Главная
Коллекция "Revolution"
Производство и технологии
Расчет колонны синтеза карбамида в условиях ЗАО "Агро-Череповец"
Расчет колонны синтеза карбамида в условиях ЗАО "Агро-Череповец"
Особенности классификации удобрений. Характеристика исходного сырья для производства карбамида (мочевины). Физико-химические основы процесса. Материальный и тепловой балансы колонны синтеза карбамида. Выбор и расчет вспомогательного оборудования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.03.2015 |
| Размер файла | 2,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
"Череповецкий государственный университет"
Инженерно-экономический институт
Кафедра ресурсосберегающих и химических технологий
Курсовая работа
по дисциплине: "Общая химическая технология"
Расчет колонны синтеза карбамида в условиях ЗАО "Агро-Череповец".
Череповец, 2011
Оглавление
- Введение
- 1. Исходные данные для расчета
- 2. Характеристика исходного сырья и готового продукта
- 3. Физико-химические основы процесса
- 4. Контроль и автоматизация
- 5. Материальный баланс колонны синтеза карбамида
- 6. Тепловой баланс колонны синтеза карбамида
- 6.1 Приход теплоты [9]
- 6.2 Расход теплоты [9]
- 7. Характеристика колонны синтеза + эскиз формата А4
- 8. Выбор и расчет вспомогательного оборудования
- 8.1 Выбор тарелок
- 8.2 Расчет опоры аппарата
- 9. Механические расчеты
- 9.1 Выбор конструкционного материала и допускаемые напряжения
- 9.2 Расчет толщины стенки корпуса аппарата
- 9.3 Расчет толщины стенки эллиптического днища корпуса
- 9.4 Расчет высоты стенки плоской крышки корпуса
- 10. Безопасность жизнедеятельности
- Выводы
- Список использованной литературы
Введение
Удобрения классифицируют по происхождению, составу, назначению, свойствам и другим признакам.
По происхождению удобрения подразделяются на минеральные, органические, органоминеральные и бактериальные. К минеральным или искусственным удобрениям относятся специально производимые на химических предприятиях неорганические вещества, в основном минеральные соли; в то же время к ним причисляются и некоторые органические вещества, например карбамид CO (NH2) 2. органические удобрения содержат питательные вещества в основном в виде органических соединений, к которым обычно относятся продукты естественного происхождения (навоз, фекалии, солома, торф и др.). Органоминеральные удобрения - смеси различных органических и неорганических соединений. Бактериальные удобрения содержат некоторые культуры микроорганизмов, способствующих накоплению в гумусовом слое усвояемых форм питательных элементов.
По составу, т.е. по видам питательных элементов, удобрения подразделяются на азотные, фосфорные (фосфатные), калийные (калиевые), магниевые, борные и др. К азотным удобрениям относятся соли аммония (хлорид, сульфат, фосфаты и др.), соли азотной кислоты (кальциевая, калиевая, натриевая селитры) и некоторые амиды (карбамид, цианамид кальция CaCN2 и др.). Фосфорными удобрениями являются соли фосфорных кислот. Калийные удобрения обычно представлены хлоридом калия.
По назначению и срокам внесения удобрения разделяются на основные (предпосевные), вносимые до посева; припосевные, вносимые во время посева, например, в рядки, и подкормки, вносимые в период развития растений (в вегетационный период). [1]
Удобрения должны обладать и хорошими физическими свойствами, т.е. водорастворимые соли не должны быть сильно гигроскопичными и не должны слеживаться при хранении, быть сыпучими, не сдуваться ветром и не слишком быстро смываться дождевой водой. Таким требованиям в наибольшей степени отвечают гранулированные удобрения. Водонерастворимые удобрения усваиваются растениями медленно, поэтому их производят и применяют в порошкообразном виде. [2]
Карбамид (мочевина) среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском хозяйстве. Он обладает большей устойчивостью к выщелачиванию по сравнению с другими азотными удобрениями, то есть менее подвержен вымыванию из почвы, менее гигроскопичен, может применяться не только как удобрение, но и в качестве добавки к корму крупного рогатого скота. Карбамид, кроме того, широко используется для получения сложных удобрений, удобрений с регулируемым сроком действия, а также для получения пластмасс, клеев, лаков и покрытий.
Карбамид СО (NH2) 2 (мочевина) или амид карбаминовой кислоты - кристаллическое вещество без запаха. По своим физическим свойствам карбамид, как удобрение, имеет преимущества перед аммиачной селитрой: не взрывоопасен, менее гигроскопичен и менее слеживается. Попадая в почву, на кислых почвах карбамид вначале оказывает нейтрализующее действие, а затем начинает действовать аналогично аммиачной селитре, то есть подкисляет почву. При внекорневой подкормке растений карбамид безопасен, т.к. не вызывает ожогов листьев. В животноводстве карбамид применяют для откормки скота - в качестве добавки к корму, содержащему мало белков и много углеводов. В сычуге жвачных животных микроорганизмы превращают карбамид в белковые соединения.
В промышленности карбамид применяют для приготовления карбамидо-формальдегидных смол, пластических масс, клеев, фармацевтических препаратов, для депарафинизации смазочных масел, для полимеров, перерабатываемых в волокна, в текстильной и бумажной промышленности, в производстве красителей и моющих средств. Его применяют также в деревообрабатывающей и кожевенной промышленности. [3]
синтез карбамид сырье колонна
1. Исходные данные для расчета
1) Параметры проведения процесса: Р = 20 МПа, t = 200о С.
2) Источником углекислого газа служит газ, содержащий 97 % СО2, 3 % N2.
3) Избыток NH3 - 125 % от стехиометрического количества.
4) Степень превращения карбамата аммония в карбамид - 60 %.
5) Потери карбамида при дистилляции и упаривании - 7 %.
6) Температура реагентов, поступающих в колонну синтеза: NН3 - 60о С, СО2 - 35о С.
7) Критическая температура NН3 - 139,5 о С.
8) Энтальпия жидкого аммиака, кДж/кг: 939,9 при 132,9 о С и 291,1 при 60 о С.
9) Расчет вести на 50 т/ч карбамида в виде сухого готового продукта.
10) Остальные данные, необходимые для расчета - литературные.
2. Характеристика исходного сырья и готового продукта
Карбамид (мочевина) - диамид угольной или амид карбаминовой кислот CO (NH2) 2.
Мочевина открыта И. Руэлем (1773) в моче, идентифицирована У. Праутом (1818), впервые синтезирована Ф. Вёлером (1828) из цианата аммония.
Мочевина образует соединения с неорганическими и органическими веществами, например:
CO (NH2) 2 • NH3, CO (NH2) 2 • Н3РО4, CO (NH2) 2 • H2O2, CO (NH2) 2 • CH3OH и др.
В расплавленном виде мочевина реагирует со щелочными металлами и их амидами с образованием солей цианамида. При сплавлении с содой разлагается до NaNCO, CO2, NH3 и Н2О; при сплавлении с NH4NO3 в присутствии SiO2 образуется гуанидин; с (СН3СО) 2О при 140°С - ацетамид и диацетамид (при 60°С в присутствии Н2SО4-ацетилмочевина); с хлором на холоду - N-хлор - и N,N' - дихлормочевина NH2CONHCl и CO (NHCl) 2; с бромом - циануровая кислота; с NaClO-гидразин; с CS2 (110°C) - NH4SCN и COS. К действию Н2О2 и KMnO4 мочевина устойчива.
