Содержание
Ведение
1. Анализ состояния вопроса и обоснование актуальноститемы
1.1 Обзор существующих методовдеминерализации и выбор типа установки для получения обессоленной воды
1.2 Выбор типа выпарной установки и ихклассификация
1.3 Анализ действующей схемы получениядеминерализованной воды на АО “Акрон” и возможностей применения схемы садиабатной выпарной установкой
1.4 Выбор схемы установки
2. Расчёт адиабатной выпарной установки
2.1 Выбор эжектора
2.2 Основные характеристики проектируемойадиабатной выпарной установки
2.3 Тепловой расчёт
2.4 Расчёт количества используемого пара
2.5 Расчёт сепарационного устройства инахождение ожидаемого качества дистиллята
2.6 Очистка воды от растворённых газов
3. Конструкторский расчёт
3.1 Расчёт регенеративных конденсаторов
3.2 Выбор и расчёт переточных устройств ивысоты уровней жидкости в камерах испарения
3.3 Компоновка и основные размеры установки
3.4 Расчёт основных параметровпароструйного эжектора
3.5 Выбор насосов
4. Электротехническая часть
4.1 Общая характеристика
4.2 Выбор электродвигателей
4.3 Расчёт электрических нагрузок
4.4 Выбор коммутирующей аппаратуры исечения кабелей
4.5 Расчёт токов короткого замыкания
4.6 Проверка выбранного оборудования надействие токов короткого замыкания
4.7 Окончательный выбор коммутирующейаппаратуры, кабелей и проводов
5. Экономическая часть
6. Безопасность жизнедеятельности
7. Экологическая справка
8. Выводы и заключения
Список использованных источников
Приложение А
Введение
Основным направлением экономического и технического развития внастоящее время стал перевод экономики в русло энерго- и ресурсосбережения,включая не только эффективное и рациональное использованиетопливно-энергетических ресурсов, но и максимальное использование вторичныхэнергоресурсов (ВЭР), так как этот путь вдвое–втрое более выгодный, чемдополнительная добыча и транспортировка эквивалентного количества топлива.Вторичные энергетические ресурсы – это энергетический потенциал продукции,отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологическихагрегатах, который не используется в самом агрегате, но может быть частично илиполностью использован для энергоснабжения других.
В свете указанных задач наибольший интерес с точки зрения энерго- иресурсосбережения вызывают предприятия химического комплекса. Они превосходитсредние показатели промышленности (по данным 1985 г.) по энергоёмкости в 3раза. При этом следует учитывать, что в химических отраслях потреблениетопливно-энергетических ресурсов на сырьевые нужды определяется условиямипротекания реакций и ожидать его существенного снижения не следует.
Вместе с тем, располагая крупным энергетическим хозяйством, отраслихимического комплекса ежегодно расходуют около 23% промышленного потреблениятопливно-энергетических ресурсов.
С точки зрения энергопотребления предприятия химической промышленностиимеют ряд признаков определяющих их энергоёмкость:
- органичное включение тепловых процессов в основную технологию;
- значительное количество вторичных энергоресурсов, сочетающихся сэкологическими загрязнителями;
- крупные водоподготовительные комплексы;
- несовершенство тепломассообменного оборудования.
В то же время, потери энергии в отраслях химического комплексасвязаны с технологией её использования.
Вторичные энергоресурсы с высоким температурным потенциалом(жидкости с температурой более 150 оС и газы с температурой более300 оС) в большинстве случаев используются. С их помощьюпроизводится пар в котлах-утилизаторах, который направляется либо втехнологический цикл, либо на привод турбомашин. Низкопотенциальные тепловыепотоки используются хуже. Сюда относятся физическая теплота сточных жидкостей,циркулирующих и продукционных потоков, физическая теплота загрязнённогоконденсата и отработанного пара, физическая теплота отходящих газов различныхтехнологических печей и агрегатов. Основная причина относительно низкого уровняпотребления ВЭР – это малая оснащённость технологических агрегатов освоеннымутилизационным оборудованием, отсутствие в ряде случаев технических решений поиспользованию отдельных видов ВЭР (в основном низко потенциальных), неумениенаходить потребителей низко потенциальных ВЭР, малоэффективное применениенового и существующего утилизационного оборудования. Например, на агрегатахаммиака большой единичной мощности в атмосферу выбрасывается теплота паравыхлопа приводных турбин и теплота охлаждения газа в процессе егокомпримирования. Часто низкопотенциальную теплоту несут агрессивные,загрязнённые жидкости и запылённые газы, а её отвод в традиционныхтеплообменниках затруднён. В целом на предприятиях химического комплекса количествонеиспользуемых вторичных энергоресурсов в 1985 году достигало 20 – 25 млн. т.условного топлива (или 580 – 730 млн. ГДж).
