Кафедра общей химии и химической технологии магистерская диссертация разработка основного оборудования производства этилена с использованием Wolfram Mathematica
 Скачать 5.53 Mb.
|
|
1 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт физики высоких технологий Направление подготовки Энего- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии Кафедра общей химии и химической технологии МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ Разработка основного оборудования производства этилена с использованием Wolfram Mathematica УДК 661.716.2.04 Студент 4КМ51 Мокшин Павел Владимирович Группа ФИО Подпись Дата Руководитель доцент Балмашнов М.А. к.т.н. Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата КОНСУЛЬТАНТЫ: По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» доцент Криницына З.В. к.т.н. Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата По разделу «Социальная ответственность» доцент Раденков Т.А. Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ: Зав. кафедрой Ан В.В. к.т.н. Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Томск – 2017 г. 2 3 4 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт физики высоких технологий Направление подготовки (специальность) Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии Кафедра общей химии и химической технологии УТВЕРЖДАЮ: Зав. кафедрой _____ ______ Ан В.В. (Подпись) (Дата) (Ф.И.О.) ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационной работы В форме: Дипломного проекта (бакалаврской работы, дипломного проекта/работы, магистерской диссертации) Студенту: Группа ФИО 4КМ51 Мокшину Павлу Владимировичу Тема работы: Разработка основного оборудования производства этилена с использованием Wolfram Mathematica Утверждена приказом директора (дата, номер) №10497/с дата 08.12.16 Срок сдачи студентом выполненной работы: 14.06.17 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ: Исходные данные к работе (наименование объекта исследования или проектирования; производительность или нагрузка; режим работы (непрерывный, периодический, циклический и т. д.); вид сырья или материал изделия; требования к продукту, изделию или процессу; особые требования к особенностям функционирования (эксплуатации) объекта или изделия в плане безопасности эксплуатации, влияния на окружающую среду, энергозатратам; экономический анализ и т. д.). Цех компримирования и разделения пирогаза, ООО «Томскнефтехим» Установка осушки и выделения ЭЭФ. Проектная мощность 300 тыс./год нефти. Режим работы – непрерывный. . Технологические параметры: - температура газа 420 ℃; -рабочее давление 2,8 МПа. 5 Перечень подлежащих исследованию, проектированию и разработке вопросов (аналитический обзор по литературным источникам с целью выяснения достижений мировой науки техники в рассматриваемой области; постановка задачи исследования, проектирования, конструирования; содержание процедуры исследования, проектирования, конструирования; обсуждение результатов выполненной работы; наименование дополнительных разделов, подлежащих разработке; заключение по работе). Реферат Введение 1. Исследование паладиевых катализаторов 2. Расчет реактора гидрирования 2.1 Описание технологической схемы 2.1.Технологический расчет реактора гидрированяи 2.2.Конструктивно-механический расчет реактора гидриования 2.3.Механический расчет трехфазного сепаратора 3.Расчет теплообменного аппарата с плавающей головкой 3.1.Технологический расчет Т/А 3.2 Конструктивно – механический расчет Т/А 4.Социальная ответственность 5.Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение Заключение Список литературы Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей) Лист 1. Технологическая схема. (А1) Лист 2. Реактор гидрирования. Чертеж общего вида. (А0) Лист 3-4. Реактор гидрирования. Выносные эллементы. (А1х2) Лист 5. Теплообменный аппарат. Чертеж общего вида. (А0) Лист 6. Теплообменный аппарат. Выносные элементы. (А1) Консультанты по разделам выпускной квалификационной работы (с указанием разделов) Раздел Консультант Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение к.т.н., доцент Криницына З.В. Социальная ответственность Ассистент кафедры ЭБЖ Раденков Т.А. Конструктивно–механический раздел к.т.н., доцент Беляев В.М. Механо–технологический раздел к.т.н., доцент Семакина О.К. Названия разделов, которые должны быть написаны на русском и иностранном языках: 2. Расчет реактора гидрирования 2.2 Определение расчетных параметров Дата выдачи задания на выполнение выпускной квалификационной работы по линейному графику Задание выдал руководитель: Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент Балмашнов М.А. к.т.н., доцент Задание принял к исполнению студент: Группа ФИО Подпись Дата 4КМ51 Мокшин Павел Владимирович 1 ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА «СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ» Студенту: Группа ФИО 4КМ51 Мокшин Павел Владимирович Исходные данные к разделу «Социальная ответственность»: 1. Описание рабочего места (рабочей зоны, технологического процесса, механического оборудования) на предмет возникновения: - вредных проявлений факторов производственной среды (метеоусловия, вредные вещества, освещение, шумы, вибрации, электромагнитные поля, ионизирующие излучения) - опасных проявлений факторов производственной среды (механической природы, термического характера, электрической, пожарной и взрывной природы) - негативного воздействия на окружающую природную среду (атмосферу, гидросферу, литосферу) - чрезвычайных ситуаций (техногенного, стихийного, экологического и социального характера) Рабочее место расположено на открытом воздухе. Аппараты находятся на улице. Местность не заболоченная, равнинная. Климат умеренный. При ремонте аппаратов могут иметь место вредные и опасные проявления факторов производственной среды для человека. Оказывается негативное воздействие на природу (атмосферу, гидросферу,) Возможно возникновение чрезвычайных ситуаций техногенного, экологического и социального характера 2. Знакомство и отбор законодательных и нормативных документов по теме ГОСТ Р 12.1.019-2009 «Электробезопасность» ГОСТ 12.0.003-74 «Опасные и вредные факторы». ГОСТ 12.1.012-90 «Вибрационная безопасность». ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность». Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке: 1. Анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной среды в следующей последовательности: - физико-химическая природа вредности, её связь с разрабатываемой темой; - действие фактора на организм человека; - приведение допустимых норм с необходимой размерностью (со ссылкой на соответствующий нормативно-технический документ); - предлагаемые средства защиты (сначала коллективной защиты, затем — индивидуальные защитные средства) 1. Метеорологические условия производства – СИЗ (утепленный комплект одежды) 2.Повышенный уровень шума – СИЗ (противошумные наушники, беруши) Институт Физики высоких технологий Кафедра Общей химии и химической технологии Уровень образования Магистр Направление/ специальность Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии 2 2. Анализ выявленных опасных факторов проектируемой произведённой среды в следующей последовательности - механические опасности (источники, средства защиты; - термические опасности (источники, средства защиты); - электробезопасность (вт.ч. статическое электричество, молниезащита - источники, средства защиты); - пожаровзрывобезопасность (причины, профилактические мероприятия, первичные средства пожаротушения) 1.Движущиеся машины и механизмы производственного оборудования (насосы) – сигнальная разметка, плакаты. 3. Взрывоопасность и пожароопасность – первичные средства пожаротушения, ПСиБ. 4.Электрический ток - заземляющие устройства, использование СИЗ. 3. Охрана окружающей среды: - анализ воздействия объекта на атмосферу (выбросы); - анализ воздействия объекта на гидросферу (сбросы); - анализ воздействия объекта на литосферу (отходы); - разработать решения по обеспечению экологической безопасности со ссылками на НТД по охране окружающей среды. При ремонте аппаратов воздействия оказывают как производственные процессы, так и объекты постоянного и временного назначения. Ремонт реактора и теплообменника сопровождается: - загрязнением атмосферного воздуха; - нарушением гидрогеологического режима; 4. Защита в чрезвычайных ситуациях: - перечень возможных ЧС на объекте; - выбор наиболее типичной ЧС; - разработка превентивных мер по предупреждению ЧС; - разработка мер по повышению устойчивости объекта к данной ЧС; - разработка действий в результате возникшей ЧС и мер по ликвидации её последствий. Разрушение реактора вследствие превышения давления – наличие предохранительных клапанов. Разгерметизация оборудования, выброс взрывопожароопасноной среды – наличие датчиков загазованности,системы ПСиБ, установки паровой завесы. 5. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности: - специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны) правовые нормы трудового законодательства; - организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны Согласно трудового законодательства, для работников опасного производственного объекта предусмотрен ежегодный медицинский осмотр с целью выявления и профилактики проф.заболевания. Так же с целью соблюдения техники безопасности проводится ежегодная аттестация по ОТиПБ. Перечень графического материала: Задание выдал консультант: Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Ассистент Раденков Тимофей Александрович Задание принял к исполнению студент: Группа ФИО Подпись Дата 4КМ51 Мокшин Павел Владимирович Дата выдачи задания для раздела по линейному графику 3 ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА «ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ» Студенту: Группа ФИО 4КМ51 Мокшин Павел Владимирович Институт ИПР Кафедра ОХХТ Уровень образования магистр Направление/специальность Энего- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии Исходные данные к разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»: 1. Стоимость ресурсов научного исследования (НИ): материально-технических, энергетических, финансовых, информационных и человеческих Стоимость ПО 28 637 руб.; Размер оклада руководителя проекта 27400 руб.; Размер стипендии дипломника 5000 руб.; 2. Нормы и нормативы расходования ресурсов Число календарных дней в году – 365; Продолжительность выполнения проекта – 24 месяца; Дополнительная заработная плата – 15 % от основной; Накладные расходы - 10% от суммы всех расходов. 3. Используемая система налогообложения, ставки налогов, отчислений, дисконтирования и кредитования Отчисления на социальные нужды во внебюджетные фонды – 27,1 % Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке: 1. Оценка коммерческого и инновационного потенциала НТИ Построение оценочной карты для сравнения конкурентных разработок 2. Разработка устава научно-технического проекта Планирование комплекса работ на создание проекта, построение графика выполнения работ 3. Планирование процесса управления НТИ: структура и график проведения, бюджет, риски и организация закупок Расчет материальных затрат на ПО, заработную плату, дополнительные расходные материалы 4. Определение ресурсной, финансовой, экономической эффективности Расчет интегрального показателя ресурсоэффективности Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей): 1. Карта сегментирования рынка услуг 2. Оценка конкурентоспособности технических решений 3. Диаграмма Исикава 4. Оценка степени готовности научного проекта к коммерциализации 5. Перечень заинтересованных сторон проекта 6. Цели и результаты проекта 7. Рабочая группа проекта 8. Ограничения проекта 9. Сырье, материалы, комплектующие изделия и покупные полуфабрикаты 10. Затраты на спецоборудование для научных работ 11. Расчет основной заработной платы 12. Баланс рабочего времени 13. Схема проектной структуры проекта 4 14. Матрица ответственности 15. Оценка ресурсной, финансовой и экономической эффективности НТИ Дата выдачи задания для раздела по линейному графику Задание выдал консультант: Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент Криницына Зоя Васильевна к.