Узел термостатирования реактора полимеризации пропилена с разработкой основного оборудования

Объектом исследования являются реактор полимеризации, кожухотрубчатый теплообменник.
Цель работы – рассчитать и подобрать реактор полимеризации и кожухотрубчатый теплообменник для производства полипропилена мощностью 4000 кг/ч по пропилену.
В результате исследования был рассчитан реактор полимеризации и кожухотрубчатый теплообменник под заданную производительность.
Область применения: нефтехимическая промышленность.

Реферат 9
Введение 11
1 Описание технологической схемы 13
2. Расчёт реактора полимеризации 17
2.1 Материальный баланс 17
2.2 Технологический расчёт реактора полимеризации 20
2.2.1 Тепловой расчёт реактора 20
2.2.2 Расчёт поверхности теплообменных устройств 27
2.2.3 Подбор мешалки 34
2.3 Механический расчёт реактора 41
2.3.1 Расчётные параметры 44
2.3.2 Расчёт толщины стенки цилиндрической обечайки 44
2.3.3 Расчёт толщины стенки эллиптических днищ 47
2.3.4 Расчёт толщины стенки рубашки 51
2.3.5 Расчёт вала на прочность, жёсткость и виброустойчивость 54
2.3.6 Расчёт и подбор штуцеров для реактора полимеризации 66
2.3.7 Расчёт необходимости укрепления отверстий 69
2.3.8 Подбор стандартной опоры аппарата 63
3. Расчёт кожухотрубчатого теплообменника 81
3.1 Технологический расчёт теплообменника 81
3.2 Конструктивный расчёт теплообменника 90
3.2.1 Подбор стандартного теплообменника 90
3.2.2 Подбор штуцеров для входа и выхода теплоносителей 93
3.3 Механический расчёт теплообменника 96
3.3.1 Расчётные параметры 96
3.3.2 Расчёт толщины стенки цилиндрической обечайки 99
3.3.3 Расчёт толщины стенки эллиптического днища 102
3.3.4 Расчёт толщины стенки распределительной (входной) камеры 105
3.3.5 Расчёт температурных деформаций 107
3.3.6 Подбор фланцев и прокладок для обечаек и днищ 109
3.3.7 Подбор продольных и поперечных перегородок 110
3.3.8 Расчёт толщины трубной решётки 111
3.3.9 Расчёт развальцовочного соединения 113
3.3.10 Расчёт на прочность и герметичность фланцевых соединений 114
3.3.11 Расчет плоских круглых крышек с дополнительным краевым 126
моментом
3.3.12 Расчёт необходимости укрепления отверстий 129
3.3.13 Расчёт стандартной опоры аппарата 136
3.4 Расчет тепловой изоляции 141
3.5 Гидравлический расчёт 142
4. Гранулирование порошкообразных отходов полипропилена 146
4.1 Литературный обзор 146
4.2 Экспериментальная часть 148
5. Ресурсоэффективность и финансовый менеджмент 156
5.1 Обоснование необходимых инвестиций для внедрения 156
инженерных решений
5.2 Расчет затрат на производство продукции 159
5.2.1 Расчёт себестоимости продукции до модернизации 159
5.2.2 Расчёт себестоимости продукции после модернизации 162
5.3 Расчет экономической эффективности инвестиционных показателей 165
в случае внедрения инновационного проекта
5.3.1 Расчет чистого денежного потока 165
5.3.2 Расчет чистого дисконтированного дохода, индекса доходности, 166
внутренней ставки доходности и срока окупаемости проекта
5.3.3 – Определение технико-экономических показателей 169
6. Социальная ответственность 171
6. 1 Производственная безопасность 171
6.2 Анализ вредных выявленных факторов при эксплуатации 173
проектируемого оборудования
6.2.1 Опасность поражения дыхательных путей и кожных покровов 173
химическими реагентами
6.2.2 Производственный шум и вибрация 174
6.2.3 Производственное освещение 175
6.2.4 Микроклимат помещения 176
6.3 Анализ опасных выявленных факторов при эксплуатации 177
проектируемого оборудования
6.3.1 Поражение электрическим током 177
6.3.2 Подвижные части производственного оборудования 179
6.3.3 Повышенная температура поверхности оборудования 180
6.4 Обоснование мероприятий по защите персонала от действия опасных и 180
вредных факторов
6.4.1 Защита дыхательных путей и кожных покровов от воздействия 180
химических реагентов