При алкилировании мочевины образуются алкилзамещенные мочевины RNHCONH2; при действии спиртов - уретаны NH2COOR; при взаимодействии с карбоновыми кислотами, их ангидридами, хлорангидридами и сложными эфирами - уреиды RCONHCONH2.
Мочевина легко конденсируется с формальдегидом, образуя мочевино - формалъдегидные смолы. В некоторых реакциях проявляется таутомерная форма мочевины - изомочевина NH2C (OH) =NH; например: при взаимодействии гидрохлорида цианамида со спиртами образуются О-алкиловые эфиры изомочевины. [4]
Мочевина - конечный продукт белкового обмена у многих беспозвоночных и большинства позвоночных животных (рыб, земноводных, млекопитающих) и человека. Биосинтез мочевины из конечных продуктов распада белков (NH3, CO2) протекает в печени в результате ряда ферментативных реакций, замкнутых в цикл (цикл мочевины, или орнитиновый цикл). Мочевина участвует в регуляции водного режима животных. Из организма выводится почками в виде мочи и потовыми железами (человек выделяет 25-30 г мочевины в сутки). У животных содержится в небольших количествах в мышцах, крови, лимфе, слюне, молоке, слезах, обнаружена в тканях растительных организмов (грибы, некоторые высшие растения).
Карбамид представляет собой твердое кристаллическое вещество с температурой плавления 132,7єС. Хорошо растворим в воде, этаноле и жидком аммиаке, что используется для получения аммиакатов. При нагревании выше 130 єС подвергается термической диссоциации с образованием биурета и выделением аммиака:
2CO (NH2) 2 = H2N - CO - NH - СО - H2N + NH3.
Водные растворы карбамида устойчивы до 80єС, при более высокой температуре разлагаются через образование карбоната аммония на аммиак и оксид углерода (IV):
CO (NH2) 2 + 2H2O (NH4) 2CO3 (NH4) 2HCO3 +
CO2 + H2O + 2NH3.
Это исключает возможность длительного нагревания растворов карбамида при атмосферном давлении, например, в процессе выпаривания.
Выпускают карбамид двух марок: А - для промышленности (сырье при изготовлении смол, синтетических волокон, фармацевтических препаратов); Б - для использования в сельском хозяйстве (азотное удобрение). В небольших количествах производится для животноводства и для розничной торговли.
Карбамид - безбалластное высококонцентрированное МУ. Он легко усваивается растениями. Содержание азота в нем в амидной форме составляет 46,6%. По сравнению с нитратом аммония карбамид более богат азотом, меньше слеживается, не взрывоопасен в смесях с органическими веществами и медленнее вымывается из почвы. [5]
Таблица 1.
Технические характеристики карбамида (согласно ГОСТ 2081-92)
|
Технические характеристики |
Марка А |
Марка Б |
|||
|
I сорт |
высший сорт |
I сорт |
II сорт |
||
|
Внешний вид |
Белые и слабоокрашенные гранулы |
||||
|
Азота в пересчете на сухое вещество, %, не менее |
46,3 |
46,3 |
46,3 |
46,3 |
|
|
Биурета, %, не более |
|||||
|
Воды, %, не более: метод высушивания метод Фишера |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
|
|
0,6 |
0,5 |
0,5 |
0,6 |
||
|
Гранулометрический состав, массовая доля гранул размером, %: от 1 до 4 мм, не менее от 2 до 4 мм, не менее менее 1 мм, не более |
94 |
94 |
94 |
||
|
70 |
50 |
||||
|
3 |
5 |
5 |
|||
|
Статическая прочность гранул, кгс/гранулу, не менее |
0,7 |
0,5 |
0,3 |
||
|
Конденсирующая добавка: Карбамидоформальдегидная смола, % |
0,2-0,5 |
3. Физико-химические основы процесса
В основе получения карбамида лежит взаимодействие аммиака с оксидом углерода (IV) с последующей дистилляцией продуктов синтеза и переработкой полученных растворов. При синтезе карбамида последовательно протекают две обратимых реакции:
образование карбамата аммония:
2NH3 + CO2 NH2 COONH4, ДН = 159,35 кДж. (1)
и дегидратации карбамата аммония до карбамида:
NH2 COONH4 CO (NH2) 2 + H2O, ДН = - 28,47 кДж. (2)
Процесс синтеза описывается по суммарной реакции А.И. Базарова:
2NH3 + CO2 = CO (NH2) 2 + H2O, ДН = - 110,1кДж.
Он протекает в гетерогенной системе, состоящей из газообразной фазы (аммиак, диоксид углерода, пары воды) и жидкой фазы, включающей расплавленные и растворенные компоненты (аммиак, карбамат аммония, карбонаты аммония, карбамид) и воду.
Скорости реакций 1 и 2 различны. Реакция 1 протекает значительно быстрее реакции 2, поэтому лимитирующей процесс синтеза стадией, от которой и зависит выход продукта, является стадия дегидратации карбамата аммония 2. Состояние равновесия и скорость ее определяются температурой, давлением, соотношением аммиака и диоксида углерода и содержанием воды в реакционной смеси.
Максимальная степень превращения карбамата аммония в карбамид достигается при температуре около 220єС. При этой температуре продолжительность процесса составляет около 60 минут. При понижении температуры для достижения более высокой степени превращения карбамата в карбамид время процесса существенно увеличивается.
Скорость образования карбамата аммония возрастает пропорционально квадрату давления и при давлении 1 МПа протекает практически мгновенно.
Наибольшее влияние на выход карбамида оказывает избыток аммиака в исходной смеси сверх стехиометрического количества (NH3: CO2 - 2:
1). Избыток аммиака смещает равновесие реакции 1, а также вследствие своего дегидратирующего действия связывает реакционную воду, удаляя ее из сферы реакции, и смещает вправо равновесие реакции 2. Образование карбамата и его дегидратация до карбамида протекают в жидкой фазе, поэтому в реакторе должны быть созданы условия ее существования. Этому способствует увеличение степени заполнения реактора, что приводит к уменьшению объема газовой фазы, и нагрев реакционной смеси до температуры выше эвтектической точки системы "карбамат-карбамид", равной 98єС. [3]
Влияние различных факторов на состояние равновесия системы "карбамат-карбамид" можно представить в виде следующей схемы:
Оптимальный режим процесса синтеза карбамида должен обеспечить: быстрое и полное протекание реакции 1, протекание реакции 2 не менее, чем на 71%.
Этим условиям отвечают следующие параметры процесса: температура 180-200єС, давление 20 МПа, избыток аммиака 100% сверх стехиометрического количества, то есть мольное отношение NH3: CO2 - 4: 1.
1. Описание технологической схемы.
В результате взаимодействия аммиака и оксида углерода (IV) образуется сложная система, состоящая из целевого продукта карбамида, полупродукта карбамата аммония, воды, карбонатов аммония и избытка аммиака. Для выделения из нее твердого карбамида и утилизации не вступивших в реакцию остальных компонентов и карбамата полученный раствор подвергают дистилляции. В процессе дистилляции отгоняется избыток аммиака и воды и происходит разложение карбонатов аммония (аммонийных солей).
