2.3.13. Технологические расчеты, подбор аппаратуры и вспомогательного оборудования

Типы и конструкции аппаратов намечаются уже при составлении технологической схемы производства.

Существует два вида технологических расчетов: проектные и поверочные.

Приступая к проектному расчету любого аппарата, необходимо четко представить его роль в технологической схеме установки, а также цель расчета, после чего изложить (письменно) все известные данные для расчета, подобрать методику расчета аппарата и только тогда начинать расчет. Проектный расчет заканчивается определением размеров аппарата, обеспечивающих требуемую производительность, гибкость ведения процесса в выбранных условиях и подбором стандартного оборудования по каталогам.

Поверочные расчеты проводятся, если:

• действующий на заводе аппарат имеет хорошие показатели работы, но необходимо изменить его производительность, либо режим работы;

• применима стандартная аппаратура.

Прежде чем приступить к поверочному расчету того или иного аппарата, необходимо узнать его подробную характеристику (тип, размеры, технологические параметры его работы и т. д.), такие данные имеются в спецификации на оборудование в регламенте или в паспорте на аппарат.

Результатом поверочного расчета является ответ на вопрос - данный аппарат может (не может) быть использован при предложенном варианте реконструкции производства.

В технологические расчеты включаются тепловые расчеты, расчет размеров, гидравлического сопротивления аппаратов, определение количества необходимых аппаратов и подбор основного и вспомогательного оборудования по каталогам.

а). Тепловые расчеты

Переработка материалов в технологических процессах связана с затратами энергии (тепловой, электрической, механической и т.д.) Поэтому тепловые, а вернее энергетические расчеты, являются наибо­лее ответственной частью проекта после составления материального баланса. Большая часть тепловых расчетов аппаратуры сводится к решению основного уравнения теплопередачи относительно поверхности теплообмена.

Если поверхность теплообмена определена выбором аппарата по каталогу, то расчетом проверяется возможность обеспечения данной поверхностью отвода или подвода тепла в требуемом количестве в заданных условиях работы аппарата.

При определении поверхности теплообмена расчет ведется на наиболее трудный в тепловом отношении календарный период работы аппарата, на наихудшие условия теплообмена, сопровождающиеся низкими коэффициентами теплопередачи и иногда малой разностью температур.

В проекте подробные тепловые расчеты проводятся для основного аппарата и оборудования, которое подвергается реконструкции или замене другим, более совершенным. В остальных случаях делаются обобщенные расчеты с использованием литературных значений коэффициентов теплопередачи, полученные данные представляются в виде таблиц.

В итоге тепловых расчетов:

- определяются удельные расходные коэффициенты по пару, топливу, воде, охлаждающим агентам;

- рассчитывается общий расход топлива, пара и других видов энергии.

б). Расчет размеров аппаратов

Для расчета размеров аппарата (площади поперечного сечения, высоты, размеров внутренних устройств и т.п.) недостаточно знать только внешние потоки вещества и энергии, определяются также материальные и тепловые потоки в соответствующих сечениях внутри аппарата. По своей величине внутренние потоки могут значительно превосходить внешние, кроме того, они могут претерпевать изменения по высоте аппарата (в различных его сечениях) вследствие изменения давлений, температур и теплофизических свойств вещества. Поэтому составляются материальные и тепловые балансы внутренних потоков в нескольких сечениях аппарата. Совместное решение этих уравнений дает величины потоков в рабочей зоне аппарата, определяющие размеры соответствующего сечения (размеры аппарата выбираются по наиболее нагруженному сечению).

в). Определение количества необходимых аппаратов

При непрерывном процессе число аппаратов определяется путем деления проектного задания часовой производительности установки на часовую производительность одного аппарата (последняя берется по данным заводов и каталогов).

Затем принятая производительность аппарата проверяется расчетами: термодинамическими (выход), тепловыми (здесь учитывается, достаточно ли развита в аппарате поверхность теплообмена), конструктивными (например, обеспечено ли необходимое время пребывания потока продукта в аппарате).

г). Подбор вспомогательного оборудования

Вспомогательное оборудование обычно нормализовано. Задача сво­дится к выбору оборудования по каталогам.

Выбор вспомогательного оборудования должен быть надлежащим образом обоснован. По каждому типу оборудования указывается его количество и краткая, но вместе с тем исчерпывающая, техническая характеристика со ссылкой на каталог. Например, насосы выбираются исходя из количества перекачиваемой жидкости, ее характеристики (температуры, давления, плотности) и необходимого напора.

Результаты выбора вспомогательного оборудования сводятся в таблицу.

Литература для технологических расчётов

1. 1. Адельсон Е.С. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Гостехиздат, 1963. - 344 с.

2. 2. Гусейнов Д.А., Вайнер Л.В. Технологические расчёты процессов нефтепереработки. -М.: Химия, 1964.-308 с.

