12. Основы проектирования и оборудование предприятий

Министерство образования и науки Российской Федерации
Российский государственный университет нефти и газа
имени И.М. Губкина
УТВЕРЖДАЮ:
Первый проректор
по учебной работе,
профессор В.Н. Кошелев
______________________
«_____»__________2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
Направление подготовки дипломированного специалиста
240400 – «Химическая технология органических веществ и топлива»
Специальность
240401 – «Химическая технология органических веществ»
Москва – 2013 г.
стр. 2 из 14
1. Цели и задачи дисциплины:
▲ изучение студентами значения проектно-сметной документации, оснований для её разработки; организационных основ проектирования предприятий
органического синтеза;
▲ изучение состава проекта (рабочего проекта), нормативных и руководящих документов для проектирования;
▲ анализ полноты информационных исходных данных, необходимых для
проектирования технологических процессов и установок;
▲ изучение принципов разработки технологических схем производства и
схем обвязки оборудования трубопроводами;
▲ освоение методик технологических расчётов оборудования и принципов
его подбора;
▲ изучение принципов проектирования объектов общезаводского хозяйства, генерального плана предприятия, снабжения предприятия основными материальными и энергетическими ресурсами;
▲ изучение проектных решений по защите окружающей природной среды
от воздействия вредных выбросов предприятия;
▲ изучение функциональной системы и состава САПР.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
(требования к знаниям, умениям и навыкам, приобретённым в результате
освоения дисциплины)
В результате освоения содержания дисциплины студенты должны:
▲ иметь чёткое представление об основных крупнотоннажных процессах
химической переработки углеводородного сырья;
▲ проявить понимание логики технологических переделов сырья и промежуточных продуктов в процессах производства органических веществ и
уметь отобразить эту логику в виде поточных и/или технологических схем;
2
стр. 3 из 14
▲ уметь выбрать оптимальный вид сырья, метод получения и оценки качества химической продукции в зависимости от поставленной задачи;
▲ знать содержание задания на проектирование и основные исходные
данные для проектирования;
▲ знать состав проектно-сметной документации и принципы разработки её
разделов;
▲ знать принципы проектирования объектов общезаводского хозяйства,
принципы разработки генерального плана завода;
▲ уметь выбрать правильные критерии при проектировании систем энергообеспечения предприятия (теплом, электроэнергией и водой).
3. Объём дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Всего
Семестр IX
часов
Общая трудоёмкость дисциплины
158
158
30
30
30
30
98
98
экзамен
экзамен
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды
аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчётно-графические работы
Реферат и (или) другие виды самостоятельной
работы
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)
3
стр. 4 из 14
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
Раздел дисциплины
ХТП и ХТС. Основные понятия. Синтез и
анализ ХТС
2 Основы проектирования
3 Разработка технологической части проекта предприятия и технологической части
проекта установки
4 Аппаратурно-технологическое оформление типовых процессов органического
синтеза
5 Основы технологических расчётов аппаратуры
и
оборудования
химикотехнологических процессов
6 Проектирование объектов общезаводского хозяйства
7 Генеральный план предприятия
8 Энергообеспечение предприятия
9 Охрана окружающей природной среды от
загрязнения вредными выбросами предприятия
10 САПР
1
Практические.занятия
Лекции
(ПЗ)
(Л)
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
4.2. Содержание разделов дисциплины
В процессе преподавания дисциплины «Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза» используются следующие понятия: организация проектных работ; основные задачи технологического проектирования; основные блоки технологической схемы и их назначение; расчет
реакторов для периодических и непрерывных процессов по производ-
ственным данным; расчет реакторов для гетерогеннокаталитических процессов; гетерофазные процессы, аппаратурное оформление и расчет; расчет и
4
стр. 5 из 14
аппаратурное оформление процессов разделения многокомпонентных
си-
стем: неполное испарение и конденсация, дросселирование, ректификация,
экстрактивная и азеотропная перегонка, адсорбция, абсорбция, экстракция,
фильтрация, центрифугирование, сушка; принципы расчета, алгоритмы расчета на ЭВМ, аппаратурное оформление, типовое оборудование; аппаратурное оформление стадий приема, хранения, дозировки и транспортировки сырья; анализ и синтез технологических схем; экономические критерии оптимизации производства; принципы оптимизации системы "реактор - разделение";
эксергетический анализ технологической схемы; энерготехнология процессов
органического синтеза; термоэкономическая оптимизация в
органическом
синтезе; системы автоматизированного проектирования в органическом синтезе.
ХТП, ХТС, синтез и анализ ХТС. Основные понятия. Современные тенденции развития химической технологии. Факторы, обусловливающие выбор
химического реактора. Классификация химико-технологических процессов.
