Контрольная работа: Использование энергосберегающих технологий для кристаллизации сульфата натрия

Рис. 8.1. Схема расчетная обечайки. Рис. 8.2. Схема расчетная обечайки теплообменника сепаратора

5.1.2 Расчет обечайки сепаратора

Исходные данные:

Материал обечайки – сталь 1Х18Н10Т.

σв = 550 МН/м2; σТ = 220 МН/м2 [3].

Проницаемость материала обечайки в среде – 0,03 мм/год (с1 = 1 * 10-3; с2 = 0).

Среда – водный раствор осадительной ванны – жидкость ж = 1295 кг/м3

Рс – вакуум 450 мм. рт. ст.

tс = 600С

Диаметр Д = 2200 мм;

Н = 6000 мм;

Продольный сварной ручной электродуговой шов – стыковой двух сторонний. (ш = 0,95). [3]

Аппарат 2-го эксплуатационного класса 2-й группы (= 1,0). [3]

Расчет:

Эскиз к расчету смотреть рисунок 8.2.

Гидростатическое давление в нижней части обечайки при уровне жидкости в сепараторе Нж = 1 м определяется по формуле [3]:

рж = жg Нж = 1295 * 9,81 * 1 = 12704 Па  0,013 МПа

Расчетное внутреннее давление среды рс = 760 – 450 = 310 мм.рт.ст., или

рс =  * 1,013 * 104 = 4,132 * 104 Па

Расчетное давление в сепараторе р = рс + рж = 4,132 * 104 + 1,3*104 = 5,432 * 104 Па

Допускаемое напряжение для стали 1х18Н10Т по пределу прочности [3] из ф. 14.1 и таб. 14.1:

σд = (σв / nв) *  =( 550*106 / 2,6) * 1,0 = 211,5 * 106 Н/м2

Допускаемое напряжение для стали 1Х18Н10Т по пределу текучести (ф 14,2) [3]:

σд = (σт / nт) *  = 220 * 106 * 1,0 / 1,5 = 146,7 * 106 Н/м2

Второе, как меньшее является расчетным.

Так как (σд/ р) * ш = (146,7 * 106 / 0,05432 * 106 ) * 0,95 = 2565,6150,

то величиной р в знаменателе формулы (15.1) [3] пренебрегаем.

Расчетную толщину стенки обечайки определяем по формуле (15.1)

S´ = (Дв р / 2 σд ш) + с = 2,2 * 0,05432*106 / 2 * 146,7 * 106 * 0,95 = ( 0,4 * 10-3 + с)м;

Прибавку с при с3 = 0,8 * 10-3 м (таб. 2.15) [3] определяем по формуле (15.15) [3]

С = с1 + с2 + с3 = (1+0+0,8) 10-3 = 1,8 * 10-3 м;

S´ = (0,4+1,8)10-3 = 2,2 * 10-3 м, принимаем S = 3 мм.

Проверим напряжение в стенке обечайки при гидравлическом испытании аппарата водой рж = жg Нж = 1000 * 9,81 * 6 = 58860 Па 0,059 МПа. Жидкость - вода. Расчетное давление испытания определяем по формуле (15,25) [3] и таб. (14.5) [3]:

Ри = рг + рж = 10*104 + 5,9*104 = 15,9 * 104 Па 0,16 МПа

Напряжение в стенке обечайки при гидравлическом испытании аппарата определяется по формуле (15,24) [3]:

σ = [Дв + (S – C)] pи / 2(S – C) ш = [ 2,2 + (3 – 1,8) * 10-3] 0,16 / [2(3 – 1,8) * 10-3 * 0,95] = 154,5 МПа, что < σт / 1,2 = 220 / 1,2 = 183,3 МПа

5.1.3 Расчет конического днища сепаратора

Исходные данные:

Материал днища – сталь 1Х18Н10Т; внутренний диаметр Дв = 2200 мм; днище коническое неотбортованное с углом конуса 2 α = 1500 и , с центральным отверстием d = 0,05 м; ш = 0,95;

Давление на днище р = 5,432 * 104 Па  0,05 * 106 МПа ; С1 = 1,0 мм, С2 = 0

Расчет:

Фактор формы днища при α = 75о определяем по графику (16.8) [3] при Rб/Дв = 0,01 и у = 9;

Эскиз днища смотреть рисунок 8.3

Рис. 8.3 Эскиз днища сепаратора

Расчетную толщину днища определяем по формуле (16.7) [3]:

S´ = (Дв р у / 2 σид ш ) + с = 2,2 * 0,05 * 9/( 2*146 * 0,95) + с = ( 0,0036 + с) м = (3,6*10-3 + с) м.

