Описание технологической схемы водоподготовки и приготовления электролита. Себестоимость изготовления емкости с перфорированной решёткой, аппарата с мешалкой. Назначение и принцип работы ионитового фильтра. Расчет фланцевых соединений для патрубков.
Аннотация к работе
Наличие в схеме пар фильтров позволяет осуществлять процесс очистки и регенерации одновременно (один фильтр проходит регенерацию, другие фильтры очищает воду), что делает процесс непрерывным. При достижения заданной концентрации щелочи электролит из смесителя насосом подается в сборный бак (объемом не менее 600 литров), откуда насосом направляется в электролизер. Для этого часть электролита из электролизера самотеком, по трубопроводу сливается в буферную емкость, а затем набрав определенный объем идет в смеситель, и укрепляется щелочью до требуемой концентрации описанным выше способом. Наличие в схеме пар фильтров позволяет осуществлять процесс очистки и регенерации одновременно (один фильтр проходит регенерацию, другие фильтры очищает воду), что делает процесс непрерывным. При достижения заданной концентрации щелочи электролит из смесителя насосом подается в сборный бак (объемом не менее 600 литров), откуда насосом направляется в электролизер.Коэффициент набухания товарного ионита в фильтрах при заполнении водой 1 Потери напора на фильтрах, при скорости фильтрования, м/ч: · до 5 · до 10 · до 20 · до 30 · до 40 м вод. ст. м вод. ст. м вод. ст. м вод. ст. м вод. ст. Расчет объема катионита Wk, м3 в фильтрах Объем катионита Wk, м3 в фильтрах следует определять по формуле: Wk = 24 * qy * Жо / np * Ер(Н), (20.29, стр. Ер(Н) - рабочая обменная емкость катионита при Н-катионировании, г-экв/м3 np-число регенераций фильтра в сутки, принимаемое в пределах от одной до трех.Насыпная масса товарного ионита, т/м3 0,70-0,74 Коэффициент набухания товарного ионита в фильтрах при заполнении водой 1 Взрыхляющая промывка анионита: · интенсивность · продолжительность л/м2*сек мин 3 30 Объем анионита Wa, м3 в фильтрах следует определять по формуле: Wa = 24 * qy * А / np * Ер(ОН), (9,7, стр. Ер(ОН) - рабочая обменная емкость анионита, г-экв/м3 np-число регенераций фильтра в сутки, принимаемое в пределах от одной до трех.Р - рабочее избыточное давление среды в МПА, аппарат работает без избыточного давления, в качестве Р принимается пробное давление при гидроиспытаниях аппарата, Р =0.2 МПА Для днища корпуса аппарата принят материал - ВСТ3 ГОСТ 380-2005 "Днище 300 ОН 26-01-21-66" Исходя из того, что по таблице толщина днища должна быть не менее 6мм, то толщина стенки обечайки тоже должна быть не менее 6мм, поэтому принимаем толщину обечайки аппарата не 3мм,а 6мм. Проходной диаметр штуцера для входа и выхода воды: где: W1 - скорость потока, так как вода поступает в фильтр под напором, принимаем скорость равной 1 м/с; Q - объемный расход исходной смеси, м3/с. Проходной диаметр штуцера для входа и выхода регенерирующего раствора: где: W2 - скорость потока регенерирующего раствора, так как смесь поступает в фильтр самотеком, принимаем скорость равной 0.
План
Содержание рабочей фракции, %, не менее 96Содержание рабочей фракции, %, не менее 94Содержание анионов сильных кислот в обессаливаемой воде:
Введение
Водород как технический продукт широко используют во многих отраслях народного хозяйства - в технологических процессах переработки нефти, производства аммиака, метанола, в металлургической промышленности, во многих отраслях науки и техники. В последнее время водород рассматривают как универсальный теплоноситель и как аккумулятор энергия.
Потребности общества в энергетических ресурсах непрерывно возрастают по мере развития научно-технической революции. При этом большую часть энергии получают за счет использования невозобновляемых ресурсов (нефть, природный газ, уголь, сланцы), запасы которых далеко не безграничны. По современным представлениям, например, запасы нефти будут практически исчерпаны через 50-100 лет, а каменного угля-через 300-400 лет.
Все возрастающие энергетические потребности общества наиболее полно могут быть удовлетворены при переходе на термоядерную энергетику, который, вероятно, будет реализован в ближайшие десятилетия. Естественно, в этом случае потребуется эффективный вторичный энергоноситель. Таким универсальным энергоносителем может являться водород, поскольку он обладает высокой теплотой сгорания (примерно в 3 раза большей, чем углеводородные горючие, в пересчете на массу топлива) и не загрязняет окружающую среду вредными продуктами сгорания, т. е. является экологически чистым энергоносителем. Это выгодно отличает его от органических горючих, огромное потребление которых сопровождается большими выбросами в атмосферу оксидов углерода, азота, серы и других вредных веществ, что вызывает нарушение экологического равновесия в природе. Например, накопление в атмосфере диоксида углерода опасно изза возникновения так называемого парникового эффекта, сильное повышение которого может привести к катастрофическим последствиям.
