Подбор оборудования, насосов и компрессоров. Разработка установки получения технического углерода полуактивных марок производительностью 24000 кг/ч по сырью. Материальный баланс установки. Нормы технологического режима. Расчёт основных аппаратов.
Аннотация к работе
Технический углерод - один из древнейших химических продуктов в мире. Он производился промышленным путем древними египтянами и римлянами еще до нашей эры. В 3 веке н.э. китайцы производили высококачественную тушь на основе лампового технического углерода, который образовывался сжиганием масла под опрокинутыми керамическими чашами. Позднее технический углерод получали осаждением из коптящего пламени на поверхности плит из камня, металлических дисков, пластин, валков и, наконец на поверхности стальных каналов. Последнее и дало название «канальный технический углерод», процесс получения которого был запатентован в 1892 году.
Однако в то время технический углерод использовался в резине только как красящий агент, а не как усиливающий компонент. Открытие явления усиления резины техническим углеродом совершило революцию в резиновой и особенно шинной промышленности. Событие это произошло в Англии, когда англичанин Моут обнаружил существенное усиление прочностных свойств при введении им в резиновую смесь большего количества техуглерода, чем вводилось для окрашивания резины. С тех пор технический углерод заменил окись цинка в качестве основного усиливающего компонента.
Термин «технический углерод» (сажа) обозначает отдельный класс в промышленных углеродных продуктах. Углерод в нем находится в особой форме (модификации), которая в природных материалах не встречается. В природе известны две кристаллические модификации углерода - алмаз и графит, а среди углеродных соединений есть и аморфные (каменный уголь и др.). Технический углерод отличается высокой дисперсностью и тем, что образуется в газовой фазе при термоокислительном или термическом пиролизе углеводородного сырья, сопровождающемся разложением углеводородов на углерод и водород под действием высокой температуры. Процесс образования дисперсного углерода протекает в аппаратах, обеспечивающих получение соответствующих температурных и газодинамических условий, реакторах.
Сырьем для производства технического углерода служат жидкие продукты переработки нефти и каменноугольной смолы с молекулярным весом 150-400, выкипающие в пределах 170-500 °С. Плотность сырьевых компонентов и смесей колеблется в пределах 0,84-1,14 г/см3.
Из процессов переработки нефти в промышленных масштабах используют продукты термического и каталитического крекинга, пиролиза. Ароматизированные нефтяные фракции, не обладающие требуемым углеводородным составом, подвергаются дополнительной переработке с целью повышения в них наиболее ценных ароматических компонентов.
Тяжелый каталитический газойль является остаточной фракцией продуктов каталитического крекинга газойля прямой гонки, отбензиненной нефти, вакуумного дистиллята и легкого мазута прямой гонки.
Экстракты каталитического газойля получают из газойля каталитического крекинга на экстракционных установках. В качестве растворителей применяют сернистый ангидрид, фенол, фурфурол и др.
Термомасло получают путем повторного термического крекинга термогазойля. Иногда в процесс вовлекается (до 30% о-термогазойля) тяжелый газойль каталитического крекинга.
Тяжелую смолу пиролиза получают пиролизом бензин; на этиленовых производствах. Существуют технологии, когда тяжелую смолу пиролизную (ТСП) бензина смешивают с ТСП дизельного топлива с дальнейшей обработкой.
При коксовании каменного угля при 1000-1200 °С кроме основного продукта - кокса образуются каменноугольная смола (2-5 % массы угля) и другие компоненты. Дальнейшей переработкой каменноугольной смолы выделяют продукты, являющиеся высококачественным сырьем для производства технического углерода.
Антраценовая фракция и антраценовое масло получают дистилляцией каменноугольной смолы.
Пековые дистилляты производятся путем окисления и коксования каменноугольного пека.
Единое коксохимическое сырье получают смешением антраценового, легкосреднего и поглотительного масел с добавлением масляных дистиллятов и антраценовых фракций, являющихся продуктами переработки каменноугольной смолы.
Каждый из перечисленных видов сырья представляет собой сложную многокомпонентную и относительно высококипящую смесь. Компоненты при укрупненном описании состава и свойств сырья группируют по признакам сходного химического строения. Именно от состава, в первую очередь, зависят технологические свойства сырьевых смесей, используемых в производстве технического углерода, и качество получаемого продукта.
Целью данного проекта является разработка установки получения технического углерода полуактивных марок производительностью 24000 кг/ч по сырью.
1. Общая часть баланс углерод насос компрессор
1.1 Назначение установки, ее краткая характеристика
Технологический цех № 1 по производству активных и полуактивных марок технического углерода входит в состав предприятия ОАО “Ярославский технический углерод” как самостоятельное стр
Введение
Технический углерод - один из древнейших химических продуктов в мире. Он производился промышленным путем древними египтянами и римлянами еще до нашей эры. В 3 веке н.э. китайцы производили высококачественную тушь на основе лампового технического углерода, который образовывался сжиганием масла под опрокинутыми керамическими чашами. Позднее технический углерод получали осаждением из коптящего пламени на поверхности плит из камня, металлических дисков, пластин, валков и, наконец на поверхности стальных каналов. Последнее и дало название «канальный технический углерод», процесс получения которого был запатентован в 1892 году.
