Стадия ректификации винилхлорида в производстве поливинилхлорида на ОАО 'Саянскхимпласт'

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Другое
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

1,77 Мб
Опубликовано:

2013-12-12

Все дипломные работы по другим направлениям

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Стадия ректификации винилхлорида в производстве поливинилхлорида на ОАО 'Саянскхимпласт'

ВВЕДЕНИЕ

Химическая промышленность - важная и сложная отрасль индустрии. Уровень и ее развитие определяет процесс народного хозяйства в целом, оказывают влияние на экономику и культуру, благосостояние страны и народа.

Продукция химической промышленности широко используется во всех отраслях народного хозяйства и в сфере потребления.

Одной из важнейших отраслей химической промышленности является производство галогенорганических соединений, используемых практически во всех сферах промышленности, сельского хозяйства, бытовой техники. Их потребителями являются производства пластических масс, синтетических волокон и смол, машиностроительная, электронная, металлообрабатывающая, химико-фармацевтическая промышленность и т.д.

Цех получения винила хлористого входит в состав производства ПВХ ОАО «Саянскхимпласт». Цех предназначен для получения дихлорэтана методом прямого и окислительного хлорирования, из которого получают винил хлористый методом пиролиза и дальнейшего разделения на компоненты с помощью процесса ректификации. Год ввода цеха в эксплуатацию - 1982 г.

Готовым продуктом цеха является винил хлористый, который является одним из важнейших мономерных продуктов, идущих, главным образом, на производство поливинилхлорида, а также на производство различных сополимеров: сополимер винил хлористый с винилиденхлоридом, винилацетатом и др.

Поливинилхлорид - это один из самых универсальных из крупнотоннажных полимеров, из которого получают огромный спектр пластмассовых изделий, как пластифицированных (мягких), так и непластифицированных (жестких). Большее количество пластифицированного полимера используются для изготовления изоляции и оболочек электропроводов и кабелей. Изоляционные материалы на основе ПВХ отличаются малой чувствительностью к действию влаги и высокой стабильностью в условиях эксплуатации. Мягкий ПВХ находит широкое применение для получения гибких пленок, листов и труб, используемых в строительстве, сельском хозяйстве и других отраслях.

Стадия ректификации винилхлорида имеет высокую важность в процессе производства ПВХ. Требуется высокая степень чистоты (99,99 %) винилхлорида - мономерного сырья для получения качественного поливинилхлорида. Поэтому винилхлорид, поступающий с печей пиролиза, необходимо отделить от непрореагировавшего дихлорэтана, хлористого водорода и других веществ

Целью дипломной работы является проектирование стадии ректификации винилхлорида производительностью 300000 т/год по готовому продукту.

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ВИНИЛХЛОРИДА

Впервые винилхлорид был получен в XX веке. С развитием химии высокомолекулярных соединений были разработаны новые методы синтеза винилхлорида. В настоящее время существуют пять промышленных метода синтеза винилхлорида.

Сбалансированный метод на основе этилена, включающий стадию прямого и окислительного хлорирования до 1,2-дихлорэтана, пиролиз его до винилхлорида и хлористого водорода, последний в свою очередь отправляется на окислительное хлорирование этилена.

СН2=СН2+CI2→СН2CI-СН2CI

СН2CI-СН2CI→2СН2=CHCI+2HCI

СН2=СН2+2HCI+0,502→СН2CI-СН2CI+Н20

_________________________________

СН2=СН2+CI2+0,502→2СН2=СНСI+Н20

Комбинированный метод на основе этилена и ацетилена, состоящий из стадии прямого хлорирования этилена до дихлорэтана, пиролиз его до HCI и винилхлорида. Хлористый водород используется для гидрохлорирования ацетилена до винилхлорида.

Прямое хлорирование этилена до дихлорэтана с последующим пиролизом его до винилхлорида.

СН2=СН2→дихлорэтан→винилхлорид

Гидрохлорирование ацетилена с получением винилхлорида

СН=СН+HCI→винилхлорид

Комбинированный метод на основе легкого бензина. Данный метод отличается от метода 1.2 дополнительной стадией пиролиза бензина с получением смеси ацетилена и этилена. Такую смесь сначала гидрируют до винилхлорида, а оставшийся этилен хлорируют до дихлорэтана.

Современная структура методов производства винилхлорида свидетельствует о том, что ведущую роль отводят сбалансированному методу. Достоинство метода в том, что происходит утилизация побочных продуктов.

Процесс дегидрохлорирования дихлорэтана протекает при t = 450-500 °С, Это требует больших энергозатрат, поэтому снижение температуры процесса дегидрохлорирования является одной из основных задач химической промышленности в литературе предложено использовать различные катализаторы для процесса дегидрохлорирования.

Так, применение катализатора CsCl, нанесенного на силикагельный носитель, снижает температуру процесса дегидрохлорирования до 370-390 °С.

Использование катализаторов цеолитных марок ZnS М-5, с содержанием Mg2+ или Zn2+ снижает температуру дегидрохлорирования до 250-350°С и конверсия дихлорэтана составляет 95 % при селективности винилхлорида 98 %.

На основе проведённого литературного обзора можно сделать вывод, что комбинированный метод получения винилхлорида без применения катализаторов является наиболее экономичным, так как применение катализаторов предполагает их регенерацию или утилизацию.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ ВИНИЛХЛОРИДА

Ректификация - это процесс разделения жидких смесей, основанный на массообмене между паровой и жидкой фазой, движущимися противотоком. При этом из пара в жидкость переходит один или несколько компонентов с меньшей относительной летучестью (высококипящие), а в обратном направлении - эквивалентное количество компонентов с большей относительной летучестью (низкокипящие).

Движущая сила ректификации - разность между фактическими (рабочими) и равновесными концентрациями <#"730800.files/image001.gif">

-куб; 2-колонна; 3-дефлегматор; 4-делитель потоков; 5-холодильник; 6, 7-сборники

Рисунок 2.1 - Ректификационная установка периодического действия

В ректификационной колонне непрерывного действия можно разделить бинарную смесь на практически чистые компоненты.

