Вопрос № 1. Технологические термины и определения

Лекция. Основы технологии пожаровзрывоопасных производств

ТЕМА № 2. Теоретические основы технологии пожаровзрывоопасных производств

Вопросы лекции:

1. Технологические термины и определения.

2. Основные виды технологических расчетов.

3. Технологическая схема процесса и ее описание

4. Технологические параметры и их влияние на взрывопожарную опасность процессов

Для того чтобы быстро и достаточно глубоко вникнуть в вопросы технологии необходимо, прежде всего, владеть терминологией этой науки и понимать ее смысловое значение. Рассмотрим некоторые основные термины и понятия.

Процессом производства, или способом переработки, называют совокупность всех стадий и операций, которые проходит сырье до получения из него продукта. Операции или стадии обычно включают в себя целый ряд физико–химических процессов и протекают в аппаратах, машинах или вне технологического оборудования на специально отведенных площадках. В каждом аппарате (машине) может протекать один или несколько процессов (например, в насосах протекают гидродинамические процессы, в теплообменниках протекают тепловые и гидродинамические процессы, а в химических реакторах одновременно происходят химические превращения, протекают диффузионные, гидродинамические и тепловые процессы).

Сырье – природные вещества и материалы, используемые в производственном процессе. Сырье является одним из основных элементов технологического процесса, определяющих технологию производства, его аппаратурное оформление, экономику, качество готовой продукции, а также взрывопожарную опасность. Сырье бывает минеральным (руды металлов, сера, воздух, торф, уголь, нефть, природный газ и т.д.), животным или растительным (жиры и масла, шерсть, хлопок, древесина и пр.). В качестве сырья часто используют продукцию других производств (полуфабрикаты, полупродукты) или побочные продукты и отходы.

Производительностью цеха (установки, агрегата, машины или аппарата) называют количество фактически выработанного продукта (или переработанного сырья) в единицу времени. Максимально возможная производительность при оптимальных условиях проведения процесса называется мощностью.

Производительность и мощность современных производств, установок, агрегатов достигают больших значений. Так, например, мощность нефтеперерабатывающей установки может превышать 10 млн. тонн нефти в год, производительность агрегата синтеза аммиака достигает 1,3 тыс. тонн аммиака в сутки, а производительность насоса магистрального нефтепровода составляет 10000 м3/час и более. Рост производительности оборудования приводит к увеличению количества горючих веществ и материалов на производственных и складских площадях, т.е. к росту горючей нагрузки. Пожар на таких объектах часто носит затяжной характер с большим прямым материальным ущербом из–за уничтожения сырья и материалов, повреждения и выхода из строя оборудования, зданий, сооружений и с еще большим косвенным ущербом.

Интенсивность работы аппарата – отношение производительности к одной из основных характеристик аппарата (поверхности теплообмена, объему катализатора и т.д.). Например, интенсивность работы испарителя выражается в килограммах пара, получаемого с одного квадратного метра теплообменной поверхности в час, а интенсивность работы колонны синтеза аммиака – в килограммах аммиака, образующегося в одном кубическом метре катализатора в час и т.д. Повышение интенсивности процессов (интенсификация производств) является одной из важнейших задач промышленности, направленных на повышение производительности труда. В то же время интенсификация работы технологического оборудования, не подкрепленная необходимыми мерами взрывопожарной безопасности, приводит к повышению угрозы взрывов и пожаров на объектах.

По способу организации производства, т.е. по способу осуществления процессов во времени, технологические процессы, а также аппараты, в которых эти процессы протекают, подразделяют на периодические и непрерывные.

Периодический процесс характеризуется единством места проведения различных стадий (все стадии осуществляются в одном месте) при изменении во времени его технологических параметров, в том числе периодичностью подвода сырья и отвода продуктов. Например, в аппарат, в котором осуществляют периодический процесс, загружают исходное сырье, через определенный промежуток времени после проведения одной или нескольких операций (стадий) выгружают конечный продукт, затем процесс повторяют. Работа такого периодически действующего аппарата делится на производственные циклы.

