Проект отделения первичной переработки 5,5 тыс. тонн живицы в год

Для линии нагнетания

Потери давления, Др_вс, на линии всасывания определяем по формуле (6)

Потери давления на линии нагнетания, Др_нагн, определяем по формуле (7)

Потери напора на всасывающей линии, Н_п.вс, определяем по формуле (8)

Потери напора на линии нагнетания, Н_п.нагн, определяем по формуле (9)

Общие потери напор, Н_п, по формуле (10) составляют

Н_п = 0,12 + 0,67 = 0,79 м.

Напор, развиваемый насосом, Н, находим по формуле (11)

Н = 15 +0,79 = 15,79 м.

Выбираем поршневой насос марки Х2/25 с максимальной производительностью 4,2•10^-4 м³/с и развиваемым напором до 25 м.

Флорентинной воды в реактор промыватель поступает в количестве 3,2510^-2 м³/с, выбираем насос для перекачивания воды со следующими характеристиками: марка Х160/29/2, производительность 4,510^-2 м³/с, напор 29 м.

Необходимо подавать терпентина в канифолеварочную колонну и реактор-промыватель в количестве 3,610^-3 м³/с, выбираем насос со следующими характеристиками: марка Х20/18, производительность 5,510^-3 м³/с, напор 18 м.

Для перекачивания оборотного скипидара из сборника в мерник примем насос со следующими характеристиками: марка Х20/18, производительность 5,510^-3 м³/с, напор 18 м.

Для подачи флорентинной воды из сборника на разбавление ортофосфорной кислоты примем насос со следующими характеристиками: марка Х160/29/2, производительность 4,510^-2 м³/с, напор 29 м.

4 Плавильник. Плавильник предназначен для плавления живицы при помощи острого и глухого пара. Принимается плавильник непрерывного действия конструкции Гипролесхима, представляющий собой аппарат типа «труба в трубе». Высота плавильника ? 6000 мм, диаметр внутренней трубы - 300 мм. Аппарат снабжен паровой рубашкой и барботажным кольцом для подачи острого пара.

5 Друк-фильтр. Друк-фильтр предназначен для фильтрации живицы от крупного сора. Представляет собой аппарат автоклавного типа, снабженный змеевиком для подачи глухого пара и барботером для подачи острого пара на отдувку скипидара от сора. Кроме того, аппарат снабжен внутренней фильтрующей корзиной, покрытой двумя сетками ? густой и редкой.

Режим работы друк-фильтра при экстракции сора следующий:

- закачка скипидара - 18 мин;

- экстрагирование сора - 60 мин;

- передавливание экстракта из фильтра - 10 мин;

- отдувка скипидара - 60 мин;

- выгрузка сора - 60 мин;

Итого - 178 мин.

Емкость аппарата рассчитывается по формуле

где G - масса продукта, поступающего в емкость, кг/ч;

? продолжительность заполнения емкости, ч;

k - коэффициент заполнения емкости, 0,8;

D - плотность продукта, заполняемого в емкость, кг/м³.

Диаметр аппарата рассчитываем по формуле

Высоту аппарата рассчитываем по формуле

H = 2 • d, (14)

H = 2 • 1,5 = 3,0 м.

Принимаем аппарат объемом 5,5 м³, диаметром 1500 мм, высотой 3000 мм.

6 Емкостное оборудование. Емкостное оборудование представляет собой буферные баки, предназначенные для сбора скипидара, ортофосфорной кислоты, флорентинной воды.

Объем сборников рассчитывается по формуле (12).

Определим объем сборника флорентинной воды, поступающей из друк-фильтра. При фильтрации живицы в сборник поступает воды 36,1 кг/ч, при экстракции сора - 18,8 кг/ч. Плотность воды составляет 988 кг/м³. Тогда объем сборника по формуле (12) составляет

Определяем диаметр и высоту по формулам (13) и (14) соответственно

H = 2 • 0,9 = 1,8 м.

Принимаем сборник объемом 1 м³, диаметром 900 мм, высотой 1800 мм.