Рисунок 2.2- Схема ректификационной установки непрерывного действия

Из многокомпонентной смеси в такой колонне можно в чистом виде выделить только один компонент: либо низкокипящий - в виде дистиллята, либо высококипящий - в виде кубовой жидкости.

В тех случаях, когда продуктами разделения являются не индивидуальные вещества, а смеси, иногда, используют отборы с промежуточной высоты (боковые отборы). Колонны с боковым отбором и дополнительными вводами потоков называют сложными. Такой прием практикуется, в частности, в нефтеперерабатывающей промышленности.

При расчёте ректификации многокомпонентных смесей используют три метода: от тарелки к тарелке (более точный метод), по ключевым компонентам и по псевдобинарным компонентам (упрощенные методы за счет рассмотрения многокомпонентной смеси как бинарную смесь двух компонентов)

) по ключевым компонентам (представлен в данном дипломе) используется, когда есть данные о полном составе разделяемой смеси.

2) по псевдобинарным компонентам. Относительную летучесть а в многокомпонентной смеси принимают обычно постоянной, равной отношению средних относительных летучестей легкого и тяжелого ключевых компонентов. В этом случае равновесие описывается уравнением:

у*=ах/(1-х+ах)

где х, у* - равновесные концентрации легкого ключевого компонента в жидкости и в паре. Как и в методе Мак-Кеба и Тиле, мольные расходы пара и жидкости принимают постоянными, что позволяет выразить уравнения материального баланса в виде линейной зависимости. Определяются расходы жидкости и пара в укрепляющей и исчерпывающей части колонны. Число теоретических ступеней определяется вписыванием ломаной линии между рабочими и равновесными линиями.

) методом последовательных приближений ("от тарелки к тарелке")

Расчет ведут, задавшись составами дистиллята и кубового остатка от верхней и нижней тарелок колонны к питающей тарелке. Концентрации пара, поступающего на нижнюю и уходящего с верхней тарелки, известны и равны соответственно заданным составам кубового остатка и дистиллята. Подбирают составы дистиллята и кубового остатка и ведут расчет до схождения материального баланса на тарелке питания для всех компонентов смеси.

Сведения о парожидкостном равновесии, при котором составы пара и жидкости равновесны друг другу, а температуры фаз одинаковы, позволяют построить диаграмму t-x,y (рис. 2.3) . Располагая этой диаграммой, можно по составу жидкой фазы найти равновесный ей состав пара и температуру насыщения. Для анализа процессов ректификации более удобна диаграмма y-x (рис. 2.4) которая строиться на основе диаграммы t-x,y.

Рисунок 2.3 - График зависимости t-x,y;

Рисунок - 2.4 График зависимости x-y

На рисунке приведены равновесные зависимости для двух бинарных смесей. Одна из них зеотропна (1), а другая азеотропна (2). Для изменения равновесного состояния азеотропной смеси добавляют третий компонент, который взаимодействует с одним из компонентов смеси, что позволяет производить ректификацию до более высоких концентраций. Для расчёта процесса ректификации на диаграмму наносят рабочие линии, зависящие от составов исходной смеси. Для улучшения качества ректификации, часть дистиллята конденсируется и возвращается в колонну на орошение в виде флегмы. Флегмовое число составляет отношение дистиллята к флегме.

Ректификационные колонны могут быть тарельчатыми и насадочными.

Конструкции тарельчатых колонн весьма разнообразны. Это объясняется чрезвычайно большим ассортиментом перерабатываемого сырья, широким диапазоном производительности и различным гидравлическим режимом колонн. [20]

Тарелки бывают нескольких видов: колпачковые, ситчатые, клапанные.

Колпачковые тарелки подразделяются по способу крепления колпачков:

а - крепление стального колпачка на шпильке; б - установка чугунного колпачка с траверсой; в - стальной колпачок, приваренный к тарелке точечной сваркой Рисунок 2.5 - Способ крепление колпачков к тарелкам

Сетчатые тарелки подразделяются по формам отверстий в терелках

а - круглые; б - щелевидные; в - просечные треугольные

Рисунок 2.6 - Виды сетчатых тарелок

Весьма интересной является волнистая решетчатая тарелка. Волны придают тарелке повышенную жесткость, что дает возможность применять ее при большом диаметре колонны без опорных балок.

Рисунок 2.7 - Волнистая решетчатая тарелка

Основные элементы клапанной тарелки - подъемные клапаны круглой или прямоугольной формы, закрывающие отверстия в тарелке. Конструктивно клапан выполнен так, что подъем его возможен только на определенную величину.

Рисунок 2.8 - Клапанная тарелка

В клапане величина открытия ограничивается отогнутыми лапками. При определенной скорости паров в отверстии клапаны уравновешиваются потоками пара и при дальнейшем увеличении нагрузки начинают подниматься таким образом, что скорость пара в сечении между клапаном и полотном тарелки остается примерно постоянной. Следствием этого является равномерное распределение пара по площади тарелки, уменьшение уноса жидкости и меньшее гидравлическое сопротивление. Благодаря широкому диапазону устойчивой работы, малому весу и простоте конструкций клапанные тарелки являются весьма перспективными.

На установке ректификации винилхлорида используются тарелки клапанного типа.

Насадочные колонны применяются в основном для малотоннажных производств, где они имеют безусловные преимущества перед тарельчатыми колоннами. Благодаря созданию в последние годы новых типов насадок, позволяющих значительно снизить задержку жидкости в контактной зоне и гидравлическое сопротивление аппарата, создались перспективы применения их для многотоннажных производств (вакуумная ректификация мазута, газоразделение и др.). Применение насадок приобретает особое значение для вакуумных процессов, для которых низкое гидравлическое сопротивление при достаточно эффективном контакте взаимодействующих фаз является одним из важных условий проведения процесса.

