Разработка и проектирование основных аппаратов для получения глиоксаля
Данная магистерская работа включает в себя расчет двух аппаратов из схемы получения высокоэнтропийных оксидных систем для синтеза глиоксаля. Были произведены технологический и механический расчеты оборудования.
В разделе “Социальная ответственность” рассмотрены вопросы обеспечения безопасной работы персонала и охраны окружающей среды.
В разделе “Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение” рассчитаны технико-экономические показатели и построен график безубыточности.
Цель работы – изучение возможностей синтеза и проектирование основного оборудования для получения катализаторов на основе ВЭОС РЗЭ в производстве глиоксаля.
В лабораторных условиях получены ВЭОС РЗЭ, установлена возможность их применения для создания катализаторов процесса синтеза глиоксаля.
Введение …………………………………………………………………………………………………………………….. 10
1 Литературный обзор ……………………………………………………………………………………………….. 13
1.1 Глиоксаль и его производные …………………………………………………………………………………. 13
1.2 Использование катализаторов на основе РЗЭ…………………………………………………………… 15
1.3 Заключение по литературному обзору …………………………………………………………………….. 18
1.4 Теоретические и экспериментальные исследования…………………………………………………. 18
1.4.1 Теоретические аспекты и выбор методики получения ВЭОС на основе РЗЭ …………..18
1.4.2 Синтез ВЭОС в лабораторных условиях……………………………………………………………….. 20
1.5 Выбор аппаратурного оформления для полупромышленного синтеза ВЭОС на основе
РЗЭ ……………………………………………………………………………………………………………………………… 28
2 Технологическая схема установки по производству ВЭОС на основе РЗЭ ……………. 30
2.1 Описание технологической схемы производства ВЭОС на основе РЗЭ ……………………. 30
3 Технологические расчёты реактора и нутч-фильтра для синтеза ВЭОС на основе
РЗЭ ……………………………………………………………………………………………………………………………… 31
3.1 Материальный баланс процесса синтеза ВЭОС на основе РЗЭ………………………………….31
3.1.1 Расчет объема реактора в соответствии с материальным балансом ……………………….. 32
3.1.2 Гидродинамический расчет аппарата с внутренними устройствами ………………………. 34
3.1.3 Конструктивный расчёт реактора синтеза ВЭОС на основе РЗЭ ……………………………. 37
3.2 Расчет и подбор нутч-фильтра в соответствии с материальным балансом ………………… 38
3.2.1 Расчет средней скорости фильтрования за цикл обработки суспензии …………………… 39
3.2.2 Расчет времени цикла работы фильтра …………………………………………………………………. 40
3.2.3 Выбор фильтрующей перегородки ……………………………………………………………………….. 41
3.2.4 Выбор нутч-фильтра ……………………………………………………………………………………………. 42
3.3 Выводы по результатам технологических расчётов …………………………………………………. 43
4 Выбор конструкционных материалов…………………………………………………………………….. 44
4.1 Расчёт основных характеристик материала ……………………………………………………………… 45
4.2 Определение прибавок к толщине стенок реактора на различные виды разрушений … 47
4.3. Выводы по выбору конструкционных материалов ………………………………………………….. 48
5 Механический расчет реактора и нутч-фильтра для синтеза ВЭОС на основе РЗЭ 49
5.1 Механический расчет реактора ……………………………………………………………………………….. 50
5.1.1 Расчёт толщины стенки цилиндрической обечайки реактора …………………………………51
5.1.2 Расчёт толщины стенки эллиптических днища и крышки реактора ………………………..59
5.1.3 Расчёт толщины стенки цилиндрической обечайки рубашки ………………………………… 64
5.1.4 Расчёт толщины стенки эллиптического днища рубашки ………………………………………69
5.1.5 Расчет сопряжения обечайки корпуса и днища ………………………………………………………71
5.1.6 Расчёт сопряжения обечайки рубашки и днища ……………………………………………………. 77
5.1.7 Расчёт сопряжения рубашки с корпусом ……………………………………………………………….83
5.1.8 Расчёт фланцевого соединения корпуса с крышкой ………………………………………………. 87
5.1.9 Расчёт опор аппарата……………………………………………………………………………………………. 98
5.1.10 Расчёт вала для перемешивающего устройства реактора …………………………………… 103
5.1.11 Расчет сальникового уплотнения ………………………………………………………………………. 113
5.1.12 Расчет укрепления отверстий …………………………………………………………………………….114
5.1.13 Расчет болтового соединения …………………………………………………………………………….121
5.2 Механический расчет нутч-фильтра……………………………………………………………………….123
5.2.1 Расчет толщины стенки верхней цилиндрической обечайки нутч-фильтра …………..124
5.2.2 Расчет толщины стенки нижней цилиндрической обечайки нутч-фильтра ……………127
5.2.3 Расчет толщины стенки эллиптического днища нутч-фильтра ……………………………..132
5.2.4 Расчет сопряжения цилиндрической обечайки и эллиптического днища ……………… 133
5.2.5 Расчет круглой перфорированной пластины ………………………………………………………..139
5.2.6 Расчет фланцевого соединения ……………………………………………………………………………145
