхода упаренного раствора уровень в аппарате понижается, что вызывает увеличение подачи раствора в аппарат. В качестве измерительных преобразователей АСР уровня раствора в выпарных аппаратах  обычно используют гидростатические уровнемеры.
       Тепловой баланс процесса выпаривания при небольших колебаниях расхода исходного раствора обеспечивают регулятором расхода на трубопроводе подачи греющего пара в кипятильник первого корпуса установки. Нормальный тепловой режим работы выпарной установки возможен только при подаче исходного раствора с постоянной температурой
, близкой к температуре кипения раствора. Для достижения этого устанавливают регулятор температуры исходного раствора, выходной сигнал которого воздействует на клапан, изменяющий подачу греющего пара в теплообменник — подогреватель исходного раствора.
       Если весь вторичный пар из предыдущего корпуса направляют в кипятильник  последующего, то давление (разрежение) стабилизируют только в последнем корпусе, изменяя с помощью регулятора количество отводимых и него паров растворителя. Последнее обычно достигают путем изменения подачи охлаждающей воды в барометрический конденсатор.    При такой схеме регулирования в корпусах устанавливаются все меньшие давления по ходу раствора и обеспечивается разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором, кипящим в последующем корпусе, т. е. обеспечивается движущая сила процесса выпаривания.

Концентрацию упаренного раствора можно также регулировать изменением расхода раствора, подаваемого па последний корпус из предыдущего. Упаренный раствор из последнего корпуса в этом случае отводят по команде регулятора по уровню. При таких схемах регулирования материального баланса выпарной установки количество поступающего на нее исходного раствора определяется условиями ее работы. Это требует установки дополнительной технологической емкости исходного раствора.
      Не рекомендуется стабилизировать концентрацию упаренного раствора в последнем корпусе воздействием на подачу свежего раствора на установку.

Рисунок 5.1 - Схема стабилизации технологических величин выпарной установки: 1-выпарной аппарат; 2- кипятильник; 3— теплообменник; 4-барометрический конденсатор.

Если расход исходного раствора зависит от работы предшествующих технологических установок, но колебания его незначительны, то концентрацию упаренного раствора можно регулировать изменением подачи греющего пара на установку. При этом с помощью регуляторов уровня в выпарных аппаратах изменяют количество отводимого из них раствора.

При больших колебаниях расхода исходного раствора, а также при изменении концентрации в нем растворенного вещества, качественное регулирование процесса обеспечивается применением более сложных схем, например схемы многоконтурного регулирования (рис. 5.2).
        В этом случае греющий пар подают на установку в определенном соотношении с расходом исходного раствора, применяя регулятор соотношения, Воздействующий на подачу пара. Это соотношение корректируют регулятором концентрации растворенного вещества в исходном растворе. Для стабилизации работы второго выпарного аппарата частично упаренный раствор, направляемый в него, регулируется по каскадной схеме регулирования расхода с корректировкой по уровню раствора в первом выпарном аппарате. Упаренный раствор отводят с установки до уровню в последнем аппарате, регулятором, задание которому изменяет регулятор концентрации растворенного вещества в упаренном растворе.            Показанные на этом рисунке схемы многоконтурного регу-лирования отдельных технологических величин могут быть использованы в различных сочетаниях с простейшими одноконтурными схемами стабилизации, которые приведены на рис. 5.2

Рис. 5.2. Схема многоконтурного регулирования выпарной установки:
1
 — выпарной аппарат; 2кипятильник; 3 — теплообменник; 4 — барометрический конденсатор.

5.2 Разработка системы автоматизированного управления работой оборудования

Параметры обосновываются на основе анализа технологических и физико-химических основ технологического процесса.

        При выборе величин, которые контролируются, необходимо руководствоваться принципом: минимальное количество параметров должна предоставлять максимальную информацию о процессе.

        Контролю подчиняются в первую очередь те параметры, фиксация текущих значений которых облегчает пуск правильное ведение процесса.

         Для создания оперативного управления необходимо контролировать

наиболее важные входящие и выходящие параметры процесса.

         С целью получения данных, необходимо для госпрозрасчётных операций и расчётов технико-экономических показателей, контролируют параметры, которые характеризуют потери на проведение процесса. К ним относятся: потери теплоносителя, хладоносителя, количество используемой электроэнергии и т.д.

         Основным параметром, определяющими процесс выпарки, является конечная влажность продукта.

Чтобы получить необходимую производительность установки, качество и выход получаемого продукта устанавливают технологический режим работы установки.

Проанализировав вышеуказанные аргументы, приходим к выводу, что в первую очередь необходимо контролировать и регулировать расход электролитических щелоков на входе в выпарную установку и при перетекании из корпуса в корпус, поддерживая их на постоянном уровне 41,67 кг/с, 34,43 кг/с и 26,47 кг/с соответственно, в связи с этим на входе установлен вентиль регулируемый.

Требуемая температура электролитических щелоков при пред-варительном подогреве их в теплообменниках осуществляется за счет регулируемых вентилей, устанавливаемых на входе горячего теплоагента в теплообменники. Снижение или возростание температур  может привести к нарушению технологического процесса. Требуемая температура в греющей камере выпарного аппарата 166,8 оС регулируется вентилем подачи острого пара. 

Давление в выпарном аппарате АВ2 0,52 МПа регулируется, изменением расхода отводимого вторичного пара, для этого на выходе из сушилки установлен вентиль регулируемый. 

Уровни конденсата в конденсатоотводчиках регулируются на постоянном уровне вентилями регулируемыми.

Выбранные параметры контроля представлены в таблице А.1.

Применение пневматических приборов обосновано пожароопасностью и взрывоопасностью данного производства.

При выборе приборов мы используем принцип унификации, то есть используем однотипные технические способы автоматизации. Это обеспечивает взаимозаменяемость, удобство  эксплуатации, настройку и комплектацию приборов. Все важные параметры технологического процесса должны контролироваться самопишушими приборами, которые одновременно являются и показывающими.

Выбор комплекса технических средств, осуществлен исходя из особенностей объекта контроля и управления, количества кон-тролируемых параметров, необходимость осуществления функций управления и регулирования.

        Таким образом проанализировав условия работы установки, ее технико-экономические показатели принимаются следующие группы приборов, [18]:

– для измерения расхода электролитических щелоков  применяется следующий комплект средств: Расходомер с электромагнитным первичным преобразователем расхода ИР-61; прибор вторичный пневматический самопишущий  РПВ 4.2 П.

 - для измерения и регистрации температуры используются: термопреобразователь сопротивления ТСП-0879; преобразователь электропневматический ЭПП-1 и прибор вторичный пневматический самопишущий РПВ 4.2 П.

для измерения, регистрации и регулирования давления в выпарном аппарате используют: преобразователь давления с пневматическим выходным сигналом 13ДИВ30 и прибор вторичный пневматический самопишущий ПВ 10.1 П; устройство регулирующее пневматическое пропорционально-интегральное          ПР 3.31-М1.

- для измерения, регистрации и регулирования уровня элек-тролитических щелоков  применяется следующий комплект средств: уровнемер буйковый пневматический УБ-ПВ; прибор вторичный пневматический самопишущий ПВ 10.1 П; устройство регулирующее пневматическое пропорционально-интегральное   ПР 3.31-М1.

Выбор приборов и средств автоматизации предоставлены в спецификации оборудования на приборы и средства автоматизации, таблица А.2.

6 Охрана труда

6.1 Анализ потенциально опасных и вредных факторов, возникающих во время эксплуатации запроектированного оборудования

Вопросы повышения производительности труда и увеличения экономического эффекта предприятия во многом зависит от безопасных и вредных условий труда. Широкое внедрение автоматизации, механизации и современной высокопроизводительной техники с осуществлением специальных мероприятий по технике безопасности и оздоровления условий труда являются основными направлениями дальнейшего снижения травматизма и заболеваний на предприятиях химической промышленности. Весьма важным представляется использование автоматизированных устройств с дистанционным управлением, обеспечение цехов, в помещении которых возможно появление токсичных и вредных веществ эффективной системой вентиляции, максимальная герметизация оборудования, проведение санитарно-оздоровительных мероприятий и профилактика поражений электрическими токами.

