Стриппер-дистиллятор в производстве карбамида - Диплом по ПАХТ

В дипломном проекте рассчитывается тепловой аппарат для дистилляции плава карбамида, являющийся составной частью установки производства карбамида. Диплом включает пояснительную записку на 102 страницы и 8 листов чертежей. Выполнены технологический и конструкторский расчеты. Рассмотрены вопросы автоматизации работы аппарата и изготовления обечайки. Определена экономическая эффективность проводимой модернизации.

Стриппер-дистиллятор представляет собой теплообменный аппарат пленочного типа. Работает по принципу противотока: раствор карбамида тонкой пленкой стекает сверху вниз, а газовая фаза (диоксид углерода) поднимается снизу вверх.

Диплом по ПАХТ на тему «Стриппер-дистиллятор в производстве карбамида» содержит материал для самостоятельной подготовки по предмету. Работа включает пояснительную записку и чертежи. В ознакомительных целях можно скачать записку в формате pdf (электронная книга). Цена всей работы 5000 ₽.

  • расход раствора карбамида Gвх 35170 кг/ч;
  • температура раствора на входе tвх 150 °C;
  • температура раствора на выходе tвых 160 °C;
  • давление раствора на входе Pвх 2,2 МПа;
  • расход продувочного газа СО2 при рабочих условиях Vг 300 м3/ч;
  • температура продувочного газа на входе tг 100 °С;
  • давление продувочного газа на входе (изб.) Pиг 1,85 МПа;
  • давление греющего пара Pп 1,4 МПа;
  • температура греющего пара tп 200 °С.
Введение8
1 Обзор состояния вопроса10
1.1 Способы получения карбамида10
1.2 Технологические схемы производства карбамида12
1.3 Обзор конструкций проектируемого оборудования17
2 Технологический раздел20
2.1 Описание технологической схемы и проектируемого оборудования20
2.2 Технологический расчет25
2.3 Материальный баланс26
2.4 Тепловой баланс аппарата30
2.5 Расчет диаметров основных штуцеров аппарата31
2.6 Расчет поверхности теплообмена33
2.7 Расчет тепловой изоляции аппарата36
2.8 Расчет вспомогательного оборудования37
3 Расчетно-конструкторский раздел40
3.1 Конструирование аппарата40
3.2 Выбор материала для изготовления аппарата41
3.3 Определение характеристик материала41
3.4 Расчет толщины стенки обечайки трубной камеры43
3.5 Расчет толщины стенки обечайки крышек45
3.6 Расчет эллиптического днища46
3.7 Расчет трубной решетки47
3.8 Расчет необходимости использования компенсатора48
3.9 Расчет штуцера50
4 Специальный раздел53
4.1 Разработка технологического процесса изготовления базовой детали53
4.2 Разработка маршрутной, технологической и операционной карт67
4.3 Технологическая схема сборки аппарата68
4.4 Технические условия на эксплуатацию и ремонт68
5 Автоматизация оборудования71
5.1 Выбор и обоснование параметров контроля и управления71
5.2 Описание выбранной системы сбора сигналов и управления72
5.3 Выбор и обоснование технических средств и систем автоматизации76
6 Безопасность и экологичность проекта84
6.1 Анализ опасных и вредных факторов85
6.2 Мероприятия по предотвращению воздействия опасных и вредных факторов85
6.3 Защита персонала и территории в чрезвычайных ситуациях88
7 Организационно-экономический раздел90
7.1 Обоснование производственной мощности90
7.2 Организация труда и расчета заработной платы91
7.3 Себестоимость продукции92
7.4 Расчет капитальных затрат и амортизационных отчислений94
7.5 Прибыль95
7.6 Расчет эффективности использования основных средств96
7.7 Сводные показатели эффективности проектного решения97
7.8 Точка безубыточности98
7.9 Заключение об экономической эффективности99
Заключение100
Список использованных источников101

Карбамид (мочевина) CO(NH2)2 – белое кристаллическое вещество, содержащее 46,6% азота; температура плавления 132,7 °С, плотность 1335 кг/м3. Карбамид выпускают в гранулированном или кристаллическом виде. Карбамид хорошо растворим в воде и в жидком аммиаке. Растворение карбамида в воде сопровождается поглощением теп¬ла, а кристаллизация из раствора – выделением тепла.

Карбамид выпускают двух марок: марки А – для промышленности и животноводства и марки Б – для сельского хозяйства в качестве удобрения.

