Основы проектирования химических производств Курс лекций Профессор кафедры ХТРЭ д.т.н. Дьяченко Александр Николаевич Федеральное государственное бюджетное. - презентация

1 Основы проектирования химических производств Курс лекций Профессор кафедры ХТРЭ д.т.н. Дьяченко Александр Николаевич Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 1

2 Структура и содержание курса 1. Введение в проектирование Проектирование как вид инженерной деятельности; Правовые основы проектирования; Проектно-сметная документация; Технико-экономическое обоснование проекта; 2. Основные стадии проектирования химических производств и оборудования Основные стадии проектирования химических производств и оборудования; Виды конструкторских документов; Обозначение изделий и конструкторских документов. Содержание разделов исходных данных для проектирования производства 3. Выбор и разработка технологической схемы производства Общие положения; Последовательность разработки технологической схемы; Принципиальная технологическая схема; Размещение технологического оборудования. 4. Эскизная конструктивная разработка основной химической аппаратуры Общие положения; Реакторы; Особенности эскизного конструирования различных групп аппаратов 5. Графическое представление химической установки Общие положения; Основная технологическая схема; Блок-схема процесса химической технологии; Мнемосхема трубопроводов и встроенных приборов 6. Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 7. Материалы для химических установок Классификация материалов; Свойства материалов;Стали и чугуны; Легкие металлы; Тяжелые металлы; Природные материалы; Синтетические материалы; полимеризационные пластмассы; Каучуки и эластомеры; Поликонденсационные пластмассы; Углеродные (графитовые) материалы; Комбинированные материалы. 2

3 Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИЕ Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИЕ 3

4 Проектирование. – Инженерная деятельность, связанная с выработкой и надлежащего в техническом и правовом отношении оформления технических решений Производственная техносфера Технологические отрасли Машино- и приборостроение Строительство ЕСТД – проектирование ЕСКД – конструирование СПДС – проектирование Качество и безопасность продуктов, услуг, работ – ГОСТ, ISO, Технические регламенты ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАК ВИД ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 4

5 Проектанты Проектные и конструкторские подразделения предприятий Специальные проектные (проектно- конструкторские, научно- исследовательские организации – фирмы и Институты (ПИ, НИПИ, ПКИ, НИПКИ). Индивидуальные специалисты, имеющие лицензии на определённые виды проектных работ и личные печати, зарегистрированные в соответствующих государственных структурах ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 5

6 ПРОЕКТНО-СМЕТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ Проект химического производства – комплекс технической документации, включающий пояснительные записки, расчеты, чертежи, сметы, соответствующие заданию на проектирование. Определяющей частью проекта химического предприятия или отдельного производства является механико-техническая часть, разработка которой включает: выбор метода производства, отвечающего конкретным условиям; создание принципиальной и монтажно-технологической схемы производства; технический расчет, выбор или разработку необходимого технологического оборудования и его рациональное размещение; механизацию и автоматизацию всех непрерывных и периодических процессов. 6

7 ПРОЕКТНО-СМЕТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ Основные части проекта: архитектурно- строительная, энергетическая,технологическая, контроль и автоматизация. 7

8 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА Технико-экономическое обоснование – это предпроектный документ, уточняющий и дополняющий схемы развития и размещения отраслей химической промышленности в части размещения намечаемого к проектированию и строительству предприятия, его производственной мощности, номенклатуры продукции, обеспечения сырьем, полуфабрикатами, топливом, электроэнергией и водой, основных строительных и технологических решений и важнейших технико-экономических показателей производства и строительства предприятия. 8

9 Вопросы, рассматриваемые в ТЭО: ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 1) Исходные положения. 2) Обоснование потребности экономики в продукции предприятия 3) Обоснование места размещения предприятия 4) Обоснование способа производства химической продукции 5) Экономика строительства предприятия и производства продукции. 9

10 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 1) Исходные положения. Характеристика роли предприятия и обеспечение роста мощностей и покрытия потребностей в продукции, намечаемой к выпуску: соответствие решений ТЭО схеме развития и размещения отрасли химической промышленности и схеме развития и размещения производственных сил района; характеристика состояния действующего предприятия, оценка и анализ его деятельности, и основные технико-экономические показатели его работы. 10

11 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 2) Обоснование потребности экономики в продукции предприятия Обоснование потребности народного хозяйства в продукции предприятия, его проектной мощности и специализации: ассортимент и качество продукции; текущие и перспективные балансы производства и потребления этой продукции по основным потребителям и экономическим районам, регионам потребления продукции данного предприятия; анализ технической возможности и экономической целесообразности покрытия дефицита данного вида продукции за счет реконструкции или расширения действующего производства. 11

12 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 3) Обоснование места размещения предприятия Обоснование места размещения предприятия заключается в следующем: обеспечение предприятия сырьем, топливом, водой, электроэнергией, возможность сброса промышленных отходов; наличие трудовых ресурсов; наличие необходимых площадей для строительства производственных, жилых и гражданских объектов. 12

13 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 4) Обоснование способа производства химической продукции Обоснование выбор способа производства целевого продукта осуществляется с учетом переработки сырья и отходов, а также требований к товарной форме и чистоте продукта. Необходимо указать достоинства и недостатки методов производства, располагать данными по затратам на основное сырье, проектную себестоимость продукта и капитальных затрат на 1 тонну продукта, энергозатратам производства. На основании выбранного способа производства составляется перечень продуктов, получаемых при осуществлении основных и побочных процессов, а также перечень исходных реагентов и материалов с их характеристикой. 13

14 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 5) Экономика строительства предприятия и производства продукции. Ориентировочные объемы капитальных вложений, в том числе строительно-монтажных работ и по жилищно-гражданскому строительству с учетом сопряженных затрат в смежных отраслях промышленности: удельные капитальные затраты; экономическая эффективность капитальных вложений; удельные расходы сырья и полуфабрикатов; сравнение технического уровня и важнейших технико- экономических показателей 14

15 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА Задание: провести технико-экономическое обоснование строительства, выбрать место и способ производства формалина в наиболее удобном районе СНГ. Предполагается, что производство будет новым в выбранном месте. Решение: При ответе на это задание необходимо опереться на планово- статистические данные. ПРИМЕР 15

16 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА ПРИМЕР Центральный 537 Уральский 539 Северо-Западный 268 Западно-Сибирский 1041 Северо-Кавказский 317 Поволжье 162 Восточно-Сибирский и Дальний Восток 76 Волго-Вятский 28 Казахстан и Средняя Азия 193 В с е г о 3161 Ожидаемая потребность в формалине по экономическим районам СНГ, тыс. т: 16

17 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА ПРИМЕР Карбамидные смолы % Феноло-формальдегидные смолы 656,117% Пентаэритрит 2687% Параформ 37,41% Полиформальдегид 127,43% Прочие 527,113% В с е г о % Ожидаемая структура потребления в 2005 г., тыс. т: 17

18 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА ПРИМЕР Ожидаемый баланс производства и потребления по СНГ: потребность тыс.т. производство тыс.т. дефицит-813 тыс.т. Очевиден дефицит формалина, определяющий необходимость строительства новых мощностей по производству формалина и началу проектно-изыскательских работ. В отношении района строительства вопрос о размещении производства наиболее вероятен в Западно-Сибирском регионе, где намечается самый большой дебаланс потребления 18

19 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА ПРИМЕР Наиболее подходящим местом для строительства является г. Томск, что определено следующими соображениями: запасы природного газа и резервы производственной мощности по метанолу на территории Томского нефтехимического комбината (ТНХК); возможность переработки формалина в формальдегидные смолы на месте при организации его производства на ТНХК; железнодорожные и водные транспортные развязки наличие местных источников электроэнергии; наличие водных ресурсов (р. Томь); своя строй индустриальная база; возможности готовить квалифицированные кадры (вузы ТПУ, ТГУ, ТГАСУ; сеть ПТУ и техникумов). 19

20 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА ПРИМЕР Другие варианты размещения производства на действующих химических пред­приятиях: Западной Сибири. Показатель г. Кемерово ПО «Азот» г. Ангарск ПО «АНОС» г. Омск, з-д «Пластмасс» г. Саянск «Химпром» Сырье- метанол Со стороны Собственное производство малой мощности Отсутсвует Отсутствует Наличие промплощадки Нет возможности Есть Наличие потребителя на месте Нет Малая производ. мощность МФС Огранич. потребление Нет Обеспечение: а) энергией б) кадрами в) водой резерва нет имеется ограничено районная сеть имеется очень ограничено имеется имеются ограничено 20

