Расчет битумохранилища

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования 

«Омский государственный университет  им. Ф. М. Достоевского»

Химический факультет

Кафедра химической технологии

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

          по дисциплине «Процессы и  аппараты химической технологии»

 

Тепловой расчет битумохранилища

 

 

Студент гр. ХТС-901-О  ______________  Поротикова О.В.

 

Руководитель

 доцент, профессор  РАЕН ______________  Кацин В.А.

 

Зав. кафедрой

д.х.н., проф., чл-корр. РАН ______________  Лихолобов В.А.

 

 

 

 

 

Омск 2013

 

Реферат

 

УДК 696.56 Тепловой расчет битумохранилища

Поротикова О.В., Кацин В.А.

В данной работе произведен расчет битумохранилища  вместимостью 100 тонн и битумонагревателя с конечной температурой нагрева битума 170⁰С.

Курсовая работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и  списка используемой литературы. В  первой главе представлена классификация  битумохранилищ, их конструктивное устройство и рассмотрены основные теоретические вопросы процесса горения. Во второй главе описана принципиальная технологическая схема битумохранилища. В третьей главе приведен основной технологический расчет установки, определены параметры. В четвертой главе приводится графическая часть, состоящая из трех чертежей формата А4.

Стр.55, табл.7, рис.7, библ.17.

 

 

 

Содержание

Стр.

 

 

Введение

 

В данном курсовом проекте рассматривается битумохранилище с огневой системой нагрева битума.

 Битум является вязкоупругим  материалом, обладает склеивающими  свойствами и широко применяется в промышленности и строительстве. Потребителю битум выдается в жидком виде, а так как в обычных условиях он представляет собой твердое тело, необходим предварительный нагрев. Сначала битум нагревают до температуры текучести (50 – 60 ⁰С), далее осуществляется прогрев до температуры перекачивания насосом (90 – 95 ⁰С). Для обезвоживания  температуру поднимают до рабочей (140 – 160 ⁰С) и затем происходит выдача битума потребителю.

 Хранение битуминозных материалов  осуществляется в битумохранилищах. Для обеспечения возможности выкачивания битума из хранилища их оборудуют нагревательными устройствами и насосами. Нагревательные устройства могут быть разделены на донные и погружаемые нагревательно-перекачивающие устройства.

Жаровая труба, расположенная по дну битумохранилища, обеспечивает нагрев битума и стекание по наклонному дну в дополнительный отсек. Здесь дополнительные секции змеевиков обеспечивают более интенсивный нагрев битума и возможность его перекачки. Сложность ремонта и осмотра донных змеевиков приводит к тому, что за последнее время все более широкое распространение получили жаровые трубы.

Целью данного курсового проекта  является расчет для нагрева и  обезвоживания битума. Так же выполнение следующих задач:

1. Тепловой рачет битумохранилища и битумонагревателя.
2. Рассчет горения топлива.
3. Выбор подходящего теплоносителя и рассчет его расхода.
4. Рассчет площади поверхности нагревателей и суммарной длины змеевиков.
5. Выбор материала для элементов агрегата:
• трубчатых регистров,
• битумного шестеренного насоса.

 

ГЛАВА 1. Аналитический обзор

1.1.Классификация битумохранилищ

1.1.1. Оборудование для хранения битумов

 

Для хранения битумов используются битумохранилища. Они предназначены для долговременного или кратковременного хранения битума, нагревая его до состояния текучести и выдачи в установки обезвоживания и нагрева. Одно из важнейших требований к хранению битума - исключить загрязнение и попадание в него атмосферной и грунтовой воды.

Битумохранилище представляет собой резервуар вместимостью 100...3000 т. Битумохранилища вместимостью свыше 500 т выполняют секционными, состоящими из 2...6 отсеков для возможности хранения битума разных марок и снижения затрат на разогрев битума. Вместимость битумохранилища определяется суточным расходом битума и периодичностью поставок.

