Основы проектирования химических производств

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 на рис. 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, прос - "ля 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, зосстановление, гидрирование, пиролиз и т. д.

На этом этапе решаются вопросы о непрерывном, периодическом яди полупериодическом режиме проведения отдельных операций с "четом 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 дозирования, взвешивания, рас­творения, перемешивания, измельчения и пр.

При приеме сырьевых материалов 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 материалов 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.

9-4240

При приеме и удалении из иеха твердых материалов 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 иди ТУ. Обычно применяются процессы перегонки, сорбции, сушки, фильтрования и т. п. 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 зо многом предопределяет экономическую эффективность всего про­изводства в целом.

Исходными данными для составления операционной схемы в этом случае являются данные по термодинамике, кинетике, механизму хи­мической реакции, данные о фазовом состоянии реагентов. На осно­вании этих данных необходимо задаться определенным типом аппара­та. При проведении стадии химическою 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, при этом 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 ‘окализацию. Результаты анализа можно представить в текстовом чде или дополнить текст графической иллюстрацией (см. пример на ■не. 5.2).

Выбирая определенную операцию или их набор, надо точно уяс­нить достигаемую цель. Необходимо иметь представление, как осу - иествляется 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 целевого 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 вспо могательных 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 соответствие требованиям 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. п.).

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 могуг 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 при цеховые.