Основы проектирования химических производств

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС КАК ОСНОВА ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Промышленные здания и сооружения должны быть запроектиро­ваны с точным учетом требований наиболее эффективного технологи­ческого процесса.

При составлении проекта промышленного предприятия необхо­димо определить типы и размеры зданий, их требуемые площади, чис­ленность рабочих, количество и типы оборудования, требуемое для предприятия количество сырья, материалов, энергии и топлива. Необ­ходимо также разработать план предприятия и внутреннюю планиров­ку цехов.

Все эти задачи решаются на основе данных принятого технологи­ческого процесса производства. Поэтому, приступая к проектированию промышленного здания, необходимо прежде всего изучить технологи­ческий процесс данного производства.

Основой для архитектурно-строительной разработки проекта слу­жит технологическая производственная схема, которая представляет собой графическое изображение функциональной зависимости между отдельными производственными процессами, осуществляемыми в данном цехе. Например, на рис. 1.6 представлена схема производства серной кислоты контактным способом, который включает три стадии после обжига колчедана:

— очистку газа от вредных для катализатора примесей;

— контактное окисление сернистого ангидрида в серный;

— абсорбцию серного ангидрида серной кислотой.

Внимательное изучение технологической схемы функциональной связи помещений дает возможность установить рациональную по­следовательность расположения отделений и помещений цеха, и эта схема является исходной базой для проектирования плана здания. Процесс очистки газов и получения кислоты на заводах протекает в промывном и сушильно-абсорбционном отделениях. Основное обо­рудование этих отделений (электрофильтры, нромывные и сушильно­абсорбционные башни) устанавливают на отметке 7-8 м над уровнем пола.

Электрофильтры, промывные и сушильно-абсорбционные башни имеют вертикальный технологический процесс и обслуживаются с площадок на разных уровнях. Оборудование размещают обычно на открытом воздухе. Для укрепления технологического оборудования устраивают железобетонные постаменты (этажерки). Сетка колонн постаментов — 6x6м.

Оборудование можно устанавливать на отдельные постаменты для независимой осадки фундаментов. Пространство под постаментами используют для установки насосов, сборников кислоты, для подсобных помещений, трансформаторных подстанций, ремонтных мастерских, бытовых помещений (рис. 1.7).

Предприятия химической и нефтехимической промышленности применяют химическую технологию и выпускают продукцию следую­щих классов:

• продукцию неорганической химии и горно-химическое сырье;

• полимеры, пластические массы, химические волокна;

• лакокрасочные материалы;

• синтетические красители и органические продукты;

• продукты органического синтеза (нефтехимия, коксохимия, лесохимия);

• химические реактивы и особо чистые вещества;

Классы процессов Виды процессов

Химические

Гидратация Полимеризация

Электролиз Абсорбция
Адсорбция

Рис. 1.8. Процессы и аппараты химической технологии

• емкости;

• теплообменники.

Машинное оборудование размешается, как правило, в отапливае­мых зданиях, в то время как условия эксплуатации колонного обору­дования позволяют устанавливать его на открытых площадках, на эта­жерках, специальных постаментах, а особо крупное — на собственных фундаментах; только в редких случаях в суровых климатических усло­виях часть такого оборудования нуждается в укрытиях.

Вынос технологического оборудования из отапливаемых помеще­ний на открытые площадки этажерки и под навесы — одна из важней­ших тенденций в строительстве химических объектов.

Увеличение производительности аппаратов оказывает существен­ное влияние на снижение удельного расхода территории и капиталь­ных затрат. Это позволяет установить насосы, компрессоры и др. ма­шины порознь, открыто, приблизив их к основному технологическому оборудованию и соответственно уменьшить протяженность коммуни­каций.

На рис. 1.9 и 1.10 показаны наиболее распространенные виды пространственных форм основного и вспомогательного оборудования и возможные схемы их компоновки.

Анализ процессов, номенклатуры применяемого оборудования, а также принципов его комбинирования показывает, что в химической технологии определилась система структурных единиц, каждая из ко­торых — составная часть более крупной и может функционировать самостоятельно.

