Проект битумной установки широкого профиля мощностью 190 тысяч тонн в год с расчётом реактора

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

на тему «Проект битумной установки широкого профиля мощностью 190 тыс. тонн в год с расчётом реактора»

Реферат

реактор змеевиковый теплообменник

Объект исследования: битумная установка.

Цель работы - проектирование трубчатого реактора в составе битумной установки.

Проведён анализ современных технологий переработки гудрона. К проектированию принята схема битумной установки с ректором змеевикового типа.

Выполнен материальный расчет производства, детальный технологический и конструктивный расчет трубчатого реактора.

Освещены вопросы аналитического контроля технологического процесса, контроля качества сырья и продукции.

Рассмотрены вопросы охраны окружающие среды.

Разработаны мероприятия по охране труда и технике безопасности объекта.

Содержание

Нормативные ссылки

Введение

1. Теоретический раздел

1.1 Литературный обзор

1.1.1 Выбор и обоснование способа производства и технологической схемы

2. Технологический раздел

2.1 Технологическая схема процесса и её описание

2.2 Характеристика сырья и вспомогательных материалов

2.3 Характеристика продукции

2.4 Материальный баланс установки

2.5 Тепловой баланс установки

2.6 Расчет и выбор технологического оборудования

2.6.1 Расчет змеевикового реактора

2.6.2 Расчет вертикального испарителя

2.6.3 Расчет вертикального сепаратора

2.6.4 Расчет воздушного холодильника

2.6.5 Расчет насосов

2.6.6 Расчёт теплообменника

2.6.7 Расчет печи для нагрева гудрона

2.6.8 Паро-, водо-, холодоснабжение производства

3. Обеспечение качества и аналитический контроль производства

3.1 Стандартизация методов отбора проб, испытаний, анализов

4. Строительный раздел

4.1 Перечень технологических блоков и зданий, входящих в состав установки

4.2 Описание технологической этажерки

4.3 Описание технологических зданий установки

4.4 Административно-бытовые сооружения

5. Организационно-экономический раздел

5.1 Расчет численности промышленно-производственного персонала.

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Охрана труда и техники безопасности

6.1.1 Опасные и вредные производственные факторы, действующие на проектируемой установке

6.1.2 Средства коллективной защиты работников от воздействия опасных и вредных факторов

6.1.3 Индивидуальные средства защиты работающих

6.2 Производственная санитария и гигиена

6.3 Пожарная безопасность

7. Охрана окружающей среды

7.1 Экологическое обоснование технологической схемы

7.2 Охрана атмосферного воздуха от загрязнений

7.3 Охрана водоемов от загрязнения

7.4 Переработка и обезвреживание продуктов незавершенного производства

Заключение

Список использованных источников

Нормативные ссылки

В настоящей дипломной работе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 2.120-73 ЕСКД. Технический проект;

ГОСТ 2.201-80 ЕСКД. Обозначение изделий и конструкторских документов;

ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы;

ГОСТ 2.302-68 ЕСКД. Масштабы;

ГОСТ 2.303-68 ЕСКД. Линии;

ГОСТ 2.304-68 ЕСКД. Шрифты чертежные;

ГОСТ 2.305-68 ЕСКД. Изображения-виды, разрезы, сечения;

ГОСТ 2.307-68 ЕСКД. Нанесение размеров и предельных отклонений;

ГОСТ 2.315-68 ЕСКД. Изображения упрощенные и условные крепежных деталей;

ГОСТ 2.316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц;

ГОСТ 2.318-81 ЕСКД. Правила упрощенного нанесения размеров отверстий;

ГОСТ 2.701-84 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению;

ГОСТ 2.721-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения;

ГОСТ 2.782-68 ЕСКД. Обозначения условные графические. Насосы и двигатели гидравлические и пневматические;

ГОСТ 2.793-79 ЕСКД. Обозначения условные графические. Элементы и устройства машин и аппаратов химических производств;

ГОСТ 2.794-79 ЕСКД. Обозначения условные графические. Устройства питающие и дозирующие;

ГОСТ 3.1103-82 ЕСТД. Основные надписи;

ГОСТ 3.1127-93 ЕСТД. Общие правила выполнения текстовых технологических документов;

ГОСТ 7.9-95 СИБИД. Реферат и аннотация. Общие требования;

ГОСТ 7.12-93 СИБИД. Библиографическая запись. Сокращения слов на русском языке. Общие требования и правила;

ГОСТ 7.80-2000 СИБИД. Библиографическая запись. Заголовок. Общие требования и правила составления;

ГОСТ 7.82-2001 СИБИД. Библиографическая запись. Библиографическое описание электронных ресурсов. Общие требования и правила составления;

ГОСТ 1.25-76 Метрологическое обеспечение и основные положения;

ГОСТ 19.202-78 ЕСПД. Спецификация. Требования к содержанию и оформлению;

ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия;

ГОСТ 11501-78 Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы;

ГОСТ 11506-73 Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару;

ГОСТ 11505-75 Битумы нефтяные. Метод определения растяжимости;

ГОСТ 11507-78 Битумы нефтяные. Метод определения температуры хрупкости по Фраасу;

ГОСТ 4333-87 Нефтепродукты. Методы определения температур вспышки и воспламенения в открытом тигле;

ГОСТ 11510-65 Битумы нефтяные. Метод определения содержания водорастворимых соединений;

ГОСТ 6307-75 Нефть. Метод определения температур вспышки в закрытом тигле;

ГОСТ 20739-75 Битумы нефтяные. Метод определения растворимости;

ГОСТ 2477-65 Нефть и нефтепродукты. Метод определения содержания воды;

ГОСТ 17433-80 Промышленная чистота. Сжатый воздух. Классы загрязненности;

Введение

Роль топлива в современной экономике исключительно велика. В народном хозяйстве нет ни одной отрасли, которая не находилась бы в зависимости от снабжения топливом.

Россия обладает огромными нефтяными ресурсами, основные запасы которых находятся в Западно-Сибирской и Волго-Уральской нефтегазоносных провинциях, занимающих обширное пространство страны. Нефтедобывающая промышленность получила развитие в Татарстане, Башкорстане, Самарской, Пермской, Волгоградской областях.

В больших размерах нефть и нефтепродукты транспортируются из Поволжья в центральные, северо-западные и другие районы по нефтепроводам, водным путям и железным дорогам.

Нефтеперерабатывающие предприятия сооружены в центральных районах (Москва, Рязань, Нижний Новгород, Ярославль, Кириши), в Поволжье (Саратов, Сызрань, Самара, Волгоград, Уфа), на Урале (Пермь, Омск), в Сибири (Омск, Ангарск, Ачинск), на Дальнем Востоке (Комсомольск-на-Амуре, Хабаровск), на Северном Кавказе (Грозный, Краснодар и Туапсе).

