Основы проектирования процессов переработки природных энергоносителей
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Химическая промышленность
Издательство:
Томский политехнический университет
Авторы:
Кравцов Анатолий Васильевич, Самборская Марина Анатольевна, Вольф Андрей Викторович, Митянина Ольга Евгеньевна
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 166
Дополнительно
Доступ онлайн
В корзину
В пособии изложены теоретические основы и методы технологического проектирования типовых процессов переработки природных энергоносителей. Приведены сведения о разработке и содержании проекта, рассмотрены методы расчетов многокомпонентной ректификации, тепловых процессов, процессов разделения неоднородных смесей, описаны алгоритмы автоматизированного расчета. Изложена методика курсового проектирования. Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям «Химическая технология» и «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 18.03.01: Химическая технология
- 18.03.02: Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» А.В. Кравцов, М.А. Самборская, А.В. Вольф, О.Е. Митянина ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета 2-е издание, исправленное Издательство Томского политехнического университета 2015
УДК 665.63.001(075.8) ББК 35.514я73 К78 Кравцов А.В. К78 Основы проектирования процессов переработки природных энергоносителей : учебное пособие / А.В. Кравцов, М.А. Самборская, А.В. Вольф, О.Е. Митянина ; Томский политехнический университет. – 2-е изд., испр. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2015. – 166 с. В пособии изложены теоретические основы и методы технологического проектирования типовых процессов переработки природных энергоносителей. Приведены сведения о разработке и содержании проекта, рассмотрены методы расчетов многокомпонентной ректификации, тепловых процессов, процессов разделения неоднородных смесей, описаны алгоритмы автоматизированного расчета. Изложена методика курсового проектирования. Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям «Химическая технология» и «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии». УДК 665.63.001(075.8) ББК 35.514я73 Рецензенты Доктор геолого-минералогических наук, кандидат химических наук, профессор заведующий лабораторией геохимии и пластовых нефтей ОАО «ТомскНИПИнефть» И.В. Гончаров Кандидат технических наук старший научный сотрудник научно-производственного центра «Ноосфера» Е.А. Лактионова © ГОУ ВПО НИ ТПУ, 2011 © Кравцов А.В., Самборская М.А., Вольф А.В., Митянина О.Е., 2011 © Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2015
ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................... 5 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ ................................. 6 1.1. Содержание проекта ............................................................................ 7 1.2. Общеинженерное проектирование .................................................. 11 1.3. Технологическое проектирование ................................................... 13 2. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ .............. 14 2.1. Классификация и свойства природных энергоносителей ............. 14 2.2. Технологический расчет массообменных процессов .................... 24 2.2.1. Общие сведения о ректификации ................................................ 24 2.2.2. Методы расчета многокомпонентной ректификации .............. 30 2.2.3. Основы расчета многокомпонентной ректификации приближенными методами ......................................................... 35 2.2.3.1. Расчет тарельчатых колонн ................................................... 35 2.2.3.2. Расчет насадочных колонн ................................................... 46 2.2.4. Расчет эффективности тарелок ................................................... 54 2.2.5. Тепловые балансы кипятильника и конденсатора ректификационной колонны ...................................................... 57 2.2.6. Четкость деления смеси и оптимальное флегмовое число ...... 62 2.3. Технологический расчет тепловых процессов ............................... 64 2.3.1. Расчет аппаратов воздушного охлаждения ............................... 64 2.3.2. Расчет трубчатых печей .............................................................. 71 2.3.2.1. Основные определения и показатели работы трубчатых печей ........................................................................ 71 2.3.2.2. Технологический расчет трубчатых печей ......................... 77 2.4. Технологический расчет процессов разделения неоднородных систем ....................................................................... 81 2.4.1. Теоретические основы обезвоживания нефтепродуктов ......... 82 2.4.2. Конструкции промышленных технологических установок для обессоливания и обезвоживания нефти и нефтепродуктов ........................................................................ 93 2.4.3. Специальные технологические приемы обезвоживания ........ 97 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ...................................................... 107 3.1. Общая характеристика программных продуктов для моделирования ХТС ................................................................. 107 3.2. Описание программного продукта Aspen HYSYS ....................... 109
