основы проектирования хим произв дворецкий
.pdf
Нитрит
Хладагент
302 Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
30…40°. Следовательно, для более интенсивного подвода нитрита натрия в реакционную зону будем применять камеры смешения с размерами: диаметр камеры – D = 0,1 м, длина камеры – lk = 1,0 м, углы расширения диффузора – αд = 60° и сужения конфузора – αк = 30°.
Таким образом, при моделировании процесса тонкого органического синтеза учитывается смешение дозируемых в аппарат компонентов в устройстве, смонтированном на входе в аппарат; химическое взаимодействие в трубчатой части и камерах смешения; изменение условий протекания элементарных процессов химического взаимодействия при наличии в реакторе устройств турбулизации потока (диффузор-конфузоров или камер кинетического смешения).
В целом работоспособность турбулентного трубчатого реактора определяется условиями неосаждения агрегатов твердой фазы амина в вертикальных трубах, обеспечения заданной производительности и турбулентного режима течения реакционной смеси в зоне реакции. Основными параметрами, обеспечивающими выполнение этих условий при заданной производительности, являются внутренний диаметр вертикальной трубы dтр и концентрация твердой фазы в питании реактора [CA]S. Чтобы избежать нарушения условий работоспособности реактора необходимо выбрать такой диаметр трубы, которому будет соответствовать максимально возможный интервал допустимых концентраций твердой фазы для выбранной производительности. При заданной производительности реакторной установки – Q = 1000 т/год максимально допустимыми значениями диаметра трубы
реактора диазотирования и концентрации [CA(0) ]S твердой фазы ароматического амина являются – dтр = 0,04 м и [CA(0) ]S = 300…400 моль/м3.
Математическая модель непрерывного процесса синтеза азопигментов в турбулентной трубчатой реакторной установке представляет систему нелинейных дифференциальных уравнений в обыкновенных производных для трубчатой части и систему нелинейных алгебраических уравнений для камер смешения реакторной установки [46, 49].
Техническое задание на проектирование турбулентной трубчатой реакторной установки диазотирования включает выполнение следующих требований: выход диазосоединения – KD ≥ 97,0%; «проскок» твердой фазы амина в реакторе диазотирования – Пη ≤ 0,25%; содержание диазо-смол в диазорастворе – Пχ ≤ 0,9%; содержание нитрозных газов в диазорастворе – Пσ ≤ 5%, показатели качества Yi, i = 1, 2, …, 8 синтезируемых азопигментов должны соответствовать
показателям Yiт типового образца.
Выполнение вышеперечисленных требований ТЗ на проектирование реакторных установок необходимо обеспечить в условиях неопределенности отдельных кинетических параметров химических реакций, процесса кристаллизации азопигментов и ряда технологических переменных (например, концентраций твердой фазы амина и азосоставляющих в питании реакторной установки синтеза азопигментов).
ГИБКИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ |
303 |
|
|
Непрерывный технологический процесс синтеза азопигментов алого концентрированного, лакокрасочного и желтого светопрочного в ГАПС непрерывного действия производительностью 1000 т пигментов/год осуществляется следующим образом (рис. 8.15) [50]. Солянокислую суспензию амина (например, 3-нитро-4-аминотолуола) с заданной концентрацией приготавливают в аппарате 1. Процесс диазотирования 3-нитро-4-аминотолуола нитритом натрия в присутствии 2,5…3-кратного избытка соляной кислоты осуществляют непрерывно в турбулентном трубчатом реакторе диазотирования 2, куда солянокислая суспензия амина подается центробежным насосом 3. Водный раствор нитрита натрия непрерывно и распределенно (по длине трубчатого реактора) подают в реакторную установку 2 с помощью системы дозирующих насосов 4 таким образом, чтобы избыточная концентрация азотистой кислоты (диазотирующего агента) в зоне реакции диазотирования находилась в пределах 0,2…0,5 г/л. Процесс диазотирования осуществляют при турбулентном режиме движения потока реакционной массы при заданном (оптимальном) температурном профиле. Полученный диазораствор непрерывно подается на стадию очистки, которая осуществляется с помощью ультрацентрифуги 5, и далее очищенный раствор диазосоединения самотеком поступает в турбулентный трубчатый реактор азосочетания 7. В реактор 7 одновременно подают растворы азосоставляющей (β-нафтолята или анилида ацетоуксусной кислоты в зависимости от марки пигмента) и наполнителя (хлористого бария, гидроокиси алюминия). Подача щелочного агента осуществляется распределенно по длине реактора 7 для формирования оптимального профиля pH-среды сочетания.
