Введение (стр. 1 )

ВВЕДЕНИЕ

Выполнением курсового проектирования завершается освоение одной или нескольких важных учебных дисциплин, а дипломное проектирование является ответственным итоговым этапом всего периода обучения.

При выполнении курсового проекта студент должен показать умение пользоваться знаниями программного материала конкретных курсов. Задачи дипломного проекта отличаются более широким кругом вопросов и количеством разрабатываемых элементов. Если в курсовом проекте разрабатывается один наиболее важный объект (аппарат, колонна, реактор, печь и т. д.), то в дипломном проекте – целый блок взаимодействующих объектов (участок, цех, производство и т. д.) или разрабатываются предложения по энерго - и ресурсосбережению, повышению технических и экономических показателей работы этих объектов.

Преемственность проектирования, то есть выполнение студентами курсового проекта по дисциплинам специализации на последнем курсе обучения и последующего дипломного проекта по одной теме, способствует более глубокому освоению решаемых задач и повышению качества дипломного проекта.

1.  ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Организация работы над курсовым проектом

1.1.1. Тематика проектов связана с содержанием изучаемых дисциплин и профилем предприятия, на котором проходит производственная практика. Темой проекта также может быть разработка лабораторных (экспериментальных) стендов и других объектов для учебных и научно-исследовательских целей.

1.1.2. В состав курсового проекта входят: пояснительная записка и расчёты – до 50 страниц рукописного или печатного текста и графическая часть – 3÷4 листа формата А1 (594×841 мм).

1.1.3. Проект представляется к защите с дифференцированной оценкой. Для приёма проектов может быть назначена комиссия с участием руководителя.

1.1.4. Более подробные сведения по курсовому проектированию по дисциплинам специализации приведены в [1].

1.2. Организация работы над дипломным проектом

1.2.1. Дипломное проектирование представляет собой заключительный этап обучения студентов в институте и имеет следующие цели:

- систематизация, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по специальности, приобретение опыта применения этих знаний при решении конкретных задач;

- развитие навыков ведения самостоятельной работы, изучение необходимой литературы, проведение исследований и использование средств вычислительной техники при решении инженерных вопросов;

- совершенствование навыков графического оформления результатов проектирования, расчётов, исследований;

- закрепление опыта проведения технико-экономического анализа, выбора условий, отвечающих требованиям безопасности, противопожарной техники, защиты окружающей среды, технической эстетики и др.;

- оценить степень подготовленности будущих специалистов для самостоятельной работы в условиях современного производства.

1.2.2. Темы дипломных проектов рассматриваются на кафедре и утверждаются распоряжением деканата. Студент самостоятельно может выбрать и предложить для рассмотрения тему своего дипломного проекта.

Тематика в общем виде следующая:

- проект цеха или участка цеха, а также проект их реконструкции с разработкой или модернизацией отдельных машин и аппаратов;

- проект технологических установки, машины, аппарата или проект их модернизации с целью энерго - и ресурсосбережения или достижения другого положительного эффекта;

- проект лабораторной установки для учебных целей или экспериментального стенда с их изготовлением.

1.2.3. В состав дипломного проекта входят: пояснительная записка объёмом 80÷100 страниц рукописного или печатного текста формата А4 (210×297 мм), включая иллюстрации и таблицы; графическая часть из 8÷10 листов формата А1.

1.2.4. Кафедра назначает каждому студенту руководителя дипломного проектирования и консультантов по разделам проекта (ремонт и монтаж; автоматизация и управление; безопасность и экологичность; технико-экономическое обоснование).

Руководитель дипломного проекта выполняет следующие задачи: выдает задание на дипломное проектирование в целом и по отдельным разделам; оказывает помощь студенту в разработке календарного графика работы над дипломным проектом; рекомендует студенту основную литературу, справочные и архивные материалы, типовые проекты и другие источники по теме; проводит систематические, предусмотренные расписанием беседы со студентом и даёт ему консультации по теме проекта; проверяет выполнение работы по календарному графику (не менее одного раза в две недели); составляет письменный отзыв на выполненный дипломный проект, присутствует на защите своего дипломника в ГАК.