Характеристика гидроокиси натрия, т.е. электролитического щелока (едкий натр, сода каустическая) NaOH.

Применяется в производстве искусственных волокон; в бумажной и текстильной промышленности; в мыловарении; для очистки от котлов продуктов и фракций каменноугольного дегтя.

Получается электролизом водного раствора NaCl.

Физические и химические свойства. Белое очень гигроскопическое вещество. Температура плавления 320 0С; температура кипения 1378 0С; плотность 2130 кг/м3; растворимость в воде 1072/100 г при 20 0С. Сильное основание. На воздухе постепенно переходит в Na2CO2.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) и класс опасности NaOH приведены в таблице 6.1. 

Таблица 6.1 - Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе

Вещество

ПДК, мг/м3

Класс опасности

NaOH

0,5

2

Даны в соответствии с ГОСТ 12 1 005—76 «ССБТ Воздух рабочей зоны. Общие санитарно гигиенические требования»

Требования безопасности на предприятиях, связанных с произ-водством вредных веществ.

При проектировании и эксплуатации производств необходимо руководствоваться ГОСТ 12.3.002-75 ССБТ. Процессы производственные “Общие требования безопасности.”

Основные положения ГОСТа сводятся к следующему:

При проектировании и реконструкции производств, технологический процесс, который связан с вредными веществами, надо стремиться к замене веществ на менее вредные и безвредные, сухих  способов переработки пылящих материалов мокрыми, и к выпуску конечных продуктов в не кипящих формах. Технология производств должна базироваться на замкнутых циклах автоматизации, комплексной механизации, дистанционном управлении, исключающем контакт человека с вредными веществами. Производственное оборудование и коммуникации не должны допускать выделения вредных веществ в воздух рабочей зоны. Технологические выбросы должны проходить очистку с целью улавливания, рекуперации и

нейтрализации вредных веществ, содержащихся в отходящих газах, промывочных сточных водах. Производство должно быть оснащено аварийной вентиляцией, средствами взрывоподавления, активными и пассивными взрывозащиты. На каждом производстве должны иметься специфические нормативно-технические документы по безопасности труда, применению и хранению вредных веществ, включающие данные о токсилогических характеристиках вредных веществ и указанию о средствах защиты (коллективной и индивидуальной), отвечающих требованиям ГОСТ12.4001-75 ССБТ «Средства защиты работающих. Классификация». На производствах, где работают с вредными веществами 1-го класса опасности, должен осуществляться непрерывный контроль их содержания в воздухе рабочей среды. Содержание веществ 2, 3 и 4-го классов контролируется периодически. Непрерывный контроль содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны должен предусматривать применение самопишущих автоматических приборов, выдающих сигнала превышении уровня ПДК. Чувствительность методов контроля не должна быть ниже 0,5 уровня ПДК, а их погрешность не должна превышать 25 % от определяемой величины.

Все лица занятые на производстве и имеющие контакт с вредными веществами должны в обязательном порядке проходить предварительный и периодический медицинский осмотр и знать методы оказания доврачебной неотложной помощи пострадавшим при аварии.

Требования к оборудованию при производстве электролитических щелоков.

  1.   Герметичность аппаратуры. Технологическая аппаратура и коммуникации, предназначенные для работ со взрывоопасными и вредными продуктами должны быть герметичными. Герметизирующие устройства всех агрегатов необходимо систематически осматривать и в местах нарушения герметичности их следует немедленно исправить.
  2.   Установка огнепреградителей и других средств преграждения пламени. На воздушках технологических аппаратов, в которых находятся взрывоопасные вещества, должны устанавливаться огнепреградители или другие средства преграждения пламени. Установка огнепреградителей на аппаратах с азотным дыханием или другой инертной средой не требуется; после предохранительных клапанов огнепреградители не устанавливаются. Наружные концы стояков воздушек в зимнее время должны осматриваться и очищаться от снега и от льда. При этом должна быть обеспечена безопасность этих работ.
  3.   Расположение оборудования. Расположение оборудования должно обеспечить безопасность и удобство обслуживания его и ремонта. Технологические аппараты со сжиженными горючими газами, ЛВЖ, ГЖ, вынесенные из цеха, но технологически связанные с ним, должны быть расположены на расстоянии не менее 10 м от оконных и дверных проемов помещений производств категорий В, Г и Д. В случае, когда этот разрыв менее 10 м, необходимо оконные проемы помещений производств категорий В, Г и Д заполнять стеклоблоками.

При установке оборудования следует предусматривать:

а) основные проходы в местах постоянного пребывания работающих, а также по фронту обслуживания щитов управления (при наличии постоянных рабочих мест) шириной не менее 2 м;

б) основные проходы по фронту обслуживания аппаратов, имеющие «гребенки» управления, местные контрольно-измерительные приборы при наличии постоянных рабочих мест, шириной он не менее 1,5 м;

в) проходы между аппаратами, а также между аппаратами и стенами помещений, при необходимости кругового обслуживания шириной не менее 1 м;

г) проходы для осмотра и периодической проверке и регулировки аппаратов и приборов шириной не менее 1 м;

е) ремонтные площадки, достаточные для разборки и чистки аппаратов и их частей без загромождения рабочих проходов, основных и запасных выходов и площадок лестниц.

  1.   Наличие аварийных емкостей. Емкостная технологическая аппаратура с ЛВЖ, горючими газами должна иметь устройство для освобождения ее перед ремонтом и в случае аварии и пожара. После использования аварийной емкости последняя должна быть освобождена от продукта и в зависимости от характера этого продукта емкость должна быть продута инертным газом или водяным паром и, если требуется, промыта водой.

При возникновении пожара необходимо, руководствуясь аварийной инструкцией, перекрыть поступление на установку горючих продуктов. Расстояние от производственных зданий до аварийных или дренажных емкостей принимается как для технологического оборудования,

расположенного вне здания. Расстояние от аппаратуры наружных установок до аварийных или дренажных емкостей не нормируется, но последние должны размещаться вне этажерки.

  1.   Промывка и продувка технологических аппаратов. Для промывки и продувки технологических аппаратов с взрывоопасными и токсичными веществами перед ремонтом, внутренним осмотром или испытанием должны быть предусмотрены штуцера для присоединения линий воды, пара или инертного газа.
  2.   Установка сигнализаторов предельного верхнего уровня на емкостной аппаратуре. Емкостная аппаратура (сепараторы, сборники) должны снабжаться сигнализаторами предельного верхнего уровня независимо от регулятора уровня, установленного на аппарате.
  3.   Наличие ограждающих устройств при расположении обслуживаемого оборудование (технологических аппаратов, приборов, арматуры и др.) на высоте более 1,8 м для доступа к нему должны быть устроены стационарные лестницы с пирилами и площадки с ограждением. Ширина лестницы должны быть не менее 0,7 м, а шаг ступеней – не более 0,25 м, а ширина ступени – не менее 0,12 м. Уклон лестниц должен быть не более 45. Для доступа к редко обслуживаемому оборудованию (приборам, арматуре), находящемуся на высоте не более 3 м, допускается устройство лестниц с уклоном 60, а в отдельных случаях – пользование стремянками.

Все движущиеся и вращающиеся части машин и технологических аппаратов (маховики, валы, муфты, передачи и др.), расположенные на высоте не менее 2 м над уровнем пола или площадки обслуживания, должны иметь сетчатое или сплошное заграждение. Снимать ограждение для ремонтов технологических аппаратов разрешается только после полной остановки механизмов.

  1.   Механизация трудоемких, тяжелых и опасных работ. Для монтажа, демонтажа и ремонта технологической аппаратуры, оборудования и арматуры должны применяться подъемно-транспортные средства и механизмы. При использовании подъемно-транспортных средств и механизмов должны предусматриваться меры, обеспечивающие их безопасную эксплуатацию во взрывоопасных и взрыво-пожароопасных помещениях.
  2.   Защита от коррозии. Аппараты, установленные в приемках с засыпкой или в земле при бесканальной прокладке должны быть защищены от коррозии. Защитная окраска и изоляция должны производиться только после его технического освидетельствования и испытания.

