- •Рис. 9.2. К расчету теплообмена в реакторе вытеснения
- •Рис. 7.2. К примеру 10.1
- •Рис. 11.4. К примеру 11.1
- •Рис. 11.9. К расчету шпилек
- •Рис. 11.10. К примеру 11.3
- •Рис. 11.11. К примеру 11.5
- •Рис. 13.10. Рамные мешалки
- •Рис. 13.11. Якорные мешалки
- •Предисловие
- •Экологическое и технико-экономическое обоснование проектов химических производств.
- •Этапы проведения экологической экспертизы
- •Принципы экологической экспертизы
- •Рис. 1.1. Общая система организации проектирования
- •Рис. 1.2. Основные этапы и стадии разработки проектов для промышленного строительства
- •1.2. Задание на проектирование
- •Рис. 1.3. Пример построения розы повторяемости и силы ветров
- •Рис.1.4. Схема выпадения дымовых частиц при наличии зеленых защитных насаждений между застройкой и источником задымления и при отсутствии их:
- •Рис. 1.5. Совмещенная схема движения загрязненных нижнего и верхнего потоков
- •1.5. Разработка проектной документации по охране окружающей среды
- •1.5.2. Разработка прогноза загрязнения воздуха
- •1.5.4. Прогноз воздействия объекта при возможных авариях
- •1.6. Технологический процесс как основа промышленного проектирования
- •Рис. 1.6. Схема производства серной кислоты контактным способом:
- •Рис. 1.8. Процессы и аппараты химической технологии
- •Рис. 1.9. Виды оборудования химической технологии
- •Рис. 1.11. Уровни организации химического предприятия
- •1.7. Генеральный план химических предприятий
- •Рис. 1.12. Генеральный план предприятий химической промышленности
- •1.8. Типы промышленных зданий
- •1.8.1. Одноэтажные промышленные здания
- •Рис. 1.13. Одноэтажное здание павильонного типа:
- •Рис. 1.14. Многоэтажное производственное здание:
- •1.8.2. Многоэтажные здания
- •Рис. 1.15. Многоэтажное производственное здание:
- •Рис. 1.16. Поперечные разрезы зданий I и II очередей сернокислотного производства:
- •1.8.3. Вспомогательные здания и помещения химических предприятий
- •1.8.4. Склады промышленных предприятий
- •1.9. Инженерные сооружения
- •инженерных сооружений
- •1.10. Специальные вопросы проектирования химических предприятий
- •2.1. Основные стадии проектирования химических производств и оборудования
- •Рис. 2.1. Основные стадии проектирования
- •2.2. Виды конструкторских документов
- •2.4.1. Курсовое проектирование
- •2.4.2. Дипломное проектирование
- •2.4.3. Пример использования АвтоЛиспа
- •Рис. 2.2. Схема установки для ректификации трехкомпонентной смеси:
- •СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •3.1. История развития САПР
- •3.2. Основные принципы создания САПР
- •Рис. 3.1. Модульная структура программного обеспечения
- •Рис. 3.2. Области использования ЭВМ в процессе проектирования
- •3.4. Автоматическое изготовление чертежей
- •3.5. Основные преимущества автоматизации проектирования
- •3.6. Основные требования к САПР
- •Рис. 3.3. Схема взаимодействия пользователя со средствами САПР:
- •3.7. Связь САПР с производством, расширение области применения
- •3.8. Система автоматизированного проектирования цементных заводов
- •3.8.1. Функционирование САПР
- •ВВЕДЕНИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИЕ
- •4.1. Проектно-сметная документация
- •4.2.1. Исходные положения
- •4.2.2. Обоснование способа производства химической продукции
- •ВЫБОР И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Последовательность разработки технологической схемы
- •Рис. 5.1. Примерная схема стадий технологического процесса:
