Технологическая схема производства битума. Дипломная работа

091

785

3600

581







примем d

= 100 мм

2.4.3.Расчет на прочность

Расчет цилиндрической обечайки

В качестве конструкционного материала выбираем двухслойную сталь,

т.к. двухслойные стали находят все большее применение и позволяют экономить

дорогостоящие высоколегированные стали. Они представляют собой листы,

состоящие из двух гомогенно соединенных слоёв: основного из недефицитной

стали и плакирующего (защитного) из высоколегированной стали. [14]

По

ГОСТу

10885-64

для

основного

слоя

–

сталь

ВМСт3сп, плакирующего – сталь 08Х13.

Расчет ведем по основному слою:

Расчетная температура стенки t = t

= 250 °C, так как температура среды

положительна, то

Допускаемое напряжение:

в рабочем состоянии

 













МПа (33)

где σ

– нормативное допускаемое напряжение,

МПа

157







η – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки (так как

используется листовой прокат, то η = 1)

 

157







МПа

для гидравлических испытаний

 





, МПа (34)

где σ

Т20

– допускаемое напряжение для материала сосудов или его

элементов при температуре t = 20°C

МПа

240





тогда,

 

218

240





МПа

Расчетное значение внутреннего давления Р

= 0,3МПа

Пробное давление при гидравлических испытаниях

   

1,5 0,3 160 157

0,1

1,5

max

0, 2

МПа











































где [σ]

– допускаемое напряжение при t = 20°C [3, стр. 113]

 

МПа

160













Коэффициент прочности продольных сварных швов обечайки φ = 1, [13]

Так, как принято, что швы с двусторонним сплошным проваром

выполняются автоматической сваркой.

Суммарная прибавка к номинальным расчетным толщинам:





(35)

где

– прибавка на коррозию или другой вид химического воздействия

рабочей среды на материал, мм;

с – прибавка на эрозию или другой вид механического воздействия

рабочей среды на материал, мм;

с – дополнительная прибавка по технологическим, монтажным и другим

соображениям, мм

Прибавку на коррозию определяют амортизационным сроком службы

аппарата и проницаемостью материала по формуле

= П ∙ τ

= 0,1 · 20 = 2,0 мм (36)

где τ

– амортизационный срок (τ

=20 лет).

Остальными видами прибавки можно пренебречь, тогда

мм



Расчетная и исполнительная толщина стенки цилиндрической

обечайки [13]

 





 













max

0, 3 2

2 1 157

0, 3

0, 7 10

max

1, 4

0, 2 2

2 1 218,18

0, 2

1, 4 10

Р D

мм

 



























 



























 















тогда











мм

где с

– прибавка на округление размера, мм

2.4.4. Расчет на прочность

Расчет днища и крышки

Расчетная и исполнительная толщина конического днища и крышки

 





 













cos

max

cos

0, 3 2

2 1 157

0, 3

cos 45

0, 9 10

max

1, 9

0, 2 2

2 1 218,18

0, 2

cos 45

1, 9 10

Р D

мм

 



 





























 





























 















тогда











мм

2.4.5. Расчет опор

Для определения опоры необходимо определить вес аппарата:

G = m

∙g (37)

где g-ускорение свободного падения равное 9,8 м

/с.

- масса корпуса, наполненного водой.

= m

+ m

(38)

где m

- масса корпуса аппарата, кг, [4, стр. 75]

- масса воды залитой в аппарат, кг.





































)

(



, кг (39)

где V- объем, м

V= H

∙ S м

(40)

где H

- высота колонны с запасом и с учетом крышки и днища: H

=6,2 м.

S- площадь поперечного сечения аппарата, м

S = 0,785∙ d

, м

(41)

S = 0, 785∙ 2

= 3,14 м

Тогда объем колонны будет равен:

V = 3,14 ∙ 6,2 =19,47 м

Плотность стали приближенно равна:



= 7850 кг/м

Комплекс k

 

)

(











(42)

))

152

(













где:[



]-нормативное допускаемое напряжение;



-коэффициент прочности сварных швов равный 0,95;

Подставим полученные величины в уравнение:

)

(

)

(

7850































= 1795,4 кг

Масса воды залитой в колонну:



∙ V (43)

где



–плотность воды, кг/м

V –реакционный объем колонны, м

= 1000 ∙ 19,47 = 19470 кг

Тогда масса колонны, заполненной водой, будет равна:

= 19470 + 1795,4 = 21265,4 кг.

Вес аппарата:

G = 21265,4 ∙ 9,8 = 208400,92 Н.