3.2.1. Моделирование .......................................................................... 110 3.2.1.1. Панель инструментов .......................................................... 110 3.2.1.2. Настройка ............................................................................. 111 3.2.1.3. Окно «Диспетчер базиса» ................................................... 111 3.2.2. Составление структуры ХТС .................................................... 116 3.2.3. Вывод результатов ..................................................................... 118 3.3. Пример расчета ректификационной колонны в HYSYS ............. 118 3.3.1. Настройка программы (Выбор системы единиц измерения) ....................................... 118 3.3.2. Работа со средой «Диспетчер базиса» ..................................... 118 3.3.2.1. Выбор компонентов ............................................................. 118 3.3.2.2. Выбор термодинамических свойств .................................. 119 3.3.2.3. Среда характеризации нефтей ............................................ 119 3.3.3. Работа в графической «расчетной среде» ............................... 119 3.3.4. Вывод результатов ..................................................................... 123 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ......................................................................... 124 4.1. Основные положения ...................................................................... 124 4.2. Организация курсового проектирования ...................................... 125 4.3. Структура и объем курсового проекта .......................................... 126 4.3.1. Правила оформления пояснительной записки ........................ 127 4.3.2. Требования к содержанию РПЗ ................................................ 135 4.3.3. Правила оформления графической части ................................ 143 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ....................................................................... 151 ПРИЛОЖЕНИЕ А .................................................................................... 156 ПРИЛОЖЕНИЕ Б ..................................................................................... 158 ПРИЛОЖЕНИЕ В ..................................................................................... 159 ПРИЛОЖЕНИЕ Г ..................................................................................... 161 ПРИЛОЖЕНИЕ Д .................................................................................... 162 ПРИЛОЖЕНИЕ К .................................................................................... 164
ВВЕДЕНИЕ Проект производства представляет собой комплекс технической документации, куда входят пояснительные записки, инженернотехнические расчеты, чертежи, технологические регламенты, сведения о поставках сырья и утилизации отходов производства, информация об организации труда, сметы на все производственные и культурнобытовые сооружения проектируемого объекта. Проектирование современного химического производства предполагает решение множества сложных и разнообразных задач, связанных с различными отраслями хозяйственной и коммерческой деятельности, с социальными и политическими проблемами, поэтому проектирование – процесс многостадийный [1]. Проектирование требует системного подхода к решению комплекса взаимосвязанных задач, что обеспечит высокую эффективность функционирования проектируемого объекта. В практике проектирования широко используют декомпозицию – разбиение на отдельные подзадачи, решением которых занимаются специалисты. В процессе проектирования химических предприятий выделяют следующие основные направления: технологическое проектирование; проектно-конструкторские разработки; строительное проектирование; составление смет и проектов производства работ. Повысить эффективность выполнения проектных работ позволяет развитие методологии автоматизированного проектирования и ее широкое использование в проектных работах, подготовка специалистов в данной области, тесное взаимодействие между исследовательскими, проектными и экспериментальными работами. Проектировщик должен заниматься, в основном, проработкой вариантов проектных решений, а не изготовлением чертежей и документации. В последние годы развиваются и совершенствуются математическое моделирование и оптимизация технологических процессов, системы автоматизированного проектирования (САПР) химических производств. Тем не менее следует помнить, что при подготовке специалиста-проектировщика необходим подход, основанный на фундаментальных знаниях в совокупности с обучением компетентному использованию современных симуляторов химико-технологических процессов.