Суспензии азопигментов накапливаются в специальных аппаратахсборниках для проведения последующих операций термообработки и транспортировки на заключительные стадии физико-механической обработки (фильтрования, сушки и размола).
Автоматическая система регулирования переменных состояния реакторных установок диазотирования и азосочетания включает контуры I – VII, реализующих найденные при решении задачи стохастической оптимизации оптимальные значения режимных (управляющих) переменных. В контуре I стабилизируется оптимальное значение расхода солянокислой суспензии амина (датчик (Д1), регулятор (Р1), клапан (К1)) с коррекцией по концентрации азотистой кислоты в третьей зоне реакторной установки диазотирования (Д2(1, 2, 3), корректирующий регулятор (КР 1)). Оптимальное распределение подачи нитрита натрия в зоны реакторной установки диазотирование обеспечивается системой высокоточных дозирующих насосов. В контурах II – IV обеспечивается реализация оптимального
профиля температуры в зонах 1, 2, 3 диазотирования (Д3(1, 2, 3), Р2(1, 2, 3), К2(1, 2, 3)). Соотношение расходов азосоставляющей и диазораствора в питании реакторной
установки азосочетания поддерживается в контуре V с помощью Д4, Д5, Р3 и К3. Наконец, оптимальный профиль pH-среды азосочетания реализуется в контурах
VI и VII (Д6(1, 2), Д7(2), Р4(1, 2), КР2, К4(1, 2)).
ГИБКИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ |
305 |
|
|
Вопросы для самоконтроля
1.Назовите типичных представителей малотоннажных химических производств и их основные отличительные особенности.
2.Приведите основные понятия и определения: технологической операции, технологической стадии, партии продукта, технологического цикла, лимитирующей стадии, материального индекса, технологического маршрута, диаграммы Гантта, расписания.
3.Классифицируйте ХТС в соответствии со следующими классификационными признаками (А – по способу функционирования; Б – по количеству выпускаемой продукции; В – по типам технологической и организационных структур;
Г– по количеству стадий):
−многостадийные;
−гибкие;
−многоассортиментные;
−непрерывные;
−совмещенные;
−одностадийные;
−периодические;
−индивидуальные;
−полностью совмещенные;
−дискретно-непрерывные;
−частично совмещенные.
4. Перечислите: А – общесистемные принципы создания ГАПС и Б – специфические особенности:
−иерархичность;
−гибкость;
−открытость;
−управляемость;
−модульность;
−устойчивость;
−интегрированность;
−эмерджентность;
−целенаправленность.
5. Каковы основные атрибуты гибких автоматизированных ХТС?
−низкая производительность;
−изменчивость ассортимента;
−многопродуктовость;
306Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
−переменная структура;
−возможность выпуска на одном оборудовании нескольких продуктов;
−интеграция всего цикла производства;
−использование средств автоматизации.
6. Выберите правильные определения (А – ХТС; Б – гибкие автоматизированные ХТС; В – ГАПС):
−Интегрированная производственная система, ориентированная на выпуск многоассортиментной продукции нефиксированной номенклатуры; она создается на основе многофункционального технологического оборудования, средств транспорта и система складов. Система способна за непродолжительное время и при минимальных затратах труда и материальных ресурсов адаптироваться к изменению ассортимента продукции, видов и состава сырья, технологических процессов.
−Совокупность взаимосвязанных технологическими потоками и действующих как единое целое аппаратов, в которых осуществляется определенная последовательность технологических операций (подготовка сырья, собственно химическое превращение и выделение целевых продуктов).
−Непрерывные, дискретно-непрерывные или периодические (дискретные) производства многономенклатурной продукции с часто меняющимся ассортиментом и планом выпуска.
