Технологический процесс

Анализ объекта управления показал, что большую часть возмущающих воздействий невозможно устранить. Поэтому следует в качестве регулируемой величины выбрать температуру t″,а регулирующее воздействие оказывать изменением расхода Fᴛ.

В качестве контролируемых величин  следует принимать расходы теплоносителей, их конечные и начальные температуры, давления. Знание текущих значений этих параметров необходимо для нормального  пуска, наладки и эксплуатации процесса. Расход требуется знать также для подсчета технико- экономических показателей процесса, а расход Fn и температуру t″n – для оперативного управления процессом.

Сигнализации подлежат температура  t″n и расход продукта. Поскольку резкое падение расхода Fn может послужить причиной выхода из строя теплообменника, устройство защиты в этом случае должно перекрывать линию горячего теплоносителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Раздел

Технологический расчет аппарата

2.1.Принцип теплового  расчета теплообменных аппаратов

Тепловой расчет теплообменного аппарата выполняют для определения необходимой  поверхности теплообмена, температур потоков и типа теплообменника. В  начале теплового расчета должна быть составлена схема теплообмена, отражающая последовательность прохождения  потоками различных теплообменных  аппаратов, потребность во внешних  теплоносителях( хладоагентах) и т.д. Разность температур теплообменивающихся потоков не должна быть меньше 20-25⁰С. В противном случае потребуются большие теплообменные поверхности для передачи заданного количества тепла.

Тепловой расчет начинают с составления  теплового баланса аппарата. Принципиальная схема потоков теплообменного аппарата:

                                              Qпот

 

 

Количество  тепла Q₁, отданное охлаждающимся потоком, должно быть равно теплу Q₂, воспринятому нагревающимся потоком, с учетом тепловых потерь, т.е.

Q₂=ηQ₁

где η –  коэффициент использования тепла; η = 0,92- 0,98.

Потоки тепла  Q₁ и Q₂ находятся из следующих соотношений:

Q₁=G₁(itH₁- itk₁)

Q₂=G₂(itH₂- itk₂)

Где G- поток соответствующего продукта; it – энтальпия потока при температуре t.

Тогда уравнение  запишется так

Gi ( itн₁  - itк₁)η=G₂( itн₂  - itк₂)

Энтальпии потоков  должны быть рассчитаны с учетом изменения  агрегатного состояния потоков  при прохождении теплообменного аппарата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Принцип расчета величины поверхности  теплообмена.

Поверхность теплообмена рассчитывают по формуле

F=Q₂/K ∆t ср

где К – коэффициент теплопередачи; ∆tср – средняя разность температур для теплообменивающихся потоков.

Для предварительной  оценки величины поверхности теплообмена  среднюю разность температур вычисляют  как среднелогарифмическую разность.

При дальнейших расчетах величину К уточняют в соответствии с конструкцией теплообменника и фактической схемы движения потоков. Высокая эффективность работы теплообменного аппарата достигается при достаточно больших скоростях движения потоков. Однако при этом возрастает гидравлическое сопротивление аппарата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Принцип расчета коэффициента  теплоотдачи в трубах .

Величина  коэффициента теплоотдачи от движущегося  потока к поверхности труб зависит  от характера движения потока, определяемого  числом Рейнольдса

Re= =

где - скорость движения потока в трубах; d –внутренний диаметр труб; v – динамическая вязкость.

В промышленных теплообменниках ламинарный режим  движения потоков в трубах встречается  редко.

В зависимостях для расчета коэффициента теплоотдачи  для внутренней поверхности труб направление теплового потока учитывают отношением чисел Прандтля, рассчитанным для параметров потока при средней его температуре и при средней стенки. Если трубы имеют некруглое сечение или поток движется в кольцевом зазоре, как в теплообменниках типа «труба в трубе», вместо диаметра трубы d в расчетных уравнениях используют эквивалентный диаметр.

2.4.Принцип  расчета коэффициента теплоотдачи  в межтрубном пространстве.

 В межтрубном  пространстве поток имеет сложное  движение: установленные на трубном  пучке поперечные перегородки  изменяют как направление движения  поток, так и скорость его  движения. Для расчета коэффициента  теплоотдачи  можно пользоваться следующим уравнением           

Nu==0,22       

    где  Nu- число Нусельта; Re - число Рейнольдса; Рr—число Прандтля; 

    Скорость  движения потока  рассчитывают по формуле  

       =                      

где V,G – объемный и массовый расходы потока ; F –эффективное сечение межтрубного пространства.

Величину  F определяют по формуле

F =

Где F₁—площадь проходного сечения в вырезах перегородок; F₂—площадь проходного сечения трубного пучка между перегородками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                 4. Раздел

Охрана  окружающей среды

Огромное значение в решении  проблемы защиты окружающей среды придается  мерам научно – технического характера, в частности разработке новых мало- и безотходной технологии. Новую технологию можно создавать только при глубоком понимании законов природы, увязке промышленных циклов с природными особенностями.

Говоря о технологии, полезно  вспомнить ее определение, данное Д. И. Менделеевым, как «учения о… выгодных (то есть поглощающих наименее труда людского и энергии природы) приемах переработки природных продуктов в продукты потребные ( необходимые, или полезные, или удобные) для  применения  в жизни людей…»

Мысль Д. И. Менделеева о привязке технологии к условиям времени и места  весьма актуальна для нашей эпохи. В связи с этим следует сказать, что технология должна позволять  обеспечивать производство необходимых  продуктов не только с минимальными расходами сырья, энергии, рабочей  силы, но и с соблюдением экологических  условий, сводящих к минимуму выбросы  вредных веществ в биосферу.