Консультанты по предварительному заданию руководителя дипломного проекта уточняют со студентом объём работ по соответствующей части проекта. Оказывают техническую помощь при выполнении намеченных работ, проверяют и оценивают качество выполненной студентом работы и ставят свою подпись на титульном листе пояснительной записки и соответствующих листах графической части.

Нормоконтроль проекта проводит либо руководитель, либо специально назначенный преподаватель. Он проверяет соблюдение стандартов и других нормативных материалов при выполнении чертежей, записки и расчётов, правильность использования унифицированных и стандартизованных конструкций, узлов, деталей.

За принятые в проекте решения, правильность всех данных, результатов расчётов отвечает студент – автор дипломного проекта. Инициатива в постановке и принятии творческих решений по дипломному проектированию должна принадлежать студенту. При решении инженерных задач в проекте дипломник обязан использовать достижения отечественной и зарубежной науки и техники, патентные изобретения и рационализаторские предложения по теме проекта, выполнять расчеты с использованием ЭВМ и по возможности применять САПР.

1.2.5. Законченный проект, подписанный дипломником и консультантами, предъявляется на окончательную проверку и подпись руководителю, а затем с письменным отзывом руководителя о студенте – заведующему кафедрой. Заведующий кафедрой и руководитель решают вопрос о допуске дипломанта к защите проекта. Возможно проведение предварительного прослушивания (защиты) проекта на кафедре. Студенты, имеющие серьёзное отставание в ходе проектирования и не представившие проект в указанный в задании и графике работы срок, по решению кафедры не допускаются к защите проекта.

После подписи заведующим кафедрой проект перед представлением в Государственную аттестационную комиссию (ГАК) направляется на рецензирование специалистам предприятий, преподавателям других кафедр, компетентных в тематике выполненной работы.

1.2.6. Защита дипломного проекта проводится на заседании ГАК, утверждённой приказом ректора.

Дипломнику при защите предоставляется до десяти минут на выступление. В сжатой форме излагается основное содержание проекта, даётся обоснование принятого решения (конструкторского или технологического характера), где важным аргументом должны быть вопросы энерго - и ресурсосбережения и повышения эффективности работы рассматриваемых объектов, разъясняются полученные результаты, формулируются выводы по выполненной работе, называется свой личный вклад в разрабатываемую тему, отражаются элементы новизны по сравнению с существующими (базовыми) вариантами.

По окончании выступления студенту задаются вопросы в пределах требований и содержания Государственного образовательного стандарта по специальности.

Затем секретарь ГАК зачитывает отзыв руководителя и рецензию на проект.

1.2.7. Оценка качества проекта осуществляется по следующим основным критериям:

- новизна и актуальность разработки;

- самостоятельность и личный вклад студента в проектное решение;

-  грамотное выступление, надёжные аргументы в защиту представленного материала;

- качество графических работ, обоснованность использования компьютерной техники;

- владение материалом по всему комплексу технических и экономических вопросов, относящихся к рассматриваемому объекту, умелое использование известных приёмов энерго - и ресурсосбережения, оригинальные предложения и разработки.

После обсуждения членами ГАК выставляется итоговая оценка проекта с учетом решений рецензента и руководителя проекта и решается вопрос о присвоении дипломнику квалификации инженера.

1.3. Подготовка материалов к проектированию

Успех работы над проектом во многом зависит от полноты технического материала, собранного студентом во время конструкторско-технологической и преддипломной практик.

Описание технологической схемы производства имеется в "Технологическом регламенте" – документе, хранящемся у технолога цеха (отделения). Регламент содержит также и другие сведения, необходимые для выполнения технологической части проекта и разделов по автоматизации, безопасности и экологичности производства. Чертежи основного оборудования и сведения по механическим характеристикам и расчётам элементов оборудования хранятся у механиков или мастеров ремонтно-механической службы. Данные для экономического обоснования проекта могут быть найдены в планово-экономическом отделе цеха, завода или предприятия. Технические архивы и лаборатории также могут быть источником необходимой информации.