10) Нанесение условных обозначений. На каждый технологический аппарат должен быть нанесен номер, соответствующий его номеру на технологической схеме.

Порядок подготовки оборудования к осмотру и их проведение. Работа производственного оборудования, нормы его нагрузки и основные процесса параметры должны соответствовать требованиям установленного технологического режима и паспортным данным. Прием и сдача сметы должна сопровождаться  осмотром всего оборудования с отметкой результатов осмотра в журнале. Все обнаруженные неисправности должны быть устранены.

Отсоединение технологических аппаратов, не используемых при проведении процессов.

Меры во взрыво- и взрывопожароопасных цехах по предупреждению образования искр при ударах и перегревов трудящихся частей. Необходимо систематически следить за температурой нагрева и регулярной смазкой трущихся частей оборудования.

Контроль за динамическими нагрузками и температурными воздействиями на технологическое оборудование не разрешается резко изменять давление и температуру при остановке, пуске и работе аппарата; допускать вибрацию машин, трубопроводов и соружений; оставлять незащищенными от атмосферных воздействий сильно нагретые части аппарата и трубопроводов.

Проведение испытаний на герметичность (на стендах). Техно-логические аппараты и коммуникации проверяют на герметичность на месте при полной сборке схемы. На проведение испытаний должна быть составлена инструкция по безопасному ведению работ, утвержденная главным инженером предприятия.

Опасности и требования предъявляемые к выпарному аппарату при производстве электролитических щелоков

В следствие работы выпарного аппарата могут возникать следующие опасности:

  1.  разгерметизация разъемных соединений;

  1.  появление трещин и свищей в сварных соединениях;
  2.  коррозия стенок аппарата, т.е. уменьшения толщины стенки аппарата (действительная толщина стенки аппарата меньше допускаемой);
  3.  отложение солей на внутренних частях аппарата и вследствие этого нарушение технологического процесса.

Чтобы предотвратить возникновение данных опасностей, необходимо проводить периодический осмотр аппарата в рабочем и нерабочем состоянии, периодически проводить очистку внутренних частей аппарата, а также его ремонт. Перед пуском аппарата в эксплуатацию необходимо проводить внутренний осмотр, гидро- и пневмоиспытания аппарата. Ремонт аппарата и его элементов во время работы не допускается. Обслуживающий персонал обязан строго выполнять инструкции по режиму работы аппарата и безопасного его обслуживания и своевременно проверять неисправность действия арматуры, контрольно-измерительных приборов и предохрани-тельных устройств.

Работа аппарата должна быть остановлена в случаях рассмотренных выше, а также предусмотренных инструкцией, в частности:

а) при повышении давления в аппарате выше разрешенного, несмотря на соблюдение всех требований, указанных в инструкции;

б) при неисправности предохранительных клапанов;

в) при обнаружении в основных элементах аппарата трещин, выпучин, значительного утончения стенок, пропусков или потения в сварных швах, течи в болтовых соединениях, разрыва прокладок;

г) при возникновении пожара непосредственно угрожающего аппарату под давлением;

д) при неисправности манометра и невозможности определить давление по другим приборам;

е) при неисправности или неполном количестве крепежных деталей крышек и люков;

ж) при неисправности блокирующих предохранительных устройств;

и) при неисправности (отсутствии) предусмотренным проектом контрольно-измерительных приборов и средств (автоматизации)  автоматики.

В проектируемом производстве имеются следующие опасности:

а) опасность получения травматизма, а также падения уровня производительности труда вследствие неправильного выбора и освещения рабочего места.

Наименьшая освещенность рабочих поверхностей в производственных помещениях устанавливается в зависимости от зрительной работы и регламентируется санитарными нормами и правилами СНиП 11-4-79 «Естественное и искусственное освещение». Эти нормы исходят из того, что основным источником света являются газоразрядные лампы, однако в специальных случаях допускается использование ламп накаливания.

б) опасность поражения электрическим током. Источником воздействия могут быть все токоведущие части оборудования. Опасное и вредное воздействие на людей электрического тока, электрической дуги и электромагнитных полей проявляются в виде профессиональных заболеваний. Проходя через организм человека электрический ток вызывает ожоги, нагрев кровеносных сосудов, нервов, разложения крови, раздражение и возбуждение живых тканей организма, а также полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения.

Педъявляются следующие требования:

  1.  защитному заземлению или запулению подлежат металические части электроустановок, доступных для прикосновения человека;
  2.  материал, конструкция и размеры заземляющих и нулевых защитных проводников должны обеспечить устойчивость к механическим и термическим воздействиям на весь период эксплуатации.

в) опасность контакта с подвижными частями производственного оборудования.

На участке выпарного отделения электрического щелока находится насосный агрегат, который приводится в действие электродвигателем. Контакт со вращающимися частями данного оборудования может привести к получению травмы работающими людьми.

Согласно (29 стр.7)предъявляются следующие требования:

  1.  движущиеся части производственного оборудования должны быть ограждены или расположены так, чтобы исключить возможность прикасания к ним рабочего;
  2.  в непосредственной близости от двигающихся частей, находящихся вне поля видимости оператора должны быть установлены органы управления аварийной установкой (торможением) им в опасной зоне, создаваемом движущимися частями, могут находиться работающие;
  3.  конструкция производственного оборудования должна предусматривать сигнализацию, предупреждающую о пуске оборудования, а также использование сигнальных цветов и знаков.
  4.  Опасность получения термических ожогов.

Эта опасность относится к физической группе. Процесс упаривания раствора электролетического щелока происходит при температуре 153 0С. При прикосновении к наружной поверхности аппарата человек может получать ожоги термические.

Согласно (29 стр.15) предъявляют следующие требования:

  1.  температура поверхности доступной к прикосновению не должна превышать 450С.

д) воздействие повышенной запыленности воздуха в рабочей зоне.

Согласно (27 стр.12)предъявляются следующие требования:

  1.  содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать ПДК, используемых при проектировании производственного здания, технологического процесса, оборудования, вентиляции.

е) отравление вредными газами.

В атмосферу производственных помещений могут выделяться различные ядовитые газы. В случае возникновения на рабочем месте концентраций ядовитых газов у работающих появляются различные признаки отравления – кашель, удушья, головокружение, потеря сознания, прекращение дыхания и сердечной деятельности.

Согласно (27 стр.13)предъявляются следующие требования:

  1.  содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать ПДК, используемых при проектировании производственного здания, технологического процесса, оборудования, вентиляции, для контроля за качеством производственной среды;
  2.  содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны подлежит систематическому контролю для предупреждения возможности повышения ПДК.

Проведя анализ опасностей и вредностей данного производства предусмотрены следующие мероприятия по их устранению:

а) в соответствии с (28 стр.5), для устранения опасности поражения электрическим током, предусмотрено заземление и зануление электроаппаратуры;

б) в соответствии с (29 стр.18), для предотвращения опасности прямого контакта обслуживающего персонала с движущимися частями производственного оборудования установлены ограждения защитные и защитные кожухи;

в) в соответствии с (29 стр.20), для устранения опасности получения термических ожогов в проекте предусмотрена изоляция выпарного аппарата, чтобы снизить температуру наружной поверхности до 40 0С.

2) В соответствии с (29 стр.27) (для устранения опасности получения термических ожогов в проекте предусмотрена изоляция выпарного аппарата, чтобы снизить) для предотвращения в соответствии с (28) воздействия на работающих повышенной запыленности рабочей зоны все люки и отверстия герметично закрывается, производится контроль качества воздуха в рабочей зоне. При повышении ПДК пыли предусмотрено автоматическое включение вытяжной вентиляции, а также использование обслуживающим персоналом средств индивидуальной защиты – распираторов.

