Проектирование хим. предприятий. Навчальний посібник до вивчення курсу основи проектування хімічних виробництв
 Скачать 6.93 Mb.
|
        Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара Е.О.Спорягін НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК ДО ВИВЧЕННЯ КУРСУ «ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ ХІМІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ» Дніпропетровськ РВВ ДНУ 2012
Навчальний посібник до вивчення курсу «Основи проектування хімічних виробництв» Редактор А.Я.Пащенко Техредактор Л.П.Замятіна Коректор А.А.Гриженко
ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 6 Глава 1 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ 7 1.1 Перспективный план и технико-экономическое обоснование 9 1.2 Задание на проектирование 10 1.3 Выбор района размещения предприятия и площадки строительства 10 1.4 Основные принципы проектирования зданий и сооружений химической промышленности 13 1.5 Разработка проектной документации по охране окружающей среды 15 1.5.1 Экологическое прогнозирование 15 1.5.2 Разработка прогноза загрязнения воздуха 16 1.5.3 Прогнозирование состояния поверхностных и подземных вод 18 1.5.4 Прогноз воздействия объекта при возможных авариях 18 1.6 Технологический процесс как основа промышленного проектирования 20 1.7 Генеральный план химических предприятий 25 1.8 Типы промышленных зданий 29 1.8.1 Основные элементы конструкции производственных зданий и их назначение 29 1.8.2 Одноэтажные промышленные здания 34 1.8.3 Многоэтажные здания 35 1.8.4 Вспомогательные здания и помещения химических предприятий 38 1.8.5 Склады промышленных предприятий 39 1.9 Инженерные сооружения 40 1.10 Специальные вопросы проектирования химических предприятий 53 Глава 2 СОСТАВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И ПРЕДПРИЯТИЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 59 2.1 Основные стадии проектирования химических производств и оборудования 59 2.2 Виды конструкторских документов 61 2.3 Содержание разделов исходных данных для проектирования промышленного химического производства 62 2.4 Проектирование в системе подготовки инженера химика-технолога 74 2.4.1 Курсовое проектирование 75 2.4.2 Дипломное проектирование 76 Глава 3 СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 78 3.1 История развития САПР 78 3.2 Основные принципы создания САПР 79 3.3 Применение ЭВМ для автоматизации процесса проектирования 82 3.4 Автоматическое изготовление чертежей 85 3.5 Основные преимущества автоматизации проектирования 86 3.6 Основные требования к САПР 86 3.7 Связь САПР с производством, расширение области применения 88 Глава 4 ВВЕДЕНИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИЕ 90 4.1 Проектно-сметная документация 90 4.2 Технико-экономическое обоснование проекта 91 4.2.1 Исходные положения 91 4.2.2 Обоснование способа производства химическойпродукции 92 4.2.3 Экономика строительства предприятия и производства продукции 92 Глава 5 ВЫБОР И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА 96 5.1 Общие положения 96 5.2 Последовательность разработки технологической схемы 96 5.3 Принципиальная технологическая схема 100 5.4 Размещение технологического оборудования 103 Глава 6 ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ 104 6.1 Основные типы химических реакторов 105 6.2 Химические факторы, влияющие на выбор реактора 109 6.2.1 Реакции расщепления 109 6.2.2 Реакции полимеризации 112 6.2.3 Параллельные реакции 114 6.2.4 Комбинация реактора смешения с реактором вытеснения 115 6.3 Эскизная конструктивная разработка основной химической аппаратуры 117 6.3.1 Общие положения 117 6.3.2. Реакторы 118 6.4 Оптимизация процессов химической технологии 120 Глава 7 УРАВНЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ТЕХНОЛОГИ- ЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 121 7.1 Стехиометрические расчеты 121 7.2 Общее уравнение баланса массы 124 7.3 Практический материальный баланс 127 7.4 Физико-химические основы технологического процесса 131 Глава 8 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОСНОВНОЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ 132 8.1 Общие положения 132 8.2 Расчет объемов реакторов 133 8.2.1 Основные положения химической кинетики 133 8.2.2 Расчет идеальных реакторов 136 8.3 Определение объемов аппарата 137 Глава 9 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 141 9.1 Общее уравнение баланса энергии 141 9.2 Практический тепловой баланс 143 9.3 Теплообмен в реакторах 149 9.4 Расчет энтальпий и теплоемкостей 153 9.5 Расчет реактора периодического действия 157 9.6 Степень термодинамического совершенства технологических процессов 159 Глава 10 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 166 10.1 Расчет диаметра трубопровода 166 10.2 Расчет гидравлических сопротивлений в