ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. И ОБОРУДОВАНИЯ

Последовательность разработки технологической схемы

После сбора и обработки данных на разработку технологической схемы приступают к составлению операционной технологической схе­мы. Результаты изображают графически: отдельные процессы обозна­чают прямоугольником или кружками, пути перемещения материалов - сплошными линиями различной толщины. Каждому процессу и техно­логической линии присваивается номер; весь чертеж называется схемой материальных и технологических потоков производства.

Такая схема дает только общее представление о характере проек­тируемого производства, поэтому следующим этапом является состав­ление операционных блок-схем отдельных стадий производства. Блок - схема обычно включает следующие стадии:

• подготовка сырья;

• проведение химического превращения;

• выделение и очистка целевого продукта;

• создание товарной формы целевого продукта.

Пример блок-схемы представлен нарис. 5.1.

Следующим этапом детализации блок-схемы является разбивка каждой стадии процесса на отдельные физико-химические и химиче­ские операции. Это один из важнейших моментов проектирования, оп­ределяющий технический уровень и качество всего проекта. Анализ большого числа технологических схем показал, что чаще всего встреча­ется ограниченное число операций. К ним можно отнести:

• подачу и выдачу газообразных, жидких и твердых веществ с их дозировкой, разбавлением или концентрированием;

• массообменные процессы - растворение, кристаллизация, про­стая перегонка и ректификация, экстракция, абсорбция, адсорбция, де­сорбция;

• гидромеханические процессы - осаждение, фильтрование, цен­трифугирование;

• теплообменные процессы - нагревание, охлаждение, испаре­ние, конденсация, выпаривание, сушка;

• механические процессы - дробление, измельчение, классифи­кация и дозирование твердых веществ; транспортирование и перемеши­вание жидкостей;

• химические процессы - хлорирование, нитрование, окисление, восстановление, гидрирование, пиролиз и т. д.

На этом этапе решаются вопросы о непрерывном, периодическом или полупериодическом режиме проведения отдельных операций с уче­том экономической эффективности их работы. Прежде чем приступить к определению состава операций стадии подготовки сырья, необходи­мо уточнить, какие формы состояния сырья наиболее рациональны для проведения в дальнейшем химических превращений в оптимальных ус­ловиях. Следует стремиться к созданию однофазной системы в аппара­тах, где происходит химическое превращение, так как однофазные сис­темы позволяют упростить технологическое и конструктивное оформ­ление химического процесса и легче поддаются комплексной автомати­зации. Наиболее предпочтительна работа с жидкостями, так как в этом случае можно обрабатывать в единице объема реактора большую массу реагентов в единицу времени по сравнению с газовыми системами. Но газовые (паровые) системы имеют ряд достоинств, например возмож­ность смешивать любые вещества в любом соотношении. Наименее предпочтительно использование трех и более фаз в одном аппарате.

Изучив стандарты и технические условия (ТУ) на сырьевые про­дукты, выбирают процессы и операции перевода их в рациональную форму. Чаще всего встречаются операции приема жидких, твердых и га­зообразных продуктов, операции отмеривания, взвешивания, растворе­ния, перемешивания, измельчения и пр.

При приеме продуктов в условиях Сибири иногда приходится пре­дусматривать их предварительный подогрев для уменьшения вязкости или плавления в железнодорожной цистерне перед перекачкой. В случае создания склада на открытой площадке предусматривается постоянный подогрев емкостей.

При приеме газообразных продуктов уделяется внимание удале­нию конденсированных фаз, например фильтрованием, осушкой, сорб­цией и т. д. Иногда приходится прибегать к увлажнению газов, напри­мер для безопасной работы с ацетиленом в него добавляется «транс­портный» водяной пар.

При приеме и удалении из цеха твердых продуктов уделяется вни­мание механизации следующих основных операций:

• доставка материалов в цех, разгрузка и размещение их в цехе;

• вскрытие тары и ее обработка;

• подготовка материалов к использованию;

• доставка материалов к технологическим аппаратам и их дози­ровка;

• обработка и удаление твердых и сыпучих отходов производства;

• переработка твердых целевых продуктов.

