Правила безопасности при обслуживании проектируемого аппарата

Производство синтетического этилового спирта относится к пожаро- и взрывоопасным производствам. Кроме того, в цехе используются токсичные и едкие вещества. Основными моментами, определяющими опасность в цехе, являются:

) наличие жидких и газообразных продуктов, образующих с воздухом взрывоопасные смеси с низким пределом взрываемости;

) ведение процесса при высоких давлениях (до 100 кгс/см2) и высоких температурах (до 450°С);

) наличие тока высокого напряжения для электродвигателей;

) токсичность сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции;

) образование зарядов статического электричества при движении газов и жидкостей по трубопроводам и аппаратам;

) ведение сварочных работ внутри реакторов.

Характеристика производства по взрыво- и пожароопасности

Процессы ректификации и очистки спирта являются закрытыми и осуществляются по непрерывной схеме. Появление газа или паров в производственном помещении возможно только вследствие неисправности оборудования или при авариях. Помещения цеха по взрываемости относятся к классу В-1а, наружные установки к классу В-1г, катализаторное отделение - невзрывоопасное.

По пожаро- и взрывоопасности цех относится к категории «А», так как во всех отделениях имеются вещества с нижним пределом взрываемости 10% и менее, а также легковоспламеняющиеся жидкости (т. всп. 28°С и ниже) в количествах, достаточных для образования взрывоопасных смесей. В компрессорном зале и отделении ректификации имеется этилен; в насосных и на установке удаления ацетилена из спирта имеются этиловый спирт и диэтиловый эфир; в катализаторном отделении применяют метано-водородную фракцию в качестве топлива.

Если концентрация этих продуктов в воздухе находится между верхним и нижним пределами взрываемости и имеется источник воспламенения, возможен взрыв; при концентрации этих продуктов выше верхнего предела взрываемости и при наличии источника воспламенения возможен пожар.

При монтировании электрооборудования следует учитывать, что технологическая среда производственных помещений установки по взрываемости имеет такую характеристику согласно ПИВРЭ (Правила изготовления взрывобезопасного и рудничного электрооборудования): по этилену ЗТ1, по этанолу 2Т2, по диэтиловому эфиру 2Т4 (где первая цифра - категория взрывоопасной смеси, Т1, Т2, Т4 - группы взрывоопасности смеси).

По санитарным условиям производство этанола относится к производствам П-д, для которых в бытовых помещениях предусмотрены гардеробная, умывальная и душ. По количеству выделяющегося от оборудования тепла помещения реактора и паровых коллекторов относятся к горячим отделениям; для таких производственных помещений предусмотрен 8-кратный обмен воздуха в час.

Во время работы ректификационной установки необходимо следить за выходом барды и мотерной воды из колонн, подачей бражки, воды и пара, за давлением и температурным режимом в колоннах, за концентрацией и количеством отбираемого спирта, за показателем контрольно измерительных прибором. Работу ректификационной установки необходимо вести, строго придерживаясь утверждённого технологического регламента. При регулировании работы установки нельзя допускать перерывов в подаче пара и воды, снижения концентрации ректификованного спирта ниже допустимой стандартом.

Ректификационная установка может работать без остановки продолжительное время. Остановка ректификационной установки может быть плановой(профилактической) или аварийной, причём плановая остановка может быть кратковременной (без стяжки спирта из колонн) или длительной (с помощью стяжки спирта из колонн).

Техника безопасности ректификационных установок определяется тем, что пары спирта и сопутствующих ему примесей, в том или оном количестве содержащиеся в воздухе, являются токсичными и в определённых соотношения с воздухом образуют пожаро - и взрывоопасную смесь.

В ректификационном отделении необходимо контролировать и предупреждать образование взрывоопасных концентраций паров и спирта.