Прибавку с при с3 = 0,4 мм (таб. 2.15) [3] определяем по формуле (15,15) [3]

С = с1 + с2 + с3 = (1 + 0 + 0,4) * 10-3 = 1,4 * 10-3 м;

S´ = (3,6 + 1,4)10-3 = 5 * 10-3 м.

Принимаем ближайший размер по таблице 16,19 [3], но не менее, толщину стенки обечайки S = 5 мм. Площадь поперечного сечения укрепляющего кольца в нижней части обечайки определяем по формуле:

= 2,22 * 0,05 * tg75о / (8*146) = 0,00077

При соотношении размеров конечного сечения кольца по фигуре (16.11) [3] расчетная толщина будет: Sк = = = 0,016 м. (см рис. 8.4)

Размеры укрепляющего кольца Sк = 16 мм; 3 Sк = 16*3 = 48 мм

2 S = 5*2 = 10 мм.

Sк > S

5.1.4 Расчет трубной решетки греющей камеры

Эскиз расчетный смотреть рис.8. 5

Рис. 8.5 К расчету трубной решетки греющей камеры

Исходные данные:

Давление в трубном пространстве рm = рс + рж = 1295 * 9,81 * 6 + 0,04 * 106 = 76223,7 Па

Давление в междутрубном пространстве рм = 0,3 Мпа;

Длина трубок L = 6000 мм;

Матерная труб – сталь 1Х18Н10Т;

Матерная трубной решетки сталь 0 х 13;

Диаметр – Дв = 800 мм = 0,8 м;

Диаметр труб – ф 38 х 2 мм.

σид = 177,0 МПа для стали 1Х18Н10Т – σид = 146 МПа – для стали

С = 1,8 * 10-3 м

Расчет

Расчетную высоту наружной части решетки при  = 1 определим по формуле (23.1) [3]:

h´t = kДв  + с = 0,43 * 0,8 + 0,0018 = 0,0078 + 0,0018 = 0,0096 = 9,6 мм.

Коэффициент прочности решетки определяем по формуле (22,5) [3]

 = = = 0,99

Расчетную высоту средней части решетки при  = 0,99 определим по формуле (23.1) [3]:

h´1 = kДв  + с = 0,99 * 0,8 + 0,0018 = 0,0181 + 0,0018 = 0,0199 = 19,9 мм.

5.1.5 Расчет компенсатора кожуха греющей камеры

Исходные данные:

Диаметр внутренний кожуха Дв = 800мм;

Длина L = 6000 мм;

Давление рm = 0,076 Мпа;

Рм = 0,3 МПа

Температура:

tm = 900C

tк = 132,90С

Sк = 10 мм, ск = 1,5 мм

Трубы ф 38 *2 мм; с т = 1,2 мм

Z = 187 шт.

Материал корпуса сталь 1Х18Н10Т

Компенсатора сталь 1Х18Н10Т,

σтк (132,90С) = 152 МПа Ек (132,90С) = 1,91 * 105 Па

σтт (90оС) = 146МПа Ем (90оС) = 2,00 * 105 Па

кt = 17,2 * 10-6 1/оС мt = 17,2 * 10-6 1/оС

Расчет:

Площадь поперечного сечения корпуса (стр.320)[3]:

Fk = (Дв + Sк) Sк = 3.14(0,8+0,010)*0,010 = 254,34*10-3 м2

Площадь поперечного сечения труб (стр.320)[3]:

Fт = (dH – Sm) SmZ = 3.14(38-2)2 * 187 = 42276,96 мм2 = 0,042 м2 = 420 * 10-4 м2

Сила взаимодействия между корпусом и трубами за счет температурных напряжений определяется по формуле (24.1) [3]:

Суммарную силу, растягивающую корпус и трубы, от давления среды в трубном и междутрубном пространстве при расчетном диаметре трубной решетки Дв определяем по формуле (24.2) [3]:

Р = 0,785[(Дв2 dн2Z)pm + dв2 Zpm] = 0,785[(0.82 – 0.0382*187)*0.3*106 + 0.0382*187*0.076 ]= 87128,4 Н;

Максимальное напряжение в корпусе определим по формуле (24.5) [3]:

σmaxk = Pt / Fk + PEkt / (Et * Fk + EmtFm) = (2.27 / 254,34 * 10-4 ) + (8*7128,4 *191*105) / (1,91*105 *254,34 * 10-4 + 2,0*105 * 420*10-4) = 95,82 МН/м2, что < σткто /1,2 = 220 * 106 / 1,2 = 183,3 * 10,6 Н/м2 ,

т.е. условия (24.5) [3] выполнено .

Максимальное напряжение в трубах определим по формуле (24.6) [3]:

σmaxт = Pt / Fт + PEтt / (Et * Fk + Emt + Fm )= 2,27 / 420*10-4 – (87128,4*191*105)/ (191*105 * 254,34 *10-4 + 2,0*105*420*10-4) = 93,21 МН/м2,

< σтт90/1,2 = = 121,7 МН/м2

условие (24.6) [3] выполнено, значит, компенсатор не требуется.

5.1.6 Расчет обтюрации греющей камеры

Исходные данные:

Диаметр внутренний Дв = 800 мм,

Давление рп = 0,16 Мпа

Температура tc = 90оС

Прокладка – ПОН -1(ГОСТ-481-80)

Материал уплотняемых поверхностей – сталь 1Х18Н10Т,

Эскиз расчетная схема рис.8.6

Расчет:

На основании таб. 19.2 стр. 242 [3] для лучшей герметичности рекомендуется прокладка прямоугольной формы (тип 1) при давлении 0,16 МПа. Тип обтюрации I, II, III – A, VI – A, V для давления < 10 МПа.

Из таблицы (19,13;19,3 и 19,18) [3] имеем диаметр прокладки:

Д = Дв + 10 = 800 + 10 = 810 мм

S = 4 мм

h = 2S + 1 = 2*4 + 1 = 9 мм

h1 = 2,5S = 2,5 * 4 = 10 мм

q = 1,2 σT = 1.2 * 50*106 = 60*106 Н/м2

Расчетную ширину уплотнения определил по формуле (19.2) [3]:

в´ = 0,33 Дри / (σт – 0,33 ри – 1,1 q) = 0,33*0,810*0,16*106 / (220*106 0,33*0,16*106 – 1,1 * 60*106) = 0,2 * 10-3 М;

Принимаем в = 5 мм; вэ = в = 5 мм [3] (таблица 19.17)

Рис. 8.6. Обтюрация тип IV – А

Диаметр прокладки:

Дп = Д + в = 810 + 5 = 815 мм

Расчетная осевая сила сжатия прокладки (19.1) [3]

Р´п = 3Дпвэq = 3*0,815*5*10-3 * 60*106 = 0,734 * 106 Н= 0,734 МН

5.1.7 Расчет растягивающего усилия в болтах, числа болтов для крепления крышки

Из расчета 8.1.6. имеем

Р´п = 0,734 * 106 Н

Дв = 0,8 м

Дп = 0,815 м

В = 0,0 05 м

Рб = Р´с + Р´п = 0,102 * 106 + 0,734 * 106 = 0,836 * 106 Н,

где Р´с расчетная сила от давления среды при К = 1, определяется по формуле (20.3) [3]:

Р´с = 0,96КД2при = 0,96 * 1*0,8152 * (0,16*106) = 0,102 МН

Расчетный диаметр болтов (20,5) [3]

dб´= 0,25 (  ) = 0,25 ( )= 0,0076 м

Принимаем dб = М10 из таб. 20.7 [3]