21 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА ПРИМЕР Сравнительная характеристика названных методов производства. Метод ПреимуществаНедостатки 1. Окисление метанола на серебряном катализаторе Практически нет ограничений по мощности единичной установки. Простота конструкции реактора. Низкая металлоемкость и энергозатраты. Высокая производительность Высокий расходный коэффициент по сырью. Наличие в формалине до 10 % метанола. Наличие примесей муравьиной кислоты в продукте. Расход драгоценного металла – серебра 2. Окисление метанола на оксидном катализаторе Низкий расходный коэффициент по сырью. Товарный метанол содержит менее 1 % примеси метанола и не выше 0,02 % муравьиной кислоты Повышенный расход энергии и воздуха. Ограничение по единичной мощности установки. Сложность эксплуатации и ремонта реактора. Повышенная металлоемкость. Низкая производительность 21

22 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА ПРИМЕР Проектная характеристика способов производства по валу ЗСР: Способ производства Объем производства тыс. ту.е. На серебряном катализаторе На оксидном катализаторе Способ производства Марка ФММарка ФБМ На серебряном катализаторе 4656 На оксидном катализаторе 5475 Проектная себестоимость продукта, у.е.: 22

23 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА ПРИМЕР Сравнительные данные по затратам на основное сырье Сырье Единица измерения Цена, у.е. Расходный коэффициент Сумма, у.е. Окисление на серебряном катализаторе Метанол Катализатор Вода т кг т – 30 0,508 0,0046 0, – 94 Окисление на оксидном катализаторе Метанол Катализатор Вода т кг т ,570 0,115 0, – 10 23

24 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА ПРИМЕР Энергозатраты производств Сырье Единица измерения Цена, у.е. Расходный коэффициент Сумма, у.е. Окисление на серебряном катализаторе Пар Электроэнергия Воздух ГДж тыс. к Вт тыс. м ,2959 0, , Окисление на оксидном катализаторе Пар Электроэнергия Воздух ГДж тыс. к Вт тыс. м ,261 0,260 0,

25 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА ПРИМЕР При выполнении проектов для действующих предприятий исключается ряд обоснований, так, можно не обосновывать место строительства и метод производства. По согласованию с заказчиком, можно не разрабатывать вопросы, связанные с оценкой дополнительной мощности производства и ее взаимосвязи с существующими технологическими линиями (наличие резерва сырья, вспомогательных веществ, энергии, воды; кадры, со­циальные вопросы, площади для производства и т.п.). 25

26 ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА ПРИМЕР При выполнении проектов для действующих предприятий исключается ряд обоснований, так, можно не обосновывать место строительства и метод производства. По согласованию с заказчиком, можно не разрабатывать вопросы, связанные с оценкой дополнительной мощности производства и ее взаимосвязи с существующими технологическими линиями (наличие резерва сырья, вспомогательных веществ, энергии, воды; кадры, со­циальные вопросы, площади для производства и т.п.). 26

27 Лекция 2 ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ И ОБОРУДОВАНИЯ Лекция 2 ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ И ОБОРУДОВАНИЯ 27

28 Техническое задание процесс установления исходных требований и формирования предварительных (возможных и желательных) очертаний объекта разработки Конструкторская документация процесс последовательно углубляемой технико- экономической проработки инженерных решений, осуществляемых исходя из данных технического задания, результатов научно-исследовательских работ и практического опыта Рабочая конструкторская документация процесс материального воплощения результатов инженерного поиска, систематизация опытно- промышленных данных и сопоставление их с техническим заданием, внесение необходимых уточнений в документацию СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Разработка конструкции изделия сложный многоступенчатый процесс, для которого характерны три четко выраженные стадии: 28

29 Конструкторская документация это графические и текстовые документы, которые в отдельности или в совокупности определяют состав и устройство изделия. СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Проектная конструкторская документация техническое приложение, эскизный и технический проект содержит все данные, необходимые для разработки изделия Рабочая конструкторская документация Содержит данные для изготовления изделия Конструкторская документация 29

30 Техническое задание Техническое предложение Техническое предложение Эскизный проект Технический проект Разработка рабочей документации Разработка рабочей документации Установочная серия Конструкторская документация не регламентирует методы и способы изготовления изделия, а также последовательность их применения. Это задача технологической документации. Данные, содержащиеся в конструкторской документации, в значительной степени влияют на их выбор и применение. ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Корректировка конструкторской документации Корректировка конструкторской документации 30

31 Техническое задание Техническое предложение Техническое предложение Назначение изделия Техническая характеристика изделия Техническая характеристика изделия Технико- экономические требования Технико- экономические требования Специальные требования с учетом условий эксплуатации и ремонта Специальные требования с учетом условий эксплуатации и ремонта Требования к качеству сырья и готовой продукции Требования к качеству сырья и готовой продукции Необходимые стадии разработки Необходимые стадии разработки ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Техническое задание (ТЗ) – важнейший исходный документ, определяющий целенаправленность и рациональную последовательность проектирования изделия. В процессе разработки технического задания на основе анализа и сопоставления данных практического опыта и результатов научно- исследовательских работ с потребностями производства формируются качественные характеристики. 31

32 Эскизный проект Выбор принципиального варианта конструкции Выбор принципиального варианта конструкции Техническое задание Технико-экономическое обоснование целесооб- разности выбранной конструкции Технико-экономическое обоснование целесооб- разности выбранной конструкции Анализ результатов НИР и опыты эксплуатации выбранной конструкции Анализ результатов НИР и опыты эксплуатации выбранной конструкции Патентная документация Патентная документация Техническое предложение Техническое предложение ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Техническое предложение – совокупность конструкторских документов, которые должны содержать обоснование целесообразности разработки документации изделия на основании анализа технического задания, результатов научно-исследовательских работ, опыта эксплуатации аналогов, и сравнительной оценки различных вариантов решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого изделия. 32

33 ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Принципиальное конструкторское решение об устройстве и принципе действия изделия Принципиальное конструкторское решение об устройстве и принципе действия изделия Изготовление опытных образцов. Назначение основных размеров Изготовление опытных образцов. Назначение основных размеров Эскизный проект Техническое предложение Техническое предложение Технический проект Эскизный проект – это совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия. 33

34 ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Разработка рабочей документации Разработка рабочей документации Окончательное техническое решение, дающее представление о конструкции аппарата и принципе его действия Окончательное техническое решение, дающее представление о конструкции аппарата и принципе его действия Изготовление макетов, исходные данные для разработки рабочего проекта Изготовление макетов, исходные данные для разработки рабочего проекта Эскизный проект Технический проект Технический проект – это совокупность конструкторских документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей конструкторской документации. 34

35 ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Установочная Серия Опытный образец Серийное производство Серийное производство Разработка рабочей документации Разработка рабочей документации Технический проект Опытный образец изделия это изделие изготавливаемое по вновь разработанной рабочей конструкторской документации для проверки его соответствия техническому заданию, последующей необходимой корректировки документации и подготовки технологического процесса изготовления основных частей изделия. 35

36 ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Установочная Серия Серийное производство Серийное производство Разработка рабочей документации Разработка рабочей документации Корректировка конструкторской документации Корректировка конструкторской документации Конец процедуры Конец процедуры Нет Да Изделие установочной серии – это изделие изготовленное по документации., уточненной после изготовления и по результатам испытания опытного образца для контроля его соответствия техническому заданию, проверки технологического процесса изготовления изделия и последующей, необходимой корректировки документации. Изделие серийного производства – изделие, изготавливаемое в условиях серийного производства периодически повторяющимися сериями по единой конструкторской документации. 36

37 ВИДЫ КОНСТРУКТОРСКИХ ДОКУМЕНТОВ Конструкторские документы Конструкторские документы Графические Текстовые 37

38 ВИДЫ КОНСТРУКТОРСКИХ ДОКУМЕНТОВ чертеж детали (без шифра) – документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля; сборочный чертеж (шифр СБ) – содержит изображение сборочной единицы и другие данные, необходимые для ее сборки (изготовления) и контроля; чертеж общего вида (шифр ВО) – определяет конструкцию изделия, взаимодействие его основных составных частей и поясняющий принцип работы изделия; теоретический чертеж (шифр ТЧ) – определяет геометрическую форму (обводы) изделия и координаты расположения составных частей; Графические 38

39 ВИДЫ КОНСТРУКТОРСКИХ ДОКУМЕНТОВ габаритный чертеж (шифр ГЧ) – определяет контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами; монтажный чертеж (шифр МЧ) – содержит контурное (упрощенное) изображение изделия, а также данные, необходимые для его установки на месте применения; схемы (без шифра) – это документы, на которых показаны в виде условных обозначений или изображений составные части изделия и связи между ними (технологическая, электрическая, гидравлическая, пневматическая, кинематическая и т. д.). Графические 39

