- •Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
- •Навчальний посібник до вивчення курсу «Основи проектування хімічних виробництв»
- •Оглавление
- •Глава 1 основные этапы и организация проектирования
- •Глава 2 состав исходных данных и основные стадии
- •Глава 3 системы автоматизированного проектирования 78
- •Глава 4 введение в проектирование 90
- •Глава 5 выбор и разработка технологической схемы
- •Глава 6 выбор технологического оборудования
- •Глава 7 уравнения материального баланса технологи-
- •Глава 8 технологический расчет основной и
- •Глава 9 тепловой расчет основного оборудования 141
- •Глава 10 гидравлические расчеты 166
- •Глава 11 механический расчет 175
- •Глава 12 конструкционные материалы в химическом
- •Глава 13 оформление отдельных элементов химической
- •Глава 14 трубопроводы и трубопроводная арматура 224
- •Глава 15 вспомогательное оборудование химических
- •Введение
- •Глава 1 основные этапы и организация проектирования химических производств
- •1.1. Перспективный план и технико-экономическое обоснование
- •1.2. Задание на проектирование
- •1.3. Выбор района размещения предприятия и площадки строительства
- •1.3. «Роза ветров» района размещения предприятия и площадки строительства
- •1.4. Основные принципы проектирования зданий и сооружений химической промышленности
- •1.5. Разработка проектной документации по охране окружающей среды
- •1.5.1. Экологическое прогнозирование
- •1.5.2. Разработка прогноза загрязнения воздуха
- •1.5.3. Прогнозирование состояния поверхностных и подземных вод
- •1.5.4. Прогноз воздействия объекта при возможных авариях
- •1.6. Технологический процесс как основа промышленного проектирования
- •1.7. Генеральный план химических предприятий
- •1.8. Типы промышленных зданий
- •1.8.1 Основные элементы конструкции производственных зданий и их назначение
- •1.8.2 Одноэтажные промышленные здания
- •1.8.3. Многоэтажные здания
- •1.8.4. Вспомогательные здания и помещения химических предприятий
- •1.8.5. Склады промышленных предприятий
- •1.9. Инженерные сооружения
- •1.10. Специальные вопросы проектирования химических предприятий
- •Глава 2 состав исходных данных и основные стадии
- •2.2 Виды конструкторских документов
- •2.3. Содержание разделов исходных данных для проектирования промышленного химического производства
- •Раздел 1. Общие сведения и технология
- •Раздел 2. Характеристика выполненных научно-исследовательских и опытных работ, положенных в основу исходных данных для проектирования
- •Раздел 3. Технико-экономическое обоснование рекомендуемого метода производства. Перспективы производства и потребления
- •Раздел 4. Патентный формуляр
- •Раздел 5. Техническая характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов, основных и конечных продуктов. Целевое назначение и области применения основных продуктов
- •Раздел 6. Физико-химические корстанты и свойства исходных,
- •Раздел 7. Химизм, физико-химические основы и принципиальная
- •Раздел 8. Рабочие и технологические параметры производства
- •Раздел 9. Материальный баланс производства
- •Раздел 10. Технологическая характеристика побочных продуктов и
- •Раздел 11. Математическое описание технологических процессов и
- •Раздел 12. Данные для расчета, конструирования и выбора основного промышленного технологического оборудования и защиты строительных конструкций
- •Раздел 13. Рекомендации для проектирования автоматизации
- •Раздел 14. Аналитический контроль производства
- •Раздел 15. Методы и технологические параметры очистки химически и механически загрязненных сточных вод, обезвреживания газовых выбросов и ликвидации вредных отходов
- •Раздел 16. Мероприятия по технике безопасности, промсанитарии и противопожарной профилактике
- •Раздел 17. Указатель отчетов и рекомендуемой литературы по
- •2.4 Проектирование в системе подготовки
- •2.4.1 Курсовое проектирование
- •2.4.2. Дипломное проектирование
- •Глава 3 системы автоматизированного проектирования
- •3.1. История развития сапр
- •3.2. Основные принципы создания сапр
- •3.3 Применение эвм для автоматизации процесса пректирования
- •3.4. Автоматическое изготовление чертежей
- •3.5 Основные преимущества автоматизации проектирования.
