Комплекс получения синтез-газа. Часть 3

1 2 3

---

КОНСТРУКТОРСКИЙ  РАЗДЕЛ

 

 

Выбор диаметров патрубков и подбор соединительных элементов

 

Внутренние диаметры патрубков dвн, м, таблица 9 были подобраны исходя из нормальных скоростей движения сред, а также условий унификации узлов установки.

 

Таблица 9 – Внутренние диаметры патрубков

 

 

Размеры фланцевых соединений были заданы по ГОСТ 12815-50, ГОСТ 33259-2015. Крепежные элементы задавались по ГОСТ 22042-76, ГОСТ 11371-

78, ГОСТ 2526-70.

Определение толщин стенок аппаратов

 

 

Толщина стенки корпуса аппарата расcчитывается по формуле:корп ≥ расчвн  +  (м) , (3.1)

2[]корп−расч

где расч (МПа) – расчетное избыточное давление среды, заключенной в корпусе; вн (м) – внутренний диаметр корпуса аппарата; []корп (МПа) – номинальное допускаемое напряжение;  – коэффициент ослабления сварочными швами или отверстиями;  (м) – прибавка к расчетной толщине стенки, компенсирующая влияние коррозии и эрозии, минусовое отклонение толщины стенки корпуса при штамповке и гибке обечаек, искажение правильной геометрической формы при гибке.

Величина расчетного давления расч принимается равной 6 МПа для всех узлов установки.

Величина []корп определяется в зависимости от средней [55] или наибольшей [48] температуры в аппарате для используемого материала аппаратов:

[]   (0,2 ;  в ) (МПа) , (3.2)корп 1,5 2,4

где 0,2 (МПа) – условный предел текучести при остаточной деформации 0,2 %;

в (МПа) – временное сопротивление разрыву.

Прибавка  принимается равной 0,001-0,005 м при практических расчетах.

Значения, используемые при расчете толщин стенок внешних корпусов проектируемых аппаратов приведены в таблице 15.

Таблица 10 – Толщина стенок

Расчёт трубной доски ТО3 и ТО4

 

Значение межосевого шага t, м рисунок 35 находится из соотношения:

=  × нар (м) = 1,4 × 0,020 = 0,028 м, (3.3)

где  = 1,25 … 1,40 – относительный шаг,

нар (м) – наружный диаметр теплообменных труб.

Рисунок 35 — Схема расположения отверстий в решетке КУ

Толщина трубной решетки для ТО3 и ТО4 расcчитывается по формуле:

тр = 0,393 ×  × вн   расч√р[]корп (м) , (3.4)р = 0,935 − 0,65 нар, (3.5)где  = 0,7 − 0,8 для трубных досок, закрепляемых сваркой.р = 0,935 − 0,65 × 0,023 = 0,48, (3.6)0,033 тр = 0,393 × 0,7 × 0,350 × √ 6,00,48×62,3 (м) , (3.7)

Выбор компенсатора температурных удлинений и деформаций

 

Для аппаратов с повышенной длиной, работающих при высоких температурах/перепадах температур (ТО3, ТО4, СМ), необходимо предусмотреть компенсацию температурных деформаций и неравных температурных удлинений корпуса и теплообменных труб.

Учитывая повышенные значения давлений и температур в аппаратах, компенсация температурных эффектов, возникающих при эксплуатации, обеспечивается установленными компенсационными кольцами [56]. Компенсационные кольца сильфонного типа обеспечивают высокую герметичность и возможность взаимного перемещения под воздействием теплового расширения внутренней стенки и наружной обечайки.

Разработка процесса сборки смесителя

 

При разработке процесса сборки данное изделие было разбито на 12 сборочных единиц: 1) гофра; 2) кожух внутренний; 3) кожух наружный 1; 4)

кожух наружный 2; 5) кольцо; 6) крышка; 7) патрубок; 8) решётка (3шт); 9)

спрямляющая решётка; 10) фланец 1 (2шт); 11) фланец 2; 12) Фланец 3.

Перед сварочными операциями все детали и узлы подготавливаются для сварки, для чего подаются на обезжиривание, а затем на просушку.

Общий вид смесителя представлен на рисунке 36.