Основными конструктивными характеристиками насадки являются ее удельная поверхность и свободный объем, чем больше удельная поверхность насадки, тем выше эффективность колонны, но ниже производительность и больше гидравлическое сопротивление. Чем больше свободный объем насадки, тем выше ее производительность и меньше гидравлическое сопротивление, однако при этом снижается эффективность работы насадки.

Конструкции насадок, применяемых в промышленных аппаратах нефтегазопереработки и нефтехимии, можно разделить на две группы - нерегулярные (насыпные) и регулярные насадки.

а - Меллапак фирмы "Sulzer"; б - Интеххокс фирмы "Norton"; в - Веку-пек: г - Панченкова

Рисунок 2.9 - Регулярные насадки

а - кольца Решите; б - кольца Рашига с перегородкеми: в - кольца Палля; г - кольца НуPak фирмы "Norton"; д - полукольца Levapak; е - кольца Cascade Mini-Rings фирмы "Glitsch"; ж - седла Берля; з - седла Инталлокс; и - седла Инталлокс фирмы "Norton"

Рисунок 2.10 - Нерегулярные (насыпные) насадки

В зависимости от используемого для изготовления насадки материала они разделяются на металлические, керамические, пластмассовые, стеклянные, стеклопластиковые и др.

На эффективность работы насадки в значительной степени влияет смачиваемостъ жидкостью поверхности элементов насадки. Для улучшения смачиваемости элементов насадки их зачастую подвергают специальной обработке, создают искусственным путем шероховатости или делают на поверхности просечки, выступы и т. д.

Ректификация - один из самых энергоемких химических технологических процессов. Поэтому в химических производствах все чаще применяют альтернативные процессы и методы разделения <#"730800.files/image013.gif">

Рисунок 5.1- Схема материальных потоков установки

Исходные данные по составам колонн КР1, КР2, КО3 представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Данные по составам колонн ректификации

Компоненты	Сокраще- ние	Потоки % вес
		F1	P1	W1=F2	W2	P2=F3	P3	W3
Хлористый водород	(HCl)	18,2837	99,92	0,04		0,08	0,4	0,00006
Ацетилен	(C2H2)	0,0143	0,08	0,0002		0,0004		0,00006
Хлористый метил	(CH3Cl)	0,0011		0,0012		0,0028		0,0034
Винилхлорид	(C2H3Cl)	31,2417		43,578	0,05	99,9164	99,6	99,99643
1,3-бутадиен	(C4H6)	0,0006		0,0006		0,0004		0,00005
Хлороформ	(CHCl3)	0,0101		0,01	0,02
Тетрохлорметан	(CCl4)	0,0048		0,005	0,01
Бензол	(C6H6)	0,0188		0,021	0,04
Легкокипящие	(ЛК)	0,0964		0,108	0,19
1,2-дихлорэтан	(C2H4Cl2)	49,4887		55,3	98,03
Трихлорэтилен	(C2HCl3)	0,3558		0,398	0,7
Трихлорэтан	(C2H3Cl3)	0,0131		0,014	0,03
Перхлорэтилен	(C2Cl4)	0,0551		0,06	0,11
Тетрахлоратан	(C2H2Cl4)	0,0056		0,006	0,01
Высококипящие	(ВК)	0,4102		0,458	0,81

Годовая производительность установки по ВХ составляет 300000 т ∕год готового продукта (W3).

Время работы установки составляет 325 дней в году, или 7800 часов.

Расчёт материального баланса колонны КО3

Часовая производительность по ВХ:

=(GВХ тов. ∕ τэф)∙1000 =(300000 ∕ 7800)∙1000=38461,54 кг ∕ч

Выполняем расчет материального баланса колонны КО3

P3=F3-W3

F3=W3·(xW-xP)/(xF-xP)

Найдём F3, P3 для каждого компонента

F3 HCL= 38461,54·(0,00006-0,4)/(0,08-0,4)=48069,71 кг∕ч

F3 C2H2 =38461,54·(0,00006 - 0)/(0,0004-0)=5769,23 кг∕ч

F3 CH3Cl =38461,54·(0,0034 - 0)/(0,0028 - 0)=46703,30 кг∕ч

F3 C2H3Cl =38461,54·(99,99643-99,6)/(99,9164-99,6)=48189,97 кг∕ч

F3 C4H6 =38461,54·(0,00005-0)/(0,0004-0)=4807,69 кг∕ч

P3 HCL=48069,71-38461,538 =9608,17 кг∕ч

P3 C2H3Cl = 48189,97 - 38461,538 = 9728,44 кг∕ч

Зная состав куба, найдём количество соответствующих веществ в кубовом продукте по формуле:

Gi = (W∙Xi) ∕ 100 (5.1)

Кубовый продукт:

GНСl =(0,00006 ∙ 38461,54) ∕ 100 = 0,023 кг∕ч

GC2H2 = (0,00006 ∙ 38461,54) ∕ 100 = 0,023 кг∕ч

GCH3Cl = (0,0034 ∙ 38461,54) ∕ 100 = 1,3 кг∕ч

GC2H3Cl = (99,99643 ∙ 38461,54) ∕ 100 = 38460,1654 кг∕ч

GC4H6 = (0,00005 ∙ 38461,54) ∕ 100 = 0,019 кг∕ч

Зная состав дистиллята, найдём количество соответствующих веществ в головном продукте по формуле:

Gi = (P∙Xi) ∕ 100 (5.2)

Головной продукт:

GНСl =(0,4 ∙ 9608,17) ∕ 100 = 38,43 кг∕чC2H3Cl = (99,6 ∙ 9728,44) ∕ 100 = 9689,52 кг∕ч

Зная состав питания колонны, найдём количество соответствующих веществ в питающем продукте по формуле:

Gi= (F∙Xi) ∕ 100 (5.3)

Питающий продукт:

GНСl =(0,08 ∙ 48069,71) ∕ 100 = 38,46 кг∕ч

GC2H2 = (0,0004 ∙ 5769,23) ∕ 100 = 0,02 кг∕ч

GCH3Cl = (0,0028 ∙ 46703,30) ∕ 100 = 1,3 кг∕ч

GC2H3Cl = (99,9164 ∙ 48189,97) ∕ 100 = 48149,6869 кг∕ч

GC4H6 = (0,0004 ∙ 4807,69) ∕ 100 = 0,02 кг∕ч

Полученные результаты сведем в таблицу материального баланса колонны КО3.