- •3.6. Основные требования к сапр
- •3.7. Связь сапр с производством, расширение области применения
- •Глава 4 введение в проектирование
- •4.1. Проектно-сметная документация
- •4.2. Технико-экономическое обоснование проекта
- •4.2.1. Исходные положения
- •4.2.2. Обоснование способа производства химической продукции
- •4.2.3. Экономика строительства предприятия и производства продукции
- •Глава 5 выбор и разработка технологической схемы производства
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Последовательность разработки технологической схемы
- •5.3. Принципиальная технологическая схема
- •5.4. Размещение технологического оборудования
- •Глава 6 выбор технологического оборудования химических производств
- •6.1. Основные типы химических реакторов
- •6.2. Химические факторы, влияющие на выбор реактора
- •6.2.1. Реакции расщепления
- •6.2.2 Реакции полимеризации
- •6.2.3. Параллельные реакции
- •6.2.4. Комбинация реактора смешения с реактором вытеснения
- •6.3. Эскизная конструктивная разработка основной химической аппаратуры
- •6.3.1. Общие положения
- •6.3.2. Реакторы
- •6.4. Оптимизация процессов химической технологии
- •Глава 7 уравнения материального баланса технологического процесса
- •7.1. Стехиометрические расчеты
- •7.2. Общее уравнение баланса массы
- •7.3. Практический материальный баланс
- •7.4. Физико-химические основы технологического процесса
- •Глава8 технологический расчет основной и вспомогательной аппаратуры
- •8.1. Общие положения
- •8.2. Расчет объемов реакторов
- •8.2.1. Основные положения химической кинетики
- •8.2.2. Расчет идеальных реакторов
- •8.3. Определение объемов аппарата
- •Глава 9 тепловой расчет основного оборудования
- •9.1. Общее уравнение баланса энергии
- •9.2. Практический тепловой баланс
- •9.3. Теплообмен в реакторах
- •9.4. Расчет энтальпий и теплоемкостей
- •9.5. Расчет реактора периодического действия
- •9.6. Степень термодинамического совершенства технологических процессов
- •Глава 10 гидравлические расчеты
- •10.1. Расчет диаметра трубопровода
- •10.2. Расчет гидравлических сопротивлений в трубопроводе
- •10.3. Гидравлическое сопротивление кожухотрубчатых теплообменников
- •10.4. Подбор насосов
- •Глава 11 механический расчет
- •11.1. Расчет сварных химических аппаратов
- •11.1.1. Основные расчетные параметры
- •11.1.2. Расчет на механическую прочность
- •11.1.3 Требования к конструированию.
- •11.1.4 Расчет цилиндрических обечаек.
- •11.1.6. Подбор стандартных элементов
- •11.2. Расчет толстостенных аппаратов
- •Глава 12 конструкционные материалы в химическом машиностроении
- •12.1. Виды конструкционных материалов
- •12.2. Коррозия металлов и сплавов
- •12.2.1. Виды коррозии
- •12.2.2. Виды коррозионных разрушений
- •12.2.3. Способы борьбы с коррозией
- •12.3. Влияние материала на конструкцию аппарата и способ его изготовления
- •12.3.1. Конструкционные особенности аппаратов из высоколегированных сталей
- •12.3.2. Конструктивные особенности эмалированных аппаратов
- •12.3.3. Конструктивные особенности аппаратов из цветных металлов
- •12.3.4. Конструктивные особенности аппаратов из пластмасс
- •Глава 13 оформление отдельных элементов химической аппаратуры
- •13.1. Оформление поверхности теплообмена
- •13.2. Перемешивающие устройства
- •13.3. Уплотнения вращающихся деталей
- •Глава 14 трубопроводы и трубопроводная арматура
- •Глава 15 вспомогательное оборудование химических заводов
- •15.1. Виды вспомогательного оборудования
- •15.2. Транспортные средства
- •15.2.1. Классификация транспортных средств для твердых материалов
- •15.2.2. Машины для транспортировки жидкостей и газов
- •Список рекомендованой литературы
- •1Вимоги до оформлення розрахунково-пояснювальної записки та графічної частини
- •1.1 Загальні вимоги
- •1.2 Вимоги до тексту
- •1.2.10. Оформлення ілюстрацій і додатків.