В зависимости от того, возвращаются эти продукты в процесс или после отделения карбамида используются в других производствах (например, для получения нитрата аммония), технологические схемы производства карбамида делятся на две группы:
- без возвращения продуктов дистилляции в цикл (разомкнутая схема, без рецикла);
- с возвращением продуктов дистилляции в цикл (замкнутая схема, с рециклом).
В первом случае весь выделившийся при дистилляции аммиак поглощают азотной кислотой для получения нитрата аммония, при этом производство карбамида комбинируется с производством нитрата аммония.
Во втором случае продукты дистилляции частично (частичный рецикл) или полностью (полный рецикл) возвращаются в цикл на синтез карбамида. Существуют для варианта полного рецикла: газовый рецикл, при котором продукты дистилляции возвращаются в газообразном виде, и жидкостный рецикл, при котором они возвращаются в виде раствора аммонийных солей.
На рисунке 1. представлена принципиальная схема производства карбамида с полным жидкостным рециклом.
Рисунок 1. Принципиальная схема с полным рециклом.
Наиболее экономична технологическая схема с полным жидкостным рециклом, так как в ней не требуется сжатия возвращаемых в цикл горячих газов (аммиака и диоксида углерода), что может вызвать засорение трубопроводов образующимся твердым карбамидом и их коррозию. [4]
На рис.2. приведена технологическая схема производства карбамида с полным жидкостным рециклом и двухступенчатой дистилляцией плава мощностью 90 тыс. тонн в год.
Рисунок 2. Технологическая схема производства карбамида полным жидкостным рециклом.
1 - смеситель аммиака, диоксида углерода и раствора аммонийных солей, 2 - промывная колонна; 3 - колонна синтеза; 4, 11 - редукторы; 5 - ректификационная колонна I ступени; 6 - сепаратор; 7, 13 - подогреватели; 8 - выпарные аппараты I и II ступеней; 9, 10, 15 - холодильники-конденсаторы; 12 - ректификационная колонна II ступени; 14 - сепаратор II ступени; 16 - сборник раствора карбамида; 17 - сборник плава; 18 - грануляционная башня; 19 - транспортер.
Оксид углерода (IV), очищенный от примесей и сернистых соединений, сжатый до 20 МПа, и жидкий аммиак под давлением 11 МПа поступают в смеситель 1 при температуре 80 - 100єС. Сюда же подается раствор аммонийных солей из промывной колонны 2. В смесителе обеспечивается мольное отношение NH3: CO2: H2O=4,1: 1: 0,1. Из смесителя смесь, разогревшаяся за сет частичного образования карбамата до 171єС, направляется в нижнюю часть колонны синтеза 3, где заканчивается образование карбамата аммония, и он превращается на 61% в карбамид. Для обеспечения оптимального теплового режима в колонну дополнительно вводят жидкий аммиак. Из верхней части колонны плав после дросселирования в редукторе 4 подается на двухступенчатую дистилляцию. Агрегат дистилляции каждой ступени состоит из трех аппаратов: ректификационной колонны, подогревателя и сепаратора. Сначала плав поступает в ректификационную колонну 1 первой ступени 1, где давление снижается до 2 МПа. В колонну 1 из сепаратора первой ступени 6 подается противотоком газ.
В колонне первой ступени проходит выделение карбамида из реакционной смеси, разложение карбамата аммония и образование из аммиака диоксида углерода и воды водного раствора аммонийных солей. Плав из колонны 1, пройдя подогреватель 7, поступает при температуре 160 єС в сепаратор первой ступени 6, в котором разделяются жидкая и газообразная фазы. Газы возвращаются в колонну 1 и оттуда в нижнюю часть промывной колонны 2. Верхняя часть промывной колонны орошается жидким аммиаком и аммиачной водой, поступающей в виде конденсата из выпарного аппарата 8 через холодильник-конденсатор 9. В промывной колонне из газа вымывается диоксид углерода и образуется водный раствор аммонийных солей, а газообразный аммиак отводят из верхней части колонны и после сжижения в холодильнике-конденсаторе 10 возвращают в процесс. Водный раствор аммонийных солей перекачивается в смеситель 1 и оттуда в колонну синтеза 3. Раствор карбамида из сепаратора первой ступени 6 дросселируется до давления 0,3 МПа в редукторе II и подается в ректификационную колонну второй ступени 12, откуда поступает в подогреватель 13 и сепаратор 14. В колонне второй ступени происходят дальнейшее разложение карбамата до аммиака и диоксида углерода и образование водного раствора карбоната и бикарбоната аммония. Из нижней части сепаратора 14 выходит 70% раствор карбамида, а из верхней - парогазовая смесь, содержащая аммиак, диоксид углерода и пары воды, которая поступает в нижнюю часть ректификационной колонны 12. Газовая смесь из колонны 12 охлаждается в холодильнике-конденсаторе 11 и в виде раствора аммонийных солей подается в нижнюю часть промывной колонны 2. Раствор карбамида из сепаратора второй ступени 14 собирается в сборнике 16 и подается на упаривание последовательно в вакуум-аппараты первой и второй ступеней при температуре 140єС и давлении 0,003 МПа. Полученный плав карбамида концентрацией около 0,998 мас. дол. поступает через сборник плава 17 в грануляционную башню 18 и распыляется в ней. Образовавшиеся гранулы при температуре около 70єС транспортером 19 подают на операции классификации, охлаждения и упаковки. Выход карбамида в расчете на диоксид углерода составляет около 91%. [6]
В последние годы в производстве карбамида был внедрен стриппинг-процесс, в котором разложение карбамата аммония в плаве ведут при давлении, близком к давлению синтеза, путем продувки плава сжатым диоксидом углерода. В этих условиях карбамат аммония диссоциирует за счет снижения парциального давления аммиака и сдвига равновесия реакции 1 влево. На принципе стриппинг-процесса в настоящее время работают установки большой единичной мощности 1000 - 1100 т/сут. Технологическая схема подобного процесса представлена на рисунке 1.1.