Развитие нефтеперерабатывающий промышленности на востоке страны значительно улучшило снабжение этих районов нефтепродуктами, которые прежде завозились из европейской части нашей страны.

В настоящее время созданы крупные нефтехимические комплексы в Нижнекамске, Тобольске, Томске.

С развитием нефтяной промышленности возросла переработка асфальтосмолистых нефтей, увеличилось производство и улучшилось качество битумов, которые вытеснили природный асфальт, но добыча последнего продолжается до сих пор.

В настоящее время битум широко применяют в строительстве, промышленности, сельском хозяйстве и реактивной технике, а также для защиты от радиоактивных излучений. Ведущей областью применения битумов является строительство и ремонт дорог, жилых домов, промышленных предприятий и аэродромов.

Мировые мощности по производству нефтебитумов в 2001 г. составляли 111,5 млн.т. На долю России и других стран СНГ (бывшего СССР) в этом потенциально возможном объеме выработки битумов приходится около 12% общемирового производственного потенциала. Доля непосредственно России составляет 9,1% (2 место) мировой мощности производства нефтебитумов.

По развитию нефтебитумного производственного потенциала Россия среди развитых стран мира занимает второе место после США. Потенциальные возможности по производству нефтебитумов в России относительно мощности первичной переработки нефти достигли уровня США - 3,7%, что выше уровня выхода на нефть Франции, Италии, Японии, но значительно ниже относительно потенциальных возможностей Канады и Германии. Удельная мощность производственного потенциала получения нефтебитумов на душу населения в России сравнялась с лучшими достижениями европейских стран, однако в 1,6 раза отстает от уровня США и более чем в 3,5 раза - от уровня Канады.

Поскольку нефтебитум, используемый в качестве связующего вещества при изготовлении асфальтобетонных покрытий автодорог, составляет в среднем 6-8% в получаемой массе асфальтобетона, рассмотренные потенциальные возможности России в сопоставлении с семеркой развитых стан мира свидетельствуют о весьма низком уровне развития дорожного строительства в России при ее огромной территории. Фактически в реальном производстве в России положение в два раза хуже, так как использование производственной мощности по выработке нефтебитумов составляет менее 50%, тогда как в семерке развитых стран мира производственный потенциал используется на 90-96% (в количественном отношении) [1].

Битумная установка позволяет получать набор высококачественных конечных продуктов. Этот набор продуктов и объём их производства может варьироваться в зависимости от спроса. Окислением гудрона (фракции 500°С КК) могут быть получены битумы строительных (БН), кровельных (БНК) и дорожных (БНД) марок высокого качества.

Таким образом, производство больших объемов битума и его сбыт по сниженным ценам экономически целесообразно.

Использование битума в Краснодарском крае очень обшироно, т.к. в крае ведётся масштабное строительство различных сооружений, в частности в городе Краснодаре строятся высотные дома, в городе Сочи ведётся строительство зданий и спортивных объектов где используется строительный битум БН , а так же используется дорожный битум БНД для строительства дорог.

1. Теоретический раздел

1.1 Общие сведения о процессе производства битумов

Битум был первым продуктом из нефти, которым пользовался человек: уже за 3800 лет до нашей эры его применяли как строительный материал. Природные битумы и асфальты, добываемые в районах нефтяных месторождений, использовали в качестве связующих, антисептических, противокоррозионных и водонепроницаемых материалов, для строительства зданий и башен, водопроводных и водосточных каналов, туннелей, зерно- и водохранилищ, дорог, в судостроении. Битумами покрывали хранилища для зерна, скрепляли плиты стен и полов в храмах, их применяли в медицине и для мумификации трупов. Консервирующее свойство битумов обусловлено их высокой водо- и воздухонепроницаемостью. С развитием нефтяной промышленности возросла переработка асфальтосмолистых нефтей, увеличилось производство и улучшилось качество битумов, которые вытеснили природный асфальт, но добыча последнего продолжается до сих пор.

Под термином «битум» понимают жидкие, полутвердые или твердые соединения углерода и водорода с небольшим количеством кислород-, серо-, азотсодержащих веществ и металлов и значительным содержанием асфальтено-смолистых веществ, хорошо растворимых в сероуглероде, хлороформе и других органических растворителях [3].

Для производства нефтяных битумов используют три основных способа [4]:

1. Концентрирование нефтяных остатков путем перегонки их в вакууме в присутствии водяного пара или инертного газа (при переработке тяжелых асфальтосмолистых нефтей остаточные битумы получают атмосферной перегонкой).

2. Окисление кислородом воздуха различных нефтяных остатков (мазутов, гудронов, полугудронов, асфальтов деасфальтизации, экстрактов селективной очистки масел, крекинг-остатков или их смесей) при температуре 180-300 єC.

3. Компаундирование (смешение) различных нефтяных остатков с дистиллятами и с окисленными или остаточными битумами и др.

В зависимости от характера применения отечественные битумы подразделяют на группы, подгруппы и марки:

- битум нефтяной дорожный вязкий БНД-90/130, БНД-60/90 - применяется в качестве вяжущего материала при строительстве и ремонте дорожных и аэродромных покрытий;

- битум нефтяной строительный БН-50/50, БН-70/30, БН-90/30 - применяется для строительных работ;

- битум нефтяной кровельный БНК-40/180, БНК-90/40,БНК-90/30 - для производства кровельных покрытий и гидроизоляции;

- битум нефтяной пластичный для защитных покровов кабелей БЗК - применяется для антикоррозийной защиты кабелей;

- масса кабельная специальная МБК - применяется для нанесения защитных антикоррозийных покрытий при изготовлении кабелей;

- соляр - используется для приготовления топлива.

Совершенствование технологии битумного производства позволит интенсифицировать процесс и улучшит свойства битумов [2].

В настоящее время доля окисленных битумов в нашей стране в общем объеме их производства составляет 73 %. Впервые в промышленных масштабах окисленные нефтяные битумы начали производить в 1844 г по предложению Ж. Г. Биерлея путем барботажа воздуха через слой нефтяных остатков при 204 єC и 316 єC. В зависимости от температуры и продолжительности процесса получали битумы различных свойств; продукт этот был назван «биерлитом». В России окисленный битум был впервые получен в 1914 году в г. Грозном. Развитие производства окисленных битумов в СССР началось с 1925 года в г. Баку.

