Нормы времени на проведение технологических операций и расчет числа операций в сутки

Число операций в сутки, которое должно быть проведено в сутки для обеспечения заданной производительности, определяем по формуле:

[10]

где - число операций в сутки;

– продолжительность операции, лимитирующей процесс, ч.

[10]

где - время, обусловленное технологическим режимом и не зависящее от масштабов загрузки, ч;

– время на проведение элемента операции, в которых необходимо участие аппаратчика, ч;

– время, которое зависит от масштабов загрузки, ч.

 

Нормы времени на проведение технологических операций

Таблица 4.5.14

Наименование операции	, мин	, мин	, мин
по регламенту	по проекту
ТП-1 «Получение диметиламиноэтилбензилата (ДМАЭБ)»
Р-1 Загрузка воды
Загрузка бензацина ГХ
Нагрев массы до 35-40 ºС
Выдержка
Охлаждение массы до 15-17 ºС
Загрузка угля
Выдержка
Передача массы на друк-фильтр Ф-5
Итого:(280)
Ф-5 Загрузка массы из Р-1
Фильтрация
Передача массы в реактор Р-7
Выгрузка отработанного угля
Итого:(140)
Р-7 Загрузка воды
Загрузка едкого натра
Перемешивание
Передача массы в мерник М-10
Итого:(135)
Р-8 Загрузка бензацина ГХ (прием из Ф-5)
Загрузка раствора едкого натра
Отбор пробы и анализ
Выдержка
Передача массы на центрифугу Ф-11
Загрузка воды для промывки осадка на центрифуге Ф-11
Передача промывной воды на центрифугу Ф-11
Итого:(250)
Ф-11 Загрузка массы из Р-8
Фильтрация
Слив маточного раствора
Промывка осадка водой через Р-8
Слив промывной воды
Выгрузка влажного осадка
Итого:(200)
Сш -13 Загрузка влажного продукта
Сушка
Отбор пробы и анализ
Выгрузка сухого осадка
Итого:(275)
ТП-2 «Получение метацина технического»
Р-15 Загрузка ацетона
Загрузка йодистого метила
Загрузка ДМАЭБ
Отбор пробы и анализ
Выдержка
Охлаждение массы до 0 ºС
Передача массы в Ф-21
Итого:(630)
Ф- 21 Загрузка массы из Р-16
Фильтрация
Слив маточного раствора
Промывка осадка этанолом
Слив промывного этанола
Сушка
Отбор пробы и анализ
Выгрузка сухого осадка (метацина технического)
Итого:(420)
ТП-3 «Получение метацина фармакопейного»
Р-29 Загрузка этилового спирта
Загрузка воды
Загрузка метацина технического
Нагрев массы до 70-75 ºС
Отбор пробы и анализ
Загрузка угля
Перемешивание
Передача массы на друк-фильтр Ф-31
Итого:(240)
Ф-31 Нагрев фильтра
Загрузка массы из Р-29
Фильтрация
Передача массы в реактор Р-32
Выгрузка отработанного угля
Итого:(160)
Р-32 Прием массы из друк-фильтра Ф- 31
Отбор пробы и анализ
Охлаждение массы до 15-20 ºС
Охлаждение массы до 4 ºС
Выдержка
Передача массы в фильтр-сушилку Ф-33
Итого:(280)
Ф-33 Загрузка массы из Р-32
Фильтрация
Слив маточного раствора
Промывка осадка этанолом
Слив промывного этанола
Сушка
Отбор пробы и анализ
Выгрузка сухого осадка (метацина фармакопейного)
Итого:(445)

 

Самой продолжительной операцией является операция йодометилирования
ДМАЭБ. Для более рационального ведения процесса согласование времени работы аппаратов будем проводить по наиболее продолжительной операции, т.е.:

Следовательно:

Выбор реактора Р- 15 для проведения йодометилирования ДМАЭБ

, [10]

 

где – объем реакционной массы, л;

– число аппаратов (1);

– коэффициент заполнения аппарата;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10%).

Таблица 4.5.15

	Р -15
, л	128,18
	0,8
кипение	-
газообразование	-
, м^3	0,08
тип аппарата	СЭрн0,1-1-02-01
, л	96,58

 

 

В качестве реактора для проведения йодометилирования ДМАЭБ выбран стальной эмалированный аппарат с эллиптическим днищем, и плоской съемной крышкой СЭ_рн0,1-1-02-01.