Таблица 5.2 - Материальный баланс колонны КО3

Приход			Расход
наименование	кг∕ч	%	наименование	кг∕ч	%
Питание F3	48189,49	100,00	Дистиллят Р3	9727,95	20,19
В том числе:			В том числе:
Хлористый водород	38,456	0,08	Хлористый водород	38,433	0,08
Ацетилен	0,02	0,0004	Винилхлорид	9689,52	20,11
Хлористый метил	1,31	0,0028
Винилхлорид	48149,69	99,9164	Кубовый продукт W3	38461,538	79,81
1,3-бутадиен	0,02	0,0004	В том числе:
			Хлористый водород	0,023	0,00005
			Ацетилен	0,023	0,00005
			Хлористый метил	1,308	0,0027
			Винилхлорид	38460,165	79,81
			1,3-бутадиен	0,019	0,00004
Итого	48189,49	100,00	Итого	48189,49	100,00

Расчёт материального баланса колонны КР2

Так как питание колонны КО3 является дистиллятом колонны КР2, то

P2 = 48189,49кг∕ч

Выполняем расчет материального баланса колонны КР2

W2 = F2 - P22= P 2 · (xP-xW)/(xF-xW)

Найдём F2, W2 для каждого компонента

F2 HCL= 48189,49 · (0,08 - 0)/(0,04 - 0)= 96379,0 кг∕ч

F2 C2H2 = 48189,49 · (0,0004 - 0)/(0,0002 - 0)= 96379,0 кг∕ч

F2 CH3Cl = 48189,49 · (0,0028 - 0)/(0,0012 - 0)= 112442,1 кг∕ч

F2 C2H3Cl = 48189,49 · (99,9164 - 0,05)/(43,578 - 0,05)= 110561,3 кг∕ч

F2 C4H6 = 48189,49 · (0,0004 - 0)/(0,0006 - 0)= 32126,3 кг∕ч

F2 CHCl3 = 48189,49 · (0 - 0,02)/(0,01 - 0,02)= 96379,0 кг∕ч

F2 CCl4 = 48189,49 · (0 - 0,01)/(0,005 - 0,01)= 96379,0 кг∕ч

F2 C6H6 = 48189,49 · (0 - 0,04)/(0,021 - 0,04)= 101451,6 кг∕ч

F2 ЛК = 48189,49 · (0 - 0,19)/(0,108 - 0,19)= 111658,6 кг∕ч

F2 C2H4Cl2 = 48189,49 · (0 - 98,03)/(55,3 - 98,03)= 110555,0 кг∕ч

F2 C2HCl3 = 48189,49 · (0 - 0,7)/(0,398 - 0,7)= 111697,5 кг∕ч

F2 C2H3Cl3 = 48189,49 · (0 - 0,03)/(0,014 - 0,03)= 90355,3 кг∕ч

F2 C2H3Cl3 = 48189,49 · (0 - 0,11)/(0,06 - 0,11)= 106016,9 кг∕ч

F2 C2H3Cl3 = 48189,49 · (0 - 0,01)/(0,006 - 0,01)= 120473,7 кг∕ч

F2 C2H3Cl3 = 48189,49 · (0 - 0,81)/(0,458 - 0,81)= 110890,6 кг∕ч

W2 C2H3Cl = 110561,27 - 48189,49 = 62371,78 кг∕ч

W2 CHCl3 = 96378,99 - 48189,49 = 48189,49 кг∕ч

W2 CCl4 = 96378,99 - 48189,49 = 48189,49 кг∕ч

W2 C6H6 = 101451,56 - 48189,49 = 53262,07 кг∕ч

W2 ЛК = 111658,58 - 48189,49 = 63469,09 кг∕ч

W2 C2H4Cl2 = 110555,02 - 48189,49 = 62365,53 кг∕ч

W2 C2HCl3 = 111697,50 - 48189,49 = 63508,01 кг∕ч

W2 C2H3Cl3 = 90355,30 - 48189,49 = 42165,81 кг∕ч

W2 C2H3Cl3 = 106016,88 - 48189,49 = 57827,39 кг∕ч

W2 C2H3Cl3 = 120473,73 - 48189,49 = 72284,24 кг∕ч

W2 C2H3Cl3 = 110890,59 - 48189,49 = 62701,10 кг∕ч

Зная состав куба, найдём количество соответствующих веществ в кубовом продукте по формуле (5.1):

Кубовый продукт:

GC2H3Cl =(0,05 ∙ 62371,78) ∕ 100 = 31,19 кг∕ч

GCHCl3 =(0,02 ∙ 48189,49) ∕ 100 = 9,64 кг∕ч

GCCl4 =(0,01 ∙ 48189,49) ∕ 100 = 4,82 кг∕ч

GC6H6 =(0,04 ∙ 53262,07) ∕ 100 = 21,30 кг∕ч

GЛК =(0,19 ∙ 63469,09) ∕ 100 = 120,59 кг∕ч

GC2H4Cl2 =(98,03 ∙ 62365,53) ∕ 100 = 61136,93 кг∕ч

GC2HCl3 =(0,70 ∙ 63508,01) ∕ 100 = 444,56 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,03 ∙ 42165,81) ∕ 100 = 12,65 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,11 ∙ 57827,39) ∕ 100 = 63,61 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,01 ∙ 72284,24) ∕ 100 = 7,23 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,81 ∙ 62701,10) ∕ 100 = 507,88 кг∕ч