В целях защиты окружающей среды  работа промышленных предприятий должна быть организована таким образом, чтобы  образующиеся отходы превращались в  новые продукты. Формула современного производства «Продукты и отбросы» должна постепенно превращаться в формулу  «Целевые продукты и побочные  (вторичные)продукты», характеризующую безотходную технологию.

При разработке малоотходных и безотходных  производств используют системный  анализ, позволяющий осуществлять синтез технологической системы с учетом оптимальных экономических критериев  отдельных подсистем – элементов  системы: узла добычи и кондиционирования  сырья, его переработки в целевой  продукт, выделения целевого продукта, утилизации выбросов. При этом учитывается  взаимодействие всех элементов системы  с окружающей средой.

Исследования  ученых  многих стран  показывают, что применение малоотходной и безотходной технологии позволит не только решить проблему защиты окружающей среды, но одновременно обеспечит высокую экономическую эффективность производства.

Одно из определений безотходной  технологии: «Безотходная технология – это такой способ осуществления  производства продукции (процесс, предприятие, производственный комплекс), при котором  наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия  в цикле сырьевые ресурсы- производство- потребление- вторичные ресурсы таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования».

От химической промышленности во многом зависит эффективность осуществления  мер по охране окружающей среды, так  как она производит различные  реагенты, коаагулянты, флокулянты, сорбенты, ионообменные материалы, катализаторы, которые используются в системах очистки отходящих газов и сточных вод.

Таким образом, основным направлением охраны окружающей среды от промышленных отходов должна быть разработка безотходных  и малоотходных технологических производств.

По агрегатному состоянию загрязнения  подразделяют на твердые, жидкие, газообразные.

Отходящие газы промышленности, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы , представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной- твердые частицы или капельки жидкости.

Организованный промышленный выброс- это выброс, поступающий в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы, а неорганизованным выбросом называют промышленный выброс, поступающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта.

Для обезвреживания отходящих газов  от газообразных и парообразных токсичных  веществ применяют следующие  методы : абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции, каталитические, термические, конденсации и компримирования.

Абсорбционные методы очистки отходящих  газов подразделяют по следующим  признакам: 1) по абсорбируемому компоненту; 2) по типу применяемого абсорбента; 3) по характеру процесса – с циркуляцией  и без циркуляции газа; 4) по использованию абсорбента- с регенерацией и возвращением его в цикл (циклические) и без регенерации (не циклические); 5) по использованию улавливаемых компонентов – с рекуперацией и без рекуперации; 6) по типу рекуперируемого продукта; 7) по организации процесса – периодические и непрерывные; 8) по конструктивным типам абсорбционной аппаратуры.

Адсорбционные методы очистки газов  используют для удаления из них газообразных и парообразных примесей.

Каталитические методы очистки  основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов.

В рекуперационной технике наряду с другими методами для улавливания паров летучих растворителей используют методы конденсации и компримирования.

В основе метода конденсации лежит  явление уменьшения давления насыщенного  пара растворителя при понижении  температуры.

Метод компримирования базируется на том же явлении, что и метод конденсации, но применительно к парам растворителей, находящимся под избыточным давлением.

Термические методы (методы прямого  сжигания) применяют для обезвреживания газов от легкоокисляемых  токсичных , а также дурнопахнущих примесей.

Вода играет решающую роль во многих процессах, протекающих в природе, и в обеспечении жизни человека. В промышленности воду используют как  сырье и источник энергии, как  хладоагент, растворитель, экстрагент, для транспортирования сырья и материалов и др.

Методы очистки сточных вод:

1. Удаление взвешенных частиц.
2. Физико - химические методы.
3. Химические методы.
4. Биохимические методы.
5. Термические методы.

Для удаления взвешенных частиц из сточных  вод используют процессы процеживания, отстаивания и фильтрования.

Перед более тонкой очисткой сточные  воды процеживают через решетки  и сита, которые устанавливают  перед отстойниками с целью извлечения из них крупных примесей, которые  могут засорить трубы и каналы.

Отстаивание применяют для осаждения  из сточных вод грубодисперсных  примесей.

Фильтрование применяют для  выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено.

К физико- химическим методам очистки сточных вод относят коагуляцию, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректификацию, выпаривание, дистилляцию, обратный осмос и ультрафильтрацию, кристаллизацию, десорбцию и др.

Коагуляция – процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в  агрегаты.

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых  диспергированных примесей, которые  самопроизвольно плохо отстаиваются.

Адсорбционные методы широко применяют  для глубокой очистки сточных  вод от растворенных органических веществ  после биохимической очистки, а  также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными.

Ионообменная очистка применяется  для извлечения из сточных вод  металлов, а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и  радиоактивных веществ.

Жидкостную экстракцию применяют  для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др.

Обратным осмосом и ультрафильтрацией  называют процессы фильтрования растворов  через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление.

К химическим методам очистки сточных  вод относят нейтрализацию, окисление  и восстановление.