Проект цеха переработки фторсодержащих отходов алюминиевого производства, производительностью 1500 т/год по исходному сырью

Проект цеха переработки фторсодержащих отходов алюминиевого производства, производительностью 1500 т/год по исходному сырью

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

.1 Алюминиевая промышленность

.2 Сырье для производства алюминия

.3 Общая схема производства алюминия

.4 Производство глинозема

.5 Способы получения и применение фтористого алюминия

2. Технология получения фтористого водорода

. Химические и физические свойства исследуемых веществ

.1 Фторид натрия

3.2 Сульфат натрия

3.3 Серная кислота

3.4 Фтористый водород

.5 Гексафторалюминат натрия

. Теоретическая часть

.1 Термодинамика процесса

4.2 Источник ошибок при расчете равновесия

.3 Теоретические основы получения фтороводорода из фторида натрия

.5 Описание технологической схемы

. Расчетная часть

.1 Расчет барабанно-вращающейся установки сульфатизации

.1.1 Материальный расчет

.1.2 Тепловой расчет

.1.3 Конструктивный расчет барабанной вращающейся установки

.1.4 Конструктивный расчет барабана

.1.5 Прочностной расчет барабана

.1.6 Расчет барабана на жесткость

.1.7 Расчет бандажа барабанной печи

.1.8 Определение реакций опорных роликов

.1.9 Определение геометрических размеров бандажа из условия его работы на изгиб и контактную прочность

.1.10 Определение размеров упорных роликов

.1.11 Определение диаметра упорного регулировочного винта

.1.12 Основные составные части вращающейся установки с барабаном

.2 Расчет форконденсатора

.2.2 Материальный и тепловой расчет

.2.3 Определение движущей силы процесса теплопередачи

.2.4 Определение средних температур теплоносителей

.2.5 Тепловой расчет

.2.3 Конструктивный расчет

.3 Расчет абсорбционной колонны

.3.1 Введение

.3.2 Данные для расчета

.3.3 Материальный расчет абсорбционной колонны

.3.4 Определение движущей силы и конструктивный расчет абсорбера

.3.5 Конструктивный расчет абсорбера

. Схема контроля и автоматизации процесса

7. Охрана труда и техника безопасности

. Экономическая часть

Список литературы

Введение

Российская алюминиевая промышленность является наиболее преуспевающей из отечественных металлургических отраслей, являясь крупнейшим в мире экспортером алюминия. Из 20 млн. выплавляемого в мире первичного алюминия на Россию приходится примерно 15% или 3 млн. т. Из них более 75% приходится на алюминиевые заводы, расположенные в Сибири.

При получении металлического алюминия используются фтористые соли алюминия: AlF₃, Na₃AlF₆, и оксид Al₂O₃. На производство 1 т первичного алюминия расходуется 25-30 кг и около 20 кг криолита.

Одной из актуальных проблем при производстве алюминия является образование большого количества твердых отходов, состоящих из соединений фтора, натрия, серы, углерода и других элементов. Для решения этой проблемы необходимо организовывать переработку твердых фторсодержащих отходов алюминиевого производства, значительную часть которых составляют пыли и шламы газоочистки, с возвращением в процесс электролиза фтористых солей и улучшением технико-экономических и экологических показателей работы алюминиевых заводов.

1. Аналитический обзор

.1 Алюминиевая промышленность

Основным сырьем для производства глинозема являются бокситы, нефелины и алуниты, основные месторождения которых в России расположены на Урале, в Республике Коми, Архангельской, Курской и Ленинградской областях. Но производимого в России глинозема не хватает для нужд российской алюминиевой промышленности. Это является одной из наиболее важных особенностей развития алюминиевой промышленности страны. [18]

.2 Сырье для производства алюминия

Алюминий входит в состав многих минералов, однако в качестве алюминиевых руд используются только бокситы, нефелины, алуниты и каолины. Они различаются составом и концентрацией оксида алюминия. Важнейшей алюминиевой рудой являются бокситы, содержащие гидратированный оксид алюминия А1₂Оз•nН₂О. В зависимости от степени гидратации алюминиевый компонент в бокситах может находиться в форме диаспора А1₂Оз•Н₂О или иначе HAlO₂ или в форме гидроаргелита А1₂Оз•ЗН₂О (или А1(ОН)_з. Помимо оксида алюминия в состав бокситов входит оксид кремния (от 0,5 до 20%) и различные соединения железа, кальция и магния. Основная характеристика бокситов, от которой зависит выбор метода их переработки - кремневый модуль - отношение содержания в них оксида алюминия к содержанию оксида кремния А₂О₃/SiO₂. Для бокситов, используемых в качестве сырья в алюминиевой промышленности, модуль должен быть не ниже 2,6; для бокситов среднего качества он составляет 5-7, чему соответствует содержание оксида алюминия 46-48%.

Нефелины представляют собой сложную тройную соль состава (Nа,К)20•А1₂O₃•SiO₂

и входят как составная часть в апатито-нефелиновую руду, содержащую кроме нефелина апатит ЗСа₃(РО₄)₂•СаF₂. Для производства алюминия используют нефелиновый концентрат с содержанием оксида алюминия 20-30%. Его получают наряду с апатитовым концентратом переработкой апатито-нефелиновой руды.

Алуниты представляют двойную основную сернокислую соль алюминия и калия состава К₂ SО₄А1₂(SО₄)₃•4А1(ОН). [18]

.3 Общая схема производства алюминия

Технология получения металлического алюминия из руд достаточно сложна и состоит из четырех производств, связанных между собой технологической цепочкой и производимыми продуктами. Она включает:

производство глинозема (оксида алюминия);

производство фтористых солей и криолита;

производство угольных изделий (электродов и блоков футеровки);

производство электролитического алюминия.

Основными производствами, составляющими технологическую цепочку Руда - Глинозем - Алюминий, является производства глинозема и алюминия. Территориально они обычно разделены. Вследствие высокой энергоемкости процесса электролитического восстановления алюминия алюминиевые заводы располагаются в районах с дешевой электроэнергией ГЭС. Производства глинозема, наоборот, базируются в местах добычи алюминиевых руд с тем, чтобы сократить расходы на перевозку сырья. Примером производства с полным циклом (от руды до рафинированного металлического алюминия) являются Волховский и Каменец-Уральский заводы. На других предприятиях этой отрасли осуществляется только часть технологической цепочки: производство глинозема (Ачинск, Бокситогорск) или выплавка алюминия (Кандалакша, Волгоград, Новокузнецк, Братск, Красноярск).

Производство фтористых солей и криолита ставит целью получение растворителя для глинозема и добавок, снижающих температуру плавления электролита.

Организация отдельного производства угольных изделий вызвана тем, что в процессе электролиза угольные аноды и футеровка электролизеров расходуется, и требуют непрерывного пополнения.

.4 Производство глинозема

Исходный материал для электролитического производства алюминия - это чистый оксид алюминия - глинозем. Для выделения глинозема из алюминиевых руд его переводят в растворимую соль (алюминат натрия), которую отделяют от остальных компонентов руды, осаждают из ее раствора гидроксид алюминия и кальцинацией последнего получают глинозем.

Метод выделения глинозема из руды зависит от ее состава. Эти методы подразделяются на химико-термические (пирометаллургические), кислотные и щелочные (гидрометаллургические).

.5 Способы получения и применение фтористого алюминия

Фторид алюминия. А1F₃, бесцветные кристаллы, существующие в нескольких модификациях. При обычных условиях устойчива α-модифи-кация с тригональной решеткой; плотность 1,882 г/см. Известна устойчивая до 710-720° С γ-модификация с тетрагональной решеткой (а - 0,354 нм, с- 0,600 нм). Температура возгонки 1270°С; С_p° = 75,10 Дж/(моль*К); уравнения температурной зависимости давления пара:

lgр (Па) = 16,565-16 967/T (980<T<1123К);

lgp (Па) = 14,719-14 974/T (1027<T<1184К).

Фторид алюминия имеет координационную решетку. Он резко отличается по своим свойствам от остальных галогенидов, и прежде всего, сравнительно слабой реакционной способностью.

Фторид алюминия плохо растворим в воде (0,41% (масс.) при 25° С), лучше растворяется в растворах фторида водорода, не растворяется в органических растворителях. Образует кристаллогидраты с 1, 3 и 9 молекулами воды. В процессе нагревания гидролизуется парами воды, слабо реагирует с концентрированной серной кислотой, разлагается растворами и расплавами щелочей.

Фторид алюминия А1F₃ получают в процессе пропускания сухого газообразного фторида водорода над алюминием или оксидом алюминия при 450-600°С по схеме

А1+6НF = 2АlF₃ + ЗН₂

А1₂О₃ + 6НF = 2А1F₃ + ЗН₂О

А1F₃ получают также взаимодействием водных растворов фторида водорода с А₂О₃ или А1(ОН)₃ по схеме

А1₂О₃ + 6НF= 2А1F_З•Н₂О

Аl(ОН)₃ + ЗНF = А1F₃•ЗН₂О

Образующийся кристаллогидрат выделяют из растворов, сушат и обезвоживают термообработкой при 500-600°С.

В промышленности широко применяется способ получения фторида алюминия взаимодействием гидроксида алюминия с водным раствором фторида аммония:

Аl(ОН)₃ + ЗNН₄F = АlF₃ + 3NH₄ОН

Трифторид алюминия применяется в качестве компонента электролита (5-7%) в производстве металлического алюминия. Он входит в состав флюсов, эмалей, стекол, глазурей, керамики и покрытий сварочных электродов, является катализатором в органической химической технологии. [18]

Плавик Плавиковошпатовый концентрат	Шпат	CaF2
Гидроксид алюминия	Гидрат	Al(OH)3
Кальцинированная сода	Сода	Na2Co3
Серная кислота	Кислота	H2SO4
Известняк флюсовый	Известняк	CaCO3

2. Технология получения фтористого водорода

Производство фтористоводородной кислоты и фтористого водорода.

Получение фтороводорода сульфатизацией CaF₂.

Среди многочисленных способов получения HF наибольшее промышленное значение имеет взаимодействие CaF₂ и c концентрированной серной кислотой. В первом приближении процесс протекает по уравнению:

CaF₂+H₂SO₄→2HF=CaSO_4,

Хотя в действительности его механизм значительно сложнее. Более того, техническая реализация этого способа требует проведения большого числа операций с использованием специфического оборудования.

В самом общем виде технологические операции, осуществляемые на заводах при производстве безводного HF сернокислотным разложением CaF₂, можно сгруппировать следующим образом:

собственно сернокислотное разложение,

выделение HF из реакционных газов,

Обезвреживание отходов и утилизация побочных продуктов.

В лабораторных и полупромышленных масштабах опробованы десятки способов проведения сернокислотного разложения, многочисленные способы выделения HF из газов и его очистки от примесей. Однако в крупномасштабном производстве применяется ограниченное число вариантов, которым отдано предпочтение в последующем изложении.

Длительное время на заводах всех промышленных стран мира использовался одностадийный способ сернокислотного разложения, по которому исходная смесь перед подачей в печь или непосредственно в печи образовывала текучую пульпу.

В конце 50-х годов инженеры швейцарской фирмы Бусс разработали двухстадийный способ сернокислотного разложения, который постепенно вытеснил одностадийный. Этот способ предусматривает использование концентрированной серной кислоты. На первой стадии, проводимой при интенсивном перемешивании реагентов, реакция проходит на 30-40% с образованием сыпучего продукта. На второй стадии используется этот продукт и реакция проходит до конца без осложнений, связанных со схватыванием пульпы и с повышенной коррозией из-за образования паров воды. Двухстадийный способ позволяет снизить расход реагентов на единицу продукта и повысить выход фтороводорода. Технологическая схема двухстадийного способа по проспектакм фирмы Бусс и дочерней фирмы Лист приведена на рисунке

Получаемый таким способом фтороводород содержит 99,9% основного вещества.

Рассмотрим наиболее подробно отдельные стадии процесса и возможности их дальнейшего усовершенствования [3].

Технологическая схема получения фтористого водорода

В системе Ca₂SO_4-H₂SO₄ при концентрации кислоты 98-100% и температуре 20-80°C существует гидросульфат состава CaSO₄•3H₂SO₄.

Повышение температуры до 85°C к инконгуэнтному плавлению этого гидросульфата и образованию Ca₂SO₄•H₂SO₄, который в свою очередь, инконгруэнтно плавится при 200°C. Изменение концентрации H₂O в системе меняет температурные границы устойчивости гидросульфатов поэтому и механизм сульфатизации CaF₂ может менятся в зависимости как от температуры, так и от исходной концентрации серной кислоты.

Как показал С.В. Островский, реакция CaF₂ со 100%-й серной кислотой начинается уже при комнатной температуре. В условиях непрерывного повышения температуры выделяющийся твердый продукт растворяется в серной кислоте, однако при 50°C и достижением определенной концентрации из полученного раствора кристаллизуется β - модификация CaSO₄•3H₂SO_4. Дальнейшее повышение температуры вызывает образование большого числа мелких кристаллов CaSO₄•H₂SO₄, что приводит к схватыванию реакционной массы. При температурах выше 90°C происходит интенсивное выделение газообразного HF, а при 115-120°C - полное исчезновение жидкой фазы и прекращение выделения HF.

Реакция, закончившаяся при взаимодействии примерно половины CaF_2, вновь возобновляется при температурах выше 200-250°C и протекает с поглощением тепла.

Многие исследователи считают, что на промежуточных стадиях взаимодействия CaF₂ и H₂SO₄ образуется кислая соль CaF₂ H₂SO_4.

Так, В.К. Фомин (1987 г.) установил, что такая соль изотермически образуется уже в начале взаимодействия, а при повышении температуры соответственно до 130 и 170°C она разлагается по уравнениям:

CaF₂•H₂SO₄ → Ca (HSO₄) F + HF, (HSO₄) F→CaSO₄ + HF

Соединение Ca (HSO₄) F при тех же температурах взаимодействует с H₂SO₄:

Ca (HSO₄) F + H₂SO₄ →CaSO₄•H₂SO₄ + HF.

Процесс осложняется из-за образования фторсульфоновой кислоты, которая уменьшает выход HF и увеличивает содержание CaF₂ в твердом продукте:

H₂SO₄+HF→HSO₃F+H₂O

Эта реакция обратимак и при определенном количестве воды её равновесие смещается влево.

Особенности реагирования в системе CaF₂-H₂SO₄, свойства реагентов и продуктов определяют сложности практического протекания процесса.

Чем больше концентрация воды в серной кислоте или в реакционной смеси, тем выше текучесть смеси тем меньше вероятность образования HSO₃F, и тем легче осуществлять перемешивание и нагревание смеси. Однако увеличение концентрации воды в серной кислоте резко усиливает коррозионное воздействие смеси на материалы аппаратуры.

Принципиальная схема отделения приготовления рабочей смеси кислот:

- мерный бак для кубовой и грязевиковой кислот; 2 - мерный бак для купоросного масла; 3 - мерный бак для олеума; 4 - смеситель для рабочей смеси; 5 - смеситель для моногидрата; 6 - насос; 7 - колонна орошаемая щелочью; 8 - колонна орошаемая водой; 9, 10 - цистерны.

Принципиальная схема печного отделения:

- бункер CaF₂; 12 - напорный бак рабочей смеси; 13 - дозатор; 14 - вращающаяся печь; 15 - бункер для извести; 16 - шнековый питатель; 17 - двухвалковый смеситель для сухого удаления отвала; 18 - репульпатор отвала; 19 - насос для откачивания пульпы; 20 - «грязевик»; 20а - насос для перекачивания грязевиковой кислоты в отделение хранения кислот.

Двухстадийный способ сернокислотного разложения CaF₂ предлагает использование двух аппаратов - первичного и основного.

В стандартных установках фирмы Бусс первичный реактор, монтируемый непосредственно ко вторичному - вращающейся печи, - представляет собой шнековый аппарат особой конструкции.

Важную роль в схемах выделения HF играют процессы его абсорбции из газв с помощью серной кислоты. Фтористый водород при комнатной температуре хорошо растворим в серной кислоте, однако при повышении температуры и при продувке воздухом может быть десорбирован из раствора. Абсорбция может происходить в соответствии схемы, показанной на рисунке.

Принципиальная аппаратурная схема узла выделения HF из газов:

- форконденсатор; 22 - конденсатор; 23 - ёмкость для HF - сырца; 24, 28, 33 - 35 - насосы; 25 - сборник фтористоводородной кислоты; 26 - абсорбционная колонна для поглощения HF фтористоводородной кислотой; 27 - холодильник; 29 - сборник отработанной H₂SO₄; 30 - сернокислотная абсорбционная колонна; 31 - абсорбционная колонна, орошаемая водой; 32 - щелочная абсорбционная колонна; 36 - приемник щелочи.

Обработка реакционного газа оборотной кислотой и смеси инертных газов в насадочных колоннах обеспечивает удаление из газа основной части серной кислоты и воды, частичную десорбцию HF из кислоты, обеспыливание газов и их охлаждение до 30-40°C. В результате этого снижается концентрация примесей в конденсате HF, упрощается ректификация HF и повышается его качество десорбцию HF можно также проводить при пропускании электрического тока через раствор.

Поскольку избыточное количество HF в H₂SO₄,подаваемое на разложение CaF₂ ухудшает разложение, HF необходимо отгонять. Для этого оборотную кислоту смешивают с олеумом, что приводит к повышению температуры смеси и десорбции значительного количества HF.

Полученный при конденсации HF содержит заметное количество примесей.

Удаление этих примесей проводят методом двухступенчатой ректификации: на первой стадии удаляют легколетучие смеси SO₂ и SiF₄, на второй стадии удаляют высококипящие примеси H₂SO₄ и H₂O переводимые в кубовый остаток.

Принципиальная схема отделения ректификации HF:

37 - напорный бачек для сырца; 38 - отпарочная колонна; 39 - ректификационная колонна; 40 - абсорбционная колонна; 41 - насос; 42 - выносной куб ректификационной колонны; 43, 47 - конденсаторы; 44 - промежуточный сборник HF; 45 - сборник кубового остатка;46 - погружной насос; 48 - приёмник H₂SO₄; 49 - напорный бак; 50 - цистерна с HF.

К недостаткам пирогидролитического разложения флюоритовых руд в его современном варианте относится повышенный расход энергии и невозможность производства безводного фторида. Однако здесь в переработку могут быть включены бедные руды и отходы производства[3].

3. Химические и физические свойства исследуемых веществ

.1 Фторид натрия

По внешнему виду NaF - кристаллический порошок белого или серого цвета в зависимости от содержания в нем примесей. По ГОСТ 2871-67 высший сорт NaF содержит 94%, а первый сорт - 84% основного вещества. Он широко применялся в качестве инсектицида для борьбы с некоторыми видами вредных насекомых, для уничтожения грызунов, для консервации древесины, для борьбы с вредителями в с/х, для фторирования воды, при изготовлении флюсов и эмалей и обезлиствования хлопчатника перед его уборкой. В настоящее время основным потребителем NaF является алюминиевая промышленность.