Учитывая сказанное, а также практическую доступность неограниченных запасов сырья (воды) для получения водорода, можно предположить, что со временем он все в большей степени будет заменять нефть, природные газы, уголь и другие невозобновляемые первичные источники энергии органического происхождения.
Весьма перспективно использование водорода в качестве горючего в транспортных средствах (авто- и авиатранспорт, авиационно-космические объекты) ввиду его высокой теплоты сгорания и значительной хладоемкости.
Особый интерес представляет водород как аккумулятор энергии - вторичный энергоноситель, который можно эффективно использовать, например, на электростанциях для покрытия пиковых нагрузок. Кроме того, применение водорода в качестве энергоносителя дает возможность передавать энергию на большие расстояния с более высоким КПД, чем это обеспечивают современные системы, в том числе передачи электроэнергии по проводам. Повышается значение широкого использования водорода для получения синтетических жидких топлив и синтетических газов (типа природных) из угля и сланцев.
1. Описание технологической схемы водоподготовки и приготовление электролита
Производство электролитического водорода и кислорода включает одну основную стадию (электролиз воды) и две вспомогательные (приготовление электролита и приготовление питательной воды).
Цех водоподготовки.
Из водопровода вода насосом подается на катионитный фильтр (ФК), заполненный смолой КУ 2-8, где происходит удаление солей жесткости. После вода подается на анионитный фильтр (ФА), заполненный смолой АВ 17-8, где происходит удаление ионов кислот. Очищенная вода поступает на электролиз.
Регенерация фильтров осуществляется в противоточном режиме. Наличие в схеме пар фильтров позволяет осуществлять процесс очистки и регенерации одновременно (один фильтр проходит регенерацию, другие фильтры очищает воду), что делает процесс непрерывным.
При регенерации 4 - 8 % раствор соляной кислоты из бака подается самотеком на катионитный фильтр (ФК), 4 - 8 % раствор гидроксида натрия из бака подается самотеком на анионитный фильтр (ФА). После регенерации растворы выводятся через верхний трубопровод и собираются в баке усреднителе.
Цех приготовления электролита.
При электролизе воды в качестве электролита используется раствор едкого кали концентрацией 300-400 г/л. Для заполнения электролизера на половину нам нужно 450л дистиллированной воды и 270 кг KOH. Для того чтобы уменьшить габариты аппарата с перемешивающим устройством мы делаем приготовление электролита в три этапа.
Приготовление электролита производится на установке, состоящей из: ? аппарата с перемешивающем устройством (смеситель);
? сборный бак;
? буферная емкость;
? центробежных насосов.
Перед растворением щелочи смеситель заполняется дистиллированной водой на 150л, после чего в аппарат засыпают сухую щелочь в размере 90кг. После заполнения смесителя водой и щелочью включается мешалка и работает до получения требуемой концентрации КОН в растворе. Концентрация электролита контролируется аэрометром и определяется точно методом титрования.
При достижения заданной концентрации щелочи электролит из смесителя насосом подается в сборный бак (объемом не менее 600 литров), откуда насосом направляется в электролизер.
При работе электролизеров наблюдается унос щелочи который составляет около 1 г на кубометр вырабатываемого водорода. Когда концентрация КОН в электролизере падает до 250г/л, а это через 4часа 30 минут непрерывной работы, производится укрепление до заданной концентрации щелочи.
Для этого часть электролита из электролизера самотеком, по трубопроводу сливается в буферную емкость, а затем набрав определенный объем идет в смеситель, и укрепляется щелочью до требуемой концентрации описанным выше способом.
Укрепление электролита щелочью и подача его в электролизеры производится при полном отключении электролизеров по току.
Материальный баланс
По исходным данным нам нужно получить 1000м3 водорода электролизным методом.
Зная что из электролизера выходит 98,5%, получаем выход: Х=744кг/ч, если проходит 850 кг/ч воды.
Выбор конструкционного материала и защита от коррозии
Описание технологической схемы водоподготовки
К дистиллированной воде применяемой для питания ванн, в процессе электролиза следует предъявлять самые высокие требования. Прежде всего она не должна содержать хлоридов и углекислоты, ибо уже небольшое содержание хлоридов разрушает электроды и приводит к пенообразованию. Наиболее распространенной и нежелательной проблемой является присутствие в исходной воде ионов жесткости, т.е. кальция и магния, соли которых, разлагаясь при высоких температурах, приводят к образованию накипи на электродах.
