СОДЕРЖАНИЕ
Введение………………………………………………..…………………………….3
1.Обзор литературы……………………………..…………………………………...4
Общие сведения о нефтяных битумах…………………………………...4
Получение и применение битумов……………………………………….5
Способы фасовки битума…………………………………………………7
Методы анализа битумов………………………………………………..14
Модифицированные битумы и виды модификаторов…………………16
2. Технико-экономическое обоснование……………………………………….…19
3. Характеристика исходного сырья и получаемых материалов……….……….20
4. Описание технологической схемы……………………………………….…….21
Описание технологической схемы получения окисленного битума…21
Описание технологической схемы лабораторной установки…………21
5. Технологические расчеты.…………………………………………….………..22
6. Выбор конструкционных материалов………….……………………….……...29
7. Механические расчеты………………..……….……………………...…………31
8. Подбор вспомогательного оборудования………………………..….…………32
9. Монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования……………….…….………..34
9.1. Монтаж………………………………………………………………….34
9.2. Эксплуатация ………………………………………….………….…….35
9.3. Ремонт ……………………….…………………………………………..36
10. Лабораторный эксперимент…………………………………………………...41
10.1. Определение адгезии полимера от битума………………………...….41
10.2. Определение адгезии полимеров от битума при различных температурах………………………………………………………………………………...46
11. Автоматический контроль и управление……..…………………..…………..48
12. Экономическая часть……………………………..……………..……………..51
12.1. Производственная программа……..……………………..……………51
12.2. Расчет капитальных вложений……..……………………...…………..54
12.3. Калькуляция себестоимости..…………. ……..………………………59
12.4. Технико-экономическое обоснование проекта…..….....…………….63
13. Охрана труда и техника безопасности…………..………………………..…..67
13.1. Организационные мероприятий по обеспечению охраны труда на объекте исследования……………………………………………………………..67
13.2. Производственная санитария и гигиена труда на объекте исследования…………………………………………………………………………………..72
13.3. Требования безопасности при проведении работ на объекте исследония…………………………………………………………………………………..78
13.4. Мероприятия по обеспечению электробезопасности на объекте исследования………...……………………………………………………………….83
13.5. Пожарная безопасность на объекте исследования……...………….86
14. Гражданская оборона…………………………..………………………….….89
14.1. Общие сведения о чрезвычайных ситуациях, характерных для территории Республики Беларусь…………………………………………..………..…89
14.2. Возможные ЧС на установке …………………………….……….…..89
14.3. Расчётно-графическая часть………………………………….....…....90
14. Охрана природы……………………………………………………………….95
15.1. Охрана воздушного бассейна………………………………….……..96
15.2. Охрана водного бассейна…………………………………………….97
Заключение………………………………………………………………………...99
Приложение 1……………………………………………...………………………100
Список использованной литературы…………………………………………….116
Введение
В настоящее время всё больше внимания уделяется проблеме фасовки битума. В большинстве случаев, на предприятиях, выпускающих данный продукт, его большую разливают в цистерны и битумовозы и таким способом доставляют покупателю. Но некоторая часть битума фасуется в мелкую тару, в большинстве случаев в бумажные барабаны и пакеты. Но упаковка из бумаги имеет ряд недостатков, главным из которых является высокая адгезия бумаги от битума. В результате отрыва часть битума остаётся на бумаге и его нельзя использовать. Лучшим решением является фасовка битума в полимерную тару, которая имеет сравнительно низкую адгезию, а в некоторых случаях может плавиться вместе с битумом, не изменяя его свойств. Цель данного дипломного проекта – спроектировать лабораторную установку, на которой можно было бы опробовать технологию получения модифицированного битума и различные варианты его фасовки в полимерную тару.
Раздел 1. Обзор литературы
1.1.Общие сведения о нефтяных битумах
Битумы представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, серу, азот и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.). Элементарный состав битумов примерно следующий (в вес.%): углерода 80—85; водорода 8—11,5; кислорода 0,2—4; серы 0,5—7; азота 0,2— 0,5.
Характерно, что с увеличением содержания серы в битуме повышаются его плотность и коэффициент рефракции его масляного компонента (рис 1.1)
Рис
1.1 Зависимость плотности и коэффициента
рефракции от содержания серы.
Масла снижают твердость и температуру размягчения битумов, увеличивают их текучесть и испаряемость. Элементарный состав масел: углерода 85—88%, водорода 10—14%, серы до 4,5%, а также незначительное количество кислорода и азота. Молекулярный вес масел 240—800 (обычно 360—500), отношение С:Н (атомное), характеризующее степень ароматичности, обычно равно 0,55—0,66. Плотность масел меньше 1 г/см3 (103 кг/м3).
Асфальтены рассматриваются как продукт уплотнения смол. В свободном виде они представляют собой твердые неплавящиеся хрупкие вещества черного или бурого цвета. В отличие от других компонентов битумов они нерастворимы в насыщенных углеводородах нормального строения (С5—С7), а также в смешанных полярных растворителях — спирто-эфирных смесях и низкокипящих спиртах, в нефтяных газах (метане, этане, пропане и др.), но легко растворимы в жидкостях с высоким поверхностным натяжением более 24 дин/см — бензоле и его гомологах, сероуглероде, хлороформе и четыреххлористом углероде.
Смолы при обычной температуре — это твердые вещества красновато-бурого цвета. Их плотность 0,99— 1,08 г/см^3 (990-1080 кг/м^ 3 ). Смолы являются носителями твердости, пластичности и растяжимости битумов. Они относятся к структуры высокой степени конденсации, соединенным между собой алифатическими цепями.