Свойства NaF[7]:

Плотность Г/см³……………………………2,766

C⁰_p, Дж/(Моль•К)…………………………..46,82

ΔH⁰_обр, КДж/Моль………………………….-576,6

S⁰₂₉₈, Дж/(Моль•К)………………………….51,6

ΔC°_обр, КДж/Моль………………………….-542,6

ΔN°_пл, КДж/Моль………………………….34,25

ΔH°_возг, КДж/Моль………………………….280,7

Фтористый натрий, NaF, соль; бесцветные кристаллы, плотность 2,79 г/см³, t_пл=992°С. Растворимость в воде (%): 3,90 (20°С), 4,83 (100°С). В природе NaF встречается в виде минерала вильомита. В промышленности его получают спеканием плавикового шпата с содой и кремнезёмом по реакции:

СаF₂ + Nа₂СО₃ + SiO₂ = 2NaF + СаSiO₃ + СО₂

Служит для консервирования древесины, иногда как инсектицид; входит в состав эмалей. Кислый NaF - натрия гидрофторид NaНF₂, применяется как составная часть флюсов при пайке алюминия.

На криолитовых заводах NaF получают путем обработки раствора НF содой:

НF+ Nа₂СО₃ = 2NaF + СО₂ + Н₂O

Осадок NaF отделяют от маточного раствора фильтрацией. Полученную пасту NaF сушат при (130-140)°С. Как промежуточный продукт NaF образуется при спекании смеси СаF₂, SiO₂ и Nа₂СО₃ по реакции:

СаF₂+ Na₂СО₃ + SiO₂=2NaF +СаSiO₃+ СО₂

С последующим выщелачиванием NaF водой.

Значительный интерес представляет получение NaF из кремнефторсодержащих газов заводов по производству фосфорных удобрений. В качестве исходного продукта заслуживает внимания Na₂SiF₆. Существует несколько способов переработки Na₂SiF₆ на NaF. От способа переработки зависит чистота продукта.

Получение фтористого натрия суспензионным способом

Содосуспензионный способ получения NaF основан на взаимодействии Na₂SiF₆ с Na₂СО₃ в присутствии воды:

Na₂SiF₆ + 2 На₂СО₃ = 6 NaF + 2СО₂ + SiO₂

В результате экзотермической реакции образуется NaF в смеси с SiO₂.

Для полноты прохождения реакции необходимо дополнительно подогревать реакционную смесь до 70°С и перемешивать ее в течение 30 мин. При этом удается получить NaF с содержанием около 75% основного вещества.

Получение фтористого натрия термическим способом

Исторически термический способ был первым способом получения NaF. Он был предложен С.И. Вольфковичем в 1925 г. [10] и заключается в разложении Na₂SiF₆ при прокаливании в интервале температур 580-620°С

Na₂SiF₆=2 NaF + SiF₄-25,8 ккал.

Выделяющийся при разложении SiF₄ абсорбируется водой и в дальнейшем при обработке раствором поваренной соли образует Na₂SiF₆. Упругость диссоциации Na₂SiF₆ составляет 786 мм рт. ст. при 894,5°С [11, 76]. Промышленные испытания этого способа во вращающейся трубчатой печи показали возможность получения продукта, содержащего 87-89% NaF.

По данному способу получается низкосортный NaF. Это связано прежде всего с тем, что обогрев печи ведется изнутри продуктами сгорания углеводородного топлива. Применение наружного обогрева барабана печи приведет к образованию NaF, практически свободного от кремнезема. Помимо этого появляется возможность получить поток концентрированного SiF₄, переработка которого будет описана далее.

Так же фторид натрия очень широко применяется в медицине. Фармакологические свойства:

. Корректоры метаболизма костной и хрящевой ткани, микроэлементы. Макро и микроэлементы.

. Стоматологические средства

Нозологическая классификация (МКБ-10): М81.4

. Лекарственный остеопороз. М81.9

. Остеопороз неуточненный. М89.5

. Остеолиз

Применение:

• Остеопороз первичный (постменопаузальный, пресенильный, сенильный, идиопатический)

• Остеопороз стероидный (профилактика и лечение)

• Локальные остеопатии,

• профилактика кариеса у детей и взрослых, при содержании в питьевой воде фторидов ниже 0,6 мг/мл [1].

.2 Сульфат натрия

Na₂SО₄, бесцветные кристаллы; известен в трех полиморфных модификациях; показатели преломления: меньший N_р = 1,469, средний Nm = 1,476, больший Ng = 1,481; кристаллизуется из водных растворов выше 32,384°С. В интервале от - 1,2 до 32,4°С кристаллизуется декагидрат, от -3,5 до 24,25°С - также метастабильный гептагидрат. Растворимость безводного натрия сульфата в воде 21,9% по ассе (25°С). Т. кип. насыщенного водного раствора (29,7% по массе натрия сульфата) 102,88°С. Плохо растворим в водно-спиртовых средах; растворимость при 20°С в этаноле 0,439% по массе, метаноле - 2,40%. С К₂SО₄, Li₂SО₄ и рядом других образует непрерывный ряд твердых растворов, с сульфатами Sс и Y - двойные соли, с SrSО₄ - эвтектику.

Натрий сульфат встречается в природе в виде минералов тенардита Na₂SО₄, мирабилита (глауберова соль) Na₂SО₄•10Н₂О, входит в состав астрахонита Na₂Мg(SО₄)₂•4Н₂О, вантгоф-фита Na₆Mg(SО₄)₄, глауберита Na₂Са(SО₄)₂ и другие наиболее крупные запасы сульфата натрия в СССР, США, Чили, Испании.

На хим. предприятиях сульфат натрия получают как побочный продукт при производстве соляной кислоты, соединений Сг, утилизации сульфатных щелоков в производстве искусственного волокна на металлургических заводах и т.д. Сульфат натрия - компонент шихты в производстве стекла; используется при сульфатной варке целлюлозы, при крашении хлопчатобумажных тканей; сырье для получения силикатов Na, Na₂S, Н₂SО₄, соды и др.; компонент осадительной, ванны в производстве вискозного волокна; глауберова соль-слабительное средство. ПДК в воздухе рабочей зоны 10,0 мг/м3 [2].

Плотность Г/см³……………………………2,663

C⁰_p, Дж/(Моль•К)…………………………..128,04

ΔH⁰_обр, КДж/Моль………………………….-1387,9

S⁰₂₉₈, Дж/(Моль•К)………………………….149,58

.3 Серная кислота

Серная кислота Н₂SО₄, мол. м. 98,082; бесцветная маслянистая жидкость без запаха. Очень сильная двухосновная кислота. Серная кислота отвечающая 100%-ному содержанию Н₂SО₄, имеет состав (%): Н₂SО₄ 99,5, НSО₄^-0,18, Н₃SО₄⁺0,14, Н₃О⁺ 0,09, Н₂S₂О₇ 0,04, НS₂О₇^-0,05. Смешивается с водой и SО₃ во всех соотношениях. В водных растворах серная кислота практически полностью диссоциирует на Н⁺, НSО₄^- и SО₄^2-.

С повышением температуры усиливается диссоциация Н₂SО₄↔Н₂О +SО₃ - Q. При повышении концентрации и понижении температуры теплопроводность λ уменьшается: λ = 0,518 + 0,0016t - (0,25 + t/1293)•С/100, где С-концентрация серной кислоты, в %. Максимальную вязкость имеет олеум Н₂SО₄•SО₃, с повышением температуры η снижается. Серная кислота -довольно сильный окислитель, особенно при нагревании.

Разбавленная Н₂SО₄ взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода, с выделением Н₂. Окислит, свойства для разбавыленной Н₂SО₄ нехарактерны. Серная кислота дает два ряда солей: средние-сульфаты и кислые-гидросульфаты.

Получение. Сырьем для получения серной кислоты служат: S, сульфиды металлов, Н₂S, отходящие газы теплоэлектростанций, сульфаты Fе, Са и др. Основные стадии получения cерной кислоты: 1) обжиг сырья с получением SО₂; 2) окисление SО₂ до SО₃ (конверсия); 3) абсорбция SО₃.

Производство серной кислоты из серы по методу двойного контактирования и двойной абсорбции состоит из следующих стадий. Воздух после очистки от пыли подается газодувкой в сушильную башню, где он осушается 93-98% -ной серная кислота до содержания влаги 0,01% по объему. Осушенный воздух поступает в серную печь после предварительного подогрева в одном из теплообменников контактного узла. В печи сжигается сера, подаваемая форсунками: S+О₂ → SО₂ +297,028 кДж. Газ, содержащий 10-14% по объему SО₂, охлаждается в котле и после разбавления воздухом до содержания SО₂ 9-10% по объему при 420 °С поступает в контактный аппарат на первую стадию конверсии, которая протекает на трех слоях катализатора (SО₂ + ¹/₂О_г →SО₃ + 96,296 кДж), после чего газ охлаждается в теплообменниках. Затем газ, содержащий 8,5-9,5% SО₃, при 200°С поступает на первую стадию абсорбции в абсорбер, орошаемый олеумом и 98%-ной серной кислотой: SО₃+Н₂О→Н₂SО₄+130,56кДж. Далее газ проходит очистку от брызг серной кислоты, нагревается до 420°С и поступает на вторую стадию конверсии, протекающую на двух слоях катализатора. Перед второй стадией абсорбции газ охлаждается в экономайзере и подается в абсорбер второй ступени, орошаемый 98% - ной серной кислотой, и затем после очистки от брызг выбрасывается в атмосферу [1].

Свойства серной кислоты [7]:

Плотность Г/см³……………………………2,766

C⁰_p, Дж/(Моль•К)…………………………..138,9

S⁰₂₉₈, Дж/(Моль•К)………………………….156,9

ΔH°_пл, КДж/Моль………………………….10,73

η, 10^-3 Па•с……………………………….... 24,74

Т.пл., °C…………………………………… 10,31

Т.кип., °C …………………………………. 279,6

ΔH°_обр КДж/Моль………………………….-813,99

.4 Фтористый водород

Свойства HF[7]:

C⁰_p, Дж/(Моль•К)…………………………..29,14

ΔH⁰_обр, КДж/Моль…………………………. -273,3

S⁰₂₉₈, Дж/(Моль•К)………………………….173,675

Т.пл.,°C ……………………………………… -83,36

Т.кип.,°C …………………………………….. 19,52

t крит., °C ……………………………………. 230

p крит., МПа ………………………………… 6,49

Фтороводород, бесцветный газ или подвижная жидкость, дымящая на воздухе.

Характерное свойствово НF - склонность к ассоциации. Средняя степень ассоциации в жидкости п = 6. В газовой фазе могут присутствовать линейные и циклические олигомеры с n = 4, 6-12.

Фтороводород реагирует со мнногими простыми веществами с образованием фторидов, с оксидами - оксифторидов или фторидов, замещает галоген в галогенидах металлов, с фторидами щелочных и др. одновалентных металлов образует гидрофториды металлов, с фторидами и оксифторидами многих элементов в присутвие воды - фторсодержащие кислотыты.

Фтороводород к неограниченно растворяется в воде с образованием фтористоводородной кислоты. Сам НF - хороший растворитель для многих веществ.

Фторид водорода - сильная кислота, функция кислотности Гаммета -15,05, однако даже небольшой избыток фторид-ионов резко ее снижает.

Основной способ получения НF - реакция флюорита СаF₂ с Н₂SО₄, которую проводят в трубчатых вращающихся и шнековых печах при 120-180°С. Реакционные газы очищают от пыли, конденсируют из них НF и подвергают его двухступенчатой ректификации. Менее распространены сернокислотное разложение NН₄HF₂ и термическое разложение NН₄HF₂. В лаборатории НF удобно получать термическим разложением гидрофторидов.

Фтористый водород - катализатор гидрирования, дегидрирования, алкилирования в органической химии, реагент в производстве хладонов и фторопластов, исходное вещество для получения F₂

Фтороводород раздражает дыхательные пути, является сильнейшим водоотнимающим веществом и при попадании на кожу вызывает образование долго не заживающих язв, а при длительной экспозиции - обугливание. ПДК в атмосфере воздухе 0,005 мг/м³, в воде 0,05 мг/л.

Жидкий фтороводород хранят в стальных герметичных танках и цистернах, а также в баллонах аммиачного типа, имеющих защитную окраску с красной полосой [1].

.5 Гексафторалюминат натрия

Na₃AlF₆[7]

C⁰_p, Дж/(Моль•К)…………………………….216

ΔH⁰_обр, КДж/Моль…………………………..-3312

ΔG⁰_обр, КДж/Моль……………………………-3148

S⁰₂₉₈, Дж/(Моль•К)……………………………238

Т.пл.,°C ……………………………………… 1011

Плотность, г/см³………………………………2,97

Гексафтороалюминат натрия Nа₃А1F₆ - бесцветные кристаллы, плохо растворим в воде (0,42% по массе при 25°С) и органических растворителяхрителях. Взаимодействует с концентрированной Н₂SО₄, при нагревании гидролизуется парами воды. Расплав Nа₃ А1F₆ электропроводен и является хорошим растворителем для А1₂О₃ и др. оксидов. Криолит получают действием Na₂СО₃ или NaF на раствор А1(ОН)₃ или А1₂О₃ в НF, взаимодействием водных растворов А1F₃ и NaF, взаимодействием А1(ОН)₃ и Nа₂СОз или NaAlO₂ с водным раствором NН₄F.

Криолит - редкий в природе минерал, основной компонент (80-85%) электролита в производстве Аl, металлургический флюс, компонент стекол и эмалей, наполнитель резин.

Вывод:

В аналитическом обзоре описана технология производства фтористых солей алюминия с получением криолита, фторида натрия и фторида алюминия. Рассмотрена технология получения фтороводорода.

Приведены основные химическое и физическое свойства веществ, вступающих в выше перечисленных переделах.

Отходами производства фторида алюминия являются фтористый натрий и криолит.

Эти отходы складируются на предприятиях и не перерабатываются, но в них содержится ценный компонент - F. Который можно извлекать, действуя на NaF и Na₃AlF₆ серной кислотой.

4. Теоретическая часть

.1 Термодинамика процесса

Термодинамический расчет основан на законе сохранения и превращения энергии, являющимся наиболее общим законом природы. Этот закон используется в форме первого закона термодинамики. Точнее, термодинамический аппарат основан на законе сохранения энергии и принципе существования энтропии, на базе которых получено основное уравнение термодинамики. Это объясняет универсальность термодинамического аппарата, достоверность выводов термодинамики, всех ее уравнений и зависимостей, равно достоверности закона сохранения энергии.

Основные понятия и термины.

Термодинамикой называется наука, изучающая законы превращения энергии и особенности процессов этих превращений.

Термодинамика, изучающая превращения энергии в химических реакциях и исследующая возникающие при этом тепловые явления, называется химической термодинамикой.

Применение термодинамических методов для исследования химических реакций в настоящее время дает возможность установить, какие из реакций в рассматриваемой системе при заданных температуре, давлении и концентрациях могут протекать самопроизвольно (т. е. без затраты работы извне), каков предел их самопроизвольного протекания (т. е. каково положение равновесия) и как следует изменить эти условия, чтобы процесс мог совершаться в нужном направлении в требуемой степени.

При этом наиболее часто используют данные об изменении энтальпии (∆Н), теплоемкости (∆C_P), энтропии (∆S), энергии Гиббса (∆G) и о константе равновесия (К)

Энтальпия - функция состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давлении р, связанная с внутренней энергией U соотношением:

H = U + pV,

где V - объем системы.

Энтропия - функция состояния термодинамической системы, изменение которой (dS) в равновесном процессе равно отношению количества теплоты (dQ), сообщенного системе или отведенного от неё, к термодинамической температуре (Т) системы: dS = dQ/T.

Теплоемкость - отношение количества теплоты, полученного телом (веществом) при бесконечно малом изменении его состояния в каком-либо процессе, к вызванному им приращению температуры.

Гиббса энергия (изобарно-изотермический потенциал, свободная энтальпия) - функция состояния термодинамической системы, определяемая равенством:

G = H - TS,

где H - энтальпия, T - абсолютная температура, S - энтропия.

Константа равновесия - величина, количественно выражающая закон действующих масс и связанная со стандартным изменением энергии Гиббса ∆G⁰ соотношением: ln K_p = -∆G/RT. Константа равновесия выражает взаимную зависимость между концентрациями веществ в системе при достижении равновесия и характеризует степень направленности реакции в сторону образования тех или иных продуктов.

Принципиальная осуществимость процесса определяется знаком ∆G: если при заданных условиях ∆G < 0, то реакция возможна, если ∆G > 0, то реакция неосуществима; при ∆G = 0 система находится в равновесии. Значение ∆G (при ∆G < 0) позволяет установить, насколько изучаемая система далека от состояния равновесия.

Если при ∆G < 0 реакция не идет, то это указывает лишь на необходимость преодоления тормозящих реакцию препятствий (как правило, низких температур) и вывода системы из состояния ложного равновесия.

Таким образом, реакция может не протекать как вследствие близости к состоянию равновесия, так и вследствие торможения. Для того, чтобы вызвать реакцию, в первом случае необходимо изменить условия ее протекания, а во втором - ее скорость. В заторможенной системе реакция может быть возбуждена нагреванием.

Без знания термодинамики процесса нельзя указать, какая доля наблюдаемого эффекта в каждом отдельном случае обусловлена изменением скорости, и какая - смещением равновесия.

Проведем термодинамический расчет процесса взамодействия фторида натрия и серной кислоты.

2NaF+H₂SO₄ →Na₂SO₄+2HF

Таблица 4.1

Значения термодинамических параметров веществ, учавствующих в реакции

вещество	ΔH0обр, КДж/Моль	S0298, Дж/(Моль•К)	C0p, Дж/(Моль•К)
NaF	-576,6	51,6	46,82
H2SO4	-813,99	156,9	138,9
Na2SO4	-1387,9	149,58	128,04
HF	-273,3	173,675	29,14
Na3AlF6	-3312	238	216
Na2SO4	-1387,9	149,58	128,04
Al2(SO4)3	-3444,1	239,4	259,6

Определив константу равновесия можно судить о направлении процесса. Если Kp>1, то направление реакции в сторону образования продуктов реакции. Изменение энергии Гиббса определяются:

Расчет ведем по следующим формулам:

∆G_T =∆H₂₉₈ - T∆S₂₉₈ + ∆C_p⁰ (T-298-T ln)

∆G₂₉₈=∆H₂₉₈ - T∆S₂₉₈

∆G = ∆Hp - T∆S, где:

∆Hp - тепловой эффект реакции, кДж/моль;- температура протекания процесса;

∆S - изменение энтропии, Дж/моль.