Итак целью цеха водоподготовки является получение из водопроводной воды дистиллированной воды.
Удаление солей жесткости, частичная или глубокая деминерализация могут быть достигнуты различными способами. Однако, решение подобных задач с помощью ионообменных процессов является одним из наиболее надежных. Основной принцип ионообменных процессов заключается в следующем: подлежащая очистке вода проходит через один или систему фильтров, заполненных ионообменными смолами (подбираемыми в зависимости от требуемой задачи - для умягчения, снижение щелочности, обессоливание, удаление нитратов и т.д.), которые, в свою очередь удаляют из воды соответствующие ионы и обмениваются эквивалентными количествами других ионов того же заряда, выпущенных ионитом.
Из водопровода вода насосом подается на катионитный фильтр (ФК), заполненный смолой КУ 2-8, где происходит удаление солей жесткости. После вода подается на анионитный фильтр (ФА), заполненный смолой АВ 17-8, где происходит удаление ионов кислот. Очищенная вода поступает на электролиз.
Регенерация фильтров осуществляется в противоточном режиме. Наличие в схеме пар фильтров позволяет осуществлять процесс очистки и регенерации одновременно (один фильтр проходит регенерацию, другие фильтры очищает воду), что делает процесс непрерывным.
При регенерации 4 - 8 % раствор соляной кислоты из бака подается самотеком на катионитный фильтр (ФК), 4 - 8 % раствор гидроксида натрия из бака подается самотеком на анионитный фильтр (ФА). После регенерации растворы выводятся через верхний трубопровод и собираются в баке усреднителе.
Аппараты отделения химводоподготовки во время работы контактируют с водопроводной питьевой водой. Однако, при регенерации ионита в фильтрах оборудование взаимодействует с агрессивной средой.
Характеристика рабочих сред для аппаратов отделения химводоподготовки приведена в таблице 1.
Аппарат Среда Концентрация, % Давление, МПА Температура, °С
Катионитный фильтр (ФК) HCL 4,0-8,0 Не более 0,08 10-25
Анионитный фильтр (ФА) NAOH 4,0-8,0 Не более 0,08 10-25
Аппараты работают без избыточного давления. Температура в аппарате 25°С Скорость движения рабочей среды в аппаратах 0,1 м/с. Скорость движения рабочей среды в трубопроводе 1,0 м/с.
К особым условиям процесса можно отнести - требование к чистоте получаемого продукта, т.е. к дистиллированной воде. Как было сказано в описание технологической схемы водоподготовки, ионы содержащиеся в водопроводной воде приводят к нежелательным последствиям, разрушающие электроды, а следовательно портящие электролизер. Исходя из сказанного, материал из которого будут выполнены ионитовые фильтры должен иметь невысокую скорость коррозии (не более 0,1 мм/год) для предотвращения попадания продуктов коррозии в дистиллированную воду.
Техническая характеристика аппарата - ионитный фильтр: Габаритные размеры: 2,58x0,365 м.
Вместимость: 0,15 м3.
Рабочее давление: без избыточного давления
Температура среды: 25 С0.
Производительность: 900 л/час.
Внешняя поверхность аппарата является легко доступной для осмотра и ремонта. Для контроля состояния материала внутри аппарата необходимо произвести его опорожнение.
Характеристика коррозионной агрессивности рабочих сред и выбор конструкционного материала.
Рабочие среды достаточно хорошо изучены с точки зрения их воздействия на конструкционные материалы: Влияние 10% HCL на разнообразные материалы: 1. Углеродистые стали: Кислоты считается агрессивной средой по отношению к углеродистым сталям. Например Ст.3 недостаточно стойки в разбавленной соляной кислоте при 30 °С (П=20 мм/год). Подвергаются сильной коррозии и в данном производстве неприменимы.
2. Почти все легированные стали, независимо от степени легирования не стойки в 10%-ой соляной кислоте, (П=0,21-3 мм/год).
3. Сплавы: есть сплавы стойкие в 10%-ой соляной кислоте, например: коррозионностойкий сплав Н70МФВ К=0,1 мм/год при 30 °С.
4. Стойкими в растворах HCL являются полимерные материалы - винипласт, полиэтилен, полипропилен. Из данного списка полимерных материалов Винипласт чаще используют для емкостного и колонного оборудования химических производств.
Влияние 10% NAOH на разнообразные материалы: 1. Углеродистые стали: углеродистые стали типа Ст.3 достаточно стойки в 10% NAOH при 60 °С (К=0,07 мм/год). Из этого следует, что обычная углеродистая сталь применима для аппарата работающего с раствором гидроокиси натрия.