- •1.3 Оформлення графічної частини
- •2 Склад розрахунково-пояснювальної записки
- •3 Стандартизація і метрологія
- •4 Матеріалоємність і ресурсозбереження
- •5 Будівельна частина
- •5.1 Вибір майданчика для будівництва
- •5.2 Пов’язування технологічної лінії з об’ємно-планувальним рішенням промислової будови
- •5.3 Вибір конструктивного рішення будівлі
- •5.4 Допоміжні будівлі і приміщення
1.8. Типы промышленных зданий
1.8.1 Основные элементы конструкции производственных зданий и их назначение
Основными элементами зданий являются фундаменты, стены, колонны, межэтажные перекрытия, лестницы, двери, оконные проемы с заполнением и фонари, покрытия и кровли. Отдельные элементы здания приведены на рис. 1.12.
Фундамент - это подземная часть стен или колонн, предназначенная для передачи нагрузки от здания и установленного в нем оборудования на залегающие на некоторой глубине прочные слои земли, называемые грунтом. Нижняя поверхность фундамента называется подошвой, а вся толща грунта под фундаментом, ниже его подошвы, - основанием.
Подошва фундамента размещается на некоторой глубине от поверхности земли, называемой глубиной заложения фундамента, так как верхняя зона грунта, как правило, не обладает достаточной несущей способностью, чтобы обеспечить надежное существование здания.
Глубина заложения подошвы фундамента определяется геологическим строением участка застройки и глубиной промерзания грунта. Для уменьшения удельного давления фундамента на грунт подошву фундамента делают шире верхней части и заглубляют до пласта с достаточной несущей способностью и ненарушенной структурой. Нормативное давление на грунт зависит от свойств грунта, размера подошвы и глубины заложения фундамента. Фундаменты капитальных промышленных зданий редко закладывают на глубину менее 1м, за исключением скальных оснований.
Основание называется естественным, если грунт под подошвой фундамента в своем природном состоянии обладает достаточной несущей способностью. Естественным основанием могут служить самые разнообразные грунты, слагающие верхнюю кору земной поверхности. Их пригодность как естественных оснований оценивается сжимаемостью. Оценка оснований и заключение о характере фундамента даются в результате инженерно-геологических изысканий.
При слабых грунтах и под сооружения с большими нагрузками при нормальных грунтах прибегают к устройству искусственных оснований путем укрепления естественного грунта трамбованием, вибрацией, цементацией, битумизацией и т.п. В тех случаях, когда плотные грунты залегают на большой глубине, применяют свайные фундаменты. По способу устройства различают фундаменты монолитные и сборные.
Рис. 1.12. Элементы производственного здания: I - сборные фундаменты под стену: 1 - железобетонные блоки-подушки; 2 - бетонные блоки; 3 - стены;
ІІ- фундаменты под колонны ступенчатого типа; III - фундаменты под колонны стаканного типа; IV - крайняя и средняя колонны многоэтажного здания;
V - ригели (главные балки) межэтажного перекрытия: 4 - ригель с консольными полками для того, чтобы опирались настилы; 5 - ригель прямоугольного сечения; VI - настилы межэтажного перекрытия: 6 - корытный настил, укладываемый на полки ригелей; 7 - лотковый настил, укладываемый поверх ригелей; VII - разрез и план четырехмаршевой лестничной клетки
Монолитные фундаменты изготавливают на месте постройки из различных материалов - бутового камня, бутобетона. Сборные фундаменты монтируют из отдельных, заранее заготовленных блоков. В зависимости от нагрузок фундаменты в плане могут иметь квадратную или прямоугольную форму. При больших нагруз-
ках применяют двухблочные фундаменты, состоящие из верхнего башмака и нижней плиты.
Стены разделяются на наружные и внутренние, кроме того, они могут быть несущими, самонесущими, перегородками.
Наружные стены являются элементом вертикального ограждения здания. Они защищают производственные помещения от атмосферного воздействия. Внутренние стены разделяют здания по длине и ширине.
Наружные стены должны обладать теплозащитными свойствами, иметь достаточную морозостойкость, удовлетворять требованиям долговечности и, если на стены действуют различного рода нагрузки, обладать достаточной прочностью.