д) в соответствии с (27 стр.15), для устранения воздействия на человека ядовитых соединений азота и газов, аппараты, в которых происходят процессы и реакции с выделением ядовитых соединений плотно закрывается крышками и люками. Организовываются регулярные проверки качества воздуха в рабочей зоне. При превышении ПДК предусмотрено автоматическое включение вытяжной вентиляции.

6.2 Расчет теплоизоляции выпарного аппарата

     Расчет теплоизоляции некоторых поверхностей сводится к определению толщины теплоизолирующего материала.

      Теплоизоляция применяется с целью уменьшения теплопотерь через

стенки в окружающую среду, либо на оборот, для предотвращения проникновения тепла окружающей среды внутрь аппарата (например в холодильниках и установках глубокого охлаждения).

      С этой целью на стенках корпуса аппарата закрепляют слой термоизоляционного материала, имеющий высокое термическое сопротивление. Обычно термоизоляционными материалами считаются материалы с коэффициентом теплопроводности при                 t = 50…100 0С менее 0,838 кДж/(м2·0С).

       Известно, что коэффициент теплопроводности материалов значительно зависит от степени пористости и их влажности кроме того, при выборе материала термоизоляции имеет большое значение механическая и термическая стойкость, не гигроскопичность, срок службы, удобство монтажа и экономическая целесообразность.

       Некоторые изоляционные материалы используют в их естественном состоянии, например асбест, слюду, дерево и т.д. Но зачастую термоизоляцию применяют полученную в результате специальной смеси разных материалов, например: шлаковую и стеклянную вату.

       Широкое применение получили так называемые воздушные прослойки, создаваемых в ограждающих конструкциях (рубашках). В узких воздушных прослойках 70…80% тепла передается путем лучеиспускания, поэтому для эффективного уменьшения такого теплообмена в воздушных прослойках устанавливают экраны (тонкие перегородки). Обычно в качестве экранов применяют алюминиевую фольгу.

        Также воздушные прослойки могут засыпаться сухим мелкозернистым материалом, выполняющим роль экранов и преграждающие конвекцию. Теплозащитные свойства воздушных прослоек резко уменьшается в следствии проникновения в перегородку воздуха или других газов из окружающей среды через не плотности щели и трещины, так как при этом значительно увеличивается конвективный теплообмен. Иногда, с целью уменьшения теплообмена в прослойках создают вакуум.

      Процесс выпаривания протекает при довольно высокой температуре, поэтому, для уменьшения тепло потерь в процессе аппарат покрывают слоем теплоизоляции. Расчет проводим для верхней средней и нижней частей аппарата.

Так как материалом стенки корпуса аппарата является сталь, имеющая высокий (по сравнению с теплоизоляцией) коэффициент теплопроводности 42 Вт/(м·К), то принимаем t1ст = t2ст (так как толщина стенки невелика).

Температуру внутренней части корпуса принимаем равной температуре рабочей среды.

В качестве теплоизоляции λиз = 0,151 Вт/(м·К).

Температура  кипения растворов = 153 0С.

Температура наружной поверхности, t2из = 40 0С.

Толщину слоя теплоизоляции определяем по формуле:

δ = (t1из- t2из),        (6.1)

где q- тепловой поток, Вт/(м·К).

q = α · (t2из – tвн),        (6.2)

     tвн = 25 0С – температура внешнего окружающего воздуха;

     α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м·К).

α = 1,16[8,4 + 0,06 (t2из – tв )],      (6.3)

α = 1,16[8,4 + 0,06 (40-25)]· 4,19 = 45,2 Вт/ (м·К),

q = 45,2 · (40-25) = 678 Вт/ (м·К).

Определяем толщину слоя теплоизоляции:

- для сепаратора выпарного аппарата.

δв = 0,151/678· (153-40) = 0,025 м.

Принимаем толщину слоя теплоизоляции для сепаратора выпарного аппарата равной δ = 25 мм.

6.3 Основные параметры, необходимые для оценки химической обстановки на объектах хозяйственной деятельности в чрезвычайных ситуациях

Под химической обстановкой понимают совокупность последствий химического заражения местности сильнодействующими ядовитыми веществами (СДЯВ) или отравляющими веществами (ОВ), оказывающих влияние на деятельность объектов народного хозяйства, сил ГО и населения.

Химическая обстановка создается в результате разлива (выброса) СДЯВ или применения химического оружия с образованием зон химического заражения и очагов химического поражения.

Оценка химической обстановки включает:

- определение масштабов и характера химического заражения;

- анализ их влияния на деятельность объектов, сил ГО и населения;

- выбор наиболее целесообразных вариантов действий, при которых исключается поражение людей.

Оценка химической обстановки производится методом прог-нозирования и по данным разведки.

На объектах народного хозяйства химическую обстановку выявляют посты РХН, звенья и группы радиационной и химической разведки.

Исходными данными для оценки химической обстановки являются:

- тип и количество СДЯВ, средств применения химического оружия и тип ОВ;

- район и время выброса (вылива) ядовитых веществ, применения химического оружия;

- степень защищенности людей;

- топографические условия местности и характер застройки на пути распространения зараженного воздуха;

- метеусловия (скорость и направление ветра в приземном слое, температура воздуха и почвы, степень вертикальной устойчивости воздуха).

Различают три степени вертикальной устойчивости воздуха: инверсию, изотермию и конвенкцию.

Инверсия возникает обычно в вечерние часы примерно за 1 ч до захода солнца и разрушается в течение часа после его восхода.

При инверсии нижние слои воздуха холоднее верхних, что препятствует рассеиванию его по высоте и создает наиболее благоприятные условия для сохранения высоких концентраций зараженного воздуха.

Изотермия характеризуется стабильным равновесием воздуха.

Она наиболее характерна для пасмурной погоды, но может возникать также и в утренние и вечерние часы как переходное состояние от инверсии к конвенкции (утром) и наоборот (вечером).

Конвенкция возникает обычно через 2 часа после восхода солнца и разрушается примерно за 2-2,5 часа до его захода.

Она обычно наблюдается в летние ясные дни.

При конвенкции нижние слои воздуха нагреты сильнее верхних, что способствует быстрому рассеиванию зараженного облака и уменьшению его поражающего действия.

Оценка химической обстановки на объектах, имеющих СДЯВ, проводится с целью организации защиты людей, которые могут оказаться в очаге поражения.

При оценке химической обстановки методом прогнозирования принимается условие одновременного разлива (выброса) всего запаса СДЯВ на объекте при благоприятных для распространения зараженного воздуха метеоусловий (инверсия, скорость ветра 1 м/c).

При аварии (разрушении) емкостей со СДЯВ оценка производится по фактически сложившейся обстановке, т.е. берутся реальные количества вылившегося (выброшенного) ядовитого вещества и метеоусловия.

При этом необходимо иметь ввиду, что ядовитые вещества, имеющие температуру кипения ниже 20 0С (фосген, фтористый водород и т.п.), по мере их разлива сразу же испаряются и количество ядовитых паров, поступающих в приземный слой воздуха, будет равен количеству вытекшей жидкости. Ядовитые жидкости, имеющие температуру кипения выше 20 0С (сероуглерод, синильная кислота и т.п.), а также низкокипящие жидкости (сжиженные аммиак и хлор, олеум и т.п.) разливаются по территории объекта и, испаряясь, заражают приземный слой воздуха.

Оценка химической обстановки на объектах, имеющих СДЯВ, предусматривает определение размеров зон химического заражения воздуха к определенному рубежу (объекту), времени поражающего действия и возможных потерь людей в очаге химического поражения.

7 Экономическая часть

7.1 Организация технического контроля качества исходного сырья и конечной  продукции

Каустическая сода в промышленности и народном хозяйстве потребляется преимущественно в виде растворов с содержанием 42 до 50% NaOH. За рубежом выпускается также каустическая сода в виде 72—75%-ных растворов NaOH. Только очень ограниченное количество потребителей нуждается в твердой каустической соде, которая обычно содержит от 92 до 96% NaOH.