Карбамид среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском хозяйстве. Он обладает большей устойчивостью к выщелачиванию по сравнению с другими азотными удобрениями, то есть менее подвержен вымыванию из почвы, менее гигроскопичен, может применяться не только как удобрение, но и в качестве добавки к корму крупного рогатого скота. Карбамид, кроме того, широко используется для получения сложных удобрений, удобрений с регулируемым сроком действия, а также для получения пластмасс, клеев, лаков и покрытий.

По своим физическим свойствам карбамид, как удобрение, также имеет преимущества перед аммиачной селитрой: не взрывоопасен, менее гигроскопичен и менее слеживается. Гигроскопическая точка для карбамида при 20 °С равна 80%.

Попадая в почву, на кислых почвах карбамид вначале оказывает нейтрализующее действие, а затем начинает действовать аналогично аммиачной селитре, то есть подкисляет почву. При внекорневой подкормке растений карбамид безопасен, т. к. не вызывает ожогов листьев. В животноводстве карбамид применяют для откормки скота – в качестве добавки к корму, содержащему мало белков и много углеводов. В сычуге жвачных животных микроорганизмы превращают карбамид в белковые соединения.

В промышленности карбамид применяют для приготовления карбамидо-формальдегидных смол, пластических масс, клеев, фармацевтических препаратов, для депарафинизации смазочных масел, для полимеров, перерабатываемых в волокна, в текстильной и бумажной промышленности, в производстве красителей и моющих средств. Его применяют также в деревообрабатывающей и кожевенной промышленности.

Работы в области дальнейшего усовершенствования технологии карбамида ведутся во многих странах (РФ, Италия, Япония и др.). Основные направления этих работ заключаются в изыскании более прогрессивных способов полного замыкания цикла синтеза и рецикла с одновременным увеличением мощности единичного агрегата. Внедрение в промышленность более прогрессивной технологии позволит значительно улучшить технико-экономические показатели производства карбамида.

В последние годы начал широко применяться процесс стриппинга, который заключается в том, что разложение карбамата аммония в плаве после колонны синтеза ведут при давлении, близком к давлению на ступени синтеза, продувкой плава сжатым диоксидом углерода или сжатым газообразным аммиаком. В этих условиях карбамат аммония дросселируют, так как при продувке плава диоксидом углерода резко снижается парциальное давление аммиака и нарушается равновесие процесса.

Этот процесс отличается использованием тепла образования карбамата и более низкими расходами энергии. В азотной промышленности стриппинг-процесс применяется в агрегатах большой единичной мощности – 1000 и 1500 тонн в сутки.

Расчет теплообменного аппарата для разложения карбамата аммония и удаления двуокиси углерода из раствора карбамида (стриппер-дистиллятора), работающего в составе установки производства карбамида, является целью данного дипломного проекта.

Чертеж технологической схемы установки производства карбамида и чертеж схемы автоматизации стриппер-дистиллятора Чертеж общего вида стриппер-дистиллятора. Лист 1 из 2. Чертеж общего вида стриппер-дистиллятора. Лист 2 из 2. Чертеж общего вида емкости хранения плава карбамида Сборочный чертеж днища и чертеж его 3D-модели Рабочие чертежи деталей стриппер-дистиллятора Сборочный чертеж трубной секции, опоры и рабочие чертежи деталей опоры Схема сборки стриппер-дистиллятора и технологическая карта изготовления обечайки

Уважаемые члены государственной аттестационной комиссии, вашему вниманию представляется доклад на тему «Стриппер-дистиллятор в производстве карбамида».

Карбамид среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском хозяйстве. Он обладает большей устойчивостью к выщелачиванию по сравнению с другими азотными удобрениями, широко используется для получения сложных удобрений.

В последнее время начал применяться процесс стриппинга, который заключается в том, что разложение карбамата аммония в плаве после колонны синтеза ведут при давлении, близком к давлению на ступени синтеза, продувкой плава сжатым диоксидом углерода или сжатым газообразным аммиаком. В этих условиях карбамат аммония дросселируют, так как при продувке плава диоксидом углерода резко снижается парциальное давление аммиака и нарушается равновесие процесса.

Этот процесс отличается использованием тепла образования карбамата и более низкими расходами энергии. В азотной промышленности стриппинг-процесс применяется в агрегатах большой единичной мощности – 1000 и 1500 тонн в сутки.

Расчет стриппер-дистиллятора является темой данного дипломного проекта.

Технологическая схема. Водный раствор карбамата аммония и углеаммонийных солей, газообразные СO2 и NH3 поступают колонну синтеза карбамида, где протекает синтез.