Рассчитаем число болтов при К = 1 определится по формуле (20.9) [3]

Z´ = = 1,2*0,836*106 / (1*78,5*10-6 220*106 * 0,9) = 64,5

Принимаем Z = 68 (кратное 4 и четное)

Наружный диаметр болтовой окружности (20.10) [3]:

Дб´ = Двн + 2,2 dб + 0,01 = 0,8 + 2,2*0,010 + 0,01 = 0,832 м. принимаем Дб = 840 мм

Шаг болтов t = Дб / Z = 3,14 * 840 / 68 = 38,8 мм

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Введение

Химические волокна, наряду с другими полимерными материалами, приобрели исключительно важное значение в народном хозяйстве.

По темпам роста производство искусственных и синтетических волокон опередило ряд развивающихся новых отраслей химической промышленности. Применение химических волокон в чистом виде и в смеси с натуральными волокнами дает возможность не только расширить ассортимент, но и улучшить качество товаров народного потребления.

Производство химических волокон, и, в частности, вискозных, связано со значительными опасностями и вредностями для обслуживающего персонала, а также вероятностью нанесения ущерба окружающей среде.

Для предотвращения неблагоприятного воздействия производства на человека и окружающую среду разрабатываются мероприятия, которые закладываются в техническую документацию производств, различную нормативную документацию и законодательные акты.

В данном проекте рассматривается организационно-технические меры охраны труда, техники безопасности, промсанитарии и противопожарной безопасности для отделения кристаллизации сульфата натрия в производстве вискозной нити.

6.2     Производственная безопасность

Анализ условий труда на рабочем месте

Таб. 9.2 Перечень возможных опасных факторов

Обоснование и выбор мероприятий и технических средств безопасности.

Табл. 9.3 Категорийность помещений участка

Основные требования к размещению производственного оборудования, складов:

·          Расположение оборудования и коммуникации должно предусматривать их безопасное обслуживание и соответствовать требованиям действующих нормативных документов;

·          Проходы и разрывы должны быть не менее:

Ø   Основные проходы по общему фронту обслуживания ряда аппаратов – 1,0 м; [13]

Ø   рабочие проходы между аппаратами – 0,8 м; [13]

Ø   расстояние от машины и аппаратов до строительных колонн здания при наличии против колонн постоянных мест обслуживания оборудования – 0,5 м. [13]

Ø   ширина основных проходов цеха должна соответствовать нормам строительного проектирования и увеличиваться на величину транспортного устройства в каждую сторону до выступающих частей ближайшего оборудования:

Ø    колонн и стен должна быть 0,8 м; [13]

Ø    рабочие места, проходы и проезды не должны загромождаться;

Ø    чаны и баки для осадительной ванны, меточных растворов должны снабжаться крышками;

Ø    складские помещения должны быть индивидуальны (для мазута, готовой продукции, запчастей и т.д.);

Основные требования к рабочему месту аппаратчиков отделения кристаллизации следующие:

ü   рабочее место должно быть хорошо освещено;

ü   Рабочее место должно быть оборудовано столом, стулом, письменными принадлежностями, рабочими инструкциями и др. нормативной документацией, необходимыми журналами, аптечкой с необходимыми медикаментами и нейтрализующими растворами, инструментом и приспособлениями, средствами индивидуальной защиты, средствами связи и сигнализации;

Таб. 9.4 Вентиляция и отопление

Таб.9.5 Производственное освещение

Табл. 9.6 Производственный шум и вибрация

Таб.9. 7 Электробезопасность

Таб. 9.8 Санитарно – бытовое обслуживание

Требования техники безопасности к технологическим процессам:

·          Вести постоянный контроль за состоянием воздушной среды;

·          Строго соблюдать все технологические параметры процесса, правила обслуживания, ремонта , правила техники безопасности, промсанитарии и пожарной безопасности;

·          Все движущиеся и вращающиеся части машин должны быть надежно ограждены кожухами;

·          Все фланцевые соединения трубопроводов с агрессивными жидкостями и паропроводов должны быть защищены кожухами;

·          Запрещен ремонт, наладка и чистка аппаратов и трубопроводов, арматуры под давлением, заполненных жидкостями;