Основные исходные данные и технические сведения, которые необходимо выяснить во время практики:

1) годовая, месячная, суточная, часовая мощности (производительности) по данному виду продукции или сырью;

2) концентрации, составы материальных потоков (сырья, полуфабрикатов, готовой продукции и т. д.), требования к качеству сырья и готовой продукции;

3) материальные и тепловые балансы и рецептура (регламент) производства продукта, загрузки в аппараты и т. д.;

4) технологические параметры и условия проведения процессов и работы аппаратов (давление, температурный режим, использование катализаторов, продолжительность отдельных стадий и операций для периодических процессов и т. п.);

5) вид, параметры, и расходы энергоносителей для обеспечения технологического процесса;

6) теплофизические свойства отдельных веществ или их смесей, входящих в рабочие среды (плотность, вязкость температуры кипения или конденсации, теплоёмкость, теплопроводность, теплота фазового перехода и т. д.), т. е. данные, которые потребуются при расчёте оборудования;

7) технические характеристики базового оборудования, аналогичного тому, что задано на проектирование (габаритные размеры, тип, мощность, число оборотов, передаточные числа приводных элементов, марка и тип электродвигателей, площадь поверхности и другие параметры теплообменного оборудования и пр.);

8) марки конструкционных материалов для изготовления аппаратуры, сведения об их коррозионной стойкости, агрессивности сред и защитных покрытиях;

9) условия проведения испытаний на прочность и герметичность;

10) система автоматического регулирования, приборы, контролируемые и регулируемые параметры;

11) источники сырья, полуфабрикатов и т. п., транспортировка, цены, стоимость готовой продукции, конъюнктура рынка сбыта;

12) надёжность действующего оборудования, частота ремонтных работ (плановых, внеплановых), характер неисправностей и т. п.;

13) безопасность и экологичность действующего оборудования, характер выбросов в атмосферу, очистные сооружения и т. п.

Нередко производственное оборудование не отвечает современному уровню достижений науки и техники и имеет недостатки, выявленные при эксплуатации – так называемые "узкие места". Во время практики следует изучить опыт предприятия по устранению этих недостатков и оценить эффективность выполненных работ. Необходимо получить информацию о том, были ли устранены имевшиеся недостатки, на каких параметрах отразились эти работы не появились ли новые недостатки и не увеличились ли расходы на энергетику. Полезно также познакомиться с перспективными планами на ремонт и модернизацию оборудования, выяснить причины включения в план этих работ.

2.  СТРУКТУРА ПРОЕКТОВ

По ГОСТ 2.106–68 (ЕСКД) [2–4] предусмотрены текстовые конструкторские документы, содержащие в основном сплошной текст (описание, расчёты и др.), и документы, содержащие текст, разбитый на графы (спецификации, ведомости, таблицы и т. п.).

В учебных проектах все текстовые документы комплектуются в папку, которая условно называется пояснительной запиской.

2.1. Содержание пояснительной записки

Пояснительная записка курсового или дипломного проектов включает в себя следующие документы и разделы:

1)  титульный лист;

2)  задание на выполнение дипломного проекта;

3)  реферат;

4)  содержание;

5)  введение;

6)  разделы записки:

- описание технологической схемы и основного оборудования базового варианта (примерно до 6 страниц текста);

- материальный, энергетический (тепловой) и эксергетический балансы (до 8 страниц);

- обзор и анализ литературных источников и патентное исследование по теме проекта (до 5 страниц);

- выбор и обоснование решений по энерго - и ресурсосбережению и повышению эффективности работы объекта (до 5 страниц);

- технологические расчёты (до 20 страниц);

- конструкторско-механическая часть (до 20 страниц);

- автоматизация и КИП (до 8 страниц);

- технология изготовления, ремонта или монтажа оборудования (до 8 страниц);

- безопасность и экологичность объекта (до 10 страниц);

- технико-экономическое обоснование (до 12 страниц);

7)  заключение;

8)  список использованной литературы;

9)  приложения:

- аннотация (реферат) на иностранном языке;

- ведомость проекта;

- дополнительные иллюстративные и расчётные материалы; инструкции; документы;

- программы расчёта на ЭВМ;

- спецификации;

- материалы вспомогательного характера, помещение которых в основной части записки нецелесообразно.