Рисунок 3. Технологическая схема стриппинг-процесса
1 - конденсатор высокого давления; 2 - колонна синтеза; 3 - отдувочная колонна; 4 - инжектор; 5 - скруббер; 6 - редуктор; 7 - ректификационная колонна; 8 - редуктор; 9 - сборник раствора; 10 - холодильник - конденсатор; 11 - выпарной аппарат; 12 - гранулятор; 13 - транспортер
Из конденсатора высокого давления 1 в нижнюю часть колонны синтеза 2 поступают водный раствор карбамата аммония, аммонийных солей, аммиак и диоксид углерода. Образовавшийся плав направляется в отдувочную колонну 3, обогреваемую паром, в которую противотоком поступает под давлением 11 МПа диоксид углерода. Из колонны 3 парогазовая смесь, содержащая свежий диоксид углерода, поступает в конденсатор высокого давления 1, куда через инжектор 4 вводится жидкий аммиак. Он одновременно служит рабочим телом в инжекторе, подающем в конденсатор раствор аммонийных солей из скруббера 1 и часть плава из колонны синтеза. В конденсаторе образуется карбамат, а тепловой эффект реакции используют для выработки пара. Непрореагировавшие в колонне синтеза газы и пары воды поступают в скруббер высокого давления 5, в котором конденсируются и через инжектор 4 направляются в конденсатор высокого давления 1. Водный раствор карбамида, выходящий из отдувочной колонны 3, содержит до 1% карбамата аммония. Для его разложения раствор дросселируют в редукторе 6 до давления 0,3 - 0,6 МПа и направляют в верхнюю часть ректификационной колонны 7. В ней жидкая фаза в виде 70% раствора карбамида стекает вниз и после снижения давления до 0,1 МПа в редукторе 8 собирается в сборнике раствора 9. Водяные пары, выходящие из ректификационной колонны 7, конденсируются в холодильнике-конденсаторе 10, растворяя содержащиеся в них аммиак и диоксид углерода, и полученный раствор аммонийных солей направляется в скруббер 2. Раствор карбамида из сборника 9 поступает в выпарной аппарат 11 и после упаривания в грануляционную башню 12, откуда в виде гранул направляется транспортером 13 на склад.
Стриппинг-процесс производства карбамида позволяет использовать тепловой эффект реакции образования карбамида, упростить технологическую схему, сократить количество оборотной воды и, в целом, является поэтому более экономичным, чем обычный.
Дальнейшее совершенствование производства карбамида заключается в создании интегральных схем, объединяющих производство карбамида, аммиака и нитрата аммония, повышении единичной мощности установок, внедрении технологических схем со стриппинг-процессом. [6]
В данном курсовом проекте мы рассматриваем технологическую схему в условиях ЗАО "Агро-Череповец". На данном производстве используется технологическая схема производства карбамида с полным жидкостным рециклом и применением процесса стриппинга:
Рисунок 4. технологическая схема производства карбамида с полным жидкостным рециклом и применением процесса стриппинга: 1 - колонна синтеза; 2 - скруббер высокого давления; 3, 6, 8, 11 - холодильники; 4, 10 - насосы; 5 - абсорбер низкого давления; 7 - конденсатор низкого давления; 9 - скруббер; 12 - грануляционная башня; 13 - конвейер; 14, 15 - выпарные аппараты; 16 - сборник; 17 - подогреватель; 18 - ректификационная колонна; 19 - стриппер; 20 - конденсатор высокого давления; 21 - инжектор.
Водный раствор карбамата аммония и углеаммонийных солей, газообразные СО2 и NH3 из конденсатора высокого давления 20 поступают под давлением 14-14,5 МПа в нижнюю часть колонны синтеза карбамида 1, где при 180-185°С и примерно в течение часа заканчивается образование карбамата и протекает синтез карбамида. Степень конверсии СО2 в карбамид составляет 57%. Жидкая реакционная смесь (плав) поступает в стриппер 19 и стекает по трубкам вниз. Противотоком плаву подают сжатый в компрессоре до давления 14-14,5 МПа диоксид углерода, к которому для образования пассивирующей пленки и уменьшения коррозии оборудования добавлен воздух в количестве, обеспечивающем в смеси концентрацию 0,5-0,8 об. % кислорода.
В результате снижения парциального давления аммиака начинается разложение карбамата с одновременным поглощением тепла. Температура в стриппере, равная 160°С, поддерживается за счет обогрева межтрубного пространства водяным паром (давление 2,5 МПа). Газы, выходящие из верхней части аппарата, вместе со свежим СО2 поступают в конденсатор высокого давления 20. Сюда же поступает жидкий аммиак и раствор углеаммонийных солей, подаваемые инжектором 21. В конденсаторе образуется карбамат; выделяемое тепло используется для испарения конденсата, поступающего в межтрубное пространство аппарата 20, и получения пара давлением 0,3 МПа.
Из верхней части колонны синтеза непрерывно выходят непрореагировавшие газы, поступающие в скруббер высокого давления 2, в котором большая их часть конденсируется, образуя водный раствор карбамата и углеаммонийных солей. Выделяющееся тепло отводят в холодильнике 3. Полученный в скруббере раствор подают инжектором 21 в аппарат 20, а затем в колонну синтеза. Газы, несконденсировавшиеся в аппарате 2, дросселируются и поступают на окончательное улавливание в абсорбер низкого давления 5.
Водный раствор карбамида, содержащий также 4 - 5 мас. % карбамата, после аппарата 19 дросселируется до давления 0,3 МПа; при этом часть карбамата разлагается. Газожидкостная смесь поступает на верх ректификационной колонны 18; жидкая фаза стекает по насадке вниз противотоком газопаровой смеси, поднимающейся снизу вверх. Тепло, необходимое для полного разложения карбамата, передается раствору в подогревателе 17, обогреваемом водяным паром. В колонне 18 поддерживается температура 130-140°С. Из верхней части ее выходят NН3, СО2 и водяные пары. В конденсаторе низкого давления 7, охлаждаемом водой, водяные пары сжижаются, в них почти полностью растворяются аммиак и диоксид углерода. Полное поглощение аммиака завершается в скруббере 9, орошаемом аммиачной водой, и в системе кислой абсорбции, на схеме не показанной. Полученный раствор углеаммонийных солей насосом высокого давления 10 возвращают в скруббер 2 для последующей переработки в карбамид.
Из нижней части колонны 18 при 130-135°С выходит 70% -ный водный раствор карбамида. После снижения давления до атмосферного, раствор насосом 4 подают в выпарные аппараты первой и второй ступени 15 и 14, где он упаривается до концентрации 99,8%. Температура на первой ступени выпарки 125-135°С и давление 33-40 кПа, температура на второй ступени 135-140°С и давление 3 кПа.
Плав карбамида насосом 4 подают в грануляционную башню 12. Перед распылением к плаву добавляют карбамидоформальдегидную смолу (5 кг/т), что позволяет получить неслеживающийся гранулированный карбамид, который можно транспортировать к потребителю навалом, не упаковывая в мешки. Для охлаждения и кристаллизации гранул карбамида в нижнюю часть башни поступает воздух, идущий противотоком частицам карбамида. Воздух, уходящий из башни, тщательно промывается в верхней ее части от пыли циркулирующим раствором карбамида.
В целях защиты окружающей среды большое внимание уделяется глубокой очистке газов, выбрасываемых в атмосферу, от диоксида углерода и особенно от аммиака в абсорбере низкого давления 5, скруббере 9 и в аппаратуре кислой абсорбции, а также очистке воздуха, выходящего из грануляционной башни, от пыли. Предусмотрена также очистка сточных вод до санитарных норм перед их сбросом.