Константу равновесие химической реакции определяют по формуле:Kp = -∆G/2,3RT, где:

∆G - изменение энергии Гиббса;- универсальная газовая постоянная;

Полученные данные сводим в таблицу:

Таблица 4.2

Энергия Гиббса и константа равновесия выше указанной реакции

T, K	300	400	500	600	700	800	900	1000
∆G, Дж/моль•K	-12527	-12550	-12572	-12593	-12613	-12632	-12651	-12670
Kp	21	16	13	10	94	82	73	66

Тепловой эффект реакции определяется по формуле:

DH_реакц=-1387.9-2•(-273.3)+2•576.6+813.99= 32.69 кДж/моль.

В результате проведения термодинамического расчета мы посчитали энергию Гиббса и константу равновесия данной химической реакции и убедились, что реакция между фторидом натрия и серной кислотой будет осуществляться при любых температурах и будет смещена в сторону образования продуктов реакции.

Посчитаем термодинамические свойства второй реакции:

2Na₃AlF₆+6H₂SO₄→3Na₂SO₄+Al₂(SO₄)₃+12HF

По исходным данным также как в предыдущей реакции рассчитываем энергию Гиббса и константу равновесия реакции.

Таблица 4.3

Энергия Гиббса и константа равновесия выше указанной реакции

T, K	300	400	466	500	600	700	800	900	1000
∆G, кДж/моль•K	214	83	0	-41	-160	-275	-385	-492	-596
Kp	-38	-11	0,02	4	13	20	25	28	31

В результате полученных данных мы можем сказать, что реакция между Na₃AlF₆ и H₂SO₄ при температуре до 466 К не будет осуществлятся. При температуре более 466 К реакция пойдет. По результату константы равновесия мы можем сказать, что при температуре более 466°C реакция будет направлена в сторону продуктов реакции.

Посчитаем енергию Гиббса и константу равновесия побочных реакций:

Таблица 4.4

Значения термодинамических параметров веществ, учавствующих в реакции

Вещество	∆H0обр, КДж/моль	S0298, Дж/(Моль•К)	C0p, Дж/(Моль•К)
SiO2	-861,5	278	42,97
HF	-273,3	173,6	29,14
SiF4	-1614,9	282,65	29,1
H2O	-242	278	75,3
H2SO4	-813,9	156,9	138,9
FeF3

Найдем энергию Гиббса и константу равновесия для первой реакции:

1) SiO₂+4HF=SiF₄+2H₂O

Таблица 4.5

Энергия Гиббса и константа равновесия выше рассчитанной реакции

T, K	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100	1193	1200
∆G, кДж/моль•K	-104	-91	-78	-66	-55	-43	-32	-21	-10	0	1
Kp	18	11	8	5	4	2	1,5	1	0,3	0,01	-0,2

По полученным данным можно сказать что реакция между диоксидом кремния и фтороводородом в нашем случае и при нашей температуре будет проходить. Анализируя данные можно сказать, что при температуре более чем 1193 К реакция в сторону образования продуктов идти не будет, так как ∆G=0 при температуре 1193 К [5].

4.2 Источник ошибок при расчете равновесия

Ошибки, обусловленные неточностью экспериментальных данных

Ошибки могут быть вызваны неизотермическими условиями при измерении равновесия. Источником ошибок может быть весьма малая скорость реакции, когда практически невозможно достигнуть равновесия. Очень большая скорость реакции, в свою очередь, приводит к серьезным затруднениям при анализе равновесия смеси. Кроме того, исследуемая реакция может не дойти до состояния равновесия. Критерием достижения равновесия обычно служит неизменность состава смеси, выходящей из зоны реакции, с изменением объемной скорости. Ошибки могут появиться, если не будет учтено влияние степени измельчения.

Неточность значений ∆H служит, как правило, источником гораздо больших ошибок, чем погрешность значений S, даже если энтропии оценены расчетным путем.

Надежность результатов косвенного расчета ∆G зависит от точности, с которой могут быть определены эти величины в используемых для расчета реакциях. Поэтому, когда искомая величина невелика, ошибка может стать весьма большой, особенно если отдельные ошибки имеют одинаковые знаки.

Ошибки, связанные с обработкой экспериментальных данных

Ошибки могут возникнуть в результате применения уравнения, в которое в условиях опыта не точно. Поэтому, прежде чем выбирать то или иное приближенное уравнение, следует оценить величину заведомо вносимой ошибки, сопоставив ее с надежностью исходных данных и с требуемой точностью результатов вычислений.

Теоретическая и практическая степени протекания реакции

В практических условиях, реакции редко доходят до равновесия, и степень их протекания зависит от многих факторов, в первую очередь, от скорости процесса, роль которой особенно велика при одновременном или последовательном протекании ряда реакций. Следовательно, пренебрежение кинетикой процесса может привести к большим ошибкам и вместе с тем к невольному умалению значения термодинамики в решении практических вопросов.

В некоторых случаях в результате реакции образуются не те вещества, которые должны были бы получиться при данных температуре, давлении и концентрации. Вместо предполагаемой реакции идет другая, хотя условия для нее неблагоприятны. Это может означать, что первая реакция обладает, в данных условиях, ничтожной скоростью, в то время как вторая протекает очень быстро. Ясно, что в подобных случаях увеличение длительности процесса приведет к изменению состава смеси.

Поскольку практическая степень протекания реакции зависит от длительности процесса, все факторы, увеличивающие скорость реакции, вместе с этим увеличивают и степень превращения за любой промежуток времени, недостаточный для установления равновесия. Общими факторами, влияющими и на кинетику, и на статику процессов, являются температура, давление и концентрация реагентов.

4.3 Теоретические основы получения фтороводорода из фторида натрия

Отходом алюминиевой промышленности являются фторосодержащие вещества - это фторид натрия и гексафторалюминат натрия. В моём проекте рассмотрена переработка фторида натрия. Целью его переработки является продукт HF-сырец с содержанием жидкого фтороводорода 99%.

.5 Описание технологической схемы

Общетехнологическая схема включает следующие процессы:

• Сернокислотное разложения фторида натрия в барабанной врвщающейся установке;

•Очистка газов от пыли и основной массы серной кислоты и воды в грязевиковой колонне;

•Охаждение газа до температуры 25⁰C

• Выделение HF из реакционных газови в конденсаторе;

• Обезвреживание отходов и утилизация побочных продуктов.

Из бункера поз. А 101 поступает NaF на шнековый питатель поз. А 103, по которому идет в установку сульфатизации поз. А 104. одновременно из бункера поз. А 102 поступает H₂SO₄ в установку сульфатизации поз. А 104. Где происходит смешение NaF с H₂SO₄ и разложение NaF. В результате разложения образуется фтористый водород и сульфат натрия. Так как NaF содержит примеси диоксид кремния и фтридторид железа, то в установке сульфатизации наряду с выше указанной реакцией протекает реакция взаимодействии SiO₂ с NaF с образованием SiF₄ и H₂O. Вторая реакция взаимодействия FeF₃ с серной кислотой, продуктами реакции является Fe₂(SO₄)₃ и НF. Через нижний разгрузочный бункер выходит Na₂SO₄ и идет на гашение известью поступающей из поз А 105, чтобы нейтрализовать остатки серной кислоты и далее идет в поз. А 107. Серная кислота поступает в емкость поз. А 108 и перекачивается насосом поз. А 109 в емкость поз. А 102.

Через верхнюю часть установки сульфатизации выходит газообразные продукты и далее по газоходу поступает в «грязевик» поз. А 110.

После отчистки газа от пыли и серной кислоты в «грязевике», серная кислота удаляется через нижнюю часть колонны насосом поз. А 111 в ёмкость поз. А 102.

Из «грязевика» поз. А105 газ поступает на охлаждение в форконденсаторе поз. А 112 до температуры 25⁰C. В качестве хладогента используется техническая вода с температурой 20⁰C,. Далее газ поступает в конденсатор поз. А 113. В качестве хладогента в конденсаторе используется рассол с начальной температурой -10⁰C. Температура кипения фтороводорода составляет 19,5⁰C а четырехфтористого кремния -89⁰C, поэтому SiF₄ конденсироваться не будет и удаляется через верхнюю часть конденсатора унося с собой часть фтороводорода. на выходе из конденсатора мы имеем практически чистый продукт HF-сырец который поступает в сборник поз. А 114.

SiF₄ поступает на улавливание фтороводорода серной кислотой в абсорбере поз. А 116. Абсорбционные газы подаются в нижнюю часть абсорбера а серная кислота в верхнюю часть. Через нижнюю часть абсорбера выходит насыщенный абсорбент и поступае в промежуточный сборник, затем насосом поз. А 118 транспортируется в «грязевик» поз. А 110. SiF₄ выходит через верхнюю часть абсорбера и по газоходу поступает на абсорбцию водой в нижнюю часть абсорбера поз А 117, в верхнюю часть абсорбера подается вода. H₂SiF₆ удаляется через нижнюю часть абсорбера и поступает в сборник H₂SiF₆ поз. А119.На рисунке 4.1 изображена схема получения фтористого водорода и фтористого натрия.

5. Расчетная часть

.1 Расчет барабанно-вращающейся установки сульфатизации

.1.1 Материальный расчет

Целью данного расчета является определение расхода реагентов для проведения технологического процесса. Исходя из суточной массы перерабатываемого фторида натрия определим количественную массу веществ, вступающих в химическую реакцию.

Таблица 5.1

Состав фторосодержащего компонента

Фторосодержащего компонента NaF SiO2 FeF3 H2O	% 98 1.1 0.5 0.4
Избыток серной кислоты, %	20
Время процесса, час	3
Степень разложения NaF, %	98,6
Производительность фторосодержащему компоненту, кг/ч	208.3

Реакции протекающие в процессе:

2) 2NaF+H₂SO₄ →Na₂SO₄+2HF

3) SiO₂+4HF=SiF₄+2H₂O

4)      2FeF₃+3H₂SO₄=Fe₂(SO₄)₃+6HF

Учитывая состав фторосодержащего реагента, определим расход каждого химического соединения:

G_NaF=98•208,3/100=204,134 кг/ч;

G_SiO2=1,1•208,3/100=2,29 кг/ч;

G_FeF3=0,5•208,3/100=1.04 кг/ч;

G_H2O=0,4•208,3/100=0,83 кг/ч.

Расчет реакции 1

,134 Х₁ Х₂ Х₃

2NaF+H₂SO₄ →Na₂SO₄+2HF

84 98 142 40

Расход серной кислоты с избытком:

G_H2SO4=G_NaF•M_H2SO4/M_NaF•β,

где β=1,2 - коэффициент избытка серной кислоты,

G _{H2SO4(изб.)}=204.134•98/84•1.2=285.78 кг/ч._{H2SO4(ост.)}= G _{H2SO4(изб.)}- G_NaF M_H2SO4/M_NaF•α,

где α - степень разложения NaF.

_{H2SO4(ост.)}= 285.78-204,134•98/84•0,99=50кг/ч.

Расход Na₂SO₄:

_Na2SO4= G_NaF•α•M _Na2SO4/ M_NaF=204,134•0,99•142/84=341.63кг/ч.

Расход HF:

_HF= G_NaF•M_HF/ M_NaF•α=204.134•40/84•0.99=96.23кг/ч.

Непрореагировавший NaF

_NaF(ост)= G_NaF(1-α)=204.134•0.01=2.041 кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса этой реакции

Таблица 5.2

Материальный баланс выше указанной реакции

Приход	кг/ч	Расход	кг/ч
1 NaF 2 H2SO4(изб)	204.134 285.78	1 NaF(ост) 2 Na2SO4 3 HF 4 H2SO4(ост)	2.041 341.63 96.23 50
Итого	489.9	Итого	489.9

Расчет реакции 2

SiO₂+4HF=SiF₄+2H₂O

6 0 80 104 36_HF=G_SiO2•M_HF/M_SiO2=2,29•80/60=3.05 кг/ч,_SiF4= G_SiO2•M_SiF4/ M_SiO2=2.29•104/60=3.97 кг/ч,_H2O= G_SiO2•M_H2O/ M_SiO2=2.29•36/60=1.374 кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса.

Таблица 5.3

Материальный баланс выше указанной реакции

Приход	кг/ч	Расход	кг/ч
1 SiO2 2 HF	2,29 3,05	1 SiF4 2 H2O	3,97 1,374
Итого	5,34	Итого	5,344

Расчет реакции 3

2FeF₃+3H₂SO₄=Fe₂(SO₄)₃+6HF

294 400 120_H2SO4=G_FeF3•M _H2SO4/M _FeF3=1.04•294/226=1.35 кг/ч,_Fe2(SO4)3= G_FeF3•M _Fe2(SO4)3/ M _FeF3=1.04•400/226=1.84 кг/ч,_HF= G_FeF3•M _HF/ M _FeF3=1.04•120/226=0.552 кг/ч.

Составляем таблицу материального баланса

Таблица 5.4

Материальный баланс выше указанной реакции

Приход	кг/ч	Расход	кг/ч
FeF3 H2SO4(изб)	1,04 1,35	Fe2(SO4)3 HF	1,84 0,552
Итого	2,39	Итого	2,39

Таблица 5.5

Суммарный материальный баланс

Приход		Расход
Статьи прихода	кг/ч % от общего	Статьи расхода	кг/ч % от общего
1NaF 2 SiO2 3 H2SO4 4 HF 5 FeF3 6 H2O	204.134 40,96 2.29 0,46 287,13 57,33 3.05 0,61 1.04 0,2 0,83 0,17	1 HF 2 SiF4 3 H2O 4 Na2SO4 5 Fe2(SO4)3 6 NaF 7 H2SO4(ост)	96.78 19,42 3.97 0,79 2.204 0,44 341.63 68,55 1,84 0,37 2.041 0,41 50 10,03
Итого	498.4 100	Итого	498.4 100

Выходящие из установки газы содержат сравнительно большое количество пыли, паров серной кислоты, воды и газообразных примесей. Их подают в аппарат предварительной очистки, чаще называемый «грязевиком». Это круглая или квадратная в сечение башня, иногда содержащая инертную насадку.

Посчитаем массу и содержанием газа выходящие из «грязевика». В грязевике газ также частично отчищается от серной кислоты и воды. По расчетам материального баланса барабанной установки расход второводорода 96,78 кг/ч, SiF₄ 3,97 кг/ч. Общая расход газа равен 96,78+3,97=100,75 и плюс 3% от этого газа серной кислоты «пар» и 2% воды «пар». Расход газа равен 100,75+3,0225+2,015=105,787 кг/ч[9].

.1.2 Тепловой расчет

Тепловой расчет процесса сульфатизации включает в себя определение тепловых потоков и составление таблицы теплового баланса.

Так как реакция взаимодействия фторида натрия с серной кислотой идет при комнатной температуре, поэтому подвод тепла не нужен.

Расчет тепловых потоков проводится на основании уравнения теплового баланса, которое в общем виде запишется по формуле:

∑Q_прих.= ∑Q_расх.,

где ∑Q_прих. - количество тепла, вносимое в аппарат с исходными веществами, кДж/ч;

∑Q_расх.- количество тепла, уносимое из аппарата продуктами аппарата и теряемое в окружающую среду, кДж/ч

• Приход тепла:

NaF

Q₁=m _NaF•C _NaF •t _н=204,134•128,04•20/84=6223,17 Дж/ч;

H₂SO₄₂=m _H2SO4•C _H2SO4•t_н=287,13•138,9•20/98=8139,25 Дж/ч;₂O₃=m _H2O•C _H2O•t _н=0,83•33,57•20/1=557.26Дж/ч;₄=m_HF •C_HF •t_н =3,05•29,14•20/40=44,44 Дж/ч;

• Расход тепла:

С газовой фазой, в том числе:

HF

Q_5.1=m _HF•C _HF •t _н=96,22•29,14•20/40= 1401.9Дж/ч;

Q_5.2 m _HF•C _HF •t _н=0,552•29,14•20/120=2.7 Дж/ч;

Na₂SO₄₆=m _Na2SO4 •C _Na2SO4 •t _н=341.63•128,4•20/142=6178.2 Дж/ч;₇=m _NaF•C _NaF •t _н=2,041•128,04•20/84=62.2 Дж/ч;₂O₈=m _H2O•C _H2O•t _н=1,374•33,57•20/36=25.62Дж/ч;₂SO_4(ост)9=m _H2SO4•C _H2SO4•t_н=50•138,9•20/98=1417.34Дж/ч;₄₁₀=m _SiF4•C _SiF4 •t_н=3.97•73.6•20/104=66.19Дж/ч;

Тепловой эффект реакции определяется по формуле:

DH_реакц. = DHNa₂SO₄ + 2DH_HF - 2DHNaF - DHH₂SO₄;

DH_реакц=-1387.9-2•(-273.3)+2•576.6+813.99= 32.69кДж/моль.

Определим тепло реакции:

Q_{реакции} = (204.134•32.69)/84 =79.44 кДж/ч

.1.3 Конструктивный расчет барабанной вращающейся установки

Конструкция барабанной печи

Барабанная вращающаяся печь состоит из барабана, наклоненного к горизонту под углом 2⁰. Барабан приводится во вращение электродвигателем через редуктор и цепную передачу.

Таблица 5.6

Тепловой баланс

Статья прихода	Количество тепла, кДж/ч	Статья расхода	Количество тепла, кДж/ч
с NaF Q1	6.223	с HF Q5.1	1.402
		с HF Q5.2	0.0027
с H2SO4 Q2	8.139	с Na2SO4 Q6	6.178
с H2O Q3	0.557	с NaF Q7	0.0622
с HF Q4	0.044	с H2O Q8	0.0256
Q потерь	73,69	с H2SO4(ост) Q9	1,4173
		с SiF4 Q10	0.0662
		Тепло р. Qр.	79.44
Итого	88,59	Итого	88.59

Для передачи давления от масс всех вращающихся частей аппарата, барабан снабжен бандажами, которые опираются на опорные ролики опорных станций. Для предотвращения перемещения барабана в горизонтальной плоскости, установлены упорные ролики опорно-упорной станции.

С одной стороны барабана установлены: бункер загрузки фтористого натрия и серной кислоты. Загрузка в печь происходит с помощью шнекового питателя. Движение материала внутри барабана происходит за счет его вращения и наклона к горизонту. На другом конце барабана снизу установлена камера выгрузки, откуда выгружается сульфат натрия, остаточная серная кислота и остаточный фторид натрия. На конце барабана сверху патрубок вывода газов.