Контроль над содержанием паров спирта в воздухе осуществляется с помощью сигнализатора с газоанализатором. По достижении предельно допустимой концентрации спирта в воздухе помещения прибор сигнализатора включает принудительно вентиляцию, а при дальнейшем повышении её - звуковой сигнал (сирену) и отключает сеть электропитания. Воздушники для отводов неконденсирующихся газов из «спиртоловушек» должны быть выведены за пределы ректификационного отделения и снабжены огневыми предохранителями.

Помещение должно иметь надёжно работающую приточно-вытяжную вентиляцию, оснащено устройствами для автоматического пожаротушения, а также средствами пожаротушения.

Электропроводка, электродвигатели и пусковые устройства к ним допускаются только во взрывозащищённом исполнении.

В процессе эксплуатации ректификационных установок запрещается:

работать с подтёками спирта в сальниках, трубопроводах, фланцевых соединениях и других элементах установки;

применять открытый огонь, выполнять работы с нагретыми металлическими предметами (паяльниками), с оборудованием и инструментами, способным дать искру;

хранить в ректификационном отделении самовоспламеняющиеся материалы;

превышать избыточное давление в аппаратуре выше значения, установленного в паспорте завода - изготовителя;

проводить чистку отдельных аппаратов ректификационных установок во время их работы;

Перед ремонтом установки или отдельных её элементов необходимо тщательно произвести стяжку спирта из установки, промывку и пропаривание водяным паром колонн, дефлегматоров, конденсаторов, холодильников, трубопроводов и т.д.

Все работники производства должны узнать и строго соблюдать правила техники безопасности и охраны труда, соблюдать правила технической эксплуатации ректификационного оборудования и необходимой герметизации его.

 

Расчетная часть

Материальный расчет

Из уравнения материального баланса:

 

G_D+G_W=G_F

 

Для дальнейших расчетов выражаю концентрацию питания, кубового остатка и дистиллята в мольных долях

Питание:

 

 

Дистиллят:

 

 

Кубовый остаток:

 

Относительный мольный расход питания

 

 

Строю кривую равновесия по данным из справочника (Рис. 3):

 

 

Где у^*_F=0.594 - мольная доля метанола в паре, равновесном с жидкостью определена по равновесной кривой.

Рабочее число флегмы

 

 

Уравнения рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части колонны

 

 

б) нижней (исчерпывающей) части колонны

 

 

На кривой равновесия строю прямую по полученной формуле. Нахожу точку А и соединяю её с точкой С.

Получаю теоретическое число тарелок

Nниж=19

Nверх=12

 

Рис. 3 Кривая равновесия

 

t,0C	x	y	t,0C	x	y
78,3	0	0	70,8	0,5	0,626
77,2	0,05	0,074	69,4	0,6	0,723
76,5	0,1	0,143	68,2	0,7	0,798
75	0,2	0,271	66,9	0,8	0,866
73,6	0,3	0,396	65,9	0,9	0,932
72,2	0,4	0,515	64,9	1,0	1,0

Технологический расчет

Определяю скорость пара и диаметр колонны:

Средние концентрации жидкости

а) в верхней части колонны

 

 

б) в нижней части колонны

 

 

Средние концентрации пара нахожу по уравнениям рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части колонны

 

 

б) нижней (исчерпывающей) части колонны

 

 

Средние температуры пара определяю по диаграмме t - хy (Рис. 4)

 

Рис. 4 Диаграмма t, х-y

 

а) при y’_cp=0.745, t=69⁰C

б) при y’’_cp=0.277, t=75⁰C

Средние мольные массы и плотности пара:

 

 

Средняя плотность пара в колонне:

 

 

Плотность метанола при 69⁰С =747.300 кг/м³

Плотность этанола при 75⁰С =740.000 кг/м³

Средняя плотность жидкости в колонне:

ρ_Ж=(747.3+740)/2=743.650 кг/м³

Определяю скорость пара:

Т.к. плотности жидкости намного больше плотности пара, применяю формулу для расчета рекомендуемой скорости пара

