ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
на тему:
Проектирование мастерской по производству 3,5-динитробензойной кислотымощностью 13 тонн/год
Содержание
Введение
1. Аналитический обзор
2. Патентный поиск
3. Технологическая часть
Описание технологической схемы
Промывка
Суточный материальный баланс
Тепловой баланс
Выбор и расчёт оборудования
Определение поверхности теплообмена
Определение средней разности температур междутеплоносителем и реакционной массой
4. Основное оборудование\
5. Строительная часть
Генеральный план
Объемно-планировочное решение
Конструктивное решение
Санитарно-техническое оборудование
6. Автоматизация и автоматизированныесистемы управления технологическим процессом (АСУ ТП)
Обоснование необходимости контроля, регулирования исигнализации
Описание схемы автоматизации
Спецификация на оборудование
7. Стандартизация
8. Охрана труда и окружающей среды
Опасные и вредные производственные факторы, свойственные процессу получения динитробензойной кислоты
Мероприятия, принятые в проекте для обеспечениябезопасности технологического процесса
Мероприятия, принятые в проекте для обеспечениябезопасности технологического оборудования
Организация пожаро — и взрывобезопасности проектируемогопроизводства
Мероприятия, предусмотренные впроекте для обеспечения нормальных санитарно-гигиенических условийпроизводственной среды
Охрана окружающей среды
9. Экономическая оценка проектных решений
Организация производства
Расчет сметной стоимости
Расчёт численности работающих
Расчет производительности труда
Расчет фонда заработной платы работающих
Расчет годового расхода электроэнергии
Расчет сметы “Расходов на содержание и эксплуатациюоборудования”
Расчет сметы “Общецеховыерасходы”
Расчет проектной себестоимости продукции
Технико-экономические показатели и определениеэкономической эффективности проектируемого производства
Выводы по проекту
Список использованной литературы
/>/>/>/>/>/>Введение
Использование полинитроароматических соединений в органическомсинтезе привлекает как доступностью исходного сырья, так и широкими синтетическимивозможностями, обусловленными наличием нитрогрупп.
С одной стороны, полинитросоединения являются промышленно производимымипродуктами — производные нитробензола широко используются как взрывчатые вещества,так и промежуточные продукты в синтезе красителей.
Ароматические полинитросоединения, благодаря способности нитрогруппк восстановлению и нуклеофильному замещению, а также возможности модификации другихзаместителей в цикле, представляют большую ценность в качестве субстратов в органическомсинтезе. Например, ароматическая нитрогруппа оказывает активирующее, в силу своейэлектроноакцепторной природы, влияние на другие заместители в ароматическом кольце.В 2,4,6-тринитротолуоле благодаря наличию трех нитрогрупп становятся возможнымиреакции конденсации метильной группы с электрофильными агентами (альдегидами, нитрозосоединениямии др.) [1].
Активированные ароматические нитрогруппы подвергаются замещениюразличными нуклеофилами, особенно легко протекает внутримолекулярная разновидностьэтой реакции, в которой нуклеофильная группа содержится в исходном субстрате. Реакциявнутримолекулярной динитроциклизации открывает путь к синтезу различных конденсированныхгетероциклов. Значительный интерес представляет синтез бензоконденсированных шести- и особенно семичленных гетероциклов, так как среди них имеется большое количестволекарственных веществ, в частности, регулирующие работу ЦНС — транквилизаторы, снотворные,антидепрессанты, нейролептики и т. п [2].
Продукты нитрования бензойной кислоты — моно — и динитробензойныекислоты — широко применяются в качестве полупродуктов в органическом синтезе, фармацевтике,фотохимии и химии красителей [3]. В частности, 3,5-динитробензойная кислота используетсяв синтезе аминобензойных кислот, являющихся полупродуктами при получении азокрасителей,лекарственных препаратов, нитробензоилхлоридов, пигментов.
Реакции с хлорангидридами 3,5-динитробензойной кислоты используютдля идентификации спиртов, аминов и алифатических простых эфиров.
Кроме того, 3,5-динитробензойная кислота используется для приготовлениярентгеноконтактного препарата типа “Триомброст”, для приготовления витамина />, служащего длявитаминизации кормом, применяемых в сельском хозяйстве [3].
/>Таким образом,можно сделать вывод о важности проектирования производства 3,5-динитробензойнойкислоты мощностью 13 тонн в год, как для развития сельского хозяйства, так и длядругих отраслей промышленности.
/>/>/>/>/>/>1. Аналитический обзор
Одним из наиболее интересных представителей является 3,5-динитробензойнаякислота (3,5-ДНБК). Так нитрование бензойной кислоты меланжем при 70-1000Св течение 20ч приводит к получению ДНБК с выходом 53% [4]. При использовании нитрующейсмеси на основе дымящей (/>) азотной и концентрированнойсерной кислот и при температурах 70-1450С за 6ч выход составил 35%,а за 24 ч — 55-58% [4].
/>
Немаловажное техническое преимущество нитрующей смеси перед меланжемсостоит в том, что она может быть сохраняема в железной аппаратуре и передаваемапо железным трубам, так как не разъедает этого металла. Количество серной кислотырассчитывается по минимальной крепости (общей кислотности) смеси, при которой ещезаметен нитрующий эффект. Если увеличить количество азотной кислоты при сохранениитого же количества серной кислоты в правильно составленной нитрующей смеси, то частьазотной кислоты останется без взаимодействия. Если увеличить количество серной кислоты,это вызовет лишний расход серной кислоты в отработанной кислоте. На заводах частопри составлении нитрующей смеси пользуются отработанной кислотой предыдущих нитрований,соответствующим образом ее подкрепляя добавкой более крепкой серной и по расчетуазотной кислоты [5].
Кроме того известно применение в качестве исходного продуктадля получения ДНБК 3-нитробензойной кислоты. Но и при этом выход не превышал 66%[6].
Приведенные методы получения ДНБК отличаются невысоким выходомпродукта, так как нитрование при высоких температурах способствует интенсивномупротеканию нежелательных реакций окисления, которые в конечном счете могут статьпричиной взрыва [6]. Однако снижение температуры, уменьшающее вероятность протеканияпобочных процессов, в равной степени снижает скорость и основной реакции нитрования.Последняя лимитируется скоростью образования и степенью сольватации иона нитрония/>. На концентрациюи скорость образования ионов нитрония большое влияние также оказывает концентрацияводы в нитрующей смеси (увеличения содержания воды ингибирует этот процесс) [6].Очевидно, что благоприятными факторами, увеличивающими выход 3,5-ДНБК, будут снижениетемпературы нитрования, уменьшение содержания воды и увеличение избытка азотнойкислоты в реакционной смеси.
Установлено, что при замене серной кислоты в нитрующей смесина олеум возможно проведение процесса в более мягких температурных условиях с повышеннымвыходом. Изучено влияние ряда факторов на нитрование бензойной кислоты дымящей азотнойкислотой в среде 5-60% олеума [7].
/>
Таблица №1
Зависимость выхода3,5-динитробензойной кислоты от температуры реакции.
/> Выход, %
/> Выход, % 30 Следы 55 73 40 5 60 75 45 39 65 71 50 67 70 64
При исследовании зависимости выхода ДНБК от температуры (таблица)обнаружено, что максимальный выход ДНБК колеблется в области 55-650С.С увеличением температуры возрастает роль побочных процессов окисления и уменьшаетсявыход ДНБК. Существенным фактором процесса нитрования является его длительность.При увеличении температуры синтеза с 50 до 700С максимум на кривой зависимостивыхода ДНБК от длительности нитрования (рис.1) смещается с 12-14ч до 5-8ч, однакомаксимальный выход ДНБК при этом падает [4].
/>
Рис1. Влияние длительности синтеза на выход ДНБК при различныхтемпературах: 1-50; 2-60; 3-700C.
На получениие ДНБК существенно влияет избыток нитрующего агента(рис.2).
Оптимальным является соотношение азотной и бензойной кислот,равное (2,4-2,8):
1. Следует отметить, что увеличение этого соотношения в данныхусловиях может привести к спонтанному выбросу реакционной смеси.
/>
Рис2. Влияние избытка азотной кислоты на выход ДНБК.
Нитрование бензойной кислоты в олеуме с различным содержаниемсерного ангидрида (рис.3) показало, что выход ДНБК резко увеличивается в областисодержания серного ангидрида 5-20% и в дальнейшем возрастает незначительно.
/>
Рис3. Влияние содержания серного ангидрида в олеуме на выходДНБК.
Таким образом, изучение приведенных выше закономерностей позволилов мягких условиях получить ДНБК высокой степени чистоты с выходом 70-80%. Ниже приведенаметодика нитрования бензойной кислоты в оптимальных условиях.
К охлажденной до 100С смеси 5,5мл дымящей азотнойкислоты (/>)и 35 мл 20% олеума прибавляли порциями при перемешивании 12,2г (0,1 моль) бензойнойкислоты. После гомогенизации смеси прибавляли по каплям еще 5,4мл /> таким образом,чтобы общее количество ее составило 0,26моль. Затем в течение 1,5ч поднимали температурудо 600С. Через 5-6ч наблюдали выпадение осадка ДНБК. Еще через 6ч охлаждалиреакционную смесь до комнатной температуры и выливали на 200г тонкоизмельченногольда. Осадок отфильтровали, промывали холодной водой и сушили при 1200Св течение 6ч. Выход 16,4г (77,3 мас. %).Т. пл. 205-2060С, по данным[7], т. пл. 204-2050С. ИК-спектр: 1550см-1 (/>), 1690 см-1(/>, димер)[8].
/>/>/>/>/>/>2. Патентный поиск
Патентный поиск проводился с целью найти известные ранее способыполучения 3,5-динитробензойной кислоты, близкие по технологии к рассматриваемойв данном проекте, информацию о компаниях-производителях.
Патентный поиск производился на основе следующих бумажных и электронныхносителей патентной информации:
Международный классификатор изобретений, 7-я редакция;
База данных Роспатента: www.Fips.ru (рефераты изобретений к заявкамРФ с 1994г.)
База данных Европейского Патентного Ведомства:
www.europea-patent office.ru
В результате был найден патент на получение 3,5-динитробензойнойкислоты методом нитрования бензойной кислоты смесью олеума и азотной кислоты.
Таблица №2
Используемые патентные документыНомер патентного изобретения Название патента Дата публикации 30504 Украина, МПК Получение 3,5-динитробензойной кислоты 15.11.2000г.
/>/>/>/>/>/>3. Технологическая часть/>/>/>/>/>/>Описание технологической схемы
Процесс получения 3,5-динитробензойной кислоты проходит в четырестадии. На первой стадии исходное сырье — 98% азотная кислота и 20% олеум, охлажденныедо 100С, загружаются в реактор Р1, куда затем при помощи ленточного транспортеразагружается бензойная кислота. Реакционная масса подогревается горячей водой избойлерной до температуры 600С, после чего выдерживается в течение 6 часов.В случае превышения данного температурного порога срабатывает сирена и реакционнаямасса сбрасывается в аварийную емкость. Для отвода нитрозных газов, выделяющихсяв процессе реакции предусмотрен трубопровод под вакуумом, по которому окислы азотаподаются на абсорбцию.