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ Юридическое лицо, для которого разрабатывается проект, называется заказчик. В качестве заказчиков могут выступать промышленные предприятия и организации любой формы собственности, министерства и частные лица, т. е. субъекты, заинтересованные в выпуске продукции. Юридическое лицо, разрабатывающее проектную документацию, – генеральный проектировщик (генеральный подрядчик). Проектировщиком является организация, имеющая лицензию на проектную деятельность, – проектный институт, его подразделение или самостоятельная организация. Кроме генерального подрядчика в разработке и реализации проекта принимают участие субподрядчики – НИИ, специализированные предприятия и организации: строительные, монтажные, пусконаладочные и т. п. Отношения между заказчиками и подрядчиками регламентируются инструкциями о порядке разработки, согласовании, утверждении и составе проектной документации на строительство предприятий. Руководит проектированием и несет ответственность за его результаты главный инженер проекта. Разработка и состав проекта регламентируются рядом нормативных документов: 1) инструкцией о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации, которая определяет объем и содержание проекта; 2) строительными нормами и правилами на разработку различных разделов проекта; 3) правилами безопасности во взрыво- и пожароопасных химических и нефтехимических производствах; 4) санитарными нормами проектирования промышленных предприятий; 5) отраслевыми и государственными стандартами; 6) каталогами промышленных изделий и материалов; 7) единой системой конструкторской документации, стандартами, определяющими содержание и форму представления результатов разработки новых видов оборудования; 8) положением об авторском надзоре. Проектная документация со сводным сметным расчетом стоимости для предприятий, зданий и сооружений, строящихся по типовым или повторно применяемым проектам и для технически несложных объек
тов, выполняется в одну стадию – рабочий проект. Для других объектов, в том числе крупных и сложных, – в две стадии. В рабочий проект входят следующие разделы: 1) общая пояснительная записка, в которой содержатся исходные данные для проектирования: обоснование инвестиций, акт выбора площадки, сведения о потребности в энерго- и трудовых ресурсах, чертежи ситуационного плана размещения предприятия, зданий и сооружений с указанием инженерных коммуникаций; 2) организация строительства: этот раздел выполняется в соответствии с нормативными документами, утвержденными Госстроем; 3) сметная документация; 4) паспорт рабочего проекта. Рабочий проект проходит экспертизу и утверждение. Техническая документация должна содержать следующие основные разделы: 1) анализ исходных материалов; 2) расчет и выбор технологического оборудования; 3) разработку принципиальной технологической схемы производства; 4) компоновку производства; 5) выдачу заданий на разработку специальных разделов проекта; 6) монтажную проработку; 7) составление смет. 1.1. Содержание проекта После утверждения проект (рабочий проект) является основанием для планирования и финансирования строительства объекта, заказа основного оборудования, заключения договора на капстроительство. Содержание проекта регламентируется нормативными документами (СНиП II-01-95) и излагается в таких разделах, как: • общая пояснительная записка; • генеральный план и транспорт; • технология и производство; • управление производством, организация условий и охраны труда рабочих и служащих; • архитектурно-строительные решения; • инженерное оборудование, сети и системы; • организация строительства; • охрана окружающей среды;
• мероприятия гражданской обороны, мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций; • сметная документация; • эффективность инвестиций. В рабочем проекте некоторые части могут быть объединены. Общая пояснительная записка – состоит из краткой характеристики всех частей проекта и выходных данных по каждой из них. Это данные по технологии (сырьевая база, номенклатура, качество и технический уровень продукции, сведения о потребности в топливе, воде, тепловой и электрической энергии, трудовых ресурсах и т. д.); экономические показатели и их сравнительный анализ; решения и показатели по генеральному плану, транспорту, эффективности капитальных вложений и используемым достижениям науки и техники; проектные решения по комплексному использованию полезных ископаемых, отходов производства, вторичных энергоресурсов; мероприятия по охране окружающей среды и т. д. Кроме того, в общей пояснительной записке приводятся сведения о проведенных согласованиях проектных решений; подтверждение соответствия разработанной проектной документации государственным нормам, правилам, стандартам. Генеральный план и транспорт – содержит краткую характеристику района и площадки строительства; решения и показатели по ситуационному и генеральному плану, внутреннему и внешнему транспорту, мероприятия по благоустройству территории; решения по расположению инженерных сетей и коммуникаций; организация охраны предприятия. Графическая часть раздела включает чертежи: • ситуационный план размещения предприятия, зданий, сооружений с указанием существующих и проектируемых внешних коммуникаций, инженерных сетей и подсобных территорий, границ санитарнозащитной зоны; • картограмму земельных масс; • генеральный план, на котором показаны существующие и проектируемые, а также подлежащие сносу здания и сооружения, объекты охраны окружающей среды и благоустройства, озеленение территории, принципиальные решения по расположению внутренних инженерных линий и транспортных коммуникаций. Технология и производство – содержит детальную характеристику принятых технологических решений, их соответствие достижениям в области технологии, оборудования, материалов; обоснование численности персонала; решения по вопросам тепло- и энергоснабжения, автоматизации управления процессами и производством и т. д.