Однако в то время технический углерод использовался в резине только как красящий агент, а не как усиливающий компонент. Открытие явления усиления резины техническим углеродом совершило революцию в резиновой и особенно шинной промышленности. Событие это произошло в Англии, когда англичанин Моут обнаружил существенное усиление прочностных свойств при введении им в резиновую смесь большего количества техуглерода, чем вводилось для окрашивания резины. С тех пор технический углерод заменил окись цинка в качестве основного усиливающего компонента.
Термин «технический углерод» (сажа) обозначает отдельный класс в промышленных углеродных продуктах. Углерод в нем находится в особой форме (модификации), которая в природных материалах не встречается. В природе известны две кристаллические модификации углерода - алмаз и графит, а среди углеродных соединений есть и аморфные (каменный уголь и др.). Технический углерод отличается высокой дисперсностью и тем, что образуется в газовой фазе при термоокислительном или термическом пиролизе углеводородного сырья, сопровождающемся разложением углеводородов на углерод и водород под действием высокой температуры. Процесс образования дисперсного углерода протекает в аппаратах, обеспечивающих получение соответствующих температурных и газодинамических условий, реакторах.
Сырьем для производства технического углерода служат жидкие продукты переработки нефти и каменноугольной смолы с молекулярным весом 150-400, выкипающие в пределах 170-500 °С. Плотность сырьевых компонентов и смесей колеблется в пределах 0,84-1,14 г/см3.
Из процессов переработки нефти в промышленных масштабах используют продукты термического и каталитического крекинга, пиролиза. Ароматизированные нефтяные фракции, не обладающие требуемым углеводородным составом, подвергаются дополнительной переработке с целью повышения в них наиболее ценных ароматических компонентов.
Тяжелый каталитический газойль является остаточной фракцией продуктов каталитического крекинга газойля прямой гонки, отбензиненной нефти, вакуумного дистиллята и легкого мазута прямой гонки.
Экстракты каталитического газойля получают из газойля каталитического крекинга на экстракционных установках. В качестве растворителей применяют сернистый ангидрид, фенол, фурфурол и др.
Термомасло получают путем повторного термического крекинга термогазойля. Иногда в процесс вовлекается (до 30% о-термогазойля) тяжелый газойль каталитического крекинга.
Тяжелую смолу пиролиза получают пиролизом бензин; на этиленовых производствах. Существуют технологии, когда тяжелую смолу пиролизную (ТСП) бензина смешивают с ТСП дизельного топлива с дальнейшей обработкой.
При коксовании каменного угля при 1000-1200 °С кроме основного продукта - кокса образуются каменноугольная смола (2-5 % массы угля) и другие компоненты. Дальнейшей переработкой каменноугольной смолы выделяют продукты, являющиеся высококачественным сырьем для производства технического углерода.
Антраценовая фракция и антраценовое масло получают дистилляцией каменноугольной смолы.
Пековые дистилляты производятся путем окисления и коксования каменноугольного пека.
Единое коксохимическое сырье получают смешением антраценового, легкосреднего и поглотительного масел с добавлением масляных дистиллятов и антраценовых фракций, являющихся продуктами переработки каменноугольной смолы.
Каждый из перечисленных видов сырья представляет собой сложную многокомпонентную и относительно высококипящую смесь. Компоненты при укрупненном описании состава и свойств сырья группируют по признакам сходного химического строения. Именно от состава, в первую очередь, зависят технологические свойства сырьевых смесей, используемых в производстве технического углерода, и качество получаемого продукта.
Целью данного проекта является разработка установки получения технического углерода полуактивных марок производительностью 24000 кг/ч по сырью.
1. Общая часть баланс углерод насос компрессор
1.1 Назначение установки, ее краткая характеристика
Технологический цех № 1 по производству активных и полуактивных марок технического углерода входит в состав предприятия ОАО “Ярославский технический углерод” как самостоятельное структурное подразделение.
В состав цеха входят 6 технологических потоков. Каждый технологический поток представляет собой комплекс последовательно установленного оборудования, обеспечивающего проведение всех технологических процессов производства технического углерода - получения, улавливания, обработки, упаковки и складирования.
По функциональному назначению и территориальному расположению оборудование технологического потока объединено в отделения (участки): Реакторное отделение - объединяет оборудование, предназначенное для осуществления процесса образования технического углерода.
Отделение улавливания - объединяет оборудование, предназначенное для выделения из аэрозоля технического углерода (принятое на предприятии название - углеродогазовая смесь - УГС) пылящего технического углерода.
