Давидан Г.М. и др. Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза

Подождите немного. Документ загружается.

Учение об этих единичных физических (типовых) процессах в настоящее

время представляет собой самостоятельную дисциплину, называемую инже-

нерной химией. В отличие от химической технологии, в основе инженерной

химии лежат закономерности технической физики.

2.2. Типовые процессы инженерной химии

Эти процессы достаточно изучены и систематизированы. Для большинст-

ва из них разработаны теоретические основы

и методы расчёта технологических

параметров и промышленных аппаратов. Важнейшие из этих процессов пред-

ставлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Классификация типовых процессов

Механические и

гидромеханические

процессы

Теплообменные

процессы

Массообменные

процессы

Перемещение Нагревание и охлаждение Конденсация и сепарация

Осаждение Выпаривание Дистилляция

Фильтрование Возгонка (сублимация) Ректификация

Центрифугирование Испарение, конденсация Абсорбция

Измельчение Плавление и отвердевание Адсорбция

Перемешивание Растворение, кристаллизация

Флотация Экстракция

Псевдоожижение Сушка, увлажнение

Каждый из типовых процессов имеет движущую силу, определяющую

скорость протекания соответствующего процесса.

В образовательном стандарте специальности предусмотрена соответст-

вующая учебная дисциплина: «Процессы и аппараты химической технологии».

При изучении этой дисциплины необходимо хорошо освоить расчёты

следующих (как минимум) единичных процессов:

– теплообмен (нагревание и охлаждение);

– испарение;

– конденсация и сепарация;

–

ректификация;

– абсорбция.

2.3. Химические процессы

Уже продолжительное время существует тенденция выделения и система-

тизации процессов с химическими превращениями в отдельную прикладную

науку о промышленных химических процессах (включая теорию химических

реакторов), которая базируется на законах химической термодинамики и при-

кладной кинетики.

Критерии их классификации могут быть различными. Удачным представ-

ляется разделение их на восемь

классов, три из которых характеризуют процес-

сы, а пять – способы проведения этих процессов (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Признаки, характеризующие единичные химические процессы

Признаки,

характеризующие

процесс

Характеристика

способов проведения

процессов

Тип

мич

ской

акц

1. Необратимые реакции

2. Обратимые реакции, в том чис-

ле со смещением равновесия

(один из реагентов покидает сис-

тему)

3. Автокаталитические и цепные

реакции

4. Реакции первого порядка

5. Реакции 2-го и более высокого

порядка

6. Простые реакции

7. Параллельные реакции

8. Последовательные реакции

9. Каталитические реакции

10. Некаталитические реакции

11. Реакции в диффузионной об-

ласти процесса

12. Реакции в кинетической об-

ласти процесса

Тер

моди-

на-

мика

проце

са

1. Изотермические процессы

2. Адиабатические процессы

3. Политропные процессы

Тип

орган

за-

ции

проце

са

1. Периодические процессы, в том чис-

ле батарейные

2. Полунепрерывные процессы

3. Непрерывные процессы

4. Циклические процессы

Век

тор

движе

ния

реаген

тов

1. Прямоточные процессы

2. Процессы с постепенным добавлени-

ем реагентов

3. Противоточные процессы

Фаз

вое с

сто-

ни

проц

1. Гомогенные (однофазные) ре-

акции

2. Двухфазные реакции

3. Гетерогенные (многофазные)

превращения

Гидр

дина-

мика

проце

са

1. Полное перемешивание реагентов

2. Многоступенчатое (секционирован-

ное) перемешивание

3. Поток без перемешивания в зоне ре-

акции

Окончание табл. 2.2

Энер

тичес

ха

ракте

стика

1. Экзотермические процессы

2. Эндотермические процессы

3. Автотермические процессы

4. Процессы, энергия которых

отличается от тепловой (фотохи-

мические, электрохимические, с

использованием ультразвука, ра-

диохимические)

Хара

тер

тепло

обмен

1. Непрерывный теплообмен

2. Ступенчатый теплообмен

3. Теплообмен через стенку

4. Непосредственный контакт теплоно-

сителей

5. Использование гетерофазных тепло-

носителей

В Федеральном образовательном стандарте специальности имеются две

учебные дисциплины данной области знаний, а именно: «Общая химическая

технология» и «Теория химико-технологических процессов органического син-

теза».