- •Рис. 5.2. Блок-схема физико-химических процессов, протекающих в гетерофазном реакторе с мешалкой
- •5.3. Принципиальная технологическая схема
- •5.4. Размещение технологического оборудования
- •Выбор технологического оборудования химических производств
- •6.1. Основные типы химических реакторов
- •Рис. 6.1. Установка для непрерывного процесса:
- •Рис. 6.5. Изменение концентрации веществ в реакторах:
- •Рис. 6.6. Реакторы смешения:
- •6.2. Химические факторы, влияющие на выбор реактора
- •6.2.1. Реакции расщепления
- •Рис. 6.7. Относительный выход реакции расщепления:
- •Реактор
- •6.2.2. Реакции полимеризации
- •6.2.3. Параллельные реакции
- •Объем реактора
- •РВНД
- •6.3. Эскизная конструктивная разработка основной химической аппаратуры
- •6.3.1. Общие положения
- •6.3.2. Реакторы
- •6.4. Оптимизация процессов химической технологии
- •УРАВНЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
- •7.1. Стехиометрические расчеты
- •7.2. Термодинамический анализ процессов
- •7.2.1. Равновесие химической реакции
- •Рис. 1.1. Зависимость коэффициента активности газв от приведенных давления и температуры
- •7.2.2. Расчет состава равновесной смеси
- •7.3. Общее уравнение баланса массы
- •7.4. Практический материальный баланс
- •7.5. Физико-химические основы технологического процесса
- •8.1. Общие положения
- •8.2. Расчет объемов реакторов
- •8.2.1. Основные положения химической кинетики
- •8.2.2. Расчет идеальных реакторов
- •8.3. Определение объемов аппарата
- •Тепловой расчет основного оборудования
- •9.1. Общее уравнение баланса энергии
- •Рис. 9.1. К примеру 9.1
- •9.2. Практический тепловой баланс
- •9.3. Теплообмен в реакторах
- •9.4. Расчет энтальпий и теплоемкостей
- •9.6. Расчет реактора периодического действия
- •Рис. 9.3. К тепловому расчету реактора периодического действия
- •9.7. Степень термодинамического совершенства технологических процессов
- •Рис. 9.6. Технологическая схема 1:
- •Рис. 9.7. Технологическая схема 2
- •Рис. 9.8. Схемы использования тепла реакций:
- •Гидравлические расчеты
- •10.1. Расчет диаметра трубопровода
- •Пары, насыщенные при абсолютном давлении (МПа)
- •Рис. 10.1. Зависимость коэффициента трения от критерия Рейнольдса и степени шероховатости трубы
- •10.3. Гидравлическое сопротивление кожухотрубчатых теплообменников
- •10.4. Подбор насосов
- •МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
- •11.1. Расчет сварных химических аппаратов
- •11.1.1. Основные расчетные параметры
- •11.1.2. Расчет на механическую прочность
- •11.1.3. Требования к конструированию
- •11.1.4. Расчет цилиндрических обечаек
- •Рис. 11.1. Номограмма для определения толщины цилиндрических обечаек, работающих под наружным давлением
- •Рис.11.2. Схема пользования номограммой на рис. 11.1:
- •11.1.5. Расчет крышек и днищ
- •Рис. 11.3. Основные конструкции днищ сварных аппаратов:
- •11.1.6. Подбор стандартных элементов
- •11.2. Расчет толстостенных аппаратов
- •Рис. 11.7. Основные конструкции уплотнений затворов высокого давления:
- •Рис. 11.8. К расчету усилий, действующих на затворы высокого давления
- •КОНСТРУКционНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ХИМИЧЕСКОМ МАШИНОСТРОЕНИИ
- •12.1. Виды конструкционных материалов
- •12.2. Коррозия металлов и сплавов
- •12.2.1. Виды коррозии
- •12.2.2. Виды коррозионных разрушений
- •12.2.3. Способы борьбы с коррозией
- •12.3. Влияние материала на конструкцию аппарата и способ его изготовления