Отделение обработки - объединяет оборудование, предназначенное для мокрого гранулирования, сушки и транспортировки гранулированного технического углерода в бункера готовой продукции.
Участок упаковки - объединяет оборудование для упаковки и складирования в объеме всего технологического потока.
Каждый технологический поток является унифицированной линией по производству различных марок технического углерода. Все параметры входных материальных потоков (температуры и давления сырья, газа, воздуха, химически очищенной воды) при этом не изменяются, также параметры настроек схем сигнализации и автоблокировок. При переходе с одной марки технического углерода на другую изменяются только соотношения расходов сырья, газа, воздуха и воды на реакторах в соответствии с технологическими картами.
1.2 Качество сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. ГОСТЫ и ТУ на сырье и продукты
Качество сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. ГОСТЫ и ТУ на сырье и продукты представлены в таблице 1.
Таблица 1- Качество сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. ГОСТЫ и ТУ на сырье и продукты
№ п/п Наименование сырья, материалов, реагентов, полуфабрикатов, изготовляемой продукции № ГОСТ, ОСТ, ТУ, СТП Показатели качества, обязательные для проверки Норма по ГОСТ, ОСТ, ТУ, СТП Назначение материалов, область применения изготовляемой продукции
1 2 3 4 5 6
1. Сырьевая смесь нефтяных и коксохимических компонентов в заданном соотношении --- 1. Плотность при 20 0С, кг/м3 2. Индекс корреляции Не нормируется (результаты анализов применяются для корректировки процесса) Для получения технического углерода
3.Массовая доля влаги, %, не более 1,0
4.Содержание ионов, %, не более калия натрия 0,0005 0,005
5.Массовая доля механических примесей, %, не более Не нормируется
6.Зольность, %, не более Не нормируется
7.Коксуемость,%, не более Не нормируется
8.Вязкость кинематическая, ССТ, не более Не нормируется
1. Жесткость, мг-экв/л, не более 1,5
2. Вода --- 2. Солесодержание, мг/л, не более 250 Для охлаждения углеродогазовой смеси
3. PH 6,5 - 7,5 и грануляции технического углерода
4. Температура, 0С, не более 100
5. Щелочность, мг-экв/л, не более 3,0
6. Содержание нефтепродуктов, мг/л, не более 1,0
3. Воздух среднего давления --- В технологическом процессе применяется без предварительной очистки и осушки Для сжигания природного газа и частично сырья в реакторе
4. Воздух высокого давления (технологический) В технологическом процессе применяется без предварительной очистки и осушки На пневматические затворы сырьевых, водяных форсунок, на распыл сырья пневматической фор-ки
5. Воздух инструментальный ГОСТ 17433-80 1.Предварительно осушенный 2.Предварительно осушенный с аварийным запасом в ресиверах 1.Для работы пневмоцилиндров 2.Для работы КИП и А 6. Лигносульфонаты ТУ 13-0281036-029-94(марка А) 1. Массовая доля сухих веществ, %, не менее 47 Связующая добавка для грануляции техуглерода
2. Массовая доля золы к массовой доле сухих веществ, %, не более 18
3. Концентрация ионов водорода раствора лигносульфонатов, ед. PH, не менее 4,4
7. Природный газ Тюменского месторождения ГОСТ 5542-87 Для создания высокой температуры в камере горения реактора
8. Калий углекислый технический (поташ) ГОСТ 10690-73 Массовая доля потерь при прокаливании при 500 0С, %, не более: - для кальцинированного - для полутороводного 5,0 20,0 В качестве присадки к сырью для регулирования показателя “масляное абсорбционное число” технического углерода
9. Изготовляемая продукция - технический углерод активных и полуактивных марок Спецификации ОАО «ЯТУ» (марки техуглерода да в соответствии с ГОСТ В соответствии со спецификациями ОАО «ЯТУ» и требованиями потребителей В соответствии со спецификациями ОАО «ЯТУ» и требованиями потребителей В качестве усиливающего наполнителя при производстве резины
1.3 Описание технологической схемы
Сырье - тяжелый каталитический газойль подается в резервуар Е-1 (поз. 1), где поддерживается t = 50-1200С. Во избежание выделения твердого осадка сырье непрерывно циркулируется с помощью насоса Н-1 (поз. 2) через т/о Т-1 (поз. 4), где прогревается водяным паром. Нагретое сырье насосом Н-2 (поз. 3) подается во влагоиспаритель Е-2 (поз. 7), снабженный пеноотделителем Е-3 (поз. 8). Обезвоженное сырье насосом Н-3 (поз. 6) подается в т/о Т-3 (поз. 9), где нагревается водяным паром до 130ОС и далее, пройдя фильтр тонкой очистки Ф-1 (поз. 10) подается в зону смешения реактора Р-1 (поз. 11). В линию сырья из емкости Е-4 (поз. 14) поршневым насосом Н-4 (поз. 13) подается щелочная присадка для улучшения структурности образующихся частиц ТУ. В зону горения реактора Р-1 вводится природный газ и воздух, нагретый до t=600ОС в воздухоподогревателе Т-4 (поз. 12). Сырье впрыскивается форсунками в зону смешения, где происходит его испарение и неполное горение. В зоне реакции происходит разложение сырья при t = 1900ОС и образование УГС. В зоне закалки ( предзакалки для активной марки) происходит закалка образовавшихся частиц за счет впрыска воды. Далее УГС последовательно проходит воздухоподогреватели Т4 и Т-5 (поз. 18), где нагревает воздух на горение и в сушильный барабан БС-1 (поз. 36).