В этом разделе приведены: 1) данные о производственной программе; 2) характеристики и обоснование решений по технологии производства; 3) данные о трудоемкости изготовления продукции, механизация и автоматизация технологических процессов; 4) состав применяемого оборудования; 5) решения по применению малоотходных и безотходных технологических процессов и производств, вторичному использованию ресурсов; 6) предложения по организации контроля качества продукции; 7) решения по организации ремонтного хозяйства; 8) данные о количестве и составе вредных выбросов в атмосферу и сбросов в водные источники; 9) технические решения по сокращению выбросов вредных веществ в окружающую среду; 10) оценка возможности возникновения аварийных ситуаций и решения по их предотвращению; 11) вид, состав и объем отходов производства, подлежащих утилизации и захоронению; 12) топливно-энергетический и материальный балансы технологических процессов; 13) потребность в основных видах ресурсов для технологических нужд. В графической части раздела приведены чертежи принципиальных технологических схем производства и компоновки оборудования (планы и разрезы) по корпусам (цехам), схемы грузопотоков и электроснабжения, принципиальные схемы автоматизации технологических процессов. Управление производством, организация условий и охраны труда рабочих и служащих – рассматривает организационную структуру управления предприятием и отдельными производствами, автоматизированную систему управления; автоматизацию и механизацию труда управляющего персонала, численный и квалификационный состав работающих; количество и оснащенность рабочих мест; санитарно-гигиенические условия труда; мероприятия по охране труда и технике безопасности, в том числе решения по снижению производственных шумов и вибраций, загрязненности помещений, повышению комфортности условий труда и т. д. Архитектурно-строительные решения – состоит из краткого обоснования и описания архитектурно-строительных решений, решений по снижению шумов и вибраций, бытовому и санитарному обслуживанию
работающих и т. п. Кроме того, в разделе приводятся сведения об инженерно-геологических, гидрогеологических условиях площадки строительства. Описаны мероприятия по электро-, взрыво- и пожаробезопасности; защите строительных конструкций, сетей и сооружений от коррозии. Приводятся чертежи планов, разрезов и фасадов сооружений, схемы основных несущих и ограждающих конструкций. Инженерное оборудование, сети и системы – содержит решения по водоснабжению, канализации, тепло- и газоснабжению, электроснабжению, отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха. Приведено инженерное оборудование зданий и сооружений, в том числе: электрооборудование, электроосвещение, связь и сигнализация, радиофикация и телевидение, противопожарные устройства и молниезащита; диспетчеризация и автоматизация управления инженерными сетями. В графической части раздела приведены схемы теплоснабжения, электроснабжения, газоснабжения, водоснабжения и канализации; планы и профили инженерных сетей; чертежи основных сооружений; планы и схемы отопительно-вентиляционных устройств, электроснабжения и электрооборудования, радиофикации и сигнализации, автоматизации и управления инженерными сетями. Организация строительства – выполняется в соответствии со СНиП «Организация строительного производства» с учетом требований, изложенных в договоре на выполнение проектных работ. Охрана окружающей среды – разрабатывается по государственным стандартам, строительным нормам и правилам, нормативным документам и другим нормативным актам, которые касаются регулирования природоохранной деятельности. Мероприятия гражданской обороны, мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций – разрабатывается на основе норм и правил в области гражданской обороны, защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Эффективность инвестиций – разрабатывается на основе количественных и качественных показателей, полученных при разработке соответствующих частей проекта, выполняются расчеты эффективности инвестиций. Производится сопоставление обобщенных данных и результатов расчетов с основными технико-экономическими показателями, определенными в составе обоснований инвестиций в строительство данного объекта. Примерный перечень технико-экономических показателей приведен в табл. 1.1 [2].