Жидкая реакционная смесь, называемая плавом, поступает в стриппер-дистиллятор и стекает по трубкам вниз. Сжатый в компрессоре диоксид углерода подается противотоком плаву карбамида. В результате снижения парциального давления аммиака начинается разложение карбамата с одновременным поглощением тепла. Температура в стриппере поддерживается за счет обогрева межтрубного пространства водяным паром. Газы, выходящие из верхней части аппарата, поступают в конденсатор высокого давления.

Водный раствор карбамида поступает наверх ректификационной колон¬ны, из нижней части колонны выходит 70%-й водный раствор карбамида. Затем раствор подают в выпарные аппараты, где он упаривается до концентрации 99,8%.

Из выпарных аппаратов плав карбамида подают в грануляционную баш¬ню. Для охлаждения и кристаллизации гранул карбамида в нижнюю часть башни поступает воздух, идущий противотоком частицам карбамида.

Чертеж общего вида аппарата. Стриппер-дистиллятор представляет собой теплообменный аппарат пленочного типа. На верхней камере расположены штуцер выхода газов дистилляции и ввод раствора карбамида; на нижней камере – ввод углекислого газа, штуцер выхода раствора карбамида, две бобышки для подсоединения фланцевых разделителей; на кожухе – штуцера входа пара, входа паровой фазы и выхода конденсата. Уровень в аппарате регулируется выдачей раствора карбамида регулировочным. Аппарат теплоизолируется и устанавливается на опорные лапы. Работа аппарата основана на процессе теплообмена. Режим работы аппарата непрерывный.

В верхней части аппарата имеется распределительное устройство, обеспечивающее пленочный характер течения жидкости по трубкам. Работает стриппер-дистиллятор по принципу противотока: раствор карбамида тонкой пленкой стекает сверху вниз, а газовая фаза (диоксид углерода) поднимается снизу вверх. Диоксид углерода подогретый глухим паром (Р=0,9 МПа) в теплообменнике с температурой 130-140 °С, давлением 1,8-1,9 МПа, подается через распределительное устройство в нижнюю часть стриппера-дистиллятора. Распределительное устройство предусмотрено для равномерного распределения стриппинг-агента (СО2). Температура раствора карбамида на выходе из стриппера-дистиллятора в пределах 155-160 °С поддерживается подачей водяного пара с давлением 1,4 МПа в межтрубное пространство стриппер-дистиллятора. С паром, подаваемым в аппарат, подводится тепло, необходимое для разложения карбамата аммония в токе углекислого газа на аммиак и окись углерода. Пароконденсационная смесь из межтрубного пространства стриппера-дистиллятора поступает в конденсатоотводчик и далее конденсат поступает в коллектор конденсата пара высокого давления. В результате неоднократного нагрева в узле дистилляции из плава выделяется почти весь избыточный аммиак и разлагается большая часть карбамата аммония на аммиак и диоксид углерода.

Конструктивно стриппер-дистиллятор представляет собой цилиндрический аппарат вертикального типа диаметром 800 мм, устанавливаемый на эстакаде. Аппарат состоит из трубной решетки, цилиндрической обечайки и двух эллиптических днищ. Для вертикальной установки аппарата на эстакаду к обечайке приварены опоры. Трубная решетка представляет собой две трубные доски, приваренные к обечайке. В отверстиях трубных досок развальцованы теплообменные трубы. Трубная решетка и крепятся друг к другу посредством разъемного фланцевого соединения, обтюрация типа «шип-паз», тип фланцев на днищах - приварные встык. На трубной решетке фланцы конструктивно совмещены с трубными досками.

Ввод реагентов и вывод продуктов выполняется через штуцеры: два расположены в верхнем днище, два – в нижнем, и два в цилиндрической обечайке.

Днище, 3D днища и детали. Снизу аппарат закрывается днищем, которое представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух цилиндрических обечаек, двух стандартных эллиптических днищ и двух штуцеров с ответными фланцами и набором крепежных деталей.

Вывод плава карбамида выполняется через фланцевое соединение в нижнем днище. Днище крепится к трубной камере посредством фланцевого соединения. Режимные параметры и состояние среды в аппарате позволяют использовать плоские прокладки без специальных конструкций на фланцах.

Для наглядности конструкции днища выполнен чертеж 3D-модели.

Опора. Опора состоит из деталей, соединяемых при помощи сварки. Нагрузку от веса аппарата в вертикальном направлении воспринимают ребра, выполненные в форме уголков. Для плотного прилегания опоры к аппарату и передачи осевой нагрузки опора содержит гнутую пластину, внутренний радиус гибки которой равен наружному диаметру обечайки стриппер-дистиллятора. Опора крепится к обечайке при помощи сварки.

