Аппаратурный расчет

1. Аппаратурный расчет

Цель аппаратурного расчета
технологического
оборудования:
определение размеров и числа
аппаратов
заданных
типов,
позволяющих выпускать продукт в
его заданном объеме за указанный
срок.
Лесина Ю.А.
Аппаратурный расчет
1

2. Оборудование стадий

• Основное- используется для реализации
стадий получения выделения и очистки
продуктов
(емкостные
аппараты
с
перемешивающими
и
теплообменными
устройствами,
колонны,
фильтры
и
центрифуги, сушилки);
• Вспомогательное
используется
для
временного хранения и транспортировки
исходных
веществ
и
промежуточных
продуктов
(мерники,
сборники,
теплообменники, насосы, компрессоры).
Лесина Ю.А.
Оборудование стадий
2

3. Исходные данные для аппаратурного расчета:

• предварительная аппаратурная схема;
• количество веществ, перерабатываемых в
каждом отдельном аппарате (материальный
баланс);
• нормы времени работы оборудования;
• условия эксплуатации оборудования.
Лесина Ю.А.
Исходные данные для
аппаратурного расчета:
3

4. Алгоритм расчета и подбор оборудования периодического производства

• Составление графика гармонизации работы
оборудования.
• Расчет основного оборудования и подбор его
по каталогам. НЕ конструирование
аппаратов!!!
• Расчет и подбор вспомогательного
оборудования.
• Составление спецификации оборудования.
Лесина Ю.А.
Алгоритм расчета и подбор
оборудования периодического
производства
4

5. График гармонизации работы оборудования

• Цель составления: выбор и определение
рационального варианта загруженности и
простоев аппаратуры.
• Требования к составлению: соблюдение
поточности процесса, ритмичности,
минимального количества простоев
оборудования.
Лесина Ю.А.
График гармонизации
работы оборудования
5

6. Технологический цикл аппарата – упорядоченная последовательность технологических и организационных мероприятий, имеющих

конечную
продолжительность
tij = oij + eij + pi(j-1) + τij + pij + xij
Процесс функционирования аппаратов периодического действия
изображается в виде графиков Гантта
Лесина Ю.А.
Продолжительность
технологического цикла равна
сумме длительностей операций:
6

7. График Гантта

• на графиках отображаются только основные
аппараты;
• если передача из одного аппарата в другой
пренебрежительно мала по сравнению со
временем работы аппарата, то на графике
процесс передачи не отображается. В
противном случае передача масс из аппарата
в аппарат учитывается на графике.
Лесина Ю.А.
График Гантта
7

8. Время работы в реакторе периодического действия

х. р. всп.
Лесина Ю.А.
Нормы технологического режима
8

9. Расчет времени вспомогательных операций

• Время заполнения аппарата при подаче жидкости через насос
где Vж. – объем подаваемой жидкости, м3,
Vн. – производительность насоса, подающего жидкость, м3/с.
• Время опорожнения аппарата зависит от способа выгрузки
реакционной массы:
– разгрузка через трубу передавливания
всп.3
– разгрузка через сливной штуцер
900 V р. м.
2
ап .
D
,с
Лесина Ю.А.
V
всп.2 ж.
Vн.
1,1 103 V р. м.
всп.3 0,5
,с
2
H р. м. Dап.
где Vр.м. – объем реакционной массы в реакторе, м3;
Dап. – диаметр аппарата, м;
Нр.м. – начальная высота уровня реакционной массы в реакторе, м.
9

10. Расчет времени вспомогательных операций

4(5)
Q4(5)
F K 4(5) tср.4(5)
Лесина Ю.А.
• Время нагрева (охлаждения) при известной площади
поверхности теплообмена
(см. тепловой расчет).
10

11. Расчет длительности операций (пример)