Параметры аппарата

Таблица 4.5.16

D, мм
D1, мм
D2, мм
D4, мм
L, мм
d, мм
H, мм
H1, мм
H2, мм
H3, мм
H4, мм
H5, мм
S, мм
Масса, кг
Мощность электродвигателя, кВт	0,75
Частота вращения вала, об/мин

Проверка применимости реактора

Реактор подобран верно, если минимальный объем жидкости, находящийся в аппарате, полностью закрывает мешалку данного реактора. То есть, выполняется условие [10]:

 

где – минимальный объем жидкости в аппарате, м³;

–диаметр аппарата, м;

–минимальная высота жидкости в аппарате, м.

- для тихоходных мешалок

где – высота мешалки, м;

– диаметр мешалки, м.

Таблица 4.5.17

	Р -15
, л	96,58
, м	0,257
	0,04
	+

 

Следовательно, условие применимости реактора выполняется. Выбранный реактор может быть использован для проведения процесса йодометилирования ДМАЭБ.

 

Выбор оборудования

Ø Реактор очистки бензацина (Р-1)

Номинальная вместимость аппарата:

, [22]

где – объем реакционной массы, л;

– число аппаратов (1);

– коэффициент заполнения аппарата;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

0,072 м³

Выбираем реактор вертикальный стальной 0110.

Реактор с эллиптическим днищем, съемной эллиптической крышкой, с рубашкой. Мешалка рамная.

V=0,1 м³

D=400 мм S₁=4 мм G=335 кг

d₁ =320 мм H=2130 мм

D₂ = 360 мм H₂=740 мм

d=25 мм H₃=960 мм

S=5 мм L₁=660 мм

 

h_м= = = 0,04 м

Необходимое условие: h_ж >h_м

h_ж = = 0,36 м

0,36 > 0,04, т.е. h_ж >h_м

Ø Друк-фильтр (Ф-5)

Объем фильтруемой суспензии: V_сусп = 120,18 л

F_ф= , [22]

где – объем жидкости, л;

– время фильтрации, ч;

–объемная скорость фильтрации (принимаем для фильтрации активированного угля 1500 л/м² ч);

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

F_ф = = 0,04 м³

 

Выбираем друк-фильтр ФЕд 0,2-0,063/0,043

F_ном = 0,2 м² D = 500 мм H₁ = 375 мм H =827 мм G = 200 кг

V_ном = 0,063 м³ H₂ = 220 мм L = 880 мм

 

 

Проверка высоты слоя осадка:

h_ос=

где – суточная масса влажного продукта, кг;

–плотность отжатого осадка, кг/м³

- число операций в сутки (2,29);

– номинальная поверхность фильтрации.

Плотность влажного осадка:

где – плотность жидкой фазы, кг/м³ (1000 кг/м³ – принимаем для воды);

– плотность твердой фазы, кг/м³ (800 кг/м³ – принимаем для сухого угля);

– количество массы жидкой фазы на единицу массы твердой фазы;

– номинальная поверхность фильтрации, м².

0,25

833,33 кг/м³

h_ос= 0,0049 м = 4,9 мм, что является допустимым для друк-фильтров (от 50 до 250 мм).

 

Ø Реактор нейтрализации бензацина (Р-8)

Номинальная вместимость аппарата:

, [22]

где – объем реакционной массы, л;

– число аппаратов (1);

– коэффициент заполнения аппарата;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

0,09 м³

Выбираем реактор стальной эмалированный СЭ_рн 0,1-1-02-01

Реактор с рубашкой, якорной мешалкой.

V=0,1 м³

D=500 мм S₁=4 мм H₅=590 мм

D₁ =550 мм H=1400 мм L=718 мм

D₂ = 360 мм H₁=375 мм G=305 кг

D₄ = 420 мм H₂=160 мм

d=25 мм H₃=360 мм

S=6 мм H₄=550 мм

h_м= = = 0,04 м

Необходимое условие: h_ж >h_м

h_ж = = 0,31 м

0,31 > 0,04, т.е. h_ж >h_м

Ø Реактор приготовления раствора гидроксида натрия (Р-7)

Номинальная вместимость аппарата:

, [22]

где – объем реакционной массы, л;

– число аппаратов (1);

– коэффициент заполнения аппарата;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

0,017 м³

Выбираем реактор вертикальный стальной 0110.