Современная технология заключается в окислении нефтяных остатков кислородом воздуха без катализатора при температуре 230-300 єC с подачей 0,84-1,40 м³/мин воздуха на 1 тонну битума при продолжительности до 12 ч. Воздух может подаваться в реактор под давлением или всасываться благодаря вакууму в системе до 66,7 кПа (500 мм рт. ст.). Отгон и потери зависят от содержания летучих веществ в сырье, от глубины окисления и находятся в пределах 0,5-10 % (масс.) от сырья. Пары воды и диоксид углерода выводится из системы. Реакция окисления - экзотермическая, поэтому температура в зоне реакции повышается. Получение битума из нефтяного сырья составляет по существу его загущение по причине конденсации низкомолекулярных соединений. Кислород воздуха взаимодействует с нефтяным сырьем и расходуется в различных реакциях окисления. С повышением температуры увеличивается доля кислорода расходуемого на образование воды. В целом процесс окисления характеризуется переходом масел в смолы, а смолы в асфальтены. Задача технологии битумного производства является такой подбор сырья, который приводит к получению конечного продукта с высокими эксплуатационными показателями [5].

Количество химически связанного кислорода в окисленном битуме увеличивается с повышением содержания ароматических углеводородов в сырье-нефтяном остатке. Основное количество кислорода находится в виде сложноэфирных групп. В среднем они содержат 60 % кислорода, поглощенного битумом. Остальные 40 % распределены примерно поровну между гидроксидными, карбоксильными и карбонильными группами. Оптимальной температурой образования связи С = О является 250 єC [3].

1.2 Выбор и обоснование способа производства и технологической схемы

Технологическая схема битумной установки должна обеспечивать требуемую производительность, возможность получения широкого ассортимента битумов при достаточно хорошем их качестве. Обязательным требованием должно быть обеспечение возможности поддержания максимальной поверхности реагирующих фаз, высокой степени ее обновления и оптимальная продолжительность контакта сырья с воздухом. Процесс будет высокоэффективным при наличии специальной системы отвода тепла, выделяющегося в результате окисления сырья.

Следует также решить вопрос обезвреживания и утилизации газов окисления и жидкого отгона. Одним из наиболее вероятных способов считается сжигание газов в печах и передача отгона в нефтеловушки, либо использование его в качестве топлива.

При выборе реакционного устройства необходимо учитывать тип сырья и качество готового продукта. Если при окислении выделяется много тепла, предпочтение следует отдать реакторам колонного типа, в которых избыточное тепло легко отводится подачей воды наверх колонны. Реакторы трубчатого типа предпочтительны для производства строительных битумов с температурой размягчения по КИШ более 60-70 єC, так как позволяет достигать нужной глубины окисления за сравнительно короткое время, без ухудшения таких показателей, как пластичность, морозостойкость и адгезионные свойства [2,6].

С ростом потребления окисленных битумов битумные установки укрупняли, вводили более совершенные методы контактирования сырья с воздухом. Емкость вертикальных кубов, применяемых в промышленности, постоянно возрастает.

На рисунке 1.1 приведена схема весьма распространенной установки, состоящей из 5-11 вертикальных кубов-окислителей (диаметром 5,4 м, высотой 10 м):

Аппараты: 1 - печь; 2, 9 - вытяжные трубы; 3-8 - кубы-окислители; 10, 11 - конденсаторы смешения; 12, 13 - насосы; 14 - раздаточники; 15 - цистерна. Потоки: Й - сырье; ЙЙ - воздух; ЙЙЙ - вода; IV - газообразные продукты окисления; V - сконденсированные продукты.

Рисунок 1.1 - Схема полунепрерывной битумной установки

Установка обычно сблокирована с вакуумной установкой. Кубы работают периодически, однако горячее сырье из вакуумной колонны поступает на установки непрерывно. В начале работы каждого куба его заполняют на 2/3 высоты гудроном, после чего через маточник подают воздух. Избыточное давление воздуха изменяется в пределах 0,05-0,10 МПа. В зависимости от природы сырья и заданных качеств битума температуру окисления поддерживают в пределах 220-280 єС.

Кубы-окислители связаны между собой переточными трубами. По ним газообразные продукты окисления поступают в конденсатор смешения, где они частично конденсируются и затем направляются в ловушку. Несконденсированные продукты через вытяжную трубу отводятся в атмосферу либо в печь для дожига. Каждый куб-окислитель заполняется сырьем в течение 3-4 часов. В зависимости от природы сырья, температуры и требуемой марки битума продолжительность окисления сырья составляет 4-90 ч. Когда цикл окисления завершен, битум из кубов откачивают в раздаточники или в железнодорожные цистерны и бункеры.

Непрерывность работы битумной установки обеспечивается совмещением графика работы каждого куба, предусматривающим непрерывный прием сырья - горячего гудрона. Для каждого куба устанавливают график получения битума одной или нескольких марок и график чистки куба после определенного числа оборотов, зависящего от вырабатываемых марок битума.

Основные недостатки описанной установки: неполное использование технологического оборудования (кубов-окислителей), которые простаивают, когда проводят полные анализы битума; непроизводительно затрачиваемое время на заполнение и опорожнение кубов, что снижает мощность установки; громоздкое оборудование установки и, следовательно, большие энергетические затраты на обогрев коммуникаций [7].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аппараты: 1-8 - кубы-окислители; 9 - конденсатор смешения; 10 - вытяжная труба; 11, 13, 15 - холодильники; 12, 14 - насосы; 16-23 - раздаточники; 24 - гребенка для разлива; 25 - маточник.

Потоки: I - сырье; ЙЙ - воздух; ЙЙЙ - вода; IV - газообразные продукты окисления; V - сконденсированные продукты; VI - битум.

Рисунок 1.2 - Схема битумной установки непрерывного действия с кубами окислителями

Существуют непрерывные процессы получения окисленных битумов при подаче воздуха за один проход сырья (через горизонтальный либо вертикальный цилиндрический реактор, разделенный на секции, ряд кубов, трубчатый реактор с разбрызгиванием в камере в смеси с катализатором) и окисления с рециркуляцией. Для улучшения окисления нефтяные остатки подают непосредственно из ректификационной колонны, температура в реакторе стабилизируется охлаждающем устройством и продукт выдерживается в атмосфере инертного газа.

На рисунке 1.2 приведена схема непрерывно-действующей битумной установки без циркуляции продукта.