Затем реакционная масса с помощью трубы передавливания подаетсяв разбавитель Р2 из промежуточной емкости Е4. В аппарате происходит разбавлениереакционной массы водой для снижения содержания в ней серной кислоты. Содержаниесерной кислоты понижается в разбавителе до 20%. Далее суспензия динитробензойнойкислоты сбрасывается на вакуум-фильтр ВФ1 и промывается водой.
Маточник и промывные воды при этом собираются емкости Е5 и отправляетсяна регенерацию, а сырая динитробензойная кислота инжектируется на пропарку в аппаратР3. Процесс пропаривания происходит при 1000С в течение 4 часов, ввидусильной гидрофобности 3,5-динитробензойной кислоты.
Пропаренная ДНБК снова сбрасывается на вакуум-фильтр ВФ2 и промываетсяводой. Маточник и промывные воды при этом собираются в емкости Е6 и отправляетсяна разбавление. ДНБК загружается вручную в реактор Р4, куда загружается и этиловыйспиртм из емкости Е7 для процесса кристаллизации. Процесс проходит при 800С.Затем кристаллизованная ДНБК фильтруется, сушится в сушильных шкафах и расфасовывается.Часть маточника при этом возвращается в процесс ввиду экономии этилового спирта.
/>Расчет материальногобаланса получения 3,5-динитробензойной кислоты
/>/>
/>Выходы постадиям:
1-я стадия — реакция нитрования — 55,2%
2-я стадия — разбавление и фильтрация — 98,5%
3-я стадия — пропарка и фильтрация — 95,0%
4-я стадия — кристаллизация и фильтрация — 89,5%
5-я стадия — сушка — 99,5%
Расчет количества бензойной кислоты, необходимого для получения1000кг
3,5-динитробензойной кислоты:
Чтобы получить 1000 кг готовой динитробензойной кислоты, на стадию сушки необходимо подать с учетом выхода:
/> кг — поступает на стадию сушку
/> кг — поступает на стадию кристаллизациии фильтрации
/> кг — поступает на стадию пропаркии фильтрации
/> кг — поступает на стадию разбавленияи фильтрации
1-я стадия — реакция нитрования
Реакция нитрования протекает в 2 стадии:
/>
На первой стадии мононитрования бензойная кислота нитруется доизомеров в соотношении мета-: (орто — + пара-) =80: 20.
Таким образом, для получения 1199,4 кг динитробензойной кислоты необходимо бензойной кислоты:
Из 122,0 г/м бензойной кислоты образуется 212,0 г/м динитробензойнойкислоты
Из />кг БК — 1199,4 кг ДНБК
/> кг БК
С учетом выхода на каждой стадии реакции получаем, что для получения1000кг ДНБК необходимо:
/> кг БК
Бензойная кислота содержит 0,1% примесей, тогда общая масса БК,которую необходимо взять для реакции, составит:
/> кг БК
Рассчитаем количество мета-изомера, образующегося на первойстадии реакции, с учетом выхода:
Из 122,0 г/м БК — 167,0 г/м м-ДНБК
Из 1250,4кг БК — />кг м-ДНБК
/> кг м-ДНБК
Проверка по второй стадии реакции с учетом выхода: из 167,0 г/мм-ДНБК — 212,0 г/м ДНБК, из 1369,3 кг м-ДНБК — />кг ДНБК
/> кг ДНБК
По методике к смеси 15,8г 98% азотной кислоты и 66,1г 20% олеумаприбавляют порциями при перемешивании 12,2г бензойной кислоты.
Следовательно, для нитрования 1250,4кг бензойной кислоты потребуетсяпропорциональное количество азотной кислоты и олеума [8]:
/>, в которой
моногидрата — />
воды — />
/>, в котором
свободного /> - />
/> - />
Рассчитаем количество требующегося по реакции моногидрата />:
1) в первой реакции расходуется:
122,0 г/м БК — 63,0 г/м />
1250,4 кг БК — />кг />
/>/>
2) во второй реакции расходуется:
167,0 г/м БК — 63,0 г/м />
1369,3 кг БК — />кг />
/>/>
Таким образом, всего на нитрование идет моногидрата />:
/>
Следовательно, после нитрования осталось моногидрата />:
/>
Рассчитаем количество образовавшейся по реакции />:
1) по первой реакции образуется:
122,0 г/м БК — 18,0 г/м />
1250,4 кг БК — />кг />
/>/>
2) по второй реакции образуется:
167,0 г/м БК — 18,0 г/м />
1369,3 кг БК — />кг />
/>/>
Таким образом, всего при нитровании образуется />:
/>
С учетом воды, содержащейся в азотной кислоте, общая масса составит:
/>
Рассчитаем количество/>, образующейся в результате реакциипри “связывании" воды сернистым ангидридом:
Х9 1355,9Х8
/>
18,0 80,0 98,0
Из 80,0 г/м /> - 98,0 г/м />
Из 1355,9 кг /> - />кг />
/>кг />
Следовательно, общее количество серной кислоты складывается изкислоты образующейся при связывании воды и кислоты, содержащейся в 20%олеуме:
/>
Рассчитаем количество/>, вступающее в реакцию:
80,0 г/м /> - 18,0 г/м />
1355,9 кг /> - />кг />
/>кг />
В процессе нитрования происходит раскисление орто — ипара-нитробензойных кислот и непрореагировавшей мета — нитробензойнойкислоты [9].
586,0
/>
334,0 1764,0 616,0 342,0 1140,0
Рассчитаем общее количество нитробензойных кислот, участвующихв реакции раскисления:
334 г/м НБК — 1764,0 г/м />
/>кг НБК — 586,0кг />
/> НБК
Рассчитаем количество газообразных продуктов и воды, выделившихсяв результате реакции:
Из 334,0 г/м НБК — 616,0 г/м />
Из 110,9 кг НБК — />кг />
/>/>
Из 334,0 г/м НБК — 1140,0 г/м />
Из 110,9 кг НБК — />кг />
/>/>
Из 334,0 г/м НБК — 342,0 г/м />
Из 110,9 кг НБК — />кг />
/>/>
Следовательно, количество воды не вступившее в реакцию составит:
/>
Рассчитаем общее количество непрореагировавших орто — ипара-нитробензойных кислот и мета — нитробензойной кислоты:
Из 122,0 г/м БК — 167,0 г/м />
Из 1250,4кг БК — />кг />
/> кг />
/>
Следовательно, общее количество непрореагировавших орто — и пара-нитробензойных кислот и мета — нитробензойной кислоты равно:
/>
Таким образом, в суспензии ДНБК останется непрореагировавшихНБК:
/>
Таблица №3
Материальный баланс стадии нитрованияПриход кг Расход кг
1. Бензойная кислота:
ОВ 1250,4кг
примеси 1,1кг 1251,5
1. Суспензия ДНБК в отработанной кислоте:
ДНБК 1199,4 кг
/> 7084,8 кг
/> 127,2 кг
НБК 655,9кг
примеси 1,1кг 9068,4
2. Азотная кислота (98%):
ОВ 1588,1 кг
вода 32,4 кг 1620,5
2. /> 378,7
3. Олеум (20%):
/> 1355,9кг
/> 5423,8кг 6779,8
3. /> 204,6 Итого 9651,8 Итого 9651,7
Таким образом, можно сделать вывод, что приведенное в методике[8] количество азотной кислоты недостаточно, так как в результате реакции остаетсязначительное количество нераскисленных нитробензойных кислот.
Рассчитаем требующееся количество азотной кислоты для полногораскисления />нитробензойныхкислот:
766,8
/>
334,0 1764,0 616,0 342,0 1140,0
334 г/м НБК — 1764,0 г/м />
766,8кг НБК — />кг />
/> />
Азотная кислота, не вступившая в реакцию нитрования, частичноостается в отработанной кислоте, частично расходуется в побочных реакциях, частичноулетучивается в вентиляцию. Распределение азотной кислоты по этим статьям зависитот конкретных условий проведения реакции, то есть от температуры процесса, свойстви качества нитруемого соединения и т.д. На основании такого допущения определяем,что на раскисление пошло 20% моногидрата /> [9]:
/>
Следовательно, общая масса моногидрата:
/>
Для проведения реакции требуется 1002,1кг моногидрата азотнойкислоты, тогда общее количество моногидрата азотной кислоты, необходимое для проведенияреакции нитрования составит:
/>
Следовательно, количество требующейся 98% азотной кислоты составит:
/>
Рассчитаем количество газообразных продуктов и воды, выделившихсяв результате реакции:
766,8 4049,8
/>
334,0 1764,0 616,0 342,0 1140,0
Из 1764,0 г/м /> - 616,0 г/м />
Из 4049,8 кг /> - />кг />
/>/>
Из 1764,0 г/м /> - 1140,0 г/м />
Из 4049,8 кг /> - />кг />
/>/>
Из 1764,0 г/м /> - 342,0 г/м />
Из 4049,8 кг /> - />кг />
/>/>
Для рассматриваемого процесса, можно принять, что 50 % оставшейсяазотной кислоты расходуется на раскисление, 25 % — уносится в вентиляцию, а 25 %- остается в отработанной кислоте.
Рассчитаем количество продуктов, образующихся при раскислении 404,9 кг моногидрата азотной кислоты:
404,9
/>
126 18 76 32
Из 126,0 г/м /> - 76,0 г/м />
Из 404,9 кг /> - />кг />
/>/>
Из 126,0 г/м /> - 18,0 г/м />
Из 404,9 кг /> - />кг />
/>/>
Из 126,0 г/м /> - 32,0 г/м />
Из 404,9 кг /> - />кг />
/>/>
Следовательно, количество воды не вступившее в реакцию составит:
/>
Таблица №4
Материальный баланс стадии нитрованияПриход кг Расход кг
1. Бензойная кислота:
ОВ 1250,4кг
примеси 1,1кг 1251,5
1. Суспензия ДНБК в отработанной кислоте:
ДНБК 1199,4 кг
/> 7084,8 кг
/> 941,4 кг
/> 202,5кг
примеси 1,1кг 9429,2
2. Азотная кислота (98%):
ОВ 5861,9 кг
вода 117,2 кг 5979,1
2. Газообразные продукты:
/> 2861,4 кг
/> 1414,2кг
/> 102,8кг
в вентиляцию 202,5 кг 4580,9
3. Олеум (20%):
/> 1355,9кг
/> 5423,8кг 6779,8 Итого 14010,4 Итого 14010,1
2-я стадия — разбавление и фильтрация
В соответствии с методикой получения 3,5-динитробензойной кислотынеобходимо снизить концентрацию серной кислоты в суспензии динитробензойной кислотыдо 20%. Для этого рассчитаем необходимое количество воды, идущее на разбавлениесерной кислоты.
Массовая доля серной кислоты в исходной суспензии:
/>
Требуемая массовая доля серной кислоты в суспензии:
/>
По правилу смешения запишем друг под другом массовые доли исходныхрастворов, а правее между ними — массовую долю раствора, который необходимо приготовить.При этом считаем, что вода — это раствор с массовой долей />, равной нулю. Из большеймассовой доли вычитаем заданную и записываем результат справа внизу, из заданноймассовой доли вычитаем меньшую и записываем результат справа вверху [10].
/>
Затем вычисляем массу полученного раствора /> и массу воды />, которая потребуетсядля разбавления:
/>,
где /> - масса суспензии, которая подаетсяна разбавление.