3. 3. Жоров Ю.М. Расчёты и исследования химических процессов нефтепереработки. - М.: Химия, 1973.-213 с.

4. 4. Кузнецов А.А., Кагерманов СМ., Судакова Е.М. Расчёты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. - Л.: Химия, 1974. - 335 с.

7. Павлов К.Ф.. Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - JT :Химия, 1970. - 624 с.

8. Рабинович Г.Г., Рябых П.М., Хохряков П.А. и др. Расчёты основных процессов и аппаратов нефтепереработки. - М: Химия, 1979 - 568 с.

9. Сарданашвили А.Г.. Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. - М.: Химия, 1973. - 272 с.

10. Технологические расчёты установок переработки нефти: Уч. пособие для вузов / М.А. Танатаров, М.Н. Ахметшина. Р.А. Фасхутдинов. и др. - М.: Химия. 1987. - 352 с.

11. Флорса О., Смивельский О. Расчёты по процессам и аппаратам химической технологии. -М.: Химия, 1971.-352 с.

12. Крамере X., Вестерген К. Химические реакторы, расчёты и управление ими: / Пер. с англ. / Под ред. Г.М. Панченкова. -М.: Химия. 1967. - 210 с.

13. Эмирджанов Р.Г. Основы технологических расчётов в нефтепереработке. - М.: Химия. 1965.- 544 с.

14. Эмирджанов Р.Г. Примеры расчётов нефтезаводских процессов и аппаратов. - Баку: Азнефтеиздат, 1957. - 404 с.

15. Эмирджанов Р.Г. Основы технологических расчётов в нефтепереработке и нефтехимии. -М: Химия, 1989.512 с.

16. Адельсон С.В. Технологический расчет и конструктивное оформление нефтезаводских печей. М.: Гостоптехиздат, 1952.

17. Багатуров С.А. Теория и расчет перегонки и ректификации. М.: Гостоптехиздат, 1961.

18. Касаткин А.Г., Плановский А.Н., Чехов О.С. Расчет тарельчатых ректификационных и абсорбционных колонн. М.: Стандартгиз, 1961.

19. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М.: Химия, 1971.

20. Стабников В.Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. Киев.: Техника, 1970.

21. Каспарьянц А.С. Промысловая подготовка нефти и газа. М.: Недра, 1973.

22. Плановский А.Н., Рамм В.М., Коган С.Э. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Госхимиздат, 1962.

23. Богомольный А.М., Павлова Т.Е. Тепловой и гидравлический расчет трубчатых нагревательных печей. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1968.

24. Кемпбел Д.М. Очистка и переработка природных газов. М.: Недра, 1977.

25. Балзитов М.И., Чиркова А.Г. Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли: Учеб. Пособие. – Уфа: Издательство УГНТУ, 199. -172с.

Справочная литература

1. Рид Р., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей /Под ред. И.П. Плановского. М.: Гостоптехиздат, 1964.

2. Рид Р., Шервуд Т. Свойства жидкостей и газов /Под ред. В.Б. Когана. М.: Химия, 1971.

3. Теплофизические свойства газов. /Под ред. Н.Б. Варгафтика. М.: Наука, 1970.

4. Варгафтик Н.Б. Теплопроводность газов и жидкостей. М.: Стандарт, 1970.

5. Чернышев А.К., Поплавский К.Л., Занчко Н.Д. Сборник номограмм для химико-технологических расчетов. Л.: Химия, 1969.

6. Теплотехнический справочник. В 2-х т. /Под общ. ред. В.Н. Юренева, П.Д. Лебедева. М.: Энергия, 1975.

7. Вакулович М.П. Кириллин В.А., Ремидов С.А. Термодинамические свойства газов. М.: Машгиз, 1953.

Введенский А.В. Термодинамические расчеты нефтехимических процессов. М.: Гостоптехиздат, 1960.

8. Клименко А.П. Термодинамические свойства углеводородов. М.: Гостоптехиздат, 1960.

9. Гуревич А.В. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочник. В2х т. Изд-во АН СССР.

10. Карапетьянц М.Х., Чен-Гуанг Юе. Температуры кипения и давления насыщенного пара углеводородов. М.: Гостоптехиздат, 1962.

11. Павлович Н.В. Справочник по теплофизическим свойствам природных газов и их компонентам. М.: Госэнергоиздат, 1962.

12. Стаскевич Н.Л., Майзелс П.В., Вигдорчик Д.Я. Сравочник по сжиженным углеводородным газам. Л.: Недра, 1964.

13. Кузнецов А.А. Судаков Е.Н. Расчеты основных процессов и аппарататов переработки углеводородных газов: Справочное пособие. – М.: Химия, 1983. -224с.

14. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. В 2-х т. «-е изд. Перераб. И доп. – М.: Издательство «Наука», 1972.

15. Марочник сталей и сплавов. Под ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989.