Зная состав питания колонны, найдём количество соответствующих веществ в питающем продукте по формуле (5.3):

GHCl =(0,04 ∙ 96378,99) ∕ 100 = 38,55 кг∕ч

GC2H2 =(0,0002 ∙ 96378,99) ∕ 100 = 0,19 кг∕ч

GCH3Cl =(0,001 ∙ 112442,15) ∕ 100 = 1,35 кг∕ч

GC2H3Cl =(43,578 ∙ 110561,27) ∕ 100 = 48180,39 кг∕ч

GC4H6 =(0,001 ∙ 32126,33) ∕ 100 = 0,19 кг∕ч

GCHCl3 =(0,01 ∙ 96378,99) ∕ 100 = 9,64 кг∕ч

GCCl4 =(0,005 ∙ 96378,99) ∕ 100 = 4,82 кг∕ч

GC6H6 =(0,021 ∙ 101451,56) ∕ 100 = 21,30 кг∕ч

GЛК =(0,108 ∙ 111658,58) ∕ 100 = 120,59 кг∕ч

GC2H4Cl2 =(55,3 ∙ 110555,02) ∕ 100 = 61136,93 кг∕ч

GC2HCl3 =(0,398 ∙ 111697,50) ∕ 100 = 444,56 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,014 ∙ 90355,30) ∕ 100 = 12,65 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,06 ∙ 106016,88) ∕ 100 = 63,61 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,006 ∙ 120473,73) ∕ 100 = 7,23 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,458 ∙ 110890,59) ∕ 100 = 507,88 кг∕ч

Полученные результаты сведем в таблицу материального баланса колонны КР2.

Таблица 5.3 - Материальный баланс колонны КР2

Приход			Расход			кг∕ч	%	наименование	кг∕ч	%
Питание F2	110549,88	100	Дистиллят Р2	48189,49	43,59
В том числе:			В том числе:
Хлористый водород	38,55	0,04	Хлористый водород	38,46	0,035
Ацетилен	0,19	0,0002	Ацетилен	0,02	0,00004
Хлористый метил	1,35	0,0012	Хлористый метил	1,31	0,0012
Винилхлорид	48180,39	43,578	Винилхлорид	48149,69	43,555
1,3-бутадиен	0,19	0,0006	1,3-бутадиен	0,02	0,0000
Хлороформ	9,64	0,01
Тетрохлорметан	4,82	0,005	Кубовыйпродукт W2	62360,39	56,41
Бензол	21,30	0,021	В том числе:
Легкокипящие	120,59	0,108	Винилхлорид	31,19	0,028
1,2-дихлорэтан	61136,93	55,3	Хлороформ	9,64	0,009
Трихлорэтилен	444,56	0,398	Тетрохлорметан	4,82	0,004
Трихлорэтан	12,65	0,014	Бензол	21,30	0,019
Перхлорэтилен	63,61	0,06	Легкокипящие	120,59	0,109
Тетрахлоратан	7,23	0,006	1,2-дихлорэтан	61136,93	55,303
Высококипящие	507,88	0,458	Трихлорэтилен	444,56	0,402
			Трихлорэтан	12,65	0,011
			Перхлорэтилен	63,61	0,058
			Тетрахлоратан	7,23	0,007
			Высококипящие	507,88	0,459
Итого	110549,88	100	Итого	110549,88	100

Расчёт материального баланса колонны КР1

Так как питание колонны КР2 является кубовым продуктом колонны КР1, то:

W1 = 110549,88кг∕ч

P1 = F1 - W1

F1= W 1 · (xW-xP)/(xF-xP)

Найдём F2, W2 для каждого компонента

F1 HCL= 110549,88 · (0,04 - 99,92)/(18,2837 - 99,92)= 135255,05 кг∕ч

F1 C2H2 = 110549,88 · (0,0002 - 0,08)/(0,0143 - 0,08)= 134275,20 кг∕ч

F1 CH3Cl = 110549,88 · (0,0012 - 0)/(0,0011 - 0)= 120599,87 кг∕ч

F1 C2H3Cl = 110549,88 · (43,578 - 0)/(31,2417 - 0)= 154202,32 кг∕ч

F1 C4H6 = 110549,88 · (0,0006 - 0)/(0,0006 - 0)= 110549,88 кг∕ч

F1 CHCl3 = 110549,88 · (0,01 - 0)/(0,0101 - 0)= 109455,33 кг∕ч

F1 CCl4 = 110549,88 · (0,005 - 0)/(0,0048 - 0)= 115156,13 кг∕ч

F1 C6H6 = 110549,88 · (0,021 - 0)/(0,0188 - 0)= 123486,57 кг∕ч

F1 ЛК = 110549,88 · (0,108 - 0)/(0,0964 - 0)= 123852,56 кг∕ч

F1 C2H4Cl2 = 110549,88 · (55,3 - 0)/(49,4887 - 0)= 123531,40 кг∕ч

F1 C2HCl3 = 110549,88 · (0,398 - 0)/(0,3558 - 0)= 123661,75 кг∕ч

F1 C2H3Cl3 = 110549,88 · (0,014 - 0)/(0,0131 - 0)= 118144,91 кг∕ч

F1 C2H3Cl3 = 110549,88 · (0,06 - 0)/(0,0551 - 0)= 120380,99 кг∕ч

F1 C2H3Cl3 = 110549,88 · (0,006 - 0)/(0,0056 - 0)= 118446,30 кг∕ч

F1 C2H3Cl3 = 110549,88 · (0,458 - 0)/(0,4102 - 0)= 123432,09 кг∕ч

P1 HCL= 135255,05 - 110549,88 = 24705,17 кг∕ч

P1 C2H2 = 134275,20 - 110549,88 = 23725,32 кг∕ч

Зная состав дистиллята, найдём количество соответствующих веществ в головном продукте по формуле (5.2):