Преимущества и недостатки непрерывных, периодических и полупериодиче
ских (полунепрерывных) процессов. Синтез многоассортиментных ХТС. Подобие технологических стадий. Анализ размещения ХТП в ХТС.
Основы проектирования. Основные задачи технологического проектирования. Значение проектно-сметной документации и предпроектной проработки. Технико-экономическое обоснование (ТЭО) предстоящего строительства. Состав ТЭО. Организация проектирования. Основания для разработки
проектно-сметной документации. Виды и характер строительства. Очерёдность
строительства. Выбор площадки строительства. Работы, выполняемые при выборе вариантов размещения площадки. Задание на проектирование. Основные
исходные данные для проектирования. Нормативные и руководящие документы для проектирования. Стоимость и нормативная продолжительность проектирования. Разработка проектно-сметной документации. Основные требования
к проектно-сметной документации. Стадийность проектирования. Состав про-
5
стр. 6 из 14
ектно-сметной документации. Согласование, экспертиза и утверждение проектов.
Разработка технологической части проекта предприятия и технологической части проекта установки. Исходные данные для разработки проекта
предприятия. Составление материальных балансов производства и схемы материальных потоков. Товарный баланс завода. Определение потребности предприятия в катализаторах, адсорбентах, реагентах, сжатом воздухе, азоте, кислороде, водороде. Техника безопасности и охрана труда.
Исходные данные для проектирования химико-технологической установки: технологический регламент, задание и технические условия на проектирование. Принципы построения технологических схем химико-технологических
процессов; основные блоки технологической схемы и их назначение. Этапы
разработки технологической схемы установки: обоснование выбора метода
производства, определение перечня технологических операций и составление
вариантов принципиальных технологических схем;
расчёт материальных и
тепловых балансов установки по стадиям; расчёт и выбор технологического
оборудования; проектирование обвязки оборудования трубопроводами (узел
реактора, узел трубчатой печи, узел ректификационной колонны, узел теплообменного аппарата, узел компримирования, насосы, другие технологические
узлы) и создание рабочей технологической
смежным специалистам.
схемы.
Технические задания
Компоновка оборудования. Составление заказных
спецификаций на оборудование. Стандартное, нестандартное и нестандартизированное оборудование. Каталоги и справочники для подбора оборудования
химических производств. Конструкционные материалы, используемые для изготовления оборудования, и принципы их выбора.
Принципы оптимизации системы "реактор - разделение".
Эксергетический анализ технологической схемы; энерготехнология процессов органического синтеза; термоэкономическая оптимизация в органическом синтезе;
6
стр. 7 из 14
Аппаратурно-технологическое оформление типовых процессов органического синтеза. Обоснование выбора типа и конструктивных особенностей
аппаратуры
и
оборудования
в
зависимости
от
конкретного
химико-
технологического процесса. Процессы пиролиза углеводородного сырья. Процессы каталитического дегидрирования парафиновых и алкилароматических
углеводородов. Процессы каталитического гидрирования органических соединений. Процессы алкилирования ароматических соединений олефинами. Процессы гидродеалкилирования алкилароматических углеводородов. Процессы
жидкофазного и газофазного окисления углеводородов. Процессы производства
альдегидов и спиртов оксосинтезом. Процессы производства поверхностноактивных веществ и синтетических моющих средств. Процессы производства
полиолефинов.
Основы технологических расчётов аппаратуры и оборудования химико-технологических процессов.
Химические реакторы. Принципы классификации химических реакторов.
Расчет реакторов для периодических и непрерывных процессов по производственным данным. Расчет реакторов для гетерогеннокаталитических процессов. Гетерофазные процессы, аппаратурное оформление и расчет. Материальный баланс химического реактора. Тепловой баланс реактора. Определение
технологических размеров реакторов. Реакторы для гомогенных гомофазных
систем. Реакторы для гетерогенных систем: со стационарным слоем катализатора, с кипящим слоем катализатора. Реакторы для гетерофазных систем
(двухфазных и трёхфазных). Алгоритмы расчета на ЭВМ.
Аппараты для разделения многокомпонентных систем. Расчет и аппаратурное оформление процессов разделения многокомпонентных систем: неполное испарение и конденсация, дросселирование, ректификация, экстрактивная и азеотропная перегонка, адсорбция, абсорбция, экстракция, фильтрация, центрифугирование, сушка Парожидкостное равновесие. Равновесие в
многокомпонентной системе жидкость – жидкость. Аппараты для процесса однократного испарения. Аппараты для процесса ректификации. Аппараты для
7
стр. 8 из 14
совмещённых процессов ректификации с химической реакцией. Аппараты для
абсорбции, экстракции, адсорбции, азеотропной и экстрактивной ректификации.