Вертикальные кубы 1-8 расположены так, что сырье и частично окисленный продукт самотеком за счет разностей уровней перетекает из одного в другой. Кубы снабжены маточниками 25 для подачи сжатого воздуха. Процесс окисления идет во всех кубах одновременно. Гудрон с установки АВТ, пройдя через теплообменники и охладившись до 210-220 єC, поступает в окислительный куб 1. Из куба 1 гудрон по переточной линии направляется в куб 2 и так далее до куба 8. Температура окисления поддерживается на уровне 240-280 єC. Для понижения температуры в кубах 6-8 битумы, полученные в кубе 5 забираются насосом 12 и прокачиваются через холодильник 13, где они охлаждаются до 200 єC. Основная часть охлажденного битума направляется в раздаточники 16-20. Из раздаточников готовый битум самотеком поступает в коллектор эстакады и сливается в бункеры или железнодорожные цистерны. Газообразные продукты окисления через коллектор поступают в конденсатор-холодильник 9, имеющий пятнадцать отбойных тарелок и орошаемый водой для конденсации паров дистиллята и воды. Сконденсировавшиеся углеводородные продукты направляются в ловушку, где после отстоя собираются и используются в качестве топлива. Несконденсировавшиеся газообразные продукты выводятся в атмосферу через трубу 10 либо направляются в печь дожига. Диаметр каждого куба 3 м, высота 10,65 м. Производительность такой установки, состоящей из 8 кубов при выработке дорожного битума, составляет 720 т/сут.

Подобные установки требуют однородного сырья и постоянства технологического режима. Если эти условия не выполняются, с установки выходит некондиционная продукция. Довести эту продукцию до нормы можно рециркуляцией ее в смеси со свежим сырьем. Чтобы обеспечить заданные качества битума, применяют комбинированный метод: первые несколько кубов работают непрерывно, а последние периодически. В них битум доводят до требуемых качеств, но производительность установки при этом несколько снижается [7].

Битумная установка с циркуляцией продукта может быть оснащена реактором колонного типа, змеевиковым реактором с окислением сырья в пенной системе и горизонтальным реактором бескомпрессорного способа окисления.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аппараты: 1, 2 - поршневые насосы; 3 - теплообменник; 4, 8 - газосепараторы; 5 - трубчатая печь; 6 - окислительная колонна; 7 - конденсатор-холодильник; 9 - скруббер.

Потоки: I - сырье; ЙЙ - битум; ЙЙЙ - воздух; IV - водяной пар; V - вода; VI - жидкий отгон; VЙЙ - газообразные продукты окисления.

Рисунок 1.3 - Схема битумной установки непрерывного действия с одной окислительной колонной

Перспективным способом окисления гудронов считается применение реакторов колонного типа.

Принципиальная схема установки получения битума с применением окислительной колонны показана ниже на рисунке 1.3.

Исходное сырье (гудрон) насосом прокачивают последовательно через теплообменники и трубчатую печь и нагретое до 250 єC подают в верхнюю половину окислительной колонны через маточник. В колонне сырье контактирует с восходящим потоком воздуха и в окисленном виде через нижнюю часть колонны выводится в сепаратор, затем насосом прокачивается через теплообменники и также выводится с установки в виде готового продукта. В схеме предусмотрена рециркуляция части битума, позволяющая регулировать температуру размягчения и другие показатели качества.

Газы окисления выводят из колонны сверху, охлаждают и выделяют из них сконденсировавшиеся смолы - жидкий отгон. В дальнейшем газы окисления сжигают в топках печей.

На производительность установки влияют природа исходного сырья и свойства получаемого битума, температура процесса, расход воздуха на окисление и продолжительность - время пребывания сырья в зоне реакции.

С.К. Лалабеков, а затем М.В. Провинтеев предложили окислять сырье до битумов кислородом воздуха в пенной системе трубчатого реактора путем одновременной и непрерывной подачи воздуха, исходного сырья и (в зависимости от требуемого битума) в определенном соотношении - рециркулирующего жидкого продукта, а также сепарирования жидких и газообразных продуктов окисления в отдельном аппарате. В результате исследований БашНИИНП этот процесс был рекомендован для внедрения в нефтеперерабатывающей промышленности, и в 60-х годах на Краснодарском НПЗ метод проверялся на опытно-промышленной непрерывной установке. За последние годы подобные типовые битумные установки построены на многих отечественных заводах. На них получают более 13 % всего выпуска в России окисленных битумов, кроме того, в сочетании с реакторами колонного типа получают еще около 11 % битумов [7].

Основными аппаратами установок являются: смеситель, трубчатый реактор, испаритель, сепаратор, печь; вспомогательное оборудование - насосы, компрессоры и др. Установка состоит из нескольких однотипных секций.

Ниже на рисунке 1.4 приведена схема битумной установки с реактором змеевикового типа:

Аппараты: 1,4,9,12,15 - насосы; 2 - печь; 3 - сборник; 5 - смеситель; 6 - реактор; 7 - воздушный ресивер; 8 - компрессор; 10 - испаритель; 11, 13 -аппараты воздушного охлаждения; 14 - сепаратор; 16 - топка.

Рисунок 1.4 - Технологическая схема битумной установки с реактором змеевикового типа

На ряде заводов трубчатые реакторы используют как предокислитель с последующим доокислением в реакторе колонного типа (Ангарский НХК) либо доокислитель недоокисленного сырья в реакторе колонного типа (Ново-Ярославский НПЗ). Возможен вариант получения переокисленного дорожного битума с последующим разбавлением гудроном либо другим разжижителем до получения смеси, соответствующей техническим требованиям ГОСТа на товарный битум конкретной марки. Расход сжатого воздуха зависит от природы сырья, температуры процесса и качества получаемого битума. Высокая степень контактирования воздуха при малом времени пребывания смеси в реакционной зоне (15-25 мин) и температуре 25-285 єC изменяет динамику окислительного процесса. Наряду с интенсификацией процесса улучшается качество битума [9].

Для сравнения технико-экономических показателей работы периодических, полунепрерывных и непрерывных установок и выбора наиболее рационального способа для строительства новых и реконструкции существующих нефтеперерабатывающих заводов рассмотрим их достоинства и недостатки.

Периодический способ имеет следующие недостатки. В кубе-окислителе периодического действия сырье длительное время (до 70 ч) находится в зоне реакции при высоких температурах, в результате чего возникают более глубокие изменения в составе битума и ухудшение его свойств. Возможны местные перегревы, приводящие к образованию карбенов и карбоидов и ухудшающие реологические свойства битума. Периодическим процессом окисления сырья в битумы управлять трудно. В зависимости от природы сырья существует оптимальный режим повышения температуры размягчения (понижения пенетрации либо повышения вязкости) во времени. Для каждого сырья существуют также оптимальные температура процесса окисления и расход воздуха. Причем не всегда требуется стабилизация подачи воздуха. Так, вначале необходимо постепенное повышение, затем в каком-то интервале температуры размягчения битума - стабилизация расхода воздуха, а при приближении процесса к завершению - некоторое понижение.