Стены называют несущими, если они несут нагрузки от перекрытий и покрытий и передают их на фундаменты; самонесущими - если они несут только собственный вес, а нагрузки от перекрытий и покрытий передаются на пристенные колонны; не несущими или навесными - когда они собственный вес передают на колонны каркаса.
В современных промышленных зданиях стены делают из сборных крупноразмерных элементов - блоков и панелей. Толщина наружных стен определяется теплотехническим расчетом и зависит от их конструкции и материала, расчетной зимней температуры наружного воздуха, расчетной температуры и относительной влажности внутреннего воздуха.
Внутренние стены, разделяющие помещения, должны обладать звукоизоляционными качествами и иметь возможно меньший вес.
Перегородки в многоэтажных зданиях устанавливаются на перекрытиях; они предназначаются для разделения общего помещения на части. В зависимости от особенностей помещения, выделяемого перегородками, к ним предъявляются требования огнестойкости, звуконепроницаемости, водостойкости и стойкости к химическим реагентам. В промышленных зданиях перегородки выполняются из кирпича, шлакобетонных плит и крупных панелей.
Колонны служат для восприятия нагрузки от перекрытий и покрытий. В современном строительстве применяют преимущественно сборные колонны заводского изготовления. По номенклатуре изделий размеры колонн составляют в плане 400x400 и 400x600 мм с одноэтажной и двухэтажной разрезкой. По месту расположения в здании различают средние, устанавливаемые по разбивочным осям, и крайние колонны. При крупнопанельных навесных стенах пристенные колонны дополнительно с перекрытиями несут их нагрузку. Колонны нижнего этажа при строительстве заделываются в фундаменты стаканного типа.
Химическое производство обычно размещают в зданиях, имеющих один или несколько пролетов. Пролетом называют часть здания, ограниченную в продольном направлении двумя параллельными рядами колонн. Расстояния между осями колонн в продольном направлении называют шагом колонн, а в поперечном направлении - шириной пролета. Расстояния между осями колонн в поперечном и продольном направлениях образуют сетку колонн. Под высотой пролета понимают расстояние от уровня пола до нижней части несущих конструкций покрытия здания.
Межэтажные перекрытия делят здания по высоте на этажи; они воспринимают нагрузку от оборудования, материалов, изделий и людей. Перекрытия состоят из несущей части и полов. На них устанавливают технологическое оборудование с нагрузками в пределах 2000 - 2500кг/м2, а отдельные виды оборудования дают еще большую нагрузку.
Перекрытия зданий химических предприятий выполняют из сборного железобетона балочной конструкции. В многоэтажных зданиях с сетками колонн 6x6 и 6x9м применяют типовые конструкции. Перекрытия монтируют в основном из двух элементов: настилов шириной около 1,5м и длиной, равной шагу колонн, и ригелей, укладываемых по колоннам.
Из номенклатуры изделий, утвержденной ГОСТ, можно собирать два типа межэтажных перекрытий: с применением корытных настилов, укладываемых на полки ригелей и с применением лотковых настилов, укладываемых поверх ригелей прямоугольного сечения.
Корытный настил имеет ребра с четырех сторон, лотковый - с двух продольных сторон. Высота ребер 400мм.
Типовые конструкции настилов рассчитываются на полезные нормативные нагрузки, действующие на перекрытия, при сетке колонн 6x6 м от 500 до 2500кг/м2, а при сетке 6x9м - от 500 до 1500кг/м2 с интервалом через 500кг/м2.
Перекрытия с корытным настилом обладают такими достоинствами, как меньшая конструктивная высота по сравнению с лотковым перекрытием и большая несущая способность, поскольку ригель работает на изгиб совместно с плитой и торцевыми ребрами настилов. Перекрытия такого типа применяются в зданиях химических и нефтехимических предприятий. Имеет свои преимущества и лотковый настил, позволяющий прокладывать технологические трубопроводы поверх ригелей, в промежутках между боковыми ребрами настила.
Лестницы служат для сообщения между этажами и для эвакуации людей. Они должны располагаться в отдельных несгораемых помещениях - лестничных клетках. Лестницы состоят из маршей (наклонной части со ступенями) и площадок. Марши и площадки для промышленных зданий изготавливаются на заводах железобетонных изделий и монтируются в строящихся зданиях. Количество и размеры лестниц в многоэтажных производственных зданиях определяются в соответствии с противопожарными требованиями.