Прочее технологическое оборудование: трубчатые печи, теплообменные
аппараты, скрубберы, котлы-утилизаторы, сепараторы, насосы, компрессоры и
т.д.
Проектирование объектов общезаводского хозяйства. Приём и хранение сырья. Хранение и отгрузка товарной продукции. Снабжение реагентами,
катализаторами, адсорбентами, смазочными маслами. Снабжение сжатым воздухом, азотом, кислородом, водородом. Факельное хозяйство. Система снабжения топливом. Лабораторный контроль производства. Технологические трубопроводы. Аппаратурное оформление стадий приема, хранения, дозировки и
транспортировки сырья; анализ и синтез технологических схем; экономические
критерии оптимизации производства;
Генеральный план предприятия. Размещение предприятия. Ситуационный план. Принципы проектирования генерального плана. Горизонтальная
планировка территории предприятия. Инженерные сети и технологические трубопроводы. Вертикальная планировка. Водоотвод с площадки. Транспортные
системы предприятия. Благоустройство и озеленение промышленной площадки. Охрана предприятия.
Энергообеспечение предприятия.
Теплоснабжение. Основные потребители тепловой энергии. Параметры
теплоносителей. Проектирование тепловых сетей. Сбор, очистка и возврат конденсата водяного пара. Основные источники вторичных энергетических ресурсов предприятия. Энерготехнологические схемы.
Электроснабжение. Основные потребители электроэнергии. Категории
надёжности электроснабжения. Источники электроснабжения. Системы питания предприятия электрической энергией. Трансформаторные подстанции и
распределительные устройства. Силовое электрооборудование. Электрические
сети. Электрическое освещение.
8
стр. 9 из 14
Водоснабжение. Производственное, хозяйственно-питьевое и противопожарное водопотребление. Источники и системы водоснабжения предприятия.
Охрана окружающей природной среды от загрязнения вредными выбросами предприятия. Источники вредных выбросов в атмосферу: резервуары, объекты канализации и очистки сточных вод, узлы оборотного водоснабжения, сливо-наливные железнодорожные эстакады, технологические установки, факельные и дымовые трубы. Проектные решения по уменьшению загрязнения атмосферы. Сточные воды, источники их образования, характеристика,
системы канализации. Способы очистки сточных вод.
САПР. Процесс проектирования как объект автоматизации. Недостатки
традиционного подхода к проектированию ХТП.
Системы автоматизированного проектирования в органическом синтезе. Этапы (уровни) автоматизации проектирования. Функциональная структура
и состав САПР. Технологическое и общеинженерное проектирование.
Маке-
тирование и машинная графика. Средства обеспечения нормального функционирования САПР.
5. Примерная тематика практических занятий
1. Разработка технологической схемы процесса органического синтеза
(по заданию преподавателя).
2. Составление материальных балансов производства и схемы материальных потоков.
3. Расчёт материальных и тепловых балансов установки по стадиям (на
примере процессов пиролиза, алкилирования бензола олефинами на
цеолитах).
4. Расчёт и выбор технологического оборудования проектируемых процессов; проектирование обвязки оборудования трубопроводами; создание рабочей технологической схемы.
9
стр. 10 из 14
5. Расчёт реакторов по данным действующих установок. Материальный
баланс химического реактора. Тепловой баланс реактора. Определение технологических размеров реакторов.
6. Реакторы для гомогенных гомофазных систем.
7. Реакторы для гетерогенных систем: со стационарным слоем катализатора, с кипящим слоем катализатора.
8. Реакторы для гетерофазных систем (двухфазных и трёхфазных).
9. . Аппараты для процесса ректификации. Аппараты для совмещённых
процессов ректификации с химической реакцией.
10.Аппараты для абсорбции, экстракции, адсорбции, азеотропной и экстрактивной ректификации.
11.Трубчатые печи, теплообменные аппараты, котлы-утилизаторы
12.Скрубберы, сепараторы,
13.Расчет и подбор насосов, компрессоров.
14. Расчет отдельных элементов технологического процесса с использованием пакетов прикладных программ.
5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
5.1. Рекомендуемая литература
а) основная литература
1. В.М. Капустин, М.Г. Рудин, А.М. Кудинов. Основы проектирования
нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий. – М.: Химия, 2012.
– 440 с.: илл. (Учебники и учебные пособия для студентов высш. учеб. заведений).
2. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А., Тимошенко А.В. Принципы технологии
основного органического и нефтехимического синтеза. Учебное пособие. – М.:
Высшая школа, 2010. – 408 с.