По рекомендации [15], принимаем стандартную цилиндрическую опору

3-го типа (с кольцевым опорным поясом ОСТ 26- 467- 78).

2.4.6. Выбор фланцев

Выбираем для труб и трубопроводной арматуры фланцы стальные

плоские приварные с соединительным выступом по ГОСТ 1255-67, которые

используются при Ру=0,3 МПа и агрессивной среде. [13]

Рисунок 6-Плоский приварной фланец.

2.4.7. Расчет тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции δ

находят из равенства удельных тепловых

потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую

среду [16]:

𝛼

= (𝑡

𝑐т2

− 𝑡

) = (

𝜆

𝛿

) ∙ (𝑡

ст1

− 𝑡

ст2

) (44)

где α

=9,3+0,058∙t

ст2

- коэффициент теплоотдачи от внешней

поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м

∙К);

ст2

- температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха), °С;

принимаем t

ст2

=25°С;

ст1

- температура изоляции со стороны аппарата, °С;

ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по

сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции t

ст1

принимаем равной

температуре среды в колонне t

ст1

=250

- температура окружающей среды (воздуха), t

=20°С;

качестве

материала

для

тепловой

изоляции

выберем

совелит (85% маг незии+15% асбест),

- коэффициент теплопроводности изоляционного материала,

=0,058 Вт/(м∙К).[17]

Рассчитаем толщину тепловой изоляции: при t

cт2

=25°С

=9,3+0,058∙25=10,75 Вт/(м

*К).

Тогда при t

cт1

=250 °С, t(возд)=20 °С:

𝛿

= 𝜆

∙

(𝑡

𝑐т2

−𝑡

)

𝛼

∙(tcт2−tв).

, (45)

𝛿

= 0,058 ∙

(200−25)

10,75∙(25−20).

= 0,188 м

Принимаем толщину тепловой изоляции 200 мм

2.5 Подбор вспомогательного оборудования

Подбираем насос

Расчет насосов заключается в определении мощности на валу двигателя с

учетом типа насоса и основных его характеристик. Расчет ведут по формуле:

(46)

где N – мощность на валу двигателя, кВт;

Q – производительность (подача) насоса, м

/с;

ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м

;

g – ускорение свободного падения, м/с

;

Н – напор, м;

η – КПД насоса, равное 0,7 для центробежных насосов.

Напор, развиваемый насосом, находим по формуле

(47)

где Н – полный напор, развиваемый насосом, м;

и р

– давления в пространстве всасывания и нагнетания, Па;

ρ - плотность перекачиваемой жидкости, при 300

∘

С кг/м

;

Hr – геометрическая высота подъема жидкости, м;

hn – напор, затрачиваемый на создание скорости и на преодоление

трения, м;

g – ускорение свободного падения, м/с

Принимаем

= 5 м.

Из-за небольшой разницы р

и р

- (р

-р

) / pg можно не учитывать.

С запасом на возможные перегрузки двигатель к насосу устанавливаем

большей мощности:

уст

= β · N, (48)

где β = 1,15 при N = 5–50 кВт.

Насос предназначен для подачи гудрона в колонну окисления.

Расход гудрона

Q =

𝐺

𝑐

𝜌∙3600

, (49)

где G

- производительность установки, кг/ч. ρ– плотность гудрона, кг/м

Q =

4734,8

985∙3600

= 1,34∙10

-3

/с,

Напор насоса

Н = 1 + 5 = 6 м.

985 9,81 6

0, 41

1000

1,34

· 1

кВт









уст

= 1,15 · 0,41 = 0,47 кВт.

Подбор насосов осуществляем по каталогу [18]. Результаты подбора

приведены в таблице 2

Таблица 4 –Основные характеристики центробежного насоса

Обозначение. Количество Марка

насоса

/с

Н,

Электродвигатель

тип

N, кВт n, с

-1

Н1

Х10/5 3

2 10

- 3

АО2-52-2 1

48, 3

Расчет теплообменника

Тепловая нагрузка аппарата:

Q = G1∙c1∙(t

1н

– t

1к

), (50)

где с

= 1850 Дж/кг∙К – теплоемкость битума [19];

- массовый расход битума.

Принимаем G

=2000 кг/ч = 0,56 кг/с

Q - тепловой поток, из теплового расчета.

