проект конвертора СО первой ступени в технологической цепочке двухступенчатой конверсии природного газа.

Корпус конвертера симметричен относительно вертикальной оси и футерован изнутри огнеупорными материалами. Металлический кожух конвертера представляет собой набор тонкостенных оболочек различной геометрии, ребер жесткости и различных кронштейнов. В кожухе конвертера в процессе эксплуатации постоянно возникают знакопеременные напряжения, определяемые сложной комбинацией нагрузок от веса металлоконструкций, футеровки, жидкого металла и шлака, реакцией кронштейнов, теплового расширения огнеупорной кладки, а также вследствие наличия неравномерного температурного поля в самом кожухе.В кислородных конвертерах нагрев корпуса настолько интенсивен, что термические напряжения могут быть причиной аварии.В качестве примера приведем металлический кожух современного конвертера емкостью 350 т. Металлическая оболочка конвертера включает в себя коническую, цилиндрическую, две торовые части и сферическое днище. Все эти элементы изготовляют из гнутых и штампованных листов, сваренных между собой встык для уменьшения массы конструкции.Коническую часть выполняют переменного сечения. Она находится в тяжелых эксплуатационных условиях, подвергаясь интенсивному воздействию резких колебаний температур и ударным воздействиям при загрузке шихты и удалении настылей. Ее нижнюю часть выполняют из листа толщиной 45—65 мм, к ней приваривают массивную литую обечайку, к которой с помощью болтовых или клиновых соединений крепят съемный массивный литой шлем. Такая конструкция обеспечивает нужную жесткостьи долговечность конической части. Кроме того, большая масса этой конструкции позволяет сохранять проектное положение центра тяжести конвертера, несмотря на усиленный износ огнеупорной футеровки горловины. Шлем в основном изготавливают цельнолитым. Однако в процессе эксплуатации происходит непрерывный его износ, требующий замены всего шлема. В связи с этим в настоящее время рекомендуется шлем изготавливать разъемным, состоящим из нескольких взаимозаменяемых частей, которые крепят между собой в процессе сборки.Механизм поворота – двухсторонний навесного типаРис.1 – Схема механизма поворота конвертераКаждый привод снабжен двумя электродвигателями постоянного тока 2, двумя тормозами 3, двумя быстроходными двухступенчатыми редукторами 1, тихоходным двухступенчатым редуктором 4 с двумя ведущими валами и универсальными шпинделями 5, обеспечивающими нормальную работу подшипников тихоходного редуктора при перекосе приводной цапфы 10 и деформации металлоконструкций. Требуемая частота вращения конвертера поддерживается тахогеиератором 8 включенным в схему управления электроприводом и соединенным через одноступенчатый кинематический редуктор 7 с электродвигателем. В заданных положениях конвертер останавливается комаидоаппаратом 6. соединенным с промежутчиыу валом тихоходного редуктора. От командоаппарата приводится во вращение сельсин-датчик 5, передающий данные об угле наклона конвертера на пульт управления.Для рабочего слоя футеровки конвертера, как и у конвертеров верхней продувки применяют в главном безобжиговыесмоло и пеко-связанные огнеупоры на основе СаО и MgO. В футеровке днищ эти огнеупоры показали низкую стойкость, поэтому применяют магнезитохромитовые, магнезитоуглеродистые огнеупоры и разрабатывают новые, более стойкие в условиях службы днища.Для вдувания нейтральных газов в футеровке днища устанавливают 5—15 фурменных устройств — огнеупорных блоков, в которых имеются газопроводящие каналы. Применяют блоки с одним газопройодящим каналом (рис. 2, а), с несколькими каналами (рис. 2, б) и пористые, с направленной пористостью (рис. 2, в). В поперечном сечении каналы могут быть круглыми или иметь форму плоской либо кольцевой щели. Чаще применяют блоки с каналами круглого сечения; они представляют собой либо круглое отверстие в огнеупоре, как это показано на рис. 2, а, либо вмонтированную в огнеупор стальную трубку. Диаметр канала в одноканальных блоках достигает 7 мм. Пористый блок сечением 100 х 150 мм может иметь до 60 каналов диаметром 1,5-2 мм. Нейтральный газ подводят либо непосредственно к каналу блока (на рис. 2, а — через вмонтированную в огнеупор цилиндрическую втулку 3), либо через охватывающую огнеупорный блок кассету 4 (рис. 2, б, в) из стальных листов. Фурменные блоки на разных заводах располагают разнообразными способами — в одной половине днища и по всей его площади, параллельными рядами и по окружности и другими способами, добиваясь за счет этого улучшения перемешивания и главных показателей плавки. Стойкость днищ в основном ниже стойкости футеровки стен, и днище приходится заменять чаще, чем футеровку стен.