Определим объем сборника оборотного скипидара, поступающего из друк-фильтра. При фильтрации живицы в сборник поступает оборотного скипидара 36,1 кг/ч, при экстракции сора - 19,6 кг/ч. Плотность скипидара составляет 837 кг/м³. Тогда объем сборника по формуле (12) составляет

Определяем диаметр и высоту по формулам (13) и (14) соответственно

H = 2 • 0,9 = 1,8 м.

Принимаем сборник объемом 1 м³, диаметром 900 мм, высотой 1800 мм.

Определим объем сборника ортофосфорной кислоты по формуле (12). Поступает кислоты 100 % - й ? 2,1 кг/ч, вода для разбавления - 64,7 кг/ч. Плотность разбавленной ортофосфорной кислоты составляет 1015 кг/м³, тогда

Определяем диаметр и высоту по формулам (13) и (14) соответственно

H = 2 • 0,9 = 1,8 м.

Принимаем сборник объемом 1 м³, диаметром 900 мм, высотой 1800 мм.

Определим объем сборника напорного бака профильтрованной живицы по формуле (12). Согласно данным материального баланса в бак поступает живицы 999,1 кг/ч с плотностью 927 кг/м³, тогда

Определяем диаметр и высоту по формулам (13) и (14) соответственно

H = 2 • 1,7 = 3,4 м.

Принимаем два сборника объемом 6,0 м³, диаметром 1700 мм, высотой 3400 мм.

7 Теплообменное оборудование. Используемые в проектируемом производстве кожухотрубчатые теплообменники предназначены для охлаждения, подогрева и конденсации. Расчет теплообменных аппаратов сводится к определению площади теплообмена, по которой происходит выбор теплообменника, и проводится по общепринятым методикам, а подбор по каталогам.

Рассчитаем конденсатор-холодильник, предназначенный для конденсации паров воды и скипидара, поступающих из друк-фильтра при фильтрации живицы, и охлаждения конденсата.

Согласно данным материального баланса на конденсатор-холодильник поступает 36,1 кг/ч паров скипидара и 36,1 кг/ч паров воды.

Количество тепла отнимаемого при конденсации паров, Q_к, кДж/ч, находим по формуле

, (15)

где G_в - количество воды, кг/ч;

G_ск - количество скипидара, кг/ч;

r_в - удельная теплота парообразования воды, кДж/ч;

r_ск удельная теплота парообразования скипидара, кДж/ч.

Удельная теплота парообразования для воды составляет 2298 кДж/ч, для скипидара - 285,1 кДж/ч. Количество скипидара равно количеству воды и составляет 36,1 кг/ч. Подставим эти значения в формулу (15), получим

Температурный режим конденсатора-холодильника

где I - зона конденсации;

II - зона охлаждения.

Количество отводимого тепла при охлаждении конденсата Q_ох, кДж/ч, находится по формуле

, (16)

где с_в - удельная теплоемкость воды, кДж/кг•К;

с_ск - удельная теплоемкость скипидара, кДж/кг•К;

t₁ - начальная температура, ^_С;

t₂ - конечная температура, ^_С.

Удельная теплоемкость воды составляет 4,19 кДж/кг•К, скипидара - 1,76 кДж/кг•К, начальная температура ? 100 ^_С, конечная ? 50 ^_С. Подставим эти значения в формулу (16), получим

Общее количество тепла, Q, кДж/ч, определяем по формуле



Q = Q_ох + Q_к, (17)

Q = 10739,75 + 93249,91 = 103989,66 кДж/ч.

Количество охлаждающей воды, необходимое для конденсации парогазов и охлаждения конденсата, G'_в, кг/ч, находим из уравнения

, (18)

где t_к - конечная температура охлаждающей воды, ^_С;

t_н - начальная температура охлаждающей воды, ^_С.