 

Рисунок 36 – Общий вид смесителя

Разрабатываем последовательность сборки:

1. Сборка начинается со сварки между собой 3 решёток.
2. Во внутренний кожух вставляется собранная решётка и приваривается с двух сторон.
3. Далее во внутренний кожух помещается спрямляющая решётка и приваривается.
4. На внутренний кожух надевается внешний кожух 1, на эту конструкцию надевается фланец 1 и приваривается.
5. Затем на внешний кожух 2 надевается гофра и надевается на внутренний кожух, надевается кольцо и фланец, которые привариваются.
6. Крышка собирается как отдельная деталь.
7. На крышку с уже проделанным отверстием надеваются фланец 1 и 2 свариваются.
8. К крышке приваривается патрубок, на который надевается фланец 3 и так же сваривается.
9. Крышка крепится к смесителю через фланец.

 

Разработка процесса сборки сепаратора

 

При разработке процесса сборки данное изделие было разбито на 19 сборочных единиц: 1) внутренний кожух 1; 2) внутренний кожух 2; 3) внешний

кожух 1; 4) внешний кожух 2; 5) кольцо; 6) крышка; 7) нерегулярные насадки

“Инжехим”; 8) патрубок; 9) прижимная решётка; 10) сетчатый демистер; 11) спрямляющая решётка; 12) трубная доска; 13) трубки с ленточным завихрителем; 14) фланец 1; 15) фланец 2; 16) фланец 3; 17) фланец 4; 18) центрирующее кольцо; 19) ёмкость под насадки.

 

Перед сварочными операциями все детали и узлы подготавливаются для сварки, для чего подаются на обезжиривание, а затем на просушку.

Общий вид смесителя представлен на рисунке 37.

Рисунок 37 – Общий вид сепаратора Разрабатываем последовательность сборки:

1. Сборка начинается со сборки насадки с ленточным завихрителем: трубки привариваются в трубных решётках, эта конструкция помещается во внутреннюю стенку 1 и сваривается.
2. Далее собирается насадка с нерегулярными насадками “Инжехим”: к ёмкости для насадок приваривается прижимная решётка, далее засыпаются насадки “Инжехим” и прижимаются решёткой, которая приваривается; далее эта конструкция помещается во внутреннюю стенку 2 и приваривается.
3. Полученные насадки свариваются между собой.
4. Со стороны насадочного слоя приваривается центрирующее кольцо, а на него устанавливается спрямляющая решётка и фланец, которые так же свариваются.
5. На полученную конструкцию, со стороны трубок надевается сетчатый демистер, который приваривается.

 

1. На сетчатый демистер надевается внешний кожух 1 с уже проделанным отверстием, который сваривается с ним. Со стороны насадочного слоя надевается кольцо, которое сваривается с внутренней стенкой 2 и внешней стенкой 1.
2. К спрямляющей решётке надевается фланец 1 и приваривается.
3. На внешнюю стенку 1 надевается внешняя стенка 2, и сваривается с ней.
4. К внешней стенке 1 приваривается патрубок очищенного газа, к которому далее приваривается фланец 4.
5. Крышка собирается как отдельная деталь. 11.К крышке привариваются фланцы 2 и 3.

12.Крышка крепится к смесителю через фланец.

Разработка процесса сборки теплообменников

 

Разработка процесса сборки ТО3.

При разработке процесса сборки данное изделие было разбито на 19 сборочных единиц: 1) внутренний кожух; 2) внешний кожух 1; 3) внешний

кожух 2; 4) гофра; 5) кольцо; 6) патрубок; 7) перегородка; 8) трубная решётка;

1. трубки; 10) фланец 1; 11) фланец 2.

Перед сварочными операциями все детали и узлы подготавливаются для сварки, для чего подаются на обезжиривание, а затем на просушку.

Общий вид теплообменника представлен на рисунке 38.

Рисунок 38 – Общий вид теплообменника

Разрабатываем последовательность сборки:

1. Сборка теплообменника начинается с поочередной сварки трубок в соответствующих местах в трубных решётках и перегородках.
2. Полученная конструкция помещается во внутренний кожух с уже проделанным отверстием, в котором центрируется с помощью паза в трубной решётке и сваривается.
3. На внутренний кожух надевается внешний кожух 1, на котором надета гофра и кольцо, кожух подпирается фланцем 1, который сваривается с ним.
4. Затем с другой стороны надевается внешний кожух 2 с уже проделанным отверстием, который подпирается фланцем и сваривается с ним.
5. Кольцо сваривается с внешним кожухом 1 и внешним кожухом 2.
6. В отверстия в корпусе вставляются патрубки воды и привариваются к нему. К патрубкам привариваются фланцы 2.

Процесс сборки ТО3 аналогичен с ТО4, но добавляется пункт крепления через фланцы нескольких секций друг с другом.