/> - масса полученного раствора
/>
Динитробензойная кислота после фильтрации содержит 40% маточногораствора, образующегося в результате реакции:
/>
Рассчитаем процентное содержание компонентов в разбавленной суспензии:
/>
/>
/>
Следовательно, в 472,5 кг маточного раствора содержится пропорциональное количество компонентов:
/>
/>
/>
В результате, масса компонентов, содержащихся в отводимом маточномрастворе уменьшится на соответствующее количество этих компонентов, содержащихсяв динитробензойной кислоте:
/>
/>
/>
Рассчитаем потери динитробензойной кислоты с учетом выхода продукта:
/>
Таблица №5
Материальный баланс стадии разбавления и фильтрацииПриход кг Расход кг
1. Суспензия ДНБК в отработанной кислоте:
ДНБК 1199,4 кг
/> 7084,8 кг
/> 941,4 кг
/> 202,5кг
примеси 1,1кг 9429,2
1. Сырая ДНБК всего:
ДНБК 1181,2 кг
/> 371,8 кг
/> 97,9 кг
/> 2,8 кг 1653,7 2. Вода 26007,9
2. Маточник всего:
/> 26577,5 кг
/> 6987,0 кг
/> 199,7 кг
примеси 1,1кг
ДНБК 18,0кг 33783,3 Итого 35437,1 Итого 35437,0
/>Промывка
Зададимся модулем при промывке ДНБК 1 (1:
1), на 1 м. ч. ДНБК возьмем 1 м. ч. воды. Промывка осуществляется на вакуум-фильтре [9].
Динитробензойная кислота после промывки содержит 20% маточногораствора:
/>
Рассчитаем процентное содержание компонентов в промытой ДНБК:
/>
/>
Следовательно, в 236,2 кг маточного раствора содержится пропорциональное количество компонентов:
/>
/>
В результате, масса компонентов, содержащихся в отводимой промывнойводе уменьшится на соответствующее количество этих компонентов, содержащихся в динитробензойнойкислоте:
/>
/>
Таблица №6
Материальный баланс стадии промывкиПриход кг Расход кг
1. Сырая ДНБК всего:
ДНБК 1181,2 кг
/> 371,8 кг
/> 97,9 кг
/> 2,8 кг 1653,7
1. Промытая ДНБК всего:
ДНБК 1181,2 кг
/> 224,9 кг
/>/> 11,3 кг 1417,4 2. Вода 1653,7
2. Промывная вода всего:
/> 1800,6 кг
/>/> 89,4 кг 1890,0 Итого 3307,4 Итого 3307,4
Ориентировочно число промывок для жидких, веществ можно оценитьпо следующей формуле:
/>
где /> - начальная кислотность продукта;
/> - кислотность продукта после n-нойпромывки;
/> - количества жидкого вещества;
/> - количество промывной жидкости;
/> - число промывок;
/> - коэффициент распределения примесей(кислоты) между продуктом и водой.
/>
К сожалению, коэффициент /> в большинстве случаев нам неизвестен,кроме того, он не остаётся постоянным на всех ступенях промывки. Однако для ориентировочнойоценки числа промывок этой формулой можно пользоваться.
Обычно /> изменяется от 0,1 до 0,3. Примем значение/>=0,2 и определим/>.
В продукте на 1181,2 кг ДНБК содержится 475,2 кг ОК, в том числе
Н2SO4 моногидрата97,9 кг
Н2О 371,8 кг
/>
/>примем равным 0,4%.
Решая уравнение
/>
находим, что />
Следовательно, одной промывки будет вполне достаточно.
3-я стадия — пропарка и фильтрация
Расчет необходимого количества пара, необходимого для пропаркиотфильтрованной реакционной массы приведен в расчете теплового баланса третьей стадиипроцесса. Необходимое количество пара составляет />.
Динитробензойная кислота после фильтрации содержит 20% маточногораствора, образующегося в результате реакции: />
Рассчитаем процентное содержание компонентов в пропаренной динитробензойнойкислоте:
/>, />
Следовательно, в /> маточного раствора содержится пропорциональноеколичество компонентов:
/>
/>
В результате, масса компонентов, содержащихся в отводимом маточномрастворе уменьшится на соответствующее количество этих компонентов, содержащихсяв динитробензойной кислоте:
/>
/>
Рассчитаем потери динитробензойной кислоты с учетом выхода продукта:
/>
Таблица №7
Материальный баланс стадии пропарки и фильтрацииПриход кг Расход кг
1. Промытая ДНБК всего:
ДНБК 1181,2 кг
/> 224,9 кг
/>/> 11,3 кг 1417,4
1. Пропаренная ДНБК всего:
ДНБК 1122,2 кг
/> 223,9 кг
/> 0,6 кг 1346,7 2. Пар 6996,5
2. Маточник всего: /> 6997,5 кг
/> 10,7 кг
ДНБК 59,0кг 7067,2 Итого 8413,9 Итого 8413,9 />/>/>/>/>/>Промывка
Зададимся модулем при промывке ДНБК 1 (1:
1), на 1 м. ч. ДНБК возьмем 1 м. ч. воды. Промывка осуществляется на вакуум-фильтре.
Динитробензойная кислота после промывки содержит 20% маточногораствора:
/>
Рассчитаем процентное содержание компонентов в промытой ДНБК:
/>
Таблица №8Материальный баланс стадии промывкиПриход кг Расход кг
1. Пропаренная ДНБК всего:
ДНБК 1122,2 кг
/> 223,9 кг
/> 0,6 кг 1346,7
1. Промытая ДНБК всего:
ДНБК 1122,2 кг
/> 224,4 кг 1346,6 2. Вода 1346,7
2. Промывная вода всего:
/> 1346,2 кг
/>/> 0,6 кг 1346,8 Итого 2693,4 Итого 2693,4
4-я стадия — кристаллизация и фильтрация
Из литературных данных известно, что для растворения 1 весовойчасти динитробензойной кислоты требуется 4,5 весовых частей 50% этилового спирта.Рассчитаем необходимое количество />, идущее на кристаллизацию /> динитробензойнойкислоты.
/>
Динитробензойная кислота после фильтрации содержит 20% маточногораствора, образующегося в результате реакции:
/>
Рассчитаем процентное содержание компонентов в исходной динитробензойнойкислоте:
/>
/>
Следовательно, в /> маточного раствора содержится пропорциональноеколичество компонентов:
/>
/>
В результате, масса компонентов, содержащихся в отводимом маточномрастворе уменьшится на соответствующее количество этих компонентов, содержащихсяв динитробензойной кислоте:
/>
/>
Рассчитаем потери динитробензойной кислоты после кристаллизациии фильтрации с учетом выхода продукта:
/>
Таблица №9
Материальный баланс стадии кристаллизации и фильтрацииПриход кг Расход кг
1. Промытая ДНБК всего:
ДНБК 1122,2 кг
/> 224,4 кг 1346,6
1. Кристаллизованная ДНБК всего:
ДНБК 1005,0 кг
/> 105,2 кг
/> 96,8 кг 1207,0
2. Этиловый спирт (50%)
/> 2524,9кг
/> 2524,9кг 5049,9
2. Маточник всего:
/> 2644,1 кг
/> 2428,1 кг
ДНБК 117,2 кг 5189,4 Итого 6396,5 Итого 6396,4
Для снижения расхода этилового спирта примем, что половина маточногораствора возвращается в процесс.
Таблица №10
Материальный балансстадии кристаллизации и фильтрации с использованием маточного раствораПриход кг Расход кг
1. Пропаренная ДНБК всего:
ДНБК 1122,2 кг
/> 224,4 кг 1346,6
1. Кристаллизованная ДНБК всего:
ДНБК 1005,0 кг
/> 105,2 кг
/> 96,8 кг 1207,0
2. Отработанный этанол всего:
/> 1214,0кг
/> 1322,0кг
ДНБК 58,6 кг 2594,6
2. Маточник всего:
/> 2644,1 кг
/> 2428,1 кг
ДНБК 175,8 кг 5248,0
3. Этиловый спирт (50%)
/> 1310,9кг
/> 1202,9кг 2513,8 Итого 6455,0 Итого 6455,0
5-я стадия — сушка
Рассчитаем потери динитробензойной кислоты на стадии сушки сучетом выхода продукта:
/>
Таблица №11
Материальный баланс стадии сушкиПриход кг Расход кг
1. Кристаллизованная ДНБК всего:
ДНБК 1005,0 кг
/> 105,2 кг
/> 96,8 кг 1207,0 1. Сухая ДНБК 1000,0
2. Продукты испарения всего:
/> 105,2 кг
/> 96,8 кг
ДНБК 5,0 кг 207,0 Итого 1207,0 Итого 1207,0
/>/>/>/>/>/>Суточный материальный баланс
Для определения числа операций за рабочий день, проводимых в одномреакторе, мы должны установить продолжительность одной операции по получению 3,5-динитробензойнойкислоты. Общее время одной операции складывается из следующих составляющих:
1. Осмотр аппарата
2. Загрузка и подогревкомпонентов
3. Выдержка и разбавление
4. Фильтрация
5. Пропарка и фильтрация
6. Кристаллизация и фильтрация
7. Сушка
Пользуясь практическими данными, можно принять:
1. время осмотра аппарата- 5мин.
2. набор в мерники кислотнойсмеси — 10мин.
3. загрузка кислот вреактор — 20мин.
4. нагрев до /> - 90мин.
5. выдержка реакционноймассы — 6ч.
6. слив реакционной массы- 20мин.
7. подогрев воды до /> - 30мин.
8. разбавление — 60 мин.
9. охлаждение до /> - 30мин.
10. фильтрация — 30мин.
11. выгрузка динитробензойнойкислоты и загрузка в аппарат — 15мин.
12. пропарка — 4ч.
13. охлаждение до /> - 30мин.
14. фильтрация — 30мин.
15. набор в мерник этиловогоспирта — 10мин.
16. загрузка этиловогоспирта в кристаллизатор — 10мин.
17. загрузка динитробензойнойкислоты — 15мин.
18. нагрев реакционноймассы до /> -30мин.
19. растворение — 15мин.
20. охлаждение до /> - 60мин.
21. фильтрация — 15мин.
22. выгрузка — 10мин.
23. сушка — 6ч.
Итого продолжительность одного цикла — 16 часов. Такимобразом, за восьмичасовой рабочий день при двусменной работе возможно проведениетолько 1 цикла. Следовательно, операционный баланс будет равен суточному балансу.Производительность проектируемого производства составляет 13 тонн/год. Предполагается,что проектируемое производство будет работать 237 дней в году. Из этих данных определяемсуточную производительность проектируемого объекта:
/>т готовой динитробензойной кислоты.