т.н. Задание принял к исполнению студент: Группа ФИО Подпись Дата 4КМ51 Мокшин Павел Владимирович 5 Реферат Выпускная квалификационная работа содержит 171 страницу, 26 рисунков, 44 таблицы, 4 приложения, 6 листов графического материала. Ключевые слова: пиролиз, гидрирование ацетилена, реактор гидрирования, механический расчет, прочность, устойчивость, паладиевый катализатор. Объектом исследования является установка осушки и выделения ЭЭФ производства мономеров ООО «Томскнефтехим». Цель работы – изучение физико-химических свойств паладиевых катализаторов, процесса гидрирования ацетилена в ЭЭФ. Технологический и конструктивно-механические расчеты основного оборудования установки. 1 Оглавление Введение ....................................................................................................................................................................... 3 Глава 1. Исследование эффективности очистки этан-этиленовой фракции процесса пиролиза от ацетиленистых соединений на различных катализаторах. ...................................................................................... 4 1.1 Методы исследования ....................................................................................................................................... 4 1.2 Исследование физико-химических свойств палладийсодержащих катализаторов гидрирования ............ 7 1.3 Влияние СО на процесс селективного гидрирования ацетилена в ЭЭФ ..................................................... 9 1.4 Исследование процесса селективного гидрирования ацетилена ................................................................ 10 в ЭЭФ на палладийсодержащих катализаторах ................................................................................................. 10 Глава 2. Расчет реактора гидрирования ацетилена ................................................................................................ 17 2.1 Описание технологической схемы ................................................................................................................ 17 2.2 Технологический расчет реактора гидрирования ацетилена ...................................................................... 23 2.2.1 Материальный баланс реактора ............................................................................................................. 23 2.2.2 Высота слоя катализатора ....................................................................................................................... 26 2.2.3 Тепловой расчет ....................................................................................................................................... 33 2.2.4 Гидравлический расчет ........................................................................................................................... 37 2.3 Конструктивно - механический расчет реактора гидрирования ацетилена ............................................. 38 2.3.1 Определение расчетных параметров ...................................................................................................... 38 2.3.2 Определение толщины стенки обечайки ............................................................................................... 40 2.3.3 Расчет эллиптических днищ ................................................................................................................... 42 2.3.4 Сопряжение обечайки и днища .............................................................................................................. 43 2.3.5 Укрепление отверстий в обечайке и днищах ........................................................................................ 45 2.3.6 Расчет фланцевых соединений ............................................................................................................... 52 2.3.7 Определение расчетных усилий от ветровых нагрузок ....................................................................... 63 2.3.8 Расчет на прочность и устойчивость ...................................................................................................... 73 2.3.9 Расчет элементов опорного узла ........................................................................................................... 80 2.3.10 Расчет средств защиты реактора гидрирования .................................................................................. 83 Глава 3 Расчет теплообменного аппарата с плавающей головкой ........................................................................ 93 3.1 Технологический расчет теплообменного аппарата ................................................................................... 93 3.1.1 Определение поверхности теплообмена и основных размеров аппарата ........................................... 94 3.1.2 Проверочный расчет выбранного аппарата ........................................................................................... 95 3.1.3 Расчет изоляции и тепловых потерь в окружающую среду ................................................................. 97 3.1.4 Гидравлический расчет аппарата .......................................................................................................... 98 3.2 Конструктивно – механический расчет теплообменного аппарата ............................................................ 99 3.2.1 Определение расчетных параметров ...................................................................................................... 99 3.2.2 Определение толщины стенки обечайки ............................................................................................. 101 3.2.3 Расчет эллиптических днищ ................................................................................................................. 