Вывод по разделу

 

В данном разделе были определены основные конструктивные элементы проектируемых аппаратов, приведена общая последовательность процесса их сборки.

На рисунках 39-42 приведены трехмерные модели проектируемых узлов. Чертежи общего вида аппаратов приведены в приложениях Д-З.

Рисунок 39 – Трёхмерная модель смесителя

Рисунок 39 – Трёхмерная модель ТО3

Рисунок 40 – Трёхмерная модель сепаратора

Рисунок 41 – Трёхмерная модель ТО4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной работе были рассчитаны и сконструированы узлы модуля подготовки синтез-газа МК получения метанола.

В работе приведен кратких обзор проблем, решаемых с помощью применения малотоннажных комплексов. Приведена схема комплекса получения синтез-газа, рассмотрен принцип работы модуля подготовки синтез-газа комплекса. Проведен обзор и выбор конструкций для узлов модуля.

В ходе выполнения проекта были произведены следующие расчеты:

• тепловой и гидравлический расчеты теплообменных аппаратов модуля по классическим методикам;
• расчёт эффективности сепарации синтез-газа от воды;
• расчет смесителя численными методами с использованием SolidWorks FlowSimulation;
• конструктивные расчеты узлов. Были разработаны:
• технологические схемы сборки узлов модуля;
• трехмерные модели проектируемых узлов;
• чертежи общего вида.

В итоге были получены характеристики по основным узлам установки.

Полученные конструкции не выходят за допустимые ограничения по габаритам. Однако для того, чтобы оценить размещение всей установки в целом необходимы дальнейшие исследования остальных узлов комплекса.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Сосна М.Х., Заволокин К.Х, Хаманова А.А. Повышение эффективности производства метанола путем утилизации продувочного газа // НефтеГазоХимия. 2018. № 3. С. 35–38. DOI: 10.24411/2310-8266-2018- 10302.
2. Богданов В.А. Процесс получения синтез-газа при горении сверхбогатых смесей метана и аппараты для его реализации: автореф. канд. техн. наук

05.17. / Богданов Виктор Александрович; Московский государственный университет Инженерной экологии. — Москва, 2006. — 20 с.

1. Мордкович В.З. Четыре поколения технологии получения синтетического жидкого топлива на основе синтеза Фишера-Тропша. Исторический обзор

/ В.З. Мордкович, Л.В. Синева и др. // Катализ в промышленности, №5, 2015, с. 23-45.

1. Современные и перспективные технологии производства водорода / ООО

«Прима-Химмаш»  //  Отчет-справочник.  Выпуск  2.  –  СПб.:  ООО

«ПримаХиммаш», 2015. — 327 с

1. Ола Дж. Метанол и энергетика будущего. Когда закончатся нефть и газ / Дж. Ола, А. Гепперт, С Пракаш // М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.

– 416 с.

1. Производство водородных установок и строительство водородной инфраструктуры в промышленно развитых странах. Технико- инвестиционные показатели установок и водородных станций // Отчет- справочник. Выпуск 2. – СПб.: ООО «Прима-Химмаш», 2015. — 226 с.
2. Современные и перспективные технологии производства водорода / ООО

«Прима-Химмаш»  //  Отчет-справочник.  Выпуск  2.  –  СПб.:  ООО

«ПримаХиммаш», 2015. — 327 с.

 

1. Даль П.Ю. Технология автотермического риформинга для современных крупнотоннажных метанольных установок / П. Ю. Даль, Т. С. Кристенсен и др. // Международная конференция «Азот и синтез-газ – 2014», Париж, 2014. – 14с.
2. Загашвили Ю.В., Кузьмин А.М. Оптимизация состава синтез-газа для малотоннажного производства метанола // НефтеГазоХимия. 2018. № 3. С.

– 39–43. DOI: 10.24411/2310-8266-2018-10303.

1. Загашвили Ю.В., Кузьмин А.М. Влияние состава водородсодержащего газа на выход метанола // НефтеГазоХимия. 2020 №10.
2. Патент РФ на полезную модель № 176510. Малотоннажная установка получения метанола.
3. Загашвили Ю.В., Кузьмин А.М. Управление составом синтез-газа для малотоннажного производства метанола // Технологии нефти и газа. 2018.

№ 3. С. 54-59.

