Расчет числа единиц и производительности оборудования

Лекция 14 Расчет основного технологического оборудования (2 ч)

1.1 Расчет числа единиц и производительности оборудования

1.2 Примеры расчета

1.3 Физико-химические основы технологического процесса

1.4 Расчет реактора периодического действия

После выполнения материального расчета для всех технологических стадий проводят расчет числа единиц и производительности оборудования, необходимого для обеспечения заданной мощности по готовому про­дукту.

Мощность производства представляет собой годовую производи­тельность, которую должно обеспечить оборудование в условиях нор­мальной эксплуатации, и выражается в единицах массы готового тех­нического продукта или в пересчете на 100%-е вещество. С учетом затрат времени на капитальный ремонт продолжительность работы оборудования принимают равной 330 сут. в течение года. С учетом остановок на текущие и планово-предупредительные ремонты для непрерывных процессов продолжительность работы оборудования уменьшают до 300 сут. для периодических процессов вводят запас производительности оборудования (г), компенсирующий простои во время ремонтов и зависящий от типа аппаратуры.

В случай применения емкостных аппаратов учитывают коэффици­ент заполнения, т. е. отношение объема реакционной массы в аппарате (рабочего объема аппарата V_p) к объему аппарата по ГОСТу: j = V_p / V_an. Он зависит от особенностей процесса: при кипении, вспенивании реакционной массы коэффициент заполнения составляет 0,3-0,5, при перемешивании - 0,5-0,8, для стадий хранения жидкостей - 0,9.

Для технологического расчета оборудования периодических про­цессов необходимо знать общую продолжительность операции (t_оп), которая определяется режимом работы аппарата. Данные по продол­жительности процесса на каждой технологической стадии берут из регламента производства и оставляют без изменения при установке аппаратов с регламентной производительностью (объемом). Если при проектирований увеличивают объем аппарата с рубашкой по сравне­нию с регламентированным объемом, то пересчитывают продолжи­тельность стадий операции, связанных с теплообменом, а затем и общую продолжительность операции. Это обусловлено тем, что с увеличением объема подобных аппаратов поверхность теплообмена рубашки увеличивается в меньшей степени.

Продолжительность стадий теплообмена в регламентном и проек­тируемом аппаратах при условии сохранения коэффициента теплопе­редачи и средней полезной разности температур между теплоносите­лем (хладагентом) и реакционной массой связаны соотношением:

t₂ = S₁ V_p2 t₁ / S₂ V_p1

где t₁ и t₂ — продолжительность стадий теплообмена по регламенту и в проектируемом аппарате соответственно; V_p1 и V_p2 - объемы реакционных масс соответственно; S₁ и S₂ — поверхности теплообме­на (поверхностью теплообмена считается поверхность, которая сма­чивается реакционной массой при данном коэффициенте заполнения аппаратов) соответственно.

Необходимое число аппаратов на стадии процесса для выполнения заданной мощности по готовому продукту определяется уравнением

n(i) = G_c [1 + z(i)] / q_c(i)

где G_c = G/330; G - годовая мощность производства, т/год; G_c - су­точная мощность производства, т/сут; n(i) - число аппаратов на i -й стадии процесса; q_c(i) - суточная производительность одного аппара­та i -й стадии в пересчете на готовый продукт, т/сут.

Для емкостных реакционных аппаратов значение G_c рассчитывают из соотношения

G_c = V_c(i)/ V_Т(i)

а q_c(i) по уравнению

q_c(i) = 24 V_p(i₎ /[ V_Т(i) t_оп (i)]

В итоге уравнение для расчета числа единиц оборудования на i -й стадии преобразуется к виду

n(i) = V_c(i) [1 + z(i) t_оп (i)] / 24[ V_{ап (}i₎ j (i] (1.1)

где V_c(i) - суточный объем реакционной массы, перерабатываемый на i-й стадии, м /сут; V_ап(i) - объем аппарата, м³; t_оп (i) - продолжи­тельность операции.

При этом вводят два обозначения: β(i) - число операций в одном аппарате i-й стадии в сутки и α(i) - число операций на i-й стадии в сутки:

β(i) = 24 / t_оп (i) (1.2)

α(i) = V_c(i)/ [ V_{ап (}i₎ j (i ] (1.3)

Для периодических действующих производств число операций в сутки α рекомендуется сохранять постоянным на всех стадиях произ­водства (если позволяют технологические особенности процесса и объемы оборудования). Это имеет свои преимущества: облегчается контроль за процессом и учет расходуемого сырья; при получении на одной из стадий недоброкачественного продукта исключается возмож­ность смешения испорченной партии с остальными партиями; отпа­дает необходимость в дополнительной дозировке промежуточных про­дуктов, которая становится необходимой в случае дробления или укрупнения партий.