6.4.2 Защита от производственного шума и вибрации 181
6.4.3 Поддержание микроклимата помещения 182
6.4.4 Поражение электрическим током 183
6.4.5 Защита от подвижных части производственного оборудования 184
6.4.6 Повышенная температура поверхности оборудования 185
6.5 Экологическая безопасность 186
6.5.1 Анализ влияния объекта исследования на атмосферу 186
6.5.2 Анализ влияния объекта исследования на гидросферу 187
6.5.3 Анализ влияния объекта исследования на литосферу 188
6.6 Анализ «жизненного цикла» объекта исследования 188
6.7 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 189
6.8 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 190
6.8.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект 190
исследований
6.8.2. Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка 193
порядка действия в случае возникновения ЧС
6.9 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 195
Заключение 197
Список научных трудов 198
Список литературы 199
Приложение А 201
Приложение Б 213
РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа состоит из пояснительной записки
и 8 листов графического материала форма А1. Пояснительная записка
содержит 212 с., 1 схемы, 46 рис., 74 табл., 42 источник и 2 приложения.
Ключевые слова: разработка, реактор полимеризации, кожухотрубчатый
теплообменник.
Объектом исследования являются реактор полимеризации,
кожухотрубчатый теплообменник.
Цель работы – рассчитать и подобрать реактор полимеризации и
кожухотрубчатый теплообменник для производства полипропилена
мощностью 4000 кг/ч по пропилену.
В процессе исследования проводилось изучение и расчёт оборудования
для производства полипропилена.
В результате исследования был рассчитан реактор полимеризации и
кожухотрубчатый теплообменник под заданную производительность.
Основные конструктивные, технологические и технико-
эксплуатационные характеристики: производительность по полипропилену –
4000 кг/ч; давление 0.6–0.9 МПа; температура реакции 60 оС; температура
охлаждающей воды 12 оС.
Область применения: нефтехимическая промышленность.
The Abstract

Graduation qualification work consists of an explanatory note and 8 sheets of
graphic material form A1. The explanatory note contains 212 pages, 1 scheme, 46
images, 74 tables, 42 source and 2 annexes.
Keywords: development, polymerization reactor, shell-and-tube heat exchanger.
The object of the study is a polymerization reactor, a shell-and-tube heat
exchanger.
Purpose – calculate and select a polymerization reactor and a shell-and-tube heat
exchanger for the production of polypropylene with a capacity of 4000 kg / h by
propylene.
In the process of research, the study and calculation of equipment for the
production of polypropylene was carried out.
As a result of the study, a polymerization reactor and a shell-and-tube heat
exchanger were calculated for a given productivity.
The basic design, technological and technical-operational characteristics:
productivity on polypropylene – 3000 kg / h; pressure 6–9 kgf / cm2; reaction
temperature 60 °C; cooling water temperature 12 oC.
Scope: petrochemical industry.

В квалификационной работе был проведён расчёт реактора
полимеризации полипропилена. В результате работы «Узел
термостатирования реактора полимеризации пропилена с разработкой
основного оборудования» был произведен расчет реактора полимеризации
пропилена.
Произведены основные расчеты двух аппарата, такие как:
 Технологический расчёт;
 Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки, а также
толщины стенок эллиптических днищ;
 Расчет фланцевого соединения;
 Расчет укрепления отверстий в цилиндрической обечайке и
эллиптических днищах;
 Выбор и расчет опор аппарата.
В разделе был описан эксперимент по получению гранулята порошка
полипропилена при помощи метода гранулирования в жидкой среде.