.1.4 Конструктивный расчет барабана

Внутренний диаметр и длина барабана определяются по формулам

D = 0,434•G_T^0,34

L = 2,59•G_T^0,447,

где G_T - суточная производительность печи, т/сутки;

D - диаметр барабана, м;

L - длина барабана, м;

G_T=497.9•24/1000=11.9 т/сутки

D=0,4342•G_t^0,34=0,4342•11,9^0,34=0,4342•2,3=0,99 м.

Длина барабана:

L=2.59• G_t^0,447=2,5•11,9^0,447=7,49м

Принимаем D=1м, L=7,5м.

Определение мощности.

Определим число оборотов барабана:

n = 0,6-1,8 об/мин.

Установочная мощность двигателя определяется по формуле

N=0,0013 •D³•L • ρ_см •n •j,

N=0,0013 •1³•7,5•2431•1,8•0,09 = 3,8 кВТ

Принимаем с учетом пускового момента 6 = кВт[11]

Рисунок 2. Распределение нагрузок на барабан

5.1.5 Прочностной расчет барабана

Прочностной расчет барабана выполняем согласно методике.

Схема распределения нагрузок на барабан показана на рисунке 4.2. Барабан представляет собой балку постоянного сечения, длиной L=7,5 м с действующей на нее, постоянной по всей длине, распределенной нагрузкой. Балка установлена на опорах, расстояние между которыми принимаем равным l₂=5 м, расстояние от края барабана до упорного бандажа (опора А) l₁=1 м, от другого края барабана до опорного бандажа (опора В) l₃=1,5 м, расстояние от опорного бандажа до цепной звездочки l₃= 0,5м. Нагрузка от цепной звездочки Q₃ = 2 кН.

Расчет барабана на прочность

Толщину стенки барабана выбираем из условия:

S_б = (0,007…0,01)•D,

Где D - наружный диаметр барабана, м.

S_б=0,007•1=0,007 м.

Принимаем S_б=0,01 м.

Внутренний диаметр барабана

D_в=D_н - 2•S_б=1 - 2•0,01=0,98 м.

Масса материала, находящегося в печи определяется по формуле:

m_M=j·ρ_m•L•π•D_в/4,

m_M=0,09•2431•7,5•3,14•0,98²/4=1237 кг,

Масса корпуса барабана определяется по формуле:

m_K=•(D_H²-D_B²)•ρ_стали,

m_K=(3,14•7,5/4)•(1² - 0,98²)•7800= 1822кг.

Суммарная масса барабана и материала:

m=m_K + m_M =1237 + 1822=3059кг.

Линейная нагрузка, действующая на барабан, определяется по формуле:

q=mg/L,

q=3059•9,81/7,5=4001Н/м.

Условие прочности для барабана печи:

σ =≤[σ],

[σ]=25…30 МПа - допускаемое напряжение для аппарата из стали марки 12Х18Н10Т при рабочей температуре t<700⁰С;

W - момент сопротивления сечения барабана, м³;

М_мах - максимальный изгибающий момент, действующий на барабан, Нм

W=,

Где D_ср - средний диаметр барабана, м.

W=0,01•3,14•0,99²/4=0,008 м³.

Для определения максимального изгибающего момента M_Zmax построим эпюры поперечных сил Q_Y и изгибающих моментов M_Z (рисунок 4.3), для чего определим реакции опор R_A и R_B от действия q и Q₃.

Составим уравнение моментов всех внешних сил относительно опор, а для проверки правильности определения реакций опор составим уравнение проекций этих сил на ось Y:

∑M_A=0: R_B•l₂-P•(l₂+l₃)-Q•l₄=0,

∑M_B=0: Q•(l₂-l₄)-R_A•l₂-P•l₃=0,

∑Y=0: R_A+R_B-P-Q=0,=q•L=4001 •7,5= 30007 Н.

Из (4.14) выразим R_B:

R_B==2000•6,5+30007•2,5/5=17603,5 Н.

Из (4.15) выразим R_A:

R_A==30007•2,5-2000•1,5/5=14403,5 Н.

Проверим правильность определения реакций опор, подставив значения R_A и R_B в выражение (4.16), получим:

,5 + 14403,5 - 2000 -30007=0

=0 - следовательно, реакции опор R_A и R_B определены верно.

Используя метод сечений, определим Q_Y и M_Z:

Сечение 1-1_слева (0<x<l): Q_Y(x₁)=-q•x, M_Z(x₂)=-q•;

При x=0: Q_Y(x) =0, M_Z(x)=0;

При x=1: Q_Y(x) =-q•1=-4001 •0,5= -2000,5 Н

M_Z(x₂) =-q•= -4001• = 2000,5 -Н•м

Сечение 2-2_слева (l<x<(l+l₂)): Q_Y(x)=R_A-q•x, M_Z(x)=R_A•(x-l)-q•;

При x=l: Q_Y(x) =R_A-q•1=14403,5-4007•1=10396,5 Н,

M_Z(x₂) =R_A•(l-l)-q•=14403,5 •2,5 - 4007 •5²/2= -9749,7 Н∙м;

При x=(l+l₂): Q_Y(x)=R_A-q•(l+l₂)=14403,5- 4007 •6= -9639 Н,

M_Z(x₂) =R_A•(l-l+l₂)-q•=14403,5 •5-4007•6²/2= 115228-84647=-

Н•м;

При x=(l+l₂/2): Q_Y(x) =R_A-q•(l+l₂/2)= 14403,5-4007•6/2= 2382 Н,

M_Z(x₂)=R_A•(l-l+l₂/2)-q•=14403•5 - 4007 •3,5²/2=47472 Н•м;

При x=(l+0,75•l₂): Q_Y(x) =R_A-q•(l+0,75•l₂)=14403 - 4007•4,75= 4630,3 Н,

M_Z(x₂)=R_A•(l-l+0,75•l₂)-q•=14403•3,75- 4007 •11,3= 8732

Н∙м;

При x=(l+0,25•l₂): Q_Y(x) =R_A-q•(l+0,25•l₂)=14403 •4007•2,25= 9001 Н,

M_Z(x₂)=R_A•(l-l+0,25•l₂)-q•= 14403•1,25- 4007

•2,5=7985,5Н∙м;

При x=2 м: Q_Y(x) =0,

M_Z(x₂) =R_A•(4,18-l)-q•=14403•(4,18 - 1,5) - 4007•2²/2 = 20007 Н•м;

Сечение 3-3_справа (0<x<(l₁-l₃)): Q_Y(x) = q•x, M_Z(x₂) =-q•;

При x=0: Q_Y(x) =0, M_Z(x)=0;

При x=(l₁-l₃): Q_Y(x) =q•(l₁-l₃)= 4007 • 0,5 = 2003,5 Н,

M_Z(x₂) =-q• = -4007•0,5²/2 = -500Н•м;

Сечение 4-4_справа ((l₁-l₃)<x<l₁): Q_Y(x)=q•x+P, M_Z(x₂)=- q•-P•(x-l₁+l₃);

При x=(l₁-l₃): Q_Y(x)=q•(l₁-l₃)+P=4007•0,5 +2000= 4003,5 Н,

M_Z(x₂) =-q•-P•(l₁-l₃-l₁+l₃)= -4003 •0,5²/2 - 2000•0= -500,4 Н•м;

При x=l₁: Q_Y(x)=q•l₁+P=4007 • 1 + 2000 = 6007 Н,

M_Z(x₂) =-q•-P•(l₁-l₁+l₃)= -4007 •1²/2 - 2000•1= -4003,5 Н•м;

Рисунок 3. Эпюры поперечных сил и изгибающих моментов действующих на барабан

Из расчетов видно, что максимальный изгибающий момент, действующий на барабан:

M_Zmax = 20007 Н•м;

Подставив полученные значения M_Zmax и W в условие прочности (4.18) получим:

σ=≤[σ],(4.24)

Условие прочности выполняется: σ≤[σ], (2,4<25 МПа)

.1.6 Расчет барабана на жесткость

Условие жесткости для барабана:

Ε = y_max/D_ср≤[ε],

где y_max - суммарный максимальный прогиб от действующих нагрузок, м;

ε - относительный прогиб;

[ε]=1/200 - допускаемый относительный прогиб (для барабана без футеровки);

Суммарный максимальный прогиб от действующих нагрузок:

y_max=•(0,04•q₁+0,002•q₂),

где q₁ - линейная нагрузка от массы обрабатываемого материала, Н/м;

где q₂ - линейная нагрузка от массы барабана, Н/м;

E=1,36•10⁵ МПа - модуль упругости материала корпуса при рабочей температуре (t≤700⁰C);

I_x=1•s_σ³/12 - момент инерции единичного кольцевого участка барабана, м³.

q₁=g•m_M/L=9,81•1237/7,5= 1618 Н/м,

q₂=g•m_K/L=9,81•1822/7,5= 2389 Н/м,

I_x=0,01³/12=8,333•10^-8 м³,

y_max=•(0,04•1618+0,002•2389)= 0,9•10^-3 м.

Подставив полученные значения в условие жесткости (4.20) получим:

ε=y_max/D_ср= 0,9•10^-3/1,58= 0,57•10^-3,

Условие жесткости выполняется: ε≤[ε], (0,57•10^-3<5•10^-3).[9]

.1.7 Расчет бандажа барабанной печи

Для бандажа барабанной печи принимаем: число башмаков n_б=8, диаметр опорного ролика d_р=400 мм, угол между опорными роликами 2ψ=60⁰, материал бандажа и роликов - сталь 45Л (модуль упругости бандажа и опорного ролика E₁=E₂=2•10⁵ МПа, допускаемое напряжение на изгиб [σ]_из=50 МПа, допускаемое контактное напряжение [σ]_к=500 МПа).

.1.8 Определение реакций опорных роликов

Реакции опорных роликов определяются из уравнения равновесия сил

R_оп=-2Т•cos ψ,(4.21)

Где R_оп - max (R_A, R_B) - реакция опоры, Н;

Т - реакция опорного ролика, Н;

2ψ - угол между роликами.

cos ψ=cos(π-β),

следовательно

Т=, Т= 17603/2 cos 150^o=8380,6 Н.

.1.9 Определение геометрических размеров бандажа из условия его работы на изгиб и контактную прочность

Угол между башмаками

j₁=2π/n_σ=2•180⁰/8=45⁰.

Число башмаков в одном квадранте

n=(n_σ-2)/4=(8-2)/4=1,5.

Принимаем n_σ=2.

Сила, действующая на самый нижний башмак, определяется по формуле:

Q₀=4•R_оп/n_σ= 4•17603/8=8801 ≈8,8 кН.

Силы, действующие на башмаки, по формулам:

Q₁=Q₀•cos j₁= 8,8•cos 45=3,29≈ 6,16кН,₂=Q₀•cos (2j₁)= 4,66•cos 90 =0.

Расчетные углы для определения пар сил:

Q₀: Q₀: = 180⁰; sin180⁰=0; cos180⁰=-1;₁: Q₀: = 135⁰; sin135⁰= 0,7; cos180⁰=-0,7;₂: Q₀: = 90⁰; sin90⁰=1; cos90⁰=0;

β=150⁰; tg150⁰=-0,57; cos150⁰=-0,866;

Средний диаметр бандажа

D_ср = (1,14 - 1,22)• D_Н =1,2•1=1,2м,

следовательно,

R_ср= D_ср/2=1,2/2=0,6 м,

Изгибающий момент в местах приложения сил определяется по формулам:

M₀₀=-=8,8•0,6/2•3,14[1+1/cos150-(3,14-

,61) •tg150]= -0,155 кН•м,₀₁=

,16•0,6/2•3,14[1-cos135/cos150-(3,14-2,355)sin135+(3,14-2,61)cos135

•tg150]= 0,226+ кН•м,

Суммарный изгибающий момент в ключевом сечении

М₀=М₀₀+М₀₁= -0,155+0,226=0,071 кН•м.

Нормальное усилие определяется по формуле:

N₀=N₀₀+N₀₁,

N₀₀= - (Q₀/2π)[(π - β)•tgβ]= - (8,8/2 •3,14)[(3,14 - 2,61)•tg150]=0,4кН,

N₀₁= -(Q₁/π)[(π-θ₁)•sin θ₁-(π - β)•cos θ₁•tgβ]= -(6,16/3,14)[(3,14-

2,355)•sin135-

(3,14 - 2,61)•cos 135•tg150]= -0,72 кН,₀=0,4- 0,72 =-0,32 кН.

Ширина бандажа при D_Н.Б.> D_Cp.Б. (D_Н.Б. =1,3 м) определяется по формуле:

Где D_Н.Б. - наружный диаметр бандажа, м.

 м.

Принимаем конструктивно b=0,05 м.

Высота сечения бандажа определяется из условия прочности:

σ_Н=M_max/W=≤[σ]_H,

где W - момент сопротивления сечения бандажа, м³.

W=(b•h²)/6,

Где h - высота сечения бандажа, м.

Ширина опорного ролика определяется по формуле:

b_p= b+α•∆t•l₂ + (0,03+0,04),

где α-коэффициент линейного расширения материала барабана, С^-1;

α=1,86•10^-7 С^-1;

∆t - разность между температурами барабана при монтаже и в рабочем состоянии,

⁰С; ∙∆t=480 ⁰С;

l₂ - расстояние между бандажами (опорами), м.

b_p= 0,05+1,86•10^-7•480∙5 +0,04=0,11м.

Внутренний диаметр бандажа надетого на башмаки

D_В.Б.=D_Ср.Б. - h=1,3-0,06=1,24 м.

Диаметр внешней опорной поверхности башмаков

D_ОП=D_В.Б.- α•∆t•D_Ср.Б.-0,02=1,24-1,86•10^-7•480•1-0,2=1м.

.1.10 Определение размеров упорных роликов

Нагрузка на упорный ролик определяется по формуле:

A=G•sinα,

где G - сила тяжести барабана, Н;

α - угол наклона барабана к горизонтали, град.

Сила T₂, нормальная к боковой поверхности ролика определяется по формуле:

T₂=

где γ - угол при вершине конуса; принимаем γ =17⁰.

T₂=19532,2•9,81•sin2/cos(17•2)=8066

где d_уp - средний диаметр упорного ролика, м.

Окончательно принимаем d_уp=0,18 м.

Ширина упорного ролика определяется по формуле:

b_ур= (4.25)

где E₃=2•10⁵ МПа - модуль упругости материала упорного ролика;

m₃ = 204 кг - масса звездочки и ее крепления;

m_Б = 127 кг - масса бандажа.

b_ур=0.59(2•10⁵•2•10⁵(19532,2+204+2•1,27)10⁶•9,81sin2/(2•10⁵+2•10⁵)500²•

,5•1,3•sin(17•2))

Принимаем b_ур= 0,043м.

.1.11 Определение диаметра упорного регулировочного винта

В процессе регулировки на каждый из двух упорных винтов приходится усилие p¹, Н, которое определяют как полусумму горизонтальной составляющей реакции в опоре и силы трения в основании опоры

p¹=-0,5•(Тsinψ+f•Tcosψ),

где f - коэффициент трения между рамой и плитами; для стали f=0,2.

После подстановки значения реакции опоры из формулы получается

p¹=0,25•R_оп•(tg ψ+f).

При ψ=30⁰ для стали

p¹=0,2•R_оп=0,2•18,85=4 кН.

Минимальный диаметр регулировочного винта из условия прочности

d_р.в.==

где [σ]=500 МПа - допускаемое напряжение растяжения для материала винта.

Принимаем конструктивно d_р.в.=10 мм [9].

В результате проведенных расчетов была спроектирована барабанная вращающаяся печь для сульфатизации фторида натрия

Основные характеристики печи приведены в таблице 5.7.

Таблица 5.7

Основные характеристики печи

Длина барабана, м	7,5
Диаметр барабана, м	1
Толщина стенки барабана, м	0,01
Наружный диаметр бандажа, м	1,3
Внутренний диаметр бандажа, м	1,24
Высота сечения бандажа, м	0,06
Ширина бандажа, м	0,05
Диаметр опорного ролика, м	0,3
Ширина опорного ролика, м	0,09
Диаметр упорного ролика, м	0,018
Ширина упорного ролика, м	0,03

Исходя из полученных значений основных характеристик печи можно сделать вывод, что данные печи являются аппаратами непрерывного действия и предназначены для термической и термохимической обработки сыпучих материалов в химической, лесохимической, рудной и других отраслях промышленности.

.1.12 Основные составные части вращающейся установки с барабаном:

Барабан, поворотная рама с приводом вращения барабана, основание установки, устройство загрузки со шнековым питателем, устройство разгрузки, домкрат, уплотнитель, площадка обслуживания, шкаф управления.

Приводная станция состоит из электродвигателя, редуктора, подвенцовой шестерни. Зубчатый венец, связанный с приводной станцией через шестерню, служит для приведения во вращение барабана аппарата.

Устройство загрузки со шнековым питателем присоединяется к загрузочной стороне барабана и служит для подачи материала.

Разгрузочное устройство выполнено с вибратором и присоединяется к барабану со стороны выхода готового продукта.

Камеры разгрузки служат для выгрузки обрабатываемого материала, а также для отвода технологического отработанного газа.

Выводы:

В результате расчетов определены геометрические размеры барабанной вращающейся установки, расчет барабана на прочность и жесткость, а так же мощность, затрачиваемая на вращение барабана и число оборотов барабана.

5.2 Расчет форконденсатора

.2.1 Введение

Тепловые балансы. При расчете тепловых балансов необходимо знать удельные величины теплоемкости, энтальпии (теплосодержание), теплоты фазовых или химических превращений.

Удельная теплоемкость - это количество тепла, необходимого для нагревания (или охлаждения) 1 кг вещества на 1 градус (дж/кг град). Теплоемкость характеризует способность тела аккумулировать тепло. Так как теплоемкость зависит от температуры, то различают истинную теплоемкость при данной температуре с и среднюю теплоемкость в некотором интервале температур

где Q - количество тепла, сообщаемого единице количества вещества при изменении температуры от . В практике тепловых расчетов, как правило, приходится пользоваться средними теплоемкостями.

Удельная энтальпия i (если все расчеты вести от 0 С) определяется количеством тепла, которое необходимо для нагревания 1 кг вещества от 0 С до данной температуры, энтальпия i измеряется в Дж/кг, в технической системе ккал/кг.

Удельная теплота фазовых или химических превращений r - это количество тепла, которое выделяется (или поглащается) при изменении агрегатного состояния или химическом превращении единицы массы вещества. Она измеряется Дж/кг, а в технической системе ккал/кг.

«Внутренний» метод составления теплового баланса (с использование величин теплоемкостей). В непрерывно действующем теплообменнике

Если процесс теплообмена происходит, в первой среде, фазовые или химические превращения (испарения жидкости, конденсация пара, плавление, химические реакции, и т.п.), то уравнение теплового баланса имеет следующий вид:

«Внешний» метод составления теплового баланса (с использованием величин удельных энтальпий). Тепловой баланс составляется исходя из того, что количество тепла Q1, поступающего в аппарат за 1 час с входящими средами, равно количеству тепла, уходящего со средами из аппарата за то же время,

где  - энтальпии веществ, соответственно входящих в аппарат и выходящих из него.

