Вопрос № 2. Основные виды технологических расчетов

Для проведения любого технологического процесса необходимы вещества и материалы, подвергающиеся обработке, энергия, аппараты и машины, при помощи которых реализуются процессы и трудовые затраты.

Технологические расчеты выполняются на основании материальных и энергетических балансов и проводятся в целях обоснования рабочих параметров процесса (давления, температуры, объемной скорости и других параметров), определения расхода исходных материалов и выхода готовых продуктов, реакционных объемов и производительности аппаратов.

С помощью гидравлических расчетов определяются размеры рабочих сечений оборудования (с учетом технологических расчетов уточняются габариты аппаратов), а также перепады давления, необходимые для обеспечения работы аппаратов с заданной производительностью.

Исходные данные для выполнения проверочных технологических или гидравлических расчетов в зависимости от стадии проектирования технологического процесса можно найти в проектном задании, техническом проекте или рабочих чертежах. На действующем производстве можно найти данные для аналогичных расчетов в технологическом регламенте или воспользоваться показаниями контрольно–измерительных приборов. При экспертизе аварий и пожаров для этих целей используют также записи в журналах операторов, диаграммы самопишущих контрольно–измерительных приборов или анализируют данные в памяти ЭВМ. Перечень исходных данных для проверочных расчетов должен включать не только давление, температуру, расход, концентрацию и другие параметры технологического процесса, но и показатели, характеризующие пожаровзрывоопасные, коррозионные и токсичные свойства перерабатываемых веществ и материалов.

Материальные (энергетические) балансы составляются для процессов в целом, отдельных его стадий, аппаратов (машин) с целью количественной оценки всех участвующих в процессе потоков веществ (энергии) с учетом потерь этих веществ (энергии). Материальные балансы основаны на законе сохранения массы, энергетические – на законе сохранения энергии. Материальные (энергетические) балансы можно составлять для неустановившихся и установившихся процессов.

Для неустановившегося процесса разность между приходными и расходными статьями баланса составляет накопление или убыль веществ (энергии) в системе за определенный отрезок времени. Отсутствие разбаланса показывает, что процесс является установившимся. Так как основным видом энергии на производстве является тепловая, то энергетические балансы часто называют тепловыми. В общем виде для неустановившегося процесса уравнения материального и энергетического балансов записывают следующим образом:

и

(2.2)

а для установившегося процесса:

и

(2.3)

где	ΣGi,п , ΣGi,р	–	количество i–тых веществ, поступающих на переработку (приход) и количество i–тых веществ, получающихся в результате переработки (расход);
	ΣQi,п, ΣQi,п	–	соответственно приходные и расходные статьи теплового баланса
	∆G и ∆Q	–	убыль (–) или накопление (+) соответственно вещества или энергии в аппарате.

Материальные балансы можно составлять не только относительно веществ, но и относительно какого–либо компонента или элемента. Балансы составляют в виде уравнений, таблиц, схем или диаграмм. Ниже приведено уравнение материального баланса процесса гидроочистки бензина (гидроочистка – процесс улучшения качества топлива, повышения его стабильности, удаления из него сернистых и других вредных примесей).

(2.4)

где

G

–

количество вещества; индексы б, в, г, у, с, п означают соответственно: сырой бензин, водород, очищенный бензин, углеводородный газ, сероводород и потери.

В табл. 1 приведен материальный баланс процесса по данным технического проекта установки гидроочистки бензина мощностью 300 тыс. тонн в год (по сырью), из которой видно, что потери веществ на рассматриваемой установке (несмотря на то, что все оборудование установки герметизировано) при нормальном режиме работы оборудования составляют 0,8 %, что соответствует более чем 7 тоннам горючих веществ в сутки. Эти потери складываются из утечек через предохранительные клапаны, сальники насосов, прокладки фланцевых соединений и другие места.