В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» был произведен расчет затрат на модернизацию узла
термостантирования реактора с увеличением мощности. Были рассчитаны
затраты на приобретение, монтаж и эксплуатацию установки.
В разделе « Социальная ответственность», рассмотрена безопасность
и экологичность нахождения сотрудников в цехе производства
полипропилена, а также разработаны мероприятия по предотвращению
воздействия на здоровье опасных и вредных факторов для работников цеха и
созданы безопасные условия труда для обслуживающего персонала.
СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ
Колесникова Андрея Евгеньевича
№
Наименование Руко- Издательство, журнал Номер Фамилии
научного труда писн. (номер, год) стр. соавторов
или печ.
1 Влияние Печ. Материалы VI 256–257 Галеев В. Р.
наполнителей Международной научно-
на свойства технической
полимерной конференции молодых
композиции учёных аспирантов и
студентов «Высокие
технологии в
современной науке и
технике».  Томск, 2017.
2 Модифицирова Печ. Труды XXI 394–396 Курмель Г.В.
ние Международного Шипулин А. С.
порошкообразн научного симпозиума
ых студентов и молодых
наполнителей ученых «Проблемы
геологии и освоения
недр».  Томск: Изд-во
ТПУ, 2017. – Т. II
3 Технология Печ. Химия и химическая 479–480
получения технология в XXI веке :
полипропилена материалы XVIII
Международной научно-
практической
конференции студентов
и молодых
ученых им. профессора
Л.П. Кулёва «Химия и
химическая технология в
XXI веке». Томск: Изд-
во ТПУ, 2017.

1. И. Л. Иоффе Проектирование процессов и аппаратов химической
технологии: Учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991. – 352 с., ил.
2. Краткий справочник физико-химических величин. Седьмое издание:
под редакцией К.П. Мищенко и А.А. Равделя, Л.: Химия, 1974 г. 200
стр.
3. Кипер, Р.А. Свойства веществ: Справочник по химии / Р. А. Кипер. –
Хабаровск, 2013. – 1016 с.
4. ГОСТ 20680-2002. Аппараты с механическими перемешивающими
устройствами. Общие технические условия. — Изд. официальное. —
М.: Издательство стандартов, 2002.
5. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии:
Пособие по проектированию/ Ю. И. Дытнерский, Г. С. Борисов, В. П.
Брыков. – М.: Химия, 1991. – 496 с.: ил.
6. К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков – Примеры и задачи по
курсу процессов и аппаратов химической технологии/Павлов К. Ф.,
Романков П. Г., Носков А. А. – Л.: Химия, 1976. – 552 с.
7. Соколов В. Н., Доманский И. В., Исаков В. П., Островский Г. М.
Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи.
Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности
«Машины и аппараты химических производств». Л.: Машиностроение,
Ленингр. отд-ние, 1982. — 384 с., ил.
8. ГОСТ Р 52857.1-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Общие требования. — Изд. официальное. — М.:
Издательство стандартов, 2007.
9. ГОСТ Р 52857.2-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и
плоских днищ и крышек. — Изд. официальное. — М.: Издательство
стандартов, 2007.
10. В.М. Беляев, В.М. Миронов В. В. Тихонов. Конструирование и расчёт
элементов оборудования отрасли. Часть I. Аппараты с механическими
перемешивающими. – Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2009. – 95 с.
11.Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта
химической аппаратуры: Справочник. Под ред. Н.Н. Логинова – Л.:
Машиностроение, 1970. 752 с.
12.ГОСТ Р 52857.8-2007. Сосуды и аппараты с рубашками. — Изд.
официальное. — М.: Издательство стандартов, 2008.
13.В.М.Беляев, В.М.Миронов В. В. Тихонов. Конструирование и расчёт
элементов оборудования отрасли. Часть I. Аппараты с механическими
перемешивающими. – Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2013. – 162 с.
14.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу
процессов и аппаратов химической технологию. – Л.: Химия, 1987. –
576 с.
15.ГОСТ 8732-78.Трубы стальные бесшовные горячедеформированные.
Сортамент. — Изд. официальное. — М.: Издательство стандартов,
2007.