В отличие от внутреннего метода составления теплового баланса, где рассматривается перераспределение тепла между теплообменивающимися средами в самом аппарате, в данном методе тепловой баланс составляется как бы по внешним показателям: до аппарата и после аппарат.

Из уравнения (2.5) можно определить количество тепла Q, переданного от одной среды к другой, как разность энтальпий

При наличии фазовых или химических превращений в теплообменнике количество тепла, переданного от одной среды к другой,

где - энтальпия продуктов превращения при температуре выхода из аппарата .

Кинетика теплопередачи. Различают три вида (механизма) теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Передача тепла теплопроводностью. Под теплопроводностью понимают переход тепловой энергии в среде без массовых ее движений относительно направления теплоперехода. Здесь тепло передается как энергия упругих колебаний атомов и молекул около их среднего положения. Эта энергия переходит к соседним атомам и молекулам в направлении ее уменьшения, т.е. уменьшения температуры

Коэффициент теплопроводности. Он определяет скорость передачи тепла, т.е. количество тепла, проходящего в единицу времени через единицу поверхности тела при длине его в направлении теплопередачи, равной единице и разности температур 1 град. Наибольшее значение имеют металлы - от нескольких десятков до нескольких сотен вт/(м град). Значительно меньшие коэффициенты теплопроводности имеют твердые тела - не металлы. Теплопроводность жидкостей меньше теплопроводности большинства твердых тел. Для них колеблется в пределах десятых долей вт/(м град). Коэффициенты теплопроводности еще меньше.

Безразмерные комплексы имею наименования:

 - критерий Нуссельта, включающий в себя искомую величину коэффициента теплоотдачи  (Нуссельт впервые применил теорию подобия для решения вопросов теплообмена);

 - критерий Рейнольдса, определяющий гидравлическую характеристику потока:

 - критерий Прандтля, характеризующий физические свойства среды.

Определение А, а и е производится на основе экспериментальных исследований.

Средняя разность температур. В основу расчетов требуемой поверхности теплообмена F для передачи заданного тепловым балансом количества тепла в единицу времени Q положено уравнение (2.19). В подавляющем большинстве случаев температуры сред в процессе теплопередачи будут изменяться в результате происходящего теплообмена, а следовательно, будет изменяться и разность температур  вдоль поверхности теплообмена. Поэтому рассчитывают среднюю разность температур по длине аппарата , но так как это изменение не линейно то рассчитываю логарифмическую разность температур.

; (2.21)

Это доказано математическими выкладками. При противотоке всегда требуется меньшая теплопередающая поверхность, чем при прямотоке, для передачи равного количества тепла в одинаковых условиях начальных и конечных температур сред.

В случае смешивания тока в одном ходу теплообменника среды движется противотоком, а в другом прямотоком. В этих случаях среднюю разность температур  определяют из соотношения

(2.22)

где  - средняя логарифмическая разность температур при противотоке;  - поправочный коэффициент, который всегда меньше единицы.

Кожухотрубные теплообменники. Кожухотрубный теплообменник является наиболее распространенным аппаратом в следствии компактного размещения большой теплопередающей поверхности в единице объема аппарата. Поверхность теплообмена в нем образуется пучком параллельно расположенных трубок концы которых закреплены в двух трубных досках (решетках). Трубки заключены в цилиндрический кожух, приваренный к трубным доскам или соединенный с ними фланцами. К трубным решеткам крепятся на болтах распределительные головки (днища), что позволяет легко снять их и произвести чистку трубок или в случае необходимости заменить новыми. Для подачи и отвода теплообменивающихся сред в аппарате имеются штуцера. В целях предупреждения смешения сред трубки закрепляются в решетах чаще всего развальцовкой, сваркой или реже для предупреждения термических напряжений с помощью сальников.

Преимущества проведения процессов теплообмена по принципу противотока, что обычно и выполняется в кожухотрубных теплообменных аппаратах. При этом охлаждаемую среду можно направить сверху вниз, а нагреваемую на встречу ей, или наоборот. Выбор, какую среду направить в межтрубное пространство и какую внутрь трубок, решается сопоставлением ряда условий:

-       среду с наименьшим значением следует направлять в трубки для увеличения скорости ее движения, а следовательно, и для увеличения ее коэффициента теплоотдачи;

-       внутреннюю поверхность трубок легче чистить от загрязнений, поэтому теплоноситель, который может загрязнять теплопередающую поверхность, следует направлять в трубки;

-       среду под высоким давлением целесообразно направлять в трубки, опасность разрыва которых меньше по сравнению с кожухом;

-       среду с очень высокой или наоборот с низкой температурой лучше подавать в трубки для уменьшения потерь тепла в окружающую среду.

Работу кожухотрубных теплообменников можно интенсифицировать, применяя трубы малого диаметра. Необходимо иметь в виду, что при уменьшении диаметра труб увеличивается гидравлическое сопротивление теплообменника.

Наиболее простой путь обеспечения высоких скоростей состоит в устройстве многоходовых теплообменников. Число ходов в трубном пространстве может доходить до 8-12. При этом часто не удается сохранить принцип противотока. Наличие смешанного тока буден несколько снижать движущую силу процесса теплопередачи, что соответственно снизит эффективность работы. С помощью перегородок увеличивается скорость движения той среды, у которой меньше значение коэффициента теплоотдачи. Следует иметь в виду, что в длинных, особенно в многоходовых, теплообменниках уменьшается смешение поступающей среды со всем ее количеством, находящемся в аппарате, и этим предупреждается возможное дополнительное уменьшение средней разности температур.

В кожухотрубных теплообменниках при большой разности температур между средами возникают значительные термические напряжения, особенно в момент пуска или остановки аппарата, вызванные различным удлинением трубок и кожуха под воздействием различных температур. Во избежание возникновения таких напряжений используются следующие меры:

1 Установка в корпусе аппарата линзового компрессора.

2 Установка в теплообменнике только одной трубной решетки, в которой закреплены трубки U - образной формы.

3 Устройство теплообменников с «плавающей головкой».

4 Закрепление трубок в одной из трубных решеток с помощью сальников.

5 Сальниковое соединение трубной решетки с кожухом.

Теплообменники типа «труба в трубе». Теплообменники этого типа смонтированы из труб, каждая из которых окружена трубой несколько большего диаметра. Одна среда течет по внутренней трубе, другая - по кольцевому каналу. Внутренние трубы соединены последовательно «калачами», а наружные - патрубками. При необходимости получить большую поверхность теплопередачи возможно не только последовательное, но и параллельное и комбинированное соединение таких секций с помощью коллекторов. В теплообменнике типа «труба в трубе» соответствующим подбором диаметров труб для обеих теплообменивающих сред можно назначить любую скорость, а следовательно получить соответственно высокие значения величин . Недостатком таких теплообменников является большой расход металла на единицу тепло передающей поверхности вследствие затрат на бесполезные для теплообмена внешние трубы, что приводит к значительному увеличению стоимости аппарата. Этот недостаток становится менее ощутимым, если внешние трубы изготовлены из обычной углеродистой стали, а внутренние - из дорогостоящего материала в условиях агрессивных сред. Теплообменники типа «труба в трубе» особенно широко применяются тогда, когда среды подаются под высоким давлением (десятков и сотен атмосфер) [1].

5.2.2 Материальный и тепловой расчет

Таблица 5.8

Расход газов поступающих в аппарат

	Расход,кг/ч	%	С0р, ДЖ/моль•к
HF	96,78	87.3	29,14
SiF4	3,97	3,6	27
H2O	1.75	1,57	75,34
H2SO4	1.25	1.13	138,9
воздух	7,1	6,41	29,1
итого	110,85	100

Температура газа на входе равна 55⁰C = 328⁰К.

Температура газа на выходе равна 25⁰C = 298⁰К.

Температура воды на входе равна 21⁰C = 294⁰К.

Температура воды на выходе равна 23⁰C = 296⁰К.

.2.3 Определение движущей силы процесса теплопередачи

Рис 5. Температурная диаграмма

Так как отношение Δt_б/Δt_м = 32/4 = 8,0 >2, то

5.2.4 Определение средних температур теплоносителей

T_rcp =t_cp + t_x.c.p.

T_xcp = t_г.cp - t_ср.

t_г =t_г.н - t_гк = 55-25 = 30

t_x = t_x.k - t_x.н = 23-21= 2

t_xcp =

.

.2.5 Тепловой расчет

Уравнение теплового баланса:

Посчитаем количество тепла, которое необходимо отводить по уравнению:

Рассчитаем энтальпию газа:

Энтальпия смеси газов рассчитывается по уравнению:

где  это энтальпии индивидуальных веществ;

 массовые доли компонентов в смеси.

Также рассчитываем  для начальной температуры, T= 328K.

.

Найдем расход холодной воды по уравнению:

По тепловому балансу правая часть уравнения равна левой, следует, что Q = 4918,2 и можно выразить :

Приход тепла:

.   С горячим теплоносителем:

.   С холодным теплоносителем:

•

Расход тепла:

. С горячим теплоносителем:

. С холодным теплоносителем:

Таблица 5.9

Тепловой баланс

Статья прихода, кДж/ч	Статья расхода, кДж/ч
1. С горячим теплоносителем. Q1=52287,62	1. С горячим теплоносителем. Q3 = 47369,46
2. С холодным теплоносителем. Q2 =701267,7	2. С холодным теплоносителем. Q4 = 706038,26 Тепловые потери. Qпот.=147,6
Итого: 753555,3

5.2.3 Конструктивный расчет

Форконденсатор выбираем типа «труба в трубе». Расчет его сводится копрделению необходимой поверхности теплообмена и его геометрических размеров.

Выбираем размеры труб форконденсатора:

·  внутренняя труба 38х3,5

·        наружная труба 57х4.

Площадь поперечного сечения внутренней трубы равняется:

Площадь поперечного сечения межтрубного пространства:

Эквивалентный диаметр межтрубного пространства:

где п - полный периметр поперечного сечения потока, м.

Скорость движения воды в межтрубном пространстве:

.

Для расчетов критериев подобия, входящих в уравнение конвективной теплоотдачи выбираем параметры физических свойств воды при температуре 20:

·  плотность ρ, . 998;

·        теплоемкость с,  4,19;

·        теплопроводность λ,  0,599;

·        динамическая вязкость μ, Па•с 10^-3.

Для охлаждающей воды протекающей в межтрубном пространстве теплообменника рассчитываем величины критериев.

При 2300<Re<10000 для нахождения критерия Нуссельта используем формулу:

Так как , то

Коэффициент теплоотдачи от стенки к охлажденной воде равен:

Вт/м²•к.

Рассчитываем величину коэффициента теплоотдачи от охлажденного газа к стенке внутренней трубы:

Из материального расчета через форконденсатор проходит реакционный газ в количестве 110,85 кг/ч, в том числе фтористого водорода 96,78 кг/ч, четырехфтористого кремния 2,97 кг/ч паров воды 1,75 кг/ч, серной кислоты 1,25 кг/ч, воздуха 7,1 кг/ч.

Объемный расход газа при нормальных условиях составляет:

м³/с.

(С учетом фактора ассоциации фтористого водорода 3,1 при средней температуре газа  ) или равна 0,012 м/с.

Линейная скорость газа в трубе:

Плотность газа равна:

.

Параметры других физических величин, входящих в критерии подобия принимаем как для фтористого водорода при температуре 40⁰C.

Теплоемкость

С_г=29,1 кДж/моль•к = 1455Дж/кг•к;

Теплопроводность

λ_г = 278•10^-4 Дж/м•с•к;

Вязкость газа

μ_г = 1014•10^-5 Па•с.

Рассчитаем величины критериев Рейнольдса и Прандля для газов потока:

.

При значении критерия Рейнольдса >10000 критерий Нусельта рассчитываем по уравнению:

Значение коэффициента ε₁ выбираем из таблицы в зависимости от отношения длины трубы к ее диаметру.

Для данного случая

 и ε₁=1.

Коэффициент теплоотдачи от газа к стенке.

Рассчитываем величину коэффициента теплоотдачи от газа к охлаждающей воде с учетом термического сопротивления стенки:

Необходимую величину поверхности теплообмена рассчитываем по формуле:

Для этого предварительно рассчитываем среднюю разность температур в форконденсаторе.

Наибольшая разность температур.

Из материального расчета при охлаждении газа до температуры 25⁰C требуется отводить тепла 4770,67 кДж/ч или 1325 Дж/сек.

Поверхность теплообмена равна:

Необходимая длина труб диаметром 0,038 мм.

При такой длине труб выбираем двухходовый фторконденсатор длиной каждый секции 3 м [9].

5.3 Расчет абсорбционной колонны

.3.1 Введение

Абсорбцией называют процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте, либо в результате его химического взаимодействия с абсорбентом. В первом случае процесс называют физической абсорбцией, а во втором случае - хемосорбцией. Возможно также сочетание обоих механизмов процесса.

В промышленности абсорбция широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов, для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей, для санитарной очистки газов и т.д.

При переходе из газовой фазы в жидкую, энергия молекул распределяемого компонента уменьшается. Поэтому процесс абсорбции сопровождается выделением тепла и повышением температуры системы. Кроме того, объем системы в процессе абсорбции уменьшается за счет уменьшения объема газовой фазы. Следовательно, согласно принципу Ле-Шателье, растворимость газа в жидкости увеличивается при повышении давления и уменьшении температуры процесса. Статика процесса абсорбции описывается уравнением Генри, а кинетика - основными уравнениями массопередачи.

При абсорбции процесс массопередачи протекает на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. По способу образования этой поверхности абсорбционные аппараты можно разделить на поверхностные, барботажные и распыливающие.

В абсорберах поверхностного типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало жидкости или поверхность стекающей пленки.

Насадочные колонны представляют собой колонны, загруженные насадкой - твердыми телами различной формы; при наличии насадки увеличивается поверхности соприкосновения газа и жидкости.

Эффективность работы насадочного абсорбера во многом зависит не только от гидродинамического режима, но и от типа выбранной насадки. Разнообразие применяемых насадок объясняется множеством предъявляемых к ним требований: большая удельная поверхность и свободный объем, малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, равномерное распределение абсорбента, хорошая смачиваемость, коррозионная стойкость, малая насыпная плотность и низкая стоимость.

В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачкаовыми, ситчатыми или провальными тарелками. Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в наса-дочных колоннах) газ и жидкость последовательно соприкасаются на отдельных ступенях (тарелках) аппарата

В распыливающих абсорберах поверхность соприкосновения создается путем распыления жидкости в массе газа на мелкие капли. Такие абсорберы изготовляются обычно в виде колонн, в которых распыление жидкости производится сверху, а газ движется снизу вверх [12].

барабанный установка фтористый алюминий

5.3.2 Данные для расчета

Назначение колонны - улавливание фтористого водорода из газов, отходящих со стадии конденсации технического фтористого водорода.

Таблица 6.1

Общее количество на входе в аппарат

вещество	Расход, кг/ч	%
HF	7,82	47,39
SiF4	3,9	23,6
воздух	4,78	28,9
итого	16,5	100

5.3.3 Материальный расчет абсорбционной колонны

Насыщенность серной кислоты фтороводородом равна 87%.

Поэтому количество поглощенного фтороводорода равна:

,82•0,87=6,8 кг/ч.

,82-6,8=1,01 кг/ч.

Расход газа на выходе будет равен:

SiF₄ и воздуха не поглощается серной кислотой, поэтому их расход будет такой же, как приход.

Расход фтооводорода равен общему количеству прихода HF без поглощенного фтороводорода:

,82-6,8=1,01 кг/ч.

Состав серной кислоты: H2SO4 - 93%; H₂O - 7%.

Количество серной кислоты 10,45 кг/ч;

Количество H₂O 0,78 кг/ч.

Расход насыщенного абсорбента:

,45+0,78+6,81=18 кг/ч.

Таблица 6.2

Материальный баланс

Приход, кг/ч	%	Расход, кг/ч	%
HF 7,82	28,23	HF 1,01	3,64
SiF4 3,9	14	SiF4 3,9	14
Воздух 4,78	17,25	Воздух 4,78	17,2
H2SO4 10,45	37,7	H2SO4(нас.HF) 17,29	62,4
H2O 0,78	2,81	H2O 0,78	2,81
Итого: 27,7	100	Итого: 27,7	100

5.3.4 Определение движущей силы и конструктивный расчет абсорбера

С тем, чтобы рассчитать абсорбционную колонну необходимо рассчитать диаграмму равновесного состояния абсорбции в реальных температурах и по ней определить число единиц переноса.

Орошаемая серная кислота поступает в абсорбционную колонну из рассольного холодильника при температуре близкой к 0⁰C. Принимаем, что при смешении кислоты и газа в колонне температура выравнивается на уровне, близком к -5⁰C.

При этом температуре упругость насыщенного пара фтористого водорода над насыщенным абсорбентом равна произведению упругости пара чистого фтористого водорода и мольной доли в жидкости. То есть.

Парциальное давление фтористого водорода в газе на входе в колонну составляет:

Следовательно, движущая сила абсорбции на входе в колонну равна:

Рассчитаем парциальное давление фтороводорода в газе на выходе из колонны.

Масса газа на выходе 9,7 кг/ч в том числе фтороводорода 1,01 кг/ч. В пересчете на объем при нормальных условиях, с учетом фактора ассоциации фтористого водорода 3,83 объем газа на выходе составляет:

или 0,0013388  м^3/с  в том числе 0,29  м^3/ч  фтористого водорода.

Мольная доля фтористого водорода в газе на выходе из колонны равна 0,060 или 6% объемных и его парциальное давление равно.

Отсюда следует, что движущая сила абсорбции на выходе газа из колонны относительно купоросного масла, не содержащего фтористого водорода равна

Средняя движущая сила абсорбции по всей колонне будет равна:

Число единиц переноса рассчитываем по уравнению:

5.3.5 Конструктивный расчет абсорбера

Диаметр абсорбционной колонны рассчитываем из среднего расхода газа с учетом скорости движения его в колонне. Как указывалось выше расход газа на входе в колонну составляет 0,0019 м³/с, а на выходе 0,0013м³/с. Средний расход газа равен

Скорость движение газа в колонне выбираем из следующих соображений. Пределом устойчивой работы насадочных абсорбционных колонн является скорость газа, соответствующая точке захлебывания W_з, которая определяется следующим образом.

Для дальнейшего расчета возьмем физические величины:

α - удельная поверхность насадки, м²/м³;- ускорение свободного падения, м/сек²;

F_св - свободное сечение насадки, м²/м²;

μ_ж - вязкость купоросного масла: 3•10^-3, Па•с;

L’ и G’ - расходы жидкости и газа, кг/сек;

A=0,079 - для систем жидкость-газ;

ρ_ж - плотность купоросного масла, 1,77 г/см³.