Структурные уровни организации химического и нефтехимическо­го предприятия показаны на рис. 1.11. Использование этого принципа в планировке позволяет разрабатывать на основе определенного моду­ля пространственные структуры, которые пригодны для построения системы любой сложности, а также устанавливать единые принципы компоновки всех ее элементов. Это дает возможность вести разработку даже для самой сложной структуры (например, комбината) последова­тельно, сохраняя на любом уровне разработки единство стиля и, в то же время, учитывая любые конъюнктурные требования.

Система технологических элементов, из которых формируют объекты химии, включает следующие единицы. Аппараты — выполня­ют отдельные операции и являются первичными элементами общей технологической структуры предприятий. Аппараты, как правило, объединяют в группы и образуют качественно новую структурную единицу — технологические узлы или агрегаты. В агрегате протекает не один, как в аппарате, а несколько процессов. Сочетание агрегатов быстрого и планомерного освоения производственных мощностей потребовало выделить минимальный комплект технологических уста­новок (дающих, подобно целому, готовую продукцию, но в меньших

Рис. 1.9. Виды оборудования химической технологии

Рис. 1.10. Схемы компоновки технологического оборудования:

А — колонн и реакторов; Б — машинного оборудования; В — теплообменников;

Г — емкостей

Рис. 1.11. Уровни организации химического предприятия

Масштабах) в самостоятельную единицу — технологическую линию, образующую следующий уровень организации технологии.

В зависимости от заданной мощности и номенклатуры продуктов несколько технологических линий, функционирующих автономно, комплектуют в новую структурную единицу — производство, которая, участвуя в общей программе предприятия по выпуску готовой про­дукции, в случае необходимости также может функционировать само­стоятельно. Группа различных производств, выполняющая полный технологический цикл от переработки сырья до выпуска товарной про­дукции, образует технологический поток завода. Несколько технологи­ческих потоков завода, объединенных на основе внутреннего матери­ального баланса, образуют автономный технологический комплекс — комбинат, который является самой крупной единицей в обшей техно­логической структуре предприятия. На базе автономных технологиче­ских комплексов — комбинатов — формируют промышленные узлы, промышленные районы, топливно-промышленные комплексы и дру­гие производственные объединения.

Формирование и объединение специализированных химических и нефтехимических предприятий обычно осуществляется автономными технологическими комплексами, в которые входит группа произ­водств, объединенная общим технологическим процессом и имеющая в своем составе необходимые объекты подсобно-производственного и обслуживающего назначения.

Каждый автономный технологический комплекс специализи­руется на выпуске одного или нескольких видов готовой продукции и формируется на основе единичной укрупненной мощности голов­ного производства (например, производство этилена на заводе орг - сингеза).

Состав производств в каждом пусковом комплексе определяется их оптимальным сочетанием на основе переработки основного продукта. Например, для специализированных азотных заводов установлена сле­дующая номенклатура продукции: аммиачная селитра, карбамид, слож­ные удобрения, капролактам. На заводах органической химии имеется широкая номенклатура выпускаемых продуктов (хлор, этилен, винил - хлорид и др.). Автономные технологические комплексы строятся на базе двух головных производств — хлора и таких органических продук­тов, как ацетилен, этилен и др., и могут иметь разнообразные наборы производств.

Автономные технологические комплексы должны по возможности иметь однородную структуру, основанную на оптимальном сочетании производств и внутреннем материальном балансе, строго последова­тельном размещении производств, в соответствии с технологическим потоком и самостоятельном материально-техническом снабжении.

Схема размещения производственных объектов в пределах авто­номного комплекса должна подчиняться общей закономерности про­цесса переработки сырья, осуществляемого в такой последователь­ности: подача сырья, производство основных видов полупродуктов, производство готовой продукции, вывоз готовой продукции. Встреча­ются разновидности этой схемы.

Так, производство карбамида на азотных заводах может быть без стадии получения полупродуктов; производство капролактама и мно­гих хлорорганических продуктов осуществляется на базе двух головных производств. Встречаются схемы, когда поток разделяется на две линии. Однако во всех случаях сохраняется четкая последовательность расположения производственных объектов автономного комплекса, имеющего относительно самостоятельную систему снабжения сырьем, водой, паром, электроэнергией, кислородом, сжатым воздухом и др.