В процессе изучения этих дисциплин необходимо обязательно освоить

принципы расчётов следующих технологических показателей:

– степени превращения (конверсии) сырья;

– выхода целевого продукта от стехиометрически возможного;

– выхода целевого продукта от термодинамически возможного;

– практического выхода целевого продукта;

– интегрального выхода;

– селективности процесса;

– интегральной селективности;

– удельного расхода сырья, материалов и энергии (расходных коэффици-

ентов).

2.4. Cистемный подход в проектировании

Для создания ХТП нужно не только знать методы химического производ-

ства и уметь выделять

единичные элементарные процессы (операторы), но и

выявлять методы наиболее рационального (технически и экономически) перехо-

да в промышленном масштабе от сырья к конечному химическому продукту.

Занимается этим наука о проектировании технологического процесса, ос-

нованная на теории эксперимента, общих технологических принципах, теориях

подобия, моделирования и оптимизации.

Производство является физическим воплощением теоретических положе-

ний

, обеспечивающих получение целевой продукции требуемого качества с

учётом известных ограничений и условий, связанных с особенностями техноло-

гии этого производства.

Разработка технологии основного органического и нефтехимического

синтеза (ТОО и НХС) – многоэтапный процесс, характеризующийся различны-

ми техническими и организационными мероприятиями. На каждом из этапов

разработки технологии возникает множество вопросов, ответы на которые

мо-

гут быть найдены в результате глубокого исследования как функционирования

отдельных аппаратов и установок, так и всего производства. Такая совокуп-

ность методов, включая системный подход, представляющая логически строй-

ную последовательность операций разработки и проектирования сложных сис-

тем, называется системотехникой.

Системотехника обеспечивает взаимосвязь между фундаментальными об-

ластями науки и технологией, а также максимально

эффективное использование

теории на практике, что может быть сделано только на системной основе. Сис-

темотехник объединяет специалистов разных профилей для совместного реше-

ния сложной задачи. Наиболее эффективно такие задачи могут решать опытные

инженеры-химики-технологи широкого профиля.

Разработка любого реального химико-технологического объекта базиру-

ется на анализе комплекса химических, физических,

механических, теплотехни-

ческих и экономических явлений и требует системного анализа, который рас-

сматривает совокупность всех процессов данного производства как неразрыв-

ную систему отдельных технологических операций и процессов. Эффектив-

ность работы системы (производства) зависит (непосредственно или косвенно)

от устойчивой работы всех составляющих ее частей (подсистем). Например,

нельзя разрабатывать технологию разделения сложных смесей

без учета специ-

фики эксплуатации подсистемы химического превращения сырья и, наобо-

рот, необходимо учитывать особенности подсистемы разделения реакцион-

ной массы при создании реакторного узла. Решение этих задач осуществляется

на основе системно-структурного анализа, рассматривающего каждую опера-

цию как часть всего сложного процесса получения продукта ОО и НХС.

Системный подход определяет

материальные и энергетические потоки

понятием связь, а аппараты, соединяемые связями, называет элементами. При

этом процессы (физические и/или химические), которые протекают в этих аппа-

ратах, называются операторами.

Расчет материальных и энергетических потоков, обладающих определён-

ными свойствами и параметрами, а также параметров работы отдельных эле-

ментов позволяет оценить особенности любой проектируемой подсистемы

тех-

нологического объекта. При этом имеется в виду, что рассматриваемый объект

предназначен для осуществления определённого технологического оператора,

результатом которого является получение продукта или полупродукта.

Таким образом, разработку технологии производства как химико-техно-

логической системы осуществляют по следующим этапам:

– согласование и распределение материальных и энергетических потоков

(связей), определение общей нагрузки

на аппараты (элементы);

– выбор и расчёт технологического оборудования;

– определение затрат на всё производство и анализ различных вариантов

технологических схем;

– окончательный выбор технологической схемы производства.