Таблица №12
Операционный материальный баланс стадии нитрованияПриход кг Расход кг
1. Бензойная кислота:
ОВ 68,7кг
примеси 0,1кг 68,8
1. Суспензия ДНБК в отработанной кислоте:
ДНБК 66,0 кг
/> 389,6 кг
/> 51,8 кг
/> 11,1кг
примеси 0,1кг 518,6
2. Азотная кислота (98%):
ОВ 322,4 кг
вода 6,4 кг 328,8
2. Газообразные продукты:
/> 157,4 кг
/> 77,8кг
/> 5,7кг
в вентиляцию 11,1 кг 252,0
3. Олеум (20%):
/> 74,5кг
/> 298,4кг 372,9 Итого 770,5 Итого 770,6
Таблица №13Операционный материальный баланс стадии разбавленияи фильтрацииПриход кг Расход кг
1. Суспензия ДНБК в отработанной кислоте:
ДНБК 66,0 кг
/> 389,6 кг
/> 51,8 кг
/> 11,1кг
примеси 0,1кг 518,6
1. Сырая ДНБК всего:
ДНБК 65,0 кг
/> 20,5 кг
/> 5,4 кг
/> 0,1 кг 91,0 2. Вода 1430,4
2. Маточник всего:
/> 1461,8 кг
/> 384,3 кг
/> 11,0 кг
примеси 0,1 кг
ДНБК 1,0 кг 1858,2 Итого 1949,0 Итого 1949,2
Таблица №14Материальный баланс стадии промывкиПриход кг Расход кг
1. Сырая ДНБК всего:
ДНБК 65,0 кг
/> 20,5 кг
/> 5,4 кг
/> 0,1 кг 91,0
1. Промытая ДНБК всего:
ДНБК 65,0 кг
/> 12,4 кг
/>/> 0,7 кг 78,1 2. Вода 91,0
2. Промывная вода всего:
/> 99,0 кг
/>/> 4,9 кг 103,9 Итого 182,0 Итого 182,0
Таблица №15Операционный материальный баланс стадии пропарки ифильтрацииПриход кг Расход кг
1. Промытая ДНБК всего:
ДНБК 65,0 кг
/> 12,4 кг
/>/> 0,7 кг 78,1
1. Пропаренная ДНБК всего:
ДНБК 61,7 кг
/> 12,3 кг
/> 0,1 кг 74,1 2. Пар 384,7
2. Маточник всего:
/> 384,8 кг
/> 0,6 кг
ДНБК 3,2кг 388,6 Итого 462,8 Итого 462,7
Таблица №16Материальный баланс стадии промывкиПриход кг Расход кг
1. Пропаренная ДНБК всего:
ДНБК 61,7 кг
/> 12,3 кг
/> 0,1 кг 74,1
1. Промытая ДНБК всего:
ДНБК 61,7 кг
/> 12,4 кг 74,1 2. Вода 74,1
2. Промывная вода всего:
/> 74,0 кг
/>/> 0,1 кг 74,1 Итого 148,2 Итого 148,2
Таблица №17Операционныйматериальный баланс стадии кристаллизации и фильтрацииПриход кг Расход кг
1. Промытая ДНБК всего:
ДНБК 61,7 кг
/> 12,4 кг 74,1
1. Кристаллизованная ДНБК всего:
ДНБК 55,3 кг
/> 5,8 кг
/> 5,3 кг 66,4
2. Этиловый спирт (50%)
/> 138,9 кг
/> 138,9 кг 277,8
2. Маточник всего:
/> 145,3 кг
/> 133,6 кг
ДНБК 6,5 кг 285,5 Итого 351,9 Итого 351,9
Для снижения расхода этилового спирта примем, что половина маточногораствора возвращается в процесс.
Таблица №18Операционный материальный балансстадии кристаллизации и фильтрации с использованием маточного раствораПриход кг Расход кг
1. Пропаренная ДНБК всего:
ДНБК 61,7 кг
/> 12,4 кг 74,1
1. Кристаллизованная ДНБК всего:
ДНБК 55,3 кг
/> 5,8 кг
/> 5,3 кг 66,4
2. Отработанный этанол всего:
/> 66,8кг
/> 72,6кг
ДНБК 3,1 кг 142,5
2. Маточник всего:
/> 145,5 кг
/> 133,6 кг
ДНБК 9,6 кг 288,7
3. Этиловый спирт (50%)
/> 72,1кг
/> 66,3 кг 138,3 Итого 355,0 Итого 355,1
Таблица №19Материальный баланс стадии сушкиПриход кг Расход кг
1. Кристаллизованная ДНБК всего:
ДНБК 55,3 кг
/> 5,8 кг
/> 5,3 кг 66,4 1. Сухая ДНБК 55,0
2. Продукты испарения всего:
/> 5,8 кг
/> 5,3 кг
ДНБК 0,3 кг 11,4 Итого 66,4 Итого 66,4 />/>/>/>/>/>Тепловой баланс
Для расчёта, какое количество теплоты нужно отвести от аппарата(или подвести) в течение одной операции в периодическом процессе или за единицувремени (в час) в непрерывном процессе необходимо рассчитать тепловой баланс. Тепловойбаланс составляется на основе данных операционного или часового материального баланса,данных принятого технологического режима и необходимых технических справочных данных.
Рассчитанный тепловой баланс показывает, какое количество теплотынужно отвести из аппарата (или подвести) в течение одной операции в периодическомпроцессе. Эти данные необходимы для определения производительности любого аппарата- реактора.
По принятому технологическому режиму при получении 3,5-динитробензойнойкислоты в аппарат вначале загружается кислотная смесь, затем бензойная кислота,потом смесь подогревается до 60°С. Принимаем, что реагенты кислотная смесь поступаютв аппарат с температурой 10°С. Затем реакционная масса поступает на стадию разбавления.
1-я стадия — реакция нитрования
Приход:
1. Количество тепла, поступающее в аппарат с реагентами:
/>
/> - тепло, поступающее с реагентами,кДж;
/> - количество реагента, вносимое ваппарат на одну операцию (см. “Операционный материальный баланс”), кг;
/> - теплоёмкость реагентов, которуюрассчитывают как аддитивную величину, кДж/ (кгЧК).
Теплоемкости сырья, продуктов реакции и отходов, кДж/ (кгЧград) [11]:
1. Бензойная кислота1, 19
2. Азотная кислота (98%)1,74
3. Олеум (20%) 1,34
4. 3,5 — динитробензойнаякислота 1,01
5. Серная кислота 1,40
6. Вода 4,18
7. Окислы азота 0,86
8. Кислород 1,03
9. Этиловый спирт (50%)3,32
10. Диоксид углерода0,90
Приход:
Тепло Q1, поступившее с азотной кислотой (98%):
/>
Тепло Q2, поступившее с олеумом (20%):
/>
Тепло Q3, поступившее с бензойной кислотой:
/>
Тепло Q4 необходимое для нагрева смеси от 10°С до 60°С:
/>
Рассчитаем долюолеума в полученной реакционной смеси:
/>
/>
/>
/>
/>
Определим количество тепла />, выделившееся при протеканииреакцииполучения динитробензойной кислоты:
/>
На основании закона Гесса можно записать:
Qреакции=SQобразованияпродуктов реакции — SQобразованияисходных веществ
Теплоты образования исходных веществ и продуктов реакции,/>[11]:
1. Бензойная кислота385,14
2. Азотная кислота (98%)173,0
3. 3,5 — динитробензойнаякислота 464,45
4. Вода 285,83
Определим удельную теплоту реакции:
/>
/>
где 122 — молекулярная масса бензойной кислоты.
Определим количество тепла />, выделившееся при протеканииреакцииобразования серной кислоты (реакции гидратации):
/>
На основании закона Гесса можно записать:
Qреакции=SQобразованияпродуктов реакции — SQобразованияисходных веществ
Теплоты образования исходных веществ и продуктов реакции,/>[11]:
1. Оксид серы (VI) 439,0
2. Вода (98%) 285,83
3. Серная кислота 813,91
Определим удельную теплоту реакции:
/>
/>
где 80 — молекулярная масса оксида серы (VI).
Расход:
Тепло />, отводимое с продуктами реакции:
/>
/>
/>
Тепло />, отводимое с газообразными продуктамиреакции:
/>
/>
/>
Тепло Q9 — потери в окружающуюсреду (примем потери 10% от теплоты, необходимой на нагрев смеси):
/>
Тепло Q10, отводимое с охлаждающейводой:
/>
Таблица №20
Операционный тепловой баланс стадии нитрованияПриход кДж Расход кДж
1) Тепло Q1 с азотной кислотой 5721,1
1) Тепло />, отводимое с продуктами реакции 47918,6
2) Тепло Q2 с олеумом 4996,9
2) Тепло />, отводимое с газообразными продуктами 224,3
3) Тепло Q3 с бензойной кислотой 1637,4
3) Тепло Q9 — потери в окружающую среду 5701,7
4) Тепло Q4 для нагрева
смеси 57017,0
4) Тепло Q10, отводимое с охлаждающей водой 206912,4
5) Тепло Q5выделившееся при протекании реакции 108354,4
6) Тепло Q6 гидратации 83030,2 Итого 260757,0 Итого 260757,0
2-я стадия — разбавление и фильтрация
Приход:
1) Тепло Q2, поступившее с водой:
/>
2) Определяемколичествотепла Q3, котороевыделяется при разбавлении кислотнойсмеси водой, выделяющейся в процессенитрования. В процессе нитрования происходит изменение концентрации кислотной смесиза счёт выделяющейся реакционной воды, а, иногда, и за счёт воды, вводимой с азотнойкислотой, когда она дозируется. Теплота гидратации может быть определена по формуламТомсена или теплотам исчерпывающего разбавления [9]. По Томсену теплота гидратациисерной кислоты:
/>,
где /> - количество тепла, выделяющееся приразбавлении серной кислоты от моногидратного состояния до степени гидратности />:
/>
Степень гидратности />показывает, сколько молей воды приходитсяна 1 моль серной кислоты.
Cостав исходной кислотной смеси, %
Н2SO4 75,1
H2O 10,0,
/>
Определяем теплоту гидратации исходной кислотной смеси:
/>
Состав кислотной смеси после разбавления, %
Н2SO4 20,7,
H2O 78,7
/>
Определяем теплоту гидратации конечной кислотной смеси:
/>
Теперь рассчитываем тепловой эффект разбавления:
/>,
где 0,78 — содержание серной кислоты в исходной смеси в долях;
98 — молекулярная масса серной кислоты.
Расход:
1) Тепло />, отводимое с динитробензойной кислотой:
/>,
примем долю азотной кислоты равной 0.