Характер изменения скорости подачи воздуха зависит от природы сырья. Температура процесса меняется в зависимости от подачи воздуха и теплового эффекта реакции; последний, в свою очередь, является функцией природы сырья и температуры процесса. Следовательно, съем тепла реакции необходим по определенной программе, различной для разных видов сырья и глубины окисления, меняющейся во времени с углублением процесса. Степень использования кислорода воздуха при периодическом окислении недостаточна.

На установках непрерывного действия за счет схем и средств автоматизации легко поддаются стабилизации основные параметры процесса - температура окисления, расход сырья, расход воздуха и др. В результате лучшего контакта воздуха с сырьем улучшается степень использования кислорода воздуха и может быть достигнуто почти полное отсутствие кислорода в газообразных продуктах окисления. Стабилизация основных параметров процесса на оптимальных значениях для каждого сырья устраняет местные перегревы и улучшает основные свойства битумов.

При небольшой мощности установки и необходимости выработки большого ассортимента битумов (вязких и тугоплавких), особенно с температурой размягчения больше 135 °С, в отдельных случаях целесообразно применять периодические кубы-окислители.

Степень использования кислорода воздуха при окислении сырья наихудшая в кубах периодического действия, а из непрерывных процессов - при бескомпрессорном способе. Содержание кислорода в газообразных продуктах окисления в кубе периодического действия 6-16 % (об.), в аппарате колонного тина 0,5-2,0 % (масс.), в змеевиковом реакторе 0,5-3,0 % (масс.), при бескомпрессорном способе 8,8-14 % (масс.).

Выбор способа окисления должен определяться в результате сравнения технико-экономических показателей работы установок. Стоимость эксплуатации установки, кроме природы исходного сырья, количества и ассортимента битумов и побочных продуктов, зависит от капитальных вложений на ее строительство (процента амортизации), продолжительности работы установки и ремонта в году, энергетических затрат, числа обслуживающего персонала и ряда других факторов.

Используя опыт действующих битумных установок передовых предприятий, целесообразно на новых битумных установках устанавливать воздушные маточники в окислительных колоннах с отверстиями диаметром 18 мм (вместо 8 мм по проекту на существующих битумных установках) с учетом уменьшения свободного сечения вследствие отложений кокса при эксплуатации. В местах конденсации паров применяют коррозионностойкие покрытия. Тепло отходящих дымоувых газов из топки печи дожига используют для получения водяного пара, расходуемого на обогрев трубопроводов, аппаратов и оборудования [2].

Данная технологическая схема битумной установки с реактором змеевикового типа была выбрана мной в качестве исследования в этом проекте т.к. с помощью неё получают битум строительный БН высокого качества, а так же дорожный битум БНД, которые широко используются в Краснодарском крае.

2. Технологический раздел

2.1 Технологическая схема процесса и её описание

Аппараты: Р-1 - змеевиковый реактор, И-1 - испаритель, Т-1 -теплообменник, С-1 - сепаратор, Н-1, Н-2 - паровые насосы, Н-3 - центробежный насос, ВХ-1 - воздушный холодильник, СМ-1 - смеситель, П-1 - печь для нагрева гудрона, ПДГ - печь дожига газов окисления. Потоки: 1- топливный газ, 2- воздух, 3- гудрон, 4- пар, 5- соляр + газы окисления, 6- соляр, 7- промканализация, 8- битум.

Рисунок 1.5 - Технологическая схема битумной установки с реактором змеевикового типа

Гудрон из резервуара шестеренчатым насосам Н-1 с температурой 90 °С и давлением 1,5-6 МПа подается через теплообменник Т-1, где подогревается потоком уходящего с установки готового битума до 180°С, в тройник смешения. Одновременно в тройник смешения поступает рециркулят битума из нижней части емкости-испарителя И-1 с температурой 250° С. Смесь сырья с битумом электроприводным шестеренчатым насосом Н-3 с температурой 260 °С подается через смеситель СМ-1 в вертикальный трубчатый реактор Р-1. Одновременно с сырьем в смеситель СМ-1 подается сжатый воздух из сети воздушной компрессорной с давлением 6-6.5 кгс/см². В трубчатом реакторе Р-1 происходит процесс окисления гудрона кислородом воздуха при Т=230 °С, реакция окисления экзотермична. Для поддержания температурного режима в реакторе Р-1 предусмотрено сжигания топливного газа в топке реактора и нагрев реакционной массы за счет тепла дымовых газов. Из трубчатого вертикального реактора Р-1 продукты реакции окислении поступают в И-1, где происходит разделение смеси на жидкую и паровую фазу. Жидкая фаза - битум с температурой 250°С выводится из нижней части И-1 и откачивается паровым насосом Н-3, а балансовый избыток по уровню в испарителе И-1 откачивается паровым насосом Н-2 через теплообменник Т-1 в раздаточники битума, а часть в СМ-1, где происходит смешение. Паровая фаза - смесь газов окисления, паров воды и «черного соляра» с температурой 120-240 °С поступает по тепловым трубам в воздушный холодильник ВХ-1. Охлажденный до 45 °С поток из воздушного холодильника ВХ-1 поступает в вертикальный сепаратор С-1. За счет увеличения объема и снижения скорости происходит разделение жидкой и газообразной фаз. В низу сепаратора С-1 собирается вода и соляровая фракция. Вода дренируется в канализацию с температурой не выше 40 °С, а соляр выводится с установки. Газовая фаза из С-1 направляется на сжигание в печь дожига газов окисления, ПДГ, и далее в атмосферу с температурой не ниже 600 °С.

В печи дожига предусмотрено также сжигания газовой фазы от эстакады отгрузки битума.

2.2 Характеристика сырья и вспомогательных материалов

Таблица 2.1 - Характеристика исходного сырья и вспомогательных материалов.

№№ п/п	Наименование сырья	Обозначение стандарта или технических условий	Показатели качества, обязательные для проверки	Норма по ГОСТ, ОСТ, СТП, ТУ
1	2	3	4	5
Исходное сырье
1.	Гудрон	СТП 014857-112-92	1. Температура вспышки в открытом тигле, С, не ниже 2. Вязкость условная при 80 С, градусы ВУ	250 35-70
Реагенты
1.	Воздух технологический		1. Давление, кгс/см2 (изб.)	до 6.5
Вспомогательные материалы
1.	Топливный газ	ГОСТ 5542-87	1. Давление, кгс/см2 (изб.)	до 1.2
2.	Пар водяной перегретый (пар «острый»)		1. Давление, кгс/см2 (изб.) 2. Температура, С	до 11 до 250
3.	Вода оборотная		1. Давление, кгс/см2 (изб.) 2. Температура, С	до 2.5 не выше 30
4.	Воздух КИП	ГОСТ 17433-80	1. Класс чистоты	не более 1

2.3 Характеристика продукции

Таблица 2.2 - Характеристика продукции установки.