С другой стороны важное значение имеет проблема рациональногоиспользования водных ресурсов. Острота этой проблемы для предприятийхимического комплекса обусловлена не только необходимостью обезвреживаниябольшого количества минерализованных сточных вод и создания малоотходныхэнерготехнологических циклов с замкнутыми системами водопользования, но и ссозданием крупных водоподготовительных комплексов для получениядеминерализованных вод. Деминерализованная вода используется в энергетике ипромышленности для питания парогенераторов, в различных технологических циклах,умягчённая вода (лишённая солей жесткости) применяется для подпитки теплосетейи водооборотных циклов.
Получениедеминерализованных вод может осуществляться на основе любых известных методовдеминерализации: физико-химических (электродиализ, обратный осмос, ионный обмени др.), холодильных (вымораживание на теплопередающей поверхности, подвакуумом, контактное вторичными хладоагентами, кристаллогидратный) идистилляционных.
В настоящее время обессоленную воду на большинстве крупныхпредприятий получают с применением метода ионного обмена в специальныхионообменных фильтрах из поверхностных вод, затрачивая при этом большиеколичества дорогостоящих ионообменных смол и реагентов.
Однако дистилляция, являясь наиболее надёжным и распространённымметодом деминерализации, может сегодня рассматриваться как наиболее перспективныйспособ для получения обессоленной воды. Это объясняется простотойконструктивных решений, высокой производительностью, приемлемой себестоимостьюполучаемой воды.
Современные дистилляционные опреснительные установки можноразделить на следующие типы: испарительные; мгновенного вскипания (адиабатные);с плёночными аппаратами; с промежуточным теплоносителем; с кипением впсевдоожиженном слое
В аппаратах всех указанных типов можно получать дистиллят высокогокачества в необходимом количестве. Однако лишь деминерализация в адиабатныхвыпарных установках признана наиболее перспективным методом создания крупныхдеминерализационных установок (с производительностью более 10000 м3/сутки),поскольку характеризуются высокой энергетической эффективностью, повышенной компактностью,хорошими эксплуатационными показателями, возможностью практической реализациибольших мощностей в одной установке, малым накипеобразованием, относительнонизкой себестоимостью получаемого дистиллята.
Рассматривая эти две проблемы в едином ракурсе, возникает вопрос овозможности применения дистилляционных опреснительных установок, работающих навторичных энергоресурсах, для получения деминерализованной воды для нуждпредприятий химической промышленности.
При подготовке к дипломному проекту была проделана работа по поискувозможностей для применения дистилляционной опреснительной установки,работающей по принципу мгновенного вскипания, на АО “Акрон”. В ходеобследования некоторых производств указанного химического предприятия (вчастности “Аммиак-2”, “Аммиак-3”, “Нитроаммофоска”) и имеющегося комплексаподготовки деминерализованной воды (цех “ХВП”) была определёна конкретная цельпроекта – рассмотреть возможность получения обессоленной воды в количестве,необходимом для всего предприятия, в установке мгновенного вскипания,работающей на вторичных низкопотенциальных энергоресурсах. Установка должнаиметь производительность по дистилляту 750 м3/час и обеспечиватькачество воды в соответствии с нормами для получения глубокообессоленной воды(ВГО), имеющимися на предприятии. В качестве источника теплоты предлагаетсяиспользовать низкопотенциальный водяной пар, отработанный в турбинах приводакомпрессоров и насосов производств аммиака.
Основные задачи проекта: определить количество пара необходимое, дляполучения указанного количества деминерализованной воды в адиабатной выпарнойустановке; определить основные параметры установки и процессов; выбратькомпоновку и конструкцию аппаратов, их количество; определить экономическиепоказатели предложенной схемы получения обессоленной воды и целесообразность еёприменения взамен существующей на АО “Акрон”; рассмотреть возможность внедренияустановки в действующее производство.
