Загальна методика розрахунку параметрів апаратів безперервної дії

ТЕХНОЛОГІЧНІ РОЗРАХУНКИ

Метою технологічних розрахунків обладнання є визначення кількості, об'єму і продуктивності всіх апаратів, які складають технологічну схему даного виробництва. Методика технологічних розрахунків залежить від того, як працює апарат (періодично чи безперервно). Технологічні розрахунки містять таблиці норм технологічного режиму і закінчуються зведеною таблицею специфікації обладнання, причому позиції в цій таблиці мають співпадати з позиціями обладнання на технологічній схемі.

Об'єм робочої частини (реакційної зони) визначається з виразу:

V_р = V_с · τ, м³,

де — об'ємна продуктивність, м³/с,

- час, необхідний для проведення процесу (реакції), с.

Площа поперечного перерізу апарату визначається з рівняння витрати:

, м²,

де W — лінійна швидкість, м/с (зазвичай буває відомою або її приймають).

Діаметр апарату D і довжину робочої (реакційної) частини L знаходять із виразів:

, м; , м.

Якщо апарат заповнений каталізатором або насадкою, то об'єм робочої частини апарату прирівнюється до об'єму насадки або каталізатора:

, м³,

де - поверхня каталізатора або насадки, м²;

- питома поверхня каталізатора або насадки, м²/м³.

Площа поперечного перерізу і довжина робочої частини апарату визначаються з виразів:

, м²; , м.

де – коефіцієнт вільного перетину апарату.

При розрахунках реакційних апаратів, продуктивність яких визначається поверхнею теплообміну, завжди повинні бути заданими V_с і поверхня теплообміну F. При цьому:

, м².

Крім того, маємо:

S·L = F,

де S - периметр поперечного перерізу апарату, м.

Отож,

або

Прийнявши величину L, можна визначити еквівалентний діаметр d_c і знайти площу поперечного перерізу апарату.

Якщо задані F, і V_с, то

і .

4.2 Загальна методика розрахунку апаратів періодичної дії (реакторів ємнісного типу)

При розрахунках апаратів періодичної дії необхідно мати добову продуктивність і тривалість технологічного циклу . - добовий об’єм реакційної маси беруть із даних матеріального балансу на даній стадії (якщо матеріальні розрахунки велися щодо добової продуктивності). Якщо матеріальні розрахунки виконувалися на 1 тонну готового продукту, то V_д розраховують за формулою:

, т,

де - об’єм реакційної маси на 1 тонну готового продукту, м³;

- потужність виробництва в тоннах готового продукту за рік;

n - кількість робочих днів у році (часто приймають рівною 330).

Тривалість технологічного циклу приймають за нормами технологічного режиму з регламенту виробництва, з урахуванням змін ємності і типу обладнання у виробництві, що проектується.

Норми технологічного режиму наводяться у вигляді таблиці, в яку заносять нормативи часу на виконання окремих операцій та стадій, а також вказують основні параметри (температуру, тиск тощо) технологічного процесу.

Таблиця 4.1

Нормативи технологічного режиму

№ п/п

Найменування операції

Час, год. хв.

Температура, °С

Тиск, МПа

Розрахунок починають з того, що вибирають стандартний повний об’єм апарату для першої або основної стадії. Далі визначають робочий об’єм апарату:

,

додаючи при цьому величину коефіцієнта заповнення. Число операцій, які проводяться на даній стадії протягом доби:

.

Число операцій, які можуть бути проведені в одному апараті протягом доби:

,

де - час роботи апарату, год.

Розрахункова кількість апаратів, що встановлюється, визначається із співвідношення:

.

Враховуючи запас продуктивності , величина якого приймається в межах від 10 до 25%, кількість встановлених апаратів m дорівнює:

.

Вибір апаратів ємнісного типу на наступних стадіях виробництва проводять за умови, що . При цьому робочий об’єм апаратів визначають за формулою:

(символами зі штрихом позначені величини, що стосуються стадій 2, 3,... п).

.

Оптимальна кількість апаратів для однієї стадії повинна бути 1-3, але не більшою 4-5 (крім біореакторів та інших апаратів з довготривалим циклом роботи).