2. Все легированные стали, независимо от степени легирования стойки в 10%-ой NAOH при 25 °С, (П<0,1 мм/год)..
3. Сплавы: сплавы стойкие в 10%-ой NAOH.
4. Винипласт, стоек в растворах NAOH.
Но при выборе конструкционного материала аппаратов отделения химводоподготовки необходимо учитывать взаимозаменяемость оборудования, т.е необходимо, чтобы оборудование было коррозионностойким как в растворах соляной кислоты, так и в растворах щелочи. А это означает, что для аппарата работающего с раствором гидроокиси натрия берем тот же материал, что и для аппарата работающего с соляной кислотой.
Спецификация оборудования.
№ Наименование изделия Условия эксплуатации Материалы
Описание технологической схемы приготовления электролита
При электролизе воды в качестве электролита используется раствор едкого кали концентрацией 300-400 г/л. Для заполнения электролизера на половину нам нужно 450л дистиллированной воды и 270 кг KOH. Для того чтобы уменьшить габариты аппарата с перемешивающим устройством мы делаем приготовление электролита в три этапа.
Приготовление электролита производится на установке, состоящей из: ? аппарата с перемешивающем устройством (смеситель);
? сборный бак;
? буферная емкость;
? центробежных насосов.
Перед растворением щелочи смеситель заполняется дистиллированной водой на 150л, после чего в аппарат засыпают сухую щелочь в размере 90кг. После заполнения смесителя водой и щелочью включается мешалка и работает до получения требуемой концентрации КОН в растворе. Концентрация электролита контролируется аэрометром и определяется точно методом титрования.
При достижения заданной концентрации щелочи электролит из смесителя насосом подается в сборный бак (объемом не менее 600 литров), откуда насосом направляется в электролизер.
При работе электролизеров наблюдается унос щелочи который составляет около 1 г на кубометр вырабатываемого водорода. Когда концентрация КОН в электролизере падает до 250г/л, а это через 4часа 30 минут непрерывной работы, производится укрепление до заданной концентрации щелочи.
Для этого часть электролита из электролизера самотеком, по трубопроводу сливается в буферную емкость, а затем набрав определенный объем идет в смеситель, и укрепляется щелочью до требуемой концентрации описанным выше способом.
Укрепление электролита щелочью и подача его в электролизеры производится при полном отключении электролизеров по току.
В отделение приготовления электролита, оборудование контактирует с щелочными растворами, в следствии чего в аппарате протекает электрохимическая коррозия в агрессивной щелочной среде.
Аппараты отделения приготовления электролита во время работы контактируют с дистиллированной водой и агрессивной средой (едким кали). Характеристика рабочих сред для аппаратов отделения приготовления электролита приведена в таблице.
Аппарат Среда Концентрация, % Температура, °С
Смеситель: (сам аппарат без рубашки) КОН 30-40 25-100 рубашка Техническая вода - 10-30 сборный бак КОН 30-40 60 буферная емкость КОН 25-30 60
Так как электролит идет непосредственно в электролизер, то крайне важна чистота получаемого электролита. Из этого следует, чтобы материал аппарата обладал высокой прочностью и износостойкостью, имеющих невысокую скорость коррозии (не более 0,1 мм/год) для предотвращения попадания продуктов коррозии в электролит, а далее в электролизер.
Техническая характеристика аппарата - смеситель: Габаритные размеры: 1,756x0,89 м.
Вместимость: 0,3 м3.
Рабочее давление: без избыточного давления
Температура среды: 25-96 С0.
Внешняя поверхность аппарата является легко доступной для осмотра и ремонта. Для контроля состояния материала внутри аппарата необходимо произвести его опорожнение.
Характеристика коррозионной агрессивности рабочих сред и выбор конструкционного материала.
1. Углеродистые стали: углеродистые стали типа Ст.3 стойки в 33% KOH при 20 °С (П = 0,01 мм/год), а при 100°С П = 0,05 мм/год. Из этого следует, что обычная углеродистая сталь применима для аппарата работающего с раствором 30% KOH.
Рубашку охлаждения изготавливают из стали Ст.3. Скорость коррозии стали этого типа в водопроводной воде составляет П = 0,1 мм/год.
Мероприятия по защите аппарата от атмосферной коррозии.
Защиту от атмосфеной коррозии поверхностей конструкции назначают в зависимости от вида и степени агрессивного воздействия среды.
В качестве защитного покрытия используем грунтовку АК-070 (ГОСТ 25718-83), которая представляет собой суспензию пигментов в растворах акриловых смол и смеси органических растворителей с введением добавок и пластификаторов. Применение грунтовки АК-070 обеспечивает адгезионную прочность, водостойкость и противокоррозионную стойкость системы лакокрасочного покрытия.