С помощью вентилятора В-1 (поз. 19) УГС подается в холодильник - ороситель Т-6 (поз. 17) и далее на систему улавливания Ф-2 (поз. 15), где происходит отделение твердой фазы от газовой. ТУ поступает в циклон Ц-1 (поз. 15), а воздух подается на котельную. Из Ц-1 частицы ТУ шлюзовым питателем А-1 (поз. 22) подаются в мешалку -уплотнитель М-1 (поз. 20). Неуловленные частицы ТУ отделяются от газов в системе доулавливания и аспирации Ф-3 (поз.28) и Ф-4 (поз.30) и поступают на циклоны Ц-2 (поз.23) и Ц-3 (поз. 25). Воздух из системы аспирации вентилятором В-2 (поз. 16) отправляется в атмосферу, частицы ТУ вентилятором В-3 (поз. 27) в циклон аспирации Ц2. Шлюзовые питатели А1 и А-2 (поз. 24), А-3 (поз. 26) дозируют частицы ТУ в мешалку - уплотнитель, откуда по мере накопления частицы шлюзовым питателем А-4 (поз. 31) направляются на грануляцию в Г-1 (поз. 32). Также на грануляцию подается связующая добавка из емкости Е-5 (поз. 35) через фильтр тонкой очистки Ф-5 (поз. 34) поршневым насосом Н-5 (поз. 33), смешиваясь с водой.
Мокрые гранулы ТУ поступают на сушку в сушильный барабан БС-1 (поз. 36), куда также подается подогретый воздух и природный газ на горение. Сухие гранулы ТУ поступают элеватором на хранение.
1.4 Нормы технологического режима
Нормы технологического режима представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Нормы технологического режима
Наименование стадий процесса, аппараты, показатели режима Ед. измерения Допустимые пределы технологических параметров Требуемый класс точности измерительных приборов ГОСТ 8.401-80, не ниже 1 2 3 4
Реактор
Расход сырья кг/ч Указаны в технологических картах 1,0
Расход природного газа м3/ч 1,0
Расход ВВД м3/ч 1,0
Расход ВСД м3/ч 1,0
Расход ХОВ в зону предзакалки кг/час 1,0
Температура в зоне горения ОС 1,0
Температура в зоне закалки ОС 1,0
Температура в зоне реакции, не более ОС 1720 1,0
Давление природного газа перед горелками, не менее МПА (кгс/см2) 0,1 (1,0) 1,5
Давление сырья перед форсунками (радиальная подача сырья) черт ТО-58-06-04 МПА (кгс/см2) 0,6-1,2 (6,0-12,0) 1,5
Давление сырья перед форсунками (аксиальная подача сырья) черт. ТО-58-06-03, ТО-58-06-09) МПА (кгс/см2) 0,6-1,2 (6,0-12,0) 1,5
1.5 Подбор оборудования
Краткая характеристика технологического оборудования представлена в таблице 3.
Таблица 3 - Краткая характеристика технологического оборудования
№ п/п Наименование оборудования № поз. по схеме Кол. на поток шт. Материал Техническая характеристика
1 2 3 4 5 6
1. Сырьевой теплообменик 4 3 12х18Н10Т Поверхность теплообмена F = 13 м2; Диаметр корпуса D = 325 мм; Диаметр труб d = 20х2 мм; Длина труб = 3 м;
2. Реактор типа РТ-100/4000 11 1 Ст.3 Огнеупорный материал Габариты 3000? 2100? 9530 Масса - 2800 кг (без массы огнеупора) Расход сырья до 6500 кг/час
4. Воздухоподогреватель ПВО-300 12 1. Кожух 12х18Н10Т Труба, нижняя трубная решетка 10х23Н18 Расход воздуха -25000 м3/час Поверхность теплообмена - 198 м2 Количество труб - 337 шт. Масса - 11450 кг
5. Воздухоподогреватель ПВО-200 18 1 Кожух 12х18Н10Т Труба, нижняя трубная решетка 10х23Н18 Расход воздуха -20000 м3/час Поверхность теплообмена - 300 м2 Количество труб - 211 шт. Размер труб - 42х4,0
1.6 Влияние факторов на выход и качество продуктов
Температура в камере горения поддерживается на уровне 1800-2000°С в зависимости от вида применяемых огнеупоров. Чем выше температура газов полного горения, тем быстрее происходит испарение и пиролиз сырья и тем более однородным получается технический углерод по размерам частиц и агрегатов. С увеличением температуры в камере горения существенно повышается и выход технического углерода из сырья. Во всех случаях необходимо поддерживать в камере горения максимально возможную температуру, исходя из допустимой температуры применения огнеупоров.