102 2 3.2.4 Укрепление отверстий в обечайке и днищах ...................................................................................... 103 3.2.5 Расчет фланцевого соединения............................................................................................................. 107 3.2.6 Расчет толщины трубной решетки ....................................................................................................... 118 3.2.7 Расчет седловых опор ............................................................................................................................ 120 4.1 Основные опасности производства ............................................................................................................. 132 4.2 Меры безопасности при ведении технологического процесса ................................................................. 137 4.3 Способы обезвреживания и нейтрализации продуктов ............................................................................. 140 производства при розливах и авариях ............................................................................................................... 140 4.4 Возможные накапливания зарядов статического электричества, их опасность и способы нейтрализации ..................................................................................................................................................... 141 4.5 Меры, обеспечивающие надежность охраны водных ресурсов и воздушного бассейна ....................... 143 4.6 Безопасный метод удаления продуктов производства из технологических систем и отдельных видов оборудования ....................................................................................................................................................... 144 4.7 Основные потенциальные опасности применяемого оборудования и трубопроводов ......................... 145 4.8 Требования безопасности при складировании и хранении ....................................................................... 148 сырья, полуфабрикатов и готовой продукции .................................................................................................. 148 4.9 Средства индивидуальной защиты работающих ....................................................................................... 148 Глава 5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение .......................................... 151 5.1 Потенциальные потребители результатов исследования .......................................................................... 151 5.2 Анализ конкурентных технических решений ............................................................................................ 152 5.3 Диаграмма Исикавы ...................................................................................................................................... 153 5.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ..................................................................................... 154 5.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования ...................................... 156 5.6 Инициация проекта ....................................................................................................................................... 156 5.7 Планирование управления научно-техническим проектом ...................................................................... 159 5.8 Организационная структура проекта .......................................................................................................... 163 5.9 Матрица ответственности ............................................................................................................................ 164 5.10 Оценка сравнительной эффективности исследования ............................................................................. 165 Заключение .............................................................................................................................................................. 168 ПРИЛОЖЕНИЕ А ................................................................................................................................................... 169 ПРИЛОЖЕНИЕ Б ....................................................................................................................................................... 171 3 Введение Этан-этиленовая фракция (ЭЭФ) пирогаза содержит о около 1 % масс. ацетилена. Содержание т ацетилена в товарном этилене для нефтехимического синтеза не должно превышать 0,0001 % масс., так как в противном случае резко снижается качество получаемых из этилена полимеров и ухудшаются условия процесса полимеризации [1]. Широкое о применение для очистки газа от примесей углеводородов ряда ацетилена нашли о главным образом различные о методы сорбции и селективного каталитического гидрирования [2]. При современной тенденции к созданию крупных ш пиролизных установок последний метод наиболее выгоден и удобен. Преимущества о этого метода о заключаются в низкой о энергоемкости, отсутствии о сточных вод и сложного оборудования. Самыми качественными катализаторами для гидрирования углеводородов ряда ацетилена в ЭЭФ являются катализаторы на основе палладия. При их создании необходимо учитывать два основных свойства – селективность по о целевому продукту и активность. Для увеличения активности повышают содержание палладия, но в то же это негативно влияет на селективность. Для увеличения селективности в катализаторы добавляют другие металлы, либо частично дезактивируют при помощи каталитического яда – монооксида углерода. Недостатками о подобных катализаторов являются высокая цена, недостаточная селективность, которая в свою очередь сказывается на образовании побочных продуктов. Исходя из этого, делаем вывод, что подбор катализаторов для ведения процесса гидрирования является актуальной задачей. 4 |