Покрываем аппарат эмалью на основе эпоксидных смол Эмаль ЭП-525 (ГОСТ 22438-85). Это покрытие наносится на предварительно загрунтованные поверхности оборудования, эксплуатируемого в основном, в помещении.
Спецификация оборудования.
№ Наименование изделия Условия эксплуатации Материалы
Среда Конц-ия, % Температура, °С Р, Мпа
1 Сборный бак КОН 30-40 60 0,1 Ст.3
2 Буферная емкость КОН 30-40 60 0,1 Ст.3
3 Смеситель: (сам аппарат без рубашки); КОН 30-40 25-100 0,1 Ст.3
4 рубашка. Техническая вода - 10-30 0,1 Ст.3
5 Трубопровод КОН 30-40 60 0,1 Ст.3
Техническая вода - 10-30
6 Прокладочные материалы КОН 30-40 25-100 0,1 Резина техническая кислото-щелочестойкая
Таблица материалов, используемых для изготовления смесителя.
№ Наименование аппарата и материала Условия эксплуатации Физико-механические свойства Скорость коррозии,мм/год Изготовляемые детали среда Конц-ия, % Т-ра, °С sв, Мпа st, Мпа d,%
Мероприятия по промышленной и экологической безопасности
Описание технологической схемы отделения приготовления электролита.
При электролизе воды в качестве электролита используется раствор едкого кали концентрацией 300-400 г/л. Для приготовления электролита для электролизера требуется 900л дистиллированной воды и 270 кг KOH. При приготовление электролита используется 450л дистиллированной воды и 270 кг KOH, остальные же 450л дистиллированной воды заливаются непосредственно в электролизер, разбавляя наш электролит до заданной концентрации. Для того чтобы уменьшить габариты аппарата с перемешивающим устройством приготовление электролита идет в три этапа.
Технологическая схема отделения приготовления электролита.
Б.Е. - буферная емкость; 1-техническая вода
С.Б.Щ. - сборный бак для щелочи; 2-дистиллированная вода;
С - смеситель; 3-сухой КОН;
Н1, Н2 - насосы. 4-электролит;
5-щелочные стоки.
Приготовление электролита производится на установке, состоящей из: ? аппарата с перемешивающем устройством (С) ;
? сборный бак (С.Б.Щ.);
? буферная емкость (Б.Е);
? центробежных насосов (Н1, Н2).
Перед растворением щелочи (3) смеситель (С) заполняется дистиллированной водой (2) на 150л, после чего в аппарат (с) засыпают сухую щелочь (3) в размере 90кг. После заполнения смесителя водой (2) и щелочью (3) включается мешалка и работает до получения требуемой концентрации КОН в растворе. Концентрация электролита (4) контролируется аэрометром и определяется точно методом титрования.
При достижения заданной концентрации щелочи электролит (4) из смесителя (с) насосом (Н1) подается в сборный бак (С.Б.Щ.) (объемом не менее 600 литров), откуда насосом (Н1) направляется в электролизер.
При работе электролизеров наблюдается унос щелочи который составляет около 1 г на кубометр вырабатываемого водорода. Когда концентрация КОН в электролизере падает до 250г/л, а это через 4часа 30 минут непрерывной работы, производится укрепление до заданной концентрации щелочи.
Для этого часть электролита (5) из электролизера самотеком, по трубопроводу сливается в буферную емкость (Б.Е.), а затем набрав определенный объем идет в смеситель (С) с помощью насоса (Н2), и укрепляется щелочью до требуемой концентрации описанным выше способом.
Укрепление электролита щелочью и подача его в электролизеры производится при полном отключении электролизеров по току.
Карта предварительного поиска опасностей.
0 - означает, что вероятность появления данного производственного фактора маловероятна; 1 - фактор, появление которого имеет большую вероятность.
Промышленная безопасность.
Пожаро- и взрывоопасные свойства используемых веществ.
Физико-механические свойства используемых веществ.
Описание свойств сухого КОН, используемого при приготовлении электролита.
Товарный продукт - калия гидрат окиси технический ГОСТ 9285-78;
Внешний вид - твердый продукт - чешуйки или плав зеленого, сиреневого или серого цвета;
Массовая доля едких щелочей (KOH NAOH) в пересчете на KOH, %, не менее - 95.0
Плотность - 2,12 г/см3
В качестве основного продукта помимо сухого КОН является дистиллированная вода, которая поступает в смеситель с температурой равной 250С.
Пожаро- и взрывоопасные свойства перерабатываемых веществ. а) Среда в смесители негорючая, т.к. ее основным компонентом является дистиллированная вода (~ 70%). б) Сухой КОН не горюч и взрывобезопасен (по требованиям безопасности для КОН ГОСТ 9285-78)
Исходя из вышесказанного, среда (готовый электролит) в целом является негорючей жидкостью.