Оборудование для нагрева битума, используемое в битумохранилищах длительного хранения, состоит из оборудования для нагрева битума до температуры текучести (50...60°С), которое устанавливают непосредственно в хранилище; оборудования для нагрева битума до температуры перекачивания насосом (90...95°С) внутри хранилища или в дополнительном отсеке; битумонагревательных котлов, обеспечивающих обезвоживание битума, нагрев его до рабочей температуры 140...160°С и выдачу потребителям (асфальтосмесительные установки, автораспределители, эмульсионные установки и пр.).

Перекачивание битума или выдача его из битумохранилища производится шестеренными насосами с обогреваемым корпусом. Трубопроводы для подачи битума и запорную арматуру выпускают с системой обогрева и теплоизоляцией [1], [2].

Битумохранилища классифицируют по вместимости резервуара и назначению, по положению резервуара, наличию нагревателей, типу нагревателей битума и конструкции.

 

По вместимости резервуара и назначению:

• битумохранилища с вместимостью резервуара до 100 т :

1. временные, 2) закрытые, 3) открытые;

• битумохранилища с вместимостью резервуара до 500 т:

1. переходные, 2)реже открытые;

• битумохранилища с  вместимостью   резервуара   свыше    500 т:

1)постоянные,  2) закрытые;

• битумохранилища с вместимостью одной цистерны 30—100 т (металлические цистерны с системой теплоизоляции) - переносные, которые располагают горизонтально или вертикально.

По положению резервуара относительно поверхности земли :

• ямного типа;
• полуямного типа;
• наземного;
• подземного - капитальные;
• инвентарные - передвижные.

 

Рис. 1. Битумохранилища: а) ямное; б) полуямное; в) наземное; г) подземное; д) инвентарное.

 

Битумохранилища ямного, полуямного и наземного типов сооружают в зависимости от уровня грунтовых вод. Стенки выполняют бетонными, железобетонными, кирпичными и деревянными.

По наличию нагревателей битумохранилища могут быть без нагрева, с местным и общим нагревом. В битумохранилищах без нагрева для забора битума применяют переносные нагреватели. Местный нагрев применяют в битумохранилищах вместимостью до 500 т, общий нагрев — в капитальных и переносных битумохранилищах.

В основных отсеках капитального битумохранилища температура массы битума составляет 50...60°С, благодаря чему обеспечивается перетекание битума в дополнительный отсек, в котором производится его нагрев до температуры 80...95°С, затем битум перекачивается насосами в битумонагревательные котлы, где доводится до рабочего состояния. В переносных битумохранилищах масса битума постоянно поддерживается в рабочем состоянии [1], [2].

По типу нагревателей:

• битумохранилища с паровым нагревом;
• битумохранилища с  масляным нагревом;
• битумохранилища с огневым нагревом;
• битумохранилища с электрическим нагревом.

Паровой нагрев производится подачей по змеевикам и трубам пара давлением 0,6...1,2 МПа. Достоинство этого теплоносителя — мягкий режим нагрева (максимальная температура теплоносителя 270 °С). Недостатки — большая площадь змеевиков, возможность обводнения битума теплоносителем при нарушении герметичности змеевиков.

При масляном (жидкостном) нагреве теплоносителем служат различные минеральные масла с высокой температурой вспышки или специальные высокотемпературные теплоносители. Первые - безвредны, но пожароопасны; вторые - менее пожароопасны, но очень токсичны. Нагрев теплоносителя производится горячим газом в котлах экранного типа и реже - электрическими нагревателями. Недостаток масляного нагрева - возможность коксования масла в теплогенераторе, пожароопасность, необходимость установки дополнительного насоса для принудительной циркуляции масла. Достоинства масляного нагрева - компактность оборудования и мягкий нагрев битума. Наибольшее распространение масляный обогрев находит в передвижных установках.

Огневой нагрев битума производится подачей газов от сжигания дизельного топлива по трубам диаметром 400...500 мм, уложенным по днищу битумохранилища. Этот способ применяют для нагрева битума в основных отсеках битумохранилищ до температуры перекачивания (95 °С). Огневой способ прост и экономичен, но пожароопасен.