2.2. Содержание графической части дипломного проекта

В графическую часть дипломного проекта входят:

1) технологическая схема, включая КИП и А (1–2 листа формата А1);

2) план размещения оборудования или строительно-монтажный чертёж (1 лист);

3) общие виды, разрезы и сечения основного оборудования (2–3 листа);

4) схема монтажа или технологические карты изготовления и ремонта (1 лист);

5) вспомогательное оборудование и отдельные узлы (1–2 листа);

6) рабочие чертежи деталей (1 лист);

7) результаты технико-экономических расчётов (1 лист);

8) демонстрационные плакаты (1–2 листа).

Приведённый состав графической части является рекомендательным. По согласованию с руководителем он может корректироваться. Графические материалы должны отражать все основные технические решения проекта.

3. УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

Общие положения и рекомендации по выполнению записки для курсовых и дипломных проектов являются следующими.

3.1. Титульный лист

Титульный лист представляет собой бланк (приложение 1), который заполняется студентом.

3.2. Задание на выполнение дипломного проекта

Задание выдаётся студенту перед преддипломной практикой. Затем оно может корректироваться и окончательно оформляется на бланке (приложение 2) после преддипломной практики. Одновременно составляется календарный график работы над проектом (приложение 3).

3.3. Реферат

Реферат (до 1 страницы) представляет собой краткую характеристику проекта, включая графическую часть, с точки зрения его содержания, решённой технической задачи и значимости полученных результатов. Реферат состоит из трех частей. В первой части излагаются сведения об объеме пояснительной записки (число страниц), количестве иллюстраций, таблиц, чертежей и использованных источниках.

Во второй части помещают от 5 до 15 ключевых слов в именительном падеже, которые в совокупности должны вне контекста давать достаточно полное представление о содержании дипломного проекта.

В третьей части даётся текст, который последовательно должен отражать:

- объект разработки или исследования;

- цель работы;

- наименование выполненных разработок;

- полученные результаты и их новизну;

- область применения и рекомендации по практическому использованию;

- основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики.

Пример составления реферата приведён в приложении 4.

3.4. Содержание

Содержание включает наименование всех разделов, начиная с "Введения" и заканчивая "Приложением", подразделов, если таковые имеются, с указанием номера страницы, на которой размещается начало раздела, подраздела.

Пример составления содержания приведён в приложении 5.

3.5. Введение

Во введении нужно обосновать целесообразность и значимость темы дипломного проекта. Формулируется цель проекта, указывается важность и называются пути решения поставленной задачи. Объём введения до 3 страниц.

3.6. Содержание основных разделов

3.6.1. На технологической схеме каждый элемент производственной системы представлен в виде стандартного графического изображения, а технологические связи представлены в виде направленных линий. Могут быть даны также краткие сведения о составе и свойствах веществ, участвующих в процессах.

В описании технологической схемы указывается последовательность движения материальных потоков и теплоносителей, назначение отдельных элементов (аппаратов, машин), происходящие в них процессы, приводятся технологические параметры в отдельных точках схемы, на входе потоков в аппараты и выходе из них. Часть этих параметров может устанавливаться в последующих разделах при выполнении расчётов.

Излагаются физико-химические основы важнейших процессов в рассматриваемой технологии. При этом привлекаются законы и положения курсов физики, химии, термодинамики, процессов и аппаратов химической технологии. Анализируются и обосновываются принятые в промышленных установках параметры и условия проведения процессов.