Реактор с эллиптическим днищем, съемной эллиптической крышкой, с рубашкой. Мешалка рамная.

V=0,025 м³

D=300 мм S₁=4 мм G=200 кг

d₁ =220 мм H=1585 мм

D₂ = 270 мм H₂=380 мм

d=25 мм H₃=520 мм

S=4 мм L₁=532 мм

h_м= = = 0,04 м

Необходимое условие: h_ж >h_м

h_ж = = 0,19 м

0,19 > 0,04, т.е. h_ж >h_м

Ø Мерник раствора гидроксида натрия (М-10)

V_м= , [22]

где – объем реакционной массы, л;

– число аппаратов (1);

– коэффициент заполнения мерника;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

V_м = = 0,015 м³

Мерник стальной эмалированный с мерным стеклом ВЭЭ2-1-0,025-0,6К

V=0,025 м³

D= 300 мм H₁=510 мм H₃=150 мм G=50,5 кг

h₁= 785 мм H₂=304 мм L=630 мм

 

Ø Центрифуга (Ф-11)

Норма допустимой нагрузки Р_а (кг):

, [22]

где – масса влажного осадка, кг;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

12,92 кг

Выбираем горизонтальную центрифугу с ножевым устройством для выгрузки осадка ФГН-633К-1

D = 630 мм; L_бараб=300 мм; = 40 кг; F_фильтр = 0,59 м².

Габаритные размеры (LxBxH): 2415×1840×1570 мм

 

Проверка высоты слоя осадка для центрифуги:

h_ос=

где – суточная масса влажного продукта, кг;

–плотность отжатого осадка, кг/м³

- число операций в сутки (2,29);

– номинальная поверхность фильтрации.

Плотность влажного осадка:

где – плотность жидкой фазы, кг/м³ (1000 кг/м³ – принимаем для воды);

– плотность твердой фазы, кг/м³ (1000 кг/м³ – принимаем для сухого ДМАЭБ);

– количество массы жидкой фазы на единицу массы твердой фазы;

– номинальная поверхность фильтрации, м³.

1000,00 кг/м³

h_ос= 0,0199 м = 19,9 мм, что допустимо.

Ø Сборник маточного раствора - технологический (Св-12)

V_сб= , [22]

где – объем жидкости, л;

– число сборников (1);

– коэффициент заполнения сборника;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

V_сб = = 0,08 м³

Сборник стальной эмалированный СЭ_нв 0,100-1-12-01

V=0,1 м³

D= 500 мм H=705 мм S=6 мм G=140 кг

H₁= 550 мм H₂=360 мм L=692 мм

 

Ø Сушилка (Сш-13)

Норма допустимой нагрузки Р_а (кг):

, [22]

где – производительность по высушиваемому продукту, кг;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

12,92 кг

2,63 кг

 

Сушилка с виброкипящим слоем ВКС-0,14

F_реш= 0,14 м² G_{исп.влаги}= 10 кг

Габаритные размеры: 1500х900х2300 мм.

Ø Сборник ацетона – сборник-хранилище (Св-16)

V_сб= , [22]

где – объем жидкости, л;

– число сборников (1);

– количество операций, на которое рассчитан сборник (1);

– коэффициент заполнения сборника;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

V_сб = = 0,05 м³

Сборник стальной без рубашки ВЭЭ2-1-0,063-0,6К

V=0,063 м³

D= 400 мм H₁=700 мм H₃=200 мм G=95 кг

h₁= 1160 мм H₂=445 мм L=715 мм

Ø Мерник ацетона (М-17)

V_м= , [22]

где – объем реакционной массы, л;

– число аппаратов (1);

– коэффициент заполнения мерника;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

V_м = = 0,05 м³

Мерник стальной с мерным стеклом ВЭЭ2-1-0,063-0,6К

V=0,063 м³

D= 400 мм H₁=700 мм H₃=200 мм G=95 кг

h₁= 1160 мм H₂=445 мм L=715 мм

 

Ø Сборник йодистого метила – сборник-хранилище (Св-18)

V_сб= , [22]

где – объем жидкости, л;

– число сборников (1);

– количество операций, на которое рассчитан сборник (1);

– коэффициент заполнения сборника;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

V_сб = = 0,003 м³

Сборник стальной без рубашки ВЭЭ2-1-0,01-0,6К

V=0,01 м³

D= 250 мм H₁=1055 мм H₃=58 мм

h₁= 625 мм L=605 мм G=43 кг

Ø Мерник йодистого метила (М-20)