Выполнение первого этапа возможно после изучения особенностей хими-

ческих превращений, физико-химических свойств различных смесей, образую-

щихся на отдельных этапах, и выявления всех ограничений.

Каждую технологию производства продуктов ОО и НХС, представляю-

щую систему, необходимо рассматривать как единство противоположностей: ее

целостности и членимости.

Возможность и

необходимость членимости при изучении производства

как системы отражает одну из общих сторон ее структуры и характеризуется

тремя признаками:

– качественной спецификой частей системы;

– числом частей, на которые расчленяется рассматриваемая система;

– взаиморасположением частей системы в пространстве и времени.

При рассмотрении любого производства как сложной системы предвари-

тельно необходимо изучить

связи между элементами (аппаратами), выявить со-

вокупность управляемых и неуправляемых параметров, способных влиять на

показатели разрабатываемого процесса. К ним обычно относят:

– составы потоков, их расходы, давления и температуры;

– температуру и давление в аппаратах;

– количество подводимой и отводимой энергии;

– параметры теплоносителя (хладагента) и т. д.

Это

основные показатели, от которых зависит эффективность протекания

химического превращения сырья, чистота и полнота выделяемых компонентов,

энергетические и капитальные затраты на производство продуктов.

При разработке и исследовании сложных систем, в т. ч. и химико-тех-

нологических объектов, выделяют, как правило, два класса основных задач:

– задачи синтеза, сводящиеся к выбору структуры и

значений парамет-

ров ее эксплуатации на основе заданных свойств системы;

– задачи анализа, связанные с изучением свойств поведения системы в

целом в зависимости от структуры и значений параметров составляю-

щих ее элементов.

Таким образом, создание ХТС включает квалифицированный выбор типов

элементов и структуры технологических связей между ними, определение па-

раметров

работы подсистем, элементов и связей системы, которые должны

обеспечивать максимальную эффективность работы производства.

2.5. Порядок разработки, согласования и утверждения

проектно-сметной документации

2.5.1. Разработка проектной документации на строительство (новое

строительство, расширение, реконструкцию и техническое перевооружение)

объектов осуществляется на основе утверждённых обоснований инвестиций в

строительство предприятия. Проектной документацией детализируются приня-

тые в обоснованиях решения и уточняются основные ТЭП.

При разработке проектной документации руководствуются законодатель-

ными

и нормативными актами Российской Федерации (РФ) и субъектов РФ, ин-

струкцией «О порядке разработки, согласования, утверждения и составе про-

ектной документации на строительство», а также иными государственными

документами, регулирующими инвестиционную деятельность по созданию и

воспроизводству основных фондов.

Основным проектным документом на строительство является, как прави-

ло, ТЭО (проект) строительства. На основании

утверждённого в установленном

порядке ТЭО строительства разрабатывается рабочая документация.

Для технически и экологически сложных объектов и при особых природ-

ных условиях строительства по решению заказчика (инвестора) или заключе-

нию государственной экспертизы одновременно с разработкой рабочей доку-

ментации и осуществлением строительства могут выполняться дополнительные

детальные проработки проектных решений по отдельным объектам,

разделам и

вопросам.

Для объектов, строящихся по проектам массового и повторного примене-

ния, а также других технически несложных объектов на основе утверждённых

(одобренных) обоснований инвестиций в строительство или градостроительной

документации может разрабатываться рабочий проект (утверждаемая часть и

рабочая документация) или рабочая документация.

Основной документ, регулирующий правовые и финансовые отношения,

взаимные

обязательства и ответственность сторон, – договор (контракт). Не-

отъемлемая часть договора (контракта) – задание на проектирование.

Состав и содержание задания на проектирование для объектов производ-

ственного назначения включает ряд документов.

1. Основание для проектирования.

2. Вид строительства.

3. Стадийность проектирования.