В пояснительной записке для упрощения и формализации технологической схемы может быть представлена и проанализирована структурная схема [4], где каждый элемент или группа элементов технологической схемы изображаются в виде блока, имеющего несколько входов и выходов, а технологические связи между элементами – в виде направленных линий. Могут быть использованы также функциональные и операторные схемы [5], составленные для всей технологической или отдельных её блоков.

Описание основного технологического оборудования может сопровождаться эскизами или схематичным изображением оборудования и его элементов.

3.6.2. Основой для составления материального баланса служат данные из технологического регламента, полученные во время практики. Они включают режим работы производства и его отдельных элементов, загруженность оборудования. При выполнении расчётов по составлению материального баланса можно использовать методику и рекомендации в [63].

Материальный баланс может быть представлен в форме уравнений, таблиц и диаграмм, наиболее часто материальный баланс представляют в форме таблиц. Примерный вариант такой таблицы приведён в приложении 6.

Из материальных балансов можно оценить долю побочных потоков, сопутствующих потокам основной продукции. Анализ структуры побочных потоков может привести к выводам о том, что данное производство является высокозатратным, неэффективным, поэтому необходимы поиски вариантов замены этих потоков, поиски новых технологических решений или путей совершенствования существующей схемы за счёт каких-либо мер эффективного ресурсосбережения.

3.6.3. Поскольку именно материальные потоки являются носителями тепловых (энергетических) потоков, то материальный баланс служит основой составления теплового (энергетического) баланса. Поэтому все статьи материального баланса должны быть учтены в тепловом (энергетическом) балансе. Кроме того здесь учитываются тепловые эффекты химических превращений и потери [6, 63].

Тепловой баланс представляют в виде уравнений или в виде таблицы, примерный вариант которой приведён в приложении 7.

Данные о параметрах тепловых потоков, учитываемых в статьях баланса, также необходимо получать во время производственной практики. Из справочников [6–15] определяются требуемые теплофизические свойства материальных потоков реагентов и теплоносителей.

Из тепловых балансов чётко можно проследить, в каких элементах технологической схемы большие расходы тепла, какое оборудование работает энергетически неэффективно, на какие статьи баланса приходится большая часть энергозатрат. Выявленные элементы с низкой эффективностью можно заменить на более эффективные или перевести их работу на оптимальные режимы.

3.6.4. Для проведения более глубокого анализа составляется эксергетический баланс [16]. Он позволяет установить не только количественную величину телповых (энергетических) потоков, но и их качество, их способность к взаимопревращениям в другие виды энергии. Именно потоки эксергии определяют возможность полезного использования тепловых потоков, а следовательно, и указывают пути эффективного энергосбережения.

3.6.5. Литературный обзор включает анализ учебной, монографической и периодической научно-технической литературы по разрабатываемой проблеме.

3.6.6. Патентные исследования в курсовом и дипломном проектировании проводятся с целью определения охраноспособности и патентной чистоты предлагаемых технических решений, а также для использования лучших достижений мировой техники.

Процедура поиска информации об изобретениях начинается с определения группы и подгруппы в Международной классификации изобретений (МКИ) куда относится рассматриваемый в проекте объект.

Устанавливается круг стран (обычно СССР, Россия, США, Германия, Великобритания, Япония и др.) и временной интервал поиска.

Затем с использованием патентных фондов в библиотеках, а также реферативных журналов (например РЖ "Химия") и других источников (например WEB–сайт http://** и www. *****) осуществляется просмотр и отбор изобретений, заполняются соответствующие табличные формы с информацией о просмотренных материалах, их содержании и возможности использования предлагаемых технических решений или причин отказа от использования.

3.6.7. Предложения по энерго - и ресурсосбережению. Практически любое производство является энерготехнологическим комплексом (ЭТК). Для снижения экономических затрат в ЭТК могут быть использованы различные приёмы.