Выразим G'_в

Начальная температура охлаждающей воды ? 20 ^_С, конечная - 60 ^_С. Подставим эти значению в формулу (19), получим

Определим температуру охлаждающей воды, Х, ^_С, на границе раздела зон конденсации и охлаждения. Для этого используем данные о количестве тепла, отнимаемого в зоне охлаждения

. (20)

Выразим Х

Температурный режим стадии конденсации

Дtм = 40 °С Дtб = 76 °С,

где Дt_б ? большая разность температур, ^_С;

Дt_м ? меньшая разность температур, ^_С.

Так как Дt_б/ Дt_м = 76/40 < 2, то средняя разность температур, Дt_ср, ^_С, определяется по формуле

Поверхность теплообмена на стадии конденсации, F_к, м², находится по формуле

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/м²•К;

0,24/0,86 - переводной коэффициент.

Примем К = 250 Вт/м²•К, тогда поверхность теплообмена по формуле (22) составляет

Температурный режим стадии охлаждения



Дt_б = 76 ^_С Дt_м = 30 ^_С.

Так как Дt_б/ Дt_м = 76/30 > 2, то средняя разность температур, Дt_ср, ^_С, определяется по формуле

Поверхность теплообмена на стадии охлаждения, F_ох, м², находим по формуле

Общую поверхность конденсатора-холодильника, F, м², определим по формуле

F = F_к + F_ох, (25)

F = 1,79 + 0,24 = 2,03 м².

Выбираем теплообменник со следующими характеристиками: F = 2,5 м², d = 159 мм, h = 2000 мм.

8 Флорентина. Флорентина предназначена для разделения двух взаимонерастворимых жидкостей с различной плотностью (скипидара и воды). Принцип работы основан на законе гидростатики, который описывается уравнением Эйлера, согласно которому следует, что уровень двух взаимонерастворимых жидкостей в сообщающихся сосудах обратно пропорционален их плотностям

где h₁ и h₂ - высота столбов жидкости, т. е. скипидара и воды, м;

с₁ и с₂ - плотность скипидара и воды, кг/м³.

Рассчитаем флорентину для разделения эмульсии скипидара в воде, получаемой при конденсации паров, выходящих из друк-фильтра, при фильтрации живицы.

Определим объем скипидара, поступающего во флорентину, V_ск, м³/ч, по формуле

где В - массовый расход скипидара, кг/ч.

Согласно данным материального баланса количество скипидара, поступающего на флорентину при фильтрации живицы составляет 36,10 кг/ч, а количество скипидара, отгоняемого острым паром после экстракции сора - 19,60 кг/ч. Плотность скипидара 860 кг/м³. Подставим эти значения в формулу (27), получим

Определим объем воды, поступающей на флорентину V_в, м³/ч, по формуле



где Г - массовый расход воды, кг/ч.

Согласно данным материального баланса количество воды, поступающей на флорентину при фильтрации живицы составляет 36,1 кг/ч, а количество воды, отгоняемой со скипидаром после экстракции сора - 18,8 кг/ч. Плотность воды 1000 кг/ч. Подставим эти значения в формулу (28), получим

Общий объем флорентины, V_ф, м³/ч, составляет

V_ф = 1,2•(V_ск + V_в), (29)

где 1,2 - коэффициент запаса объема.

V_ф = 1,2•(0,065 + 0,055) = 0,14 м³.

Высоту флорентины, Н_ф, м, примем

Н_ф = 2•D_ф, (30)

где D_ф ? диаметр флорентины, м.

Тогда объем флорентины можно выразить следующим образом:

Выразим из формулы (31) D_ф

Н_ф = 2•0,46 = 0,92 м.

Высота слоя скипидар, h₁, м, рассчитывается по формуле

Высоту слоя, h₂, м, выражаем из формулы (26)

Общая высота слоя жидкости, h, м, во флорентине, на которой будет идти отбор скипидара, составляет

h = h₁ + h₂, (33)

h = 0,40 + 0,47 = 0,87 м.

Уровень сливной трубки для воды Х, м, составляет

Выразим из формулы (34) Х

Принимаем флорентину объемом 0,2 м³, диаметром 500 мм, высотой 1000 мм.