№№ п/п	Наименование сырья	Обозначение стандарта или технических условий	Показатели качества, обязательные для проверки	Норма по ГОСТ, ОСТ, СТП, ТУ
1.	Битум нефтяной дорожный вязкий БНД 60/90	ГОСТ 22245-90	1. Пенетрация, 0,1мм: при 25 С при 0 С 2. Температура размягчения по кольцу и шару, С 3. Температура хрупкости, С 4. Температура вспышки, С 5. Изменение температуры размягчения после прогрева, С 6. Растяжимость, см, при температуре 25 С 0 С	61-90 не менее 20 не ниже 47 не выше -12 не ниже 230 не более 5 не менее 55 3,5
2.	Битум нефтяной строительный БН 70/30	ГОСТ 6617-76	1. Глубина проникания иглы, 0.1 мм: при 25 С 2. Температура размягчения по кольцу и шару, С 3. Растяжимость, см, не менее: при 25 С 4. Растворимость, %, не менее 5. Изменение массы после прогрева, % , не более 6. Температура вспышки, С, не ниже 7. Массовая доля воды	21 - 40 70 - 80 3,0 99,50 0,50 240 следы
3	Битум нефтяной пластичный для защитных покровов кабелей БЗК	ТУ 38.101989-84	1. Глубина проникания иглы, 0.1 мм: при 25 С 2. Температура размягчения по кольцу и шару, С 3. Температура хрупкости, С, не выше 4. Температура вспышки, С, не ниже 5. Содержание веществ, нерастворимых в бензоле, %, не более 6. Содержание водорастворимых кислот и щелочей	25 - 35 62 - 68 минус 12 230 0,4 отс.
4.	Масса кабельная специальная МБК	ТУ 38.101640-76	1. Температура размягчения, С, в пределах 2. Глубина проникания иглы при 25 С, в пределах 3. Температура вспышки в открытом тигле, С , не выше 4. Эластичность при температуре 20 С 3 С 5. Содержание водорастворимых кислот и щелочей 6. Содержание веществ, нерастворимых в бензоле, %, не более	68 - 78 15 - 35 240 отсутствие трещин отсутствие 0,4
5.	Соляр	СТП 014857-110-92	1. Температура вспышки (определяемая в закрытом тигле), С, не ниже 2. Содержание воды, % , не более 3. Содержание смолистых веществ, %	- 0,5 -

2.4 Материальный баланс установки

Составляем материальный и тепловой баланс трубчатого реактора непрерывного действия мощностью 190 тыс. т/г.

Исходные данные:

- сырье - гудрон Аянской нефти при = 1,0002 г/м³ ;

- марка получаемого битума БНД 60/90;

- температура размягчения по кольцу и шару 51 ⁰С;

Условия процесса:

- температура 270⁰ С;

- давление 0,3 МПа;

- удельный расход воздуха 100 м³/ч;

- мощность установки М= 190000тыс. т/г;

- годовой фонд времени Ф = 8000 ч.

Определяем производительность реактора по битуму, Gб, кг/ч:

G_б =; (2.1)

G_б = = 23750 кг/ч.

Определяем производительность реактора по сырью, G_f, кг/ч с учетом, что выход готового продукта составляет 96% масс, от гудрона [4]:

G_f = ; (2.2)

G_f = 24739,58 кг/ч.

Находим общий расход воздуха, G_возд., кг/ч:

G_возд.= (G_f q_возд. g_возд.)/ 1000, (2.3)

где q_возд - плотность воздуха равная 1,293 кг/м³;

g_возд - удельный расход воздуха, м³/т;

G_возд= 3198,82 кг/ч.

Находим количество азота, образующегося во время реакции окисления гудрона воздухом, G_N2, кг/ч:

G_N2 = 0,77G_воэд.; (2.4)

G_N2 = 0,773198,82 =2463,09 кг/ч.

Находим количество подаваемого кислорода, G_О2, кг/ч:

G_O2 = 0,23G_возд. ; (2.5)

G_O2 = 0,233198,82 =735,73 кг/ч

Количество остаточного кислорода в газах окисления, G'_О2 , кг/ч:

G'_O2 = 0,05 G_возд.; (2.6)

G'_О2 = 0,053198,82 =159,941 кг/ч.

Количество израсходованного кислорода, G``_О2 , кг/ч:

G``_О2 = G_О2 - G'_О2 ; (2.7)

G``_О2 = 735,73 - 159,941 = 575,789 кг/ч.

Рассчитаем количество и состав побочных продуктов окисления, выходящих из реактора. Принимаем, что на образование СО₂ расходуется 30% масс. кислорода, а на образование Н₂О 65% масс. кислорода [4].

Количество образующегося диоксида углерода G_СО2 , кг/ч:

G_СО2 = 0,3G``_O2 М_СО2/М_О2 , (2.8)

где М_О2 и М_СО2 - молекулярные массы кислорода и диоксида углерода соответственно 32 и 44.

G_СО2 = 0,3575,789=237,51 кг/ч.

Количество образующейся воды G_Н2О, кг/ч:

G_Н2О = 0,65G``_O2М_Н2О/М_О2 , (2.9)

где М_Н2О и М_О2 - молекулярные массы воды и кислорода соответственно 18 и 32.

G_Н2О = 0,65575,789= 421,04 кг/ч.

Количество углеводородных газов, образующихся в процессе принимаем равными 3% масс., G_уг, кг/ч [4]:

G_уг = ; (2.10)

G_уг== 475 кг/ч.

Количество отгона принимаем равным 0,54% масс., G_отг, кг/ч [4]:

G_отг = ; (2.11)

G_отг = =128,25 кг/ч.

Материальный баланс реактора сведен в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Материальный баланс.

Наименование	Молекулярная масса	Количество
		тыс. т/г	т/сут	кг/ч	масс., доля, %
Приход:
Гудрон		197,91	593,75	24739,58	100
Воздух		25,59	76,77	3198,82	11,44
ИТОГО		223,5	670,52	27938,4	111,44
Расход:
Битум		190	570	23750	95,77
Азот	28	19,70	59,11	2463,09	9,9
Кислород	32	1,28	3,83	159,941	0,6
СО2	44	1,9	5.7	237,51	0,9
УВ газы		3,8	11,4	475	1,91
Отгон		1,02	3,07	128,25	0,51
Вода	18	3,36	10,10	421,04	1,7
Потери		0,55	1,64	68,47	0,0022
ИТОГО		221,61	664,85	27703,301	111,44

2.5 Тепловой баланс установки

Составляем тепловой баланс реактора и из него определяем температуру сырья на входе.