а. Технологические приёмы:

- оптимизация режимных параметров технологических процессов (температуры, давления и т. п.);

- изменение механизма химических превращений;

- оптимизация исходных концентраций реагентов;

- смещение равновесия в сторону продуктов реакции;

- применение высокоактивных селективных катализаторов;

- ввод дополнительных веществ (промежуточных теплоносителей, поверхностно-активных веществ, разделяющих реагентов, разбавителей, растворителей, промоутеров и т. д.);

- воздействие на процесс внешних сил (электрических и магнитных полей, радиационных и лазерных излучений, акустических и гидродинамических воздействий, механических пульсаций, центробежных сил, турбулизаторов и т. д.);

- увеличение поверхности соприкосновения реагентов;

- изменение скорости движения фаз перерабатываемых веществ.

б. Аппаратурно-конструкционные приёмы:

- создание рациональной конструкции аппарата;

-  изменение схем движения реагентов и рабочих тел;

-  создание многократного воздействия на перерабатываемые вещества;

-  использование энергии контактирующих фаз (псевдоожижение, закручивание фаз, эжектирование одной фазы в другую, соударение потоков и т. д.);

-  совмещение отдельных узлов и агрегатов.

в. Организационно-технические приёмы:

-  использование обогащённого сырья;

-  выбор режима функционирования производства (непрерывный, периодический, полунепрерывный, полупериодический и т. д.);

-  создание гибких систем для выпуска широкого ассортимента продукции;

-  создание рациональной системы управления производством;

-  утилизация вторичных материальных и энергетических ресурсов;

-  энерготехнологическое комбинирование.

Большинство из перечисленных приёмов взаимосвязаны. Например, использование одного из технологических приёмов может быть связано с изменением аппаратурного оформления процесса.

При оптимизации обычно прорабатывается несколько альтернативных вариантов совершенствования ЭТК. Их сравнивают с базовым вариантом по различным критериям: возможность реализации, ожидаемые затраты, совместимость с другими системами и блоками, энергоёмкость, качество продукции, производительность, экономический эффект.

Особое место, как приём энерго - и ресурсосбережения, занимает утилизация вторичных энергоресурсов (ВЭР). Под ВЭР подразумевается энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках, процессах), который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других агрегатов (процессов). Под энергетическим потенциалом понимается наличие в указанных продуктах определённого запаса энергии (химически связанной теплоты в продуктах – горючие ВЭР, физической теплоты рабочих тел – тепловые ВЭР, потенциальной энергии избыточного давления).

Горючие ВЭР можно использовать в качестве топлива либо непосредственно, либо за счёт выработки теплоты, электроэнергии, холода и механической работы в утилизационных установках. Использование горючих ВЭР особых затруднений не вызывает и они используются на промышленных предприятиях с достаточной полнотой (90÷95 %) и эффективностью.

Использование тепловых ВЭР ещё недостаточно (30÷40 %), из них основную часть составляет теплота отходящих газов. Более половины тепловых ВЭР являются низкопотенциальными (температура не выше 100 ºC), а утилизируются лишь 10 %. С одной стороны, это объясняется трудностью нахождения потребителей таких ВЭР, с другой – относительной сложностью оборудования для их утилизации.

Энерготехнологическое комбинирование – рациональное проектирование таких промышленных систем, в которых энергия, выделяющаяся в одном процессе, тут же утилизируется в другом, а отходы и побочные продукты химического синтеза могут служить исходным сырьём для получения другого продукта. При этом снижаются неизбежные потери сырья и энергии при передаче их из одного элемента в другой.

Схемы, реализующие энерготехнологический принцип, кроме технологического оборудования включают сопряжённое с ним энергетическое оборудование: котлы – утилизаторы, пароперегреватели, экономайзеры, паровые и газовые турбины, генераторы электрического тока и пр.

3.6.8. Технологические расчёты: производятся для обоснования и определения размеров оборудования, технических и режимных (технологических) характеристик. Задачей расчёта может быть определение оптимального варианта типоразмера из стандартного ряда принятого типа аппарата. Требуемый комплекс технологических расчетов согласовывается с руководителем при выдаче задания и может уточняться при работе над проектом.

Ниже указаны основные расчёты, выполняемые для некоторых видов оборудования.