40 ВИДЫ КОНСТРУКТОРСКИХ ДОКУМЕНТОВ Текстовые спецификация (без шифра), которая определяет состав сборочной единицы, комплекта, или комплекса; пояснительная записка (шифр ПЗ), которая содержит описание устройства и принципы действия изделия, а также обоснование принятых при его разработке технических и технологических решений; расчеты (шифр РР), которые содержат расчеты параметров и величин, например расчеты на прочность. 40

41 В зависимости от способа исполнения и характера использования конструкторские документы делятся на следующие основные виды: Оригинал – чертёж, служащий для изготовления подлинников Подлинник – чертеж, позволяющий многократно снимать копии и оформленный подписями должностных лиц. Дубликат – чертёж, повторяющий подлинник; предназначен для снятия копий. Копия –чертёж, идентичный подлиннику или дубликату; предназначен для непосредственного использования в производстве. ВИДЫ КОНСТРУКТОРСКИХ ДОКУМЕНТОВ 41

42 Чертежи деталей и спецификации шифров не имеют ОБОЗНАЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКТОРСКИХ ДОКУМЕНТОВ Каждому изделию и его конструкторским документам присваивается самостоятельное обозначение в соответствии с ГОСТ Устанавливается следующая структура обозначения изделий и его конструкторского документа: 42

43 СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА 43

44 СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА Исходные данные Ведущая научно- исследовательская организация Ведущая научно- исследовательская организация Основным документом при разработке проекта предприятия или сооружения химической промышленности являются исходные данные. Отраслевая - научно- исследовательская организация Отраслевая - научно- исследовательская организация Проектная организация Проектная организация техническое задание на проектирование техническое задание на проектирование 44 ЗАКАЗЧИК

45 Раздел 1. Общие сведения и технология Назначение целевого продукта. Сведения об эффективности технологии. Масштаб опытных установок. Раздел 2. Характеристика выполненных научно-исследовательских работ и опытных работ, положенных в основу исходных данных. Литературный обзор технологии. Обзор научно-исследовательских работ, выполненных по отдельным стадиям и узлам технологии. Краткая характеристика уровня техники и основные технические показатели по аналогичным производствам. Раздел 3. Технико-экономическое обоснование рекомендуемого метода производства. Перспективы производства и потребления Прогноз и потребности товарной продукции на перспективу Прогноз обеспеченности производства сырьем и материалами требуемого качества. Ориентировочный расчет себестоимости продукта и сравнение ее с себестоимостью аналогичного продукта, получаемого другими методами. Технико-экономические показатели производства. Возможные направления использования попутных продуктов и реализуемых отходов производства СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 45

46 Раздел 4. Патентный формуляр Обзор и обобщение патентной информации Раздел 5. Техническая характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов, основных и конечных продуктов. Целевое назначение и области применения основных продуктов Наименование ГОСТов, ТУ и других нормативных документов, регламентирующих качество исходного сырья, вспомогательных материалов и товарных продуктов Области применения товарных продуктов Раздел 6. Физико-химические константы и свойства исходных, промежуточных и конечных продуктов Раздел 7. Химизм, физико-химические основы и принципиальная технологическая схема производства Химизм процесса по стадиям Тепловые эффекты процессов Кинетические уравнения реакций Степень конверсии и выхода по стадиям производства Принципиальная технологическая схема производства с описанием процесса по стадиям СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 46

47 Раздел 8. Рабочие и технологические параметры производства Технологические параметры производства и их допустимый диапазон колебаний Условия приготовления и регенерации катализаторов Условия образования осадков, полимеров смол, пены, методы предотвращения их образования и удаления Рекомендации по характеру перемешивания реакционных смол Рекомендации по флегмовым числам и плотностям орошения для конкретных ректификационных и абсорбционных процессов Раздел 9. Материальный баланс производства Исходные данные для составления материального баланса по всему производству Таблицы материального баланса по стадиям производства с указанием составов промежуточных и конечных продуктов Раздел 10. Технологическая характеристика побочных продуктов и реализуемых отходов производства Техническая характеристика, свойства и составы побочных продуктов, ГОСТы, ТУ и другие нормативные документы Области применения и объемы потребления побочных продуктов Рекомендации по выбору тары, хранению и транспортировке Характеристика реализуемых отходов производства Технология переработки реализуемых отходов производства СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 47

48 Раздел 11. Математическое описание технологических процессов и аппаратов Общие математические модели реакторов и других технологических узлов и оборудования. Уравнения для расчета фазовых равновесий в системах пар-жидкость и жидкость- жидкость Раздел 12. Данные для расчета, конструирования и выбора основного промышленного технологического оборудования и защиты строительных конструкций Рекомендации по выбору конструкционных материалов для основного технологического оборудования Виды и скорости коррозии рекомендуемых конструкционных материалов в соответствующих средах Рекомендации и требования для конструирования и подбора основного технологического оборудования Рекомендации по применению оригинальных аппаратов. Технические проекты таких аппаратов, аналогия с аппаратами, испытанными на производстве Раздел 13. Рекомендации для проектирования автоматизации производства Перечень параметров, подлежащих контролю. Рекомендуемые точки и схемы автоматического регулирования. Рекомендации по применению автоматического управления производством (АСУП) с использованием ЭВМ СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 48

49 Раздел 14. Аналитический контроль производства Перечень точек отбора проб для анализа, периодичность анализов Перечень методик анализов с указанием ГОСТов и инструкций Рекомендации по выбору пробоотборных устройств Раздел 15. Методы и технологические параметры очистки химически и механически загрязненных сточных вод, обезвреживания газовых выбросов и ликвидации вредных отходов Количество и состав химически и механически загрязненных сточных вод по отдельным стадиям и узлам производства Технология первичной (локальной) очистки химически и механически загрязненных сточных вод Количество и состав газовых выбросов в атмосферу Рекомендации по получению товарной продукции из (или с помощью) сточных вод и газовых выбросов СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 49

50 Раздел 16. Мероприятия по технике безопасности, промсанитарии и противопожарной профилактике Перечень наиболее опасных мест в технологической схеме производства Возможные источники выделения вредностей, рекомендации по обеспечению полной герметичности оборудования, методы удаления вредных выделений Места возможных источников шумов и вибрации по технологическим причинам и методы их устранения или снижения до допустимых норм. Способы обезвреживания токсичных, взрыво- и пожароопасных продуктов в случаях аварий и разливов Токсикологическая характеристика веществ (исходных, промежуточных и конечных), имеющихся в производстве Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ Рекомендация по индивидуальным средствам защиты Пожаро-, взрывоопасные и пирофорные свойства веществ, встречающихся в производстве Рекомендации по продолжительности рабочего дня в зависимости от степени вредности условий труда Раздел 17. Указатель отчетов и рекомендуемой литературы по рассматриваемой технологии производства Перечень отчетов о работе опытных и полузаводских установок Перечень книг и статей в периодических изданиях, освещающих вопросы данной технологии СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 50

51 СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА 1. Характеристика раствора, поступающего на кристаллизацию: а) физико-химические свойства раствора, растворителя и растворенных веществ: зависимость растворимости смеси веществ от температуры, плотности растворов с различным содержанием растворенных веществ, теплоемкости раствора в зависимости от температуры и концентрации (при отсутствии возможности расчета); б) начальная концентрация растворенного вещества в растворе. 2. Температура процесса кристаллизации. Рекомендуемая скорость охлаждения. 3. Теплота кристаллизации для новых веществ, по которым отсутствуют данные в справочной литературе. ПРИМЕР 1 Перечень исходных данных для проектирования процессов кристаллизации 51

52 СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА 4. Характеристика получаемой суспензии: а) размер кристаллов (гранулометрический состав); б) твердость кристаллов; в) способность измельчаться при перемешивании или перекачке насосами. 5. Время кристаллизации с учетом времени роста кристаллов для получения удовлетворительно фильтруемых суспензий. 6. Данные для расчета материального и теплового балансов кристаллизации. ПРИМЕР 1 Перечень исходных данных для проектирования процессов кристаллизации 52

53 СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА 1. Характеристика электролита, поступающего на электролиз. Физико- химические свойства раствора (плотность, растворимость, электропроводность, теплоемкость и т. д.). 2. Характеристика продуктов электролиза жидких и газообразных (токсические свойства, взрывоопасные концентрации, плотность, растворимость, теплоемкость и т. д.). 3. Рекомендуемая конструкция электролизера на основе проведенных комплексных испытаний (сила тока, напряжение, плотность тока, выход по току, конструктивные материалы анодов, катодов, диафрагмы, оптимальный температурный режим, установочный чертеж электролизера). ПРИМЕР 2 Перечень данных для проектирования процессов электролиза 53