5.2.7 Расчет опор нутч-фильтра …………………………………………………………………………………..154
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …………….. 156
6.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………………………………… 156
6.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения …………………………………………………………………………………………………….. 157
6.3 Диаграмма Исикавы ……………………………………………………………………………………………… 159
6.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………………………………….. 161
6.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования …………. 163
6.6 Инициация проекта ………………………………………………………………………………………………. 163
6.7 Рабочая группа проекта ………………………………………………………………………………………… 164
6.8 Планирование управления научно-техническим проектом …………………………………….. 166
6.8.1 Организационная структура проекта …………………………………………………………………… 166
6.8.2 Контрольные события проекта……………………………………………………………………………. 166
6.8.3 План проекта ……………………………………………………………………………………………………… 168
6.9 Бюджет научного исследования…………………………………………………………………………….. 172
6.9.1 Сырье и материалы…………………………………………………………………………………………….. 172
6.9.2 Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ …………………. 173
6.9.3 Расчет основной заработной платы …………………………………………………………………….. 174
6.9.4 Дополнительная заработная плата научно-производственного персонала ……………. 176
6.9.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ……………………………. 177
6.10 Оценка ресурсоэффективности …………………………………………………………………………….178
6.10.1 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной социальной и экономической
эффективности исследования ………………………………………………………………………………………178
6.10.2 Организация труда на проектируемом объекте ………………………………………………….. 182
6.10.3 Построение графика сменности ………………………………………………………………………… 182
6.10.4 Проектирование годового баланса рабочего времени …………………………………………183
6.10.5 Определение профессионально-квалификационного состава и численности
промышленно-производственного персонала проектируемого объекта ………………………..184
6.10.6 Организация заработной платы на проектируемом объекте ………………………………..186
6.11 Расчёт производственной мощности и эффективного фонда времени оборудования
…………………………………………………………………………………………………………………………………..188
6.12 Расчет затрат на производство продукции…………………………………………………………….191
6.12.1 Расчет годовой потребности в сырье и материалах ……………………………………………. 191
6.12.2 Расчет амортизационных отчислений и калькуляция себестоимости на производство
и реализацию продукции …………………………………………………………………………………………….191
6.12.3 Определение цены готовой продукции ……………………………………………………………… 192
6.13 Анализ безубыточности по производству ……………………………………………………………..193
6.14 Расчет ТЭП ………………………………………………………………………………………………………….194
7 Социальная ответственность …………………………………………………………………………………196
7.1 Введение ……………………………………………………………………………………………………………….196
7.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………………………197
7.2.1 Специальные нормы трудового законодательства ………………………………………………..197
7.2.2 Компоновка оборудования ………………………………………………………………………………….198
7.3 Производственная безопасность. Анализ вредных и опасных факторов проектируемой
производственной среды …………………………………………………………………………………………….198
7.3.1 Отклонения показателей микроклимата ………………………………………………………………199
7.3.2 Повышенный уровень шума ……………………………………………………………………………….. 200
7.3.3 Отсутствие или недостаток естественного света. ………………………………………………… 201
7.3.4 Повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может
произойти через тело человека …………………………………………………………………………………… 202
7.4 Экологическая безопасность …………………………………………………………………………………. 203
7.5 Защита в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………………………….. 203
Заключение ………………………………………………………………………………………………………………. 208
Список научных трудов ……………………………………………………………………………………………… 210
Список используемых источников ……………………………………………………………………………… 213
Приложение А ……………………………………………………………………………………………………………. 217
В связи с большим распространением аппаратов постоянно существует
необходимость в проектировании нового, более высокоэффективного
оборудования. К каждому из химических процессов, для которого
проектируется аппарат, необходим особый подход, предполагающий
всесторонний и детальный анализ. Для правильного претворения проекта в
жизнь необходимо учитывать такие факторы, как термо- и гидродинамический
режимы процесса, подходящие ему конструктивные решения, разработанные
в соответствии с принципами энерго- и ресурсоэффективности, наконец,
методы контроля процесса и его автоматического регулирования, без которого
не обходится ни одно производство.