·          Запрещена эксплуатация КИП с просроченным сроком проверки;

·          Все электрооборудование должно быть заземлено, заземление проверено приборами;

·          На работах, связанных с опасностью поражения электротоком, необходимо применять защитные средства (изолирующие подставки, инструменты с изолированными ручками, диэлектрические боты, калоши, перчатки, коврики и др.), все защитные средства должны быть проверены;

·          Перед ремонтом все аппараты и трубопроводы должны быть нейтрализованы, вычищены, просушены, продуты;

·          Пуск в работу оборудования производить только после внутреннего и наружного осмотра;

·          Разрешается пользование только исправными инструментом и лестницами.

Таб.9.9 Средства индивидуальной защиты

6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях [53]

6.3.1 Введение

Устойчивость объекта в чрезвычайных ситуациях представляет собой способность в условиях чрезвычайной ситуации производить продукцию в запланированном объеме и номенклатуре, а при получении слабых и частично средних разрушений восстанавливать свое производство в минимальные сроки.

Цель оценки устойчивости заключается в выявлении слабых его элементов, чтобы в последующем провести инженерно-технические мероприятия, направленные на повышение устойчивости объекта в целом.

Оценка устойчивости работы объекта – это всестороннее изучение предприятия с точки зрения способности его противостоять воздействию поражающих факторов, продолжать работу и восстанавливать производство при получении слабых разрушений.

6.3.2 Анализ видов и условий возникновения чрезвычайных ситуаций на предприятии [53]

Возникновение чрезвычайных ситуаций возможно в случаях наводнения, землетрясения, урагана, ядерных и других взрывов и пожаров.

Эти ситуации могут привести к тем или иным разрушениям объекта, в связи с этим проводится оценка устойчивости объекта, в ходе, которой берутся на учет все здания и сооружения и оценивается их статическая устойчивость, обследуются материально-энергетические системы объекта, обеспечиваются работающие защитными сооружениями, изучается система управления и связи, исследуется подготовка объекта к восстановлению производства.

Оценка устойчивости объекта (производство вискозной нити) к воздействию ударной волны (см. таб.9.13)

Таб. 13. Оценка устойчивости объекта к воздействию давления

Таб.9.14 Оценка устойчивости объекта к воздействию светового излучения

Таб. 9.15 Оценка устойчивости работы объекта к воздействию проникающей радиации

Таб. 9.16 Оценка устойчивости объекта к воздействию химического и бактериологического оружия

6.3.3 Обоснование и выбор мероприятий и технических средств, направленных на уменьшение масштабов развития чрезвычайных ситуаций

Обеспечение защиты рабочих и служащих от оружия массового поражения:

·           Укрытие их в защитных сооружениях (убежища)

·           Вывоз персонала в безопасные зоны.

Повышение устойчивости управления ГО объекта:

·          Разработка схемы оповещения и связи;

·          Создание двух групп управления (одна – на предприятии, другая – в загородной зоне);

Повышение устойчивости зданий и сооружений:

·          Повышение их механической прочности и огнеопасности ( обмазка огнестойкими материалами, усиление металлическими стойками, балками);

·          Обсыпка низких зданий грунтом;

·          Усиление труб в траншеях

Защита ценного и уникального оборудования:

·          устройство спец. защитных укрытий (шатры, зонты, кожуха)

Повышение устойчивости снабжения электроэнергией, газом, паром, водой:

·          Базирование предприятия на двух источниках электроснабжения (ТЭЦ, ГЭС)

·          Резервная линия электропередачи ( подземная, кабельная)

·          Устройство систем автоматического переключения с одной линии на другую линию электроснабжения;

·          Резерв газа (устройство газохранилища);

·          Прокладка газовых сетей под землей;

·          Строительство резервной котельной пароснабжения

·          Создание резервных источников воды

Повышение устойчивости материально – технического снабжения:

·     Создание резерва сырья и материалов;

·     Хранение резерва рассредоточенного в различных местах.