V_м= , [22]

где – объем реакционной массы, л;

– число аппаратов (1);

– коэффициент заполнения мерника;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

V_м = = 0,003 м³

Мерник стальной с мерным стеклом ВЭЭ2-1-0,01-0,6К

V=0,01 м³

D= 250 мм H₁=1055 мм H₃=58 мм

h₁= 625 мм L=605 мм G=43 кг

 

Ø Фильтр-сушилка (Ф-21)

Объем фильтруемой суспензии: V_сусп = 128,18 л

F_ф= , [22]

где – объем жидкости, л;

– время фильтрации, ч;

–объемная скорость фильтрации (принимаем 700 л/м² ч);

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

F_ф = = 0,09 м³

 

Фильтр-сушилка ESF 400.

F_ф= 0,125 м² Габаритные размеры: 780х800х1900 мм.

 

 

Ø Сборник маточного раствора - технологический (Св-22)

V_сб= , [22]

где – объем жидкости, л;

– число сборников (1);

– коэффициент заполнения сборника;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

V_сб = = 0,047 м³

Сборник стальной эмалированный СЭ_нв 0,063-1-12-01

V=0,063 м³

D= 500 мм H=515 мм S=6 мм G=130 кг

H₁= 360 мм H₂=270 мм L=692 мм

 

Ø Сборник этилового спирта – сборник-хранилище (Св-23)

V_сб= , [22]

где – объем жидкости, л;

– число сборников (1);

– количество операций, на которое рассчитан сборник (1);

– коэффициент заполнения сборника;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

V_сб = = 0,032 м³

Сборник стальной без рубашки ВЭЭ2-1-0,04-0,6К

V=0,04 м³

D= 350 мм H₁=575 мм H₃=170 мм G=65 кг

h₁= 850 мм H₂=367 мм L=700 мм

 

Ø Мерник этилового спирта (М-24)

V_м= , [22]

где – объем реакционной массы, л;

– число аппаратов (1);

– коэффициент заполнения мерника;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

V_м = = 0,032 м³

Мерник стальной с мерным стеклом ВЭЭ2-1-0,04-0,6К

V=0,04 м³

D= 350 мм H₁=575 мм H₃=170 мм G=65 кг

h₁= 850 мм H₂=367 мм L=700 мм

 

Ø Сборник промывного этанола - технологический (Св-25)

V_сб= , [22]

где – объем жидкости, л;

– число сборников (1);

– коэффициент заполнения сборника;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

V_сб = = 0,017 м³

Сборник стальной без рубашки ВЭЭ2-1-0,025-0,6К

V=0,025 м³

D= 300 мм H₁=510 мм H₃=150 мм G=50,5 кг

h₁= 785 мм H₂=304 мм L=630 мм

 

Ø Теплообменник (Т-26)

Теплообменник предназначен для конденсации паров этанола. Время сушки – 3 ч.

Так как теплообменник «прямой», то поверхность теплообмена равна:

F_т/о = F_конд+ F_охл = + , [22]

где: Q, K, Δt – теплоты (кДж), коэффициенты теплопередачи (Вт/м²·К) и средние разности температур (К) для режимов конденсации паров (конд.) и охлаждения конденсата (охл.)

Q_конд = ΣG _i · r_i/

Таблица 4.5.18

Наименование компомента	Масса Gi, кг	Теплота парообразования ri, кДж/кг	Теплоемкость сi, кДж/кг·К
Этанол	7,57	840,00	2,453

 

Q_конд = 7,57·840,00/2,29=2776,77 кДж

В качестве хладагента используем охлаждающий рассол (водный раствор хлорида натрия) с Θ₁= 0 ºС, Θ₂=3 ºС

Принимаем коэффициенты теплопередачи К_охл = 120 Вт/м·К, К_конд = 340 Вт/м²·К [22]

Расход хладагента:

G_х/а = Q_конд/(с_х/а ·Δt_конд·τ) =2776,77 /(2,547·3·180·60) = 0,034 кг/с

Q_охл = ΣG _i ·с _i ·(t_кон – t_нач) / = (0,034·2,547) · (20–90)/2,29 = - 2,65 кДж

Охлаждение:

Δt_ср = , [10]

где: 1,176

– температура жидкого теплоносителя на выходе из рубашки аппарата, ºС;

– температура жидкого теплоносителя на входе в рубашку аппарата, ºС;

t _п – температура паров конденсируемой жидкости, ºС.