Охлажденные гранулы карбамида системой конвейеров подают в бункеры-накопители станции отгрузки и загружают насыпью в железнодорожные вагоны. При отсутствии железнодорожных вагонов карбамид конвейерами направляют на склад. Карбамид, хранящийся на складе, перед отправкой потребителю подают на классификаторы для отсева некондиционного карбамида (размером менее 1 мм и более 4 мм), который растворяется и в виде 50% -ного раствора возвращается на упаривание и грануляцию. [2]
4. Контроль и автоматизация
Управление технологическим процессом осуществляется из ЦПУ (центральный пункт управления), куда выведены приборы, замеряющие температуру, давление, количество и концентрацию в соответствующих технологических узлах производства. Предусмотрены дистанционное регулирование необходимых параметров технологического процесса, пуск и остановка производства из ЦПУ, а также сигнализация отклонений от заданных значений' технологических параметров и блокировки, отключающие подачу тех или иных компонентов и останавливающие соответствующие узлы производства при возникновении аварийных ситуаций. Так, в хранилище жидкого аммиака, откуда он поступает на производство карбамида, поддерживается постоянным уровень аммиака путем регулирования его количества, поступающего из заводской сети. Регулируя количество жидкого аммиака - хладоагента, испаряющегося в аммиачном холодильнике, поддерживают постоянной температуру жидкого аммиака, идущего в плунжерный насос. Температура жидкого аммиака до инжектора стабилизируется путем изменения количества пара" подаваемого в подогреватель аммиака. Поскольку для пассивации сталей к диоксиду углерода добавляют кислород, возможно образование взрывоопасной смеси в конденсаторах аммиака и в аппаратуре абсорбции. Поэтому необходимо тщательно контролировать содержание горючих газов в диоксиде углерода, не допуская концентрации их выше допустимой (0,05 об. %).
Соотношение [Ог]: [С02] поддерживается постоянным по показаниям автоматического газоанализатора. Отношение [1ЧН3]: [С02] перед колонной синтеза регулируется с помощью клапана на байпасе насоса жидкого аммиака высокого давления. При аварийном снижении уровня жидкого аммиака в расходном хранилище либо при прекращении подачи диоксида углерода срабатывают блокировки, останавливающие производство карбамида. Дистанционно регулируют давление и уровень раствора в колонне синтеза и автоматически поддерживают уровень раствора карбамида в стриппере. Автоматически регулируют температурный режим в ректификационной колонне и уровень жидкости в ней, температурный режим в конденсаторе низкого давления, температуру, уровни н значение вакуума в выпарной установке первой и второй, ступени. [2]
Установка контроля и автоматизации должны отвечать требованиям:
"Правил устройства электроустановок" (ПУЭ);
"Указаний по проектированию электроустановок систем автоматизации производственных процессов" МСН 205-69/ММС - СССР;
"Правил безопасности во взрывоопасных и взрыво-пожаро-опасных химических и нефтехимических производствах (ПБВХП-74).
Анализаторные помещения, в которых установлены измерительные преобразователи и другие приборы и средства автоматизации во взрывобезопасном исполнении, могут встраиваться во взрывоопасные и взрывопожароопасные помещения и наружные установки. При этом должно быть исключено постоянное пребывание работающих в анализаторных помещениях.
В помещении газоанализаторов не разрешается устанавливать электрические приборы, не относящиеся непосредственно к газоанализаторам.
Помещения для газоанализаторов должны быть обеспечены отдельной системой постоянно действующей механической вентиляции.
Система вентиляции должна иметь резервный вентилятор, включающийся автоматически при отключении работающего.
В случае, когда анализируемый газ отбирается из аппарата или трубопровода, в котором давление превышает требуемое для газоанализаторов, на линии отбора газа до места ввода его в помещение газоанализаторов предусматриваются:
1) отключающий запорный орган (количество определяется давлением);
2) ручное или автоматическое редуцирующее устройство;
3) предохранительные устройства для сброса избытка газа в атмосферу при повышении его давления выше необходимого для каждого типа газоанализатора.
Предохранительные устройства устанавливаются изолированно для каждого газоанализатора.
Устанавливать общее предохранительное устройство на группу газоанализаторов запрещается.
Перечень устанавливаемых в производствах контрольно-измерительных и регулирующих приборов, аварийной и предупредительной сигнализации, а также параметров, входящих в систему блокировки, должен вноситься в утвержденные для каждого производства технологические регламенты.
Устанавливаемая на трубопроводах запорная и регулирующая арматура, диафрагмы и первичные измерительные приборы должны быть легко доступны для обслуживания и иметь площадки для обслуживания при расположении этих приборов выше 1,8 м.
Автоматические отсекатели должны иметь автоматическую сигнализацию положения. Сигнализация должна выноситься на центральный щит управления.
В производственных помещениях, в местах, где возможно выделение взрывоопасных газов и паров, должны устанавливаться автоматические сигнализаторы наличия горючих газов в воздухе помещений, сблокированные с включением системы аварийной вентиляции.
Для нужд КИП и приборов автоматического регулирования должны предусматриваться специальные установки и сети сжатого воздуха с параметрами, соответствующими ГОСТ 11882-66. Отбор воздуха для технологических нужд из сети сжатого воздуха для нужд КИПиА не допускается.
Сети сжатого воздуха должны иметь буферные емкости, обеспечивающие запас сжатого воздуха для работы приборов не менее 1 ч.
Монтаж импульсных труб в блоках глубокого охлаждения следует производить согласно "Техническим условиям на монтаж оборудования установок разделения воздуха для получения кислорода, азота и редких газов".
Максимальное удаление исполнительного органа от командного прибора при пневматической системе управления должно быть таким, чтобы время поступления импульса не превышало допустимого.
Все помещения взрывоопасных и взрыво-пожароопасных производств должны быть обеспечены телефонной связью, громкоговорящими устройствами или переносными устройствами связи. Телефонные аппараты или извещатели, а также громкоговорящие устройства и другие устройства связи в этих помещениях должны быть выполнены в соответствии со средой помещения. [7]
5. Материальный баланс колонны синтеза карбамида
1. Вычисляем необходимые количества аммиака и двуокиси углерода. [8]
Стехиометрические количества аммиака и двуокиси углерода на 50000 кг мочевины составляют:
где - молярная масса аммиака (17 г/моль); - масса карбамида (50000 кг); n - стехиометрический коэффициент; - молярная масса карбамида, (60 г/моль).
где молярная масса углекислого газа, (44 г/моль).
С учетом 7 % потерь мочевины при дистилляции и упаривании плава:
50000 - 100 %
х - 7 %
Т.е. в колонне должно образоваться 53500 кг мочевины для получения 50000 кг готового продукта.
На образование этого количества мочевины расходуются следующие количества реагентов:
С учетом степени превращения образующегося карбамата аммония в мочевину и заданного избытка аммиака практический расход реагентов составит:
где 1,25 - коэффициент, учитывающий избыток аммиака;
60 - степень превращения карбамата аммония в мочевину, [г] = %. [8]
2. Вычисляем количество инертных газов, поступающих в колонну синтеза с двуокисью углерода [9]:
При составлении расчета принимаем, что инертные газы - это 100 % -й азот.
где 3 и 97 - содержание СО2 и N2 в газе, служащем источником углекислого газа, %.
3. Находим количество карбамата аммония и мочевины:
• в колонне образуется карбамата аммония:
где - молярная масса карбамата аммония, (78 г/моль).
• из 115916,51 кг карбамата аммония образуется мочевины:
• выделяется воды:
При степени превращения карбамата аммония в мочевину 60 %, количество разложившегося карбамата составляет:
4. Определяем количество аммиака, уходящего с продуктом реакции [9]:
• на образование карбамата аммония расходуется аммиака:
• остается непрореагировавшего аммиака:
Таблица 2.