Средства обнаружения и тушения пожаров.
Здание оборудовано автоматической системой пожарной сигнализации.
В качестве пожарных извещателей выбраны: 1. Ручные извещатели, предназначенные для подачи сигнала пожарной тревоги на приемно-контрольный прибор при нажатии кнопки человеком. Места установки ручных извещателей находятся около выхода из помещения, на стене на высоте 1,5 м от уровня пола.
2. Дымовые извещатели, предназначенные для обнаружения очагов загорания по появлению дыма в защищаемом помещении, подачи сигнала тревоги. Дымовые извещатели установлены на подвесном потолке.
Так как в одном помещении стоит смеситель и хранятся стальные барабаны с сухим КОН, а при пожаре нельзя заливать КОН водой, а только порошковыми средствами, выбираем огнетушители порошкового типа: 1. Устанавливается Модуль самосрабатывающий порошковый типа "Буран-2,5". Предназначен для тушения и локализации пожаров твердых материалов, без участия человека. Температура срабатывания - 85-90 °С.
Защищаемый объем одного "Буран-2,5" - 16-18 м3, Масса с зарядом - 3,0 кг. Располагается на потолке, непосредственно над смесителем и барабанами с щелочью.
2. На случай начального возгорания должны быть в наличии ручные огнетушители типа ОП-1. Переносной порошковый огнетушитель с полной массой не более 2,5 кг для тушения всех классов пожаров. Масса заряда - 1 кг. Длинна выброса - 3 м.
Оценка пожаро- и взрывоопасности производственных помещений и зданий.
Оценка помещений и зданий по пожаро- и взрывоопасности осуществляется в соответствии с нормами по пожарной безопасности (НПБ 105-03) в зависимости от количества и пожаро-, взрывоопасных свойств , находящихся в них веществ и материалов, а также с учетом особенностей технологического процесса размещенных в них производств.
Помещение, в котором расположено разрабатываемое оборудование, относится к категории Д, т.к. аппарат находится в холодном состоянии, а в процессе участвуют негорючие вещества.
Вредные свойства перерабатываемых веществ.
КОН - токсичен, 2 класс опасности (высокоопасные).
ПДКР.з. = 0,5 мг/м3
В производственном помещении, где находится смеситель и хранится сухой КОН нужно соблюдать средства индивидуальной защиты, т.к. едкое вещество - КОН, при попадании на кожу и слизистые оболочки, особенно глаза, вызывает химические ожоги и хронические заболевания кожных покровов. Особенно опасно попадание в глаза. В виде пыли прижигающее на кожные покровы и слизистые оболочки. Опасна при вдыхании. Признаки при химическом воздействии КОН: кашель, стеснение в груди, насморк, слезотечение, ожог кожи, отек век, резкое покраснение конъюнктивы, поражение радужной оболочки. Химический ожог. В помещение для избежания даже малейшего увеличения концентрации КОН в воздухе, в виде пыли, устанавливаются устройства местных отсосов - для отвода пыли КОН.
Средства индивидуальной защиты: Изолирующий защитный костюм КИХ-5 в комплекте с изолирующим противогазом ИП-4М или защитный общевойсковой костюм Л-1 или Л-2 в комплекте с промышленным противогазом с патроном В, перчатки из дисперсии бутилкаучука, специальная обувь. При малых концентрациях в воздухе (при повышении ПДК до 100 раз) - спецодежда, автономный защитный индивидуальный комплект с принудительной подачей в зону дыхания очищенного воздуха с патронами ПЗУ, ПЗ-2, фильтрующий респиратор "ФОРТ-П", универсальный респиратор "Снежок-КУ-М", защитные очки.
Необходимые действия в аварийных ситуациях: При утечке, разливе и россыпи: Сообщить в ЦСЭН. Не прикасаться к просыпанному веществу. Просыпания оградить земляным валом, засыпать сухим инертным материалом, собрать в защищенные от коррозии сухие емкости, герметично закрыть.
При пожаре: Надеть полную защитную одежду. Не использовать воду. Тушить только порошковыми средствами, сухим песком, содой кальцинированной.
Нейтрализация: Россыпь засыпать сухим песком, собрать в сухие, защищенные от коррозии емкости с соблюдением мер предосторожности. Место россыпи промыть большим количеством воды с максимального расстояния, обваловать и не допускать попадания вещества в поверхностные воды. Промытые поверхности подвижного состава и территории обработать слабым раствором кислоты.
Меры первой помощи: При попадании на кожные покровы следует немедленно промыть большим количеством воды, затем пораженный участок обработать 1-2%-ным раствором борной кислоты. При попадании в глаза необходимо немедленно и длительно промыть их обильной струей воды, затем 1-2%-ным раствором борной кислоты. Тереть глаза не следует. После оказания первой помощи необходимо обратиться в лечебное учреждение.