Q= 35210,1 кДж/ч = 9780,58 Вт

Конечная температура битума









, (51)

1850

9780

250

1850









= 503 К = 230

Средняя разность температур:

Δt

= t

1н

– t

2к

= 250 – 60 = 190 ºС

Δt

= t

1к

– t

2н

= 230 – 20 = 210 ºС

Так как отношение

∆𝑡

210
190

= 1,11<2, то

ср







∘

ср



200

190

210





Средняя температура воздуха:

ср





∘

ср









Средняя температура битума:

ср







;

ср



225

200

250







Расход воздуха

)

(







, (52)

где c

= 29 кДж/кг∙К – теплоемкость воздуха [20].

)

(

9780









кг/ч

Ориентировочный выбор теплообменника.

Принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи для

случая теплопередачи воздух-жидкость К

ор

= 25 Вт/м

∙К [20], тогда

ориентировочная поверхность теплообмена:

ср







, (53)

где Q - тепловой поток, из теплового расчета, Вт

ор

- коэффициент теплопередачи, Вт/м

∙К

200

9780







ор

= 9780,58/∙25∙200 = 1,95 м

Принимаем теплообменник с близкой поверхностью теплообмена:

F = 2м

, одноходовой с диаметром кожуха D = 159 мм и

n = 19 трубками 20×2 длиной l = 1м [21].

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху:

вн









, (54)

где



= 0,027 Вт/м



К – теплопроводность воздуха при 40



– критерий Нуссельта для воздуха.

Критерий Рейнольдса:

= G

/[0,785



вн



] =0,43 /[0,785



0,018



1,87



-3

] = 16790.



=1,87



-3

-динамическая вязкость воздуха при 40



Режим движения турбулентный в этом случае критерий Нуссельта:

= 0,021Re

0,8

0,42

(Pr

/Pr

ст2

)

0,25

где Рr

= 7,02 – критерий Прандтля для воздуха 40



Принимаем в первом приближении отношение (Pr

/Pr

ст2

)

0,25

= 1, тогда

= 0,021



16790

0,8



7,02

0,43

= 94,3.

141

018

027









Вт/м

∙К

Коэффициент теплоотдачи от битума к стенке:









(55)

где



= 0,2 Вт/м



К – теплопроводность битума,

– критерий Нуссельта для битума.

Критерий Рейнольдса:







мтр

, (56)

где S

мтр

= 0,005 м

– площадь сечения потока между перегородками,



= 1,59



-3

Па



с – динамическая вязкость битума при 240



С [20].

005







=2521

В этом случае критерий Нуссельта:

= 0,24Re

0,6

0,36

(Pr

/Pr

ст1

где Pr

= 8,8 – критерий Прандтля для битума,.

Принимаем в первом приближении отношение (Pr

/Pr

ст1

)

0,25

= 1, тогда

= 0,24



2521

0,6



8,8

0,36

= 55,2.

552









Вт/м

∙К

Тепловое сопротивление стенки:

ст



























(57)

где



ст

= 0,002 м – толщина стенки трубки;



ст

= 17,5 Вт/м



К – теплопроводность нержавеющей стали;

1/r

=1/r

=2900 Вт /м



К – тепловое сопротивление загрязнений cтенок

для нефтепродуктов[1, cтр. 354]

2900

002





























м∙К/Вт

Коэффициент теплопередачи:

)

(





























(58)

106

)

141

552

(













Вт/м

∙К

Поверхность теплообмена:

ср







(59)

200

106

9780







Принимаем теплообменник с близкой поверхностью теплообмена:

F = 2м

, одноходовой с диаметром кожуха D = 159 мм и n = 19 трубками

20×2 длиной l =1 м [21].

Подбор емкости для хранения битума

Подбор емкости осуществляется по рабочему объему.

Емкость предназначена для приема битума объемным расходом





, (60)

где ρ

= 1170 кг/м

– плотность битума при 200

1170

4603



/ч

Время пребывания в емкости 24ч , тогда необходимый объём емкости





(61)







Список использованных источников

Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов. – М.: Химия,

1983. – 234с.

Гуреев А.А., Чернышова Е.А., Коновалов А.А., Кожевникова Ю.В.

Производство нефтяных битумов. –М. Изд. Нефть и газ,2007 –102с.

.Сергиенко, С.Р. Высокомолекулярные соединения нефти / С.Р.

Сергиенко. – М.: Химия, 1964. – 535 с.

.Пажитова, Н.П. Исследование свойств битумов, применяемых в

дорожном строительств / Н.П. Пажитова, Т.В. Потапова. – М.: Труды

СоюзДорНИИ, 1970.

Гун Р.Б. Нефтяные битумы. - М.: Химия, 1989. - 432с.