GHCl =(99,92 ∙ 24705,17) ∕ 100 = 24685,41 кг∕ч

GC2H2 =(0,08 ∙ 23725,32) ∕ 100 = 18,98 кг∕ч

Зная процентный состав потока со стадии пиролиза дихлорэтана, приходящего в колонну КР1, найдём количество соответствующих веществ по формуле (5.3):

GHCl =(18,2837 ∙ 135255,05) ∕ 100 = 24729,63 кг∕чC2H2 =(0,0143 ∙ 134275,20) ∕ 100 = 19,20 кг∕чCH3Cl =(0,0011 ∙ 120599,87) ∕ 100 = 1,33 кг∕ч

GC2H3Cl =(31,2417 ∙ 154202,32) ∕ 100 = 48175,43 кг∕ч

GC4H6 =(0,0006 ∙ 110549,88) ∕ 100 = 0,66 кг∕чCHCl3 =(0,0101 ∙ 109455,33) ∕ 100 = 11,05 кг∕ч

GCCl4 =(0,0048 ∙ 115156,13) ∕ 100 = 5,53 кг∕ч

GC6H6 =(0,0188 ∙ 123486,57) ∕ 100 = 23,22 кг∕ч

GЛК =(0,0964 ∙ 123852,56) ∕ 100 = 119,39 кг∕ч

GC2H4Cl2 =(49,4887 ∙ 123531,40) ∕ 100 = 61134,08 кг∕

GC2HCl3 =(0,3558 ∙ 123661,75) ∕ 100 = 439,99 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,0131 ∙ 118144,91) ∕ 100 = 15,48 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,0551 ∙ 120380,99) ∕ 100 = 66,33 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,0056 ∙ 118446,30) ∕ 100 = 6,63 кг∕ч

GC2H3Cl3 =(0,4102 ∙ 123432,09) ∕ 100 = 506,32 кг∕ч

Полученные результаты сведем в таблицу материального баланса колонны КР1.

Таблица 5.4 - Материальный баланс колонны КР1

Приход			Расход
Наименование	кг∕ч	%	Наименование	кг∕ч	%
1	2	3	4	5	6
Питание F1	135254,27	100,00	Дистиллят Р1	24704,39	18,27
В том числе:			В том числе:
Хлористый водород	24729,63	18,28	Хлористый водород	24685,41	18,25
Ацетилен	19,20	0,014	Ацетилен	18,98	0,01
Хлористый метил	1,33	0,001
Винилхлорид	48175,43	35,62	Кубовый продукт W1	110549,88	81,73
1,3-бутадиен	0,66	0,0005	В том числе:
Хлороформ	11,05	0,0082	Хлористый водород	38,55	0,03
Тетрохлорметан	5,53	0,0041	Ацетилен	0,19	0,0001
Бензол	23,22	0,0172	Хлористый метил	1,35	0,0010
Легкокипящие	119,39	0,09	Винилхлорид	48180,39	35,62
1,2-дихлорэтан	61134,08	45,20	1,3-бутадиен	0,19	0,0001
Трихлорэтилен	439,99	0,33	Хлороформ	9,64	0,007
Трихлорэтан	15,48	0,011	Тетрохлорметан	4,82	0,004
Перхлорэтилен	66,33	0,049	Бензол	21,30	0,016
Тетрахлоратан	6,63	0,005	Легкокипящие	120,59	0,09
Высококипящие	506,32	0,37	1,2-дихлорэтан	61136,93	45,20
			Трихлорэтилен	444,56	0,33
Питание P3	9727,95	7,19	Трихлорэтан	12,65	0,009
Хлористый водород	38,43	0,028	Перхлорэтилен	63,61	0,047
Винилхлорид	9689,52	7,16	Тетрахлоратан	7,23	0,005
			Высококипящие	507,88	0,38
Итого	135254,27	100	Итого	135254,27	100

Исходя из расчетов материального баланса колонн, которые приведены выше, составим материальный баланс установки ректификации винилхлорида. Приходом является пирогаз со стадии пиролиза дихлорэтана, который поступает в колонну КР1 (табл. 5.4), а расходом является головной продукт колонны КР1 (табл. 5.4), кубовый продукт колонны КР2 (табл. 5.3) и тяжелый продукт колонны КО3 (табл. 5.2). Полученные данные сведем в таблицу 5.5 материального баланса установки ректификации винилхлорида.

Таблица 5.5 - Материальный баланс установки ректификации ВХ

Приход				Расход
наименование	кг∕ч	%		наименование	кг∕ч		%
1	2	3		4	5		6
Пирогаз	135254,27	100		Товарный ВХ W3	38461,538		30,64
В том числе:			В том числе:
Хлористый водород	24691,20	19,67	Хлористый водород		0,023	0,000018
Ацетилен	19,20	0,015	Ацетилен		0,023	0,000018
Хлористый метил	1,33	0,00105	Хлористый метил		1,308	0,001042
Винилхлорид	38485,91	30,66	Винилхлорид		38460,165	30,64
1,3-бутадиен	0,66	0,00052	1,3-бутадиен		0,019	0,000015		11,05	0,009
Тетрохлорметан	5,53	0,0044	Дистиллят колонны КР1 Р1		24704,39	19,68
Бензол	23,22	0,018	В том числе:
Легкокипящие	119,39	0,095	Хлористый водород		24685,408	19,67
1,2-дихлорэтан	61134,08	48,70	Ацетилен		18,980	0,0151
Трихлорэтилен	439,99	0,35
Трихлорэтан	15,48	0,012	Кубовый продукт колонны КР2 W2		0,03	0,00
Перхлорэтилен	66,33	0,053	В том числе:
Тетрахлоратан	6,63	0,0053	Винилхлорид		31,186	0,0248
Высококипящие	506,32	0,40	Хлороформ		9,638	0,0077
			Тетрохлорметан		4,819	0,0038
			Бензол		21,305	0,0170
			Легкокипящие		120,591	0,0961
			1,2-дихлорэтан		61136,926	48,704
			Трихлорэтилен		444,556	0,3542
			Трихлорэтан		12,650	0,0101
			Перхлорэтилен		63,610	0,0507
			Тетрахлоратан		7,228	0,0058
			Высококипящие		507,879	0,4046
Итого	125526,31	100	Итого		125526,31	100

5.2 Расчет колонны ректификации КР1

Расчет колонны КР1 ведем по методу ключевых компонентов, распределив их в порядке возрастания по температуре кипения при Р =1,6 Мпа =12160 мм рт.ст.