Материальный баланс синтеза карбамида (на 50 т готового продукта)
|
Приход |
Расход |
|||||
|
Исходное сырьё |
кг |
% |
Продукты |
кг |
% |
|
|
NН3 |
126319,6 |
65, 20 |
53500 |
27,6 |
||
|
СО2 |
65388,8 |
33,75 |
48388,8 |
25 |
||
|
N2 |
2022,31 |
1,05 |
Н2О |
16049,97 |
8,28 |
|
|
NН3 (изб) |
75791,89 |
39,12 |
||||
|
Всего |
193730,71 |
100 |
Всего |
193730,66 |
100 |
5. Выделившаяся вода взаимодействует с избыточным аммиаком, образуя NН4ОН, количество которого равно:
где - молярная масса гидрата аммония, (35 г/моль).
На образование 31208,27 кг гидрата аммония затрачивается аммиака:
Остается избыточного аммиака в газовой фазе:
6. Невязка составляет:
6. Тепловой баланс колонны синтеза карбамида
6.1 Приход теплоты [9]
• Количество теплоты, поступающей с СО2:
(1)
где - теплоемкость при Т;
Т - температура .
• Количество теплоты, поступающей с NН3:
(2)
где - энтальпия жидкого аммиака при 60оС.
• Теплота образования карбамата аммония:
где
- тепловой эффект реакции образования твердого карбамата аммония из газообразного аммиака и двуокиси углерода, кДж/кмоль; [9]
- теплота плавления карбамата аммония, кДж/кмоль.
• Теплота образования гидрата аммония:
где
q3 - тепловой эффект образования из аммиака и воды, кДж/кмоль.
• Суммарный приход теплоты:
Qприх = Q1+ Q2+ Q3+ Q4 (5)
Qприх = 2348111,81 + 36771635,56 + 121703418,8 + 9474830,77 = 170297997 кДж
6.2 Расход теплоты [9]
• На образование мочевины:
где - тепловой эффект конверсии карбамата при избытке аммиака 125 % от стехиометрического количества, кДж/кмоль.
• На подогрев жидкого аммиака от 60оС до 132,9оС:
где
- теплоемкость аммиака, кДж/ (кг • К).
• На подогрев двуокиси углерода от 35оС до 132,9оС:
где
- теплоемкость двуокиси углерода, кДж/ (кг • К).
• На подогрев образующегося карбамата аммония от 132,9оС до 200оС:
где - теплоемкость карбамата аммония, кДж/ (кг • К).
• На подогрев избыточного газообразного аммиака:
где - теплоемкость газообразного аммиака при tср = 166,5оС и давлении Р = 20 МПа, кДж/ (кг • К).
• На подогрев NH4ОН от 139,5оС до 200оС:
где С () - теплоемкость , кДж/ (кг • К).
• Теплота, уходящая с плавом мочевины при 200оС:
Определяем среднюю теплоемкость плава мочевины по следующей формуле:
где См, Скарб, Сам, Св, Саз - концентрации мочевины, карбамата аммония, аммиака, воды, инертного газа (азота);
1,344; 1,951; 2,470; 4,187; 0,921 - теплоемкости указанных веществ, кДж/ (кг • К).
• Теплопотери в окружающую среду принимаем равными 5 % от общего количества теплоты, приходящейся в колонну синтеза:
Q'расх = Q1+ Q2+ Q3+ Q4 + Q5 + Q6 + Q7 = 16948800 + 22745486 + 7010791 + 13682263,2 + 9060780,5 + 7905476,1 + 84079123,8 = 161432720,6 кДж
• Суммарный расход тепла составляет:
Qрасх = Q1+ Q2+ Q3+ Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 (14)
Qрасх = 16948800 + 22745486 + 7010791 + 13682263,2 + 9060780,5 + 7905476,1 + 84079123,8 + 8793266,5 = 180225987 кДж
Таблица 3.
Тепловой баланс колонны синтеза мочевины
|
Приход |
Расход |
|||||
|
Поток |
кДж |
% |
Поток |
кДж |
% |
|
|
Q1 |
2348111,81 |
1,4 |
Q1 |
16948800 |
9,9 |
|
|
Q2 |
36771635,56 |
21,6 |
Q2 |
22745486 |
13,5 |
|
|
Q3 |
121703418,8 |
71,5 |
Q3 |
7010791 |
4,2 |
|
|
Q4 |
9474830,77 |
5,5 |
Q4 |
13682263,2 |
8,1 |
|
|
Q5 |
9060780,5 |
0,5 |
||||
|
Q6 |
7905476,1 |
4,8 |
||||
|
Q7 |
84079123,8 |
49,5 |
||||
|
Q8 |
8793266,5 |
5,2 |
||||
|
Всего |
170297997 |
100 |
Всего |
170225987 |
100 |
Расхождение между вычисленными значениями прихода и расхода теплоты составляет:
7. Характеристика колонны синтеза + эскиз формата А4
Наибольший интерес среди твердых азотных удобрений вызывает карбамид, что обусловлено высоким содержанием азота (46%), лучшими физическими свойствами по сравнению с другими азотосодержащими удобрениями, эффективностью применения в сельском хозяйстве и промышленности.
Одним из основных аппаратов в технологии получения карбамид является реактор синтеза карбамида. Который по гидродинамическому режиму приближен к реакторам идеального вытеснения (РИВ). Движения потока в РИВ является поршнеобразным, при котором все частицы движутся в заданном направлении, не перемешиваясь с движущимися впереди и позади них и полностью вытесняя находящиеся впереди них частицы потока. Для таких реакторов характерно плавное изменение концентраций исходных реагентов и продуктов реакции по всей длине аппарата.
В реальных реакторах имеются отклонения от режима идеального вытеснения. В реакторах для синтеза карбамида эти отклонения часто связаны с конструкцией используемых тарелок. Существуют два основных типа таких контактных устройств. Первый - перфорированные ситчатые тарелки. Для таких тарелок характерно течение жидкой и газовой фаз через одни и те же отверстия. В результате распределение движения этих потоков происходит случайным образным, что приводит к образованию застойных зон и степень конверсии оксида углерода (IV) в карбамид снижается.
Для тарелок второго типа характерно наличие кольцевого пространства между перфорированной частью тарелки и стенкой реактора. В этом пространстве осуществляется преимущественно движение жидкой фазы, в то время как в перфорированной части тарелки в центре реактора происходит движение газовой фазы. Скорость движения жидкости в кольцевом пространстве значительно ниже скорости газа, однако даже при такой скорости у границы стенки реактора возможно образование байпасных каналов. При образовании таких каналов часть жидкости течет вдоль стенки реактора, не смешиваясь с остальной частью жидкой фазы. В результате нарушается равномерное распределение концентрации компонентов смеси по длине аппарата, и степень конверсии СО2 в карбамид падает.