Двери. Их количество и размеры должны удовлетворять технологическим требованиям и обеспечивать удобное перемещение материалов, полуфабрикатов и готовой продукции в процессе производства, а также движение людей. Двери должны быть приспособлены к транспортировке оборудования, служить эвакуационным выходом из помещений и отвечать противопожарным требованиям. Во избежание охлаждения помещений потоками холодного воздуха у дверей в наружных стенах имеются шлюзы или тамбуры и воздушные завесы.
Минимальная ширина дверей по нормам составляет 800мм. Увеличение ширины и высоты дверей допускается при условии, что ширина дверей будет кратной 100мм, а высота - кратной 300мм.
Двери состоят из дверных полотен и дверной коробки, прикрепляемой к стене или перегородке. По числу дверных полотен они могут быть однополотными и двуполотными.
Естественное освещение производственных помещений проектируется в соответствии с санитарными нормами. Оно может быть боковым - через оконные проемы в наружных стенах, верхним - через световые фонари в покрытии, и комбинированным - когда к верхнему освещению добавляется боковое.
Уровень освещенности внутри помещений зависит от размеров оконных проемов, глубины помещений, площади остекленной поверхности фонарей, положения поверхности фонарей по отношению к полу, от вида и конструкции фонарей, светопроницаемости остекления и других факторов.
Естественное освещение помещений нормируется коэффициентом естественного освещения (КЕО), значение которого для производственных зданий зависит от вида освещения и характера работы, выполняемой в помещении.
Для бокового освещения нормами предусмотрено минимальное его значение, так как освещенность точек на рабочей плоскости резко уменьшается по мере удаления от окна. При верхнем свете освещенность более равномерная, и в этих условиях нормируется среднее значение КЕО.
Покрытия и кровли защищают производственные здания от атмосферного воздействия; они должны быть водонепроницаемыми и обладать теплозащитными свойствами.
Покрытие состоит из верхней ограждающей и нижней несущей частей. Несущая часть поддерживает ограждающую, воспринимает действующие на покрытие нагрузки и передает их на колонны. Крыши делают плоскими и скатными. В промышленных зданиях в основном устраивают бесчердачные покрытия с уклоном покрытия не более 5 - 6°.
В многоэтажных зданиях верхнее покрытие, поддерживающее кровлю, имеет ту же конструкцию, что и межэтажные перекрытия. Настил покрытий несет меньшие нагрузки, чем межэтажное перекрытие, поэтому он имеет большие размеры и состоит из железобетонных плит с продольными и поперечными ребрами.
Несущая часть покрытий одноэтажных и двухэтажных широких корпусов состоит из стропильных железобетонных ферм или балок, укладываемых по колоннам, и из крупнопанельного железобетонного настила, укладываемого по стропильным фермам или балкам. Зазоры между настилами заливают бетонным раствором.
В состав ограждающей части покрытий входят: верхний защитный слой (бронированный), служащий для предохранения кровли от механических повреждений; водоизоляционный ковер из рулонных кровельных материалов, наклеенных на битумные или дегтевые мастики; стяжки или выравнивающий слой из цементно-песчаного раствора, образующий ровное и прочное основание для наклейки водоизоляционного ковра; теплоизоляционный слой или утеплитель, который изготавливается из плиточных материалов, таких, как ячеистые бетоны, керамзитобетон и т.п. (толщина утеплителя зависит от наружной расчетной температуры, внутренней температуры и влажности производственных помещений); пароизоляционный слой, предохраняющий утеплитель от увлажнения водяными парами внутреннего воздуха, который укладывается на железобетонные плиты покрытия в виде смазки из битумной или дегтевой мастики, а при повышенной влажности состоит из одного - двух слоев пергамина или рубероида на битумной мастике.
Для проектирования строительной части промышленных предприятий и их зданий издаются строительные нормы и правила (СНиП), указания (СН), технические правила (ТП), стандарты (ГОСТ), каталоги и альбомы и т.п. Нормативная литература использует отечественный и зарубежный опыт строительного проектирования, строительства и научных исследований, способствует дальнейшему техническому прогрессу в области проектирования и строительства. Она является обязательным материалом для проектирования и строительства, и отступления от нее допускаются при бесспорном преимуществе иного решения.