- •12.3.1. Конструкционные особенности аппаратов из высоколегированных сталей
- •Рис. 12.1. Сварка встык:
- •Рис. 12.2. Способы подготовки кромок под сварку
- •Рис. 12.4. Способы сварки легированной и углеродистой стали
- •12.3.2. Конструктивные особенности эмалированных аппаратов
- •Рис. 12.5. Элементы конструкции эмалированных аппаратов
- •Рис 12.6. Пайка элементов медных аппаратов
- •12.3.3. Конструктивные особенности аппаратов из цветных металлов
- •Рис. 12.7. Основные типы паяных соединений
- •12.3.4. Конструктивные особенности аппаратов из пластмасс
- •ОФОРМЛЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ
- •13.1. Оформление поверхности теплообмена
- •Рис. 13.5. Реактор со змеевиковой рубашкой
- •Рис. 13.6. Рубашка с вмятинами
- •Рис. 13.8. Вывод змеевика через крышку аппарата:
- •13.2. Перемешивающие устройства
- •Рис. 13.12. Листовая мешалка
- •Рис. 13.13. Пропеллерные мешалки
- •Рис. 13.14. Турбинные мешалки открытого (а) и (б) закрытого типа
- •Рис. 13.15. Крепление мешалок к ступице:
- •13.3. Уплотнения вращающихся деталей
- •Рис. 13.18. Одинарное торцовое уплотнение:
- •ТРУБОПРОВОДЫ И ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА
- •Рис 14.5. Фасонные части трубопроводов
- •Рис. 14.7. Крепление горизонтальных и вертикальных трубопроводов на подвесках
- •Рис. 14.8. Компенсаторы:
- •ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ
- •15.1. Виды вспомогательного оборудования
- •Рис. 15.1. Схема многостадийного диспергирования твердой фазы с контрольной классификацией продукта
- •15.2. Транспортные средства
- •15.2.1. Классификация транспортных средств для твердых материалов
- •15.2.2. Машины для транспортировки жидкостей и газов
- •ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
- •16.1. Классификация методов гранулирования и особенности уплотнения гранул
- •Рис. 16.1. Тарельчатый гранулятор:
- •Рис. 16.2. Гранулятор барабанного типа конструкции НИИХиммаша
- •16.3. Основные закономерности и аппаратурное оформление метода экструзии
- •16.5. Гранулирование в псевдоожиженном слое
- •16.6. Технологические схемы процессов гранулирования дисперсных материалов
- •Рис. 16.11. Технологическая схема гранулирования шихты методом окатывания
- •Рис. 16.13. Схема уплотнения шихты в роторном грануляторе
- •Рис. 16.14. Схема гранулирования шихты методом экструзии
- •Рис. 16.15. Схема установки для компактирования шихты
- •ЛИТЕРАТУРА
11.1.3. Требования к конструированию
Для стальных цилиндрических аппаратов, корпусы (обечайки) которых выполняются из листового проката, за базовый принимается внутренний диаметр, выбираемый из ряда, определяемого стандартом (ГОСТ 9617-76).
Для стальных аппаратов, корпусы которых выполняются из готовых труб, за базовый принимается наружный диаметр, выбираемый из ряда, определяемого стандартом (ГОСТ 9617-76).
Конструкция аппарата должна предусматривать возможность внутреннего осмотра, очистки, промывки и продувки. Внутренние устройства, препятствующие осмотру, должны быть съемными. Рубашки допускается выполнять приварными. Аппараты должны иметь люки-лазы для внутреннего осмотра, расположенные в удобных для обслуживания местах. При наличии у аппарата съемных крышек или днищ и фланцевых штуцеров, обеспечивающих возможность внутреннего осмотра, лазы и люки в аппаратах не обязательны. Кожухотрубчатые теплообменники (за исключением испарителей с паровым пространством), а также аппараты с рубашкой для криогенных жидкостей допускается выполнять без лазов.