При электрическом нагреве тепло передается битуму от электрических нагревателей. Электрические нагреватели из материала с низкой проводимостью бывают открытые пластинчатые, закрытые (ТЭНы) и инфракрасные; из материала с высокой проводимостью - пластинчатые, коаксиальные и др. Электронагреватели просты по конструкции, имеют низкую стоимость, надежны, но имеют низкие экономические показатели и ухудшают качество битума при длительном нагреве.

Конструкцию битумохранилищ выбирают исходя из вместимости и назначения. Резервуар временных и переходных битумохранилищ должен быть облицован досками, кирпичом или другим материалом для снижения потерь и загрязнения битума. Над битумохранилищем желательно иметь навес для защиты от атмосферных осадков. Временные и переходные битумохранилища ямного, полуямного и наземного типов применяют очень редко. Основная сложность хранения битума в таких хранилищах — большое обводнение битума, загрязнение механическими примесями, значительные потери тепла.

В настоящее время наибольшее распространение получили  битумохранилища линейной планировки с параллельным или последовательным расположением основных и дополнительных отсеков (Рис. 2)

Рис. 2. Схема расположения битумохранилищ: а) параллельное расположение основных и дополнительных отсеков; б) последовательное расположение основных и дополнительных отсеков; 1 – основной отсек; 2 – шиберная задвижка; 3 – дополнительный отсек; 4 – насосное отделение.

 

Выполняют их из сборных железобетонных элементов, реже из монолитного бетона. Днище основных отсеков имеет уклон в сторону дополнительных отсеков. Перекрытие резервуара выполняют из сборных железобетонных конструкций, покрытие должно исключать попадание внутрь атмосферных осадков. Общий обогрев основных отсеков (включаемый поочередно) -паровой, реже — масляный. Для местного нагрева битума применяют паровой, огневой и электрический нагрев. При линейной планировке битумохранилищ сокращаются простои железнодорожного транспорта под разгрузкой. Капитальные битумохранилища из бетона и железобетона не исключают обводнения битума грунтовыми водами, которое может достигать 30 %.

В последние годы для хранения битума используют стационарные или переносные металлические цистерны с теплоизоляцией. Их преимущества в полном отсутствии обводнения битума и загрязнения механическими примесями, небольшие потери тепла, а следовательно, незначительные затраты тепла на поддержание рабочей температуры битума. Для обогрева инвентарных битумохранилищ наиболее часто применяют масляный нагрев, реже паровой и электрический. Преимущество масляного и парового нагрева битума состоит в благоприятном режиме разогрева битума. Максимальная температура теплоносителя редко превышает 320 °С, а чаще составляет 270...300°С, и битум при разогреве и хранении не теряет своих свойств, но ввиду небольшого перепада температур между теплоносителем и битумом (200... 150 °С) площадь нагревателей (труб) должна быть 0,5... 1 м² на 1 м³ битума.

Электрические нагреватели применяют только для поддержания рабочей температуры битума, поскольку при малой площади нагрева и высокой температуре нагревателей в битуме образуются смолоподобные соединения — карбены и карбоиды, отрицательно влияющие на качество битума [1], [2].

 

1.1.2 Виды нагревательных устройств

 

Классификация нагревателей по конструкции:

• электронагреватели;
• пластинчатые (пакетные) нагреватели;
• коаксиальные (соосные) нагреватели;
• трубчатые нагреватели (ТЭНы);
• инфракрасные нагреватели.

Электронагреватели. Для разогрева битума наиболее часто применяют открытые электронагреватели, состоящие из несущего элемента — асбоцементной трубы с навитой по наружной поверхности нихромовой спиралью из ленты сечением 10x0,8 мм2 длиной 27 м или сечением 12 X 1 мм2 длиной 35 м.

Перед работой нагреватель должен быть погружен в битум, а при работе не должен оголяться для исключения загорания битума. Расстояние от дна хранилища до спирали должно быть не менее 150...200 мм. При работе нагревателей в обводненном битуме они быстро разрушаются.