Дипломная работа: Модификация нефтяного сырья в аппарате с вихревым слоем

· Т - кожухотрубный теблообменник;

· Е1 - сырьевая емкость;

· Е2 - емкость с хладагентом;

· Е3 - продуктовая емкость;

· Н1 - насос для перекачивания хладагента;

· Н2 - насос для перекачивания сырья.

Потоки установки:

· F1 - исходное сырье;

· F2 - сырье для байпаса;

· F3 - нагретое сырье;

· F4 - продукт обработки АВС;

· F5 - охлажденный хладагент;

· F6 - нагретый хладагент;

· F7 - подпитка хладагента

Для расчета объемного и массового расхода нефтепродукта нужно провести эксперимент на установке периодического действия с тем, чтобы определить оптимальное время пребывания сырья (ф). При этом зона с максимальной индукцией имеет длину l=0,1 м и d=0,056м.

Произведем расчет объемного и массового расхода потока для удовлетворения указанных выше условий.

Объем реакционной зоны V_p вычисляется по формуле:

, (29)

где d - внутренний диаметр рабочей камеры, м; l - размер зоны с максимумом индукции, м.

Объемный расход F (м³/ч) рассчитывается по формуле:

, (30)

где ф - время пребывания сырья в зоне с максимумом индукции. Массовый расход:

, (31)

где с - плотность нефтепродукта, кг/м³.

После подстановки значений получаем:

Рассчитаем поверхность охлаждения индуктора. При этом сделаем допущение - индуктор упрощенно будет иметь вид полого цилиндра с внешним диаметром d₂ и внутренним d₃. Тогда площадь охлаждения будет вычисляться по следующей формуле:

, (32)

После подстановки значений имеем:

S=3,14•0,19•0,145+0,5•3,14•(0,145²-0,070²)=0,112м³.

Дальнейший расчет следует проводить с учетом конкретного вида сырья и необходимой температурой.

5. Экологическая часть. Охрана труда

5.1 Введение

Российскими и зарубежными исследователями предлагаются различные способы и технологии для повышении эффективности переработки нефти, увеличении выхода светлых фракций, повышении качества товарных нефтепродуктов.

В результате использования аппарата вихревого слоя (АВС) решаются эти задачи, отвечая нормам экологической безопасности. АВС представляет собой цилиндрическую рабочую камеру, выполненную из нержавеющей стали, помещенную в статор асинхронного электродвигателя. В камеру заливается мазут марки М-100 и помещаются ферромагнитные элементы цилиндрической формы. При включении статора электродвигателя в сеть элементы приходят во вращение с большой скоростью и воздействуют на обрабатываемое сырье. АВС не требует высоких температур, нет дополнительных тепловых выбросов в атмосферу, не предусматривает использование растворителей, нет водных растворов. Количество вырабатываемых газообразных продуктов минимально, нет дополнительного сжигания CO, CO₂. Работа на этом аппарате не приносит вред здоровью исследователя, работа на нем безопасна и не требует соблюдения дополнительных норм безопасности.

Место выполнения работы: кафедра ТНХС и ИЖТ им. А.Н. Башкирова

5.2 Пожароопасные свойства горючих веществ и материалов и меры безопасности при работе с ними. Пожарная безопасность

Таблица 22. Пожароопасные свойства вещества, используемых в работе.

Примечания:

1) углекислый газ, химическая пена, распыленная вода, порошок ПСБ-3; в помещениях -- объемное тушение.

2) порошковые огнетушители, средства объемного тушения (минимальная огнетушащая концентрация: углекислого газа - 29 % (по объему), азота - 43 % (по объему), дибромтетрафторэтана - 2,1 % (по объему)), песок, асбестовое одеяло, вода и пена.

Определение категории рабочего помещения по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с НПБ 105-03

Для определения категорий помещений используют Нормы Государственной противопожарной службы министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. НПБ 105-03».

Категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности

В виду того что у ацетона температура вспышки < 28 єС, следовательно категория помещения А (взрывопожароопасная) - горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28°С, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные газовоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что избыточное расчетное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.

Расчет избыточного давления взрыва паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

Расчет показателей производится по наиболее опасному веществу данного производства, которым является ацетон, т.к. он имеет минимальную температуру вспышки.

В зависимости от образующихся веществ помещение относится предположительно к категории А, т.к. температура вспышки ацетона меньше 28°С.

В качестве расчетного выбирается наиболее неблагоприятный вариант аварии, при котором происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости и всё содержимое емкости поступает в помещение.