54 СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА 4. Инструкции по монтажу и эксплуатации электролизера, в том числе пуску, остановке. 5. Основные положения по технике безопасности и электрической безопасности. 6. Удельные расходные коэффициенты. 7. Кривые зависимости показателей электролиза от плотности тока (вольтаж, выход по току, расходы материалов и т. д.), для возможности выявления оптимального режима в конкретных экономических условиях. 8. Инструкции по ремонту электролизеров и необходимые рекомендации для проектирования ремонтных мастерских (замена диафрагм, анодная мастерская, пропитка, заливка стержней и т. п.). ПРИМЕР 2 Перечень данных для проектирования процессов электролиза 54

55 СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА 9. Мероприятия по борьбе с токами утечки при прокладке трубопроводов, отборе проб и т. п. 10. Рекомендуемые материалы для трубопроводов и арматуры. 11. Рекомендуемые приборы контроля, регулирования, дистанционного управления, местные и вынесенные на щит и т. п. 12. Межремонтный пробег электролизера. 13. Материальный, тепловой, энергетический и эксергетический баланс электролизера при принятых режимных условиях его работы. ПРИМЕР 2 Перечень данных для проектирования процессов электролиза 55

56 ВЫБОР И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА 56

57 ВЫБОР И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА Задача создания технологической схемы нового производства - разработка комплекса взаимосвязанных процессов, обеспечивающих получение требуемых продуктов нужного качества при минимальной себестоимости. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 57

58 ВЫБОР И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА Исходные данные для разработки технологической схемы : задание на проектирование; материал предпроектной проработки (предполагаемый район строительства, мощность производства, сведения по технологии действующих производств или их аналогов и т.д.); общие данные по заводу (температура воздуха, воды, условия выброса сточных вод в общезаводскую канализацию, сброса отходящих газов в атмосферу, вывозка шлаков и отходов, особые условия и т.д.); рецептурные материалы к проектированию (регламент и все из­менения и дополнения к нему, отчеты о научно-исследовательских разработках, материалы из учебников, монографий, справочников, периодических изданий, авторских свидетельств и патентов, материалы по обследованию родственных производств; систематизируется литература по методам расчета основных технологических процессов и аппаратов, которые будут использоваться при проектировании); уточненные ограничивающие параметры (запрещение использовать в виде промежуточных продуктов в технологической схеме канцерогенных или мутагенных веществ), выбор мероприятий, позволяющих исключить использование сильнодействующих ядовитых веществ, технико-экономические ограничения и т.д. 58

59 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ Операционная технологическая схема - графическое схематичное системное представление последовательности и взаимодействия технологических процессов, материальных и технологических потоков. ОТС хzy – вектор входных параметров (сырьё); – вектор выходных параметров (количество и качество готового продукта); – вектор режимных параметров (температура, давление, расход и др.); 59

60 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ Элемент ОТС – это аппарат, в котором протекает химико- технологический процесс. реактор аппарат межфазного обмена теплообменник смеситель распределитель компрессор (аппарат типа сжатие-расширение) Элементы операционной технологической схемы (ОТС) Схема ОТС дает только общее представление о характере проектируемого производства, поэтому следующим этапом является составление операционных блок-схем отдельных стадий производства 60

61 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ Блок-схема показывает технологическую связь между стадиями какого-либо производства. Подготовка сырья; Проведение химического превращения; Выделение и очистка целевого продукта; Создание товарной формы целевого продукта. 61

62 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 1 подготовка сырья; 2 химическое превращение; 3 выделение не превращенного сырья; 4 выделение и очистка целевого продукта; 5 придание товарной формы целевому продукту; 6 регенерация и очистка непревращенного сырья; 7 регенерация и очистка вспомогательных веществ; 8 обезвреживание отходов. Примерная схема стадий технологического процесса: 62

63 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ Следующим этапом детализации блок-схемы является разбивка каждой стадии процесса на отдельные физико-химические и химические операции: подача и выдача газообразных, жидких и твердых веществ с их дозировкой, разбавлением или концентрированием Стадии подготовки сырья растворение, кристаллизация, прос­тая перегонка и ректификация, экстракция, абсорбция, адсорбция, десорбция; Массообменные процессы осаждение, фильтрование, цент­ рифугирование; Гидромеханические процессы 63

64 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ нагревание, охлаждение, испарение, конденсация, выпаривание, сушка; Теплообменные процессы дробление, измельчение, классификация и дозирование твердых веществ; транспортирование и перемешивание жидкостей; Механические процессы хлорирование, нитрование, окисление, восстановление, гидрирование, пиролиз и т.д. Химические процессы 64

65 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА После разработки операционной схемы приступают к составлению принципиальной технологической схемы, состоящую из ряда технологических узлов. Технологический узлел - аппарат (машина) или группа аппаратов с обвязочными трубопроводами и арматурой, в которых начинается и полностью заканчивается один из физико-химических или химических процессов 65

66 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА сборники, мерники, насосы, компрессоры, газодувки, сепараторы, теплообменники, ректификационные колонны, реакторы, котлы-утилизаторы, фильтры, центрифуги, отстойники, дробилки, классификаторы, сушилки, выпарные аппараты, трубопроводы, арматура трубопроводов, предохранительные устройства, датчики и приборы контроля и автоматизации, исполнительные и регулирующие механизмы и устройства Объекты технологических узлов: Указанные аппараты и машины выпускаются промышленностью и стандартизовано 66

67 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА При составлении технологической схемы учитывается ряд обязательных задач: Обеспечение охраны труда и техники безопасности Условия массопередачи потоков продуктов (полупродуктов) между химическими аппаратами Выбор тепло- и хладоносителей 67

68 В технологической схеме должны предусматриваться: средства предотвращения превышения давления: предохранительные клапаны, взрывные мембраны, гидрозатворы, аварийные емкости системы создания защитной атмосферы, системы аварийного охлаждения и т.д. На трубопроводе должна быть предусмотрена запорная арматура с ручным или механическим приводом (вентили, задвижки), а для отключения регулирующих клапанов обводные (байпасные) линии. Обеспечение охраны труда и техники безопасности 68

69 На этапе синтеза технологической схемы решается вопрос об уменьшении затрат на перекачку продуктов. Необходимо максимально использовать самотек для транспортировки жидкостей из аппарата в аппарат. Поэтому предусматривается необходимое превышение одного аппарата над другим. Условия массопередачи потоков продуктов (полупродуктов) между химическими аппаратами 69

70 В качестве теплоносителей в зависимости от назначения производственных процессов могут применяться самые разнообразные газообразные, жидкие и твердые вещества. Экономически выгодно основное количество тепла передать дешевыми хладоносителями: воздух и оборотная промышленная вода. Остаточное тепло снимается дорогими хладоагентами: захоложенная вода, рассол, жидкий аммиак и т.п. Самыми дешевыми теплоносителями являются топочные газы, но они не транспортабельны Выбор тепло- и хладоносителей 70

71 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА Особое внимание при проектировании технологической схемы следует уделять обвязке ее отдельных узлов. Обвязка узла абсорбции: IIV основные трубопроводы; 1 абсорбер; 2 насос; 3 холодильник абсорбента Нормальная работа узла абсорбции зависит от постоянства температуры, давления и от соотношения количества газа и абсорбента ПРИМЕР 1 71

72 На линии подачи газа (I): диафрагма расходомера, пробоотборник, бобышка для замера давления и бобышка для замера температуры. На линии выхода газа (II): диафрагма расходомера, пробоотборник, бобышка для замера температуры, бобышка для замера давления, регулирующий клапан, поддерживающий постоянное давление в абсорбере. На линии подачи свежего абсорбента (III): диафрагма расходомера, или ротаметр, пробоотборник, бобышка для замера температуры, регулирующий клапан, связанный с регулятором соотношения газа и абсорбента. На линии вывода насыщенного абсорбента (IV): диафрагма расходомера или ротаметр, бобышка для замера температуры, регулирующий клапан, связанный с регулятором уровня жидкости в нижней части абсорбера. ПРИМЕР 1 72

73 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА Окончательная технологическая схема составляется после разработки всех разделов проекта и вычерчивается на стандартных листах бумаги в соответствии с требованием ЕСКД (Единая система конструкторской документации). После этого составляется описание технологической схемы, которая снабжается спецификацией, где указывается количество всех аппаратов и машин. Резерв оборудования выбирается с учетом графика проведения планово-предупредительного ремонта и свойств технологического процесса. 73

