- •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
11.1.6. Подбор стандартных элементов
При дальнейшем проектировании химического оборудования следует подобрать патрубки, фланцы с их крепежом, трубные решетки, опорные устpой-
ства (лапы или опоры).
Если размеры обечаек стандартизованы, то подобрать патрубки и фланцы можно по условному проходу и условному давлению. Задаваясь допустимой скоростью движения среды в данном патрубке (см. гл. 10), определяют его внутренний диа-
метр по уравнению расхода
d = [4G/(πρw)]1/2
где d - внутренний диаметр патрубка, м; G - массовый расход жидкости, кг/с;
w - скорость движения жидкости в патрубке, м/с; ρ - плотность жидкости, кг/м3.
Далее по стандартам или нормалям выбирается подходящий патрубок при заданном условном давлении. Если рабочее давление выше данного условного, то принимают большее условное давление. По полученному условному проходу патрубка и принятому условному давлению по стандартам или нормалям подбирается подходящий фланец.
Опорные устройства химических аппаратов подбираются по стандартам или нор
малям. Вначале определяется вес аппарата в рабочем состоянии или при гидрав-
лическом испытании, затем выбирается число лап и по нагрузке на одну лапу - ее тип и вид.
При установке колонного аппарата на открытом воздухе желательно провести его расчет на ветровую нагрузку по ГОСТ 24757-81.
Пример 11.1. Определить основные размеры цилиндрического аппаратa с рубаш-
кой и эллиптическими крышками, если в аппарате давление 0,8 Мпа и температу-
ра 80 °С; в рубашке давление 1,2 МПа и температура 180 °С. Весь аппарат изготов-
лен из стали 12Х18Н10Т.
Дано, что патрубки имеют следующие размеры:
1 и 2 - стандартный диаметр 108 мм; dy = 100 мм; рy = 1 МПа;
3 - cтандартный диаметр 108 мм; dу=100мм; py = 1,6МПа;
4 - стандартный диаметр 57 мм; dу = 50мм; py = 1,6 МПа.
Решение: В соответствии с ГОСТ 14249-80 нормативные допускаемые напряжения для стали 12Х18 Н10Т при температурах, близких к расчетным, будут равны [σ]100 = 160 МПа; [σ]200= 140 МПа; модуль упругости Е = 1,98 105 МПа. Примем, что ап-
парат изготовлен автоматической сваркой под слоем флюса, поэтому φ= 1. Корро-
зионная проницаемость применяемого материала менее1 мм в год, поэтому прибавка на коррозию и эрозию составит 1 мм. Все размеры приведены на рис. 11.4.
Определим толщину стенки корпуса аппарата под действием внутреннего давления 0,8 МПа:
sR1 = 0,8∙0,8/2∙140∙1 - 0,8 = 0,0023 м; s1=0,0023 + 0,001 = 0,0033 м. = 3,3мм.
Примем толшину стенки аппарата 4 мм.
Определим толщину стенки рубашки от действия внутреннего давления:
sR2 = 1,2∙1,2/(2∙140∙1 - 1,2) =0,0052 м; s2 =0,0052 + 0,001 = 0,0062м. = 6,2мм.
Рис.11.4 К примеру 11.1 |
Примем толщину стенки рубашки 7 мм. Определим приближенную толщину стенки аппарата под действием наружного давления, приняв запас устойчивости 1,1: К1 = 1,1∙1,2/(2,4∙10-6∙1,98∙105) = 2,78 sR1 = Примем большее значение толщины стенки аппара та 0,0056.Определим допускаемое наружное давле- ние |
Примем меньшее значение величины 0,974. Тогда
[p]p = 2∙140∙0,0056/(0,8 + 0,0056) = 1,946
[p]E = 1,8∙1,98/(1,1∙0,974)∙(0,8/0,8)∙(100∙0,0056/0,8)2 (100∙0,0056/0,8)1/2 = 1,364
[p] = 1,946/[1 + (1,964/1,364)2]1/2 = 1,25 MПа
s1 = 0,0056 + 0,001 = 0,0066м. = 6,6мм.
Таким образом, принимаем толщину стенки аппарата 7 мм.
Определим толщину эллиптических днищ, находящихся под внутренним давлением 0,8 МПа и при температуре 80 °С,
sRD = 0,8∙0,4/(2∙1∙160 - 0,5∙0,8) = 0,001м = 1мм
sD =0,001 +0,001 = 0,002м. = 2мм
Толщина днища должна быть не менее толщины стенки аппарата, рассчитанного на внутреннее избыточное давление, поэтому примем толщину днища 4 мм.
Подберем по стандарту фланцы к патрубкам в соответствии с конструкцией, показанной на рис. 11.5.
Рис. 11.5. К выбору фланцев
Основные размеры фланцев сведем в табл. 11.4.
Таблица 11.4. Основные размеры подобранных фланцев к патрубкам
Патрубок |
D0 |
DБ |
D1 |
D2 |
h |
h0 |
d |
Z |
1и 2 |
215 |
180 |
158 |
110 |
19 |
3 |
18 |
8 |
3 |
215 |
180 |
158 |
110 |
23 |
3 |
18 |
8 |
4 |
160 |
125 |
102 |
59 |
19 |
3 |
18 |
4 |
В этой таблице Z - число болтов; d - диаметр болтового отверстия. Диаметр болта принимается на 2 мм меньше диаметра отверстия.