9 Отстойники. В проекте по технологии используется два отстойника. Один из них предназначен для отстаивания живицы от мелкого сора и воды, а другой - от воды после промывки терпентина. Эти отстойники одинаковые по размерам, отличаются только конструктивно. Расчет отстойника сводится к определению его габаритов.

Объем отстойника, V_о, м³, определяем по формуле

где з ? коэффициент заполнения отстойника;

V_ж ? производительность отстойника или объем отстоявшейся живицы, м³/ч;

ф₁ ? время пребывания живицы в отстойнике непрерывного действия, ч.

Из материального баланса известно, что объем отстоявшейся живицы составляет 854,99 кг/ч, что равняется 0,94 м³/ч. Время отстаивания живицы в отстойниках непрерывного действия составляет примерно 4 часа. Время пребывания живицы в отстойнике - 12 часов. Коэффициент заполнения отстойника примем 0,8. Подставим полученные значения в формулу (35), получим

Принимаем отстойник конструкции Жлобо со следующими характеристиками: объем - 30 м³, высота - 2200 мм, ширина - 2000 мм, длина - 3400 мм.

10 Реактор-промыватель. Реактор-промыватель предназначен для промывки терпентина после отстаивания от мелкого сора и воды от соединений, придающих окраску готовому продукту - канифоли. Его объем будет зависеть от объема воды, поступающего на промывку, и объема терпентина. Необходимый объем емкости для заполнения водой, а так же и терпентином можно рассчитать по формуле (12).

Из материального баланса известно, что воды поступает на промывку 85,49 кг/ч, плотность воды составляет 966 кг/м³. Промывка длится 4 часа, тогда

Терпентина поступает на промывку 854,99 кг/ч, плотность его составляет 927 кг/м³, тогда

Суммарный объем реактора-промывателя V, м³, можно определить по формуле

V = V_в + V_т, (36)

V = 0,44 + 4,61 = 5,1 м³.

Принимаем реактор объемом 5,1 м³, диаметром 1500 мм, высотой 3000 мм.

В таблице 7 приведена характеристика всего технологического оборудования отделения первичной переработки живицы.

Таблица 7 - Потребность в оборудовании

Наименование оборудования	Характеристика	Марка	Количество, шт.
Живицемялка	H = 1100мм L = 2000 мм B = 1400 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Мерник оборотного скипидара	V = 100 л D = 500 мм H =860 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Мерник ортофосфорной кислоты	V = 100 л D = 500 мм H =860 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Плавильник	D = 300 мм H =6000 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Друк-фильтр	V = 5,5 м3 D = 1500 мм H =3000 мм	Сталь 12Х18Н10Т	2
Сборник ортофосфорной кислоты	V = 1 м3 D = 900 мм H = 1800 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Сборник флорентинной воды	V = 1 м3 D = 900 мм H = 1800 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Сборник оборотного скипидара	V = 1 м3 D = 900 мм H = 1800 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Сборник отстоявшейся живицы	V = 1 м3 D = 900 мм H = 1800 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Конденсатор-холодильник	F = 2,50 м2 D = 159 мм H =2000 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Флорентина	V = 0,2 м3 D = 500 мм H = 1000 мм	Сталь 12Х18Н10Т	2
Напорный бак	V = 6 м3 D = 1700 мм H = 3400 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Подогреватель	F = 1 м2 D = 159 мм H =1000 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Реактор-промыватель	V = 5,1 м3 D = 1500 мм H = 3000 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Отстойник	V = 30 м3 H = 2200 мм L = 3400 мм B = 2000 мм	Сталь 12Х18Н10Т	2
Бетононасос	H = 100 м Q = 4,45·10-4м3/с	НD1600/10	1
Контрольный бак	V = 1 м3 D = 900 мм H = 1800 мм	Сталь 12Х18Н10Т	1
Поршневой насос	H = 25 м Q = 4,2·10-3м3/с	X2/25	2
Центробежный насос	H = 29 м Q = 4,5·10-3м3/с	X160/29/2	2

2.6 Лабораторный контроль

Контроль за соблюдением технологического режима на всех стадиях процесса осуществляет цеховая лаборатория в соответствии с регламентом [3]. Место и порядок отбора проб и контролируемые показатели приведены в таблице 8 [3].