Температуры кипения веществ определим по уравнению Антуана. Коэффициенты уравнения Антуана представлены в таблице 5.6.

Таблица 5.6 - Коэффициенты уравнения Антуана

Наименование	А	В	С
Хлороводород	16,504	1714,25	-14,45
Винилхлорид	14,9601	1803,84	-43,15

Ткип. НСl = В/(А-lnР) - С = 1714,25 / (16,50 - 12160) -(-14,45)= 256 К = -17 оС

Ткип. ВХ = В/(А-lnР) - С = 1803,84 / (14,96 - 12160) -(-43,15)= 368 К = 95 оС

Легким ключевым компонентом (НКК) в колонне КР1 будет НСl, а тяжелым ключевым (ВКК) компонентом ВХ. Смесь будем считать как бинарную: винилхлорид-хлороводород.

Исходные данные:

Питание колонны составляет F= 135254,3 кг/ч, в том числе:

Строим график зависимости t-х,y, по данным таблицы 5.7

lnP=А - В/(Т + С), мм рт. ст.

Таблица 5.7

t	PHCl	ПВХ	P	Х= (Р - РВК)/(РНК - РВК)	У= РНК · Х /Р

-17	12175	656	12160	0,999	1,000
-10	14868	859	12160	0,807	0,986
0	19414	1227	12160	0,601	0,960
10	24851	1702	12160	0,452	0,923
20	31251	2299	12160	0,341	0,875
30	38680	3036	12160	0,256	0,814
40	47197	3926	12160	0,190	0,739
50	56850	4986	12160	0,138	0,647
60	67683	6228	12160	0,097	0,537
70	79728	7664	12160	0,062	0,409
80	93013	9306	12160	0,034	0,261
95	115303	12176	12160	0,000	-0,002

Состав питания колонны КР1, кубового продукта и дистиллята представлен в таблице 5.8.

Таблица 5.8 - Состав питания, кубового продукта и дистиллята

Состав кубового остатка	% масс.	Состав дистиллята (головной продукт)	% масс.	Состав питания	% масс.
хлороводород	0,004	хлороводород	0,996	хлороводород	0,183
винилхлорид	0,996	винилхлорид	0,004	винилхлорид	0,817

Рисунок 5.2 - График зависимости t - х,у

5.2.1 Материальный баланс колонны КР1

Пересчитаем составы фаз из массовых долей в мольные для бинарной смеси винилхлорид - хлороводород по формуле

X = x / MHCl /(x / MHCl + (1 - x)/ MBX)

где МНСl и МВХ- молярные массы низкокипящего и высококипящего компонентов, соответственно, кг/кмоль.

МВХ = 62,5 г/моль

MHCl= 36,5 г/моль= 0,2772= 0,9977= 0,0068

Производительность колоны КР1 по дистилляту:

P= 36909,73 кг/ч

W= 98344,53 кг/ч

По найденным Р и W и по данным таблицы 5.7, найдем количество соответствующих веществ в питании, кубе и дистилляте, которые представлены в таблице 5.9.

Таблица 5.9 - Состав питания, куба и дистиллята

Приход			Расход
Наименование	кг/ч	%	Наименование	кг/ч	%
хлороводород	24752	18,3%	Состав дистиллята (головной продукт)
винилхлорид	110503	81,7%	хлороводород	36762,1	27,18%
			винилхлорид	147,6	0,11%
			Состав кубового остатка
			хлороводород	393,4	0,3%
			винилхлорид	97951,2	72,4%
	135254	100%		135254,3	100%

5.2.2 Определение числа тарелок и рабочего флегмового числа колонны КР1

Для определения рабочего флегмового числа, найдем равновесную концентрацию компонентов в паре, которая определяется по формуле:

У* = α · х /(1+ (α - 1)) · х,

где α- относительная летучесть.

α = РНК / РВК,

где РНК, РВК - давление паров низкокипящего и высококипящего компонентов.

Найдем давление насыщенных паров хлороводорода и винилхлорида по ураынению Антуана [3]:

= A - B/(T+C),

где А, В и С-коэффициенты уравнения Антуана, принимаем по [3 прил. 14]:

При средней температуре кипения смеси HCl и ВХ при Р = 1.6 МПа:

Т= (256 + 368 )/2 = 312 К

ln Рнсl= 16,504 - 1714,25 /(312 -14,45)= 46240,7 мм рт. ст.

ln Рвх= 14,9601 - 1803,84 /(312 -43,15)= 3824,3 мм рт. ст.

α= 46240,7 / 3824,3 = 12,091

Задаваясь значением Х, определяем У*:=0,05 У0* =12,091 · 0,05 /(1+(12,091 -1) · 0,05) = 0,389= 0,1 У1*= 12,091 · 0,1 /(1+(12,091 -1) · 0,1) = 0,573= 0,2; У2*= 12,091 · 0,2 /(1+(12,091 -1) · 0,2) = 0,751;= 0,3; У3*= 12,091 · 0,3 /(1+(12,091 -1) · 0,3) = 0,838;= 0,4; У4*= 12,091 · 0,4 /(1+(12,091 -1) · 0,4) = 0,890;= 0,5; У5*= 12,091 · 0,5 /(1+(12,091 -1) · 0,5) = 0,924;= 0,6; У6*= 12,091 · 0,6 /(1+(12,091 -1) · 0,6) = 0,948;= 0,7; У7*= 12,091 · 0,7 /(1+(12,091 -1) · 0,7) = 0,966;= 0,8; У8*= 12,091 · 0,8 /(1+(12,091 -1) · 0,8) = 0,980;= 0,9; У9*= 12,091 · 0,9 /(1+(12,091 -1) · 0,9) = 0,991;= 1,0; У10*= 12,091 · 1 /(1+(12,091 -1) · 1) = 1.