При выборе и расчете емкостного оборудования для периодичес­ких процессов поступают следующим образом.

1. Выбирают объем основного аппарата V_ап (1), используя про­мышленные данные об объемах аппаратов, применяемых для прове­дения подобных стадий; по уравнению (1.1) рассчитывают число ап­паратов для основной стадии

n (1) = V_с (1) [1 + z (1)] t_оп (1) /[24 V_ап (1)j (1) ]

где V _с(1) = G_c / V_Т(1), и округляют полученное значение n (1) до целого числа в сторону увеличения.

2. По уравнению (1.3) определяют число операций в сутки на основной стадии

α(1) = V_c(1)/ [ V_ап (1) j (1 ]

3. По уравнению (1.2) определяют число операций в одном аппа­рате на любой другой стадии процесса.

4. Рассчитывают требуемое число аппаратов на этой стадии

n(i) = α (1) [1 + z(i) ] / β(i)

5. Определяют объем аппаратов, которые необходимо установить на i -й стадии:

V_{ап (}i₎ = V_c(i) [1 + z(i) t_оп (i)] / 24 n(i) j (i) (1.4)

где V_c(i) = G_c / V_Т[I; i при этом в уравнении (1.4) используют n(i) без округления до целого числа.

6. Подбирают равный или ближайший больший по объему аппарат по существующим ГОСТам или каталогам на емкостное оборудова­ние.

При наличии выпускаемых аппаратов только меньших объемов по сравнению с расчетными приходится увеличивать число операций на данной стадии, что приводит к дроблению первоначальной операции.

При выборе цеховых хранилищ следует в первую очередь устано­вить нормы запасов сырья, промежуточных и готовых продуктов. Так как общезаводские склады в большинстве случаев работают в дневную смену, нижний предел запаса емкости прицеховых хранилищ должен быть рассчитан примерно на 1,5 сут. Число хранилищ рассчитывают по формуле:

n = V_cК₃ / V_ап j

где V_c - суточный расход сырья (реагента), л/сут или м³/сут; К₃ - коэффициент запаса сырья, сут; V_ап - объем аппарата, л или м³.

Нормы запасов хранения промежуточных продуктов зависят от тех­нологии производства. Такие хранилища играют важную роль в произ­водствах, где осуществляется переход от периодической стадии к непре­рывной (и наоборот): они должны обеспечить бесперебойную работу оборудования до и после себя. В периодических процессах хранилища промежуточных продуктов или реакционных масс (например, сборники фильтрата, промежуточные емкости перед той стадией, загрузка для кото­рой проводится продолжительное время) рассчитывают, исходя из объема соответствующей (одной) операции, чтобы не изменять величину α.

В производстве органических красителей и промежуточных про­дуктов распространены стадии фильтрации, технологический расчет которых заключается в определении размера фильтрующей поверх­ности и числа фильтратов. Расчет проводится на основании данных о производительности стадии фильтрации (G_on, кг за 1 операцию, или G_c, кг/сут), продолжительности фильтрования (t_ф, ч) и производитель­ности фильтра (q _ф, кг/(м³ • ч)). Последняя величина зависит от типа фильтра, материала фильтрующей поверхности, природы фильтруе­мой суспензии; определяется экспериментально и/или приводится в исходных материалах для проектирования.

Расчет стадии фильтрации проводят в такой последовательности:

β = 24 / t_ф n= α(1)(1+ z) / β

S = G_оп / (q _ф t_ф n) или S = G_c/ 24 q _ф n

Затем подбирают по каталогу необходимый фильтр. При очистной фильтрации расчет проводят, исходя из объема фильтрата и произво­дительности оборудования по фильтрату.

Для непрерывных процессов объем оборудования рассчитывают на основании данных о часовой производительности (G _ч, кг готового продукта/ч, или W, м³ реакц. массы/ч) и среднем времени пребывания (t, ч). Время пребывания регламентируется (так как определяет степень превращения реагентов, выход продуктов реакции) и при проектиро­вании сохраняется, если при переходе к аппаратам большего объема остается неизменным гидродинамический режим реактора (например, критерий Рейнольдса). Объем аппарата рассчитывают по формуле V_ап = W t / j с учетом того, что W = G_ч V _т.

При использовании каскада реакторов число аппаратов принима­ют таким, какое указано в регламенте.

Дата добавления: 2014-01-07