74 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА Описание технологической схемы является частью расчетно-пояснительной записки, в которой отражено: Сырье: способы подачи в цех, место хранения, вид первичной обработки, способы дозирования и загрузки в аппараты. Технологические операций: конструкция аппарата, способы загрузки и выгрузки, характеристики протекающего процесса, способ проведения (периодический, непрерывный), основные параметры процесса (температура, давление и др.), методы контроля и регулирования, отходы и побочные продукты. внутрицеховая и межцеховая транспортировка продуктов. Графический материал: схемы, аппараты и машины с указанием присвоенных им по схеме номеров. Анализ надежность разработанной технологической схемы и способы, применяемые для повышения ее устойчивости. 74

75 РАЗМЕЩЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Размещение технологического оборудования на чертежах компоновки цеха. При размещении руководствоваться принципами группировки Группировка оборудования для процессов с аналогичными вредными выделениями; Определение типов и количество агрегатов, направление потоков и их взаимное высотное расположение; 75

76 РАЗМЕЩЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Принципы группировки оборудования: Возможность размещение на открытых площадках Эксплуатация аппаратов сопряжена с выделением пыли, вибрации и выделение агрессивных веществ Аппараты размещаемые на наружных установках снабжаемых водой Крупногабаритное и тяжелое оборудование Аппараты с высоко расположенными люками, штуцерами и перемешивающими устройствами. В одном помещении не следует объединять оборудование с различными по категории выделениями. При несоблюдении этого принципа приходится, например насос, перекачивающий воду, но расположенный рядом с углеводородным насосом снабжать электродвигателем во взрывобезопасном исполнении. 76

77 РАЗМЕЩЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Cтройность, симметричность, максимальная упорядоченность размещения всех аппаратов и машин - основной критерий оценки расположения оборудования В каждом технологическом помещении они должны образовывать вертикальные и горизонтальные ряды с одним или несколькими основными проходами шириной 12 м и удобными подходами к каждому агрегату, ширина которых в свету не менее 0,8 м. В качестве основных проходов и проездов целесообразно использовать перекрытия каналов, проходящих вдоль по цеху 77

78 РАЗМЕЩЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Расстановка аппаратов на нулевой и других отметках должна производится так, чтобы обеспечить возможность прохождения пучков трубопроводов, подвешиваемых к перекрытиям. Этому могут помешать аппараты, по какой-либо причине выдвинутые из общего ряда. 78

79 РАЗМЕЩЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ При конструировании нового производства в машинном зале большой протяженности рекомендуется через 4050 м предусмотреть монтажные площадки длиной 6-12 м, на которых впоследствии можно будет установить дополнительное оборудование. Для проведения чисток, устранения неплотностей, смены изнашивающихся деталей должны быть предусмотрены рабочие площадки и подъемно-транспортное оборудование. 79

80 РАЗМЕЩЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ При установке оборудования в цехе необходимо соблюдать правила: основные проходы по фронту обслуживания щитов управления должны быть шириной не менее 2 м; основные проходы по фронту обслуживания и между рядов машин (компрессоров, насосов, местных контрольно-измерительных приборов и т.д.) при наличии постоянных рабочих мест должны быть не менее 1,5 м; проходы между компрессорами должны быть не менее 1,5 м, а между насосами не менее 1 м; 80

81 РАЗМЕЩЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ расположение оборудования на открытом воздухе и внутри здания должно обеспечивать свободный проход к аппаратам, шириной не менее 1 м со всех сторон; свободный доступ к отдельным узлам управления аппаратами; наличие ремонтных площадок с размерами, достаточными для разборки и чистки аппаратов и их частей (без загромождения рабочих проходов, основных и запасных выходов и площадок лестниц). 81

82 РАЗМЕЩЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Для предотвращения влияния вибрации, вызываемой работой ряда машин, необходимо соблюдать следующие условия: фундаменты под компрессоры должны быть отделены от конструкции здания (фундаментов, стен, перекрытий и т.д.); при необходимости должна применяться изоляция фундаментов, предохраняющая их от вибрации, и т. п. Вибрационная мельница Фундамент под промышленное оборудование 82

83 Лекция 4 ЭСКИЗНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ Лекция 4 ЭСКИЗНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ 83

84 Эскизный проект – первый этап проектирования, который разрабатывают с целью установления принципиальных (конструктивных, схемных и др.) решений изделия, дающих общее представление о принципе работы и (или) устройстве изделия, когда это целесообразно сделать до разработки технического проекта или рабочей документации. ЭСКИЗНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ ГОСТ : ЕСКД Эскизный проект. Основные положения 84

85 ЭСКИЗНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ Не стандартизованная аппаратура конструкции котельно- сварного типа Стандартизованная аппаратура компрессоры, насосы, центрифуги, фильтры, машины для переработки пластмасс и т.д. Химическое оборудование 85

86 При подборе оборудования для оснащения нового производства следует стремиться к максимальному использованию типового, стандартизованного, серийно выпускаемого оборудования. Целесообразно проводить разработку аппаратов, специально приспособленных для работы в конкретном производстве. К такому оборудованию в основном относятся: емкостная аппаратура, реакторы, некоторые теплообменники, аппараты колонного типа. Рабочие чертежи аппаратов и оснастка для их изготовления разрабатываются в конструкторских бюро машиностроительных заводов. Основанием для разработки служит технический проект аппаратов, предлагаемых для заказа, состоящий из расчетов и чертежей общего вида и наиболее ответственных узлов. ЭСКИЗНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ 86

87 ЭСКИЗНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ Технический проект нестандартизованного аппарата Технический проект нестандартизованного аппарата Конструкторский отдел института Конструкторский отдел института Специализированная проектная организация Специализированная проектная организация Основанием для разработки технического проекта служит задание соответствующего механо-технологического отдела. Задание состоит из эскиза общего вида аппарата и его краткой технической характеристики. 87

88 ЭСКИЗНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ В процессе эскизной проработки конструкции аппарата механики совместно с технологами выполняют следующую работу: разрабатывают мероприятия, обеспечивающие заданный технологический режим; определяют материал аппарата и его отдельных узлов; выясняют возможность применения типовых узлов и целых агрегатов; проверяют соответствие основных размеров аппаратов, определенных в процессе технологического расчета, действующим ГОСТ и стандартам; разрабатывают детали и приспособления, облегчающие транспортировку аппарата, его монтаж, обслуживание в процессе эксплуатации и демонтаж; разрабатывают мероприятия по безопасной эксплуатации проектируемого оборудования. 88

89 ЭСКИЗНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ Исходные данные для эскизного проектирования: рабочие параметры процесса (давление и температура); физические и химические свойства перерабатываемых веществ, особенно агрессивность при рабочих условиях; максимальные расходы через различные элементы аппарата; основные размеры аппарата, определяемые в процессе технологического расчета оборудования (например, диаметр ректификационной колонны, количество тарелок, расстояние между ними и т.п.); 89

90 ЭСКИЗНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ Исходные данные для эскизного проектирования: характеристика помещения в соответствии с правилами устройства электропривода; сведения о характере технологического процесса (непрерывный или периодический); способы эксплуатации аппарата; опыт эксплуатации аналогичных аппаратов; особенности строительных конструкций, на которых предполагается установить аппарат. 90

91 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Реакторы При эскизном конструировании реактора учитываются : 1. Температура процесса и точность ее регулирования Обуславливает способ обогрева аппарата и выбор теплоносителя. Необходимо руководствоваться МН «Сосуды стальные. Технические условия» и материалами Госгортехнадзора 2. Давление. Обуславливает форму аппарата и его материал 3. Интенсивность теплообмена Обуславливает размеры и вид теплопередающей поверхности, конструкция изоляции. 4. Консистенция обрабатываемых материалов Определяет конструктивное оформление расчетной поверхности теплообмена и конструкцию приспособления для перемешивания 91

92 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Реакторы При эскизном конструировании реактора учитываются 5. Интенсивность перемешивания Определяет устройство диффузоров, специальных перегородок, мешалок с большим числом оборотов. 6. Химические свойства перерабатываемого материала, от которого зависит выбор материала реактора. 7. Непрерывность или периодичность процесса. 8. Удобство монтажа и ремонта аппарата, простота его изготовления. 9. Доступность конструкционных материалов и вида конструкционного материала. 10. Агрегатное состояние обрабатываемых материалов. 92