Греющая камера. Раствор из колонны синтеза карбамида стекает сверху вниз по внутренней поверхности теплообменных труб, диоксид углерода идет противотоком снизу вверх. Для стабилизации температурного режима трубки снаружи обогреваются водяным паром.

Камера представляет собой сварную обечайку цилиндрической формы с установленными с двух сторон трубными решетками. Пар вводится через штуцер, размещенный под верхней трубной доской. Трубки закрепленных в решетках при помощи развальцовки. Трубные решетки крепятся к обечайке при помощи сварки. К аппарату деталь крепится при помощи фланцевых соединений.

Изготовление. Конструкция стриппер-дистиллятора является технологичной, так как имеется возможность расчленения ее на отдельные детали и узлы, обеспечивается сборка и сварка с применением сборочных приспособлений, автоматической и ручной дуговой сварки.

Процесс изготовления обечайки состоит из заготовительной, сварочной, сборочной и контрольной операций. Исходным материалом является листовой прокат, из которого выполняется сварка обечайки.

Для изготовления составлены маршрутная карта (описание технологического процесса изготовления и контроля изделия в технологической последовательности), технологическая карта (более детальная разработка процесса изготовления) и операционная карта (описание технологической операции с расчленением её по переходам и указанием параметров режимов обработки, расчётных норм и трудовых нормативов).

Технологическая схема сборки является основной для проведения процесса сборки аппарата. В первую очередь составляют схему общей сборки, затем – схему узловой сборки. Эти схемы являются наглядным отображением процесса сборки изделия и его составных частей.

Емкость. Для временного хранения плава карбамида после дистилляции используется емкость – горизонтальный цилиндрический аппарат диаметром 2800 и длиной 11000 мм. Аппарат устанавливается на двух опорах. Для подключения к технологическим трубопроводам есть штуцеры. Обслуживание внутренней поверхности аппарата выполняется через люк-лазы. Емкость работает под давлением 2 МПа и с температурой 160 °С.

Автоматизация. Для контроля и управления процессом стриппинга выбрана электрическая схема передачи сигнала на расстояние и приборы взрывобезопасного исполнения.

Объектами управления при автоматизации процесса дистилляции плава карбамида являются стриппер-дистиллятор СД и конденсатор высокого давления КВД.

Стриппер дистиллятор СД предназначен для удаления из плава, выходящего из колонны синтеза, растворенной двуокиси углерода. Удаление выполняется при нагревании плава карбамида водяным паром в присутствии двуокиси углерода. В конденсаторе высокого давления КВД происходит конденсация газов дистилляции с образованием плава карбамата, который направляется в колонну синтеза.

Эффективность процесса определяется температурой плава карбамида после теплообменных труб и соблюдения расчетного расхода двуокиси углерода. Основными возмущающими воздействиями для проектируемого аппарата являются температура и расход плава карбамида на входе в стриппер-дистиллятор. Необходимая движущая сила процесса удаления растворенного СО2 из плава обеспечивается регулированием расхода двуокиси углерода.

Стриппер-дистиллятор и конденсатор высокого давления работают под давлением, поэтому для предупреждения о потенциально аварийных ситуациях предусмотрен контроль и сигнализация давления в аппарате.

БЖД. Проведенные мероприятия позволяют считать проект безопасным и экологичным. Для безопасной эксплуатации аппарата предусмотрен ряд мер, направленных на снижение вредных воздействий оборудования. Для снижения производственного травматизма предусмотрены средства пожаротушения, оповещения персонала и индивидуальной защиты. На высотном оборудовании установлены молниеотводы.

В целях защиты окружающей среды большое внимание уделяется глубокой очистке газов, выбрасываемых в атмосферу, от диоксида углерода и от аммиака в абсорбере низ¬кого давления, скруббере и в аппаратуре кислой абсорбции, а также очистке воздуха, выходящего из грануляционной башни, от пыли. Предусмотрена также очистка сточных вод до санитарных норм перед их сбросом.

Экономика. Анализ экономической эффективности показал, что за счет увеличения поверхности теплообмена аппарата удалось снизить материальные расходы на дистилляцию карбамида. Использование высоколегированной стали позволило сократить число ремонтов оборудования и затраты на ремонт. Срок окупаемости проекта менее полутора лет.

Спроектированный стриппер-дистиллятор удовлетворяет техническому заданию и может быть использован в производстве карбамида. При соблюдении правил эксплуатации оборудования гарантируется его безопасная работа в течение всего срока службы.

Доклад завершен.