Плотность газа равна 2,4 кг/м³= .

Найдем , далее по графику определяем k₁=0,34

По таблице значение комплекса  с насадкой из колец Рашига.

Вследствие чего .

Найденные значения подставляем в уравнение.

Расчет по данному уравнению показал, что для нашей системы ω_з=0,55 м/сек. Чтобы уйти от режимов захлебывания и подвисания жидкости и обеспечить работу колонны в пленочном режиме, при котором наименьшее гидровлическое сопротивление колонны, принимаем фиктивную скорость газа равной 0,24 м/с.

Тогда поперечное сечение колонны составит:, а диаметр равен:

Таким образом, диаметр абсорбционной колонны принимаем равный 0,1 м.

Рабочую высоту аппарата (высоту слоя насадки) рассчитываем по уравнению: H=n•h.

H- рабочая высота аппарата, м;

n -число единиц переноса;

h - высота единицы переноса (ВЕП), м.

h₁ - ВЕП для газовой фазы;

h₂- ВЕП для жидкой фазы;

k - Тангенс угла наклона равновесной линии в координатах y=f(x)

Для нашего случая

 - отношение между массами жидкой и газовой фазами.

При плотности орошения насадки 7м³/м²•час = 0,0019 7м³/м²•сек;

Рассчитываем ВЕП для газовой фазы по уравнению:

где, ε - свободный объем насадки;

ψ - коэффициент смачиваемости насадки;- удельная поверхность насадки;

Re_г - критерий Рейнольдса для газа;

Pr -критерий Прандтля для газа.

Для насадки из колец Рашига ε = 0,785; ψ=1; f = 90 м²/м³;α = 8,13

;

Где ω_г - массовая скорость газа отнесенная к полному сечению аппарата, кг/м²•сек;

μ - динамическая вязкость газа, Па•с;

;

Где D -коэффициент диффузии, м²/сек.

Величину коэффициента диффузии газа рассчитываем по уравнению:

,

Где V_A и V_B - молекулярные объемы газов;

M_A иM_B - молекулярные массы газов;

Т - абсолютная температура, к;

Р - абсолютное давление;

Т = -5+273=268 к Р= 1 атм.

м²/сек.

где 3,83 коэффициент ассоциации HF при -5⁰C.

Рассчитываем ВЕП для жидкой фазы.

,

где Re_ж и Pr_ж - критерий Re иPr для жидкости;

δ - приведенная толщина пленки, которая рассчитывается по уравнению:

, где

μ - вязкость жидкости, для серной кислоты

,

где ω_ж - массовая скорость жидкости отнесенная к полному сечению аппарата.

При плотности орошения насадки

м³/м²•ч=0,0019 7м³/м²•сек.

ω_{ж = 0,0019•1500=2,9 кг/м}²•с.

При температуре -5⁰C величина критерия Прандтля равна: Pr_ж = 190

Отсюда ВЕП для жидкой фазы:

Общая высота единицы переноса равна:

общая высота слоя насадки в виде колец Рашига 50х50х5 мм в абсорбционной колонне:

H=n•h=2,5•0,45=1,13

Примем высоту равной 1,5 м.

Итак, основные размеры колонны:

Внешний диаметр 0,100 м;

Высота насадки 1,5 м.

Рассчитываем число оборотов абсорбционной кислоты через колонну для обеспечения плотности орошения насадки равной 7м³/м²•ч. На абсорбцию в колонну подается 11,23 кг/ч купоросного масла, а отводится 18 кг насыщенного абсорбента.

Средний расход поглощающей кислоты равен

При плотности орошения 7м³/м²•ч количество поглощающей кислоты должно составлять 7м³/м²•ч•0,006 м³•1500кгм^{3=63 кг/ч.}

Следовательно, абсорбционная кислота в течении одного часа должна сделать через колонну 63/14,6=4,3 оборота.

6. Схема контроля и автоматизации процесса

.1 Описание технологической схемы переработки отходов алюминиевого производства

Перерабатываемым продуктом является фтористый натрий. Целью его переработки является извлечение ценного компонента фтороводорода.

Из бункера А101 и емкости А102 поступают фтористый натрий и серная кислота соответственно в установку сульфатизации А104. В результате химической реакции на выходе газообразный продукт фтороводород с примесями и, избыток серной кислоты и сульфат натрия. Далее газ идет на очистку в колонну А110 - это круглая в сечении башня. Фтороводород очищенный от пыли, основной части серной кислоты и воды поступает на стадию форконденсации А112, где идет охлаждение газа до температуры 25⁰C. Далее идет стадия конденсации фтороводорода в конденсаторе А113 при температуре -10⁰C, а не конденсировавшийся четырехфтористый кремний с частью фтороводорода идёт на улавливание фтороводорода в абсорбере А116 серной кислотой. Готовый продукт на выходе из конденсатора поступает в промежуточный сборник А114.

.2 Описание функциональной схемы автоматизации

Для измерения уровня бункере исходного сырья А101 и ёмкостях А102, А108, А114, А115, установлены уровнемеры соответственно (позиции 1-1, 2-1, 7-1, 12-1, 15-1). Расход исходного сырья регулируется вентилями (позиции 1-8, 2-8) входящих в контур регулирования 1-1÷1-8 и 2-1÷2-8. В форконденсаторе А112 и конденсаторе А113 установлен датчик для измерения температуры (позиция 10-1 и 11-1 соответственно)

6.3 Перечни технологических параметров подлежащих контролю, регулированию и сигнализации

Параметры, подлежащие контролю:

·  уровни веществ в бункерах А101, А102, А108, А114, А115 (позиции 1-1, 2-1, 7-1, 12-1, 15-1);

·        температура форконденсатора и конденсатора, А112 и А113 (поз. 10-1, 11-1 );

Контролю подлежат, прежде всего, те параметры, знание которых облегчает пуск, наладку и нормальное ведение технологического процесса. К таким параметрам относятся все регулируемые величины, нерегулируемые внутренние параметры, входные и выходные параметры, при изменении которых в объект могут поступать возмущающие воздействия.

Для того чтобы обеспечить заданное протекание процесса необходимо контролировать и поддерживать технологические параметры.

Параметры, подлежащие сигнализации:

)   нижний уровень исходных веществ и уровень в приемных бункерах А101, А102, А108, А114, А115, (поз. 1-1, 2-1,7-1,12-1,15-1);

2)      температура форконденсаторе А112 и конденсаторе А113 (позиции 10-1 и 11-1)

сигнализации подлежат все параметры, изменения которых могут привести к аварии, несчастным случаям или серьёзному нарушению технологического режима. Основным назначением устройств сигнализации является оповещение обслуживающего персонала о нарушениях технологического процесса.

Параметры, подлежащие регулированию:

Расход серной кислоты в абсорбер А116 ( позиции 14-7).

6.4 Выбор датчиков

Для получения информации о состоянии объекта и условиях работы служат устройства контроля (контрольно-измерительные приборы). Они могут быть выполнены либо в виде отдельных приборов, предназначенных для визуального контроля параметров процесса, либо являться составной частью устройств регулирования, сигнализации и защиты. Контрольно-измерительные приборы устанавливают непосредственно у технологических аппаратов (местный контроль) или на центральных щитах управления (дистанционный контроль).

В нашей функциональной схеме используются следующие контрольно-измерительные приборы:

)   Датчик измерения температуры - термостат марки NTC TMF:

Основные технические данные:

Пределы измеряемой температуры……………………-20….+40⁰С

Погрешность………………………………………………..0,5%.

Выходной сигнал………………………………………… 4-20мА

Позиция: 10-1, 11-1.

)   Измеритель-сигнализатор уровня ИСУ 100И предназначен для непрерывного измерения уровня различных жидких и сыпучих сред контроля заданных предельных уровней в резервуарах, в емкостях.

Основные функции - преобразование входного непрерывного частотного сигнала датчика уровня в выходные сигналы. Отображение результатов измерений на цифровом индикаторе в относительных единицах измерения. Формирование выходного релейного сигнала и световой сигнализации для каждой из двух независимых предельных уставок, задаваемых потребителем.

Основные технические данные:

Пределы допускаемой основной погрешности …………..± 1 %.

Выходной сигнал…………………………………………4-20 мА.

Позиция: 1-1, 2-1, 9-1, 12-1,15-1.

.5 Автоматизация процесса с использованием ЭВМ

Система автоматизации химических производств обычно выполняют трехуровневыми. На нижнем уровне системы находятся датчики, приборы и исполнительные устройства: термопары, нормирующий преобразователь. Исходные, т.е. физические величины параметров технологического процесса, через соответствующие преобразователи и устройства связи с объектами отображаются местными приборами, преобразуются в электрические сигналы и поступают на программируемые контроллеры - устройства среднего уровня системы. Для этого контроллеры имеют определённый набор каналов аналогового и дискретного ввода/вывода, на которые поступают сигналы с местных щитов автоматизации.

Далее на основе параметров, измеренных устройствами нижнего уровня системы, контроллерами формируются необходимые управляющие воздействия, которые через соответствующие преобразователи и устройства сопряжения поступают на исполнительные механизмы.

Контроллеры (блоки регулирования) размещены по месту в специальных шкафах и имеют информационные каналы связи, как с управляющим компьютером, так и между собой. Получаемые контроллерами данные передаются на управляющий компьютер, т.е. на верхний уровень системы.

В системе предусматривается возможность как автоматического регулирования, с помощью регуляторов, реализующих определенный закон управления, так и возможность регулировать технологический процесс вручную.

Режим прямого цифрового управления используется для управления исполнительными механизмами и электродвигателями (позиции 1-7, 2-7, 3-1, 4-1, 8-1, 9-1, 16-1, 17-1, 18-1, 19-1).

На верхнем уровне системы организуется компьютерная сеть, которая позволяет отображать технологический процесс и осуществлять с их помощью оперативное управление процессом. Диспетчер наблюдает работу производства на мониторах, установленных на его рабочем месте. На экран выводится информация о ходе процесса спекания и температурном режиме. В случае возникновения отклонений в работе или аварийных ситуаций компьютер выдаёт соответствующий визуальный сигнал оператору, который принимает соответствующее решение.

При реализации режима ПЦУ на ЭВМ обычно организуют автоматизированные рабочие места операторов, обеспечивающие отображение и регистрацию технологической информации и прием команд оператора (т.е. человеко-машинный интерфейс). Функции программно-логического управления, технологических и противоаварийных блокировок, а также аналогового локального регулирования выполняют микропроцессорные контроллеры.

Автоматизированные рабочие места операторов содержат специальные средства отображения информации: мониторы ЭВМ, плазменные и жидкокристаллические экраны большой площади для отображения мнемосхем и цифробуквенной информации, печатающие устройства, а также клавиатур и специальных манипуляторов для ввода команд оператора и управления устройствами отображения.

Функции и режимы работы АСУ ТП реализуются техническим, программным и другими видами обеспечений. Техническое обеспечение образовано чувствительными элементами, преобразователями, вычислительной техникой, вторичными КИП и автоматическими регуляторами, исполнительными механизмами и т.д.

Программное обеспечение состоит из специальных программ, обеспечивающих сбор, обработку, отображение, регистрацию технологической информации, а также выработку управляющих воздействий. В настоящее время для этой цели разработаны специальные пакеты программ, называемые SCADA-системами.

В данной схеме автоматизации используется ЭВМ, которая работает в двух режимах: режиме прямого цифрового управления (ПЦУ), когда регулирующее воздействие, вырабатывающееся ЭВМ, подается непосредственно на исполнительный механизм; режиме советчика оператора, когда на экран монитора выводится рекомендация, что надо изменить тот или иной параметр.

Задание температуры в контурах 10-1 и 11-1 задается оператором. Показание приборов выводится на ЭВМ. Во всех остальных контурах ЭВМ используется в информационном режиме.

Данная система автоматизации обеспечивает надёжное управление и контроль производства и облегчает труд обслуживающего персонала.

.6 Действия оператора

Действия оператора при пуске технологического процесса:

Оператор включает тумблер питания установки сульфатизации, затем тумблер питания шнека загрузки фтористого натрия а также подачу серной кислоты. Далее выставляется расход серной кислоты в абсорбер, затем производится пуск двигателей смесителя, шнека для подачи соды для нейтрализации побочного продукта и насосов.

Действия оператора при нормальном режиме технологического процесса:

Оператор должен осуществлять контроль за расходом серной кислоты в абсорбер, температуру конденсатора и форконденсатора, а также контролировать поступление реагентов и расход исходного сырья.

Действия оператора при остановке технологического процесса:

Первым делом оператор последовательно отключает подачу раствора и реагентов. Далее последовательное отключение двигателей установки сульфатизации и смесителя. Последнюю очередь отключается шнеки подачи сырья, кальцинированной соды и насосы [15].

Вывод: в результате анализа технологического процесса разработана функциональная схема процесса получения фтороводорода из отходов алюминиевого производства, на основе которой были подобраны необходимые приборы для контроля и поддержания технологических параметров на заданном уровне.

7. Охрана труда и техника безопасности

.1 Введение

Охрана труда (ОТ) в России рассматривалась как одно из важнейших социально-экономических, санитарно-гигиенических и экологических мероприятий, направленных на обеспечение безопасных и здоровых условий труда.

Основными законодательными документами, лежащими в основе трудового законодательства и ОТ, являются:

Конституция РФ (ст. 7 п 2 «В РФ охраняется труд и здоровье людей…», ст. 37 п.3. «Каждый человек имеет право на безопасный труд…», ст.181 «Об основах охраны труда в Российской федерации»).

Трудовой кодекс РФ, в котром говорится о том, что государство заботится об улучшении условий и охране труда на предприятиях. Каждый работник имеет право на условия, отвечающие требованиям безопасности и гигиены, а администрация обязана внедрять современные средства безопасности, предупреждающие возникновение профессиональных заболеваний рабочих и служащих.

При проектирование цеха следует учесть следующие характеристики опасностей имеющих место на производстве фтористого водорода:

опасность поражения химически агрессивными веществами;

- опасность поражения, электрическим током;- взрыво- и пожароопасность;- возможность получения механических травм.

.2 Опасность поражения химически агрессивными веществами

В цехе следует особо отметить следующее фторсодержащее вещество: фтороводород, четырехфтористый кремний, фторид натрия.

При гидролизе во влажном воздухе все они оказывают более или менеесильное раздражающеевоздействие на дыхательные пути.

Фтороводород - токсичное вещество при взаимодействии с влагой воздуха образует плавиковую кислоту, разъедающий яд, поражающий слизистые оболочки глаз, рта, гортани, бронхов, легких, желудка, а так же кожу. Всасываясь через слизистые оболочки, он вызывает токсическое давление за счет фтор-иона. Попадание его на кожу вызывает химические ожоги, долго не заживаемые язвы. При попадание в организм отмечаются явления острого отравления. ПДК HF в воздухе - 0,005мг/м³(1 класс)^.

SiF₄ - также токсическое вещество при взаимодействии с влагой воздуха образует H₂SiF₆, паражающий слизистые оболочки, глаз рта гортани, бронхов, легких желудка а также кожу. ПДК SiF₄ в воздухе - 0,2 мг/м³ ( 2 класс).

.3 Меры предупреждения

Во избежание воздействия агрессивных химических веществ на человека применяются меры по коллективной и индивидуальной защите работающих.

К коллективной безопасности относится:

- применять только цельные трубы из стойкого металла;

- полная герметизация оборудования;

окрашивать емкости и коммуникации в определенный цвет;

- изолированное хранение емкостей под давлением;

- эффективная вентиляция и ежедневная проверка ее работы;

полная автоматизация и механизация технологического процесса;

- постоянный контроль состава воздуха на присутствие в нем фторидов;

четкое ведение технологического процесса и возможное отключение всех аппаратов в случае нарушений приводящих к загрязнению воздуха и нарушению технологического процесса;

обязательное наличие в рабочем помещение аптечки: противоожоговой мази, раствора аммиака, борной кислоты, питьевой соды и других средств обеззараживания и нейтрализации вредного воздействия токсических и агрессивных веществ.

К индивидуальной безопасности относится обязательное наличие индивидуальных средств защиты, т.е. полногокомплекта спецодежды, резиновых перчаток, защитных очков, противогазов марки ПШ-2 и др.

.4 Опасность поражения электрическим током

Электробезопасность - система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Проходя через организм, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое действия, поэтому электробезопасность в промышленности играет не менее важную роль. Вероятность смерти при поражении электрическим током выше, чем при других видах травматизма.

Основными источниками поражения электрическим током являются:

- оголенная электропроводка;

рубильники, пускатели, предохранители;

- автоматы включения и выключения;

незаземленные и незащищенные провода;

корпуса электродвигателей.

Основными видами опасности связанными с электрическим током являются:

- опасность напряжения прикосновением;

опасность шагового напряжения;

- опасность пробоя воздушного промежутка;

- опасность токов перегрузки;

опасность токов короткого замыкания.

Поражающими факторами электрического тока являются:

- напряжение от 43 В;

- сила тока свыше 10 мА;

продолжительность воздействия;

путь электрического тока;

сопротивление тела человека;

среда.

Для защиты людей от поражения электрическим током в условиях производства применяют следующие меры:

- применение токов безопасного напряжения;

изоляция токоведущих частей и приводов;

механические ограждения источников поражения;

- защитные заземления;

- блокирующие устройства;

защитные средства (перчатки, боты);

предупреждающие плакаты.

Все работающие должны быть обучены способам оказания первой помощи. При оказании первой помощи необходимо удалить пострадавшего от токоведущего предмета, и в свою очередь защитить себя от поражения. При легких поражениях следует вынести человека на свежий воздух, расстегнуть одежду, привести в сознание, вызвать врача. При более тяжелых поражениях провести искусственное дыхание и непрямой массаж сердца.

.5 Взрыво- и пожароопасность

Цех переработки фтористого натрия относится к помещениям класса А, т.к в результате реакции сульфатизации выделяется фтороводород, существует взрывоопасность его при взаимодействии с огнем или искрой, поэтому электрооборудование в отделении применяется в обычном исполнении с повышенной герметичностью. Так как все оборудование сделано из стали X18Н10Т, ЭИ825, материалов, способных гореть, то отделение переработки фтористого натрия относится к зданиям I категории. Во избежание возникновения пожара необходимо соблюдать следующие правила:

- запрещается пользоваться органическими смазочными материалами;

соблюдать герметичность аппаратов, не допускать смешения газовой смеси с парами воды;

не допускать перегрузок токоведущих частей;

не загромождать помещение и проходы к аппаратам постороннимоборудованием и материалами, способными гореть;

курить только в специально отведенных местах;

- обеспечить наличие в помещениях средств пожаротушения: углекислотные огнетушители ОУ-2, ОУ-5; порошковые огнетушители ОПС-6, ОПС-10, асбестовое полотно.