4. Требования по вариантной и конкурсной разработке.

5. Особые условия строительства.

6. Основные

ТЭП, в т. ч. мощность, производительность, производствен-

ная программа.

7. Требования к качеству, конкурентоспособности и экологическим пара-

метрам продукции.

8. Требования к технологии, режиму предприятия.

9. Требования к архитектурно-строительным, объёмно-планировочным и

конструктивным решениям.

10. Выделение очередей и пусковых комплексов, требования по перспек-

тивному расширению предприятия.

11. Требования и условия к разработке природоохранных мер и меро-

приятий.

12. Требования к режиму безопасности

и гигиене труда.

13. Требования по ассимиляции производства.

14. Требования по разработке инженерно-технических мероприятий ГО и

МЧС.

15. Требования по выполнению научно-исследовательских и опытно-

конструкторских (НИ и ОКР) работ.

16. Состав демонстрационных материалов.

В случаях, когда в договоре не отражены специальные требования о со-

ставе выдаваемой заказчику проектной документации, в

неё не включаются рас-

чёты: строительных конструкций; технологических процессов и оборудования;

объёмов строительно-монтажных работ; потребности в материалах, трудовых и

энергетических ресурсах. Эти материалы хранятся у разработчика проектной

документации и предоставляются заказчику или органам государственной экс-

пертизы по их требованию.

Заказчики проектной документации и проектировщики обязаны своевре-

менно вносить в рабочую

документацию изменения, связанные с введением в

действие новых нормативных документов.

Разработка проектной документации осуществляется при наличии:

– утверждённого решения о предварительном согласовании места разме-

щения объекта на основе согласованных (одобренных) обоснований инвестиций

или иных предпроектных материалов:

– договора;

– задания на проектирование;

– материалов инженерных изысканий.

При проектировании предприятий, зданий и сооружений

производствен-

ного назначения учитывают решения, принятые в схемах и проектах районной

планировки, генеральных планах городов, посёлков и сельских поселений, про-

ектах планировки жилых, промышленных и других функциональных зон.

Проектная документация разрабатывается преимущественно на основе

конкурсов, в том числе через торги подряда (тендеров).

2.5.2. Согласование. Проектная документация, разработанная в соответ-

ствии с государственными нормами, правилами и стандартами, что должно

быть удостоверено соответствующей записью ответственного за проект лица

(главного инженера проекта, главного архитектора проекта, управляющего

проектом), не подлежит согласованию с органами государственного надзора и с

другими заинтересованными организациями, за исключением случаев, преду-

смотренных законами РФ

Обоснованные отступления от требований нормативных документов

допускаются только при наличии разрешений органов, которые утвердили

и/или ввели в действие эти документы.

Проекты, рабочие проекты на строительство объектов, независимо от ис-

точников финансирования, форм собственности и принадлежности, подлежат

государственной экспертизе в соответствии с Порядком, установленным в РФ.

2.5.3. Утверждение проектов, рабочих

проектов на строительство объек-

тов в зависимости от источников его финансирования производится:

1) при строительстве за счёт государственных капвложений из республи-

канского бюджета в порядке, установленном Минстроем России совместно с

другими заинтересованными министерствами и ведомствами;

2) при строительстве за счёт капитальных вложений, финансируемых из

соответствующих бюджетов республик в составе РФ, краёв, областей

, автоном-

ных образований, городов Москвы и Санкт-Петербурга соответствующими ор-

ганами государственного управления или в установленном ими порядке;

3) при строительстве за счёт собственных финансовых ресурсов, заёмных

и привлечённых средств инвесторов (включая иностранных) – непосредственно

заказчиками (инвесторами).

2.6. Состав и содержание проектной документации

Проект на строительство предприятий, зданий и сооружений производст-

венного назначения включает следующие разделы:

1) общую пояснительную записку,

2) генеральный план и транспорт,

3) технологические решения,

4) организацию и условия труда работников,

5) управление производством и предприятием,

6) архитектурно-строительные решения,

7) инженерное оборудование, сети и системы,

8) организацию строительства,

9) охрану окружающей среды,

10) инженерно-технические мероприятия гражданской обороны. Меро-

приятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций,

11) сметную документацию,

12) эффективность инвестиций.