Выбор электрооборудования. Защита от поражения электрическим током.
Тип электрооборудования: общепромышленное (для установки вне взрывоопасных зон).
Электрическое оборудование: Мотор редуктор
Мотор имеет маркировку не ниже IP 43 и изоляцию, рассчитанную на действие влаги и пыли, т.к. он установлен в сыром месте.
Наиболее частые причины поражения человека электрическим током следующие: прикосновение к токоведущим частям электрооборудования и прикосновение к нетоковедущим частям оборудования, которые могут возникать под напряжением в результате пробоя изоляции и замыкании тока на корпус. В соответствии с этим построим дерево опасности удара человека электрическим током при прикосновении к металлическому корпусу смесителя.
1) Определим вероятность удара током при прикосновении человека к токоведущим частям [9].
Q11 = Q21 • Q22 = 10-2 •10-2 = 10-4
2) Определяем вероятность удара током при прикосновении к нетоковедущим металлическим частям оборудования.
Для предотвращения поражения людей электрическим током предусматривается защитное заземление, т.е. специально соединяем металлические нетоковедущие части, которые могут оказаться под напряжением с землей или ее эквивалентом. У смесителя необходимо заземлить металлический корпус.
Помещения цеха относятся к типу помещений без повышенной опасности поражения человека электрическим током, так как влажность в помещение не высокая (налив воды и слив электролита происходит вгерметичном трубопроводе), температура воздуха нормальная, заземленных предметов мало.
Вероятность накопления зарядов статического электричества отсутствует, т. к. в рассматриваемом аппарате относительная влажность довольно высока и процесс идет с большими перерывами.
Обеспечение безопасности эксплуатации разрабатываемого оборудования.
Упрощенная схема аппарата с перемешивающим устройством, рассчитанным в данной дипломной работе показана на рис.1.
А - Вход дистиллированной воды для приготовления электролита;
Б -Вход сухого KOH;
В - Выход электролита;
Г - Выход технической воды из рубашки;
Д - Вход технической воды в рубашку;
Е - Вход щелочных стоков.
1 - подшипниковый узел;
2 - фланцы;
3 - обечайка аппарата;
4 - обечайка рубашки;
5 - вал (с мешалкой);
6 - опоры.
В дальнейшем, на аппарат будет монтироваться привод, в данной работе привод выбирается, но не чертится и не рассчитывается.
Габаритные размеры: 1756х890мм
Аппарат имеет: · перемешивающие устройство (число оборотов вала перемещивающего устройства 60 об/мин.)
· рубашку (объем рубашки 0,13м3), среда в аппарате не токсичная (водопроводная вода)
Наименование показателя и единица измерения Числовое значение
1. Рабочий объем смесителя, м3 2. Рабочая температура электролита, °С 3. Рабочая температура воды в рубашке, °С 4. Рабочее давление в аппарате, МПА 0,3 25-96 10-630 0,1
На аппарат не распространяются, действующие в настоящее время, "Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением", так как PV = 0,1 • 0,1 = 0,01 МПА • м3, что меньше 1 МПА • м3, следовательно, смесительр не подлежит регистрации в органах Госгортехнадзора.
После изготовления сосуд подлежит гидравлическому испытанию на прочность (до наложения покрытия или изоляции).
Гидравлическое испытание проводится пробным давлением 0,2 МПА, т.к. давление в аппарате не превышает атмосферного то для проведения испытания берется такое давление (0,2 МПА)
Время выдержки сосуда пробным давлением устанавливается 10 мин.
Для гидравлического испытания применяется вода с температурой не ниже 50С и не выше 400С.
Сосуд считается выдержавшим гидравлическое испытание, если не обнаружено: -течи, трещин, слезок в сварных соединениях и на основном металле, -течи в разъемных соединениях, -видимых остаточных деформаций, падения давления по манометру.
Сосуд и его элементы, в которых при испытании выявлены дефекты, после их устранения подвергается повторным гидравлическим испытаниям пробным давлением.
Испытания на герметичность проводят после получения удовлетворительных результатов испытаний на прочность.
Величина испытательного давления на герметичность должна соответствовать рабочему давлению.
Время проведения испытания на герметичность должно определяться продолжительностью осмотра сосудов, аппаратов, трубопроводов, причем испытания признаются удовлетворительными, если не обнаружено пропусков в разъемных и неразъемных соединениях и падения давления по манометру.
При рабочем (регламентном) режиме смеситель заполняется дистиллированной водой, затем производится засыпка в воду сухого КОН. После этого включается перемешивающее устройство. При смешение дистиллированной воды и сухого КОН идет реакция с выделением тепла, за счет чего температура от 200С повышается до 940С.