93 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Реакторы Реактор должен удовлетворять требованиям: иметь необходимый реакционный объем, обеспечивать определенный гидродинамический режим движения реагентов, создавать требуемую поверхность контакта взаимодействующих фаз, поддерживать необходимый теплообмен в процессе, уровень активности катализатора и т. д. При обосновании выбора реакционного аппарата для проведения того или иного процесса необходимо учитывать возможность конструктивного осуществления этого аппарата. Поэтому полезно иметь представление об основных конструктивных типах реакторов, используемых в промышленности. 93

94 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Реакторы Классификация реакторов по режиму движения реакционной массы и виду поверхности теплообмена. Режим движения реакционной массы Способ осуществления движения Поверхность теплообмена Полное перемешивание Механическое Мешалка Печь с полками Автоклав с рубашкой Вращение реактора Барабан- Диффузия или конвекция Реакционная камера, печь с полками - Смешанный (один из реагентов движется с минимальной поперечной диффузией, остальные – перемешиваются) Конвекция Доменная печь- Пневматическое Реактор с движущимся слоем Барботаж Реактор с барботажем 94

95 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Реакторы Классификация реакторов по режиму движения реакционной массы и виду поверхности теплообмена. Режим движения реакционной массы Способ осуществления движения Поверхность теплообмена Полное вытеснение (реагенты движутся с минимальной поперечной диффузией) Прямоток Реактор адиабатический Каталитический реактор с неподвижным слоем Противоток Колонна с насадкой - Реакционная колонна с тарелками - Ротационная печь 95

96 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Реакторы Выбор типа и конструкции оборудования - один основных этапов в реализации химико-технологического процесса. Конструктивная классификация подразделяет всю реакционную аппаратуру на следующие типы: а)реакционно-массообменное оборудование; б)колонное оборудование; в)печи. г)теплообменное оборудование; 96

97 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Реакционно-массообменное оборудование реакторы; кристаллизаторы; диссольверы; выпарные, дистилляционные и ректификационные аппараты; абсорберы и адсорберы (в т.ч. технологические хроматографы); ионообменники; мембранные, электро- и магнитофоретические аппараты. 97

98 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Реакционно-массообменное оборудование Гидродинамический режим движения реагентов: Полное смешение Агрегатное состояние реагентов Поверхность теплообмена Пример технологического применения Без поверхности С наружной поверхностью С внутренней поверхностью Ж+++Диазотирование Г-Ж+++ Хлорирование производных этилена Ж-Ж+++ Сульфирование бензола Ж-Г+++ Получение суперфосфата 98

99 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Колонное оборудование Колонные аппараты применяются для проведения процессов, требующих осуществления наиболее полного контакта между продуктами,обрабатываемыми жидко стью и газом или паром. 99

100 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Колонное оборудование Гидродинамический режим движения реагентов: Полное вытеснение Агрегатное состояние реагентов Поверхность теплообмена Пример технологического применения Без поверхности С наружной поверхностью С внутренней поверхностью Г-Г/Т +Окисление этилена Г-Т+ Обжиг ивестняка Ж-Т+ Ионный обмен Г-Т+ Газификация твердых топлив Г-Т+ Обжиг пирита 100

101 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Колонное оборудование Гидродинамический режим движения реагентов: Полное вытеснение Агрегатное состояние реагентов Поверхность теплообмена Пример технологического применения Без поверхности С наружной поверхностью С внутренней поверхностью Г-Ж+ + Окисление углеводородов Г-Ж+ Нейтрализация аммиака Г-Ж+++ Окисление n-ксилола Г-Ж+ Получение сульфата аммония Г-Г/Т+ Дегидрогенизация этилбензола, пиролиз бутана 101

102 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Печи 102 Печи классифицируют: Термотехнологическим; Теплотехнологическим; Механическим характеристикам. Основные показатели работы печи: Производительность; Тепловая мощность; Кпд.

103 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Печи Гидродинамический режим движения реагентов: Полное вытеснение Агрегатное состояние реагентов Поверхность теплообмена Пример технологического применения Без поверхности С наружной поверхностью С внутренней поверхностью Г-Т++ Окисление руд Г-Т+ + Обжиг пирита Ж-Т Разложение карбида кальция водою в ацетилен Г-Г+ + Окисление углеводородов в олефин и диолефин 103

104 ОСОБЕННОСТИ ЭСКИЗНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП АППАРАТОВ Теплообменное оборудование Теплообменник устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры. 104

105 Лекция 5 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Лекция 5 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ 105

106 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Графическое представление химических установок позволяет наглядно отобразить принцип действия и конструктивное исполнение оборудования или соответствующего технологического процесса. Схема дает обзор всех аппаратов, машин и арматуры, входящих в состав данной химической установки. Типы схем: Основная технологическая схема; Блок – схема технологического процесса; Мнемосхема трубопроводов и аппаратуры; Каждая из них является источником минимальной (базовой) информации, но, помимо этого, предоставляет и некую дополнительную информацию, содержащуюся только в данной схеме. 106

107 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Основная технологическая схема демонстрирует в простой графической форме базовые технологические операции, а также путь прохождения вещества с указанием исходных материалов и продукта на выходе. Схема простроена таким образом, что исходные вещества представлены в левой части схемы, по центру ее расположены выполняемые технологические операции, а справа указываются конечные продукты. При этом жидкие и твердые отходы показаны с отводом вниз, а газообразные – с отводом вверх. Основная технологическая схема 107

108 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Основная технологическая схема с базовой информацией содержит заключенные в соответсвющие прямоугольники (блоки) названия основных выполняемых операций, наименования исходных материалов и конечного продукт, а также пути прохождения основных веществ. Рисунок 1. Основная технологическая схема с базовой информацией. Основная технологическая схема 108

109 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ В основной технологической блок – схеме с дополнительной информацией называются, помимо прочего, объемы расходуемых веществ и затрат используемых энергоносителей, а также характерные рабочие условия. Рисунок 2. Основная технологическая схема с дополнительной информацией. Основная технологическая схема 109

110 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Блок-схема процесса химической технологии – отражает процесс химмической технологии с указанием в виде графических символов всех используемых аппаратов и маши, а также отображением линий протекания массных и энергетических потоков. Блок-схема процесса химической технологии Рисунок. 3. Блок – схема процесса химической технологии с базовой информацией. 110

111 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ В качестве базовой информации эта схема содержит следующие данные: Вид требуемых для проведения процесса аппаратов и машин в сопровождении графических символов и условных обозначений (приводные механизмы не указываются); Пути протекания исходных материалов и конечного продукта, а также веществ и энергии или соответственно энергоносителей в рамках данного процесса, включая названия веществ и энергоносителей; Типичные рабочие условия. Блок-схема процесса химической технологии 111

112 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ В качестве дополнительной информации схема процесса может содержать: Наименования и количества веществ и энергоносителей, необходимых для данного процесса; Расположение наиболее важной арматуры; Назначение КИПиА на самых важных участках установки; Дополнительные рабочие условия; Характеристические параметры аппаратов и машин (кроме приводных); Монтажную высоту основных аппаратов и машин; Иногда – характеристики приводных механизмов (на отдельных листах). Блок-схема процесса химической технологии 112

113 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Эта схема отображает всю химическую установку, включая оснащение арматурой и трубопроводами, а также КИПиА с указанием назначения отдельных контрольно-измерительных приборов. Для данной схемы используются уже известные графические символы, соединенные линиями, отображающими пути прохождения веществ, энергоносителей и сигналов. Мнемосхема трубопроводов и встроенных приборов 113

114 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Мнемосхема трубопроводов и встроенных приборов В качестве базовой информации рассматриваема мнемосхема содержит: Виды аппаратов и машин; Обозначения аппаратов и машин с указанием их характеристик; Указание условных проходов, ступеней давления, названий материалов и исполнений трубопроводов; Сведения об изоляции элементов установки; Назначение КИПиА. 114

115 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Мнемосхема трубопроводов и встроенных приборов В качестве добавочной информации блок – схема может содержать: Пути прохождения энергоносителей, их название и расход; Обозначение арматуры и важнейших контрольно – измерительных приборов; Монтажную высоту аппаратов и машин; Материалы, используемые для изготовления аппаратов и машин. 115

116 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Мнемосхема трубопроводов и встроенных приборов Графические символы для арматуры состоят из условных обозначений исполнительного элемента и сервопривода: Рисунок 5. Арматура с сервоприводом 116

117 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Мнемосхема трубопроводов и встроенных приборов Ненадежные в работе регулировочная арматура и аппараты в местах перед входом и после выхода снабжены задвижками, позволяющими демонтировать это оборудование без отключения всей установки или общего сбоя в работе в случае избыточного давления на этих сомнительных участках. ПРИМЕР 1 Рисунок 6. Демонтированный насос 117