В их состав входят кроме углерода (79—87%) и водорода (8,5—9,5%) кислород (1—10%), сера (1—10%), азот (до 2%) и много других элементов, включая металлы (Fe, Ni, V, Cr, Mg, Со и др.) . Молекулярный вес смол 300—2500. Химический состав асфальтенов вследствие его сложности изучен недостаточно.
Технология получения битумов существенно влияет на их состав. Так, содержание смол в битумах одной и той же температуры размягчения, полученных непрерывным окислением сырья в колонном аппарате и в змеевиковом реакторе, ниже, а содержание асфальтенов и масел несколько выше, чем в битумах, полученных окислением того же сырья в периодическое кубе. Отличаются также структура компонентов и свойства готовых битумов, полученных различными способами.
1.2.Получение и применение битумов
Производство нефтяных битумов является одним из термических процессов нефтепереработки. Основные параметры термических процессов, влияющие на ассортимент, материальный баланс и качество получаемых продуктов, - качество сырья, давление, температура и продолжительность термолиза (термического процесса).
Основным сырьём для производства битума в нашей стране являются остаточные продукты нефтепереработки: гудроны, асфальты деасфальтизации, экстракты селективной очистки масляных фракций и др. Различают три основных способа получения нефтяных битумов.
Концентрированием нефтяных остатков путём перегонки их в вакууме получают остаточные битумы. Для получения остаточных битумов может быть использовано только сырьё с большим содержанием асфальтосмолистых веществ, которые в достаточном количестве присутствуют в тяжёлых высокосмолистых сернистых нефтях. В процессах вакуумной перегонки и деасфальтизации получают остаточные и осаждённые битумы. Главное назначение этих процессов - извлечение дистиллятных фракций для выработки моторных топлив - в случае первого, подготовка сырья для производства базовых масел (начальный этап) - в случае второго. В то же время побочные продукты этих процессов - гудрон перегонки и асфальт деасфальтизации - соответствуют требованиям по сырью в производстве битумов или их используют в качестве сырья в производстве окисленных битумов.
Окислением кислородом воздуха различных нефтяных остатков и их композиций при температуре 180 – 300 ºС получают окисленные битумы. Окисление воздухом позволяет существенно увеличить содержание асфальтосмолистых веществ, наиболее желательного компонента в составе битумов. Для производства окисленных битумов БашНИИНП предложено классифицировать нефти по содержанию (%, мас.) в них асфальтенов (А), смол (С) и твёрдых парафинов (П). [1]
Основным процессом производства битумов является окисление - продувка гудронов воздухом. Окисленные битумы получают в аппаратах периодического и непрерывного действия. Последние более экономичные и простые в обслуживании. Принцип получения окисленных битумов основан на реакциях уплотнения при повышенных температурах в присутствии воздуха, приводящих к увеличению концентрации асфальтенов, способствующих повышению температуры размягчения битумов, и смол, улучшающих адгезионные и эластичные свойства товарного продукта. Аппараты, используемые в производстве битумов - трубчатые реактора или окислительные колонны. При получении строительных битумов предпочтительны первые, дорожных - вторые.
Смешением различных окисленных и остаточных битумов, а также нефтяных остатков и дистиллятов между собой получают компаундированные битумы.
Более подробно остановимся на окислении гудронов или остаточных битумов кислородом воздуха. Основными параметрами процесса являются температура, расход воздуха и давление.
Чем выше температура, тем быстрее протекает процесс окисления, но при слишком высокой температуре ускоряется образование карбенов и карбоидов, которые предают битумам нежелательную повышенную хрупкость. Обычно температуру поддерживают на уровне 250 - 280 0С. Чем больше расход воздуха, тем меньше требуется времени на окисление. При чрезмерно большом расходе воздуха температура в окислительной колонне может возрасти выше допустимой. Поэтому расход воздуха является основным регулирующим параметром для поддержания нужной температуры. Общий расход воздуха зависит от химического состава сырья и качества получаемого битума и составляет от 50 до 400 м3 / т битума. Давление в зоне реакции при его повышении интенсифицирует процесс, и качество окисленного битума улучшается. В частности, повышается пенетрация битума при неизменной температуре размягчения. Обычно давление колеблется от 0,3 до 0,8 МПа.
Более подробно рассмотрим битумы различного назначения.
- Дорожный.
Качество дорожного битума в основном определяет долговечность дорожных покрытий. Появление трещин на дорожном покрытии означает, что оно на 85% исчерпало срок службы. Установлено, что показатель «температура хрупкости» битума характеризует время до начала интенсивного трещинообразования дорожного полотна, так как его определение показывает наиболее опасное состояние дорожного покрытия при резких перепадах температур в зимнее время. Соотношение физико-химических показателей битумов БНД обеспечивает дорожному покрытию наибольшую сдвигоустойчивость, трещиностойкость, длительную водо- и морозостойкость.
Область температур, в которой желательна эксплуатация дорожного покрытия, лежит в интервале между температурами размягчения (Тразм) и хрупкости (Тхр). Она носит название интервала пластичности.
Долговечность дорожного покрытия во многом зависит от марки применённого битума и его качества.
- Изоляционный.
Изоляционные битумы БНИ применяются для изоляции трубопроводов с целью предотвращения их от коррозии. При малой пенетрации и малой дуктильности они должны быть достаточно тукоплавкими (особенно для аккумуляторных мастик). Кроме того, для мастик нормируется растворимость в толуоле или в хлороформе (не менее 99,5 %, т.е. почти полная растворимость). Доскональная информация по нормированию качества изоляционных битумов приведена в таблице ниже.
- Строительный.
В принципе, вообще все битумы так или иначе участвуют в строительстве, но если их начинают классифицировать по области применения, то наряду с кровельными, дорожными, изоляционными выделяют в отдельный ряд строительные. К ним относятся битумы, применяемые для ремонтно-строительных работ, в частности для гидроизоляции фундаментов зданий.