В некоторых случаях на стадии подготовки сырья приходится осу­ществлять процессы и операции по повышению качества сырья в связи с тем, что требования технологического процесса превышают показате­ли стандартов или ТУ. Обычно применяются процессы перегонки, сорбции, сушки, фильтрования и т. и. Иногда приходится использовать и химические процессы, например гидрирование для удаления следов ацетилена, разложение перекисей, которые могут образоваться во время хранения ряда продуктов, и т. д.

Особого внимания требует составление схемы стадий химическо­го превращения, так как проведение технологического процесса при этом предопределяет во многом экономическую эффективность всего производства в целом.

Исходными данными для составления операционной схемы в этом случае являются данные по термодинамике, кинетике, механизму хими­ческой реакции, о фазовом состоянии реагентов. На основании этих данных необходимо задаться определенным типом аппарата. При про­ведении стадии химического превращения приходится иметь дело с яв­лениями различной физико-химической природы: химическими, тепло­выми, диффузионными и гидромеханическими. Они, как правило, со­вмещены в объеме аппарата и характеризуются большим числом эле­ментов и связей, иерархий уровней элементарных физико-химических эффектов, связанных цепью причинно-следственных отношений. По­этому необходимо стремиться, прежде всего, провести качественный анализ физико-химической системы и процессов, протекающих в ней. Следует заметить, что глубина детализации зависит от степени изучен­ности рассматриваемой системы и явлений, связанных с проектируе­мым процессом.

На основе проведенного анализа можно составить набор опера­ций, обеспечивающих стадию химического превращения, и определить их локализацию. Результаты анализа можно представить в текстовом
виде или дополнить текст графической иллюстрацией (см. пример на рис. 5.2).

Выбирая определенную операцию или их набор, надо точно уяс­нить достигаемую цель. Необходимо иметь представление, как осуще­ствляется та или иная операция. Например, целью перемешивания мо­жет являться:

• ускорение течения химической реакции;

• равномерное распределение твердых частиц в объеме жидкости;

•
интенсификация теплообмена.

Перемешивание может происходить как в реакционных аппара­тах, так и в специальных аппаратах-смесителях или в трубопроводах. Перемешивание может осуществляться механическими мешалками, га­зом или паром, циркуляцией с помощью насосов, вибраторами или пульсаторами.

При составлении операционной схемы стадии выделения голевого продукта решаются задачи:

• выпуск готовой продукции в соответствии с требованием стандартов и технических условий;

• максимально возможная утилизация побочных продуктов;

• выделение и регенерация не прореагировавшего сырья и вспо­могательных продуктов.

Обычно эти задачи решаются за счет использования процессов дистилляции и ректификации, кристаллизации, переосаждения, сорбци­онных процессов и т. д. Критерием выбора процесса или комбинации процессов является удовлетворение требований стандартов и экономи­ческая эффективность. Набор операций зависит от принятия решения по выбору вывода из цеха готовой продукции (по трубопроводам, в цис­тернах, бочках, контейнерах, мешках и т. и.).

Операционная схема должна решать и вопросы удаления отходов производства. Под отходами производства понимают удаляющиеся в технологическом процессе продукты, которые не могут быть использо­ваны ни на данном, ни на другом предприятии, и поэтому подлежат уничтожению или обезвреживанию.

Отходами могут быть отработанная охлаждающая вода, отходящие газы, жидкие органические соединения, химически загрязненные водные стоки, кислотно-щелочные стоки, твердые отходы и т. д. Газовые отходы перед выбросом в атмосферу могут очищаться в скрубберах, циклонах, электрофильтрах или подаваться на факел к печам сжигания.

В зависимости от конкретных условий предусматриваются как общезаводские установки по переработке и обезвреживанию отходов, так и прицеховые.