/>
/>
2) Тепло />, отводимое с маточным раствором:
/>,
/>
/>
3) Тепло/>, отводимое с охлаждающей водой:
/>
Таблица №21
Операционный тепловой баланс стадии разбавления и фильтрацииПриход кДж Расход кДж
1) Тепло Q1 с суспензией ДНБК 47918,6
1) Тепло />, отводимое с ДНБК 3185,0
2) Тепло Q2 с водой 358769,4
2) Тепло />, отводимое с маточником 133790,4
3) Тепло Q3 гидратации 192705,9
3) Тепло Q6, отводимое с охлаждающей водой 462418,5 Итого 599393,9 Итого 599393,9
/>/>/>/>/>3-я стадия — пропарка и фильтрация
/>/>/>/>/>Приход:
/>/>/>/>/>1) Рассчитаем количество теплоты />необходимое на нагрев смеси до 1000С
/>,
/>
/>
Количество пара, требующегося для нагрева смеси:
/>
/>/>/>/>/>2) Тепло />, поступившее с паром:
/>
3) Тепло/>, вносимое с горячей водой:
/>
Расход:
1) Тепло конденсации пара />
/>
2) Тепло />, отводимое с динитробензойной кислотой:
/>,
/>
/>
3) Тепло />, отводимое с маточным раствором:
/>,
/>
/>
4) Тепло /> - потери в окружающую среду (примемпотери 20% от теплоты, необходимой на нагрев смеси):
/>
Таблица №22
Операционный тепловой баланс стадии пропарки и фильтрацииПриход кДж Расход кДж
1) Тепло /> с ДНБК 3185,0
1) Тепло/>конденсации 884810,0
2) Тепло />, необходимое на нагрев ДНБК 83172,1
2) Тепло />, отводимое с ДНБК 2252,6
3) Тепло Q3 с паром 9372,0
3) Тепло />, отводимое с маточником 31865,2
4) Тепло Q4 с горячей водой 875438,0
4) Тепло /> - потери в окружающую среду 1874,4 Итого 971167,1 Итого 971167,1
4-я стадия — кристаллизация
Приход:
/>/>/>/>/>1) Тепло />, поступившее с этанолом:
/>,
/>
/>
/>/>/>/>/>2) Тепло /> необходимое для нагрева смеси от 20°Сдо 80°С:
/>
/>
/>
Расход:
1) Тепло />, отводимое с ДНБК:
/>,
/>
/>
2) Тепло />, отводимое с маточным раствором:
/>,
/>
/>
3) Тепло /> - потери в окружающую среду (примемпотери 10% от теплоты, необходимой на нагрев смеси):
/>
4) Тепло/>, отводимое с охлаждающей водой:
/>
Таблица №23
Операционный тепловой баланс стадии кристаллизацииПриход кДж Расход кДж
1) Тепло /> с ДНБК 2252,6
1) Тепло />, отводимое с ДНБК 1859,2
2) Тепло /> с этанолом 18334,8
2) Тепло />, отводимое с маточным раствором 18272,0
3) Тепло /> для нагрева смеси 63342,0
3) Тепло /> - потери в окружающую среду 6334,2
4) Тепло />, отводимое с охлаждающей водой 57464,0 Итого 83929,4 Итого 83929,4
4-я стадия — кристаллизация с использованием маточного раствора
Приход:
/>/>/>/>/>1) Тепло />, поступившее с этанолом:
/>,
/>
/>
/>/>/>/>/>2) Тепло />, поступившее с маточником:
/>,
/>
/>
/>/>/>/>/>3) Тепло /> необходимое для нагрева смеси от 20°Сдо 80°С:
/>
/>
/>
Расход:
1) Тепло />, отводимое с ДНБК:
/>,
/>
/>
2) Тепло />, отводимое с маточным раствором:
/>,
/>
/>
3) Тепло /> - потери в окружающую среду (примемпотери 10% от теплоты, необходимой на нагрев смеси):
/>
4) Тепло/>, отводимое с охлаждающей водой:
/>
Таблица №24
Операционный тепловой баланс стадии кристаллизацииПриход кДж Расход кДж
1) Тепло /> с ДНБК 2252,6
1) Тепло />, отводимое с ДНБК 1859,2
2) Тепло /> с этанолом 9127,8
2) Тепло />, отводимое с маточным раствором 18476,8
3) Тепло /> с маточником 9405,0
3) Тепло /> - потери в окружающую среду 6334,2
4) Тепло /> для нагрева
смеси 63342,0
4) Тепло />, отводимое с охлаждающей водой 57457,2 Итого 84127,4 Итого 84127,4 />/>/>/>/>/>Выбор и расчёт оборудования
1-я стадия — реакция нитрования
Вначале необходимо выбрать объем аппарата. Для этого определимсуточные объемы, загружаемых в реактор компонентов и их сумму (плотность олеума- 1897 />, /> - 1520 />, /> - 1260/>) [11].
/>
Мы не можем загрузить общее количество материалов, равное этомуобъёму, так как всегда должен оставаться резерв на случай повышения уровня жидкостииз-за перемешивания, вспенивания и т.д. Обычно коэффициент заполнения аппарата колеблетсяот 0,9 до 0,6. Для реакции нитрования примем коэффициент заполнения равным 0,7[12]. Тогда
/>.
Из каталога выбираем аппарат с характеристиками [13]:
аппарат вертикальный
Рабочая температура 10-1000
Номинальный объем — />;
Dобечайки — /> (внутренний);
Нобечайки — />;
Основной материал — сталь 08Х22Н10Т
Площадь поверхности теплообмена:
рубашки — />
змеевика — />
В аппарате имеется две секции змеевиков из труб Ж 25 мм с числом витков в секции 12. Шаг витка равен 2d трубы./>/>/>/>/>/>Определение поверхности теплообмена
Требуемая поверхность теплообмена определяется по формуле [12]:
/>
В приведенной формуле:
/> - количество тепла, которое нужноотвести (подвести) в процессе дозировки, кДж;
/> - коэффициент теплопередачи, />;
/> - поверхность теплообмена,/>;
/>/>/>/>/>/> - средняя разность температурмежду теплоносителем и реакционной массой град.
/>/>/>/>/>Выбор коэффициента теплопередачи
Для дипломного проекта значение коэффициента теплопередачи принимаемна основании литературных данных.
Примем следующие значения коэффициента теплопередачи [12]:
для змеевика
/>=500 />=581,5 />
для рубашки
/>=200 />=252,6 />/>/>/>/>/>/>Определение средней разности температурмежду теплоносителем и реакционной массой
Для определения />обычно располагают данными о температурномрежиме в аппарате и температуре входящей охлаждающей воды или другого охлаждающегоагента.
Для определения />необходимы данные о температурном режимев аппарате и температуре входящего охлаждающего агента (воды) [12]. Рассчитаем поверхность,необходимую для нагрева реакционной массы с 10/>до 60/>. Для этого примем, что горячая вода,поступающая в змеевик, охлаждается с 95/>до 65/>.
/>, />
Следовательно, требуемая площадь нагрева составляет:
/>
Рассчитаем поверхность, необходимую для отвода тепла реакционноймассы. Для этого примем, что рассол (23,8% раствор хлорида кальция), поступающаяв рубашку, нагревается с — 20/>до — 10/>. Температура реакционной массы приэтом составляет 60/>.
/>
Следовательно, требуемая площадь для отвода тепла составляет:
/>
Так как площадь теплообмена рубашки составляет по каталогу />, то для теплоотводатребуется использовать две секции змеевиков.
Рассчитаем время прилива кислотной смеси. Время прилива можетбыть рассчитано по формуле [12]:
/>
/>
Для периодического отмеривания жидкости используют резервуарыс устройством для отмеривания объема. Чаще всего используют цилиндрические стальныерезервуары с плоскими днищами. Для измерения жидкости в мерниках применяют смотровыестекла, поплавки, пневматические измерители. При выборе габаритов мерника исходятиз необходимого количества жидкости, подлежащей загрузке за операцию.
Рассчитаем объемы мерников кислот, идущих на приготовление кислотнойсмеси и бензойной кислоты [14]:
/> - объем мерника 20% олеума
/> - объем мерника 98% азотной кислоты
Бензойная кислота загружается в реактор при помощи ленточногорасходомера.
/> - объем мерника бензойной кислоты
Объем аварийной емкости Е3 должен в 4-5 раз превышать объем реакторанитрования:
/>
Объем промежуточной емкости Е4 равен объему реактора нитрования:
/>Расчет перемешивающего устройстванитратора
Расчет ведется исходя из вязкости самого вязкого компонента,плотности самого плотного и температурного режима [12].
Самый вязкий и наиболееплотный компонент это 20% раствор олеума:
/>
/>
Диаметр перемешивающего устройства:
/>
/>
Примем скорость вращения мешалки [12]: />м/с
Следовательно, число оборотов мешалки:
/>, /> оборот/сек
Определим значение критерия Рейнольдса:
/>, />
По [12] выбираем пропеллерную трехлопастную мешалку.
Определим критерий мощности: />, где /> и /> - постоянные величины (определяютсяпо таблице [12]):
/>
Рассчитаем величину мощности:
/>
/> кВт
Определяем мощность мешалки в пусковой момент:
/> кВт
Установочная мощность:
/>, /> кВт
где 0,95 — КПД электродвигателя, 1,2-запас мощности электродвигателя[12].
Проверим следующее условие [12]:
/>
/>,
следовательно, мешалка данного типа подходит.
Выбираем привод мощностью 1,0кВт; мотор редуктор типа МПО2и электродвигатель типа АИ [15].
Рассчитаем производительность насоса для подачи 98% азотнойкислоты [12]:
/>
/>/>
Время подачи азотной кислоты составляет 600с, тогда
/>
Выбираем насос марки Х20/18, производительностью />. Тип электродвигателяАО2-31-2, мощностью 3кВт.
2-я стадия — разбавление и фильтрация
Определим суточные объемы, загружаемых в реактор компонентови их сумму (плотность воды — 1000 />, /> - 1520 />, /> - 1900/>) [11].
Плотность суспензии ДНБК рассчитывается как аддитивная величина:
/>
/>
Следовательно, объем аппарата равен:
/>
Примем коэффициент заполнения аппарата равным 0,8 [12].
Тогда объем аппарата будет равен />.
Из каталога выбираем аппарат с характеристиками [13]:
аппарат вертикальный
Рабочая температура 10-1000
Номинальный объем — />;
Dобечайки — /> (внутренний);
Нобечайки — />;
Основной материал — сталь 08Х22Н10Т
Площадь поверхности теплообмена:
рубашки — />
змеевика — />
В аппарате одна секция змеевиков из труб Ж 57 мм с числом витков в секции 12. Шаг витка равен 2d трубы.
Рассчитаем поверхность, необходимую для отвода тепла реакционноймассы. Для этого примем, что рассол (23,8% раствор хлорида кальция), поступающаяв рубашку, нагревается с — 20/>до — 10/>. Реакционной массы при этом охлаждаетсяс 60/>до 20/>.
/>
Следовательно, требуемая площадь для отвода тепла составляет:
/>
Так как площадь теплообмена рубашки составляет по каталогу />, то для теплоотводатребуется использовать две секции змеевиков.
Рассчитаем время прилива воды. Время прилива может быть рассчитанопо формуле [12]:
/>
/>
Рассчитаем объем мерника суспензии ДНБК, загружаемой в реакторразбавления:
/>
Рассчитаем объем хранилища маточника отработанной кислотной смеси.Плотность маточного раствора рассчитывается как аддитивная величина (с учетом промывнойводы):
/>
/>
/>
Примем коэффициент заполнения равным 0,9; тогда объем хранилищабудет равен:
/>Рассчитаем необходимую площадь поверхности фильтрации:
Плотность ДНБК рассчитывается как аддитивная величина:
/>
/>
Следовательно, объем ДНБК равен:
/>
Зададим высоту слоя ДНБК на фильтре равной 15см, тогда требуемаяплощадь поверхности составит:
/>
Из каталога выбираем вакуум-фильтр емкостной под давлением с
характеристиками [16]:
Площадь поверхности фильтрации — />;
D — />; Н — />;
Основной материал — сталь 12Х18Н10ТРасчет перемешивающего устройстваразбавителя
Вязкость и плотность раствора ДНБК определим как аддитивные величины.
/>
/>
/>
/>
Диаметр перемешивающего устройства:
/>, />
Примем скорость вращения мешалки [12]: />м/с
Следовательно, число оборотов мешалки:
/>, /> оборот/сек
Определим значение критерия Рейнольдса:
/>, />
По [12] выбираем пропеллерную трехлопастную мешалку.