Расход природного газа непосредственно связан с температурой в зоне горения. При изменении расхода воздуха изменяется расход газа и температура в камере горения поддерживается на заданном уровне. Необходимо при этом внимательно контролировать соотношение воздух: газ, как это описано в разделе «Основы процессов горения». При искажениях в показаниях пирометра (в случае, например, частичного забивания визирного канала) и при отсутствии контроля за соотношением воздух: газ может произойти оплавление огнеупоров.
Температура подогрева воздуха определяется типом и состоянием применяемого воздухоподогревателя. На ОЗТУ температура воздуха низкого давления поддерживается в пределах 750-820°С.Температура подогрева воздуха существенно влияет на эффективность процесса получения технического углерода. Высокотемпературный подогрев воздуха гарантирует полное сгорание природного газа в камере горения, приводит к значительному сокращению расхода воды, подаваемой в зону закалки реактора, что в свою очередь ведет к снижению влагосодержания отходящих газов и повышению их теплотворной способности. Снижение влагосодержания отходящих газов способствует также улучшению условий эксплуатации рукавных фильтров.
Температура сырья оказывает существенное влияние на степень распыливания его механическими форсунками. При повышении температуры сырья уменьшается его вязкость и улучшается степень распыливания сырья (образуются более мелкие капли).
Расход сырья в реактор определяется конструкцией реактора и, прежде всего, диаметром смесительного сопла. Расход должен поддерживаться в соответствии с проектными данными. При пониженных нагрузках реактора по сырью уменьшается расход воздуха в реактор, а, следовательно, и скорость продуктов сгорания природного газа на входе в смесительное сопло. Это, прежде всего, отражается на уровне показателя «красящая способность» (или «сила окраски»), который косвенно характеризует однородность частиц и агрегатов технического углерода.
Расход воды и температура в зоне предварительной закалки оказывают влияние на показатели «йодное число» и «светопропускание толуольного экстракта». При увеличении расхода воды в зону предварительной закалки можно немного понизить йодное число, но при этом снижается температура в зоне предварительной закалки, что может отрицательно сказаться на показателе «светопропускание толуольного экстракта». В современных реакторах в зоне реакции предусматривается несколько отверстий для водяных форсунок, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, с тем, чтобы при начале выпуска определенной марки технического углерода можно было точнее выбрать место установки форсунок. Температура в зоне предзакалки обычно поддерживается в пределах 1200-1250°С . Количество и концентрация присадки, содержащей ион щелочного металла, определяют уровень показателя «абсорбция дибутилфталата». Было установлено, что все ионы щелочных металлов способствуют снижению степени срастания частиц технического углерода в процессе его получения, но влияние их различно. Ионы калия действуют примерно в 10 раз эффективнее, чем ионы натрия. Поэтому для понижения показателя «абсорбция дибутилфталата» используют различные соединения, содержащие калий - гидроокись калия (КОН), хлористый калий (KCL), углекислый калий (К2С03), азотнокислый калий (KN03). Чем больше содержание калия в молекуле соединения, тем эффективнее действие такой присадки. Следует отметить, что наличие соединений калия и натрия в сырье крайне нежелательно, так как их присутствие приводит к неконтролируемому снижению показателя «абсорбция ДБФ». Поэтому во всех спецификациях на сырье для получения технического углерода содержание ионов калия и натрия строго нормируется.
1.7 Лабораторный контроль
Лабораторный контроль представлен в таблице 4.