трубопроводе 167 10.3 Гидравлическое сопротивление кожухотрубчатых теплообменников 170 10 4 Подбор насосов 172 Глава 11 МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 175 11.1 Расчет сварных химических аппаратов 175 11.1.1 Основные расчетные параметры 176 11.1.2 Расчет на механическую прочность 177 11.1.3 Требования к конструированию 179 11.1.4 Расчет цилиндрических обечаек 180 11.1.5 Расчет крышек и днищ 181 11.1.6. Подбор стандартных элементов 183 11.2. Расчет толстостенных аппаратов 185 Глава 12 КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ХИМИЧЕСКОМ МАШИНОСТРОЕНИИ 192 12.1 Виды конструкционных материалов 193 12.2 Коррозия металлов и сплавов 200 12.2.1 Виды коррозии 201 12.2.2 Виды коррозионных разрушений 202 12.2.3 Способы борьбы с коррозией 202 12.3 Влияние материала на конструкцию аппарата и способ его изготовления 205 12.3.1 Конструкционные особенности аппаратов из высоколегированных сталей 206 12.3.2 Конструктивные особенности эмалированных аппаратов 209 12.3.3 Конструктивные особенности аппаратов из цветных металлов 209 12.3.4 Конструктивные особенности аппаратов из пластмасс 211 Глава 13 ОФОРМЛЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ 211 13.1 Оформление поверхности теплообмена 211 13.2 Перемешивающие устройства 237 13.3 Уплотнения вращающихся деталей 222 Глава 14 ТРУБОПРОВОДЫ И ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА 224 Глава 15 ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ 231 15.1 Виды вспомогательного оборудования 231 15.2 Транспортные средства 243 15.2.1 Классификация транспортных средств для твердых материалов 244 15.2.2 Машины для транспортировки жидкостей и газов 246 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 248 Додаток А 251 ВВЕДЕНИЕ В условиях современного химического производства инженеру химику-технологу приходится решать сложные задачи, связанные с проектированием и эксплуатацией технологических процессов и оборудования, в которые входит систематизация и обобщение знаний, полученных при изучении общеинженерных и специальных дисциплин, а также приобретение навыков самостоятельной работы с технической и справочной литературой. Основной целью учебного пособия является расширение и систематизация знаний будущих специалистов в области проектирования химических предприятий, отдельных цехов, технологических процессов и оборудования. В первой главе рассмотрены основные стадии архитектурно - строительного проектирования химических производств, включая разработку генеральных планов, выбор типа зданий и инженерных сооружений, складского хозяйства и общественно-административных центров. Кроме того, рассмотрены вопросы специального проектирования (отопление, вентиляция, условия противопожарной безопасности и др.), которые имеют большое значение при эксплуатации химических производств. Приведено содержание разделов исходных данных для проектирования, которые являются основным документом при разработке проекта, приведены примеры состава исходных данных для проектирования типового химического оборудования. Третья глава посвящена одному из перспективных направлений в области проектирования химических производств, каким является автоматизация процессов проектирования (САПР), основанная на физическом и математическом моделировании, а также на системном подходе к исследованию химико-технологических процессов. Эта часть содержит материалы, которые знакомят с целями и основными принципами создания и функционирования САПР. Знание этих принципов необходимо специалистам-технологам, так как совместно с программистами они должны быть ведущей силой при создании системы автоматизированного проектирования. В учебном пособии рассмотрены основные этапы проектирования химических производств. Даны общие и конкретные методики материальных, тепловых, технологических, гидравлических и механических расчетов. Глава 1 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ Проект промышленного предприятия в широком понимании - это комплекс технических документов, содержащий описание с принципиальными обоснованиями, расчеты, чертежи, макеты зданий, сооружений, установок, машин, станков, аппаратов, приборов, предназначенных к постройке, изготовлению или реконструкции (рис.1.1).  Рис. 1.1. Общая система организации проектирования Архитектурный проект представляет собой документ, в котором выражены любым изобразительным способом (макет, рисунок, чертеж, фото) материальная (строительно-техническая) и идейно-художественная (эстетическая) основы будущего здания, сооружения или комплекса, воплощающие научно-обоснованную композиционную идею рациональной организации пространства для деятельности человека.  