7. Выберите правильные сопоставления (А – модульный принцип организации схем позволяет ….; Б – многостадийная ХТС позволяет …; В – аппаратурный блок позволяет …):
−реализовать выпуск одного или нескольких целевых продуктов (полупродуктов) на единой технологической схеме;
−реализовать выпуск одного целевого продукта (полупродукта) в технологическом цикле последовательных ХТП;
− реализовать несколько одностадийных химико-технологиче- ских процессов на одном аппаратурном оформлении.
8. Укажите возможные и предпочтительные способы выпуска продукции для (А – полностью совмещенных или гибких схем; Б – частично совмещенных или гибких схем):
−последовательная наработка в полном объеме;
−выпуск группами;
−по одной партии продукта в одном цикле.
9. Укажите специфические признаки гибких химических производств периодического действия:
− наличие переналадки оборудования;
ГИБКИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ |
307 |
|
|
−промывка (чистка) оборудования;
−дискретность конструктивных параметров;
−различие материальных потоков при производстве продуктов;
−необходимость согласования работы соседних аппаратов;
−избыточность оборудования;
−многостадийность;
−изменяемость ассортимента;
−простои оборудования;
−низкий выход целевого продукта по отношению к исходному сырью.
10.Назовите особенности архитектуры ГАПС многоассортиментного производства смазочных материалов.
11.Опишите устройство технологических блоков и коммутационного центра (диспетчера) ГАПС многоассортиментного производства смазочных материалов.
12.Опишите устройство малогабаритного турбулентного трубчатого реактора тонкого органического синтеза и особенности построения ГАПС азопигментов.
308
ПРИЛОЖЕНИЕ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
КВЫПОЛНЕНИЮ ВЫПУСКНОЙ РАБОТЫ
Всоответствии с рабочими учебными планами студенты (бакалавры, специалисты, магистранты) выполняют и защищают выпускные работы и дипломные проекты.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
Проектирование и научное исследование – самостоятельная работа студента под руководством преподавателя выпускающей кафедры, основной целью которой является развитие и закрепление теоретических знаний и расчетно-графичес- ких навыков при решении практических инженерных и научно-исследователь- ских проблем с использованием последних достижений науки и техники, в том числе информационных технологий.
Тематика выпускных работ и дипломных проектов, как правило, направлена на решение следующих задач:
−создание новых энергосберегающих и малоотходных технологических процессов и производств;
−разработка прогрессивного технологического оборудования на основе современных достижений науки и техники;
−модернизация действующих технологических машин, аппаратов и комплексов;
−создание экспериментальных стендов и оборудования для проведения на- учно-исследовательских работ;
−разработка подсистем автоматизированного расчета технологических процессов, аппаратов и производственных систем, анализа эффективности их функционирования методом математического моделирования и вычислительного эксперимента;
−участие в разработке мультимедийных приложений для учебников и учебных пособий, подготовливаемых на выпускающей кафедре;
−разработка прогрессивных методов монтажа и ремонта технологических машин и оборудования;
−механизация и роботизация трудоемких ручных операций при эксплуатации и ремонте технологического оборудования химических производств;
−разработка мероприятий и технологического оборудования по обеспечению экологической безопасности и охране окружающей среды.
При проектировании и научно-исследовательских работах на первый план выдвигаются вопросы повышения технического уровня производства, качества производимой продукции, эффективности использования оборудования.
309
В зависимости от рейтинга студенту выдается задание на выполнение типовых выпускных работ и дипломных проектов, проекта с исследовательской частью или исследовательской выпускной работы.
Выпускная работа (дипломный проект) состоит из расчетно-пояснительной записки (РПЗ) и графической части (чертежей, графиков), содержание и объем которых определяется видом выпускной работы (дипломного проекта).
1.ОРГАНИЗАЦИЯ УЧЕБНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ИИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ
Тематика выпускных работ и дипломных проектов определяется выпускающей кафедрой, исходя из предложений промышленных предприятий, НИИ и проектных организаций, которые являются базами производственной практики студентов. Темы выпускных работ, дипломных проектов и их содержание подлежат рассмотрению на заседании кафедры.