Таблица 1.1 Примерный перечень технико-экономических показателей для объектов производственного назначения Наименование показателя Единицы измерения Мощность предприятия, годовой выпуск продукции: • в стоимостном выражении тыс. руб. • в натуральном выражении в соотв. ед. Общая площадь участка га Коэффициент застройки отн. ед. Удельный расход на единицу мощности: • электроэнергии кВт/ч • воды м3 • природного газа тыс. м3 • мазута т Общая численность работающих чел. Годовой выпуск продукции на работающего: • в стоимостном выражении тыс. руб./чел. • в натуральном выражении ед./чел. Общая стоимость строительства, в том числе строительно-монтажных работ тыс. руб. Удельные капитальные вложения руб./ед. мощности Продолжительность строительства мес. Стоимость основных производственных фондов тыс. руб. Себестоимость продукции тыс. руб./ед. Балансовая (валовая) прибыль тыс. руб. Чистая прибыль тыс. руб. Уровень рентабельности производства % Внутренняя норма доходности % Срок окупаемости лет Срок погашения кредита и других заемных средств лет Сметная документация – содержит данные по стоимости проектируемых предприятий. Проектирование ориентировано на создание перспективной продукции, поэтому закладываемая в проект технология и методы строительства должны соответствовать прогнозам развития отрасли.
1.2. Общеинженерное проектирование На этом этапе создаются общеинженерные подсистемы, практически типовые для любого вида технологических производств (ВиК, сантехнические и т. п.). Доля рутинного труда на этом этапе достигает 40 %, поэтому здесь актуальна не только автоматизация, но и механизация процессов. В настоящее время изготовление спецификаций, комплектование оборудования, изготовление большей части чертежной документации осуществляется с помощью компьютера. Многие задачи инженерного проектирования требуют объемного представления объекта. Это компоновка оборудования, архитектурно-строительное проектирование, разработка генплана, трассировка коммуникаций. Для решения подобных задач давно применяется метод макетирования. Зарубежные проектировщики используют макетирование с конца 40-х годов. Непосредственно на макете можно компоновать модели оборудования, выполнять разводку моделей трубопроводов, устанавливать модели строительных конструкций, КИПиА, опор, подвесок и т. д. Это позволяет лучше понять общую идею промышленной установки, найти оптимальные способы доставки материалов, ведения строительства и монтажа. Стоимость макета обычно довольно высока, поэтому макетирование оправдано при проектировании сложных объектов. Для большинства химических, нефтехимических, энергетических производств на долю монтажа трубопроводов приходится около половины объема всех работ, и применение макетирования позволяет сократить трудозатраты примерно на 16 %. Типы макетов. При проектировании химических производств используются макеты ситуационных планов, компоновочные макеты, проектные макеты, рабочие макеты. Макет ситуационного плана выполняется в масштабе 1:100. На нем изображаются находящиеся на данной территории мосты, рельеф местности, железные дороги, водоемы и все основные строения, примыкающие к проектируемому объекту. Такой макет позволяет увязать объект с природными факторами и имеющимися коммуникациями. Компоновочные макеты используются для выбора рационального варианта расположения зданий и сооружений в соответствии с технологическим процессом. Для его изготовления требуются перечень и габариты оборудования, технологическая схема и требования к производственным помещениям. Проектные макеты отличаются еще более тщательной проработкой схемы. На них помимо оборудования устанавливаются трубопроводы, электрические коммуникации, отопление, вентиляция, КИП. Масштаб изготовления такого макета 1:50. Основное назначение проектного макета – разработка оптималь
Доступ онлайн
В корзину