Допоміжне обладнання до реактора (наприклад, збірник, мірник тощо) розраховуєтья за формулою:

,

для сховищ:

,

де - необхідний добовий об’єм сировини, м³;

- запас, кратний добовому (для органічних займистих речовин , для неорганічних );

- κоефіцієнт заповнення (0,85 - 0,90);

- необхідний об’єм сховища, м³;

- число апаратів (для мірників, якщо вони обслуговують один апарат, і час роботи яких не є великий, ).

Технологічні розрахунки обладнання ведуть одночасно з розробкою технологічної схеми. Розрахувати необхідно всі апарати технологічної схеми.

Розрахунок кожного апарату починаєься заголовком, тобто його назвою. Наприклад: “холодильник-конденсатор” (поз. 1).

При техологічних розрахунках необхідно вибирати стандартні апарати, що виготовляються вітчизняною промисловістю. Обладнання підбирають за каталогами. У додатку В наведені параметри основного технологічного обладнання вітчизняного та імпортного виробництва.

У кінці розрахунку кожного апарату технологічної схеми наводиться його коротка характеристика з вказівкою на конструкційний матеріал і спосіб виготовлення апарату (наприклад, сталевий зварний, керамічний тощо), надаються короткі відомості про конструктивні особливості апарату, основні розміри (довжина, висота, діаметр), тип мішалки, вид поверхні теплообміну.

Технологічний розрахунок завершується зведеною таблицею специфікації обладнання (табл.).

Таблиця 4.2

Специфікація обладнання

№ п/п	Номер за схемою	Назва апарату	К-ть, шт	Об’єм, м^3	Матеріал	Основні розміри	Примітка
D, мм	H, мм

Примітка: У графі 9 подають основну характеристику апарату або машини: для теплообмінника – поверхню теплообміну (F, м²); для помпи – продуктивність (N, м³/с) та напір (Р, м); для камерної сушарки – поверхню теплообміну (F, м²) та габарити (а×b×h); для апаратів ємнісного типу - тип мішалки і тип захисного покриття тощо.

Зазвичай, технологічні розрахунки не викликають особливих труднощів, а помилки, які найчастіше зустрічаються, зводяться до наступного.

• Для кожної стадії технологічного процесу визначають потужність виробництва, яка виражається числом операцій за добу (α), що означає дроблення операцій.

В окремих випадках, переконливо обгрунтованих, α може змінюватися (причому, бажано кратно), але, як правило, ця величина повинна залишатися постійною на всіх стадіях.

• При оптимальному запасі потужності апаратів на першій стадії (10... 15%), на наступних стадіях запаси потужності виявляються необгрунтовано великими (50... 100%, а інколи й більшими). У таких випадках необхідно переглянути прийнятий об’єм апарату на першій стадії, змінивши тим самим α, і провести перерахунок кількості апаратів на всіх наступних стадіях.

• На кожній стадії технологічного процесу приймають коефіцієнт заповнення апарату (φ) і визначають його повний об’єм (V_а). Цей розрахований повний об’єм практично ніколи не співпадає з об’ємом стандартного апарату, а отже прийнятий коефіцієнт заповнення (φ) виявляється фіктивним. Тому за значенням стандартного об’єму (V_а) необхідно розрахувати дійсний коефіцієнт заповнення апарату.

Цей розрахунок можна провести дещо інакше: за відомим добовим об’ємом матеріалів, що переробляється () і визначають робочий об’єм апарату (V_р), вибирають за каталогом стандартний апарат, який має повний об'єм (V_а) більший за розрахунковий робочий об'єм (V_р), і знаходять дійсний коефіцієнт заповнення апарату (φ).

• Сховища рідких матеріалів розраховують як і реакційні апарати. При розрахунку сховищ необхідно брати до уваги добову чи операційну витрату в залежності від властивостей рідини (вогне- і вибухонебезпечність, отруйність), вибрати стандартне сховище і, прийнявши коефіцієнт заповнення (на основі виробничих даних), визначити запас рідини в добах чи операціях. Можна також передбачити запас рідини (в добах чи операціях) та коефіцієнт заповнення і визначити необхідний повний об'єм, а потім вибрати стандартне сховище найближчого об'єму і розрахувати дійсний коефіцієнт заповнення.

• При правильних, в принципі, розрахунках фільтрувальної апаратури (нутч-фільтри, фільтр-преси, центрифуги, барабанні вакуум-фільтри) та їх виборі часто не враховують тривалість однієї операції і забувають визначити їх кількість.

Дата добавления: 2014-10-23