Хотя при перевозке товарной каустической соды в виде водных 42-50%-ных растворов на 1 т NaOH приходится 1,0—1,4 т воды, потребители предпочитают получать каустическую соду в виде растворов, так как при этом резко снижаются затраты труда на погрузочно-разгрузочные работы, отпадает операция растворения щелочи и становится удобным ее транспортирование, разбавление и дозирование.

В производстве по методу с ртутным катедом из разлагателей электролизеров сразу же получают каустическую соду в ее товарной форме (42-45% NaOH).

После охлаждения и отстаивания в баках-сборниках от увлекаемых из разлагателей капелек ртути каустическая сода может отгружаться потребителям. В последнее время для снижения содержания ртути в товарной каустической соде ее дополнительно фильтруют через мелкопористые фильтры.

Хорошие результаты получены при глубокой очистке каустической соды от ртути фильтрованием через слой графитового порошка. Путем фильтрования растворов каустической соды через фильтр из смеси асбестовых волокон с графитовой пылью содержание ртути в растворе NaOH снижается до 2,5-10-5 вес. %. Дополнительная очистка щелочи от ртути может быть достигнута барботажем через подогретую щелочь газа, не взаимодействующего со щелочью и ртутью.

В процессе хранения и транспортирования чистой каустической соды необходимо исключить возможность поглощения щелочью двуокиси углерода из воздуха, а также загрязнение ее продуктами коррозии стенок

баков-хранилищ и цистерн. Для перевозки применяют, цистерны из нержавеющей стали или цистерны, защищенные гуммировкой. За границей для перевозки чистой каустической соды используются также цистерны, выложенные изнутри листовым никелем. Цистерны для перевозки каустической соды должны быть закреплены за заводами, так как при использовании цистерн от перевозки другой продукции остатки воды после промывки цистерн загрязняют каустическую соду.

В процессе электролиза по методу с твердым катодом и диафрагмой образуются электролитические щелока, содержащие 100— 140 г/л NaOH и 170—200 г/л NaCl. Для получения товарной формы каустической соды электролитические щелока следует упаривать.

Количество поваренной соли, получаемой в процессе выпарки электролитических щелоков, зависит от состава щелоков и в среднем составляет около 1,5 т/т NaOH.

В рассоле, поступающем на электролиз, обычно содержится также сульфат натрия в количестве не более 4—6 г/л. При нарушениях технологического процесса содержание Na2S04 может быть значительно выше. При электролизе весь сульфат натрия переходит в электролитические щелока, поэтому при их упаривании происходит кристаллизация сульфата натрия аналогично NaCl. В связи со сравнительнo низкой исходной концентрацией сульфата насыщение выпариваемого раствора по Na2S04 наступает значительно позже, чем по NaCl. При последовательном концентрировании электролитических щелоков вначале выделяются кристаллы чистой поваренной соли без примеси сульфата натрия. Насыщение по Na2SO4 обычно наступает на последних стадиях выпаривания, ког-да основная масса хлорида натрия уже выделена из раствора и кон-центрация щелочи достигает примерно350-400 г/л. После этого из раствора выделяют смесь мелких плохо фильтрующихся кристалл-лов NaCl и Na2S04. Естественно, что условия, при которых начинается совместное выделение кристаллов NaCl и Na2S04, зависят от исходной концентрации сульфата натрия в электролитических щелоках. 

Выделение смеси кристаллов NaCl и Na2S04 на последних стадиях концентрирования электролитических щелоков используется в промышленности для вывода сульфатов из цикла производства.

В ходе испарения влаги и увеличения концентрации NaOH повышается температура кипения раствора. На рисунке 1.2 приведено парциальное давление паров воды над растворами NaOH при различных температурах.

В процессе упаривания электролитических щелоков для получения товарной щелочи необходимо испарить 7-7,5 т воды на 1 т NаОН, при этом основную часть затрат составляет расход пара.

Помимо затрат на испарение воды тепло расходуется па подогрев электролитических щелоков, на дегидратацию щелочи и на восполнение тепловых потерь аппаратуры и трубопроводов. Теплота растворения (гидратации) твердой щелочи зависит от конечной концентрации получаемого раствора щелочи.

В большинстве выпарных аппаратов поддерживается естественная циркуляция, возникающая за счет вскипания раствора в греющей камере. Для предотвращения вскипания раствора в самих трубках греющих камер выпарных аппаратов и выпадения солей на поверхности трубок уровень упариваемого раствора должен быть на 0,5-1,0 м выше верхнего края греющих трубок. Потери полезной разности температур компенсируются увеличением надежности работы аппарата и возрастанием коэффициента теплопередачи.

На последних стадиях упаривания щелочи применяются аппараты, как с естественной, так и с принудительной циркуляцией. На стадии окончательного упаривания вязкость растворов сильно возрастает, поэтому целесообразно ставить аппараты с повышенной скоростью циркуляции. В аппаратах с естественной циркуляцией для увеличения циркуляции используются греющие камеры большей высоты (до 4000 мм) и устанавливаются над ними камеры вскипания, ограничивающие объем кипящей жидкости. За счет увеличения паросодержания в камере вскипания возрастает циркуляционный напор. Для уменьшения сопротивления циркуляции жидкости увеличивается сечение по всему контуру циркуляции. В аппаратах с принудительной циркуляцией, циркуляция упариваемого раствора осуществляется с помощью центробежного насоса, прока-чивающего раствор вместе с кристаллами соли через выносную греющую камеру. Часть раствора в виде упаренных щелоков отводится из напорной линии насоса. Из греющей камеры раствор поступает в сепаратор по тангенциальному вводу. 

Для отделения пара от брызг щелочи над уровнем жидкости в сепараторе устанавливается отбойный козырек и на выходе сокового пара из сепаратора — брызгоотделитель.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией позволяют иметь больший съем сокового пара с 1 м2 поверхности теплопередачи по сравнению с аппаратами с естественной циркуляцией, однако наибольшеe распространение получают аппараты с естественной циркуляцией, вследствие их большей мощности, отсутствия насоса и меньших затрат на обслуживание и ремонт.

Трубки греющих камер выпарных аппаратов подвержены кор-розионному разрушению, особенно на последних стадиях упарки щелоков. Трубки из стали 12Х18Н10Т разрушаются значительно меньше, чем трубки из черной стали. Хорошей стойкостью на всех стадиях упарки, отличаются трубки из хромистой стали Х25. В зависимости от давления пара применяются различные схемы цеха выпарки электролитических щелоков.

Контроль физико-химических показателей готовых продуктов выполняется с помощью отбора проб с последующим анализом в хим. лаборатории. Отбор проб выполняется непосредственно на установке, а также в товарном парке.

Перечень некоторой внутренней и внешней нормативной до-кументации, регламентирующей деятельность ОНМК:

СТП 60.02-96- Порядок проведения НМК.

ГОСТ 14782-86- Контроль неразрушающий. Соединения сварные.

Методы ультрозвуковые.

ГОСТ 24507-80- Контроль неразрушающий. Паковки из черних и цветных металлов. Методы ультрозвуковой дефектоскопии.

ГОСТ 18442-80- Контроль неразрушающий. Капиллярные методы.

Общие требования.

ГОСТ 7512-82—Контроль неразрушающий.

Сварные соединения. Радиографический метод.

ОСТ 26-11-09-85- Паковки и штамповки сосудов и аппаратов, работающих под давленим. Методика ультразвукового контроля.

ОСТ 26-291-94- Сосуды и аппараты. Стальные сварные. Общие технические условия.

ОСТ-26-11-03-84- Швы сварных соединений сосудов и аппаратов работающих под давленим. Радиографический метод контроля.

ПНАЭГ-7-017-89- Унифицированные методики. Радиографический контроль.

ПНАЭГ-7-010-89-Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и направки. Правила контроля.

РД РТМ 26-07-242-80- Руководящий технический материал. Проектирование изготовление и правила контроля сварных соединений стальной трубопроводной арматуры.