6. 4 Расчетная часть

6.4.1 Расчет воздухообмена

Таблица 9.17 Исходные данные режимов

Летний период

При заданных параметрах охлажденной воды наружный воздух (см. точка 1) после камеры орошения кондиционера (точка 3) и нагрева в вентиляторе будет характеризоваться параметрами, соответствующими точке 4. С такими параметрами воздух поступает в помещение для ассимиляции избытков тепла, при этом нагревается до 14оС (точка2)

Ассимиляционная способность воздуха определяется по разности энтальпий в точках 2 и 4 и составляет 7,4 – 6,3 = 1,1 ккал/кг

Расход воздуха на ассимиляцию избытка тепла равен:

L = = 81342,4 м3/ч

где 1,2 – плотность воздуха, кг/м3

В помещении кроме избытков тепла выделяются пары сероуглерода. Расход воздуха на доведение содержания шаров сероуглерода до предельно допустимой концентрации (10 мг/м3) составит:

Lн = = 38,25 * 103 м3/ч

Из этого видно, что расход воздуха для снижения концентрации сероуглерода ниже, чем на ассимиляцию избытков тепла летом и зимой.

Кратность обмена рассчитываем по расходу воздуха на ассимиляцию тепла летом и зимой.

Кратность обмена равна:

= 3,25

Расход холода на охлаждение воздуха составит:

Qх = 81342,4 * 1,2(12,9 – 6,1) = 66,42 * 104 ккал/ч = 772,4 кВт

Где (12,9 – 6,1) разность энтальпий в точках 1 и 3.

Хладагент – охлаждающая вода:

tнач = + 5оС

tкон = 7,5 оС

Зимний период

Избытки тепла:

Qизб = 76250 – 40000 = 36250 ккал/ч.

По санитарным нормам для работ средней тяжести в холодный период года оптимальная температура в рабочей зоне помещения равна + 16оС (точка 7)

Температура приточного воздуха (точка 6) равна

Tпр = 16 - = 14,45оС

0,24 – теплоемкость воздуха, ккал/кг*град;

81392,4 – расход приточного воздуха, который принимается по летнему периоду, м3/ч.

Расход тепла на нагрев приточного воздуха при расчетной зимней температуре составит:

Q = 81392,4 * 1,2 * 0,24[14.45 (-11.3)] = 603606 ккал/ч = 7 * 103 кВт

6.4.2 Расчет освещенности

В помещении предусмотрено общее, местное и аварийное освещении.

Освещение должно обеспечивать нормальную освещенность рабочих мест, равномерное и правильное направление светового потока.

·          Площадь освещаемого помещения S = 42 * 24 = 1008 м2;

·          Коэффициент отражения Рн = 50%; Рс = 30%; Рр = 10%

·          Требуется освещенность на СНиП 23 – 05-95Е = 30 лм.

·          Расчетная высота подвеса светильников h = 5,6 м;

·          Светильники типа «Универсал»

Расчет ведет по методу коэффициента использования.

Вычисляем индекс помещения:

J = = = 6,08

А;В – ширина и высота помещения, м.

Для данного значения J коэффициент использования  = 56%

Для освещения участка выбирается лампы накаливания общего назначения типа НТ 220 – 200 по ГОСТ 2939 79 с величиной светового потока F = 2700 лм.

Определяем потребное число светильников

N = = = 29,9

Где R = 1,3 – коэффициент минимальной освещенности;

n = 1 – количество ламп в одном светильнике.

Принимаем 30 светильников.

Потребная мощность на общее освещение 200*30 = 6000 Вт = 6 кВт

Аварийное освещение – 10 % от основного: 6*0,1 = 0,6 кВт.

Местное освещение у пульта управления : 200 Вт = 0,2 кВт.

Общая потребляемая на освещение мощность:

N = 6 + 0,6 + 0,2 = 6,8 кВт

6.4.3 Расчет заземления

Если сопротивление естественных заземлителей больше нормативного, то применяется искусственное заземление. Сопротивление искусственного заземления, состоящего из сопротивления вертикальных электродов Rв и горизонтальной полосы Rг рассчитывается из условия:

RH = = 1,5 Ом

RH  4 Ом – нормативное сопротивление заземляющего устройства.