4. Мейерс Р.А. Основные процессы нефтепереработки: Справочник
/Перевод с англ. под ред. О.Ф. Глаголевой и О.П. Лыкова/ - С.-Пб.: ЦОП
«Профессия», 2011. – 944 с.
10
стр. 11 из 14
б) дополнительная литература
1. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Высшая школа, 2003. - 536 с.
2. Потехин В.М., Потехин В.В. Основы теории процессов химической технологии органических веществ и нефтепереработки. Учебник. – С.-Пб.: «Химиздат», 2005. – 912 с.
3. В.П. Перевалов, Г.И. Колдобский. Основы проектирования и оборудование производств тонкого органического синтеза: Учебник для вузов. – М.: Химия, 1997. – 288 с.: ил.
4. Проектирование и расчёт аппаратов основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов/ И.А. Грязнов, Н.Г. Дигуров, В.В. Кафаров, М.Г Макаров./ - М.: Химия, 1995. – 256 с.; ил.
5. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. – М.: Химия, 1985. 608 с.: ил.
6. Платэ Н.А., Сливинский Е.В. Основы химии и технологии мономеров. М.: Наука, 2002. – 696 с.
7. А.С. Тимонин. Основы конструирования и расчёта технологического и
природоохранного оборудования: Справочник, В 3т. Т.2. – Калуга: Изд-во Н.
Бочкарёвой, 2001. – 987с.: черт.
8. А.С. Тимонин. Основы конструирования и расчёта технологического и
природоохранного оборудования: Справочник. В3т. Т.3. – Калуга: Изд-во н.
Бочкарёвой, 2001. – 956с.: черт.
9. Р.С. Соколов. Химическая технология: В 2т. Т.2: Металлургические процессы. Переработка химического топлива. Производство органических веществ
и полимерных материалов. Учебное пособие для вузов. – М.: ВЛАДОС, 2000. –
448с.
10. Г.А. Ланчаков, А.Н. Кульков, Г.К. Зиберт. Технологические процессы
подготовки газа и методы расчёта оборудования. – М.: Недра, 2000. – 279с.: ил.
11
стр. 12 из 14
11. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств: ПБ 09-17097. – С.-Пб.: ДЕАН, 2001. – 111с.: прилож.
12. Положение о порядке безопасного проведения ремонтных работ на химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих опасных производственных объектах: РД 09-250-98. – С.-Пб.: ДЕАН, 2001. – 28с.: прилож.
13. Технология переработки нефти /Под ред. О.Ф. Глаголевой, В.М. Капустина/. Ч1. Учебное пособие. – М.: «Химия», «Колос С», 2005. – 400с.
14. Технология переработки природного газа и конденсата. Справочник.
Ч.1. – М.: Недра, 2002. – 517с.
15. А.С. Тимонин. Основы конструирования и расчёта технологического и
природоохранного оборудования: Справочник, В 3т. Т.2. – Калуга: Изд-во Н.
Бочкарёвой, 2001. – 987с.: черт.
16. А.С. Тимонин. Основы конструирования и расчёта технологического и
природоохранного оборудования: Справочник. В3т. Т.3. – Калуга: Изд-во н.
Бочкарёвой, 2001. – 956с.: черт.
17. В.И. Косинцев, А.И. Михайличенко, Н.С. Крашенинникова, В.М. Миронов, В.М. Сутягин. Основы проектирования химических производств. Под
ред. А.И. Михайличенко. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. – 332с.
18. А.И. Скобло, Ю.К. Молоканов, А.И. Владимиров, В.А. Щелкунов. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии: Учебник для вузов. – 3е изд., перераб. и доп. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. – 677с.: ил.
6. Средства обеспечения освоения дисциплины
Раздаточный материал по основным разделам лекционного курса.
Компьютерные программы для расчёта материальных и тепловых балансов
процессов органического синтеза.
7. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
12
стр. 13 из 14
Одним из условий успешного изучения дисциплины и закрепления приобретаемых знаний в течение семестра является регулярное общение студентов с
преподавателем – лектором и активная работа на самих лекциях. Это условие –
первое, но не достаточное. Самостоятельная работа с рекомендованной литературой представляет собой второе и не менее важное условие достижения поставленной цели.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению
240400 «Химическая технология органических веществ и топлива» подготовки
инженеров специальности 240401 «Химическая технология органических веществ»
Составитель программы,
доцент кафедры технологии химических веществ
для нефтяной и газовой промышленности
В.И. Никонов
Зав. кафедрой ТХВ, профессор
М.А. Силин
Программа одобрена методической комиссией факультета химической
технологии и экологии
Председатель методической комиссии ФХТиЭ,
профессор
В.А. Широков
13
стр. 14 из 14
Начальник УМУ, профессор
А.Д. Макаров
14