Мероприятия по предотвращению возникновения пожаров и взрывов зависит от быстрых и слаженных действий персонала.

В случае возникновения пожара необходимо немедленно эвакуировать весь рабочий персонал из цеха и сообщить пожарной команде. Немедленно отключить подачу газовой смеси, отключить ток, удалить находящиеся вблизи огня горючие и огнеопасные материалы, охладить место возгорания струей из огнетушителя. Необходимо предусмотреть автоматическое отключение системы по аварийному режиму.

Меры противопожарной безопасности:

исключения применения пожаро- и взрывоопасных веществ, либо снижение их доли;

автоматизация и механизация процесса, своевременный контроль технологической аппаратуры;

строгое соблюдение технологического режима;

использование электрооборудования в закрытом исполнении;

административно-режимные мероприятия (запрещение открытого огня);

установка звуковой и световой сигнализации;

установка на пожароопасных участках средств пожаротушения;

обучение персонала действиям в условиях пожара.

.6 Производственная санитария

Производственная санитария представляет собой систему организационных, гигиенических и санитарно-технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие на работающих вредных производственных факторов.

В химической промышленности на работающих могут оказывать вредное влияние различные физические факторы производственной среды: метеорологические условия, шум, вибрация, недостаточное и плохое качество производственного освещения и др.

.7 Метеорологические условия, вентиляция и отопление

Метеорологические условия производственной среды складываются из температуры воздуха, его влажности и скорости движения, а также излучений от нагретых предметов. Метеорологические условия оказывают большое влияние на здоровье, самочувствие и работоспособность человека.

Большие скорости движения воздушных потоков создают сквозняки, неблагоприятно действующие на организм человека при высоких, и особенно, при низких температурах.

Для выполнения работ средней тяжести, которые ведутся в данном отделении, оптимальными являются следующие условия:

1. температура воздуха в холодное время года 16-18°С и 20-23°С в теплое время года;

2. относительная влажность воздуха в течение года 40-60%;

3. скорость движения воздуха в течение года 0,3 м/с. Так как на одного работающего приходится более 20 м³ помещения, то необходимо установить приточную вентиляцию. Удаляя из производственного помещения нагретый воздух и одновременно подавая свежий, более прохладный, вентиляционные устройства поддерживают необходимые температурные условия. Кратность воздуха 5 час^-1.

.8 Шум и вибрация

Шум и вибрация являются результатом колебания тел, передаваемого непосредственно или на расстояние другим объектам. Шум и вибрация различаются частотой колебаний в секунду. Вибрация вызывает так называемую вибрационную болезнь и особенно неблагоприятно действует на женский организм. Кроме того, вибрация приводит к преждевременному износу деталей, механизмов, может вызвать аварию, вредно действует на сердечно-сосудистую и нервную системы организма, вызывает снижение слуха и даже стойкую глухоту, является причиной снижения работоспособности, ослабления памяти, внимания, остроты зрения, что увеличивает возможность травматизма.

В химической промышленности проявления шума и вибрации встречаются нередко. В цехе переработки фтористого натрия источниками шума являются: установка сульфатизации, насосы и система вентиляции сила звука которых не превышает 70 ДБ.

Мероприятия по борьбе с шумом и вибрацией во многом сходны между собой. Прежде всего, стремятся устранить или уменьшить шум в источнике его образования. Например, насосы устанавливать на нижних этажах здания, в специальных углублениях и нишах.

При конструировании машин и оборудования там, где это возможно, заменяют возвратно-поступательное движение на вращательное, применяют лучшие кинематические схемы с более равномерным ходом, ослабляют звучание ударных частей путем уменьшения размаха колебаний и ограничения размеров поверхностей, соударяющихся деталей, уравновешивают движущиеся части. Вместо металлических деталей все шире применяются бесшумные пластмассовые.

В тех случаях, когда меры по уменьшению шума в источнике его образования исчерпаны, применяют меры снижения шума по пути его распространения. Агрегаты с повышенным уровнем шума и вибрации стараются размещать в отдельных изолированных помещениях. Стены покрывают звукопоглощающими материалами (акустической штукатуркой, перфорированными панелями, стекловолокном и др.). Фундаменты для шумящих машин устанавливают независимо от фундамента здания и от полов, изолируют со всех сторон воздушным промежутком (акустические швы) или заполняют свободное пространство материалом, поглощающим вибрацию (пробка, войлок, шлак и др.).

Если не удается добиться снижения шума до допустимого уровня, то применяют средства индивидуальной защиты. Их делят на три группы: наушники, вкладыши и шлемы. Наушники бывают двух типов: независимые и встроенные в головной убор. В наушниках типа ВЦНИИОТ-2М используют в качестве защитного материала ультратонкую стекловату и тонкие трубки, наполненные глицерином. Они могут снижать шум на 20 - 40 дБ. Вкладыши - это затычки, забиваемые в ушные раковины. Шлем закрывает часть головы и уши.

.9 Производственное освещение

Работа аппаратчика заключается в непрерывном наблюдение за показаниями контрольно-измерительных приборов, за механизмами и аппаратурой, запорными устройствами, трубопроводами, что неосуществимо без правильного освещения. Поэтому в помещениях с постоянным пребыванием людей должно применяться естественное освещение (в светлое время суток), которое создается через оконные и другие остекленные проемы, а также через световые фонари, расположенные на крыше здания. Искусственное освещение создается светильниками и может быть: общее, предназначенное для освещения всего рабочего помещения, местное, освещающее только рабочее место, и комбинированное, состоящее одновременно из общего и местного освещения.

Естественное освещение какой-либо точки помещения характеризуется коэффициентом естественной освещенности (КЕО), буквенное обозначение определяется по формуле:

,%

где  - естественная освещенность, создаваемая в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба;  - наружная горизонтальная освещенность, создаваемая светом полностью открытого небосвода.

За единицу освещенности принимается люкс (лк). Степень освещенности меняется в очень широких пределах, однако глаз человека обладает громадной способностью приспосабливаться (адаптироваться) к переменам освещенности, и человек в известных пределах хорошо видит и при большой и при малой освещенности.

Использовать только местное освещение не разрешается. Это вызвано тем, что резкая неравномерность освещенности на рабочем месте и в помещении снижает работоспособность зрения и вызывает его утомление.

Чтобы создать необходимые благоприятные условия для работы, степень освещенности в производственных помещениях нормируется. В зависимости от условий труда санитарные нормы определяют освещенность на рабочем месте в пределах от 500 до 50 лк. При общем наблюдении за ходом производственного процесса, если требуется постоянное наблюдение, освещенность установлена не менее 75 лк, а при периодическом наблюдении - не менее 50 лк.

В цехе устраивается аварийное освещение на тот случай, если внезапно прекратится действие основного рабочего освещения.

Искусственное освещение является комбинированным (к общему освещению добавляется местное освещение рабочих мест). Используют люминесцентные светильники типа ОДА, ПВЛ - 1. Число светильников для цеха определяется по формуле:

,

где Е - нормированная освещенность, Е = 250 лк;

S - площадь помещения, S = 500 м²;

Z - поправочный коэффициент, Z = 1,2;

F - световой поток одной лампы, ЛД 40 F = 2130 лм;

U - коэффициент использования, U = 0,55;

m - число ламп в светильнике, m = 2.

n=100 светильников.

Личная гигиена

В рабочих помещениях не допускается курение, хранение и прием пищи. Перед приемом пищи в столовой нужно вымыть руки, доступ в столовую в спецодежде запрещен. После работы все должны тщательно вымыться в душе.

.10 Охрана окружающей среды

Борьба за чистоту окружающей среды - это вопрос, который стоит в центре внимания не только работников химической промышленности, но и всех людей планеты. Охрана - это система государственных общественных мероприятий, обеспечивающих сохранение природной среды, пригодной для жизнедеятельности нынешних и будущих поколений людей. Основные направления в решении задач охраны природы определены Конституцией Российской Федерации, рядом законов, решениями правительства.

Борьба с химическим заражением и загрязнением окружающей среды заключается в устройстве замкнутого цикла реагентов и надежной очистке воздуха, выходящего из производственных помещений.

При проектировании новых и реконструкции действующих предприятий должен быть предварительно сделан расчет, доказывающий, что при их последующей эксплуатации ПДК будут обеспечены. Проект каждого новостроящегося и реконструируемого предприятия без раздела об очистке отходов производства, загрязняющих водоемы или воздушную атмосферу, не утверждается и не выделяется ассигнований на его строительство. Без очистных сооружений запрещены приемка новых или реконструированных предприятий и их эксплуатация.

При переработке фтористого натрия наиболее вероятно химическое воздействие на окружающую среду.

Химическое загрязнение обусловлено выбросом в атмосферу отработанных технологических газов (легколетучих фторидов), проскочивших систему улавливания. Для их улавливания необходимо установить систему «тонкой» очистки, предусматривающую полное поглощение этих соединений.

При строительстве предприятий следует учитывать «розу ветров», рельеф местности и условия строительства на данной территории, с целью наименьшего загрязнения важных народнохозяйственных объектов и населенных пунктов.

Основными мероприятиями по борьбе с загрязнениями окружающей среды являются следующие:

) организация технологического процесса, исключающая выброс газаи пыли в атмосферу;

) надежна герметизация оборудования.

) организация эффективной системы очистки выходящих газов в местах специализированного выброса.

При оценке последствий воздействия на природу важное место занимают предельно допустимые концентрации веществ, загрязняющих воздух и воду. В соответствии с требованиями, содержание вредных примесей в атмосферном воздухе и водоемах не должно вызывать патологических реакций в организме человека или приводить к заметным воздействиям на флору и фауну. Необходимо отменить, что ПДК нормирует не содержание вредных веществ в самих выбросах, а содержание этих веществ в атмосферном воздухе или воде водоемов после смешения с выбросами.

В России приняты два вида нормативов атмосферных загрязнений - максимально разовые и среднесуточные ПДК. Назначение первых - предохранять население от неблагоприятных реакций при кратковременном воздействии токсичных веществ во вдыхаемом воздухе. Среднесуточные ПДК имеют своей целью предупредить вредное влияние на население атмосферных загрязнений при их длительном вдыхании.

Вывод:

В данном разделе охраны окружающей среды мной рассмотрены вопросы образующихся отходов производства и предусмотрены мероприятия по их обезвреживанию и защите окружающей среды. Запланированные мероприятия соответствуют санитарным нормам[17].

8. Экономическая часть

Введение

Технико-экономическое обоснование (ТЭО) это документ, который разрабатывается для вновь создаваемых и реконструируемых предприятий и подтверждает экономичность проектирования и работы будущего предприятия, цеха, технологического участка. В процессе ТЭО устанавливается производственная мощность производства, потребности его в материалах, сырье, полуфабрикатах и источниках их получения, решаются транспортные вопросы, определяется себестоимость продукции и общие затраты на ее производство, необходимые капитальные вложения и их экономическая эффективность. От качества ТЭО зависит не только решение кратковременных проблем, связанных с капитальным строительством и комплектацией новой техникой, но и эффективность дальнейшей деятельности. В связи с этим очевидна необходимость в исследовательской работе. В новых экономических условиях (в условиях рыночных отношений) данное исследование проводится на этапе формирования бизнес-плана. Этот документ отражает все стороны деятельности нового предприятия, его связи с поставщиками и потребителями, планируемые затраты и сроки их окупаемости и т.д.

В данной работе рассматривается составление бизнес-плана на примере конкретных исходных данных.

.1 Расчет эффективного фонда времени цеха

За основной расчетный период принимаем календарный год - 365 дней или 8760 часов.

Номинальный фонд работы оборудования:

Т_н = Д _р•R_р,

где Д _р - количество рабочих дней в расчетном периоде;

R_р - количество рабочих часов в сутки.

При непрерывном режиме работы номинальный фонд времени равен календарному:

Т_н = Т_к = 8760 часов.

Эффективный фонд времени будет составлять:

Т_эф = Т_к - Т_рем - Т_то,

где Т_рем - время простоя оборудования на ремонтах;

Т_то - время технологических остановок.

Определим Т_рем (по основному аппарату):

Таблица 8.1

Время работы между ремонтами и время простоя при ремонте

Время работы между ремонтами, час			Время простоя при ремонте, час
Капитальный	Средний	Текущий	Капитальный	Средний	Текущий
51840 (6 лет)	17280 (2 года)	720 (6 мес.)	2160 (3 мес.)	400	16

Общее количество ремонтов за ремонтный период:

R = R_ц / Т_т,

где R_ц - длительность ремонтного цикла;

Т_т - пробег оборудования между текущими ремонтами.

R = 51840/720 = 72 ремонта за ремонтный цикл.

Длительность ремонтного цикла:

Rц / Тн =51840/8760 = 6 лет.

Количество средних ремонтов за ремонтный цикл:

R_c = R_ц /Т_с - 1,

где Т_с - пробег оборудования между средними ремонтами;

R_c = 51840/17280 - 1 = 2 средних ремонта за ремонтный цикл.

Количество текущих ремонтов:

R_т = R_ц / Т_т - R_c - 1 = 69 текущих ремонтов.

Всего ремонтов в течение расчетного времени 72 / 6 = 12, т. е. 1 средний и 11 текущих ремонтов.

Время на ремонт оборудования в расчетный период:

Т_рем = 11• Т_т^¢ + Т^¢_{с р} = 11•16 + 400 = 576 часа.

Время технологически неизбежных остановок:

Т_то =Т_п + Т_по,

где Т_по - время остановки (8 ч);

Т_п - время пуска (8 ч).

Т_то = 8 + 8 = 16 часов.

Эффективный фонд работы оборудования:

Т_эф = Т_н - Т_рем - Т_то,

Т_эф = 8168 ч. (340 дней).

8.2 Организация труда и заработной платы

Цех будет работать в 3 смены продолжительностью по 8 часов. Работа будет производиться 4-ю производственными бригадами.

 

Таблица 8.2

График сменности бригад

Дни Смены

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

с 0 до 8

А

А

А

Б

Б

Б

В

В

В

Г

Г

Г

А

А

А

Б

Б

Б

В

В

В

Г

Г

Г

А

А

А

Б

Б

Б

В

с8до 16

Б

Б

Б

В

В

В

Г

Г

Г

А

А

А

Б

Б

Б

В

В

В

Г

Г

Г

А

А

А

Б

Б

Б

В

В

В

Г

с16до24

В

В

В

Г

Г

Г

А

А

А

Б

Б

Б

В

В

В

Г

Г

Г

А

А

А

Б

Б

Б

В

В

В

Г

Г

Г

А

Выходные

Г

Г

Г

А

А

А

Б

Б

Б

В

В

В

Г

Г

Г

А

А

А

Б

Б

Б

В

В

В

Г

Г

Г

А

А

А

Б

где А, Б, В, Г, - бригады.

Длительность сменооборота:

Т_см.об. = n_s•Т_м,

где n_s - число бригад;

Т_м - число дней, когда бригада ходит в смену (3 дня).

Т_см.об. = 15 дней.

За длительность сменооборота бригада отдыхает 6 дней, за год 146 дней. Таким образом, на одного среднесписочного рабочего приходится 146 выходных дней.

Таблица 8.3

Баланс рабочего времени среднесписочного рабочего

Элементы времени	Количество дней
Календарное число дней	365
Нерабочие дни, выходные	146
Номинальный фонд рабочего времени	219
Планируемые выходные: А) очередные отпуска Б) по болезни В) выполнение общественных обязанностей Г) отпуск в связи с учебой	42 8 1 3
ИТОГО:	54
Эффективный фонд рабочего времени	194

8.3 Расчет численности рабочих, служащих, ИТР и МОП

Определим явочное число основных рабочих в сутки:

R_яв =,

F - количество установок (9);

С - количество смен в сутки (3).

R_яв == 9 чел.

Определим списочное число основных рабочих:

R_сп = R_яв•,

где Т_{эф.обор.} - проектируемое число дней работы оборудования в год;

Т_эф.раб. - проектируемое число дней работы в год одного рабочего.

R_сп = 9•340 / 194 = 15 чел.

Приведем состав рабочего персонала ниже в таблице.

Таблица 8.4

Состав рабочего персонала

Наименование профессии	Раазряд	Число рабочих в смену	Rсп в сутки	Число рабочих дней в году	Число рабочих дней оборудования.	Число смен в сутки
Аппаратчик	5	1	3	6	194	340	3
Аппаратчик	4	1	3	6	194
Аппаратчик	3	1	3	6	194

8.3.1 Расчет численности дежурного персонала

Дежурный слесарь - 1

Дежурный электрик - 1

Дежурный КИПиА - 1

Списочное число рабочих дежурного персонала:

R_яв = 9 чел/сут;

R_сп = 12 чел.

Сведем число дежурного персонала в таблицу.

Таблица 8.5

Количество дежурного персонала

Профессия	Разряд	Число рабочих в смену	Число смен	Rяв	Rсп	Число рабочих дней в году	Число рабочих дней оборуд.
Слесарь	5	1	3	3	5	230	340
Электрик	5	1	3	3	5	230	340
Сл. КИПиА	5	1	3	3	5	230	340

8.3.2 Расчет численности ИТР и служащих

Расчет производится с учетом потребности цеха в каждой группе работников.

Таблица 8.6

Численность ИТР, служащих и МОП

№	Наименование должности	Категория	Количество работников
1	Начальник цеха	ИТР	1
2	Технолог цеха	ИТР	1
3	Мастер смены	ИТР	5
4	Лаборант	ИТР	5
5	Уборщица	МОП	2
Итого:			14

8.4 Расчет годового фонда заработной платы

8.4.1 Расчет фонда заработной платы основных рабочих

Расчетный фонд заработной платы (ЗП) складывается из основной и дополнительной заработной платы.

Основной фонд (ЗП):

З_осн. = З_тар + Д_пр + Д_н.вр. + Д_бр + Д_праз. + Ф_м,

где З_тар - тарифный фонд;

Д_пр - оплата премий;

Д_н.вр. - доплаты за ночные смены;

Д_бр - доплата за бригадирство;

Д_праз. - доплата за работу в праздники;

Ф_м - фонд мастера.

а) Тарифный фонд

З_тар = З³_тар + З⁴_тар + З⁵_тар,

где З³_тар,З⁴_тар, З⁵_тар - ЗП по тарифным ставкам рабочих различной квалификации.

З_тар = _Rсп •_{Тэф •Тсп},

где R_сп - списочное число рабочих;

Т_эф - эффективное время работы одного среднесписочного рабочего;

Т_сп - тарифная часовая ставка.

Часовая тарифная ставка составляет для аппаратчиков:

^го разряда - 80 руб/час;

^го разряда - 70 руб/час;

^го разряда - 60 руб/час.