118 ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Мнемосхема трубопроводов и встроенных приборов Особенно важную арматуру следует по возможности так встраивать в трубопроводную сеть, чтобы в случае неисправности их можно было демонтировать без остановки всей установки. Для этой цели прокладывают байпасную линию ( обводной трубопровод ) ПРИМЕР 2 Рисунок 7. Демонтированный клапан с байпасом 118

119 Мнемосхемы трубопроводов и встроенных приборов технических установок Установка для перекачивания жидкости Арматура отмечается в мнемосхеме с помощью принятых условных обозначений. Способ обозначения: Буква латинского алфавита, номера трубопровода и двухразрядного числа. где буквенное обозначение: V – запорный клапан, S – задвижка, Н – кран, К – заслонка. V305 - клапан в трубопроводе 3 с порядковым номером 05. ПРИМЕР 1 119

120 Мнемосхемы трубопроводов и встроенных приборов технических установок Установка для перекачивания жидкости Рисунок 8. Мнемосхема трубопроводов и встроенных приборов перекачивающей установки ПРИМЕР 1 120

121 Мнемосхемы трубопроводов и встроенных приборов технических установок Установка для приготовления раствора Рисунок 9. Схема установки для приготовления раствора ПРИМЕР 2 121

122 Мнемосхемы трубопроводов и встроенных приборов технических установок Установка для приготовления раствора Для улучшения растворимости смесь нагревается в аппарате- растворителе В1 посредством обогреваемого паром теплообменника W2. Подача греющего пара дозируется регулируемым клапаном с приводом от электродвигателя, причем в случае его неисправности можно воспользоваться ручным управлением на основе байпаса. Слив конденсата осуществляется через конденсатоотводчик. В результате нагревания в аппарате В1 испаряется часть растворителя, которая конденсируется в теплообменнике W1 с последующей рекуперацией. Полученный раствор отводится из резервуара с помощью центробежного насоса ПРИМЕР 2 122

123 Мнемосхемы трубопроводов и встроенных приборов технических установок Химическая установка с реакторами и разделительной колонной Рисунок 10. Блок – схема химической установки ПРИМЕР 3 123

124 Лекция 6 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) Лекция 6 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 124

125 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) Deutsches Institut für Normung e.V. (Hrsg.). DIN-28004, Teil 1-4: Fließbilder verfahrenstechnischer Anlagen (1988) Немецкий институт по стандартизации е.В. (ред.). DIN 28004, часть 1-4: Блок-схемы технологических установок (1988) 125

126 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 126

127 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 127

128 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 128

129 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 129

130 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 130

131 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 131

132 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 132

133 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 133

134 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 134

135 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 135

136 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 136

137 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 137

138 Графические символы технологических установок (выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429) 138

139 Лекция 7 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Лекция 7 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 139

140 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Требования к материалам химических установок: 1. Высокая механическая прочность. 2. Достаточно высокая химическая или коррозионная стойкость в различных средах 3. Большая теплопроводность и низкая теплоемкость материала. 4. Относительная доступность, распространенность материала. 5. Невысокая стоимость материала. 140

141 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Деление материалов на группы в зависимости от состава и общих характеристик : Рисунок 1. Классификация материалов по группам 141

142 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Вспомогательные материалы и энергия: Для эксплуатации химических установок и содержания их в исправности, а также для обработки конструктивных деталей требуются определенные вспомогательные материалы и генерирующие энергию вещества Рисунок 2. Вспомогательные и энергетические материалы 142

143 Железоуглеродные сплавы с массовой долей углерода от 2,03 до 5,7 %. Получают в результате доменного процесса из железной руды. менее 4,25 % углерода, доэвтектические более 4,25 % углерода, заэвтектические Плотность и теплоёмкость почти не отличаются от сталей. Имеют большую теплопроводность – (45…93) Вт/м.К. Высокоферромагнитны. Плотность и теплоёмкость почти не отличаются от сталей. Имеют большую теплопроводность – (45…93) Вт/м.К. Высокоферромагнитны. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Чугуны Достоинства: 1. Легко обрабатывать 2. Гладкие поверхности 3. Устойчивые защитные покрытия Недостатки: 1. Хрупкость и несвариваемость 2. Толстые стенки оборудования 3. Массивные аппараты тепловая инерция 4. Низкая химстойкость в водных средах, особенно в кислых 143

144 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Стали Стали – это тяжелые и твердые металлы высокой прочности. Из сталей производят аппараты, трубопроводы, арматуру разного рода, детали машин и несущие конструкции. Углеродистые стали Легированные стали 144

145 Железоуглеродные сплавы с массовой долей углерода не более 2,03 %. Получают в результате конвертерных процессов из чугуна или непосредственно из железной руды. Спокойные (Сп) Кипящие (Кип) твёрдый раствор α-, β-, γ- и δ-карбидов железа (феррит, цементит, мартенсит и аустенит) в железе. Плотность - (7,7-7,9)*10³ кг/м³ Удельная теплоемкость - 0,11 кал/град Коэффициент теплопроводности - 39 ккал/м*час*град Высокоферромагнитны. твёрдый раствор α-, β-, γ- и δ-карбидов железа (феррит, цементит, мартенсит и аустенит) в железе. Плотность - (7,7-7,9)*10³ кг/м³ Удельная теплоемкость - 0,11 кал/град Коэффициент теплопроводности - 39 ккал/м*час*град Высокоферромагнитны. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Углеродистые стали Достоинства: 1. Легко обрабатывать 2. Высокая прочность 3. Доступность 4. Устойчивы к щелочам до 200 С, аммиаку, концентрированной серной кислоте Недостатки: Низкая химстойкость в водных средах, особенно в кислых в том числе в органических кислотах 145

146 Стали, содержащие следующие добавки, называют легированными Обозначение легирующих элементов: Х –хром; Н – никель; Т – титан; М – молибден; Г – марганец; Ю – алюминий; Ф - вольфрам; С – кремний; Д – медь; Б – ниобий; А – азот. Обозначение легирующих элементов: Х –хром; Н – никель; Т – титан; М – молибден; Г – марганец; Ю – алюминий; Ф - вольфрам; С – кремний; Д – медь; Б – ниобий; А – азот. Низколегированные > 2% Низколегированные > 2% Высоколегированные % Плотность - (7,90-7,98)*10³ кг/м³ Коэффициент теплопроводности - (8…20) Вт/(м.К) Высоколегированные парамагнитны или диамагнитны. Плотность - (7,90-7,98)*10³ кг/м³ Коэффициент теплопроводности - (8…20) Вт/(м.К) Высоколегированные парамагнитны или диамагнитны. Среднелегированные 2-10 % МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Легированные стали Недостатки: 1. Низкая химстойкость к элементарным галогенам в водных средах, в апротонных растворителях фтор. 2. Высокая стоимость. 3. Затруднена обработка Достоинства: 1. Высокая прочность 2. Устойчивы к щелочам до 200 С, аммиаку, концентрированной серной кислоте, повышенная коррозионная стойкость к разбавленным кислотам 146

147 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Тяжелые металлы (плотность >5 кг/дм 3 ) К тяжелым металлам относятся: медь, цинк, хром, никель и др. Они используются в большинстве случаев с учетом их особых свойств, характерных только для данного вида материала: медь (благодаря ее хорошей электропроводности) для из­готовления обмоточных проводов и электрокабелей, хром и никель (благодаря их высокой коррозионностойкости) в качестве легирующих элементов в сталях. 147

148 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Тяжелые металлы: медь и ее сплавы Один из двух окрашенных металлов. Мягкий металл. Латуни Плотность - 8,910*10³ кг/м³ Коэффициент теплопроводности Вт/(м·К) Диамагнетик Плотность - 8,910*10³ кг/м³ Коэффициент теплопроводности Вт/(м·К) Диамагнетик Стандартный потенциал реакции окисления меди U 0 (Cu 0 Cu 2+ ) = 0,34 В. Медь устойчива к действию воды и разбавленных водных растворов кислот, щелочей и солей. Неустойчива в растворах аммиака и аминов (особенно алифатических), к окислителям (азотной кислоте, концентрированной серной кислоте, растворам бихроматов). Стандартный потенциал реакции окисления меди U 0 (Cu 0 Cu 2+ ) = 0,34 В. Медь устойчива к действию воды и разбавленных водных растворов кислот, щелочей и солей. Неустойчива в растворах аммиака и аминов (особенно алифатических), к окислителям (азотной кислоте, концентрированной серной кислоте, растворам бихроматов). Бронзы Маркировка Латуни. ЛАЖ Бронзы. БрАЖН | | | | | |____ (1…2) % Fe | | | | | | |____ (3,5…5,5) % Ni | | | | |______(1…2) % Al | | | | | |______(3,5…5,5) % Fe | | | |_________(59…61) % Cu | | | | |_________(9…11) % Al | | |____________ железо | | | |____________ никель | |_____________ алюминий | | |_____________ железо |_______________ латунь | |_______________ алюминий |__________________ бронза 148