Студент, получив тему выпускной работы или дипломного проекта, заполняет совместно с руководителем перед прохождением производственной практики бланк задания с перечислением задач предстоящей работы. В соответствии с темой выпускной работы или дипломного проекта студент в процессе прохождения практики собирает исходные материалы для проектирования, намечает с руководителями от университета и базы практики пути модернизации технологических машин и оборудования с целью повышения уровня энерго- и ресурсосбережения, улучшения качества выпускаемой продукции и повышения технико-экономи- ческих показателей производства, повышения экологической безопасности и т.п.
Студент работает в дальнейшем под руководством преподавателя, который консультирует его и контролирует график выполнения выпускной работы или дипломного проекта. При дипломном проектировании выполнение студентом экономического обоснования, обеспечения БЖД обслуживающего персонала, разработки функциональной схемы автоматизации и чертежей осуществляется при участии нормоконтролера и преподавателей-консультантов соответствующих кафедр.
Следует особо подчеркнуть, что руководитель работы, консультанты и нормоконтролер помогают студенту в достижении требуемого уровня выпускной работы и научных исследований, не давая при этом готовых решений. Они не несут ответственности за график выполнения и качество работы. Студент является единоличным автором работы и несет всю ответственность за технический уровень и качество выпускной работы.
Готовый проект и результаты научных исследований студент представляет для проверки руководителю за две недели до предварительной защиты, на которой определяется степень готовности выпускной работы, научно-исследова- тельской работы и самого защищающегося. После предварительной защиты выпускная работа со всеми подписями и отзывом руководителя представляется студентом заведующему кафедрой (за неделю до защиты на ГАК) для просмотра и
310 |
ПРИЛОЖЕНИЕ |
|
|
подписи. При выполнении всех требований, предъявляемых к выпускной работе (дипломному проекту или научно-исследовательской выпускной работе), заведующий кафедрой подписывает чертежи, пояснительную записку, дает письменное заключение по представленным материалам и представляет выпускную работу (дипломный проект) на рецензию.
Студент, не вышедший по уважительной причине на защиту выпускной работы в срок, может быть допущен к защите до конца текущего календарного года. Студент, не допущенный к защите выпускной работы по неуважительной причине и отчисленный из университета, должен восстановиться в число студентов следующего учебного года и повторить заново весь цикл подготовки выпускной работы (дипломного проекта) к защите.
Для проведения защиты выпускных работ создается и утверждается приказом ректора Государственная аттестационная комиссия (ГАК), в состав которой входят ведущие специалисты промышленных предприятий, НИИ, а также профессора и доценты выпускающих и общеинженерных кафедр университета и других профильных вузов.
Графики выполнения и защиты выпускных работ составляются заранее и вывешиваются на доске объявлений выпускающей кафедры.
Защита выпускной работы (дипломного проекта) – ответственный акт подведения итогов обучения студента в вузе. Существенную роль при этом играет доклад, в котором студент должен лаконично и понятно изложить суть разработанных в выпускной работе решений и предложений. Продолжительность доклада должна быть не более 10 минут. Рекомендуется следующая структура доклада:
−раскрытие актуальности и целесообразности темы, постановка задач, решаемых в ходе работы (1 мин);
−краткое изложение методики исследований или технологии проектируемого производства (2 мин);
−изложение решений принятых при компоновке технологического оборудования (1 мин);
−изложение конструкции и принципа действия модернизируемых технологической машины, аппарата и оборудования, освещение конкретных технических решений или изложение результатов научных исследований (5 мин);
−оценка эффективности проекта (0,5 мин);
−выводы по результатам работы (0,5 мин).
Доклад должен быть неразрывно связан с графической частью проекта, несущей наглядную информацию о результатах исследований, технических разработках и сопровождаться ссылками на соответствующие графики и чертежи. Вся графическая документация должна быть расположена в порядке изложения материала в докладе.
После доклада члены комиссии задают вопросы, на которые студент должен дать исчерпывающие ответы. Затем зачитывается рецензия на проект и предоставляется слово дипломнику для ответа на замечания рецензента.