ВСН 012-88- Строительство магистральных и промышленных трубопроводов. Контроль качества и приёмка работ.

По этим и другим документам ведётся оценка качества изделий. Данные записываются в журнал. На основе этих данных выдается заключение, которое заполняется бригадиром и подписывается инженером. Далее это заключение отдается цеховому мастеру.

7.2 Определение себестоимости изготовления выпарного аппарата

7.2.1 Расчет материальных расходов в себестоимости изделия

Материальные расходы включают стоимость основных материалов, полуфабрикатов собственного производства (отливок, поковок и др.) покупных изделий с учетом расходов на транспортировку и заготовку и за вычетом выручки от реализации отходов материалов.

При внесении значительных изменений в действующую конструкцию или замене новой конструкцией материальные расходы Cм по машине, которая проектируется рассчитываются по формуле:

                            (7.1)

  где n – число групп основных материалов и полуфабрикатов, ко-торые используются при изготовлении машины;

        - расходы материалов и полуфабрикатов по каждой і-й группе, кг/ед;

  - средняя оптовая цена материалов и полуфабрикатов по каждой і-й группе, кг/ед;

  - коэффициент, который учитывает транспортные и заго-товительные расходы по данной і-й группе материалов и полуфабрикатов;

  - количество отходов по каждой і-й группе материалов, которые используются или реализуются предприятием;

  - средняя оптовая цена отходов материалов и полуфабрикатов по каждой і-й группе, кг/ед;

Результаты расчетов представлены в таблице 7.1.

7.2.2 Расчет трудоемкости конструкции и основной заработной платы производственных рабочих

Таблица 7.1 – Стоимость материалов аппарата

п/п

Наименование материала

Количество

Ед.

изме-рения

Цена, грн.

Сумма, грн.

базо-вый

новый

базовый

новый

1

12Х18Н10Т

6446

5722

кг

15,5

99919

88699

2

Сталь Ст3сп

1460

1217

кг

6,8

9928

8276

3

проволока 4св 07Х25Н13

273

227

кг

16,5

4505

3745

5

Электрод   ЦЛ-11-4

248

207

кг

10,5

2604

2174

6

Аргон

164

137

кг

12,5

2050

1712

7

Отходы

2763

2304

кг

4,2

11605

9677

8

Итого, за вычетом отходов

5828

5206

119006

104606

Таблица 7.2 – Карта трудоемкости

Вид работ

Разряд работ

Время работ

Часовая тарифная ставка

Итого по виду работ

базо-вый

новый

базо-вый

новый

базовый

новый

Монтажные

5

5

2262

2210

6,5

14703

14365

Котельно-сварочные

4

4

1554

1518

5,5

8547

8349

Механические

4

4

1952

1908

5,25

10248

10017

Слесарные

4

4

920

900

4,8

4416

4320

Транспортные

3

3

474

463

3,9

1849

1806

Итого:

39763

38857

Дополнительная заработная плата производственных рабочих определяется в процентах к основной заработной плате. Процент дополнительной заработной платы определяется по данным предприятия производителя конструкции аналогу, или принимается на уровне 16%.

,

.

Отчисление на социальное страхование рассчитывается согласно с действующим законодательством или как 37% от суммы основной и дополнительной заработной платы основных рабочих.

,

.

7.2.3 Расчет непрямых расходов

Расходы на подготовку и освоение в  производстве новой техники определяется в проценте от основной заработной платы основных рабочих. Величина процента определяется согласно с калькуляцией себестоимости конструкции-аналогу, или принимается на уровне 30-40%.

,

.

Расходы на специальный инструмент и оснастку, которая используется в производстве новой техникой, определяется в проценте от основной заработной платы основных рабочих. Величина процента определяется согласно с калькуляцией себестоимости конструкции-аналогу, или принимается на уровне 25-30%.

,

.

Величина расходов на содержание и эксплуатацию оборудования определяется в процентах от основной заработной платы основных работников. Величина процента определяется согласно с калькуляцией себестоимости конструкции-аналогу, или принимается на уровне 250-280%.

,

.

Расходы общепроизводственные определяются в проценте от основной заработной платы основных рабочих. Величина процента определяется согласно с калькуляцией себестоимости конструкции-

аналогу, или принимается на уровне 80-90%.

,

.

Совокупность вышеприведенных расходов составляет произ-водственную себестоимость машины.

Расходы общехозяйственные (амортизация зданий и сооружений общезаводского назначения, в незаводского транспорта, зарплата с отчислениями в социальные фонды работников аппарата управления предприятием и прочие), грн. Величина процента определяется согласно с калькуляцией себестоимости конструкции аналога, или принимается на уровне 120-150%.

,

.

Таблица 7.3 - Калькуляция себестоимости проекта

Статья расходов

Сумма, грн

Базовый

Новый

Сырье и материалы

119006

104606

Полуфабрикаты и покупные изделия

0

0

Отходы

11605

9677

Итого прямых материальных расходов

119006

104606

Основная заработная плата

39763

38857

Дополнительная заработная плата

6362

6217

Расходы на социальное страхование

17066

16677

Подготовка и освоение

11929

11657

Спецоборудование и инструменты

11929

11657

Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

99408

97142

Общепроизводственные расходы

31810

31086

Производственная себестоимость

218267

213293

Общехозяйственные расходы

47716

46628

Внепроизводственные расходы

1193

1166

Полная себестоимость

267176

261087

Прибыль

66794

65272

Оптовая цена

333970

326359

НДС,%

66794

65272

Оптовая цена с НДС

400764

391631

Внепроизводственные расходы определяются в проценте от расходов на содержание эксплуатацию оборудования. Величина проценту определяется согласно с калькуляцией себестоимости конструкции аналога, или принимается на уровне 3-5%.

,

.

Совокупность всех вышеприведенных расходов составляет полную себестоимость машины.

Результаты расчета оптовой цены новой конструкции даны в   табл. 7.3.

7.2.4 Определение экономического эффекта от производства и эксплуатации новой техники

Экономический эффект новой техники это суммарная экономия производственных ресурсов (живого труда, материалов, капитальных вложений), что получает потребитель, в результате производства и эксплуатации новой техники.

Экономический эффект новой техники определяется на основе сопоставления расходов по базовой и новой технике с соблюдением условий сопоставления вариантов.

При расчете экономического эффекта новой техники необходимо придерживаться условий сопоставления вариантов по следующим параметрам:

- целевому назначению новой техники;

- качественным параметрам;

- условиям труда и технике безопасности;

Если базовая и новая техника отличается по этим параметрам необходимо провести расчеты для сопоставления вариантов.

Сопоставление вариантов базовой и новой техники, что отличается за объемом выполненной работы или мощностью определяются путем коррекции текущих годовых и капитальных расходов потребителя новой техники.

7.2.5 Расчет капитальных расходов потребителя новой техники

Капитальные расходы потребителя новой техники включают прямые и сопутствующие капитальные расходы. К прямым расходам относят стоимость оборудования. К сопутствующим расходам относят:

- расходы на транспортировку;

- фундамент и монтаж оборудования;

- расходы на коммуникации, ограждает и т.д. необходимы для функционирования новой техники;

- расходы на пуско-наладочные работы;

- другие одноразовые расходы связаны с внедрением эксплуатацией техники.

При отсутствии данных о фактических расходах по указанным направлениям можно использовать укрупненные значения. Значение этих расходов берутся в процентах к стоимости оборудования.

Возможный экономический эффект Э, грн, от внедрения проекта:

Э = З;                                               (7.2)

где Збпр, Знпр - приведенные затраты по базовому и новому про-ектам, грн;

Капитальные затраты Кt, грн.

                         (7.3)

 где  Ц - стоимость оборудования (цена аппарата);

      - Ртр - стоимость транспортировки аппарата (принимается в размере 5-10 % от стоимости аппарата), грн;

      - Рсмр - стоимость проведения строительно-монтажных работ аппарата (принимается в размере 20-30 % от стоимости аппарата), грн;

   - Р0 - стоимость обвязки аппарата коммуникациями и установки КИП и А (принимается в размере 20 % от стоимости аппарата), грн;

По базовому варианту:

Ртр=333970∙0,05=16699 грн;

Рсмр=333970∙0,2=66794 грн;

Ро=333970∙0,2=66794 грн;

Кtб=333970+16699+66794+66794=484257 грн.