 

Δt_ср = = 42,96 °С

 

F_охл = 2,65 ·10³/(120·42,96·180·60)= 0,00005 м²

 

Конденсация:

Δt_ср = , [10]

где: – температура жидкого теплоносителя на выходе из рубашки аппарата, ºС;

– температура жидкого теплоносителя на входе в рубашку аппарата, ºС;

t _п – температура паров конденсируемой жидкости, ºС.

 

Δt_ср = = 88,49 °С

 

F_конд = 2776,77 ·10³/(340·88,49·180·60)= 0,0085 м²

F_т/о = 0,00005+0,0085 = 0,009 м²

Выбираем теплообменник стальной типа «труба в трубе».

F_т/о = 0,12 м² D₁ = 57х4 мм

D= 25х3 мм L = 1500 мм

Ø Сборник конденсата этанола - технологический (Св-27)

V_сб= , [22]

где – объем жидкости, л;

– число сборников (1);

– коэффициент заполнения сборника;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

V_сб = = 0,005 м³

Сборник стальной без рубашки ВЭЭ2-1-0,01-0,6К

V=0,01 м³

D= 250 мм H₁=1055 мм H₃=58 мм

h₁= 625 мм L=605 мм G=43 кг

Ø Реактор растворения и очистки метацина (Р-29)

Номинальная вместимость аппарата:

, [22]

где – объем реакционной массы, л;

– число аппаратов (1);

– коэффициент заполнения аппарата;

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

0,153 м³

Выбираем реактор вертикальный стальной 0110.

Реактор с эллиптическим днищем, съемной эллиптической крышкой, с рубашкой. Мешалка рамная.

V=0,16 м³

D=500 мм S₁=4 мм G=370 кг

d₁ =420 мм H=2250 мм

D₂ = 300 мм H₂=750 мм

d=25 мм H₃=1050 мм

S=5 мм L₁=862 мм

h_м= = = 0,04 м

Необходимое условие: h_ж >h_м

h_ж = = 0,45 м

0,45 > 0,04, т.е. h_ж >h_м

Ø Теплообменник (Т-30)

Теплообменник предназначен для конденсации паров этанола. Время выдержки при данной температуре – 130 мин.

Так как теплообменник «обратный», то поверхность теплообмена равна:

F_т/о = F_конд= [22]

где: Q, K, Δt – теплота (кДж), коэффициент теплопередачи (Вт/м²·К) и средние разности температур (К) для режима конденсации паров.

 

Q_конд = ΣG _i · r_i/

Таблица 4.5.19

Наименование компомента	Масса Gi, кг	Теплота парообразования ri, кДж/кг	Теплоемкость сi, кДж/кг·К
Этанол	47,1	840,00	2,453

 

Q_конд = 47,1 ·840,00/2,29=17276,86 кДж

 

Конденсация:

Δt_ср = , [10]

где: – температура жидкого теплоносителя на выходе из рубашки аппарата, ºС;

– температура жидкого теплоносителя на входе в рубашку аппарата, ºС;

t _п – температура паров конденсируемой жидкости, ºС.

 

Δt_ср = = 88,49 °С

 

Принимаем коэффициент теплопередачи К=340 Вт/м²·К

F_т/о = F_конд = 17276,86·10³/(340·88,49·130·60)= 0,074 м²

Выбираем теплообменник стальной типа «труба в трубе».

F_т/о = 0,12 м² D₁ = 57х4 мм

D= 25х3 мм L = 1500 мм

 

Ø Друк-фильтр (Ф-31)

Объем фильтруемой суспензии: V_сусп = 223,41 л

F_ф= , [22]

где – объем жидкости, л;

– время фильтрации, ч;

–объемная скорость фильтрации (принимаем 1500 л/м² ч);

- число операций в сутки (2,29);

– резерв мощности (принимаем 10 %).

F_ф = = 0,072 м³

 

Выбираем друк-фильтр с рубашкой ФЕдР 0,2-0,063/0,043

F_ном = 0,2 м² D = 500 мм H₁ = 375 мм H =827 мм G = 270 кг

V_ном = 0,063 м³ H₂ = 220 мм L = 930 мм

Проверка высоты слоя осадка:

h_ос=

где – суточная масса влажного продукта, кг;