16.Каталог продукции. Закрытое акционерное общество научно
производственное объединение “Сфера”. [http://www.sfera-
ms.ru/cms/images/katalog/katalog.pdf]
17.ОСТ 26-2002-83. Люки с плоскими крышками стальных сварных
сосудов и аппаратов. Конструкция. 1994.
18.ОСТ 26-467-84. Опоры цилиндрические и конические вертикальных
аппаратов.Типы и основные размеры. 1984.
19. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппарты химичесткой
технологии: Учебник для вузов. -10-е изд. Стреотипное, доработанное.
– М.: ООО ТИД«АльЯнс», 2004. – 753с.
20.ГОСТ 15120-79. Холодильники кожухотрубчатые с неподвижными
трубными решётками и кожухотрубчатые с температурным
компенсатором на кожухе. Основные параметры и размеры. — Изд.
официальное. — М.: Издательство стандартов, 1979.
21.Семакина О.К. Машины и аппараты химических производств. Учеб.
Пособие. Часть 1 /Том. политехн. ун-т. – Томск, 2003. – 118 с.
22.ГОСТ 9929-82. Аппараты теплообменные кожухотрубчатые стальные.
Типы, основные параметры и размеры. — Изд. официальное. — М.:
Издательство стандартов, 1982.
23.ГОСТ Р 52857.4-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на
прочность. Расчёт на прочность и герметичность фланцевых
соединений. — Изд. официальное. — М.: Издательство стандартов,
2007.
24.ГОСТ 31842-2012. Нефтяная и газовая промышленность.
Теплообменники кожухотрубчатые. Технические требования. – М.:
Издательство стандартов, 2012.
25.ГОСТ Р 52857.3-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при
внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ
при внешних статических нагрузках на штуцер. – М.: Издательство
стандартов, 2009.
26.ГОСТ 28759.2-90. Фланцы сосудов и аппаратов стальные плоские
приварные. Конструкция и размеры. — М.: Издательство стандартов,
1992.
27.Рабочая инструкция № 101-р-1. Для аппаратчиков полимеризации
пропилена 5, 6 разряда. ТНХК.
28.ГОСТ 12.0.003-74 Опасные и вредные производственные факторы.
Классификация. – Сб. Гостов. – М.: ИПК Издательство стандартов,
2002.- 4с.
29.ГОСТ 12.2.003–91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие
требования безопасности.– официальное издание М.:Стандартинформ,
1993- 15с.
30.ГОСТ 12.1.003-76. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. —
Изд. официальное. — М.: Издательство стандартов, 1977.
31.СП 52.13330.2011 .Cвод правил. Естественное и искусственное
освещение.
32.ГОСТ 30494-2011.Здания жилые и общественные.Параметры
микроклимата в помещениях. – Сб. Гостов. – М.: ИПК Издательство
стандартов, 2013.- 14с.
33.ГОСТ 12.2.007.0-75 «Система стандартов безопасности труда. Изделия
электротехнические». – официальное издание М.: Стандартинформ,
1978- 15с.
34.Инструкция по охране труда по электробезопасности.
35.СНиП 41-03-2003. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.
36.СанПиН 2.6.1.07-03. Гигиенические требования к проектированию
предприятий и установок атомной промышленности.
37.Макаров Г.В. Охрана труда в химической промышленности.-
М.:Химия,1989-496с.
38.ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. –
М.: Издательство стандартов, 1988.
39.РД 34.03.201-97 Правила техники безопасности при эксплуатации
тепломеханического оборудования электростанций и тепловых сетей.
40.Федеральный закон “О пожарной безопасности” от 21.12.1994 N 69-ФЗ.
41.Криницына З.В., Видяев И.Г. Финансовый менеджмент,
ресурсоэффективность и ресурсо-сбережение: учебно-методическое
пособие /Криницына З.В., Видяев И.Г.; Томский политехнический
университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2014. – 73 с.
42. АТК 24.201.17-90. «Мешалки. Типы, параметры, конструкция,
основные размеры и технические требования».