Оборудование и установка для производства формальдегида

 

3.1 Расчет толщины стенки обечайки корпуса аппарата [5, 6]

Рассчитываем обечайку корпуса  на прочность в рабочих условиях:

                                 _(3.1)

Расчетную величину стенки S из условий прочности принимаем равной ближайшей толщине стандартного листа – 12 мм.

Определяем  . Следовательно, необходим расчет обечайки корпуса на жесткость (наружное давление).

Рассчитываем обечайку корпуса  на жесткость:

.                                                  (3.2)

Для определения  находим

,                                              (3.3)

а также  ,                                                   (3.4)

где - расчетная длина обечайки.

                                          _(3.5)

По номограмме (ГОСТ 14249-89) определяем . Отсюда:

Принимаем ближайшую стандартную  толщину стенки из условия жесткости  S=25 мм.

Проводим проверку допускаемого наружного давления.

Допускаемое давление:

- из условия прочности: 

                                     _(3.6)

- из условия жесткости:

                             _(3.7)

Коэффициент выбирается меньшим из двух значений: и

.                    (3.8)

Допускаемое наружное давление:

                                   _(3.9)

Условие выполняется 0,86 МПа > 0,82 МПа.

3.2 Расчет эллиптического днища (крышки) аппарата [6, 7]

Толщина эллиптического днища  и эллиптической крышки аппарата на прочность в рабочих условиях:

                     _(3.10)

R=D – для стандартного эллиптического днища (крышки).

Рассчитываем толщину  днища аппарата на жесткость:

               

Принимаем толщину днища  и крышки 20 мм.

3.3 Толщину корпуса рубашки аппарата:

                          _(3.11)

Принимаем толщину обечайки и днища рубашки 14 мм.

3.4 Расчет укрепления отверстий [7]

3.4.1 Укрепление отверстий в цилиндрической обечайки

       Расчетный диаметр наибольшего отверстия в стенке обечайки :

, где  - максимальный условный проход штуцера в аппарате.

.                                                (3.12)

Расчетный диаметр 2 одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки аппарата определяется по формуле

.(3.13)

Т.к. расчетный диаметр  одиночного отверстия удовлетворяет  условию     

укрепление отверстия  не требуется.

3.4.2 Укрепление отверстий в верхнем эллиптическом днище (крышке) аппарата [7]

Расчетный диаметр наибольшего  отверстия в днище – люка Л

 

- диаметр отверстия.

                                              _(3.13)

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного  укрепления, при наличии избыточной толщины стенки аппарата:

   Т.к. расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет условию

   

     укрепление отверстия не требуется.

3.4.3 Укрепление  отверстий в нижнем эллиптическом  днище  аппарата [7]

Расчетный диаметр наибольшего  отверстия в днище – штуцер Ц

- диаметр отверстия.

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного  укрепления, при наличии избыточной толщины стенки аппарата:

_(3.14)

Т.к. расчетный диаметр  одиночного отверстия удовлетворяет  условию     

укрепление отверстия  не требуется.

3.4.4 Укрепление отверстий в цилиндрической обечайке рубашки [7]

    Расчетный диаметр наибольшего отверстия в днище – штуцера Ч, Ш

- диаметр отверстия.

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного  укрепления, при наличии избыточной толщины стенки аппарата:

Т.к. расчетный диаметр  одиночного отверстия удовлетворяет  условию     

укрепление отверстия  не требуется.

3.5 Расчет сопряжения рубашки с корпусом аппарата [8]

3.5.1 Вспомогательные параметры

а) расчетные коэффициенты прочности сварного шва

- размер сварного шва, м;

- толщина кольца, м;

- прибавка для компенсации  коррозии, эрозии и минусового  допуска для кольца;

- коэффициент прочности сварного  шва.

б) параметры кольца

- ширина кольца, м;

- расстояние от середины стенки  рубашки до наружной стороны  стенки аппарата, м;

- допускаемое напряжение для  материала кольца, МПа.

                                    _(3.15)

                                                             _(3.16)

                                                                   _(3.17)

в) относительный момент нагружения

- диаметр окружности сопряжения  рубашки с днищем аппарата, м.

                                                    _(3.18)            

           _(3.19)      

г) относительный реактивный момент в стенке сосуда

       _(3.20)

д) относительный реактивный момент в стенке рубашки

_(3.21)

е) относительный реактивный момент в месте сопряжения кольца со стенкой аппарата

_(3.22)

 3.6 Допускаемое избыточное давление в рубашке

_(3.23)

Допускаемое внутреннее избыточное давление больше расчетного.

3.7  Определение высоты кольца

Расчетная высота кольца

                                                                                 _(3.24)

- исполнительная высота кольца.