Рис. 1.2. Основные этапы и стадии разработки проектов для промышленного строительства Проект промышленного предприятия слагается из трех основных частей: - технологии производства, как системы оборудования для изготовления продукции, основанной на новейших достижениях науки и техники в данной и смежных областях промышленности; - объемно-планировочного решения, обеспечивающего оптимальный технологический процесс в его постоянном развитии, простоту и универсальность экономичного инженерно-строительного решения, создание трудового и бытового комфорта трудящимся, идейно-художественную выразительность образа сооружения в целом и красоту отдельных его деталей; - рациональных строительных конструкций и инженерного оборудования, обеспечивающего наилучшие условия для организации технологического процесса и развития его во времени, отвечающие условиям механизированного строительного производства и являющиеся органической основой объемно-планировочного построения сооружения или комплекса. Таким образом, область архитектурного проектирования промышленных предприятий - это такая область творчества, в которой комплексно решаются многие научно-технические, экономические, строительные и эстетические вопросы, среди которых особое место занимают проблемы, связанные с заботой о здоровье, удобствах работы и отдыха работников промышленности. Общая система организации проектирования (рис. 1.1) строится на последовательной детализации генеральной схемы (плана) развития и размещения производительных сил страны, схем развития и размещения соответствующих отраслей промышленности по экономическим районам. Проекты выполняются на основе исходных данных, по заданию на проектирование, в полном соответствии с нормами и положениями по строительному проектированию. Основные этапы и стадии разработки проектов для промышленного строительства представлены на рис. 1.2. 1.1. ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ПЛАН И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ Перспективное планирование дает возможность сопоставить потребности народного хозяйства в определенных видах продукции с их фактическим производством и предусматривает рациональное размещение промышленного производства по территории страны с учетом приближения к источникам сырья, топлива, энергии, к районам потребления готовой продукции. Данные перспективного планирования служат первичным документом при разработке проектной документации для осуществления строительства нового промышленного предприятия. На основе решения правительства и с учетом перспективных планов развития отдельных отраслей промышленности и экономических районов проектная организация составляет технико-экономическое обоснование (ТЭО) строительства предприятия в виде проектных соображений или докладной записки, а также технико-экономических расчетов (ТЭР). Технико-экономическое обоснование или технико-экономический расчет являются первичными плановыми или предпроектными документами, обосновывающими необходимость и экономическую целесообразность строительства нового или реконструкцию действующего предприятия. Состав и содержание ТЭР отличаются от ТЭО тем, что выбор площадки под строительство осуществляется с минимальным объемом инженерно-изыскательских работ для определения возможности ее использования. Выбор и согласование площадки производится при разработке проекта. В технико-экономическом обосновании строительства должна быть экономическая характеристика района, в котором намечено строительство, указываются его географические данные, климатические условия, численность населения, площадки и даются характеристика земельных угодий, сведения о путях сообщения в районе. Кроме того, в технико-экономическом обосновании приводится характеристика проектируемого предприятия, его мощность, ассортимент готовой продукции, сведения о потреблении продукции предприятиями в районе и вне его, средние радиусы транспортировки продукции. Кроме того указывается намеченный район или пункт строительства, приводятся предварительные ориентировочные данные об объеме капиталовложения и себестоимости основных видов продукции, об источниках снабжения сырьем, топливом, электроэнергией, водой, газом, строительными материалами. Обосновывается обеспеченность предприятия жильем для рабочих и служащих и ряд других сведений, включая данные о производственных и экономических связях с другими предприятиями и предварительные данные об эффективности капиталовложений. Технико-экономическое обоснование должно осуществляться на следующих стадиях подготовки к строительству: при разработке генеральных схем (планов) развития и размещения производительных сил в стране, при разработке генеральных планов развития отраслей народного хозяйства и отраслей промышленности, при разработке проектов районной планировки, проектов промышленных районов и узлов, отдельных промышленных предприятий, зданий и сооружений. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||