З⁵_тар = 3•1872•80= 449280 руб.

З⁴_тар = 3•1872•70 = 392120 руб.

З³_тар = 3•1872•60 = 336950 руб.

З_тар = 449280+392120+336950 = 1178360 руб.

б) Доплата за работу в ночное время осуществляется отчислением 100% от тарифной ЗП:

Д_н.вр. = З_тар •,

где П - процент отчисления.

Д_н.вр. = 1178360•100 / 100 = 1178360 руб.

в) Доплата премий - 20% от тарифной ЗП:

Д_пр = З_тар • = 1178360•20/100 =235672 руб.

г) Доплата за бригадирство 10% от З⁵_тар (осуществляется аппаратчиком 5^го разряда):

Д_бр = З⁵_тар• = 449280•10/100 = 44928 руб.

д) Доплата за работу в праздничные дни.

Принято 11 праздничных дней в году. Доплата в праздничные дни осуществляется по двойным тарифным ставкам:

Д_пр = Д_пр³ + Д_пр⁴ + Д_пр⁵.

Д_пр = R_яв•N•Т_ст,

где N - число праздничных дней в году.

Д_пр³ = 3•60•121 = 21780 руб.

Д_пр⁴ = 3•70•121 = 25410 руб.

Д_пр⁵ = 3•80•121 = 29040 руб.

Д_пр = 21780+ 25410 +29040 = 76230 руб.

ж) Премия из фонда мастера - 3% от З_тар:

Ф_м = З_тар • =1178360 •3/100 = 35507,6 руб.

З_осн = 1178360 + 1178360 +235672+ 44928 +35507 +76230 = 2749057руб.

8.4.2 Расчет фонда дополнительной заработной платы

Определим процент дополнительной заработной платы:

П_д.з. = Т_отп /Т_эф.б.•100%,

где Д_н - планируемые целодневные невыходы в год;

В_п - планируемое количество дней работы одного среднесуточного рабочего.

П_д.з. = (42/194)•100 = 21%

З_доп = З_осн• = 2749057*(21/100) = 549811 руб.

Годовой фонд ЗП основных рабочих:

З¢ = З_осн + З_доп = 2749057+ 549811 = 3298868,4 руб.

С учетом районного коэффициента:

З = З¢•К_р = 3298868,4 •1,3 = 4288528 руб.

8.4.3 Расчет фонда заработной платы вспомогательных рабочих

З_общ = З_осн + З_доп.

З_осн = З_тар + Д_пр + Д_н.вр. + Ф_м + Д_празд.

а) Тарифный фонд ЗП вспомогательных рабочих:

З_тар = R_сп•Т_эф•Т_сп.

З_тар³ = 12•1872•60 = 1387840 руб.

б) Премии - 10% от З_тар:

Д_пр =1387840 •0,1 = 138784 руб.

в) Доплата за работу в ночное время - 100 % от З_тар:

Д_н.вр = 1387840•1 =1387840 руб.

г) Доплата за работу в праздничные дни:

Д_праз = R_яв•N•Т_сп = 60•12•121 = 87120 руб.

д) Доплата из фонда мастера - 3% от З_тар:

Ф_м = 87120 •0,03 = 2640 руб.

З_осн = 1387840 + 138784+ 1387840 +87120 + 2640= 3003894 руб.

Учитывая районный коэффициент:

З_доп = З_осн•0,4 = 1201000 руб.

З¢ = З_осн + З_доп = 3003894+ 1201000 = 4205463руб.

З = З¢•1,3 = 4205463•1,3 = 5467102 руб.

8.4.4 Расчет годового фонда заработной платы ИТР и служащих

Оклады должностных лиц ИТР, служащих устанавливаются в зависимости от категории цеха.

Начальник цеха - 20000 руб.

Технолог - 18000 руб.

Мастер смены - 14000 руб.

Лаборант - 8000 руб.

Уборщица - 3000 руб.

а) Фонд ЗП вычисляем путем умножения числа штатных единиц на их месячный оклад и на число месяцев работы в году. Число месяцев работы в году для ИТР принимаем равным 11 месяцев, для служащих - 11,3 месяца.

Ф_осн = 1•11•20000+1•11•18000+5•11•14000+5•11•8000+2•11,3•3000 =

руб.

б) Дополнительная ЗП ИТР и служащих находится по формуле:

З_доп = ,

где Ф_осн - основной фонд заработной платы;

Д_отп -календарное количество дней отпуска: для ИТР - 30 дней, для служащих - 24;

В_к - календарный год - 365 дней.

З_доп==8802,2 р.

в) Доплата за работу в праздничные дни (рассчитывалась для мастера смены и уборщицы):

Д_пр =, (6.21.)

где Окл. - месячный оклад;

N - количество праздничных дней в году;

,5 - среднемесячное число рабочих дней.

Д_пр =  = 13472 руб.

г) Годовой фонд заработной платы ИТР, служащих и МОП:

Ф_зп = Ф_осн + З_доп + Д_пр = 1695800+8802,2 +13472=1718074,2 руб.

С учетом районного коэффициента:

Ф_зп = 1718074,2 •1,3 = 2233496,4 руб.

.5 Расчет капитальных затрат

Расчет стоимости оборудования

Для организации участка необходима закупка или изготовление следующего оборудования (согласно технологической схеме и плану участка)

Таблица 8.7

Стоимость оборудования

№	Наименование оборудования	Цена за шт. тыс. руб.	Кол.	Стоимость тыс. руб
1	Загрузочный бункер	72	1	144
2	Установка сульфатизации	3731	1	3731
3	Абсорбционная колонна	1671	1	1671
4	Форконденсатор	473,5	1	473,5
5	конденсатор	543	1	543
6	насос	120	5	600
7	Шнек	50,4	2	100,8
8	ёмкость	18	7	129,4
9	Конденсатор-холодильник	567	1	567
10	Газоочистительная колонна	103	1	103
ИТОГО		8348,9		9062,7

Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования:

транспортные расходы на перевозку оборудования, заготовительно - складские работы составляют 8% от стоимости оборудования:

З_тр = 9062740•0,08 = 725019,2 руб.

стоимость монтажных работ составляет 20% от стоимости оборудования:

З_монт. = 9062740•0,2 = 1812548 руб.

стоимость специальных работ принимаем 10% от стоимости оборудования (строительство фундаментов, трубопроводов, пусконаладочных работ):

З_{сп. р.} = 9062740•0,1 = 906274 руб.

Капитальные затраты на оборудование составят:

З_к.об.=С_об +З_тран.+З_монт.+З_сп.р.=9062740+725019,2+1812548+906274 =

,2 руб.

Сумма капитальных затрат:

åЗ_кап = С_зд. + З_{к. об.} = 0+12506581,2 = 12506581,2 руб.

Расчет затрат на производство

Расходы на охрану труда и технику безопасности составляют 12% от Ф_{з. п.}:

З_{о. т.} = 11836000 •0,12 = 1420320 руб.

Балансовая стоимость здания условно принята 2000000 рублей.

Затраты на текущий ремонт здания составляют 2% от стоимости здания:

З_{т. р.} =2000000•0,02 = 40000 руб.

Содержание здания (включает в себя затраты на освещение, отопление, вентиляцию) - 2% от стоимости здания:

З_сод. = 2000000•0,02= 40000 руб.

Амортизационные отчисления - 3,7% от стоимости здания:

З_ам. = 2000000•0,037 = 74000 руб.

Сумма затрат на содержание и эксплуатацию здания составляет:

åЗ = 40000 + 40000 + 74000 = 154000 руб.

Текущий ремонт производственного оборудования обходится в 7% от стоимости оборудования:

З_{т. р.} = 9062740•0,07 = 634391,8 руб.

Отчисления на амортизацию оборудования -10% от стоимости оборудования:

З_ам = 9062740•0,1 = 906274 руб.

Расходы на содержание оборудования составляют 3% от стоимости оборудования:

З_сод. =9062740•0,03 = 271882,2 руб.

Сумма расходов на содержание и эксплуатацию оборудования составляет:

åЗ = 634391,8 +906274+271882,2 = 1812548 руб.

Таким образом, общепроизводственные расходы составят:

З_общ. = 154000+ 1812548 = 1966548 руб.

8.6 Расчет технологических затрат

Расчет затрат на электроэнергию

З_эн. = Т_э•N_т•Т_{р. об.},

где Т_э - стоимость 1 кВт×ч электроэнергии, руб. (2,62 руб.);

N_т - суммарная мощность приводов, кВт×ч (25 кВт×ч);

Т_{р. об.} - время работы оборудования в год, час (8088час.).

З_эн. = 2,62•25•8088 = 533808 руб.

Расчет затрат на воду.

З_вод. = Т_в•Т_{р. об.}•В,

где Т_в. - стоимость 1м³ воды, руб. (55 руб/м³);

В - часовой расход воды, м³ (1 м³/ч).

З_вод. =55•8088•1=444840 руб.

Расчет затрат на серную кислоту:

З_к-та = Т_г• Т_{р. об.}•К,

Где Т_г - стоимость 1т, руб. (700 руб.);

К - часовой расход серной кислоты, тонны (0,287 т/ч).

З_к-та = 700•8088•0,277 = 1568263 руб.

Отчисления на социальные нужды

Отчисления на социальные нужды составляют 26% от Ф_{з. п.}:

Сумма (26%) составляет:1099896,4 руб.

Калькуляция себестоимости

Сумма цеховой себестоимости и общезаводских расходов составляет общезаводскую себестоимость:

С_{об. зав.} = С_цех. + З_{об. зав.},

где С_цех. - цеховая себестоимость (складывается из суммы условно-переменных и условно-постоянных затрат);

З_об.зав. - общезаводские расходы (составляют 15% от цеховой себестоимости).

Планируемый объём получения фтороводорода 836 тонн/год.

Таблица 8.8

Проектная калькуляция себестоимости 1кг фтороводорода

Статьи расходов		Годовые затраты
		На 1 кг фтороводорода, руб	В год, руб.
Химические реагенты: Серная кислота Электроэнергия, кВт×ч 3. Вода техническая, м3		1,9 0,64 0,53	1568263 533808 444840
Итого: условно-переменные затраты		3,1	2546911
Фонд ЗП: -основных рабочих -Вспомогательных рабочих -ИТР и служащих		5,1 6,5 2,7	4288528 5467102 2233496
5. Отчисления из Фзп на соц. нужды		1,35	1099896,4
6. Расходы на ОТ и ТБ		1,69	1420320
- амортизация оборудования тек. и кап. ремонт содержание оборудования		1,1 0,75 0,32	906274 634391,8 271882,2
7. - амортизация здания тек. и кап. ремонт содержание здания		0,09 0,05 0,05	74000 40000 40000
Итого: условно-постоянные затраты		19,7
8. Цеховая себестоимость		22,8	19022800
9. Общезаводские расходы	3,42		2853420
10.Общезаводская себестоимость	26,22		21876220

Анализируя данные таблицы 6.8. делаем вывод, что себестоимость получения 1кг фтороводорода равна 26,22 рублей.

Цена продукта учитывая НДС и 50% процент на прибыль составляет:

Ц = 26,22 + 26,22•0,18+26,22•0,5= 44,05 руб/кг

.7 Анализ экономических показателей

Для проведения данного анализа необходимо составить сводку основных экономических показателей. К ним относятся:

1. Прибыль валовая и чистая

2. Рентабельность производства;

3. Срок окупаемости

4. Эффективность проекта.

.7.1 Общая прибыль

Общая прибыль составит:

Пр = Ц ∙ V_пр,

где: Ц- цена за единицу продукта,

V_пр-объем производства,

Пр =39,33 ∙ 836000 =30096000руб.

Следовательно балансовая прибыль составит:

Пр = Пр- С_.,

где: С - общезаводская себестоимость,

Пр=32879880-21876220=11003860 руб.

Определим чистую прибыль производства:

Пр= Пр- Пр•0,24,

Пр=11003860 - 11003860 •0,24= 8362981руб

8.8.2 Рентабельность производства

Величина рентабельности производства составляет:

Re = (R/С)•100%,

где: С - общезаводская себестоимость,

R_t - годичная сумма денежных поступлений от реализации проекта,

Re = (9343255/21876220)•100% = 42% т. е. на 100 руб. затрат приходится 42 руб. прибыли.

8.8.3 Срок окупаемости

Срок окупаемости определяем по формуле:

Т_ок=,

где К - капитальные вложения

R=Пр_.+Аморт.отчисл.= 8362981+ (906274+74000)= 9343255

Т_ок =12506581,2 / 9343255= 2,4года.

Оценка эффективности

Оценку эффективности проекта проводим на основании рассчитанных значений ЧДД, ВНД и ИД.

Чистый дисконтированный доход (ЧДД) определяется как:

ЧДД = Σ,

где П_t - прибыль, равная руб. 30096000

А_t - амортизационные отчисления, равные 980274 руб.

K - годовые затраты на производство 19022800 руб.

t - время существования проекта(10 лет)

n - норма дисконта (n = 0,2);

Если ЧДД > 0, то проект является эффективным.

В первый год прибыль будет отсутствовать, а будут лишь затраты на строительство здания, во второй год будут присутствовать затраты на закупку оборудования и сырья для первого запуска:

ЧДД₁ =(0+0)/(1+0.2)¹-12506582 /(1+0.2)¹=-10422150 руб.

ЧДД₂ =8236900руб.

ЧДД₃=6950236 руб.

ЧДД₄=6102369 руб.

ЧДД₅=4863298 руб.

ЧДД₆=4105696 руб.

ЧДД₇=3421036 руб.

ЧДД₈=2820369 руб.

ЧДД₉=2421000 руб.

ЧДД₁₀=2105690 руб.

ЧДД =  = 30235600 руб

Индекс доходности (ИД) рассчитывается по формуле:

= 2,4 > 1,0

 

следовательно, проект является эффективным.

Таблица 8.9

Основные технико-экономические показатели

Показатель	Размерность	Значение
Объём производства	т/год	836
Капитальные вложения	млн. руб.	12,506
Зароботная плата основных рабочих	млн. руб.	4,28
Общезаводская себестоимость	руб.	26,22
Цена кг готовой продукции	руб.	44
Критический объем производства	тыс. кг/год	425
Чистая прибыль	млн. руб.	8362981
Рентабельность производства	%	42
Срок окупаемости проекта	годы	2,4

 

Выводы:

В данном проекте произведён расчёт себестоимости получения одного килограмма фтороводорода. Цена продукта 44 руб. На основании построения графика безубыточности делаем вывод, что безубыточность данного производства составила 425000 кг/год. Так как проектная мощность нашего производства составляет 836 т/год, следовательно, чистая прибыль составит 8362981 руб.

Заключение по проекту:

. На основании обобщения литературных данных сделан вывод о необходимости переработки фторида натрия

. Наиболее удобным способом разложения фторида натрия является метод сульфатизации в барабанной установке.

. Проведён термодинамический расчет, который показал, что реакция идет во всём интервале исследуемых температур. Равновесие реакции необратимо сдвинуто в сторону образования продуктов. Реакция интенсивно проходит при нормальном давлении, температуре и времени 120 мин достигается 98.6% степень реагирования.

. На основании проведённых экспериментальных работ предложена общая аппаратурная и технологическая схема процесса, рассчитана себестоимость.

. Основными продуктами предложенной технологии являются HF-сырец, который применяется в получении фторида алюминия в алюминиевом производстве

Список литературы

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. - Л.: Химия. - 1986. - 704с.

2. Е.И. Мельниченко, И.Г. Масленикова, Д.Г. Эпов, С.Б. Буланова // Журнал прикладной химии - 1999. -Т. 72. Вып. 3. - С. 362-366.

. Раков Э.Г. Химия и технология неорганических фторидов. М.: Изд. МХТИ им. Менделеева, 1990.162 с.

. Л.Г. Рысс. Химия фтора и его неорганических соединений. М. - 1965. - 543 с., С 583-592.

. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. - М.: Химия. - 1975. - 584с.

. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. - М.: Химия. - 1975.

. Наумов Г.Б., Рыженко Б.Н., Ходаковский Н.А. Справочник термодинамических величин (для геологов). - М.: Атомиздат, 1971. - 240с.

8. Дельмон Б. Кинетика гетерогенных реакций. - М.: «Мир», 1972.

9. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: «Химия», 1983. 272 с.

10. Э.Г. Раков, В.В. Тесленко, Пирогидролиз неорганических фторидов, М.: Энергоатомиздат, 1987, С 76-81.

11. Михалев М.Ф., Третьяков Н.П., Мильченко А.И., Зобнин В.В. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи: Учебное пособие для вузов. Л.: «Машиностроение», 1984. 301 с.

И.А. Александров. Ректификационные и абсорбционные аппарата

. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: «Химия», 1976. 552 с.

. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: «Госхимиздат», 1960. 830 с.

15. Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М., «Автоматизация химических производств. Теория, расчет и проектирование систем автоматизации», М., «Химия», 1982 г., с. 9., с. 178.

. Безопасное обращение с отходами. Сборник нормативно методических документов. С.- Пб.: 2002 г.

. Сушков А.И., Троицкий И.А. «Металлургия алюминия», Москва 1965 г.

ОТЗЫВ РЕЦЕНЗЕНТА

На дипломную работу студента гр. 0442 Портного Ивана Васильевича

На тему: «Проект цеха переработки фторсодержащих отходов алюминиевого производства, производительностью 1500 т/год по исходному сырью».

Дипломный проект Портного И.В. изложен на 97 листах пояснительной записки и 7 листах графической части.

В работе приведен литературный обзор, включающий анализ технологии производства алюминия с выявлением основных отходов производства, описана технология получения фтористого водорода.

Проанализированы преимущества предлагаемого метода переработки фторсодержащих отходов производства фторида алюминия.

В дипломном проекте проведен термодинамический расчет процесса сернокислотного разложения криолита и фторида натрия.

Студентом произведены материальный, тепловой, аппаратурный расчеты, разработаны технологическая, аппаратурная схемы, схема автоматизации процесса переработки фторида натрия до фтороводорода. Произведен расчет барабанно - вращающейся печи, форконденсатора, абсорбционной колонны. Проведены необходимые расчеты по экономике, рассмотрены вопросы охраны труда и техники безопасности.

В ходе реализации дипломного проекта студентом не в полном объеме проработан вопрос взаимодействия отдельных узлов и аппаратов цеха.

За время дипломирования Портной И.В. зарекомендовал себя коммуникабельным, бесконфликтным, настойчивым студентом. Успешно справляющимся с поставленной задачей, проявляющим инициативу. Уверенно работает самостоятельно и в команде.

Учитывая вышесказанное, считаю, что дипломный проект заслуживает оценки «Хорошо», а Портной И.В. присвоения квалификации «инженера - технолога».

Руководитель работы ст. преподаватель Крайденко Р.И.