Рис.2 – Разновидности огнеупорных блоков (фурм) с одним гаэоподводящим каналом (а), с несколькими (б), с направленной пористостью (в) для подачи нейтральных газов через дно: 1 — газоподводяшая трубка; 2 — каналы; 3 — закладная втулка; 4 — кассета из стальных листов2.2. Материальный и тепловой балансыВ соответствии с выбранной технологической схемой, объемный расход сухого газа, поступающего в реактор конверсии СО первой ступени, равен Vсг = 50 000 м3/чРабочие параметры: давление P = 5.0 МПа, температура t = 450 °C.Объемный состав газа показан в таблице 2.1Таблица 2.1 – Объемный состав сухого газаКомпонентОбъемная доля, %CO12,36CO27,88H257,13N222,00Ar0,28CH40,35Схема к технологическому расчету показана на рисунке 3.Рисунок 3 – Схема к технологическому расчету конвертора СО I ступениОбъемная доля каждого компонентаXi' = Vi / VмгXCO2' = 18124 / 378209 = 0,0479XCO' = 28428 / 378209 = 0,0752XH2' = 131399 / 378209 = 0,3474XCH4' = 805 / 378209 = 0,0021XN2' = 50600 / 378209 = 0,1338XAr' = 644 / 378209 = 0,0017XH2O' = 148209 / 378209 = 0,3919Константа равновесия реакции конверсии оксида углерода зависит от количества x прореагировавшего СО:Принимаем температуру конверсии 450 °С, тогда согласно справочным данным, константа равновесия указанной реакцииK = 8,2Итого получаем уравнение для определения количества прореагировавшегоСО:Решая это уравнение относительно х, получаемx = 0,8050Тогда объемное количество прореагировавшего СО будетVCO р = VCO × x = 28428 × 0,8050 = 22884 м3/сСоответственно количества компонентов после конвертораVCO2'' = VCO + VCO р = 18124 + 22884 = 41009 м3/чVCO'' = VCO – VCO р = 28428 – 22884 = 5543 м3/чVH2'' = VH2 + VCO р = 131399 + 22884 = 154284 м3/чVCH4'' = VCH4 = 805 м3/чVN2'' = VN2 = 50600 м3/чVAr'' = VAr = 644 м3/чТаблица 2.2 – Материальный баланс конвертора СО первой ступениКомпонентНа входеНа выходеОбъемный расход, м3/чОбъемные долиОбъемный расход, м3/чОбъемные долиСО2181240,0479410090,1084СО284280,075255430,0147Н21313990,34741542840,4079СН48050,00218050,0021N2506000,1338506000,1338Ar6440,00176440,0017Н2О1482090,39191253250,3314Всего3782091,00003782091,0000Qприх = (148209 + 148209) × 1,3574 × 440 = 177037 кДж/чQр – тепло реакции, кДж/ч;q = 41 кДж/кмоль – тепловой эффект реакцииQрасх – тепло, уносимое с конвертированным газом, кДж/ч;Qрасх = (Gсг + Gп) c2 tвыхс2 – теплоемкость смеси на выходе из аппарата при рабочих условиях, согласно справочным данным с2 = 1,5608 кДж / (кг × К);Qрасх = (148209 + 148209) × 1,5608 × 460 = 212818 кДж/чQпот – теплопотери, принимаем равными 5% от Qприх кДж/чQпот = 0.05 Qприх = 0,05 × 177037 = 8851 кДж/чТепловой баланс реактора177037 + 44632 = 212818 + 8851221669 = 221669ЗаключениеВ курсовой работе были рассмотрена рол водорода в химической технологии, способы его получения. Технологическая схема. Физико-химические основы технологии. Конверсия природного газа. Способы очистки от кислородсодержащих газов, катализаторы процесса. Рассмотрены варианты конструкции конверторов, их преимущества и недостатки. Рассчитаны материальный и тепловой балансы.Список литературы1. Кастальский А. А. Проектирование установок для химического обессоливания воды. – М.: Стройиздат, 1994. – 211 с.2. Абрамов Н. Н. – Водоснабжение: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб.и доп. – М.: Стройиздат, 1982. – 440 с., ил.3. Гамер П., Джексон Д., Серстон И. Очистка воды для химических предприятий. Перевод с англ. к.т.н. Кольнер В. М. – М.: Стройиздат, 2003. – 415 с., ил.4. Кульский Л. А. Химия и технология обработки воды. – Киев: Академия, 1960. – 361 с.5. Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен Н. Г., Общая химическаятехнология, изд. 2-е, перераб. и доп., М.: «Высшая школа», 2004. – 522 с.6. Скобло А.И. и др. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. − М.: ООО «Недра-Бизнес-центр», 2000. − 677 с.7. Павлов К.Ф., Романков А.А., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу«Процессы и аппараты химической технологии». − Л.: Химия, 1981. − 552 с.8. Главные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. / Под ред. Ю.И. Дытнерского. − М.: Химия, 1983. − 272 с.9. Тимонин А.С. основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник. – Калуга: Изд. Н. Бочкаревой, 2002. Т.1, 852 с., т.2, 1028 с., т.3, 968 с.10. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчетахимической аппаратуры.− М.: Машиностроение, 1970. – 752 с.11. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Примеры и задачи / под ред. М.Ф. Михалева.− Л.: Машиностроение, 1984. – 301 с.12. Матвеев В.В., Крупин Н.Ф. Примеры расчета такелажной оснастки.− Л.: Стройиздат, 1987. – 320 с.13. Киселев Г.Ф. и др. Система технического обслуживания и ремонта технологического оборудования предприятий по производству минеральных удобрений. Справочник. − М.: Химия, 1991. – 384 с.