Для возможности проведения гидроиспытаний аппарат должен иметь штуцера для наполнения и слива воды, а также для поступления и удаления воздуха (можно использовать технологические). На вертикальных аппаратах эти штуцера должны быть расположены с учетом возможности гидроиспытаний в горизонтальном положении.
Для подъема и установки аппарата на нем требуется предусмотреть строповые устройства. Допускается для этих целей использовать имеющиеся на аппарате элементы (горловины, штуцера, уступы и др.), если прочность их при этом не вызывает сомнений, что должно быть проверено расчетом.
11.1.4. Расчет цилиндрических обечаек
Расчет цилиндрических обечаек проводится по ГОСТ 14249-80.
Гладкие цилиндрические обечайки. Формулы для расчета применимы при условии (s-c)/D£0,1; для обечаек и труб – при D³200 мм; (s-c)/D£0,3 – для труб при D<200 мм.
На обечайки могут действовать нагрузки от внутреннего или наружного давления и сосредоточенные силы (боковые, осевые).
Расчет обечаек, нагруженных внутренним избыточным давлением. Исполнительная толщина стенки s определяется по формулам:
sR = |
pR D |
|
; sR = |
pR Dí |
; |
2[s ]f - |
|
2[s ]j + pR |
|||
|
pR |
|
s ³ sR + c ,
где D, Dн – внутренний и наружный диаметр обечайки, м; pR – расчетное избыточное давление, МПа;
250
j – коэффициент прочности сварного шва;
[s] – допускаемое напряжение, МПа;
sR – расчетная толщина стенки обечайки, мм;
s – исполнительная толщина стенки обечайки, мм.
Допускаемое внутреннее избыточное давление (при поверочном расчете) определяется формулой
[ p] = 2[σ ]ϕ (s − c) .
Dâ + (s - c)
Производить расчет на прочность для условий испытания не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное дав-
ление в рабочих условиях, умноженное на величину |
1,35 |
[σ ]20 |
. |
|
|||
|
|
[s ] |
Расчет цилиндрических обечаек, нагруженных наружным давлени-
ем.
Толщина стенки выбирается максимальной из двух значений, полученных по приближенным формулам:
sR = |
K2 D |
; |
sR = 1,1 |
pR D |
; |
|
100 |
2[s ] |
|||||
|
|
|
|
|||
|
s ³ |
sR + c. |
|
Коэффициент K2 =f(K1,K3) определяется по рисунку 11.1. При этом
K = |
nó pR |
; K |
2 |
= 100(s - c) |
; K |
3 |
= |
lR |
, |
|
|||||||||
1 |
2,4 Ч10− 6 E |
|
D |
|
|
D |
|||
|
|
|
|
|
|
|
где lR – расчетная длина обечайки.
Полученное расчетное значение толщины обечайки должно быть проверено по допускаемому наружному давлению. Допускаемое наружное давление определяется по формуле
[ p] = |
|
|
[ p]p |
|
, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
æ |
[ p]p ö 2 |
||||||
1 + |
ç |
|
|
÷ |
|
|
||
|
|
|
||||||
|
|
|
ç |
÷ |
|
|
||
|
|
|
è |
[ p]E ø |
|
|
где допускаемое давление из условия прочности
[ p]p = |
2[σ ](s − |
c) |
, |
|
D + (s - |
c) |
|
а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости
|
18Ч10− 6 E |
|
D й100(s - c)щ− 2 |
|
|
|
[ p]E = |
Ч |
100(s - c) |
, |
|||
nóB1 |
к |
ъ |
D |
|||
|
|
lR л |
D ы |
|
251
Рис. 11.1. Номограмма для определения толщины цилиндрических обечаек, работающих под наружным давлением
252
|
|
|
1,0; |
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
где |
B1 = |
п |
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
D |
|
|
|||
min н |
8,15 |
|
|
. |
||||
|
|
п |
|
|
|
|
||
|
|
lR |
|
100(s |
− c) |
|||
|
|
о |
|
|
|
Расчетную длину обечайки lR принимают в зависимости от ее конфигурации, но в первом приближении можно принять ее равной длине цилиндрической обечайки, которая подвержена действию наружного давления.