Общая характеристика диссертационного исследования. Работа
посвящена расчету и проектированию основного оборудования для процесса
синтеза новых катализаторов в производстве глиоксаля.
Актуальность темы. Большинство реакций проводимых в химической
промышленности требует катализа. Катализ способствует сокращению
времени протекания процесса, а также увеличению выхода полезного
продукта. Производство новых катализаторов на сегодняшний день является
одним из перспективных направлений развития химической промышленности
Российской Федерации. В связи с этим, стратегически важной задачей перед
инженерами становится проектирование оборудования для получения
высокоактивных катализаторов. В Томске было создано первое в России и
пятое в мире после США, Германии, Китая и Японии производство глиоксаля.
Это не было бы возможным без разработки уникальных катализаторов.
Однако, даже сейчас, использование современных катализаторов не в полной
мере обеспечивает должный выход продукта. Поэтому, по сей день
продолжаются исследования в области получения наиболее эффективных
катализаторов для синтеза глиоксаля. Одним из перспективных является
катализатор на основе высокоэнтропийных оксидных порошков
редкоземельных элементов (РЗЭ). Для производства таких порошков
необходимо проектирование отдельной технологической установки.
Объект исследования. Высокоэнтропийные оксидные системы на
основе (ВЭОС) РЗЭ как основной компонент катализаторов процесса синтеза
глиоксаля.
Предмет исследования:
1. изучение свойств ВЭОС на основе РЗЭ;
2. изучение способов синтеза ВЭОС на основе РЗЭ;
3. основное оборудование для промышленного синтеза ВЭОС на
основе РЗЭ.
Степень разработанности проблемы. Сведения о синтезе и строении
ВЭОС имеются в работах зарубежных авторов, таких как: Witte R., Sarkar A.,
Berardan D., Dragoe D., Wang J., Abbas F., Tariq J., Badshah N. и других.
Среди авторов, активно зaнимaющихся исслeдoвaниями yслoвий
синтeзa, физикo-химичeских свoйств и прaктичeскoгo примeнeния оксидных
порошков на основе РЗЭ, слeдyeт oтмeтить зарубежных ученых (Sarkar A.,
Berardan D., Dragoe D. и др.).
Цель работы: изучение возможностей синтеза и проектирование
основного оборудования для получения катализаторов на основе ВЭОС РЗЭ в
производстве глиоксаля.
Для осуществления поставленной цели были определены следующие
задачи:
1. проведение синтеза ВЭОС на основе РЗЭ в лабораторных
условиях;
2. исследование свойств полученных систем;
3. расчет и проектирование основного оборудования для синтеза
ВЭОС на основе РЗЭ.
Научно-практическая значимость исследования состоит в
разработке новейших материалов в производстве катализаторов для синтеза
глиоксаля от стадии лабораторных исследований до создания
полупромышленной установки. А также в оценке экологической и
экономической эффективности научной разработки.
Полученные результаты представляют определенный теоретический и
практический интерес и вносят значительный вклад в решение ряда
актуальных вопросов современной химической инженерии.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии при
проведении экспериментов на всех его этапах, разработки основного
оборудования, интерпретации и обсуждении полученных результатов,
обобщении и написании выводов диссертации.
Достоверность результатов подтверждается использованием
современных методов анализа структуры полученных соединений и
воспроизводимостью результатов. Достоверность и обоснованность научных
положений и выводов, сформулированных в диссертации, обеспечивается
внутренней непротиворечивостью результатов исследования, их
соответствием теоретическим положениям неорганической и органической
химии. Расчеты оборудования выполнены в соответствии с государственными
стандартами.
Методологическая база исследования. В процессе исследования
были применены следующие физико-химические методы анализа:
рентгенофазовый анализ (РФА), сканирующая электронная микроскопия
(СЭМ) с системой энергодисперсионного микроанализа и магнитометрия.
Апробация работы. Результаты работы были представлены в
материалах XVI Международной конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (2019).
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (373 отзыва)
4.4 (93 отзыва)
4.9 (66 отзывов)
4.8 (40 отзывов)
5 (285 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
0 (13 отзывов)
5 (21 отзыв)
5 (14 отзывов)