Таблица 8- Методы контроля за соблюдением технологического режима

Объект контроля	Место и порядок отбора пробы	Контролируемый показатель
Загрузка и плавление живицы
Живица сосновая Фосфорная кислота Катамин АБ Сор	Из бочек с живицей - средняя проба от каждой партии при поступлении на склад Из пробоотборника при поступлении в живичную коробку - 1 раз в смену От каждой партии при поступлении в цех Из емкости для слабой кислоты - после приготовления От каждой партии при поступлении на склад Из плавильника при выгрузке - среднесменная проба	Полный анализ по ГОСТу То же Концентрация, плотность То же Полный анализ по ТУ Смолистые вещества, терпеновые уклеводороды, влага, сор
Отстаивание живицы
Терпентин Отстой: водный грязевой	Из пробоотборника перед подачей на промывку, через каждые 2 ч Из отстойников при сливе - 2 раза в смену Из отстойника при сливе грязи или грязевых ловушек - перед выводом	Влага, терпеновые углеводороды Кислотность, смолистые вещества, терпеновые углеводороды Смолистые вещества, терпеновые углеводороды, влага, сор
Воздушная среда
Воздух	Из отделений: загрузки живицы, мойки бочек, плавильного, канифолеварения - на рабочих местах аппаратчиков 2 раза в месяц Из отделения розлива канифоли - 2 раза в месяц	Скипидар Канифоль
Сточные воды
Сточная вода	Из канализационных колодцев - 2 раза в месяц	ХПК, кислотность, смолистые вещества, скипидар

Контроль качества ортофосфорной кислоты, добавляемой в живицу для устранения окислов железа, и учет добавляемых вспомогательных материалов позволяют вести процесс отстаивания в постоянных условиях с соблюдением графика и получать нужные результаты. Для правильной работы отстойника необходимо следить за уровнем находящейся в ней живицы, не допускать переполнения их. Для этого внутри отстойника подвешивается поплавок. От поплавка идет шнур с противовесом вдоль шкалы, устанавливаемой у наружной стенки отстойника. Контроль за температурой, давлением, расходом пара и воды, уровнем веществ в мерниках и сборных емкостях при ведении технологического процесса осуществляется с помощью контрольно-измерительных приборов. Контроль за качеством готовой продукции осуществляет центральная заводская лаборатория [3].

2.7 Устройство и принцип действия непрерывно действующего отстойника

Для отделения от мелкого сора и воды применяется непрерывно действующий отстойник, представляющий собой удлиненный стальной сборник в форме усеченного параллелепипеда вместимостью около 60 с герметически закрытой плоской крышкой и конусообразным днищем. Внутри отстойник Футерован кислотоупорным цементом, а снаружи изолирован слоем асбеста.

Исходная живица из буферного бака поступает в отстойник сразу через штуцера (1), и одновременно очищенная живица отводится с противоположной стороны также через три штуцера (2). На пути движения живицы установлены две перегородки. На входе живицы в отстойник смонтирована сплошная перегородка (3) на глубину 0,7 м от крышки, направляющая поток живицы вниз. Для выхода живицы из отстойника на глубину 0,5 м от крышки устанавливают другую сетчатую перегородку (5). Она служит для задержки скапливающегося в верхнем слое легкого сора преимущественно органического происхождения (пыль, кора, хвоя, комары и др.). В днище отстойника расположен ряд конусообразных выступов (4). Их назначение - увеличить жесткость конструкции, а также замедлить скорость движения живицы в горизонтальном направлении. Они создают ряд отсеков, соединенных трубой (6), которая заканчивается гидравлическим затвором (7) для непрерывного отвода грязи и воды из отстойника [9].