.Розенталь, Д.А.. Битумы. Получение и способы модификации / Д.А.

Розенталь. – Л.: ЛТИ, 1979. – 80 с.

.Рудин, М.Г. Карманный справочник нефтепереработчика /

М.Г.Рудин, В.Е. Сомов. – ОАО «ЦНИИТЭнефтехим». М. 2004. – С.213-214.

Альбом технологических схем процессов переработки нефти и

газа/Под ред. Б.И. Бондаренко.– М.: Химия, 1983.– 128 с.

Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. и др.

Технологические расчеты установок переработки нефти: учеб. пособие для

вузов. – М.: Химия, 1987. – 352 с.

10 Кузнецов А.А., Кагерманов С.М. и др. Расчеты процессов и

аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. – Л.: Химия, 1974. –

343 с.

11 Дубовкин Н.Ф. Справочник по теплофизическим свойствам

углеводородных топлив и их продуктов сгорания. – М.-Л.: Госэнергоиздат,

1962. – 288 с.

12 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и

расчета химической аппаратуры: Справочник. 3-е изд., стереотипное. – М.:

ООО ИД «Альянс», 2008. – 752 с.

13 Михалев М.Ф., Третьяков Н.П., Мильченков А.И., Зобнин В.В.

Расчет и конструирование машин и аппратов химических производств:

Примеры и задачи: Учеб. Пособие для студентов вузов/Под общ. ред.

Михалева М.Ф.- Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1984. – 301 с.

14 Лащинский

А.А. Конструирование сварных химических

аппаратов: Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1981. – 382

с., ил

15 АТК 24.200.04-90 Опоры цилиндрические и конические

вертикальных аппаратов.

16 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов СНиП 2.04.14-

17 Примеры и задачи по курсу ПиАХТ Павлов К.Ф., Романков П.Г.,

Носков А.А, 1987г.

18 Цетробежные

насосы.

Каталог-справочник.

М.:

ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. 1970. 63 с.

19 Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие

по проектированию/ Под ред. Дытнерского Ю.И., 2-е изд., перераб. и доп. М.:

Химия, 1991. – 496 с.

20 ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие

21 Справочник по строительному материаловедению, 2010 Леонид

Дворкин, Олег Дворкин.

22 СН 2.2.4/2.1.8.562–96. Шум на рабочих местах, в помещениях

жилых, общественных зданий и на территории застройки.

23 ГОСТ 12.1.012–90 ССБТ. Вибрационная болезнь. Общие

требования.

24 . СНиП 23−05−95. Естественное и искусственное освещение.

25 ГН 2.2.5.1313–03. Предельно допустимые концентрации (ПДК)

вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Гигиенические нормативы.

Минздрав России, 1998.

26 ГОСТ 12.4.011–89 ССБТ. Средства защиты работающих. Общие

требования и классификация

27 СанПиН 2.2.4.548–96. Гигиенические требования к микроклимату

производственных помещений. – М.: Минздрав России, 1997

28 СН 2.2.4/2.1.8.566. Производственная вибрация, вибрация в

помещениях жилых и общественных зданий. – М.: Минздрав России, 1997

29 ГОСТ 12.1.019 (с изм. №1) ССБТ. Электробезопасность. Общие

требования и номенклатура видов защиты.

30 ГОСТ 12.0.003-09*ССБТ Опасные и вредные производственные

факторы. Классификация.

31 Румянцев Г.И. «Общая гигиена»; М.: 1985г.

32 Технологический регламент установки переработки нефти УПН-

100. Анжерская нефтегазовая компания – 2010. – 23

33 СН 2.2.4/2.1.5626-96 Производственная вибрация, вибрация в

помещениях жилых и общественных зданий. – М.: Минздрав России, 1997.-15

с.

34 ГОСТ 53768-2010 Провода и кабели для электрических установок

с номинальным напряжением до 450/750 В включительно.

35 СНиП

41-03-2003. Тепловая изоляция трубопроводов и

оборудования.

36 ГОСТ

12.1.018-93

Правилам

защиты

от

статического

электричества

производствах

химической,

нефтехимической

нефтеперерабатывающей промышленности" из-за возможного образования

статического электричества

37 . Фадеев Н.П. Методические указания по разделу «Безопасность

жизнедеятельности» в дипломных проектах и работах. – Новомосковск.:

РХТУ,

38 1994. 34с.

39 ВСН-3-86/Минхимпром,

«Рекомендации

по

установке

технологического оборудования на открытых площадках в химической

Технологическая схема производства битума. Дипломная работа - часть 3