Таблица 4 - Лабораторный контроль
№ п/п Наименование стадии процесса, анализируемый продукт Место отбора пробы Контролируемые показатели (метод контроля) Норма Частота
1 2 3 4 5 6
1. Технический углерод После БСК-40 1.Удельная внешняя поверхность ГОСТ 25699.2 (для марок с шифром “П”) ASTM D3765 (для марок с шифром “N”) В соответствии со спецификациями Через 24 часа
После БСК-40 2. Иодное число ГОСТ 25699.3 (для марок с шифром “П”) ASTM D1510 (для марок с шифром “N”) В соответствии со спецификациями Через 4 часа
После БСК-40 3. Масляное абсорбционное число ГОСТ 25699.5 (для марок с шифром “П”) ASTM D2414 (для марок с шифром “N”) В соответствии со спецификациями Через 4 часа
После БСК-40 4. РН водной суспензии ГОСТ 25699.6 (для марок с шифром “П”) ASTM D1512 (для марок с шифром “N”) В соответствии со спецификациями Через 8 часов
После БСК-40 5. Массовая доля потерь при 105 ОС ГОСТ 25699.7 (для марок с шифром “П”) ASTM D1509 (для марок с шифром “N”) В соответствии со спецификациями Через 4 часа
После БСК-40 Массовая доля остатка после просева через В соответствии со сито с сеткой: 014 (факультативно) 05 ГОСТ 25699.10 (для марок с шифром “П”) ASTM D1514 (для марок с шифром “N”) спецификациями Через 4 часа
После БСК-40 7. Насыпная плотность гранулированного технического углерода ГОСТ 25699.14 (для марок с шифром “П”) ASTM D-1513 (для марок с шифром “N”) В соответствии со спецификациями Через 4 часа
После БСК-40 8.Светопропускание толуольного экстракта ГОСТ 25699.15 (для марок с шифром “П”) ASTM D1618 (для марок с шифром “N”) В соответствии со спецификациями Через 8 часов
После БСК-40 9. Сопротивление гранул разрушению на аппарате ГИТ-1 ГОСТ 7885 п.5.20 (для марок с шифром “П”) В соответствии со спецификациями Через 4 часа
После БСК-40 Массовая доля пыли в гранулированном техническом углероде на аппарате ГИТ-1 ГОСТ 7885 п.5.21 (для марок с шифром “П”) В соответствии со спецификациями Через 4 часа
После БСК-40 11. Содержание тонкой фракции ASTM D1508 (для всех марок) В соответствии со спецификациями Через 4 часа
После БСК-40 12. Распределение гранул по размерам ASTM D1511 (для всех марок) В соответствии со спецификациями 1 раз в сутки (кроме выходных дней)
После БСК-40 13. Истирание гранул ASTM D4324 (для всех марок) В соответствии со спецификациями 1 раз в сутки (кроме выходных дней)
1.8 Описание схемы контроля и автоматического регулирования
В проекте выполнена функциональная схема автоматизации в следующем объеме: Расход тяжелого каталитического газойля на установку контролируется (поз. 1-1…1-2).
Уровень газойля в резервуаре с мешалкой регулируется и контролируется изменением подачи газойля в резервуар. Клапан на линии подачи газойля (поз. 2-1…2-5) .
При минимальном значении уровня в резервуаре предусмотрена блокировка насосов Н-1 и Н-2
Температура газойля, возвращаемого в резервуар после Т-1 контролируется и регулируется изменением подачи пара в теплообменник (поз. 3-1…3-3).
Температура газойля после Т-2 контролируется и регулируется изменением подачи пара в теплообменник. Клапан на линии подачи пара (поз. 4-1…4-5).
Уровень во влагоиспарителе контролируется, минимальные и максимальные значения уровня сигнализируется, при минимальном уровне предусмотрена блокировка насоса Н-3 (поз. 5-1…5-4).
Температура после Т-3 контролируется и регулируется изменением подачи пара в теплообменник. Клапан на линии подачи пара (поз. 6-1…6-3).
Давление до фильтра, после фильтра и перепад давления на Ф-1 контролируется, максимальное значение перепада давления сигнализируется (поз. 7-1…7-2, 8-1…8-2, 9-1…9-3).
Уровень щелочной присадки в емкости контролируется, минимальное и максимальное значение уровня сигнализируется (поз. 10-1…10-2).
Расход смеси газойля и щелочной присадки контролируется. При отклонении от параметров предусмотрено блокировка поршневого насоса Н-4 (поз. 11-1…11-2).
Давление природного газа контролируется (поз. 12-1).
Расход природного газа контролируется и регулируется изменения подачи газа в реактор Р-1. Клапан на линии подачи природного газа (поз. 13-1…13-5).
Температура природного газа контролируется (поз. 14-1…14-2).
Давление в реакторе Р-1 контролируется, отклонение значения давления сигнализируется (поз. 15-1…15-2).
Температура в реакторе Р-1 контролируется и сигнализируется (поз. 16-1…16-2).
Температура воздуха среднего давления контролируется (поз. 17-1…17-2).
Давление воздуха среднего давления контролируется, максимальное значение давления сигнализируется (поз. 18-1…18-2).
Расход химической очищенной воды контролируется и сигнализируется (поз. 19-1…19-2).
Расход химической очищенной воды на холодильник - ороситель Т-6 контролируется и регулируется. Клапан на линии подачи химической очищенной воды(поз. 20-1…20-5).
Давление химической очищенной воды контролируется, максимальное значение давления сигнализируется(поз. 21-1…21-2).
Температура в реакторе Р-1 контролируется (поз. 22-1…22-2).
Температура в воздухоподогревателе Т4 контролируется, сигнализируется и регулируется изменением подачи химической очищенной воды. Клапан на линии химической очищенной воды(поз. 23-1…23-4).
Температура углеродгазовой смеси контролируется (поз. 24-1…24-2).