Основные положения дипломного проекта доложены на четвёртой научнойконференции кафедры промышленной теплоэнергетики.
1. Анализ состояния вопроса и обоснование актуальности темы
1.1 Обзор существующих методов деминерализации и выбор типа установкидля получения обессоленной воды
Получатьдеминерализованную воду в настоящее время можно в установках использующих любойиз известных методов деминерализации. Различают следующие методы:
физико-химические;(электродиализ, обратный осмос, ионный обмен и др.);
холодильные;(вымораживание на теплопередающей поверхности, под вакуумом, контактное вторичнымихладоагентами, кристаллогидратный);
дистилляционные.
Остановимся подробнее на каждом из приведённых методов.
Физико-химические способы обработки воды включают в себя следующиеметоды:
- ионообменный метод;
- опреснение методом гиперфильтрации (обратный осмос);
- электродиализный метод
Ионообменный метод обработки минерализованных вод является насегодняшний день самым распространенным способом получения технической,питательной и подпиточной воды на предприятиях и энергетических комплексах. Оноснован на последовательном осуществлении процессов катионирования ианионирования с использованием зернистых ионообменных материалов. Прикатионировании, содержащиеся в воде катионы заменяются на ионы H+, Na+, или NH4+, а в процессе анионирования, содержащиесяв воде анионы заменяются на ионы OH- или Cl-. Все процессы протекают последовательно вфильтрах, которые разделяются по типу содержащихся в них ионообменных смол накатионитовые (Na-катионитовые и т.д.), анионитовые (OH-анионитовые и т.д.), и фильтры смешанного действия (ФСД);а также на фильтры первой и второй ступени.
При подготовке добавочной воды основных циклов современныхэнергетических комплексов и технологических аппаратов наиболее широкоиспользуется метод обессоливания воды, основанный на последовательномосуществлении процессов H-катионирования и OH-анионирования. В процессе катионирования содержащиеся вводе катионы заменяются на ионы Н+; в процессе ОН-анионированиясодержащиеся в воде анионы заменяются на ионы ОН-. Взаимодействуядруг с другом, ионы H+ и OH-образуют молекулы H2O.Схема H+-OH--ионированияпредставлена на рисунке 1./> />
Рисунок 1 – Принципиальная схема Н-ОН — ионирования
Этот метод в настоящее время применяется для получениядеминерализованной воды на АО “Акрон”. Однако кроме описанной выше схемысуществует множество других, обеспечивающих необходимое качество обрабатываемойводы, которые образуются соединением в определённой последовательности фильтровразличного типа. Кроме того, в схему включают декарбонизатор, обеспечивающийудаление образующейся при обработке углекислоты.
Обессоливание воды методом гиперфильтрации (обратного осмоса)основано на прохождении воды через полупроницаемую мембрану, полностью иличастично задерживающую молекулы или ионы растворенных веществ под действиемдавления, превышающего осмотическое.
Движущая сила обратного осмоса – градиент давления DР:/>
(1.1)
DР = Р – (П1 – П2),
где Р – рабочее давление обрабатываемой воды;
П1 – осмотическое давление обрабатываемой воды;
П2 – осмотическое давление обработанной воды.
Осмотическое давление зависит от концентрации растворенноговещества и его природы.
Применяют мембраны на полимерной (полиамидной) основе. Мембраннаяпленка – это активный поверхностный слой толщиной 0,25 – 0,5 мкм, нанесенный наинертную подложку толщиной 100 – 200 мкм.
Различают несколько видов аппаратов для осуществления процессовгиперфильтрации. На рисунке 2 представлена схема аппарата с ячейкамитубчато-змеевикового типа.
/> />
1 – насос; 2 – пористые трубы; 3 – полупроницаемая мембрана;
4 – гидравлическая турбина; 5 – бак.
Рисунок 2 – Схема аппарата Хавенса для осуществления процессовгиперфильтрации
В рассмотренном аппарате полупроницаемая мембрана уложена навнутреннюю поверхность пористых труб из стеклопластика. Осветлённаяминерализованная вода прокачивается через секции пористых труб насосом,фильтруется через мембрану и стенку пористой трубы, опресняется и собирается всборном баке. Рассол, покидающий аппарат, поступает на гидротурбину, гдедоиспользуется энергия, затрачиваемая на создание начального давления.