Приход тепла:

Количество тепла, поступающего с сырьем, Q_c, кДж/(кгК):

Q_c = G_fCt, (2.11)

где С - теплоемкость гудрона равна 2,0 кДж/(кгК) [4];

t - температура гудрона, К,

Q_c = 24739,582,0t=49479,16t кДж/(кгК).

Количество тепла, поступающего с воздухом, Q_в, кДж/(кгК):

Q_в = G_воздС_вТ_в, (2.12)

где С_в - теплоемкость воздуха равна 1,005 кДж/(кгК);

Т_в - средняя температура воздуха равна 278 К,

Q_в = 3198,821,005278=893718,32 кДж/(кгК).

Количество тепла, поступающего в реактор с битумом - рециркулятом, Q_рец, кДж/(кгК):

Q_рец = K_цG_бCT, (2.13)

где C - теплоемкость битума равна 2,1 кДж/(кгК);

Т - температура битума 543 К;

K_ц - коэффициент рециркуляции 3 [4],

Q_рец = 3237502,1543 = 81246375 кДж/(кгК).

Количества тепла, выделяющегося в ходе реакции, Q_р , кДж/ч:

Q_p = qG_f, (2.14)

где q - тепловой эффект реакции окисления гудрона = 230 кДж/кг,

Q_p = 23024739,58= 5690103,4 кДж/ч.

Всего приход тепла составляет , кДж/ч:

= Q_c+ Q_в+ Q_рец+ Q_p , (2.15)

= 49479,16t+ 893718,32+ 81246375 + 5690103,4 = 87879675,88+49479,16t

Расход тепла:

Количества тепла, уходящего с битумом, Q_б, кДж/ч:

Q_б = K_ц G_бСТ, (2.16)

где С - теплоемкость битума 2,1 кДж/(кгК);

Т - температура битума 543 К,

Q_б = 4 23750 2,1 543 = 108328500 кДж/ч.

Количества тепла, уходящего с газами окисления, Q_газ, кДж/ч:

Q_газ = (G_отг+ G_уг+ G_CO2+ G_N2+ G_{H2 O}+G'_О2)CT , (2.17)

где С - теплоемкость газов окисления равна 1,26 кДж/(кгК);

Т - температура газов окисления 543 К,

Q_газ = (128,25+475+237,51+2463,09+421,04+159,941)1,26543 = 2657923,674кДж/ч.

Количество тепла, уходящего с потерями, Q_пот, кДж/ч:

Q_пот = 0,03 x Q_{прихода} ; (2.18)

Q_пот = 0,03 x(87879675,88+49479,16t)=2636390,27+1796,87t

Всего расхода тепла составил , кДж/ч,

= Q_б + Q_газ+ Q_пот ; (2.19)

= 108328500 + 2657923,674 + 2636390,27+1796,87t=113622813,9+1796,87tкДж/ч.

Температура сырья на входе в реактор, t, К:

=; (2.20)

87879675,88+49479,16t=113622813,9+1796,87t;

47682,29t=25743138.02;

t=533 K=260C

2.6 Расчет и выбор технологического оборудования

2.6.1 Расчет змеевикового реактора

Расчет змеевикового реактора заключается в определении диаметра и длины змеевика. Для этого определяют суммарный объем паровой и жидкой фаз, проходящих через змеевик по следующим формулам:

Секундный расход воздуха, g'_в, м³/с:

g'_в= , (2.21)

где g_в - удельный расход воздуха, 100 м³/т;

Т - температура в реакторе 543 К;

G_f - количество гудрона, проходящего через змеевик реактора;

Р - давление в змеевике 0,3 МПа,

м³/с.

Секундный расход сырья и рециркулята, q_c+p, м³/с:

q_c+p=, (2.22)

где К_ц - коэффициент рециркуляции 3 [4];

g_c - количество сырья 24,740 т/ч;

с₄ ^t - плотность смеси рециркулята и сырья при температуре t, г/см³,

с_4см²⁷⁰= с_4см²⁰ - (t-20); (2.23)

с_4см²⁷⁰= 1,0002 - 0,000528(270-20) = 0,8682 г/см³;

q_c+p= м³/с .

По практическим данным линейную скорость движение смеси в змеевике W принимаем равной 8 м/с [4].

Диаметр змеевика, D, м вычисляем:

D=; (2.24)

D= м.

Принимаем диаметр 250 мм [8].

Необходимый реакционный объем на 1 тонну сырья в 1 ч. зависит от природы сырья, температуры размягчения и других качеств товарного битума, V_р=0,56 м³/( тч).

Длина змеевика, L, м:

L =; (2.25)

L = м.

Принимаем длину змеевика 282 м [8].

Расчет аппарата на прочность

Змеевик реактора сделан из стали ст. 20, коэффициент прочности 0,95 [12], допускаемое напряжение у_доп = 120 МПа [12], прибавка к расчетной толщине трубы на коррозию С = 0,002 м [12].

S=; (2.26)

S= м.

Принимаем, S = 0,02 м.

Определяем максимально допустимое давление Р_доп, на змеевик, МПа

Р_доп=; (2.27)

Р_доп= МПа.

1,94 МПа 0,5 МПа

Реактор поз. Р-1

Назначение окисление гудрона

Диаметр змеевика 0,25 м

Длина змеевика 282 м

Общая высота реактора 20,6 м

Диаметр реактора внутренний 4 м

2.6.2 Расчет вертикального испарителя

Испаритель - вертикальный цилиндрический аппарат, предназначен для разделения жидкой и газообразной фаз, поступающих из реактора. Температура в испарителе 250^оС, давление 0,05-0,15 MПа.

Данные для расчета:

- количество жидкой фазы G_б 23750 кг/ч

- количество газообразных фаз G_г 6534,36 кг/ч

- плотность жидкой фазы _ж 872 кг/м³

- плотность газообразной фазы _г 1,195 кг/ м³

Определяем допустимую скорость газа, V_о, м/с:

V_o=, (2.28)

где А₁ - постоянный коэффициент = 0,03 [14],

V_o= 0,81 м/c.

Определяем необходимый диаметр испарителя D, м:

D=; (2.29)

D=1,54 м.

Принимаем D=1,6 м.