При возникновении аварийной ситуации в аппарате теоретически может возникнуть избыточное давление, создаваемое проходящей реакцией. Но т.к. в верхней крышке аппарата установлен штуцер, сообщающийся с атмосферой, то при аварии газовая смесь будет стравливаться через него.
На аппарат не распространяются, действующие в настоящее время, "Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением", так как PV = 0,1 • 1 = 0,1 МПА • м3, что меньше 1 МПА • м3, следовательно, смеситель не подлежит регистрации в органах Госгортехнадзора.
Аппарат работает при атмосферном давлении, поэтому в установке каких либо предохранительных устройств нет необходимости. Также, возникновение при эксплуатации отклонений от регламента режима работы не приведет к нанесению ущерба здоровью обслуживающего персонала.
В случае отключения системы охлаждения (подачи технической воды в рубашку) происходит нагрев электролита до 940С, что никак не влияет на дальнейшее участие электролита в производстве водорода электролизным методом. Такая поломка не ведет к разрушению аппарата.
Экологическая безопасность.
Экологическая опасность для биосферы.
Основная экологическая опасность исходит от применяемого сухого КОН. При попадании растворов КОН в грунтовые воды возможно негативное воздействие для биосферы (реакция с водой идет с выделением тепла, KOH разрушает материалы органического происхождения).
Озоноразрушающие газы и газы создающие парниковый эффект отсутствуют.
Опасность отравления ВВ.
Едкое вещество - КОН, при попадании на кожу и слизистые оболочки, особенно глаза, вызывает химические ожоги и хронические заболевания кожных покровов. Особенно опасно попадание в глаза. В виде пыли прижигающее на кожные покровы и слизистые оболочки. Опасна при вдыхании. Признаки при химическом воздействии КОН: кашель, стеснение в груди, насморк, слезотечение, ожог кожи, отек век, резкое покраснение конъюнктивы, поражение радужной оболочки. Химический ожог.
(ЛД50(КОН)=1230мг/кг)
ПДК.
ПДКР.з. = 0,5 мг/м3
Оценка уровня шума и вибрации в помещении, где расположено оборудование.
Источниками шума и вибрации в помещении являются мотор редуктора, приводящие в движение перемешивающие устройство. Шумовые воздействия носят периодический и кратковременный характер.
Безопасность в условиях техногенных чрезвычайных ситуаций (ТЧС).
На разрабатываемом объекте маловероятно возникновение техногенных чрезвычайных ситуаций.
Возникновение чрезвычайной ситуации изза разрушения емкости аппарата может произойти в результате террористических актов или землетрясений. Что может привести к нанесению вреда здоровью человека, изза контактирования с щелочью.
Проектируемый в данной дипломной работе аппарат является опасным для окружающей среды и представляет опасность для здоровья человека. Существует опасность попадания сухого КОН на кожный покров и в организм человека при не соблюдении обслуживающим персоналом средств индивидуальной защиты. С точки зрения взрыво- и пожаробезопасности наше производство безопасно.
2. Организация и экономика производства
Целью дипломного проекта является разработка технических средств водоподготовки и приготовления электролита для получения водорода электролизным методом. Производство электролитического водорода и кислорода включает одну основную стадию (электролиз воды) и две вспомогательные (приготовление электролита и приготовление питательной воды).
В данной дипломном проекте рассмотрены процессы и технологическое оборудование стадии приготовления электролита. Целью проектирования является разработка технических средств и оборудования для отделения приготовления электролита.
На заводе аналоге производят приготовление электролита при помощи емкости с перфорированным дном, через которое под напором подается вода и смешиваетсяь с сухой щелочью, в данном случае приготовление электролита идет не правильно с точки зрения приготовления растворов кислот и щелочей. По правилам приготовления при смешивании воды и кислоты (щелочи), сначала заливается вода, а потом уже сама щелочь (кислота). На заводе, изза не правильной организации процесс приготовления электролита можно назвать опасным, т.к. когда начинается химическая реакция взаимодействия воды и щелочи, емкость испытывает сильные нагрузки (опасно…вплоть до взрыва). Поэтому в данной работе главным считается сделать процесс более безопасным.
При модернизации оборудования пришлось заменить процесс приготовления электролита с помощью емкости с перфорированной решеткой на безопасный аппа
Список литературы
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя.-М.: Машиностроение, 2006. - 2816 с.
2. Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: справочное пособие. Л.Машиностроение, 1979 г.
3. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.- Л.: Машиностроение, 2013. - 752 с.
4. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов.- Изд.: АЛЬЯНС, 2001. - 384 с.
5. Михалев М.Ф. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств.- Изд.:ТИД "Арис", 2013. - 312 с.