Для тарелок обоих типов также характерно наличие эффекта обратного перемешивания. Оно связано с неидеальной структурой потока, а также с наличием пульсаций в жидкой фазе, что приводит к перемещению некоторого количества жидкой фазы против направления движения поршня. В результате, в нижней части
реактора происходит увеличение концентрации карбамида, что приводит к нарушению равновесия реакции дегидратации и также вызывает снижение степени конверсии оксида углерода (IV). [10]
Колонна (см. эскиз) состоит из стандартного сосуда 3 высокого давления, внутри сосуда с крышкой 1 установлены 2 стакана 4 и 5, изготовленные из стали 10Х17Н13М2Т или 10Х17Н13М3Т. Для удобства изготовления и монтажа каждый стакан выполняют из двух частей, соединенных фланцами. Наружный стакан опирается днищем на нижнюю крышку колонны. Для центровки его в корпусе колонны к нему приварены бобышки.
Для лучшего смешивания реагентов в стакане установлены пять перегородок с направляющими лопастями 6, которые придают движущемуся потоку вращательное движение.
Внутренний стакан установлен четырьмя лапами на кольцо 2, закрепленное в верхней части колонны.
Синтез мочевины протекает при давлении 20 МПа и температуре 185 - 200оС в жидкой фазе. Для этого жидкий аммиак подается под давлением 20 МПа при температуре 60 - 70оС. Он поднимается в кольцевом зазоре между стенкой корпуса и стаканом 4, а затем, проходя между стенками стаканов, заполняет внутренний стакан. Одновременно во внутренний стакан вводится углекислый газ, который благодаря наличию полок и лопастей интенсивно смешивается и реагирует с аммиаком. Образующийся плав мочевины поднимается и выводится сверху. [11]
Корпус и крышка колонны изготовлены из углеродистой низколегированной стали. В связи с коррозийной активностью среды современные колонны синтеза футерованы изнутри листами хромоникельмолибденовой стали 0Х17Н16М3Т или стали 0Х17Н3М3Т, отличающейся от предыдущей марки пониженным содержанием никеля. Обе стали устойчиво работают в режиме синтеза карбамида в течение длительного времени. [2]
8. Выбор и расчет вспомогательного оборудования
8.1 Выбор тарелок
Для уменьшения продольного перемешивания реакционной смеси, применяют секционирование аппарата установкой массообменных перегородок.
Для данного аппарата согласно [12 c.217] выбираем ситчатые тарелки ТС - Р.
Таблица 4.
Характеристика ситчатых тарелок
|
Рабочее сечение тарелки |
2,822 |
|
|
Диаметр отверстия |
3 мм |
|
|
Шаг между отверстиями |
8 мм |
|
|
Относительное свободное сечение тарелки |
5,4% |
|
|
Масса |
120 кг |
|
|
Общее количество тарелок |
30 |
Ситчатые тарелки обеспечивают достаточно малый размер пузырьков по всей высоте колонны. Разрушают воздушные пробки, способствуют сохранению высокой величины площади контакта между газовой и жидкой фазами.
Плотность аммиака: сNH3 = 910 кг/м3.
Плотность углекислоты: сСО2 = 1,98кг/м3.
Плотность карбамида: спл = 900 кг/м3.
Диаметр аппарата D = 2000мм. Диаметр тарелок D = 1800мм.
Скорость плава
, (1)
где с = 0,05. м/с
, (2)
где б = 80є м2
(3)
(4)
м2
• Площадь отверстий.
(5)
м2
• Скорость плава через отверстия.
м/с
• Сопротивление тарелки.
Н/м2
• Найдем сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения.
, (6)
где у - поверхностное натяжение жидкости (Н/м)
у = 70 ·10-3 Н/м
Н/м2
• Общее сопротивление.
Н/м2
• Сопротивление колонны.
, (7)
где п - число тарелок
Н/м2
• Проверим условие:
: - условие не выполняется.
Следовательно, уменьшаем число тарелок.
Примем, что п = 20
Тогда Н/м2
- условие выполняется.
8.2 Расчет опоры аппарата
Аппараты вертикального типа с соотношением Н/D > 5, размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными цилиндрическими опорами, конструкция которых приводится на рисунке.
Рисунок 5. Опора аппарата.
Принимаем толщину цилиндрической стенки опоры S= 20 мм.
Материал опоры сталь Ст 3 ГОСТ 380-88
ув = 380 МПа; ут = 220 МПа; Е = 2,10·105 МПа; [у] = 146 МПа
Диаметр опоры равен 2,80 м.
• Размеры опорного кольца.
Внутренний диаметр кольца принимаем D2 = 2,65 м
Наружный диаметр кольца принимаем D1 = 3,12 м
• Опорная площадь кольца.
F = 0,785 (D12 - D22) = 0,785 (3,122 - 2,652) = 2,13 м2
• Момент сопротивления опорной площади кольца.
W = р (D14 - D24) /32D1 = р (3,124 - 2,654) /32·3,12 = 1,43 м4
• Напряжение сжатия в стенке опоры с учетом отверстия для лаза.
d = 0,5м, ус = Gmax/ [р (D+S) - d] (s - c) = 7,10/ [р (2,80+0,020) - 0,5] (0,020-0,001) = 44,7 Мпа
• Напряжение на изгиб в стенке опоры.
уи = М/р (D + s) 2 (s - c) = 3,270/р (2,80+0,020) 2 (0,020-0,001) = 6,9 МПа
Отношение D/2 (s - c) = 2,82/2 (0,020 - 0,001) = 74, по этой величине по графику [13 c.418] находим коэффициенты:
kи = 0,08; kc = 0,06, Kc = 875утkc/E = 875·220·0,08/2,1·105 = 0,073
Kи = 875утkи/E = 875·220·0,06/2,1·105 = 0,055
• Допускаемые напряжения на сжатие и изгиб в обечайке опоры.
[ус] = КсЕ (s - c) /D = 0,073·2,10·105 (0,020 - 0,001) /2,80 = 104 МПа
[уи] = КиЕ (s - c) /D = 0,055·2,10·105 (0,020 - 0,001) /2,80 = 78 Мпа
• Устойчивость цилиндрической опоры.
= 44,7/104 +6,9/78 = 0,52 < 1
Т.е. устойчивость обеспечена.
Максимальное напряжение на сжатие в сварном шве, соединяющем цилиндрическую опору с корпусом аппарата, при коэффициенте сварного шва цш = =0,7
=
= 7,10/0,7р (2,80+0,020) (0,020 - 0,001) + 4·3,270/0,7р (2,80+0,020) 2 (0,020-0,001) = 99,6 МПа < [ус]
• Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности кольца.
7,10/2,13+ 3,270/1,43 = 5,6 МПа < 10 Мпа
• Номинальная расчетная толщина опорного кольца при l = 0,1 м.
1,73·0,1 (5,6/146) 0,5 = 0,034 мм
• С учетом прибавки на коррозию принимаем, округляя размер s = 0,036 м, наименьшее напряжение на опорной поверхности кольца:
при максимальной силе тяжести аппарата:
7,10/2,13 - 3,270/1,43 = 1,05 Мпа
при минимальной силе тяжести аппарата:
6,45/2,13 - 3,270/1,43 = 0,74 Мпа
Расчетным является наибольшее по абсолютной величине значение у - при максимальной силе тяжести аппарата.
• Общая условная расчетная нагрузка на фундаментные болты.