3.8 Расчет сварных швов

        Размер сварного шва между сосудом и кольцом при сопряжениях определяют по формуле

 

                                                                                            _(3.25)

- исполнительный размер сварного  шва.

3.9 Нагрузка от собственного веса сосуда

       Проверку несущей способности при нагружении конических или кольцевых сопряжений собственным весом сосуда или рубашки проводим по формуле

,                                                                (3.26)

где F – осевое усилие

Собственный вес G₁ заполненного аппарата без учета веса рубашки и опор вызывает в кольце усилие F, МН.

- масса заполненного аппарата  без учета веса рубашки и  опор.

                           _(3.27)

Условие прочности выполняется.

4. Безопасность жизнедеятельности и экологичность технологического

    процесса

Ведение технологического процесса производства 2,2дихлорэтилформаля  связано с применением взрывоопасных  горючих продуктов, агрессивных  и вредных для организма веществ: этиленхлоргидрина (ЭХГ), параформальдегида, серной кислоты, формаля.

Технологические процессы ведутся  при Т до 100^оС с использованием вакууметрического давления при отгоне этиленхлогидрина и избыточном давлении до 2,0 МПа при передавливании продуктов.

Наиболее опасным является стадия синтеза формаля-сырца из-за возможного выделения формальдегида и паров ЭХГ в атмосферу.

Обвязка оборудования выполнена  трубопроводами, содержащими разъемные  фланцевые соединения в связи с чем повышается опасность разгерметизации и разлива продукта.

Работа на оборудовании связана  со следующими видами опасности:

1. Пожароопасность, которая связана с наличием горючих веществ, электрооборудования;

2. Термические ожоги, возникающие  в результате попадания на  тело человека горячей воды, пара, а также при попадании на  тело серной кислоты могут  возникнуть химические ожоги;

3. Возможность поражения  электрическим током;

4. Механические травмы  от не огражденных вращающихся  механизмов;

5. Опасность, связанная  с использованием вакуума, давления.

 

4.1 Экологичность проекта

1. Вентиляционные выбросы  – воздух производственного помещения  выбрасывается в атмосферу.

2. Технологические выбросы  – газы отдувки проходят через гидрозатворы и выбрасываются в атмосферу. Гидрозатворы заполнены вазелином или маслом. После замены масло сжигается.

Твердые и жидкие отходы:

1. Параформальдегид, высыпавшийся из мешком улавливается и отправляется в циклон.; бумажные мешки из-под параформальдегида сжигаются.

2. Отогнанный ЭХГ повторно используется при синтезе. Вода из рубашек аппаратов повторно сбрасывается в ХЗК.

Основной проблемой данного  производства является образующийся кислый слой.

Схема реакции:

2CI-C₂H₄-OH +CH₂O → CI- C₂H₄ –OCH₂OC₂H₄-CI+ H₂O

                 173 г/моль                         18г/моль

По этой технологии образующаяся вода «связывается» с серной кислотой, что способствует полному протеканию реакции, так как серная кислота  обладает свойством «отнимать» воду практически от всех субтратов. Таким образом, состав кислотного слоя примерно по 42% H₂O и H₂SO₄ , 15% ЭХГ и 1% формаля.

 

 

Заключение

 

В данном курсовом проекте  разработано производство 2,2¹-дихлордиэтилформаля сернокислотным способом, которое позволяет получать до 4000 тонн в год. Основной проблемой проектируемого производства является огромное количество сточных вод (60 м³ на тонну формаля).

Так как формаль является полупродуктом, поэтому его используют в дальнейшем при получении тиоколов. В связи с ростом производства тиокола, производительность по формалю необходимо увеличить до 4400 т в год (при проектируемой мощности - 4000 т в год по данным предприятия).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский С.В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки (примеры и задачи): Учебное пособие. – М.:Альфа-М, 2008. – 720 с.: ил.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А., Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.

3. Пособие по проектированию  «Основные ПАХТ» под ред. Ю.И.Дытнерского, 2-е   издание, переработанное и дополненное; М.: Химия, 1991. – 496 с.

4. Генкин А. Э. Оборудование химических заводов. Учебник для вузов. М., «Высш. школа», 1970. 352 с. с илл.

5. А.А. Лащинский, А.Р.Толчинский «Основы расчета и коснтруирования химической аппаратуры» М.: Физматгиз, 1970. – 725 с.

6. ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на  прочность.

7. ГОСТ 24755-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на  прочность укрепления отверстия.

8. ГОСТ 25867-83. Сосуды с рубашками.  Нормы и методы расчета на  прочность.

9. ГОСТ 26202-84. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на  прочность обечаек и днищ от  воздействия опорных нагрузок.