1. Арутюнов В.С. Новые концепции развития малотоннажной газохимии / В.С. Арутюнов, В.И. Савченко, И.В. Седов и др. // Химические технологии и продукты / НефтеГазоХимия, №4, 2014, с. 19-23.
2. Гимаева А.Р. Развитие технологий производства метанола и диметилового эфира на малодебитных и труднодоступных месторождениях: дис. канд. тех. наук: 07.00.10, 02.00.13 / Гимаева Алина Рашитовна; Уфимск. гос. нефт. хим. ун-т. – Уфа, 2015. – 154 с
3. Чайка С.Е. Малотоннажные GTL-установки / С.Е. Чайка С.Е., А.М. Шкода

// ООО «АМТЕК инжиниринг» [Электронный ресурс]. URL: http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=6615 (дата обращения: 08.05.2021).

1. Рустамов З.А., Брюхова К.С. Проблема утилизации попутного нефтяного газа. Анализ и современное состояние. 2019. №58. DOI: 10.15593/2224- 9982/2019.58.08

 

1. Минэнерго предложило альтернативу новому налогу для нефтяников [Электронный ресурс], 2020 URL: https://www.rbc.ru/business/21/01/2020/5e256c3a9a79476b4e020006 (дата обращения: (15.05.2021)
2. Baker, J.R. Motionless mixers stir up new uses / J.R. Baker // Chem Eng Prog.

– 1991. – V.87. – P.32-38.

1. Классен, П.В. Основные процессы технологии минеральных удобрений / П.В. Классен, И.Г. Гришаев. – М.: Химия, 1990. – 304 с.
2. Некоторые аспекты сульфатирования органических соединений в гидродинамическом потоке и новые подходы к технологии получения ПАВ / К.С. Минскер, В.П. Захаров, Р.Я. Дебердеев, А.А. Берлин // Труды Региональной научно-практического семинара РФФИ «Пути коммерциализации фундаментальных исследований в области химии для отечественной промышленности». – Казань: УНИПРЕСС. – 2002. – С.32- 33
3. Шеберстов, В.И. Основы технологии светочувствительных фотоматериалов / В.И. Шеберстов, В.Л. Зеликман, В.С. Чельцов, Е.К. Подгородецкия, Г.М. Цветков. – М.: Химия, 1977. – 504 с.
4. Investigation of emulsification in static mixers by optical measurement techniques usingrefractive index matching / R. Häfeli, O. Rüegg, M. Altheimer,

2016. Rudolf von Rohr // Chemical Engineering Science. – 2016. –V.143. – P.86- 98.

1. Better absorption. Try a static mixer / R.G. Rader, M. Mutsakis, F. Grosz-Röll, W. Maugweiler // Chem Eng. – 1989. – V.6. – P.137-142.
2. Jurkias, E. Cracking method for materials, especially heavy oils, e.g. crude oil, waste oil, plant oils and such, for conversion into boilable materials such as diesel gasoline, etc., as well as a cracking apparatus for this process / E. Jurkias

// Fuel Energy Abstr, – 1998. – V39. – P.15.

1. Nauman, E.B. Chemical Reactor Design, Optimization and Scale up / E.B. Nauman // McGraw-Hill, New York. – 2002. – P.389.

 

1. Новый процесс очистки нефтей и газоконденсатов от низкомолекулярных меркаптанов / А.М. Мазгаров, А.Ф. Вильданов, С.Н. Сухов, Н.Г. Баженова, Г.Б. Низамутдинова,С.Ф. Шиаманна, Р.М. Ормистон // Химия и технология топлив и масел. – 1996. – № 6. – С.11-12.
2. Развитие производства этиленпропиленовых каучуков в России / В.М. Бусыгин, Л.М. Курочкин, Т.Г. Бурганов, Н.Р. Гильмутдинов, К.С. Минскер, Г.С. Дьяконов, Р.Я. Дебердеев, А.А. Берлин // Химическая промышленность. – 2001. – №2. – С.3-4.
3. Интенсификация диспергирования в трубчатых турбулентных аппаратах при производстве синтетических каучуков / Р.Г. Тахавутдинов, Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова, В.П. Захаров, К.С. Минскер // Химическая промышленность. – 2002. – №1. – С.22-27.
4. Mrityunjay K. Singh, Patrick D. Anderson,* Han E. H. Meijer Understanding and Optimizing the SMX Static Mixer // Macromol. Rapid Commun. 2009.

№30. С. 362–376.