Определим критерий мощности: />, где /> и /> - постоянные величины (определяютсяпо таблице [12]):
/>
Рассчитаем величину мощности:
/>
/> кВт
Определяем мощность мешалки в пусковой момент:
/> кВт
Установочная мощность:
/>
/> кВт
где 0,95 — КПД электродвигателя, 1,2-запас мощности электродвигателя[12].
Проверим следующее условие [12]:
/>
/>,
следовательно, мешалка данного типа подходит.
Выбираем привод мощностью 1,5кВт; мотор редуктор типа МПО2 иэлектродвигатель типа АИ [15].
3-я стадия — пропарка и фильтрация
Определим суточные объемы, загружаемых в реактор компонентови их сумму, учитывая, что сконденсировавшийся пар переходит в равное по массе количествоводы: (плотность воды — 1000 />, /> - 1830 />, /> - 1900/>) [11].
Плотность ДНБК рассчитывается как аддитивная величина:
/>
/>
Следовательно, объем аппарата равен:
/>
Для пропарки примем коэффициент заполнения равным 0,7 [12].
Тогда />.
Из каталога выбираем аппарат с характеристиками [13]:
аппарат вертикальный
Рабочая температура 10-1000
Номинальный объем — />;
Dобечайки — /> (внутренний);
Нобечайки — />;
Основной материал — сталь 08Х22Н10Т
Площадь поверхности теплообмена:
рубашки — />
змеевика — />
Рассчитаем поверхность, необходимую для отвода тепла реакционноймассы. Для этого примем, что рассол (23,8% раствор хлорида кальция), поступающаяв рубашку, нагревается с — 20/>до — 5/>. Реакционной массы при этом охлаждаетсяс 100/>до 20/>.
/>
Следовательно, требуемая площадь нагрева составляет:
/>
Так как площадь теплообмена рубашки составляет по каталогу />, то для теплоотводаплощади поверхности рубашки вполне достаточно.
Рассчитаем объем хранилища маточника реакционной смеси.
Плотность маточного раствора рассчитывается как аддитивнаявеличина (с учетом промывной воды):
/>
/>
/>
Примем коэффициент заполнения равным 0,9; тогда объем хранилищабудет равен:
/>Рассчитаем необходимую площадь поверхности фильтрации:
Плотность ДНБК рассчитывается как аддитивная величина:
/>
/>
Следовательно, объем ДНБК равен:
/>
Зададим высоту слоя ДНБК на фильтре равной 15см, тогда требуемаяплощадь поверхности составит:
/>
Из каталога выбираем вакуум-фильтр емкостной с характеристиками[16]:
Площадь поверхности фильтрации — />;
D — />; Н — />;
Основной материал — сталь 12Х18Н10ТРасчет перемешивающего устройствапропаривателя
Вязкость и плотность раствора ДНБК определим как аддитивные величины.
/>
/>
/>
/>
Диаметр перемешивающего устройства:
/>
/>
Примем скорость вращения мешалки [12]: />м/с
Следовательно, число оборотов мешалки:
/>
/> оборот/сек
Определим значение критерия Рейнольдса:
/>, />
По [12] выбираем пропеллерную трехлопастную мешалку.
Определим критерий мощности: />, где /> и /> - постоянные величины (определяютсяпо таблице [12]):
/>
Рассчитаем величину мощности:
/>
/> кВт
Определяем мощность мешалки в пусковой момент:
/> кВт
Установочная мощность:
/>
/> кВт
где 0,95 — КПД электродвигателя, 1,2-запас мощности электродвигателя[12].
Проверим следующее условие [12]:
/>, />,
следовательно, мешалка данного типа подходит.
Выбираем привод мощностью 1,0кВт; мотор редуктор типа МПО2 иэлектродвигатель типа АИ [15].
Рассчитаем производительность насоса для подачи маточного растворана разбавление [12]:
/>
/>
Время подачи маточника составляет 3600с, тогда
/>
Выбираем насос марки Х2/25, производительностью />. Тип электродвигателяАОЛ-12-2, мощностью 1,1кВт.
4-я стадия — кристаллизация и фильтрация
Определим суточные объемы, загружаемых в реактор компонентови их сумму: (плотность воды — 1000 />, /> - 1900/>,/> — 894,5/>) [11].
Плотность ДНБК рассчитывается как аддитивная величина:
/>
/>
Следовательно, объем аппарата равен:
/>
Для стадии кристаллизации примем коэффициент заполнения равным0,7 [12].
Тогда />.
Из каталога выбираем аппарат с характеристиками [13]:
аппарат вертикальный
Рабочая температура 10-1000
Номинальный объем — />;
Dобечайки — /> (внутренний);
Нобечайки — />;
Основной материал — сталь 08Х22Н10Т
Площадь поверхности теплообмена:
рубашки — />, змеевика — />
Рассчитаем поверхность, необходимую для отвода тепла реакционноймассы. Для этого примем, что рассол (23,8% раствор хлорида кальция), поступающаяв рубашку, нагревается с — 20/>до — 10/>. Реакционной массы при этом охлаждаетсяс 80/>до 20/>.
/>
Следовательно, требуемая площадь нагрева составляет:
/>
Так как площадь теплообмена рубашки составляет по каталогу />, то для теплоотводаплощади поверхности рубашки вполне достаточно.
Рассчитаем объемы мерников компонентов [14]:
/> - объем мерника 50% этилового спирта
/> - объем мерника маточника
Рассчитаем объем хранилища маточника реакционной смеси.
Плотность маточного раствора рассчитывается как аддитивнаявеличина:
/>
/>
/>
Примем коэффициент заполнения равным 0,9; тогда объем хранилищабудет равен:
/>Рассчитаем необходимую площадь поверхности фильтрации:
Плотность ДНБК рассчитывается как аддитивная величина:
/>
/>
Следовательно, объем ДНБК равен:
/>
Зададим высоту слоя ДНБК на фильтре равной 15см, тогда требуемаяплощадь поверхности составит:
/>
Из каталога выбираем вакуум-фильтр емкостной с характеристиками[15]:
Площадь поверхности фильтрации — />;
D — />;
Н — />;
Основной материал — сталь 12Х18Н10Т.
Для улавливания паров этанола, выделяющихся в процессе реакции,используются кожухотрубчатый теплообменник типа со следующими характеристиками[12]:
Наружный диаметр-159мм;
Длина труб — 1м;
Число труб — 13;
Поверхность теплообмена — />;
Основной материал — сталь 08Х22Н10Т.Расчет перемешивающего устройствакристаллизатора
Вязкость и плотность раствора ДНБК определим как аддитивные величины.
/>
/>
/>
/>
Диаметр перемешивающего устройства:
/>
/>
Примем скорость вращения мешалки [12]: />м/с
Следовательно, число оборотов мешалки:
/>
/> оборот/сек
Определим значение критерия Рейнольдса:
/>
/>
По [12] выбираем якорную четырехлопастную мешалку.
Определим критерий мощности: />, где /> и /> - постоянные величины (определяютсяпо таблице [12]):
/>
Рассчитаем величину мощности:
/>
/> кВт
Определяем мощность мешалки в пусковой момент:
/> кВт
Установочная мощность:
/>
/> кВт
где 0,95 — КПД электродвигателя, 1,2-запас мощности электродвигателя[12].
Проверим следующее условие [12]:
/>, />,
следовательно, мешалка данного типа подходит.
Выбираем привод мощностью 1,0кВт; мотор редуктор типа МПО2 иэлектродвигатель типа АИ [15].
/>/>/>/>/>/>4. Основное оборудование\
Вертикальные аппараты с рубашкой и перемешивающими устройствами,разъемные с эллиптическими днищами.
Материал аппаратов: 12Х18Н10Т [13].
Таблица №25
/>/>/>/>/>Основное оборудование [13]№ Аппарат
Объем требуем.,
м3
Объем
станд., м3
Поверхность теплообмена, м2 Технологическая характеристика 1 Р1 0,66 1,0
Рубашка: 4,4
Змеевик: 3,2 D = 1,0 м, H = 3,66 м 2 Р2 2,1 3,2
Рубашка: 13,0
Змеевик: 8,6 D = 1,6 м, H = 5,0 м 3 Р3 0,70 1,0 Рубашка: 4,4 D = 1,0 м, H = 3,66 м 4 Р4 0,5 1,0 Рубашка: 4,4 D = 1,0 м, H = 3,66 м 5 Р5 0,5 1,0 Рубашка: 4,4 D = 1,0 м, H = 3,66 м
D — диаметр аппарата, м; H — высота аппарата, м.
Вспомогательное оборудование [14]
Объемы мерников рассчитываются аналогично объемам аппаратов(см. Расчет объема реактора для одной операции.).
Материал мерников кислот — 06ХН28МДТ [18].
Выбор мерников
Таблица № 26
Стандартный ряд для мерников (М/>)
Dst, м 0,3 0,5 0,7 0,8 1,0 1,2
hst, м 0,5 0,8 0,9 1,0 1,5 1,8
Vst, м3 0,071 0,157 0,385 0,502 0,785 1,130
Таблица № 27
Стандартный ряд для мерников кислот и щелочей(М/>)
Dst, м 0,15 0,2 0,3 0,6
hst, м 0,2 0,3 0,5 0,8
Vst, м3/> 0,0353 0,094 0,22 0,25
Таблица №28
/>/>/>/>/>Вспомогательное оборудованиеМерник
Объем треб., м3
Объем станд., м3 Технологическое назначение М1 0,2 0,22 Мерник 20% олеума М2 0,2 0,22 Мерник 98% азотной кислоты М3 0,05 0,071 Мерник БК М4 0,30 0,385 Мерник ДНБК М5 0,31 0,385 Мерник этанола М6 0,08 0,094 Мерник маточного раствора Д1-Д2 1,0 D = 0,16 м, H = 1,0 м Емкость Объем, м3 Технологическое назначение Е1 20,0 Для хранения 20% олеума Е2 20,0 Для хранения 98% азотной кислоты Е3 4,0 Аварийная емкость Е4 1,0 Промежуточная емкость Е5 1,9 Для сбора маточника на стадии разбавления Е6 0,5 Для сбора маточника на стадии пропарки Е7 0,3 Для хранения этанола Е8 0,3 Для сбора маточника на стадии кристаллизации Аппарат Марка Технологическое назначение ВФ1 ЕДМ 3,2 Фильтровывание и промывка ДНБК ВФ2 ЕДМ 1,5 Фильтровывание и промывка ДНБК ВФ3 ЕДМ 1,5 Фильтровывание и промывка ДНБК Аппарат Марка Технологическое назначение ЦН1 Х20/18 Для подачи азотной кислоты ЦН2 Х2/25 Для подачи маточного раствора
Выбор теплообменной аппаратуры для улавливания паров этанола[12]:
Основной материал — сталь 08Х22Н10Т
Выбор емкостей для сырья и для отходов производства [14]:
Материал для емкостей для хранения конц кислот: 12Х18Н10Т с футеровкой,для кислот конц.
Выбор вакуум — фильтров [16]:
Основной материал — сталь 08Х22Н10Т
Выбор насосов [12]:
/>/>/>/>/>/>5. Строительная частьГенеральный план
Строительство цеха намечено в Ленинградской области. Рельеф участка,занимаемого цехом — равнинный. Грунт, являющийся основанием для зданий и сооружений,представляет собой суглинок мощностью более 5метров. Грунтовые воды находятся наглубине восьми метров от поверхности земли. Допускаемое давление на указанный грунтпринимается, в соответствии с нормами и техническими условиями, равным />.