2.6.1. Рекомендуемый состав и содержание разделов проекта включает

общую пояснительную записку, в состав которой входят:

– основание для разработки проекта;

– исходные данные для проектирования, краткая характеристика предпри-

ятия и входящих в его состав

производств;

– данные о проектной мощности и номенклатуре, качестве, конкуренто-

способности, техническом уровне продукции, сырьевой базе, потребности в то-

пливе, воде, тепловой и электрической энергии, комплексном использовании

сырья, отходов производства, вторичных энергоресурсов;

– сведения о социально-экономических условиях строительства;

– основные показатели по генеральному плану, инженерным сетям и ком-

муникациям, мероприятия по

инженерной защите территории;

– общие сведения, характеризующие условия и охрану труда работающих,

санитарно-эпидемиологические мероприятия, основные решения, обеспечи-

вающие безопасность труда и условия жизнедеятельности мобильных групп на-

селения;

– сведения об использованных в проекте изобретениях;

– технико-экономические показатели, полученные в процессе разработки

проекта, их сопоставление с показателями утверждённого (одобренного) обос-

нования

инвестиций в строительство, установленными заданием на проектиро-

вание;

– выводы и предложения по реализации проекта;

– сведения о проведённых согласованиях проектных решений;

– подтверждение соответствия разработанной проектной документации

государственным нормам, правилам, стандартам, исходным данным, а также

техническим условиям и требованиям, выданным органами Госнадзора (кон-

троля) и заинтересованными организациями при согласовании места размеще-

ния объекта;

– оформленные в установленном порядке согласования об отступлении от

действующих нормативных документов.

2.6.2. Генеральный план и транспорт содержит:

– краткую характеристику района и площадки строительства;

– решения и показатели по генеральному плану (с учётом зонирования

территории), внутриплощадочному и внешнему транспорту, выбор вида транс-

порта;

– основные планировочные решения, мероприятия по благоустройству

территории;

– решения по расположению инженерных сетей и коммуникаций;

– организацию охраны предприятия.

2.6.3. Основные чертежи включают:

– ситуационный план размещения предприятия, здания, сооружения с ука-

занием на нём существующих и проектируемых внешних коммуникаций, инже-

нерных сетей и селитебных территорий, границы санитарно-защитной зоны,

особо охраняемые

территории. Для линейных сооружений приводится план

трассы (внеплощадочная и внутриплощадочная), а при необходимости – и про-

дольный профиль трассы;

– картограмму земляных масс;

– генеральный план, на котором нанесены существующие и проектируе-

мые (реконструируемые), подлежащие сносу здания и сооружения, объекты ох-

раны окружающей среды и благоустройства, озеленения территории и отмечены

принципиальные решения

по расположению внутриплощадочных инженерных

сетей и транспортных коммуникаций, планировочные отметки территории. Вы-

деляются объекты, сети и транспортные коммуникации, входящие в пусковые

комплексы.

2.7. Сметная документация

Для определения сметной стоимости строительства предприятий, зданий

и сооружений (или их очередей) составляется сметная документация в соответ-

ствии с положениями и формами, приводимыми в нормативно-

методических

документах Минстроя России.

Основные положения по составлению этой документации приведены в

данном подразделе.

2.7.1. Состав документации на отдельных этапах разработки следующий

А. На стадии «проект» состоит из:

1) сводных сметных расчётов стоимости строительства и при необходимо-

сти сводки затрат;

2) объектных и локальных сметных расчётов;

3) сметных расчётов на

отдельные виды затрат (в том числе на проектные

и изыскательские работы).

Б. На стадии «рабочая документация» включает объектные и локальные

сметы.

Для определения стоимости строительства рекомендуется использовать

действующую сметно-нормативную (нормативно-информативную) базу, разра-

батываемую и вводимую в действие в установленном порядке.