а. Теплообменные аппараты и теплообменные устройства, встроенные в технологическое оборудование, реакторы, рубашки, погружные змеевики, теплоотводящие устройства на контактных тарелках, змеевики в кубе ректификационных колонн и т. п. Рассчитываются тепловые балансы, коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи, другие режимные и конструктивные характеристики [14, 15, 17–19]. По указанию руководителя могут выполняться расчёты гидравлических сопротивлений [20]. Имеются особенности теплового расчёта теплообменников периодического действия [15] и контактного типа [21]. В ряде производств применяются спиральные и пластинчатые [22], блочные углеграфитовые [23, 24] теплообменники. Расчёты теплообмена в аппаратах с рубашками и другими подобными элементами изложены в [15, 25, 26]. Аппараты воздушного охлаждения являются специальными теплообменниками и часто находят применение в качестве конденсаторов – холодильников [27, 28], что экономически оправдано.

б. Массообменное колонное оборудование. Среди большого многообразия массообменного оборудования при выполнении курсовых и дипломных проектов чаще приходится рассчитывать и проектировать ректификационные и абсорбционные аппараты и установки [25, 29–37]. Используемые при этом смеси являются, как правило, многокомпонентными или сложными. Технологический расчёт колонн для разделения таких смесей имеет особенности [18] по отношению к бинарным смесям.

в. Оборудование для проведения процессов сушки. Конструкции сушильных аппаратов чрезвычайно разнообразны [29, 38–42]: сушилки барабанного типа; распылительные; ленточные; с кипящим (псевдоожиженным) слоем; туннельные и т. д. и каждый тип сушилок имеет свои особенности расчёта. При проектировании сушильных аппаратов проводятся расчёты статики, кинетики и динамики процессов сушки [14, 42]. По усмотрению руководителя проекта, могут быть проведены гидродинамические расчёты.

г. Смесительные аппараты. Большую часть оборудования данного класса составляют аппараты с механическим перемешиванием. В зависимости от назначения аппарата определяют расчётом или принимают по типовым аналогам его ёмкость, коэффициент заполнения, диаметр и высоту (длину) корпуса с днищами.

Учитывая свойства обрабатываемых материалов (вязкость, плотность и др.), выбирают тип перемешивающего устройства и определяют его основные параметры: число оборотов; мощность на перемешивание; размеры перемешивающего устройства. Принимая потери на трение в опорах и уплотнениях вала мешалки, находят мощность привода [17, 43, 44]. По числу оборотов и мощности принимают один из типовых приводов с мотором-редуктором или специальной конструкции [25, 45]. В некоторых смесительных аппаратах используют воздушный и циркуляционный способы перемешивания, а в ряде непрерывных процессов применяются смесители диафрагменного и инжекционного типов [17, 46–48].

д. Аппаратура для разделения неоднородных систем. Из широкого многообразия этих аппаратов и машин при выполнении проектов чаще приходится рассчитывать оборудование для проведения процессов фильтрации [49, 50], центрифугирования [51, 52], очистки газов от пыли [17, 29, 53].

е. Насосы динамические и объёмные. В соответствии с заданием расчёты насосного оборудования выполняют в проектном или поверочном вариантах. В проектных расчётах определяются тип и размеры насоса. На выбор типа и исполнения насосного оборудования влияют свойства перекачиваемой жидкости: химическая активность; температура; вязкость; плотность; давление насыщенных паров; количество взвешенных частиц, их размеры и степень абразивности; токсичность; взрывоопасность; склонность к полимеризации и налипанию; стоимость. Следующим этапом подбора динамических насосов (центробежных, вихревых) является определение их основных гидравлических параметров, т. е. подачи и напора. Напорную характеристику насоса берут из паспорта насоса, предполагаемого к установке. Для построения характеристики сети необходимо во время производственной практики выяснить ряд исходных данных: схему насосной установки с трубопроводной обвязкой; взаимное расположение по высоте насоса и течек забора и нагнетания жидкости, т. е. геометрическую высоту всасывания и геометрический напор; длину и диаметр трубопроводов; все виды и количество местных сопротивлений (вентили, задвижки, колена и т. п.).