Таблица 1 – Материальный баланс процесса гидроочистки бензина

Приход	Расход
Обозначение	Наименование	%	Обозначение	Наименование	%
			Gr	Гидроочищенный бензин	96,53
Gб	Сырье (прямогонный бензин)	99,01	Gy	Углеводородный газ	1,58
Gв	Водород	0,99	Gc	Сероводород	1,09
			Gn	Потери	0,80
Всего:	100,0	Всего:	100,0

Нефтеперерабатывающие установки размещаются на открытых площадках, достигающих десятков и сотен метров в длину и ширину (площадь современной нефтеперерабатывающей установки составляет несколько гектар), в связи с чем такие большие утечки нефтепродуктов, происходящие к тому же равномерно в течение суток и рассредоточенные в пространстве, не приводят к образованию зон взрывоопасных концентраций на всей территории установок. Однако выход из аппаратов наружу экологически вредных веществ оказывает пагубное влияние на окружающую среду.

В отдельных случаях выход веществ наружу даже из нормально работающего оборудования все же приводит к опасной загазованности территории наружных установок. Например, при использовании в технологических процессах для хранения пожароопасных жидкостей емкостных аппаратов (резервуаров, расходных баков, мерников, цистерн и т.п. аппаратов), оборудованных дыхательными патрубками. Заполнение таких аппаратов легковоспламеняющимися жидкостями часто сопровождается мощными выбросами паровоздушных смесей через дыхательные патрубки наружу с образованием зон взрывоопасных концентраций значительных размеров.

ВЫВОД ПО ВОПРОСУ:

Таким образом, при проектировании производств выполняются расчеты технологических процессов и аппаратов в целях обоснования оптимальных размеров оборудования и режимов его работы, определения расходов топлива, воды и водяного пара, электроэнергии, катализаторов и т.д., определения потерь вредных и пожароопасных веществ, приводящих к загрязнению атмосферы, воды и почвы, выбора рациональной конструкции аппаратов.

Производительность и мощность современных производств, установок, агрегатов достигают больших значений. 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.

Вопрос № 3. Технологическая схема процесса и ее описание

Технологические схемы могут быть с открытой цепью, циркуляционными (циклическими, круговыми) и комбинированными. Схемы с открытой цепью характерны для производственных процессов, в которых происходит практически полное превращение исходных веществ в готовый продукт, без выделения последнего из реакционной массы. Циклическая схема с выделением продукта после каждого прохода смеси через реакционную зону осуществляется для процессов с низким равновесным выходом. Многократное возвращение реагирующих масс в один и тот же аппарат позволяет достичь заданной степени превращения. К циркулирующей смеси добавляют такое количество свежего сырья, которое превратилось в готовую продукцию за один цикл. В производственном процессе, осуществляемом по комбинированной технологической схеме, одна из реагирующих фаз последовательно проходит аппараты, а другая многократно циркулирует в некоторых из них.

Характерным примером производственного процесса с циркуляционной технологической схемой является процесс синтеза аммиака под средним давлением (Рисунок 11). Свежая азотоводородная смесь сжимается компрессором 1 до давления 20–30 МПа, смешивается с циркулирующей смесью, проходит через фильтр 2 и направляется в конденсационную колонну 3 и испаритель 4, в котором охлаждается до нужной температуры за счет испарения жидкого аммиака (ЖА), отбираемого из сепаратора 7. В конденсационной колонне из азотоводородной смеси выделяется аммиак в жидком виде, который поступает на склад готовой продукции. Подготовленная к синтезу азотоводородная смесь подается в колонну синтеза 5. Регулирование температурного режима в зоне катализа осуществляется путем подачи части холодного газа в колонну снизу через центральную трубу, минуя теплообменные устройства внутри колонны.

Рисунок 11 – Схема синтеза аммиака под средним давлением

Выходящая из колонны газовая смесь с температурой 500 °С поступает в водяной холодильник 6 и сепаратор 7, в котором отделяется сконденсировавшийся аммиак, направляемый на склад готовой продукции и частично в испаритель 4, откуда газообразный аммиак (ГА) поступает в газгольдер.

ВЫВОД ПО ВОПРОСУ:

Знание технологической схемы позволяет правильно проанализировать взрывопожарную опасность технологического процесса, выявить наиболее опасные участки производственного процесса, что способствует своевременному принятию профилактических мер для защиты людей и материальных ценностей от пожаров и взрывов, связанных с поломкой технологического оборудования.

Дата добавления: 2014-01-11