Ниже (Рисунок 7) приведен график работы мерника, служащего для измерения объемного расхода жидкости.

t3	tП	tО	tП
Заполнение	Переключение линий	Опорожнение	Переключение линий
tЦ

Рисунок 7 – Цикл работы мерника

Продолжительность производственного цикла мерника складывается из продолжительности отдельных операций: заполнения мерника жидкостью до определенного уровня, переключения линий, опорожнения мерника (подачи жидкости потребителю), повторного переключения линий. Затем операции возобновляются.

Таким образом,

(2.1)

где

τ

–

время проведения операции; индексы ц, з, п, о означают соответственно: цикл, заполнение, переключение и опорожнение.

Из рисунка 7 видно, что продолжительность собственно операции опорожнения значительно меньше продолжительности цикла. Для обеспечения непрерывности подачи жидкости потребителю необходимо установить несколько мерников, согласовав соответствующим образом их работу. В данном случае необходимо установить два одинаковых мерника, т.к. τ о несколько превышает τ ц/2.

На рисунок 8 показана комбинация производственных циклов этих мерников, последовательная работа которых позволяет производить непрерывную подачу жидкости потребителю при периодическом наполнении каждого мерника. Такой производственный процесс называется комбинированным, полунепрерывным или непрерывно–периодическим.

Заполнение мерника №1	Переключение линий	Опорожнение мерника №1	Переключение линий	Заполнение мерника№1
Опорожнение мерника №2	Перекл. линий	Заполнение мерника №2	Перекл. линий	Опорожнение мерника №2

Рисунок 8 – Совмещенные циклограммы работы двух одинаковых мерников

Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех стадий, каждая из которых осуществляется в специальном аппарате, установившимся режимом, не зависящим от времени, и непрерывным подводом сырья и отводом получающихся продуктов. Непрерывные процессы обладают существенными преимуществами по сравнению с периодическими и комбинированными. Основные из них следующие:

- возможность осуществления полной автоматизации и механизации процесса и, в связи с этим, снижение числа и тяжести аварий, и повреждений оборудования за счет большей устойчивости и равномерности течения процесса, постоянства режима;

- однородность и постоянство высокого качества получаемых продуктов;

- уменьшение объема аппаратуры и, следовательно, горючей нагрузки на производственных площадях и участках;

- отсутствие перерывов в работе и необходимости разгерметизации оборудования на загрузку сырья и выгрузку продукции, что уменьшает возможность образования взрывоопасных концентраций внутри аппаратов и в производственных помещениях;

- снижение численности обслуживающего персонала и, следовательно, уменьшение риска гибели людей при взрыве или пожаре на производстве.

При проектировании технологических объектов стремятся переходить от периодических к непрерывным производственным процессам, которые при прочих равных условиях являются менее взрывопожароопасными. На рисунок 9 и 10 приведены примерные схемы организации периодического и непрерывного процессов получения одного и того же продукта.

Рисунок 9 – Схема организации периодического процесса: 1 – змеевик; 2 – корпус реактора; 3 – рубашка; 4 – мешалка	Рисунок 10 – Схема организации непрерывного процесса: 1 – подогреватель; 2 – реактор с мешалкой; 3 – холодильник

Примечание. В обеих схемах приняты следующие обозначения: В – вода; В.п. – водяной пар; К – конденсат; П – продукт; С – сырьё

Химико–технологические процессы в зависимости от агрегатного состояния взаимодействующих веществ делятся на гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные).

Гомогенные процессы протекают в системах, в которых реагирующие вещества находятся в одной фазе: газовой или жидкой. Гетерогенные процессы более распространены в промышленности, чем гомогенные, и характеризуются наличием в системах двух и более фаз. В производственных процессах чаще встречаются двухфазные системы: газ–жидкость, газ – твердое тело, жидкость – твердое тело; реже – многофазные системы: газ – жидкость – твердое тело и тому подобные системы.

Процессы делятся также на низкотемпературные и высокотемпературные, каталитические и некаталитические, электрохимические, биохимические и др.

ВЫВОД ПО ПЕРВОМУ ВОПРОСУ:

Понимание сущности происходящих в аппаратах процессов позволяет правильно проанализировать их взрывопожарную опасность и способствует разработке технически грамотных решений, направленных на обеспечение пожаровзрывобезопасности производственных процессов.

Дата добавления: 2014-01-11