Избыточное давление взрыва Р (кПа) определяется по формуле:

Р = 100 (Р_max - Р₀) m Z / V_{св г} С_ст К_н (33)

где Р_max - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, кПа; определяемое по справочным данным; при отсутствии данных допускается принимать Р_max = 900 кПа;

Р₀ - начальное давление, соответствующее атмосферному, кПа; допускается принимать Р₀ = 101 кПа;

m - масса паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг; определяется из выражения:

m = W F_и T (34)

где W - интенсивность испарения, кг/с·м²; определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле:

W = 10-⁶ Р_нас М^1/2 (35)

где - коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения, которые определяются в соответствии с Санитарными нормами и правилами СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений»; при температуре воздуха 24°С (в данном случае принято максимальное значение оптимальной температуры воздуха для I категории работ (в холодный период года 21-23°С, в теплый - 22-24°С)) и скорости движения воздуха - 0,1 м/с коэффициент = 2,4;

Р_нас - давление насыщенного пара ацетона при расчетной температуре жидкости t_p=38 ^оС ( максимальная температура для Москвы. По справочным данным для ацетона Р_нас=48,09 кПа.

М - молярная масса, кг/кмоль; для ацетона М = 58г/моль = 58 кг/кмоль;

Т - время испарения, с; длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 1 часа; принимаем Т = 3600 с;

Z - коэффициент участия горючего во взрыве; для ЛВЖ и ГЖ Z = 0,3;

V_св - свободный объем помещения, м³; определяется как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием; допускается принимать его равным 80% геометрического объема помещения:

V_св = 0,8 V_п (36)

V_п - геометрический объем помещения, м³; V_п = 6·6·3,75 = 135 м³.

_г - плотность газа или пара при расчетной температуре t_р, кг/м³, вычисляемая по формуле:

_г = М / [V₀ (1 + 0,00367 t_р)] (37)

где V₀ - молярный объем, м³/кмоль; V₀ = 22,413 м³/кмоль;

С_ст - стехиометрическая концентрация паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле:

С_ст = 100 / (1 + 4,84 ) (38)

= n_С + [(n_Н - n_Х) / 4] - n_О / 2 (39)

где - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

n_С, n_Н, n_Х, n_О - число атомов углерода, водорода, галоидов и кислорода в молекуле горючего; ацетона n_С = 3, n_Н = 6, n_Х = 0, n_О = 1;

К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения; допускается принимать К_н=3.

При подстановке значений получаем:

W = 10 ^-6 •2,4• 48,09•58^1/2 =0,86•10^-3

m = 0,86•10^-3·36·3600 = 111,5 кг

Масса хранимого ацетона рассчитываем по формуле:

m = V (40)

где - плотность жидкости, кг/м³; для ацетона = 789 кг/м³; V - объем емкости, м³; V = 10 л = 0,01 м³

m = 789 ·0,01 = 7,89 кг

V_св = 0,8 ·135 = 108 м³

_г = 58/ [22,413·(1 + 0,00367·38)] = 2,27

= 3 + [(6 - 0) / 4] - 1 / 2 = 4

С_ст = 100 / (1 + 4,84·4) = 4,91

Р = 100·(900 - 101)·7,89·0,3 / 108·2,27·4,91·3 = 52,4 кПа

Т.к. Р > 5 кПа и температура вспышки ацетона < 28єС, то данное помещение по взрывопожарной и пожарной опасности относится к категории А. Пожарная профилактика в лаборатории включает в себя первичные средства тушения: огнетушители, порошковые смеси, песок.

5.3 Характеристика токсичных веществ и меры безопасности

Таблица 23. Токсикологическая характеристика веществ, использованных в работе.

5.4 Обеспечение безопасности при работе с электроустановками

В этом разделе приводится вид частоты и напряжение используемой электроэнергии. Параметры электрической сети 220В, 50Гц.

Лабораторное помещение в соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) определяется характер помещения по степени опасности поражения электрическим током. Помещение без повышенной опасности (сухие относительная влажность не превышает 60%) беспыльные помещения с нормальной температурой и изолирующими полами (паркет, линолеум и т.д.)).

В соответствии с ГОСТ 12.2007.-75 проводе для присоединения к источнику питания имеет заземляющую жилу и вилку с заземляющим контактом.

При проведении экспериментальной части работы в лаборатории использовались следующие электрические приборы:

1. Сушильный шкаф.

2. Электронные весы.

3. Статор электродвигателя типа 5А80МВ2У3.

4. Термостат.

Применяемое напряжение для них - 220 вольт.

К основным мероприятиям по обеспечению безопасности работы с электрооборудованием относятся:

изоляция токоведущих частей (двойная);

защитное заземление;

использование оболочек и блокировок для предотвращения возможности случайного прикосновения к токоведущим частям и ошибочных действий или операций;

5.5 Анализ потенциально опасных и вредных факторов при выполнении экспериментальных исследований

Таблица 24. Потенциально опасные и вредные факторы при выполнении эксперимента.