- •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
10.4. Подбор насосов
Основными задачами при расчете насосов являются определение необходимого напора, создаваемого насосом, и мощности двигателя при заданном расходе жидкости. Насосы выбираются по каталогам или стандартам с учетом указанных параметров.
Напор определяется по формуле
Н = (р1 – р2)/ρg + hг + hп
где Н – напор насоса, м; р1 - давление в аппарате на всасывании; р2 - давление в аппарате на нагнетании; hг - геометрическая высота подъема жидкости;
hп - потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях.
Полезная мощность, затрачиваемая на перемещение жидкости
Nп = (ρgHQ)/1000, кВт
Мощность на выходном валу
N = Nп/ηнηп
где ηн - КПД насоса; ηп - КПД передачи от электродвигателя к насосу;
КПД насоса ηн = η0ηгηм
Здесь η0 - объемный КПД, учитывающий перетекание жидкости из зоны большого давления в зону малого давления (для крупных центробежных насосов
0,96 - 0,98, для средних и малых насосов - 0,85 - 0,95); ηг - гидравлический КПД, учитывающий гидравлическое трение и вихреобразование (0,85-0,96); ηм - механический КПД, учитывающий механическое трение в подшипниках и уплотнениях (0,92 - 0,96).
КПД передачи зависит от наличия редуктора, при его отсутствии он равен 1, при наличии - 0,93 - 0,98. Зная Q, Н и N, можно по каталогам подобрать необходимый насос.
Мощность, потребляемая двигателем от сети Nдв больше номинальной вследствие потерь энергии в самом двигателе:
Nдв = N/ηдв
где ηдв - КПД электродвигателя, который ориентировочно принимается в зависимости от номинальной мощности N:
N,кВт |
0,4 – 1,0 |
1,0 – 3,0 |
3,0 – 10 |
10 - 30 |
30 - 100 |
100 - 200 |
ηдв |
0,7 – 0,78 |
0,78 – 0,83 |
0,83 – 0,87 |
0,87 – 0,9 |
0,9 – 0,92 |
0,92 – 0,94 |
Двигатель к насосу устанавливается несколько большей мощности, чем потребляемая, с запасом на возможные перегрузки:
Nуст = β Nдв
Коэффициент запаса берется в зависимости от величины Nдв:
Nдв ,кВт |
<1,0 |
1,0 – 5,0 |
5,0 - 50 |
>50 |
β |
2,0 – 1,5 |
1,5 – 1,2 |
1,2 – 1,15 |
1,1 |
Разрабатывая технологическую схему, необходимо учитывать, что высота всасывания насосов не может быть больше следующей величины:
где ра - атмосферное давление; р1 - давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при рабочей температуре; wвс - скорость жидкости во всасывающем трубопроводе; hпс - потери напора во всасывающем трубопроводе; hз -запас напо
ра для исключения кавитации.
Для центробежных насосов
hз = 0,3(Qn2)2/3,
где n - частота вращения вала, с-1.
Для поршневых насосов
hз =1,2(lf1ω2r)/gf2
где l - высота столба жидкости во всасывающем трубопроводе, отсчитываемая от поверхности жидкости в емкости; f1,f2 - площадь сечения поршня и трубопровода соответственно; ω - угловая скорость вращения кривошипа, рад/с; r - радиус кривошипа.
Пример 10.2. Подобрать центробежный насос для подачи 0,002 м3/с 10%-ного раст-
вора NaОН из емкости, находящейся под атмосферным давлением, в аппарат, рабо-
тающий под избыточным давлением 0,1 МПа. Температура раствора 40 °С; геомет-
рическая высота подъема раствора 15 м. Длина трубопровода на линии всасывания 3 м, на линии нагнетания 20 м. На линии всасывания установлен один вентиль, на линии нагнетания - один вентиль и дроссельная заслонка, имеются также два коле-
на под прямым углом.
Решение: Выбор диаметра трубопровода. Примем скорость раствора во всасыва-
ющем и нагнетательном трубопроводах одинаковой, равной 2 м/с. Тогда диаметр трубопровода
Принимаем трубопровод из стали Х18Н10Т диаметром 45 х 3,5 мм и уточняем ско-
рость раствора
w = (4∙0,002)/3,14∙0,0382 = 1,76м/с
Определение коэффициента трения. Плотность 10%-ного раствора №ОН –
1100 кг/м3; его вязкость -1,16 10-3 Па с. Тогда
Re = (1,76∙0,038∙1100)/0,00116 = 63420
Режим турбулентный. Примем абсолютную шероховатость труб 0,2 мм и тогда
ε = е/d = 0,2/38 = 0,0526.
Определим коэффициент трения
Определим сумму потерь на местные сопротивления.
На всасывающей линии:
вход в трубу ζ= 0,5;
вентиль (для d= 20 мм ζ = 8,0; для d = 40 мм ζ = 4,9);
интерполируя на диаметр 38 мм, получим ζ = 5,2;
Σζвс = 0,5+ 5,2 = 5,7.
На нагнетательной линии:
выход из трубы ζ = 1;
вентиль ζ = 5,2;
дроссельная заслонка ζ = 0,9;
колено под прямым углом ζ = 1,6;
Σζнаг = 1+5,2+ 0,9 +2∙1,6= 10,3.
Определим потери напора.
Во всасываюшей линии
hп вс = [(0,0325∙3)/0,038 + 5,7]1,762/2∙9,81 = 1,3 м
В нагнетательной линии
hп наг = [(0,0325∙20)/0,038 + 10,3]1,762/2∙9,81 = 4,33 м.
Общие потери напора
hп = 1,3 +4,33 = 5,63 м.
Подбор насоса. Определяем полный напор, развиваемый насосом
Н = 100000/(1100∙9,81) + 15 + 5,63 = 29,9 м.
Полезная мощность насоса
Nп = (0,002∙29,9∙9,81∙1100)/1000 = 645 Вт = 0,645 кВт.
Принимая ηп = 1 и ηн = 0,6, определим мощность на валу двигателя
Nдв = 0,645/(1∙0,6) = 1,075 кВт.
Мощность, потребляемая двигателем от сети при ηдв = 0,8
N = 1,075/0,8 = 1,34 кВт.
Принимая коэффициент запаса мощности β = 1,5, определяем установочную мощ-
ность электродвигателя
Nуст = 1,5∙1,34 = 2,01 кВт.
Подбираем центробежный насос марки Х8/30 с характеристиками:
производительность - 2,4∙10-3 м3/с;
создаваемый напор - 30 м;
КПД насоса - 0,5.
Подбираем к насосу электродвигатель 4А100S2 номинальной мощностью 4 кВт, ηдв = 0.83, частота вращения вала 48,3 с-1.
Рассчитаем предельную высоту всасывания. Определим запас напора, необходимый для исключения кавитации. Для центробежного насоса
hз =0,3(0,002∙48,32)2/3 = 0,84 м.
Давление насыщенного пара при температуре 40 °С равно 7380 Па. Примем атмосферное давление равным 100 000 Па, а диаметр патрубка насоса равным диаметру трубопровода. Тогда
hвс = 100000/(1100∙9,81) – (7380/1100∙9,81 + 1,762/2∙9,81 + 1,3 + 0,84) = 6,3м.
Таким образом, центробежный насос можно расположить над уровнем раствора в емкости не выше чем на 6,3 м
Подбор машин для сжатия газов (компрессоров, газодувок, вентиляторов и т.д.) осуществляется аналогично подбору насосов по каталогам при заданном напоре и производительности.