Фактическая скорость газа равна V, м/с.

V=, (2.30)

V=0,75 м/c.

Находим расстояние между штуцерами входа и выхода Н₁, м³ .

Н₁ = V + , (2.31)

Н₁=0,75+=1,55 м.

Высота цилиндрической части испарителя 2 м.

Объем испарителя (без учета объёма днищ) V, м³.

V = 0,785D²Н, (2.32)

V = 0,7851,6²2=4 м³.

Определяем допустимую нагрузку по жидкости Q_д, м³/ч.

Q_д = 4V, (2.33)

Q_д= 44= 16 м³/ч.

Фактическая нагрузка испарителя Q, м³/ч.

Q = , (2.34)

Q = 27,23 м³/ч.

Находим сечение испарителя S, м².

S = 0,785D², (2.35)

S = 0,7851,6²=2м².

Скорость смешения уровня жидкости допускается не более

20 - 25 м³/(м²ч)

= 13,61 м³/(м²ч) , 21,41< 25 м³/(м²ч).

Вертикальный испаритель поз. И-1

Тип вертикальный испаритель

Назначение разделение газообразной и жидкой фаз

Диаметр 1,6 м

Высота 2,38 м

Длина 4,3 м

Объём 8 м³

Давление условное 1,0 МПа

Завод-изготовитель Украина ТОВ «Машзавод»

2.6.3 Расчет вертикального сепаратора

Сепаратор - вертикальный цилиндрический аппарат, предназначен для конденсации паров воды и соляра. Температура 45 ⁰С, давление 0,03-0,13 МПа.

Данные для расчета:

- количество жидкой фазы G_ж 549,29 кг/ч;

- количество газовой фазы G_г 3335,54 кг/ч;

- плотность жидкой фазы _ж 876,2 кг/м³;

- плотность газовой фазы _г 1,295 кг/м³

Определяем допустимую скорость газа V_о, м/с, по формуле (2.28):

V_о=0,03 0,78 м/с.

Определяем необходимый диаметр сепаратора по формуле (2.29):

D=1,08 м.

Принимаем 1,2 м.

Фактическая скорость газа V, м/с, по формуле (2.30)

V== 0,80 м/с.

Находим расстояние между штуцерами входа и выхода по формуле (2.31):

Н₁=0,73+=1,33 м.

Высоту цилиндрической части аппарата принимаем равной 2 м.

Объем сепаратора (без учета объёма днищ) V, м³ находим по формуле (2.32):

V=0,785(1,2)²2= 2,26 м².

Определяем допустимую нагрузку по жидкости Q_д, м³/ч, по формуле (2.33):

Q_д=42,26 =9.04 м³/ч.

Фактическая нагрузка на сепаратор Q, м³/ч, по формуле (2.34):

Q= = 0,62 м³/ч.

Находим сечение сепаратора S, м² по формуле (2.35)

S= 0,7851,2²=1,13 м².

Скорость смешения уровня жидкости допущены не более

20- 25 м³/(м²ч)

0,62/1,13=0,55 м³/(м²ч) 0,55<20-25 м³/(м²ч)

Сепаратор вертикальный поз. С-1

Тип сепаратор вертикальный

Назначение для конденсации воды, соляра

Диаметр 1,2 м

Высота 4,88 м

Объём 10 м³

Давление условное 1,0 МПа

Ширина 2,225 м

Завод-изготовитель Украина ТОВ «Машзавод»

2.6.4 Расчет воздушного холодильника

Холодильник предназначен для охлаждения газовых потоков, уходящих сверху испарителя И-1.

Определяем тепловую нагрузку аппарата Q, кДж/ч:

Q = G(J_t1 - J_t2), (2.36)

где G - количество компонентов газовой фазы, образующиеся в ходе реакции, кг/ч;

Q - количество тепла, отнимаемого от газов окисления в холодильнике, кДж/ч;

J_t1 - энтальпия компонентов газовой фазы при температуре 533 К

на входе в аппарат, кДж/ч;

J_t2 - энтальпия компонентов газовой фазы при температуре 318 К

на выходе из аппарата, кДж/ч,

Q_N2 = G (t₁ - t₂) = 1,06 2463,09 (260 - 45) = 561338,2 кДж/ч;

Q_О2 = G (t₁ - t₂) = 0,93 159,941 (260 - 45) = 31980,20 кДж/ч;

Q_CO2 = G (t₁ - t₂) = 0,99 237,51 (260 - 45) = 50554 кДж/ч;

Q_H2O = 421,04 (840,0-407,0) = 182310,32 кДж/ч;

Q_уг= 475(903,0-451,0) = 214700 кДж/ч;

Q_отг=128,25(903,0 - 451,0) = 57969 кДж/ч.

Общая тепловая нагрузка равна сумме нагрузок компонентов, кДж/ч:

Q_общ= Q_N2 + Q_О2 + Q_CO2 + Q_H2O + Q_уг + Q_отг; (2.37)

Q_общ= 561338,211 + 31980,20 + 50554 + 182310,32 + 214700 + 57969 = 1098851,73 кДж/ч.

Средний температурный напор определяем по схеме:

260⁰С45⁰С

60⁰С 25⁰С

t_ср===78,17⁰С. (2.38)

Поверхность теплообмена определяем по формуле: (2.40)

F=260,31 м².

По каталогу выбираем воздушный холодильник АВМК (аппараты воздушного охлаждения малопоточные камерные).

Воздушный холодильник поз. АВО-1

Назначение охлаждение газовой фазы;

Количество рядов труб 8

Коэффициент оребрения 20

Количество труб 164

Площадь поверхности

теплообменника 300 м²

Длина труб 3 м

Вентилятор: осевой

- диаметр колеса вентилятора 800 мм

- частота вращения 1500 об/мин

- количество вентиляторов в аппарате 1

Привод вентиляторов от электродвигателей АИМ100S4

- напряжение 380 В

- частота тока 50 Гц

- исполнение электродвигателей по взрывозащите 1ЕxdВТ4

- номинальная мощность одного эл.двигателя 3кВт

Давление условное 1,6 МПа

Габариты в плане 1,43,4 м

Масса 3700 кг

АВО должен соответствовать требованиям настоящих ТУ, ОСТ 26-291, ПБ 09-310,ОСТ 26-02-1309 и требованиям конструкторских документаций.

2.6.5 Расчет насосов

Для выбора насосов необходимо определить подачу Q м³/ч сырья.

Подача насоса Н-1 на подачу гудрона в Р-1:

Q = , (2.40)

где К_з - коэффициент запаса 1,15 [13];

- плотность гудрона при 443 К;

- плотность битума при 543 К,

...