Режим работы непрерывно действующего отстойника следующий. В отстойник из буферного бака непрерывно поступает горячая (92-95 °C) расплавленная живица с 38-40 % скипидара и 10-12 % воды. В момент поступления живицы в отстойник скорость ее движения резко падает, вследствие чего основная масса отстоя быстро отделяется от живицы. При последующем движении в горизонтальной плоскости происходит дальнейшее отстаивание живицы от воды и сора. Очищенная живица поднимается вверх, фильтруется от всплывшего легкого сора через сетчатую перегородку и непрерывно отводится из отстойника в сборник. Из нижней части отстойника через трубу и гидравлический затвор отстой непрерывно отводится в ловушку. Обслуживание отстойника очень простое и заключается в периодическом наблюдении через смотровые фонари за равномерностью поступления одной живицы и выводом очищенной живицы и отстоя. При правильной работе отстойника поступающая из него на переработку живица не содержит сора (даже в виде мельчайших пылинок - «перца»), а объем воды в ней не превышает 0,5 % [9].(Рисунок 2) 

1,2-штуцер; 3-перегородка;4-конусообразные выступы;5-сетчатая перегородка;6-труба;7-гидравлический затвор

Рисунок 2- Непрерывно действующий отстойник для живицы



Заключение

В курсовом проекте приведены результаты разработки отделения первичной переработки живицы производительностью 5,5 тыс. тонн в год. В ходе выполнения курсового проекта решены задачи, которые были представлены перед началом работы:

- приведена краткая характеристика рассматриваемого производства, характеристика сырья, вспомогательных материалов и выпускаемой продукции;

- произведен расчет материального баланса;

- осуществлен подбор и расчет основного технологического оборудования;

- в качестве индивидуального задания рассмотрен непрерывно действующий отстойник живицы, приведено его устройство назначение принцип действия.

В ходе выполнения курсового проекта обоснована технологическая схема производства, также изучены химические основы первичной переработки живицы, исследовано историческое развитие переработки живицы в нашей стране. Произведены материальные и тепловые расчеты, проведен подбор основного и вспомогательного технологического оборудования.



Список использованных источников

1. Плеханов, А. Н. Лесной комплекс Вологодской области / Плеханов. - Вологда: Вологодский лес, 2003. - 200 с. - Библиогр.: с. 59 -61.-Текст: непосредственный.

2. Атаманчуков, Г.Д. Живица и применение продуктов ее переработки / Г. Д. Атамчуков - Москва: Лесная промышленность, 1968. - 30 с.-Библиогр.: с. 16 - 18. - Текст: непосредственный

3. Рязанова, Т. В. Технология лесохимических производств учебноепособие для студентов вузов / Т. В. Рязанова, С. М. Репях, Б. А. Золин, -Красноярск: СибГУ, 2004. - Ч.1. - 276 с. - Библиогр.: с. 132 - 143. - Текст: непосредственный.

4. Выродов, В.А. Технология лесохимических производств /A. Выродов. - Москва: Лесная промышленность, 1987. - 352 с. - Библиогр.: с. 256 - 259. - Текст: непосредственный.

5. Выродов, В. А. Канифольно-терпентинное производство /A. Выродов. - Москва: Лесная промышленность, 1985. - 67 с. - Библиогр.: 29 - 36.

6. Ковернинский, И. H. Основы технологии химической переработки древесины И. Н. Ковернинский. - Москва: Лесная промышленность, 1984. - 184 с. - Библиогр.: с. 93 - 96. - Текст: непосредственный.

7. ОСТ 13- 128-93 . Живица сосновая. Технические условия: введен с 1980 Москва: Издательство стандартов, 1993. - 8 с.

8. Сумароков, В.И. Технология производства лесохимическихпродуктов / В. П. Сумароков. - Москва: Госместпромиздат, 1961. - 384 с. - Библиогр.: с. 263 - 270. - Текст: непосредственный.

9. Гордон, Л. В. Технология и оборудование лесохимических производств / Л. В. Гордон, С. О. Скворцов, В. М. Лисов. - Москва: Лесная промышленность, 1988. - 357 с. - Библиогр.: с. 117 - 124. - Текст: непосредственный.

Размещено на Allbest.ru