Глубина промерзания грунта — 2,4м.
На территории предприятия размещены производственный цех, складготовой продукции, склад сырья, ремонтный цех, здание заводоуправления, пожарныйводоем.
На проектируемом объекте предусмотрены подъездные пути в видеавтомобильных дорог. Предусмотрена обводная автомобильная дорога, сквозные проездымежду зданиями на территории предприятия. Ширина дорог — 7м. Внутри заводские перевозкиосуществляются автопогрузчиком и внутризаводским автотранспортом.
При проектировании производственного объекта учтены пожарныетребования, требования ГО и санитарно-гигиенические нормы.
Учтена возможность дальнейшего расширения производства. При проектированиипредполагается возможная меньшая площадь участка.
Объемно-планировочное решение
Объемно-планировочное решение здания продиктовано требованиямитехнологического процесса и габаритами оборудования. Производственное оборудованиеразмещено с учетом удобства его эксплуатации и ремонта.
Производственное помещение по степени взрывопожаростойкости относитсяк категории А. Проектируемое здание одноэтажное, имеет в плане прямоугольную форму,длиной 24м, шириной 9м, состоит из основного производственного здания для получения3,5-динитробензойно кислоты. Производственный цех (основное здание) имеет пролет9,6м, ширину 9м с шагом колонн 6м. Внутри производственного цеха расположена однамонтажная площадка.
Здание имеет лестничную клетку, обслуживающую второй этаж бытовыхпомещений и лабораторию. Здание имеет несколько аварийных выходов.
В здании имеется электрощитовая, КИП, приточная ветиляция.
Конструктивное решение
Основное производственное здание одноэтажное, каркасного типа.Фундаменты под колонны железобетонные, сборные. Колонны устанавливаются в фундаментстаканного типа с глубиной заложения подошвы 1,8м.
Стены здания панельные, толщина стен 300м, кровля железобетоннаяодноскатная. Имеет покрытие из железобетонных плит размером 3×6 м. Утеплениепокрытия осуществляется укладкой пенобетона [17].
Остекление двойное. Отделочные работы: внутри все стены окрашеныв светлые тона.
Санитарно-техническое оборудование
Отопление воздушное, совмещенное с приточно-вытяжной вентиляцией.Здание оборудовано производственным, противопожарным и хозяйственным водопроводомс питанием от коммунальной сети. Спуск бытовых сточных вод производится в канализациюс предварительной очисткой стоков [17].
6. Автоматизация и автоматизированные системы управлениятехнологическим процессом (АСУ ТП)Обоснование необходимости контроля, регулирования исигнализации
Необходимыми условиями нормальной работы технологической установкиявляются:
постоянство загрузки кислотной смеси
постоянство состава реакционной массы
поддержание заданной влажности полупродуктов
поддержание температурного режима работы
нормальная работа приборов КИПиА
нормальное снабжение установки водой и электроэнергией
Необходимость автоматизации данного блока определяется следующимипараметрами:
улавливание нитрозных газов осуществляется под вакуумом, контрольза которым является одной из задач автоматизации. Потеря контроля за давлением можетповлечь за собой несоблюдение режима процесса и как следствие меньший выход и качествопродукта.
процесс так же протекает при сравнительно повышенных температурах.Поэтому следующей задачей автоматизации является регистрация и контроль температуры.
регулирование влажности полупродукта важно для наиболее полноговыхода конечного продукта.
При неравномерной подачи тех или иных потоков в реактор происходитнарушение нормальной работы, что может привести к аварийной ситуации.
Описание схемы автоматизации
Сама схема автоматизации приведена на чертеже (формат А2)
Работа системы начинается с включения КЭП. Сначала КЭП подаетсигнал и одновременно открываются клапаны 6-9, 7-9 и в реактор Р1 начинается подачаисходных реагентов: олеума и азотной кислоты соответственно (рис.1). Затем КЭП подаетсигнал на мотор-редуктор перемешивающего устройства (клапан 5).
При подаче исходного сырья на входе в реактор Р1 в качестве первичногоприбора применяется камерная диафрагма ДК-0,6 (6-1), установленная на линии подачисырья в реактор Р1. С диафрагмы электрический выходной сигнал поступает в измерительныйпреобразователь разности давлений Сапфир-22ДД (6-2). Этот сигнал принимает регистрирующийприбор КСУ-3 (6-4) и прибор регулирования Р27.3 (6-5), совмещенный с ручным задатчикомРЗД — 22 (6-6), установленным на щите. Прибор контроля вырабатывает регулирующеевоздействие, подаваемое на блок ручного управления БРУ-42 (поз.6-7), которое затемподается на бесконтактный пускатель ПБР-2М (поз.6-8), который воздействует на клапан15нж985нж поз (6-9).
Затем КЭП открывает клапан 3 (рис.1) и происходит нагрев смеси.Поддержание температуры в заданных пределах осуществляет первичный преобразовательтемпературы — термопреобразователь сопротивления ТСП-8032 (поз.9-1), сигнал с которогопоступает на нормирующий преобразователь Ш-78 (поз.9-2), который преобразует сопротивлениев унифицированный токовый сигнал (0-5 мА). Этот сигнал принимает регистрирующийи показывающий прибор КСУ-3 (поз.9-3), установленный на щите. Прибор вырабатываетрегулирующее воздействие, подаваемое на блок ручного управления БРУ-42 (поз.9-6),которое затем подается на бесконтактный пускатель ПБР-2М (поз.9-7), который воздействуетна аварийный клапан 15нж985нж (поз.9-8).
Увеличение давления в вакуум линии, приводит к уменьшению интенсивностиотвода выделяющихся газов. Давлениетрубопроводе определяется измерительнымприбором Сапфир-22-ДИ-EX (поз.10-1), выходной сигнал с которого(0-5 мА) поступает на блок передачи сигнала (поз.10-2), а затем на регистрирующийи сигнализирующий прибор КСУ-1 (поз.10-3), при этом загорается лампочка HL2.
Регулирование концентрации серной кислоты в реакторе Р2 осуществляетсяизменением расхода воды, подаваемой в аппарат на разбавление (клапан 6). Чувствительнымэлементом служит прибор ДМ-5М (12-1). Преобразователь типа П-201 (12-2) обеспечиваетнепрерывное преобразование ЭДС чувствительного элемента в унифицированный электрическийсигнал (0-5мА). Этот сигнал принимает регистрирующий и сигнализирующий прибор КСУ-3(12-3) и прибор регулирования Р27.3 (12-4), совмещенный с ручным задатчиком РЗД-22(12-5), установленные на щите. Прибор контроля вырабатывает регулирующее воздействие,подаваемое на блок ручного управления БРУ-42 (поз.12-6), которое затем подаетсяна бесконтактный пускатель ПБР-2М (поз.12-7), который воздействует на клапан 15нж985нж(12-8).
Поддержание требуемого уровня жидкости в реакторе осуществляетсяизменением расхода пара (клапан 9), конденсирующегося в аппарате. Регулирующий клапанустановлен на линии подачи пара. Уровнемер буйковый электрический УБ-Э (15-1) обеспечиваетнепрерывное преобразование значения уровня жидкости в аппарате в унифицированныйэлектрический сигнал (0-5мА). Этот сигнал принимает регистрирующий и сигнализирующийприбор КСУ-3 (15-2) и прибор регулирования Р27.3 (15-3), совмещенный с ручным задатчикомРЗД-22 (15-4), установленные на щите. Прибор контроля вырабатывает регулирующеевоздействие, подаваемое на блок ручного управления БРУ-42 (поз.15-5), которое затемподается на бесконтактный пускатель ПБР-2М (поз.15-6), который воздействует на клапан15нж985нж (15-7).
При достижении температуры отметки в 65ºС (КЭП открываетклапан 4) первичный преобразователь температуры — термопреобразователь сопротивленияТСП-8032 (поз.8-1), поступает на нормирующий преобразователь Ш-78 (поз.8-2), которыйпреобразует сопротивление в унифицированный токовый сигнал (0-5 мА). Этот сигналпринимает регистрирующий и показывающий прибор КСУ-3 (поз.8-3), установленный нащите, который затем подается на бесконтактный пускатель ПБР-2М (поз.8-4), которыйвоздействует на запорный клапан 15нж985нж (поз.8-5).
Спецификация на оборудованиеПозиция Наименование и техническая характеристика оборудования и материалов, завод изготовитель Тип, марка оборудования Кол-во шт.
Регулирование расхода азотной кислоты;
F= 1090,5 кг/ч и олеума F= 1110,6 кг/ч
6-1
7-1 Диафрагма камерная. Условное давление 0,6 МПа. Диаметр условного прохода 200 мм. Материал диска Ст.12Х18Н10Т. «Теплоприбор», г. Рязань ДК-6 1
6-2
7-2 Преобразователь измерительный разности давлений. Предел измерения 0,63 МПа, основная погрешность 0,5 %. Выходной сигнал (0-5мА). ПО «Манометр», Москва. Сапфир-22ДД-2450 1
6-3
7-3
Блок извлечения корня. Входной сигнал 0…5мА. Выходной сигнал 0-5мА.
ПО ”Геофизприбор”, г. Ивано-Франковск БИК-1 1
6-4
7-4
Миллиамперметр самопишущий одноканальный. Входной сигнал 0-5 мА. Выходной сигнал 0-5мА.
Завод «Львовприбор».
КСУ-3
мод.1040Т 1
6-5
7-5
Блок регулирующий аналоговый с импульсным выходным сигналом. Входной сигнал 0-5мА. Выходной сигнал 0-10 В постоянного тока.
МЗТА, Москва Р27.3 1
7-6
7-6 Задатчик ручной. Входной сигнал 0-5мА. Выходной сигнал 0-5мА. Завод тепловой автоматики. г. Москва РЗД-22 1
6-7
7-7 Блок ручного управления. Входной сигнал 0-10 В. Выходной сигнал импульсный 24 В постоянного тока. ПО «Электроприбор» г. Чебоксары. БРУ-42 1
6-8
7-8
Бесконтактный пускатель реверсивный. Входной сигнал импульсный 24В постоянного тока.
ПО «Электроприбор» г. Чебоксары. ПБР-2М 1
6-9
7-9
Клапан регулирующий, dy=200 мм. t до 425 0С.
ПО «Пензтяжпромарматура». 15нж985нж 1 Изм. № докум. Подп. Дата ДП.221. А4.01 Работал Тарасенко Проверил. Чистяков спецификация на приборы и средства автоматизации Стадия Лист Листов Н. контр. 1 5 Утв.
СПбГТИ (ТУ)
Группа 221 Позиция Наименование и техническая характеристика оборудования и материалов, завод изготовитель Тип, марка оборудования Кол-во шт.
Регулирование аварийной температуры Т; Т=65оС 8-1 Термопреобразователь сопротивления платиновый, пределы измерения 0-200°С. Инерционность 7 сек. Материал Ст.08Х18Н10Т. Луцкий приборостроительный з-д ТСП-8032 1 8-2
Преобразователь нормирующий. Основная погрешность 0,4-1%. Выходной сигнал 0-5 мА.