Метод электродиализа основан на удалении из воды ионов растворенныхсолей с помощью электрического поля. Вода, содержащая растворённые соли,является электролитом. Растворы электролитов являются проводниками второго рода– в постоянном электрическом поле катионы раствора движутся к катоду, а анионы– к аноду. В переносе электричества также участвуют образующиеся в результатедиссоциации воды ионы Н+ и ОН-. Для предотвращенияпереноса ионов Н+ и ОН-, образующихся в процессе,электрохимический аппарат (электродиализатор) разделяют на отсеки с помощьюспециальных селективных катионо- и анионопроницаемых мембран. В крайних камерахпомещают катод и анод, изготовленные из инертных материалов. При направленномдвижении ионов растворённых солей к электродам катионы, встречая на своём путикатионопроницаемую мембрану, свободно проникают через неё. В то же время дляанионов эти мембраны представляются практически непроницаемыми. Аналогичнопроисходит движение анионов через анионопроницаемую мембрану, препятствующуюодновременно переносу катионов.
Электродиализные аппараты конструируются по типу фильтр-пресса ивключаются в схему опреснительных установок последовательно или параллельно взависимости от условий применения. Эти аппараты состоят из чередующихсяобессоливающих и рассольных камер, образованных прокладками-рамками издиэлектрика и отделённых друг от друга ионитными мембранами. Катод и анодаппарата с изолированными тоководами монтируются в торцевых плитах. Схемаустановки деминерализации с применением электродиализных аппаратов представленана рисунке 3.
/>
1, 2, 3, 4 – электродиализные аппараты; 5 – угольный фильтр;
6 – механические фильтры.
Рисунок 3 — Принципиальная схема установки обессоливания сприменением электродиализных аппаратов
Дистилляция – один из самых эффективных методов переработки,позволяющий получить высокий коэффициент очистки раствора и эффективно сконцентрироватьнелетучие примеси в продувочной воде. Кроме того, это один из наиболее старых ираспространённых способов получения обессоленной воды из минерализованных вод.
При нагревании водных растворов молекул воды вследствие теплового иколебательного движения приобретают энергию, превышающую силы межмолекулярногопритяжения, и выносятся в паровое пространство. Когда давление насыщенного параводы становится равным внешнему давлению, вода начинает кипеть. Ионы и молекулыпримесей воды, находясь в гидратированном состоянии, не имеют такого запасаэнергии и попадают в пар в результате растворимости в нем в весьма маломколичестве.
Существует большое количество типов дистилляционных аппаратов, нарисунке 4 представлена схема наиболее простой одноступенчатой дистилляционнойустановки.
1 /> />
– корпус; 2 – сепаратор; 3 – конденсатор; 4 – насос охлаждающей воды; 5 –нагревательный элемент.
Рисунок 4. — Принципиальная схема одноступенчатого дистилляционногоаппарата
Дистилляционная установка, изображённая на рисунке, состоит изиспарителя включающего нагревательный элемент, в который подводится тепло отвнешнего источника (чаще всего пар) для испарения минерализованной воды, иконденсатора, охлаждаемого солёной водой. Солёная вода, отбирая в конденсаторетепло фазового перехода, нагревается. Часть её идёт на подпитку испарителя, аостальное количество сбрасывается. Образовавшийся при кипении рассола виспарителе пар очищается сепарацией от капельного уноса во встроенномустройстве.
Холодильные методы обессоливания основаны на вымораживании молекулвводы из раствора на теплообменной поверхности, с применением холодильныхустановок. Однако установки, использующие подобные методы обработки воды ненашли широкого применения для получения деминерализованной воды.
Приведём краткие характеристики основных типов установок получениядеминерализованной воды.
Сравнивая имеющиеся характеристики различных методовдеминерализации приходим к выводу, что на сегодняшний день наиболее приемлемымметодом обессоливания воды является дистилляция, как простой ивысокопроизводительный метод. В нашем случае этот метод привлекателен ещё итем, что в выпарных установках можно использовать вторичные энергоресурсы, идеяиспользования которых и является целью дипломного проекта.