Расход воздуха среднего давления в воздухоподогреватель Т-5 контролируется, сигнализируется и регулируется. Клапан на линии воздуха среднего давления (поз. 25-1…25-5).
Температура воздуха среднего давления в воздухоподогреватель контролируется (поз. 26-1…26-2).
Температура углеродгазовой смеси контролируется (поз. 27-1…27-2).
Температура УГС контролируется (поз. 28-1…28-2).
Температура воздуха контролируется (поз. 29-1…29-2).
Давление частиц ТУ в циклон Ц-1 контролируется, сигнализируется и регулируется. Клапан на линии на линии воздуха на котельную (поз. 30-1…30-5).
Давление воздуха на котельную контролируется, максимальное значение давления сигнализируется (поз. 31-1…31-2).
Температура частиц ТУ в циклон Ц-1 контролируется (поз. 32-1…32-2).
Температура воздуха на котельную контролируется (поз. 33-1…33-2).
Температура частиц ТУ в питатель шлюзовый А-1 контролируется (поз. 34-1…34-2).
Уровень частиц ТУ в мешалке-уплотнителе контролируется, минимальное и максимальное значение уровня сигнализируется (поз. 35-1…35-2).
Давление частиц ТУ в мешалке-уплотнителе контролируется, максимальное значение перепада давления сигнализируется поз. (36-1…36-2).
Расход химической очищенной воды в смеситель-гранулятор контролируется, при максимальном и минимальном значении расхода сигнализируется (поз. 37-1…37-2).
Расход бражки сульфитно-дрожжевой контролируется, максимальное и минимальное значение расхода сигнализируется (поз. 38-1…38-2).
Температура химической очищенной воды в смеситель-гранулятор контролируется (поз. 39-1…39-2).
Температура воздуха в барабан сушильный контролируется и сигнализируется (поз. 40-1…40-2).
Весь процесс контролируется и регулируется контроллером и универсально - вычислительным комплексом (компьютер на рабочем месте оператора), выполняющим функции контроля, сигнализации, регулирования, оперативного управления, блокировки и защиты.
Так как установка взрывоопасная, датчики и электро-пневматические преобразователи, установленные по месту, имеют взрывозащищенное исполнение.
Клапаны имеют мембранные исполнительные механизмы, входы и выходы контроллера защищены барьерами искрозащиты. Для преобразования электрических регулирующих сигналов, выходящих с контроллера, в пневматические, поступающие на мембранный исполнительный механизм, установлены электро-пневматические преобразователи.
В соответствии с Правилами взрыво- пожаробезопасной работы оборудования в зоне насосов контролируется концентрация горючих газов в воздухе, при наличии взрывоопасной концентрации предусмотрена световая и звуковая сигнализация на щите оператора (1HL, 2HL, 1HA), по месту (3HL, 4HL, 2HA, 3HA) и блокировка оборудования. Сигнал подается в ГСО завода.
1.9 Размещение производственного оборудования на установке
При проектировании во внимание принимаются следующие требования: 1. максимальный вынос оборудования на открытые площадки, что позволит улучшить условия труда и уменьшить капитальные затраты;
2. максимальный вынос негабаритного и тяжеловесного оборудования к границам установки с приближением к проездам и автодорогам;
3. компактность при размещении оборудования;
4. создание удобства обслуживания оборудования и трубопроводов;
5. расстояние от операторной до наружной установки не менее 10 м
Географическим местом строительства цеха №1 является город Ярославль. Климат этой географической зоны - умеренно континентальный. Район характеризуется следующими климатическими условиями: 1. средняя температура воздуха наиболее холодного месяца - 11 0С, наиболее теплого месяца 18 0С;
2. средняя относительная влажность воздуха в январе 84 %, в июне 78 %.
Здания и сооружения расположены на площадке со спокойным рельефом. Производственное и хозяйственное водоснабжение осуществляется по водосистеме завода. Источник электроэнергии - ТЭЦ. Пар вырабатывается на установке. Подъездными путями являются железнодорожные и автомобильные пути.
По характеру перерабатываемых и получаемых веществ процесс относится к взрыво- и пожароопасным производствам.
По санитарным нормам проектирования предприятий данное производство относится к 1 классу.
Установка состоит из следующих основных зданий и сооружений: наружная установка; здание операторной и здание насосной.
2. Специальная часть
2.1 Материальный баланс потока
Установка производства технического углерода полуактивной марки работает 340 дней в году, производительность установки 195840 т/год. Материальный баланс потока производства технического углерода представлен в таблице 5.
Таблица 5 - Материальный баланс реактора получения технического углерода марки
Рисунок 1- Температурная схема потоков в воздухоподогревателе
?tб = 380 °С, ?tм = 250 °С, тогда среднюю разность температур между холодным и горячим теплоносителями ( ), рассчитывают по формуле: Средняя температура горячего газа (УГС)
°C.