      По новому варианту:

Ртр=326359∙0,05=16318 грн;

Рсмр=326359∙0,2=65272 грн;

Ро=326359∙0,2=65272 грн;

Кtб=326359+16318+65272+65272=473221 грн.

7.2.6 Расчет годовых эксплуатационных затрат потребителя

Годовые эксплуатационные затраты потребителя техники следующие:

- на теплоноситель;

- на заработную плату обслуживающему персоналу;

- на текущий ремонт оборудования;

- на амортизационные отчисления.

Эксплуатационные затраты Сt грн:

 

                    ;                                (7.4)

где - затраты на электроэнергию, грн;

        - зарплата обслуживающему персоналу, грн;

     - затраты на текущий ремонт оборудования, грн;

     - амортизационные отчисления, грн.

Расходы на электроэнергию, которая потребляется машиной определяются по формуле:

                                                            (7.5)

где N - мощность, кВт;

       Т - фонд времени работы машины на протяжении года (состоит из годового фонда времени за вычетом времени на текущий ремонт), час;  365дней×24час – (2 т.р.×3 дня×24час)= 8616 час.

      - тариф на электроэнергию, грн/кВт×час;

      -  КПД электродвигателя.

Суммарные расходы на электроэнергию включают в себя:

- Сн.о. – расходы на ночное освещение, грн;

- Сдв. – расходы на работу двигателей, грн;

- Сдн.о. – расходы на дневное освещение, грн;

По базовому варианту:

Сдн.о. =2,5·8616·0,95/0,88 = 23334 грн;

Сдв. =43·8616·0,95/0,85 =414075 грн;

Сн.о. =6,4·8616·0,95/0,88 = 59529 грн;

       ΣСее=496938 грн.

По новому варианту:

Сдн.о. =2,5·8616·0,95/0,88 = 23334 грн;

Сдв. =49·8616·0,95/0,85 = 471853 грн;

Сн.о. =6,4·8616·0,95/0,88 = 59529 грн;

       ΣСее=554716 грн.

Расходы на заработную плату обслуживающему персоналу определяются по формуле:

,                                             (7.6)

 где - численность обслуживающего персонала, составляет, соответственно, 6 и 4 человека по базовому и новому варианту;

   - годовой действительный фонд работы оборудования, час.

Рассчитан выше и составляет 8616 час.

- часовая тарифная ставка одного работника соответствующего разряда  грн/час;

     - коэффициент на отчисление на заработной платы.

       По базовому варианту:

З0=6∙5,2∙8616∙ (1+0,375)=369626 грн.

По новому варианту:

З0=4∙5,2∙8616∙ (1+0,375)=246418 грн.

Расходы на текущий ремонт оборудования определяют по формуле:

        (7.7)

где – Зм – материальные затраты, связанные с текущим ремонтом, грн., табл. 7.4.

         Зр - расходы на заработную плату ремонтному персоналу, грн, табл. 7.5.

      По базовому варианту:

Стр=13532+2515=16047 грн.

По новому варианту:

Стр=6193+1973=8166 грн.

Таблица 7.4 – Стоимость материалов для текущего ремонта

п/п

Наименование материала

Количество

материала

Едини-ца

изме-рения

Цена, грн.

Сумма, грн.

базо-вый

новый

базо-вый

новый

1

12Х18Н10Т

752

325

кг

15,5

11656

5038

1

Сталь Ст3сп

272

143

кг

6,8

1850

972

3

проволока 4св 07Х25Н13

8,5

6,8

кг

16,5

140

112

5

Электрод   ЦЛ-11-4

12

10,5

кг

10,5

126

110

6

Аргон

16,4

13,7

кг

12,5

205

171

7

Отходы

106

50

кг

4,2

445

210

8

Итого, за вычетом отходов

955

449

13532

6193

Таблица 7.5 – Карта трудоемкости текущего ремонта

Вид работ

Число рабочих

Время работ

Часовая тарифная ставка

Итого по виду работ

базовый

новый

базовый

новый

базовый

новый

Монтажно- демонтажные

5

4

48

48

6,5

1560

1248

Сварочные

1

1

48

48

5,5

264

264

Слесарные

3

2

48

48

4,8

691

461

Итого:

2515

1973

Годовые амортизационные отчисления определяются по фор-муле:

                                                                (7.8)

где К - капитальные расходы потребителя, грн;

       - срок полезного использования техники, лет.

По базовому варианту: амортизационные отчисления

Сао=484257/20=24213 грн.

Эксплуатационные затраты

Сt=496938+369626+16047+24213=906824 грн.

По новому варианту: амортизационные отчисления

Сао= 473221/20=23661 грн.

Эксплуатационные затраты

Сt= 554716+246418+8166+23661=832961 грн.

Годовая экономия потребителя от внедрения новой техники:

Еек=(Стр.б.тр.м)·В,           (7.9)

где  Стр.б. и Стр.м. – текущие расходы на содержание и эксплуатацию нового аппарата, базового и модернизированного аппаратов соответственно.

     В=150 т/ч·8616ч=1292400 кг/год - годовая призводительность аппарата.

Стрср/В,             (7.10)

Стр.б =906824/1292400=0,736  грн,

Стр.м.= 832961/1292400=0,6445  грн,

Еек=(0,736-0,6445)·1292400=118255  грн.

       Годовой экономический эффект от внедрения новой техники:

Еэф= Еек-ΔК·Ек,            (7.11)

где ΔК – дополнительные капитальные затраты потребителя  новой техники. Определяем по формуле:

ΔК=К21,              (7.12)

где К2 – капитальные затраты, связанные с приобретением и введением в эксплуатацию новой техники, грн.

        К1 – капитальные затраты, связанные с эксплуатацией старой техники, грн.

     Ек=0,2 – нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности капитальных вложений.

ΔК=473221-484257=-11036 грн.

Еэф= 118255-(-11036·0,2)=120462 грн.

Коэффициент экономической эффективности новой техники определяем по формуле:

Ефек.2,          (7.13)

Еф=118255/473221=0,25.

Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений составит:

Ток2ек,          (7.14)

Ток=473221/118255=4,0 года.

Рентабельность составляет:

Р = Еэф/Ц·100% ,         (7.15)

Р = 120462/326359·100% = 36,9 %.

Результаты расчетов экономической эффективности новой техники приведены в табл. 7.6.

Таблица 7.6 - Технико-экономические показатели

Наименование показателя

Вариант

Базовый

Новый

Технические показатели

Производительность, кг/с

41,67

41,67

Давление в аппарате, МПа

0,52

0,52

Температура выпарки, 0С

153

153

Масса аппарата, кг

125000

112000

Экономические показатели

Полная себестоимость, грн

267176

261087

Оптовая цена аппарата, грн

333970

326359

Капитальные затраты, грн

484257

473221

В том числе:

Расходы на транспортировку, грн

16699

16318

Расходы на строительно-монтажные (демонтажные) работы, грн

140105

128690

Затраты на обвязку аппарата и установку приборов КИП и А, грн

140105

128690

Эксплуатационные затраты, грн

906824

832961

В том числе:

Затраты на электроэнергию, грн

496938

554716

Затраты на заработную плату обслуживающему персоналу, грн

369626

246418

Затраты на текущий ремонт, грн

16047

8166

Амортизационные отчисления, грн

24213

23661

Экономический эффект, грн

120462

Рентабельность, %

36,9

Срок окупаемости, год

4,0

Выводы

В данном дипломном проекте приведено:

    1 Обоснование технологической схемы производства электролитических щелоков, предложена новизна и конструкции выпарного аппарата с соосной греющей камерой и принудительной циркуляцией, за счет многократного использования энергоносителей. Приведены теоретические основы процесса выпаривания, выполнены технологические расчеты производства и определены конструктивные размеры проектируемого аппарата, выбрано вспомогательное оборудование.