ПО «Микроприбор», г. Львов Ш-78 1 8-3
Миллиамперметр самопишущий многоканальный. Входной сигнал 0-5 мА. Выходной сигнал 0-5мА.
Завод «Львовприбор».
КСУ-3
мод.1041Т 1 8-4 Блок ручного управления. Входной сигнал 0-10 В. Выходной сигнал импульсный 24 В постоянного тока. ПО «Электроприбор» г. Чебоксары. БРУ-42 1 8-5
Бесконтактный пускатель реверсивный. Входной сигнал импульсный 24В постоянного тока.
ПО «Электроприбор» г. Чебоксары. ПБР-2М 1 8-6
Клапан запорный, dy=50 мм. t=5-150 0С.
Семеновский арматурный завод. 15нж985нж 1 Контроль температуры в аппарате T; T= 60 ◦С
9-1
13-1
Термопреобразователь сопротивления медный, пределы измерения — 50-200°С. Инерционность 40 сек. Материал Ст.08Х13.
Луцкий приборостроительный з-д ТСП-8054 1
9-2
13-2
Преобразователь нормирующий. Основная погрешность 0,4-1%. Выходной сигнал 0-5 мА.
ПО «Микроприбор», г. Львов Ш-78 1
9-3
13-3
Миллиамперметр самопишущий одноканальный. Входной сигнал 0-5 мА. Выходной сигнал 0-5мА.
Завод «Львовприбор».
КСУ-3
мод.1040Т 1 ДП.221. А4.02 Лист 2 Изм Лист № докум. Подп. Дата /> /> /> /> /> /> /> /> /> Позиция Наименование и техническая характеристика оборудования и материалов, завод изготовитель Тип, марка оборудования Кол-во шт.
9-4
13-4
Блок регулирующий аналоговый с импульсным выходным сигналом. Входной сигнал 0-5мА. Выходной сигнал 0-10 В постоянного тока.
МЗТА, Москва Р27.3 1
9-5
13-5
Задатчик ручной. Входной сигнал 0-5мА. Выходной сигнал 0-5мА.
Завод тепловой автоматики. г. Москва. РЗД-22 1
9-6
13-6 Блок ручного управления. Входной сигнал 0-10 В. Выходной сигнал импульсный 24 В постоянного тока. ПО «Электроприбор» г. Чебоксары. БРУ-42 1
9-7
13-7
Бесконтактный пускатель реверсивный. Входной сигнал импульсный 24В постоянного тока.
ПО «Электроприбор» г. Чебоксары. ПБР-2М 1
9-8
13-8
Клапан регулирующий, dy=50 мм. t=5-150 0С.
Семеновский арматурный завод. 15нж985нж 1 Контроль давления в трубопроводе; Р=0.06 МПа
10-1
11-1
14-1
Преобразователь измерительный избыточного давления. Предел измерения 0,4 Мпа. Выходной сигнал 0-5 мА. Основная погрешность — +0,5%.
ПО «Манометр», г. Москва
Сапфир-22ДИ-ЕХ,
мод.2150 1
10-2
11-2
14-2
Блок передачи сигнала. Входной сигнал 0-5 мА.
Основная погрешность — +0,5%.
ПО «Манометр», г. Москва БПС-24 1
10-3
11-3
14-3
Миллиамперметр самопишущий одноканальный. Входной сигнал 0-5 мА. Выходной сигнал 0-5мА.
ОЭО ВНПО «Союзавтомашстрой», г. Грозный.
КСУ-1
мод.063 1 Регулирование концентрации серной кислоты в аппарате; C= 20% 12-1
Чувствительный элемент. Длина погружной части 1100мм.
Гомельский завод измерительных приборов ДМ-5М 1 ДП.221. А4.02 Лист 3 Изм Лист № докум. Подп. Дата /> /> /> /> /> /> /> /> /> Позиция Наименование и техническая характеристика оборудования и материалов, завод изготовитель Тип, марка оборудования Кол-во шт. 12-2
Преобразователь ЭДС в унифицированный выходной сигнал постоянного тока. Основная погрешность 1,0 %. Выходной сигнал
(0-5мА).
Гомельский завод измерительных приборов П-201 1 12-3
Миллиамперметр самопишущий одноканальный. Входной сигнал 0-5 мА. Выходной сигнал 0-5мА.
Завод «Львовприбор».
КСУ-3
мод.1040Т 1 12-4
Блок регулирующий аналоговый с импульсным выходным сигналом. Входной сигнал 0-5мА. Выходной сигнал 0-10 В постоянного тока.
МЗТА, Москва Р27.3 1 12-5
Задатчик ручной. Входной сигнал 0-5мА. Выходной сигнал 0-5мА.
Завод тепловой автоматики. г. Москва. РЗД-22 1 12-6 Блок ручного управления. Входной сигнал 0-10 В. Выходной сигнал импульсный 24 В постоянного тока. ПО «Электроприбор» г. Чебоксары. БРУ-42 1 12-7
Бесконтактный пускатель реверсивный. Входной сигнал импульсный 24В постоянного тока.
ПО «Электроприбор» г. Чебоксары. ПБР-2М 1 12-8
Клапан регулирующий, dy=200 мм. t до 425 0С.
ПО «Пензтяжпромарматура». 15нж985нж 1
Регулирование уровня жидкости низа колонны;
L= 1,8м 15-1
Уровнемер буйковый электрический. Пределы измерения 0,02-16 м. Основная погрешность 1,0%.
Выходной сигнал 0-5мА.
«Теплоприбор», г. Рязань УБ-Э 1 ДП.221. А4.03 Лист 4 Изм Лист № докум. Подп. Дата /> /> /> /> /> /> /> /> /> Позиция Наименование и техническая характеристика оборудования и материалов, завод изготовитель Тип, марка оборудования Кол-во шт. 15-2
Миллиамперметр самопишущий одноканальный. Входной сигнал 0-5 мА. Выходной сигнал 0-5мА.
Завод «Львовприбор».
КСУ-3
мод.1040Т 1 15-3
Блок регулирующий аналоговый с импульсным выходным сигналом. Входной сигнал 0-5мА. Выходной сигнал 0-10 В постоянного тока.
МЗТА, Москва Р27.3 1 15-4
Задатчик ручной. Входной сигнал 0-5мА. Выходной сигнал 0-5мА.
Завод тепловой автоматики. г. Москва. РЗД-22 1 15-5 Блок ручного управления. Входной сигнал 0-10 В. Выходной сигнал импульсный 24 В постоянного тока. ПО «Электроприбор» г. Чебоксары. БРУ-42 1 15-6
Бесконтактный пускатель реверсивный. Входной сигнал импульсный 24В постоянного тока.
ПО «Электроприбор» г. Чебоксары. ПБР-2М 1 15-7
Клапан регулирующий, dy=200 мм. t до 425 0С.
ПО «Пензтяжпромарматура». 15нж985нж 1 ДП.221. А4.04 Лист 5 Изм Лист № докум. Подп. Дата /> /> /> /> /> /> /> /> />
7. Стандартизация
Дипломный проект выполнен по СТП 2.605.0.17-85 Виды учебный дипломныйпроект, работа, работа-проект. Общие требования. — СПбГТИ (ТУ), 1997. — 20с.
Таблица №30
/>/>/>/>/>Исходное сырье№ Наименование Нормативный документ 1 20% Олеум ГОСТ 2184-77 2 98% Азотная кислота ГОСТ 4461-77 3 Бензойная кислота ГОСТ 10521-78 4 Этиловый спирт ГОСТ 5962-67
Оснащение необходимыми техническими средствами автоматизациивелась на основе действующих стандартов ГОСТ 21.404-85.
Раздел охраны и безопасности труда оформлялся с учетом следующихнормативных документов:
ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы.Классификация.
ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требованияк воздуху рабочей зоны.
ГОСТ 12.3.002-75 ССБТ. Процессы производственные. Общие требованиябезопасности.
ГОСТ 12.2.003-91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требованиябезопасности.
ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.
ГОСТ 12.1.029-90 ССБТ. Средства и методы защиты от шума. Классификация.
ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования.
НПБ 105-03 Определение категорий помещений, зданий и наружныхустановок по взрывопожарной и пожарной опасности.
Правила устройства электроустановок. — М.: ГлавгосэнергонадзорРоссии, 1998. — 607 с.
СНиП 2.09.04-87 Административные и бытовые здания. Нормы проектирования.- М.: Стройиздат, 1987.
СН 305-77 Инструкция по проектированию и устройству молниезащитызданий и сооружений.
СНиП 21-01-97 Пожарная безопасность зданий и сооружений.
НПБ 104-95 Системы оповещения людей о пожаре в зданиях и сооружениях.
НПБ 110-95 Перечень объектов, подлежащих защите автоматическимиустановками пожаротушения.
СНиП 31-03-2001 Производственные здания промышленных предприятий.Нормы проектирования. — M.: Стройиздат, 2002.
СНиП 2.04.05-91 Отопление, вентиляция и кондиционирование.
СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение производственныхпомещений. Нормы проектирования.
При выполнении графической части дипломного проекта были использованыследующие стандарты ЕСКД:
ГОСТ 2.104-68 ЕСКД. Основные надписи.
ГОСТ 2.108-64 ЕСКД. Спецификация.
ГОСТ 2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам.
ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы.
ГОСТ 2.308-68 ЕСКД. Линии.
ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные.
ГОСТ 2.316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, техническихтребований и таблиц.
При выполнении строительной части дипломного проекта были использованыследующие стандарты:
ГОСТ 21.301-78 СПДС. Основные требования к рабочим чертежам.
ГОСТ 21.108-78 СПДС. Условные графические изображения, обозначенияна чертежах генеральных планов и транспорта.
ГОСТ 21.110-82 СПДС. Спецификация оборудования.
ГОСТ 21.105-79 СПДС. Нанесение на чертежах размеров, надписейтехнических требований и таблиц.
Список использованной литературы оформлялся по ГОСТ 7.1-84 Системастандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическоеописание документов. Общие требования и правила составления.
8. Охрана труда и окружающей среды
Опасные и вредные производственные факторы, свойственныепроцессу получения динитробензойной кислоты
Опасные и вредные производственные факторы разделяются по природедействия на следующие группы [18]:
физические;
химические;
биологические;
психофизиологические.
Группа физически опасных и вредных производственных фактороввключает такие опасные и вредные моменты производства, как движущиеся машины и механизмыили их элементы, передвигающиеся изделия, заготовки, материалы, разрушающиеся конструкции;повышенные уровни шума, вибрации, ультразвука, ионизирующих излучений, статическогоэлектричества, электромагнитного излучения; неудовлетворительное освещение, повышенноенапряжение в электрической цепи.
Группа химически опасных и вредных производственных факторовобязана вредному воздействию на организм человека различного сырья полупродуктови отходов производства.
Биологические опасные и вредные производственные факторы включаютв себя патогенные микроорганизмы (вирусы, бактерии, грибы, простейшие и др.) и продуктыих жизнедеятельности, а также макроорганизмы (растения и животные).
Психофизиологические опасные и вредные производственные факторыпо характеру действия подразделяются на физические (статические и динамические)и нервно-психические нагрузки (умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов,монотонность труда), эмоциональные перегрузки.
Сведения о химически опасных и вредных производственных факторахпредставляются в таблице 1. Для составления таблицы воспользуемся ГОСТом [19] исправочниками [20], [21].