Средняя температура холодного газа (ВСД): тср.всд = tcpyrc - tcp (3) тсрвсд = 765 - 315 = 450 0С
Физические параметры рабочих сред.
Воздух среднего давления: Плотность ВСД при 450 °С (?всд), рассчитывают по формуле:
(4) где - M - молярная масса компонента, кг/кмоль;
Р - давление в аппарате, МПА;
Р0 - давление при нормальных условиях.
Плотность смеси рассчитываем по формуле:
(5)
Динамическая вязкость среды:
(6)
Вязкость смеси находим по формуле:
(7) где - - содержание i-го компонента в среде, об. дол. %;
- кинематическая вязкость i-го компонента, Па?с.
Кинематическая вязкость среды:
(8)
Коэффициент теплопроводности среды:
(9) где - СР - удельная теплоемкость среды, КДЖ/(м3·К);
- динамическая вязкость среды, Па·с.
А=1,9 ; к=1,4.
Критерий Прандля:
(10) где - - плотность среды, кг/м3, - кинематическая вязкость среды, м/с2;
- удельная теплоемкость среды, КДЖ/(м3·К);
- коэффициент теплопроводности среды , Вт/м·К.
Углеродогазовая смесь: T=765OC =1038К.
Плотность УГС при 765 °С (?угс), рассчитывают по формуле:
(11) где - GОГ, GTY, GВП - массовый расход соответственно отходящего газа, технического углерода и водяного пара, кг/ч.
V-объемный расход отходящего газа, технического углерода и водяного пара, м3/ч;
Р - давление в аппарате, МПА.
Динамическая вязкость среды находим по формуле:
Вязкость смеси находим по формуле: Кинематическую вязкость среды находим согласно формуле
Коэффициент теплопроводности среды находим по формуле
Критерий Прандля рассчитываем по формуле
Определение ориентировочной поверхности теплообмена и подбор подогревателя воздуха.
Коэффициент теплоотдачи от горячего газа (УГС) к стенке.
Объемный расход (секундный):
(13)
Скорость газовой смеси:
(14) где - VC - секундный расход, м3/с, S - площадь поперечного сечения, м2.
Критерий Рейнольдса:
(15) где - w- скорость газовой смеси; м/с;
- определяющий размер;
- кинематическая вязкость среды, м/с2.
Критерий Нуссельта:
(16)
Коэффициент теплоотдачи:
(17) где - - определяющий размер;
- коэффициент теплопроводности среды.
(18) где - - поправочный коэффициент, учитывающий соотношение длины труб к их диаметру.
(19)
- поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные факторы турбулизации при движении газа в изогнутых трубах.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному газу(ВСД)
Площадь поперечного сечения:
(20)
Определяющий размер:
(21)
Объемный расход (секундный) определяется по формуле: Скорость газовой смеси определяется по формуле: Критерий Рейнольдса определяется по формуле: Критерий Нуссельта определяется по формуле: Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле:
Поперечное смывание трубного пучка.
Определяющий размер: dtp=0,039 м.
Площадь поперечного сечения: Критерий Нуссельта находим по формуле: Коэффициент теплоотдачи по формуле:
Средний коэффициент теплоотдачи рассчитывают: Коэффициент теплопередачи определяем по формуле:
(22) где a2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к ВСД, Вт/(м2 К);
a1 - коэффициент теплоотдачи от УГС к стенке, Вт/(м2 К);
- суммарное термическое сопротивление трубок теплообменника, (м2 К)/Вт.
Расчет поверхности теплообмена.
Расчетная поверхность теплообмена определяется по формуле: Запас поверхности теплообмена составляет: Температура стенки: со стороны более горячего теплоносителя:
(23) где - К - коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2 °С);
- коэффициент теплопроводности;
- средняя разность температур, ОС. со стороны более холодного теплоносителя:
(24) где - К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 °С);
- коэффициент теплопроводности;
- средняя разность температур, ОС.
К установке принимается подогреватель воздуха ПВ-200 со следующими характеристиками: Диаметр трубок - 42x4,5 мм;
Количество трубок - 211 шт.;
Средняя длина трубок - 3,952 м;
Диаметр кожуха ( внутренний ) - 1000 мм;
Число ходов - 1;
Средний радиус изгиба - 0,9 м;
Материал: кожуха - ст.12Х18Н10Т;
трубок - ст. 12X18Н10Т;
Количество - 1шт.
2.2.2 Расчет сырьевого теплообменника
Теплообменник предназначен для нагрева тяжелого каталитического газойля водяным паром.
Исходные данные: Расход сырья Gc = 4497,6 кг/ч;
Конечная температура сырья ткон = 100 ?С ;
Начальная температура сырья тнач = 75 ?С.
В качестве теплоносителя принимаем водяной пар с давлением 0,3 МПА.
132,9 ?С 132,9?С
100 ?С 75 ?С
Определяем его температуру и удельную теплоту. Тп = 132,9 ?С, r = 2171 КДЖ/кг.