Рис.11.2. Схема пользования номограммой на рис. 11.1:
I − определение расчетной толщины стен-
ки;
II− определение допускаемого наружного
давления;
III − определение допускаемой расчетной
длины
Если на рисунке 11.1. коэффициент К1 будет лежать ниже соответствующей пунктирной линии, то значение [p] определяют по формуле
[p] = 2,4К1·10−6E/nу .
В случае работы обечаек под действием осевой растягивающей, осевой сжимающей силы, изгибающего момента или комплекса этих нагрузок расчет следует производить согласно ГОСТ 14249−80.
11.1.5. Расчет крышек и днищ
Цилиндрические цельносварные корпуса горизонтальных и вертикальных аппаратов ограничиваются с обеих сторон днищами (крышками). Основные типы применяемых днищ и крышек приведены на рис.11.3.
Наиболее распространенной в сварных аппаратах, особенно подведомственных Госгортехнадзору, является эллиптическая форма днищ с отбортовкой на цилиндр.
Полушаровые днища целесообразно применять в крупногабаритных аппаратах, подведомственных Госгортехнадзору, имеющих диаметр более 4 м.
Сферические неотбортованные днища применяют, главным образом, в аппаратах, работающих под наливом, а также в виде составных частей отъемных крышек в аппаратах, работающих под давлением до 1,6 МПа.
253
Конические днища применяют в основном снизу в вертикальных аппаратах, из которых требуется удалять жидкий или сыпучий продукт.
Расчет днищ и крышек на прочность выполняется по ГОСТ 14249-80.
Днища выпуклые эллиптические и полушаровые отбортованные.
Расчетные формулы применимы при условиях:
0,02 Ј |
(sä − ñ) |
Ј 0,1; |
0,2 Ј |
Hä |
Ј 0,5. |
D |
|
||||
|
|
|
D |
Расчет днищ, нагруженных внутренним избыточным давлением. Толщина стенки днища определяется по формулам
sR = |
pR R |
; |
sд = sR + c. |
||
2j [s ] - |
0,5 pR |
||||
|
|
|
Допускаемое внутреннее избыточное давление следует рассчитывать по формуле
[ p] = |
2(sä − c)φ [σ ] |
|
|
. |
|
R + 0,5((s - c) |
||
|
ä |
|
Радиус кривизны в вершине днища равен
R = D2 , 4Hä
причем R = D для эллиптических днищ с Hд = 0,25D и R = 0,5D для сферических днищ с Hд = 0,5D.
Для днищ, нагруженных наружным давлением, расчетная толщина стенки приближенно определяется как максимальная из двух:
|
K |
R |
nó pR |
|
|
|
p |
R |
R |
|
sR = |
ý |
|
|
; |
sR = |
|
|
; |
||
|
10− 6 E |
2[s ] |
||||||||
|
510 |
|
|
|
|
sä = sR + c,
где Кэ – коэффициент приведения радиуса кривизны днища. Для предварительного расчета он принимается равным 0,9 для эллиптических днищ и 1,0 – для полушаровых.
Полученная толщина стенки проверяется по допускаемому наружному давлению
[ p] = |
|
|
[ p]p |
|
, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
æ |
[ p]p ö 2 |
||||||
1 + |
ç |
|
|
÷ |
|
|
||
|
|
|
||||||
|
|
|
ç |
÷ |
|
|
||
|
|
|
è |
[ p]E ø |
|
|
где допускаемое давление из условия прочности
[ p]p = |
2[σ ](sä − |
c) |
, |
||
R + (sä |
- |
c) |
|||
|
|
а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости
254