149 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Тяжелые металлы: никель, кобальт и их сплавы Никель и кобальт – элементы подгруппы железа инвар, коинвар, маллой, пермаллой, супермаллой – сплавы сжелезом Плотность - 8,900*10³ кг/м³ Коэффициент теплопроводности - 90,9 Вт/(м·К) Сплавы имеют высокие магнитные свойства. Плотность - 8,900*10³ кг/м³ Коэффициент теплопроводности - 90,9 Вт/(м·К) Сплавы имеют высокие магнитные свойства. Антикоррозионыые покрытия, магнитопроводы Достоинства: 1. Высокая прочность и твердость 2. Коррозионная стойкость Недостатки: 1. Высокая стоимость. 2. Токсичность соединений 149

150 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Легкие металлы (плотность < 5 кг/дм 3 ) К легким металлам относят, в частности, алюминий, магний и титан. Это легкие металлы высокой прочности с хорошей теплопроводностью. Их основная область применения легкие конструктивные детали и емкости для транспортировки разных веществ. алюминиймагнийтитан 150

151 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Легкие металлы: титан и его сплавы Плотность - 4,550*10³ кг/м³ Коэффициент теплопроводности Вт/(м·К) Четвёртый по распространённости из металлов – 0,58 % в земной коре. Присутствует всегда вместе с другими элементами в виде оксидов, смешанных фосфатов и силикатов в т.н полиметаллических рудах; относится к рассеянным элементам. 90% запасов и 80% производства в РФ Титан легируют добавками Al, Mo, Ta, Nb, Zn, Cu, Pd, Pt. Устойчив в нейтральных и кислых водных средах; газообразных – HCl, NH 3, H 2 S, в растворах NaOH и KOH до 20 %. Менее стоек в растворах окисляющих и органических кислот, крепких щелочей. Нестоек в растворах HF и HCl при T>50 О С; Присутствие окислителей - бихроматов, перманганатов в среде повышает коррозионную стойкость. Исключительно стоек в морской воде и морской атмосфере. Легирование – особенно цирконием, молибденом и танталом - повышает коррозионную стойкость титановых сплавов в (2…200) раз. В некоторых органических средах титановые сплавы более стойки, чем даже стали класса Х18Н10Т. Титан легируют добавками Al, Mo, Ta, Nb, Zn, Cu, Pd, Pt. Устойчив в нейтральных и кислых водных средах; газообразных – HCl, NH 3, H 2 S, в растворах NaOH и KOH до 20 %. Менее стоек в растворах окисляющих и органических кислот, крепких щелочей. Нестоек в растворах HF и HCl при T>50 О С; Присутствие окислителей - бихроматов, перманганатов в среде повышает коррозионную стойкость. Исключительно стоек в морской воде и морской атмосфере. Легирование – особенно цирконием, молибденом и танталом - повышает коррозионную стойкость титановых сплавов в (2…200) раз. В некоторых органических средах титановые сплавы более стойки, чем даже стали класса Х18Н10Т. 151

152 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Плотность - 2,702*10³ кг/м³ Коэффициент теплопроводности Вт/(м·К) Самый распространённый из металлов – 7,4 % в земной коре; присутствует в виде оксидов, смешанных фосфатов и силикатов Стойкость алюминия определяется образованием оксидных плёнок, существующих в диапазоне рН=(3…9). Устойчив в нейтральных и кислых водных средах; газообразных – HCl, NH3, H2S. Малостоек в растворах окисляющих и органических кислот, а также щелочей. Достоинство– лёгкость; существенный недостаток – низкая прочность. В технике, в т.ч. – химическом машиностроении значение имеют сплавы с кремнием, медью, магнием, марганцем, хромом, железом – силумины, дюралимины, магналины. Стойкость алюминия определяется образованием оксидных плёнок, существующих в диапазоне рН=(3…9). Устойчив в нейтральных и кислых водных средах; газообразных – HCl, NH3, H2S. Малостоек в растворах окисляющих и органических кислот, а также щелочей. Достоинство– лёгкость; существенный недостаток – низкая прочность. В технике, в т.ч. – химическом машиностроении значение имеют сплавы с кремнием, медью, магнием, марганцем, хромом, железом – силумины, дюралимины, магналины. Легкие металлы: алюминий и его сплавы Применяют для изготовления реакторов, кристаллизаторов, сосудов, фильтров, теплообменников, дистилляционных и ректификационных аппаратов и труб, работающих под давлением до 0,6 Мпа. 152

153 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Природные (естественные) без изменения состава и внутреннего строения. К ним относятся: твердая порода (гранит), минералы (например асбест) или древесина. Все они находят свое применение в химической промышленности. Природные материалы Испытательный стол (гранитная плита) Асбест 153

154 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК К синтетическим, или искусственным, материалам относятся прежде всего большая группа пластмасс, а также стекло и керамика. Пластмассы отличаются легкостью, обладают электроизолирующими свойствами и представлены в весьма широком ассортименте от мягких и упругих до твердых и жестких. Их применение чрезвычайно разнообразно и простирается от баллонов для жидкостей разного рода до конструктивных деталей передаточных механизмов Рисунок: Неметаллические материалы Синтетические материалы 154

155 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Синтетические материалы Силикатные материалы Полимеризационные пластмассы Каучуки и резины Элементоорганические полимеры Углеродные материалы Органические материалы СТЕКЛО Алюмоборосиликатные стекла Кварцевое стекло. Ситаллы. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Фарфор Кислотоупорная Керамика Кислотощёлочеупорные эмали Огнеупоры Вяжущие материалы: А. Кислотощёлоче-стойкие цементы Б. Кислотощёлоче-стойкие бетоны 155

156 Изготавливают: сосуды, не работающие под давлением; теплообменники; фильтры; трубы, трубные детали и трубопроводную арматур; уплотнительные детали. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Полимеризационные пластмассы Высокая стойкость к водным растворам солей, оснований и неокисляющих кислот. Окислители, галогенангидриды и другие реагенты, генерирующие радикалы, быстро разрушают большинство пластмасс. Органические реагенты – полигалогеналканы, ароматические углеводороды, нитропроизводные – вызывают набухание полимеров с быстрой потерей прочности. Уникальной стойкостью отличаются полифторэтилены – особенно фторопласт-4: они более инертны, чем даже фарфор. Только фтор и бром вызывают набухание фторопласта. 156

157 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Каучуки и эластомеры Обладают хорошей адгезией к металлам. Стойки к действию большинства неорганических реагентов, в т.ч., к окислителям – кроме галогенов и галогенангидридов, стойки к спиртам, карбоновым кислотам; Диапазон рабочих температур от (-30) до (100…150) О С. Применяют для изготовления уплотнительных деталей оборудования, шлангов, труб, а также в качестве клеев и герметиков, в качестве защитных покрытий стальной аппаратуры: реакторов, сосудов, фильтров, центрифуг, труб. Защита резиновыми покрытиями называется гуммированием. Гуммированное оборудование работоспособно при температурах до 100 О С в неабразивных средах. 157

158 1. Фенолоформальдегидные смолы (фенопласты). 2. Полиэтилентерефталат – лавсан 3. Эпоксидные смолы. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Поликонденсационные пластмассы 158

159 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Углеродные (графитовые) материалы Теплопроводность Вт/м.К. Химическая стойкость графита –разрушается только концентрированной серной кислотой и фтором. Недостаток– хрупкость. Используют графитопласты – композиции графита с фенопластами (в основном – фаолитом и бакелитом) Из графитопластов изготавливают корпуса и лопатки химических насосов; трубы; уплотнительные детали, детали пар скольжения; электроды и корпуса электролизёров; теплообменники для работы в среде паров галогенов и гидрогалогенидов. 159

160 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Комбинированные материалы состоят из нескольких видов разных веществ, объединяя их положительные свойства в одном новом материале. Армированные стекловолокном пластмассы отличаются чрезвычайной прочностью и одновременно легкостью, то есть они прочны, как стекловолокна, и легки, как любая пластмасса. В качестве еще одного комбинированного материала можно назвать твердые сплавы, обладающие твердостью зерен твердого вещества и вязкостью связывающего их металла. Комбинированные материалы 160