Рб = 0,785 (D12 - D22) ·у = 0,785 (3,122 - 2,652) 1,05·106 = 1,76 МН
Принимаем количество фундаментных болтов z = 8, тогда нагрузка на один болт:
Рб1 = 1,76/8 = 0,22 МН
Расчетный внутренний диаметр резьбы фундаментных болтов:
(4·0,22/р·453) 0,5 + 0,001 = 0,026 м
Принимаем болты М42, у которых d1 = 35,6 мм.
• Диаметр болтовой окружности.
Dб = D + 2S + 0,12 = 2,80+ 2·0,020+ 0,12 = 2,96 м
Принимаем Dб = 3,00 м.
9. Механические расчеты
9.1 Выбор конструкционного материала и допускаемые напряжения
Расчетное давление Р = 20 МПа.
Расчетная температура равна температуре внутри аппарата t = 200°С.
В качестве основного конструкционного материала выбираем сталь 12ХГНМ [13 c.120], толщина листа 4 мм, для которой при 200°С:
ув = 577 МПа, ут = 316 МПа [13 c.120].
• Нормативное допускаемое напряжение:
у* = min (ув/nв; ут/nт), (1)
где nв = 2,6; nт = 1,5 - коэффициенты запаса прочности.
у* = min (577/2,6 = 222 МПа; 316/1,5=211 МПа) = 222 Мпа
• Допускаемое напряжение:
[у] = зу*, (2)
где з = 1,0 - поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации.
[у] = 1,0·222 = 222 Мпа
...Подобные документы
Физико-химические основы синтеза карбамида из аммиака и двуокиси углерода. Равновесие жидкость – газ при синтезе. Тепловой баланс процесса. Предельно допустимые концентрации аммиака, двуокиси углерода, карбамида и солей аммония в атмосфере и водоемах.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 19.11.2014Технологические расчеты колонны синтеза карбамида, работающей при давлении 28МПа, обеспечена ее герметичность за счет введения в конструкцию двухконусного обтюратора. Расчет толщины стенки корпуса колонны, а также эллиптического днища и плоской крышки.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 25.02.2011Химические и физические свойства карбамида (мочевины). Расчет коэффициента теплопередачи и поверхности теплопередачи выпарного аппарата, уравнение аддитивности термических сопротивлений. Методика расчета коэффициента теплопередачи с использованием ЭВМ.
курсовая работа [54,6 K], добавлен 08.05.2010Выбор метода производства карбамида (мочевины). Основные физико-химические свойства сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. Материальный баланс выпарной установки и стадии кристаллизации. Тепловой баланс выпарки в аппарате пленочного типа.
дипломная работа [391,5 K], добавлен 03.11.2013Материальный баланс процесса ректификации. Расчет флегмового числа, скорость пара и диаметр колонны. Тепловой расчет ректификационной колонны. Расчет оборудования: кипятильник, дефлегматор, холодильники, подогреватель. Расчет диаметра трубопроводов.
курсовая работа [161,5 K], добавлен 02.07.2011Рассмотрение процесса производства и технологической схемы уваривания канифоли и отгонки скипидара. Обоснование выбора установки, расчет канифолеварочной колонны и вспомогательного оборудования. Расчет тарелок, флорентины, дефлегматора и холодильника.
курсовая работа [146,1 K], добавлен 24.11.2010Физико-химические основы процесса абсорбции. Описание технологической схемы сульфатного отделения. Выбор и конструкция основного аппарата для производства сульфата аммония. Материальный и тепловой балансы абсорберов и сборников, расчет испарителя.
курсовая работа [551,4 K], добавлен 04.01.2015Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон-вода. Материальный баланс колонны. Скорость пара и диаметр колонны. Гидравлический расчет тарелок, определение их числа и высоты колонны. Тепловой расчет установки.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 02.05.2011Описание технологии производства и конструкций разрабатываемого оборудования. Технологический расчет колонны. Технологический расчет теплообменника. Расчет, выбор стандартизированного вспомогательного оборудования. Автоматизация технологического процесса.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 03.05.2009Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число. Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны. Объемные расходы пара и жидкости. Гидравлический расчет ректификационной колонны. Тепловой расчет установки и штуцеров.
курсовая работа [520,4 K], добавлен 04.05.2015Схема ректификационной стабилизационной колонны. Материальный и тепловой баланс в расчете на 500000 т сырья. Определение давлений, температур и числа тарелок в ней. Расчет флегмового и парового чисел. Определение основных размеров колонны стабилизации.
курсовая работа [290,3 K], добавлен 08.06.2013Свойства этилен-пропиленовых каучуков, особенности их синтеза. Технология получения, физико-химические основы процесса, катализаторы. Характеристика сырья и готовой продукции. Материальный и энергетический баланс реакционного узла, контроль производства.
курсовая работа [515,8 K], добавлен 24.10.2011Основы процесса ректификации. Физико-химические свойства нефти и составляющих ее фракций. Выбор варианта переработки нефти. Расчет материального баланса и температурного режима установки. Определение теплового баланса вакуумной колонны и теплообменника.
курсовая работа [127,6 K], добавлен 09.03.2012Ректификация как способ разделения жидких смесей в промышленности. Определение размеров колонны. Гидравлический расчет тарелок и давления в кубе. Расчет насоса, подогревателя сырья, дефлегматора и кипятильника. Тепловой и материальный баланс колонны.
курсовая работа [240,8 K], добавлен 07.02.2015Гидравлический и тепловой расчет массообменного аппарата. Определение необходимой концентрации смеси, дистиллята и кубового остатка. Материальный баланс процесса ректификации. Расчет диаметра колонны, средней концентрации толуола в паре и жидкости.
курсовая работа [171,0 K], добавлен 27.06.2016- Анализ деятельности ОАО "ТольяттиАзот" (г. Тольятти, Самарская область). Цех: производство карбамида
Общая характеристика производства. Описание технологического процесса. Нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов. Образование отходов производства. Процесс образования биурета. Карбамид в сельском хозяйстве и промышленности.
отчет по практике [27,9 K], добавлен 09.09.2014 Определение скорости пара и диаметра колонны, числа тарелок и высоты колонны. Гидравлический расчет тарелок. Тепловой расчет колонны. Выбор конструкции теплообменника. Определение коэффициента теплоотдачи для воды. Расчет холодильника для дистиллята.
курсовая работа [253,0 K], добавлен 07.01.2016Технологический расчет отбензинивающей колонны мощностью 6 млн т в год по нефти. Коэффициенты относительной летучести фракций. Состав дистиллята и остатков. Материальный баланс колонны. Температурный режим колонны. Расчёт доли отгона сырья на входе.
курсовая работа [366,8 K], добавлен 16.02.2015Технологические и конструкторские расчеты основных параметров ректификационной колонны: составление материального баланса, расчет давления в колонне; построение диаграммы фазового равновесия. Определение линейной скорости паров, тепловой баланс колонны.
курсовая работа [330,8 K], добавлен 06.03.2013Технологическая схема ректификационной установки. Материальный баланс, расчет флегмового числа. Определение средних концентраций, скорости пара и высоты колонны. Гидравлический и тепловой расчет. Параметры вспомогательного оборудования для ректификации.
курсовая работа [887,3 K], добавлен 20.11.2013