1. Fin Type Static Mixer [Электронный ресурс], URL: https://www.jls- europe.de/products/static-mixer/fin-type-static-mixer.html (дата обращения: (3.04.2021).
2. Ужов, В.Н. Очистка промышленных газов от пыли / В.Н. Ужов, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков – М.: Химия, 1981. – 392 с.
3. Ужов, В.Н. Подготовка промышленных газов к очистке / В.Н. Ужов, А.Ю. Вальдберг – М.: Химия, 1975.
4. Страус, В. Промышленная очистка газов / В. Страус – М.: Химия, 1981. – 616 с.
5. Зиганшин, М.Г. Проектирование аппаратов пылегазоочистки / М.Г. Зиганшин, А.А. Колесник, В.Н. Посохин – М.: «Экопресс – 3М», 1998. – 505 с.
6. Ужов, В.Н. Очистка газов мокрыми фильтрами / В.Н. Ужов, А.Ю. Вальдберг – М.: Химия, 1972. – 248 с.

 

1. Лаптев, А.Г. Гидромеханические процессы в нефтехимии и энергетике [Текст] / А.Г. Лаптев, М.И. Фарахов – Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2008. – 729 с.
2. Чохонелидзе, А.Н. Справочник по распыливающим, оросительным и каплеулавливающим устройствам / А.Н. Чохонелидзе, В.С. Галустов.,Л.П. Холпанов, В.П. Приходько – М.: Энергоатомиздат, 2002.
3. Козлов, П.А. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности / П.А. Козлов, А.Д. Малыгин, Г.М. Скрябин – Л.: Химия, 1982.
4. Исхаков А.Р., Башаров М.М. Метод расчета эффективности комбинированного сепаратора очистки газов от капельной влаги // Проблемы энергетики. 2016, № 3-4. C. 85–94.
5. Лаптев А.Г., Фарахов М.И. Гидромеханические процессы в нефтехимии и энергетике: пособие к расчету аппаратов. Казань: Изд-во Казанск. гос. ун- та, 2008. 729 с.
6. Александров А. А., Григорьев Б. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: справочник рек. Гос. службой стандартных справочных данных ГСССД Р-776-98. М.: Изд-во МЭИ, 1999. 164 с.
7. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов: справочное руководство. М.: Физматгиз, 1959. 356 с.
8. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 721 с. 19.
9. Wilke C. R. A Viscosity Equation for Gas Mixtures // The journal of chemical physics. 1950. Т. 18. N. 4, С. 517-519. doi: 10.1063/1.1747673
10. Lindsay A. L., Bromley L. A. Thermal conductivity of gas mixtures // Industrial and Engineering Chemistry. 1950. Т. 42. N 8. С. 1508-1511. doi: 10.1021/ie50488a017

 

1. Горбунова А.Ю., Кораблев В.А., Заричняк Ю.П. Расчет теплофизических свойств многокомпонентной газовой среды щелевого лазера // Научно- технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. №2.
2. Авчухов В. В. Паюсте Б. Я. Задачник по процессам тепломассообмена: учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 144 с.
3. Бродов Ю.М. Теплообменники энергетических установок: учебник. Екатеринбург: Изд-во «Сократ», 2003. 965 с.
4. Исаченко В.П. Теплопередача: учебник для теплоэнерг. спец. втузов /В. П. Исаченко, В. А. Омпова, А. С. Сукомел. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоиздат, 1981. — 417 с. : ил.
5. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. изд. 2-е, стереотип. М.: Энергия, 1977. 344 с.
6. Савельев Н.И. Расчёт и проектирование кожухотрубчатых теплообменных аппаратов: учебное пособие / Н. И. Савельев, П. М. Лукин. Чебоксары: Изд- во Чуваш. ун-та, 2010. 80 с.
7. Сахин В. В. Теплообменные аппараты: учеб. пособие. СПб: Изд-во Балт. гос. техн. ун-та, 2010. 80 с.
8. Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы: справочник / А. П. Шлямнев [и др.]. М.: Интермет Инжиниринг, 2000. 232 с.
9. Локшин В.А. Гидравлический расчет котельных агрегатов [Текст]: Нормат. метод / [О.М. Балдина, В.А. Локшин, Д.Ф. Петерсон и др.] ; Под ред. В.А. Локшина [и др.]. — М.: Энергия, 1978. — 255 с., 4 отд. л. номогр.: ил.
10. Бойко, Е. А. Тепловые электрические станции (расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС): учебное пособие / Е. А. Бойко. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. 92 с.
11. Патент РФ No192458. Газогенератор синтез-газа.

---

1 2 3