   2 Выбраны основные конструкционные материалы, приведены конструктивные и прочностные расчеты, подтверждающие работо-способность и надежность выпарного аппарата.

  3 В строительно-монтажной части описаны монтаж и ремонт установки и оборудования.

  4 Разработана схема автоматизации технологического процесса с использованием современных контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации.

  5 В разделе «Охрана труда» дан анализ потенциальных опасностей и вредностей, возникающих при эксплуатации оборудования работающего на участке выпарки, предложены мероприятия по их устранению. Произведен расчет теплоизоляции выпарного аппарата.

  6 Экономическими расчетами подтверждена целесообразность новизны выпарного аппарата.

Литература

  1.  Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Лащинский А.А., Толчинский А.Р., Л., "Машиностроение", 1970 г., 752 стр. Табл. 476. Илл. 418. Библ. 218 назв.
  2.  Лащинский А. А.  Конструирование сварных химических аппаратов : Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд -ние, 1981. – 382 с., ил
  3.  Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Дытнерского Ю.И. – М.: Химия, 1983. – 272 с., ил.
  4.  Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А.  Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Под ред. чл.- корр. АН СССР П. Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с., ил.
  5.  Плановский А. Н.  , Николаев П. И.   Процессы и аппараты химической и нефтяной технологии. Изд. 2-е, перераб. и доп, . – Москва, Химия,1972, 494 с.
  6.  Перцев Л. П., Ковалев Е. М., Фокин В. С. Трубчатые выпарные аппараты для кристаллизующихся растворов. – М.: Машиностроение, 1982. – 136 с.
  7.  Касаткин  А. Г.  Основные процессы и аппараты химической технологии. М., "Химия", 1973., 752с.
  8.  Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств  Примеры и задачи : Учеб. пособие для студентов вузов / Михайлев М.Ф., Третьяков Н. П., Мильченко А. И., Зобнин В. В.; Под общ. ред. Михайлева М.Ф.. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд ние, 1984. – 301 с., ил.
  9.  Линецкий В.А., Пряников В.И. Охрана труда, техника безопасности и пожарная профилактика на предприятиях химической промышленности. М. «Химия», 1976г., 440с.
  10.  Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / Баранов В.Я., Безновская Т.Х.  Бек В.А.  и др., под общей редакцией Черенкова В.В.. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение. 1987.- 847с.
  11.  Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация произ-водственных процессов в химической промышленности: Учебник для техникумов. – 2-е издание, переработано и дополнено. М.: Химия, 1985 – 352с
  12.  Методические указания к выполнению курсового проекта «Расчет трехкорпусной выпарной установки непрерывного действия» по курсу «ПАХТ».
  13.  ГОСТ 14249 – 89  Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
  14.  ГОСТ 24755 – 89  Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий. 
  15.   ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах.
  16.  Методические указания по курсу «Охрана труда»
  17.  Марочник сталей и сплавов. /  Сорокин В. Г. , Волосникова А. В., Вяткин С. А. и др.; Под общ. ред. Сорокина В. Г., М.: Машиностроение, 1989. – 640

    18.   Промышленные приборы и средства автоматизации / Под ред. Черенкова В.В. - Л., 1987

    19.   Гайдамак К.М., Тыркин Б.А. Монтаж оборудования пред-приятий химической и нефтехимической промышленности. – М.: Высшая школа. 1983 -271с.

    20. Методичні вказівки до виконання дипломних проектів, Сумы,    Сум ГУ 2011 г.

    21. ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах.

    22. Методические указания по курсу «Охрана труда»

    23. Марочник сталей и сплавов. / Сорокин В. Г., Волосникова А. В., Вяткин С. А. и др.; Под общ. ред. Сорокина В. Г., М.: Машиностроение, 1989. –640 с.

24. Промышленные приборы и средства автоматизации / Под ред. Черенкова В.В. - Л., 1987.

25. Гайдамак К.М., Тыркин Б.А. Монтаж оборудования предприятий химической и нефтехимической промышленности. – М.: Высшая школа. 1983 - 271с.

26. Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок: Уч. Пособие. – М.: Высшая школа, 1982.-304с.

27. Шкатов Е.Ф., Шувалов В.В. Основы автоматизации техно-логических процессов химических производств. – М.: «Химия», 1991. – 352 с.

28. ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах.

29.  Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация произ-водственных процессов в химической промышленности: Учебник для техникумов. – 2-е издание, переработано и дополнено. М.: Химия, 1985 – 352с

30. Линецкий В.А., Пряников В.И. Охрана труда, техника бе-зопасности и пожарная профилактика на предприятиях химической промышленности. М. «Химия», 1976, 440с.

31. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / Баранов В.Я., Безновская Т.Х.  Бек В.А.  и др., под общей редакцией Черенкова В.В.. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение. 1987.- 847с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7303. Основні поняття організаційного бизнес-моделювання. Місія компанії, дерево цілей і стратегії їх досягнення 239 KB
  Тема: Основні поняття організаційного бизнес-моделювання. Місія компанії, дерево цілей і стратегії їх досягнення. План: Статичний опис компанії: бізнес-потенціал компанії, функціонал компанії, зони відповідальності менеджменту. Динамічни...
7304. Основи генетики людини. Методи вивчення спадковості. Біологоія індивідуального розвитку. Молекулярно-генетичні механізми онтогенезу. Патологічні порушення онтогенезу людини. 44.5 KB
  Тема: Основи генетики людини. Методи вивчення спадковості. Біологоія індивідуального розвитку. Молекулярно-генетичні механізми онтогенезу. Патологічні порушення онтогенезу людини. План Генетика людини. Сучасні методи генетичних дослі...
7305. Функції мови як поліфункціональної системи 115.5 KB
  Функції мови Комунікативна функція Когнітивна функція Кумулятивна функція. Номінативна. Регулятивна. Фатична. Емотивна. Метамовна. Естетична. Етнічна. Магічна. Мова - поліфункціональна система, що має справу з ін...
7306. Виробництво магнезитових в’яжучих матеріалів та виробів на їх основі 46 KB
  Виробництво магнезитових вяжучих матеріалів та виробів на їх основі План заняття Магнезитові в’яжучи - каустичний магнезит. Виробництво каустичного доломіту. Ключові слова та терміни каустичний магнезит кауст...
7307. Прилади радіаційної та хімічної розвідки та дозиметричного контролю. Знезараження 56 KB
  Тема: Прилади радіаційної та хімічної розвідки та дозиметричного контролю. Знезараження. План Одиниці та дози радіоактивного випромінювання. Прилади радіаційної та хімічної розвідки. Знезараження. Одиниці та дози радіоактивно...
7308. Правове регулювання соціального партнерства 72.5 KB
  Соціальне партнерство: загальна характеристика. Правове регулювання соціального партнерства в Україні. Сторони та інші субєкти соціального партнерства.
7309. Оцінка помилки прогнозування комплексної оцінки рівня фінансового стану досліджуваного підприємства на наступний період 126.5 KB
  Оцінка помилки прогнозування комплексної оцінки рівня фінансового стану досліджуваного підприємства на наступний період. Оцінка помилки прогнозування комплексної оцінки рівня фінансового стану підприємства методом лінійної регресії. П...
7310. Відшкодування шкоди у кримінальному провадженні 55.79 KB
  Відшкодування шкоди у кримінальному провадженні ПЛАН: Вступ. Поняття та види шкоди, яка підлягає відшкодуванню у кримінальному провадженні. Поняття, значення, предмет та підстави цивільного позову про відшкодування майнової (моральної) шк...
7311. Психологічні особливості юнацтва 86.5 KB
  Психологічні особливості юнацтва Загальна характеристика ранньої юності Взаємостосунки з дорослими та однолітками Пізнавальні процеси i розумовий розвиток Формування особистості в період ранньої юності ЗАГАЛЬНА Х...