• Рассчитываем только основное оборудование!!!
• ƬР1= Ƭподгот.+Ƭзагр.+Ƭнагрев.+Ƭхим.р-ции+Ƭвыгр. =
30+15+40+480+15=580 мин=9,7 ч
• Расчет времени нагрева (горячей водой)
• на 1 ᵒС
нагреваем за 1 минуту
• на 60-20=40 ᵒС
за Х минут
Х=40 минут!
• ƬФ5= Ƭподгот.+Ƭнагрев.+Ƭзагр.+Ƭфильтр.+Ƭвыгр.осадка =
30+40+15+60+15=160 мин=2,7 ч
• ƬР6= Ƭподгот.+Ƭзагр. (р-ра К-соли) +Ƭохл.+ ƬзагрHCl. +Ƭхим.р-ции
+Ƭвыгр. = 30+60+240+60+60+20=470 мин=7,8 ч
• ƬЦ10= Ƭподгот.+Ƭзагр.(оно же время центриф.)+Ƭпромыв.+
Ƭотжим.+Ƭвыгр.осадка = 30+20+20+10+15=95 мин=1,6 ч
Лесина Ю.А.
Расчет длительности операций
(пример)
11

12. Расчет длительности операций (пример)

Лесина Ю.А.
• Рассчитываем только основное оборудование!!!
• ƬСШ12= Ƭподгот.+Ƭзагр.+Ƭнагрев.+Ƭсушка+Ƭохл.+Ƭвыгр. =
=30+30+37+120+40+30=287 мин=4,8 ч
• Расчет времени нагрева (паром)
• на 1,5 ᵒС
нагреваем за 1 минуту
• на 75-20=55 ᵒС
за Х минут
Х=37 минут!
• Расчет времени охлаждения (холодной водой)
• на 1 ᵒС
охлаждаем за 1 минуту
• на 75-35=40 ᵒС
за Х минут
Х=40 минут!
Позиция
аппарата
Р1
лимитиру
ющая
Ф5
Р6
Ц10
СШ12
Время, ч
9,7
2,7
7,8
1,6
4,8
12

13.

Лесина Ю.А.
Временной график функционирования химико-технологической системы
периодического действия:
а – без перекрывания технологических циклов:
б – в оптимальном временном режиме;
в – с параллельно соединенными аппаратами;
г – с промежуточными емкостями
13

14.

Лесина Ю.А.
Оптимальное число реакторов составляет от 1
до 4 (не более 5-6):
• применение большего количества
малопроизводительных аппаратов приводит к
увеличению числа операций загрузки и выгрузки;
числа точек контроля и объектов наблюдения;
площади производственного помещения и т.д.;
• при установке меньшего числа
высокопроизводительных аппаратов увеличивается
время простоя оборудования;
• установка большегабаритных аппаратов приводит к
усложнению некоторых монтажных и строительных
работ, затрудняет контроль за протеканием
технологического процесса.
14

15.

• Количество операций, которое может быть
проведено в течение суток в одном аппарате:
• Количество операций, которое должно быть
проведено за сутки для обеспечения заданной
производительности:
n
Лесина Ю.А.
24
Число операций в сутки рекомендуется сохранять
постоянным на всех стадиях производства
15

16. Согласование работы оборудования по наиболее занятому аппарату

• необходимо выбрать реактор, имеющий наиболее продолжительный период
работы,
• определить для него количество операций в сутки β, и принять эту величину
постоянной для всего оборудования (и основного, и вспомогательного):
Лесина Ю.А.
Согласование работы
оборудования по наиболее
занятому аппарату
24
const
• Стадия, для которой τ = τц называется лимитирующей по времени.
• Такой вариант оптимален в том случае, если время работы реакторов
различается незначительно.
16

17. Согласование работы оборудования по наименее занятому аппарату

Лесина Ю.А.
Согласование работы
оборудования по наименее
занятому аппарату
1 n1 const; n2
; n3
,
2
3
24
24
где 3
; 2
.
3
2
17

18. График гармонизации работы оборудования с перекрытием технологических циклов (пример)

начала
Р1
ч
работы1. прост1. работы2.
прост2.
ч
работы3. прост.3 работы4.
ч
ч
ч
ч
0
9,7
0
9,7
0
9,7
Ф5
8,3
2,7
7
2,7
7
2,7
Р6
9,25
7,8
1,9
7,8
1,9
7,8
Ц10
16,22
1,6
8,1
1,6
8,1
1,6
СШ12
17,82
4,8
4,9
4,8
4,9
4,8
ч
ч
Лесина Ю.А.
Позиц
ия
18