 

 

По данным каталога-справочника «Колонные аппараты» принимаю расстояние между тарелками h=300 мм. Для ситчатых тарелок по графику (1, рис. 7.2) нахожу С=0,032

 

 

Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне t_ср=(68.7+74.7)/2=71.7⁰С

 

Где M_D=0.964*32.042+0.036*46.069=32.537 кг/кмоль - мольная масса дистиллята

Диаметр колонны:

 

 

Выбираю по каталогу-справочнику «Колонные аппараты» для колонн с ситчатыми тарелками D=3,6 м.

Тогда скорость пара будет

 

Тепловой расчет

 

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе:

 

 

Здесь

 

 

r_М и r_Э - удельные теплоты конденсации метанола и этанола при 74,7⁰С Расход теплоты получаемой в кубе-испарителе от греющего пара

 

Здесь тепловые потери Q_пот приняты в размере 3% от затрачиваемой теплоты, удельные теплоемкости смеси взяты при соответствующих температурах.

Расход теплоты в подогревателе исходной смеси

 

 

Расход теплоты отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

 

 

Расход греющего пара, имеющего давление р_абс=3 кгс/см² и влажность 5%:

В кубе-испарителе

 

 

Где r_г.п.=1606*10³ Дж/кг - удельная теплота конденсации греющего пара

В подогревателе исходной смеси

 

Всего 14.454 кг/с

Расход охлаждающей воды при нагреве её на 20⁰С

а) в водяном холодильнике дистиллята

 

 

б) в дефлегматоре

г) в водяном холодильнике кубового остатка

Всего 0.243794 м³/с или 877.658 м³/ч.

 

Гидравлический расчет

 

Принимаю следующие размеры ситчатой тарелки:

Диаметр отверстий d₀=4 мм, высота сливной перегородки h_п=40 мм.

Свободное сечение тарелки (суммарная площадь) отверстий 8% от общей площади тарелки. Площадь, занимаемая двумя сегментными переливными стаканами составляет 20% от общей площади тарелки.

Рассчитываю гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и нижней части колонны по уравнению

 

 

а) Верхняя часть колонны:

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки

Сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения

 

Где σ =0,0186 Н/м (2, Прил.V) - поверхностное натяжение метанола при температуре в верхней части колонны 69⁰С, d₀=0,004 м - диаметр отверстий тарелки

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке

 

 

Высота парожидкостного слоя

 

 

Величину Δh - высоту слоя над сливной перегородкой рассчитываю по формуле

 

 

Где V_Ж - объемный расход жидкости, м³/с; П=6,75 м - периметр сливной перегородки (4, стр. 216), k=ρ_ПЖ/ρ_Ж - отношение плотности парожидкостного слоя (пены) к плотности жидкости, принимаемое приближенно равным 0.5

 

 

Где М_ср =0,716*32,042+0,284*46,069=35,292 - средняя мольная масса жидкости, кг/моль

Нахожу Δh:

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

 

h_ПЖ= h_П+Δh=0.016+0.04=0.056 м

 

Сопротивление парожидкостного слоя:

 

 

Общее гидравлическое сопротивление

 

 

б) Нижняя часть колонны

 

 

Где σ =(19*0,38+18,6*0,62)/1000=0,0187 Н/м (2, Прил.V) - поверхностное натяжение смеси при температуре питания 65⁰С

 

 

(М_F=0,38*32,042+0,62*46,069=40,739 кг/кмоль)

h_ПЖ= h_П+Δh=0.020+0.040=0.060 м

 

Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h=0.3 м необходимое для тарелок условие

 

 

Наибольшее сопротивление в нижней части колонны

Следовательно условие соблюдается

Проверяю равномерность работы тарелок - рассчитаю минимальную скорость пара в отверстиях ω_0мин, достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями.

 

 

Тарелки будут работать всеми отверстиями