Для объёмных насосов с возвратно-поступательным движением рабочих элементов (поршневых, плунжерных, скальчатых, диафрагменных) определяют размеры и параметры, которые обеспечивают заданную подачу насоса. Подбирают приводное устройство [54]. Для объёмных насосов с вращательным движением рабочих элементов (шестерённых, винтовых, лопастных, пластинчатых и др.) рассчитывают размеры рабочих элементов и камер, число оборотов, мощность привода [55].

ж. Промышленная печь – термотехнологическое устройство, предназначенное для осуществления химических и физико-химических превращений исходных материалов путём тепловой обработки их при оптимальных температурах.

В печах используется тепло, полученное от сжигания топлива или от электронагревателей, и тепло экзотермических реакций. В настоящее время используется много разнообразных по конструкции и назначению печей [17, 25, 56].

В промышленности органического синтеза (производство пластмасс, химических волокон, синтетических каучуков, лаков, красителей, растворителей и т. п.), нефтехимии и нефтепереработке широко используются трубчатые печи [25, 33, 35]. Такие печи являются не просто огневыми нагревателями, а представляют собой реактор, работающий в очень тяжёлых температурных условиях, имеющий специальную конструкцию змеевиков и горелочных устройств, сложную обвязку трубопроводов и устройства по автоматизации процесса.

Методика расчёта трубчатых печей изложена в [25, 35, 57], примеры расчёта даны в [33, 58]. Сведения по устройству, эксплуатации и ремонту печей содержаться в [59, 60]. Расчёт горения топлива и проектирование топочных устройств можно проводить с использованием методик и рекомендаций [61].

з. В основе химического производства лежат химические реакции, которые протекают в специальных аппаратах – химических реакторах. Выбор типа и конструкции реактора определяется как параметрами тепло - и массообмена в реакторе (скоростью жидких и газообразных потоков, перемешиванием реагентов, величиной площади поверхности раздела фаз и т. д.), так и характеристиками химических реакций [17, 29, 62, 63].

Варьируя условия и подбирая катализатор, можно управлять химическими реакциями следующим образом.

1) На механизм химической реакции можно повлиять с помощью катализатора. В случае простой реакции следует найти такой катализатор, который уменьшает энергию активации и, следовательно, увеличивает скорость химической реакции. В случае сложных реакций следует искать катализатор, который уменьшает энергию активации лишь целевой реакции. При этом увеличивается как скорость, так и селективность процесса.

2) Увеличение скорости химической реакции может быть достигнуто использованием соответствующего катализатора, увеличением температуры, а также увеличением концентрации реагентов (реакции в растворах) или увеличением давления (реакции в газах). Степень влияния катализатора на скорость химической реакции определяется его активностью.

Кроме того, в случае гетерогенных реакций общая скорость зависит от условий тепло - и массопереноса в реакторе, а также от величины площади поверхности раздела фаз реагентов.

3) Положение равновесия обратимых химических реакций, идущих с поглощением тепла (эндотермических) с повышением температуры, смещается в сторону продуктов реакции, т. е. константа равновесия возрастает. Для реакций с выделением тепла (экзотермических) смещение равновесия в сторону продуктов реакции происходит с понижением температуры. Сдвиг равновесия в сторону продуктов реакции может быть достигнут при удалении продуктов из зоны реакции. Для газофазных реакций, идущих с увеличением объёма, повышение давления сдвигает положение равновесия в сторону продуктов.

4) Селективность сложной химической реакции может быть увеличена путём подбора катализатора (см. пункт 1). Способность катализатора избирательно ускорять целевую реакцию называют его селективностью.

Если целевая и побочные реакции газофазные и изменение объёма в этих реакциях противоположно, то селективность может быть увеличена изменением давления.

3.6.9. Конструкторско-механическая часть. Это раздел включает обоснование выбора конструкционных материалов и механические расчёты узлов и деталей, указанных в задании.