Полученные данные сводим в таблицу 5.10.

Таблица 5.10 - Таблица зависимости X-Y

X	0	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Y	0	0,389	0,573	0,751	0,838	0,890	0,924	0,948	0,966	0,980	0,991	1

По данным таблицы 5.9 строим на графике Х - У линии равновесия.

Рисунок 5.3 - График парожидкостной равновесной зависимости и построения теоретических ступеней

По графику определяем Y*F - концентрацию легколетучего компонента в паре, находящегося в равновесии с исходной смесью.

Рассчитаем минимальное флегмовое число:

= (ХР - YF*)/(YF* - XF)

где Y*F - равновесное значение состава пара исходной жидкости, который найден по графику Х - У (рис. 5.3).

Rmin = 0,9977 - 0,8174 / 0,8174 - 0,2772 = 0,3337

Рабочее флегмовое число определяется как:

R=β∙ Rmin,

где β - коэффициент избытка флегмы (β = 1,02 ÷ 3,5).

Задаваясь различными значениями коэффициента избытка флегмы β для каждого из них определяется флегмовое число R, отрезок B, число теоретических тарелок в колонне nT, путем вписывания «ступенек» между равновесной и рабочими линиями.

В =ХP/ (R+1)

β = 1,1; R= 1,1 · 0,3337 = 0,36707; В = 0,9977 /(0,367073451 +1) = 0,72978;

β = 1,4; R= 1,4 · 0,3337 = 0,46718; В = 0,9977 /(0,467184392 +1) = 0,67998;

β = 1,9; R= 1,9 · 0,3337 = 0,63404; В = 0,9977 /(0,63403596 +1) = 0,61055;

β = 2,3; R= 2,3 · 0,3337 = 0,76752; В = 0,9977 /(0,767517215 +1) = 0,56444;

β = 2,5; R= 2,5 · 0,3337 = 0,83426; В = 0,9977 /(0,834257843 +1) = 0,54390;

β = 2,8; R= 2,8 · 0,3337 = 0,93437; В = 0,9977 /(0,934368784 +1) = 0,51575.

Полученные данные заносим в таблицу 5.11.

Таблица 5.11 - Определение количества теоретических ступеней

β	1,1	1,4	1,9	2,3	2,5	2,8
R	0,367073	0,467184	0,63404	0,76752	0,83426	0,93437
В	0,729778	0,679983	0,61055	0,56444	0,54390	0,51575
nТ	12	9,5	8,2	7,5	7,3	7,1
пТ (R + 1)	16,40488	13,93825	13,39909	13,390082	13,73402

Строится график в координатах nТ (R + 1) - R и из точки минимума на кривой определяется оптимальное рабочее флегмового число R.

Rопт = 0,768; В = 2,3

Рисунок 5.4 - График определения оптимального рабочего флегмового числа RОПТ

5.2.3 Массовый расход жидкости и пара

Предварительно определяются средние концентрации жидкости для верхней и нижней частей колонны:

= (XF + XP) / 2

= (0,2772 + 0,9977)/2= 0,6374 кмоль/киломоль смеси

= (XF + XW) / 2

= (0,2772 + 0,0068)/2= 0,1420 кмоль/киломоль смеси

Средние мольные массы жидкой смеси верхней и нижней части колонны КР1:

МBж = хВ · MHCl + (1 - хВ) ·MBX

МBж = 0,6374 · 36,5 +(1- 0,6374)· 62,5 = 45,93 кг/кмоль

МНж = хН · MHCl + (1 - хН) ·MBX

МНж = 0,1420 · 36,5 +(1- 0,1420)· 62,5 = 58,81 кг/кмоль

Средние массовые расходы жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений:

= P · R · MBж/ MP,

где МР - мольная масса дистиллята, кг/кмоль.

= P · R · MНж/ MP + F ·MHж / MF,

где MF - мольная масса исходной смеси, кг/кмоль.

МF =xF · MHCl + (1 - xF) ·MBX

МF = 0,2772 · 36,5 +(1- 0,2772)· 62,5 = 55,29 кг/кмоль

МP =xP · MHCl + (1 - xP) ·MBX

МP = 0,9977 · 36,5 +(1- 0,9977)· 62,5 = 36,56 кг/кмоль

МW =xW · MHCl + (1 - xW) ·MBX

МW = 0,0068 · 36,5 +(1- 0,0068)· 62,5 = 62,32 кг/кмоль

LB= 36909,73 · 0,768 · 45,93 / 36,56 = 35585,8 кг/ч = 9,885 кг/с

LH= 36909,73 · 0,768 · 58,81 / 36,56 + 135254,27 · 58,81/ 55,29 =189419,1 кг/ч = =52,616 кг/с

Средние концентрации пара в верхней и нижней частях колонны:

yB = (yF + yP) / 2 = 0,68 + 0,999 /2 = 0,8395

yH = (yF + yW) / 2 = 0,68 + 0,044 /2 = 0,362

Средние мольные массы паров верхней и нижней части колонны:

МBn = уВ · MHCl + (1 - уВ) ·MBX = 0,8395 · 36,5 +(1- 0,8395)· 62,5 = 40,673 кг/кмоль

МНn = уН · MHCl + (1 - уН) ·MBX = 0,362 · 36,5 +(1- 0,362)· 62,5 = 53,088 кг/кмоль

Средний расход пара по колонне:

= P · (R + 1) · MпB(Н)/ MP

= 36909,73 ·(0,768 +1)· 40,673 / 36,56 = 72576,27 кг/ч = 20,160 кг/с

GH= 36909,73 ·(0,768 +1)· 53,088 / 36,56 = 94729,40 кг/ч = 26,314 кг/с

Полученные данные заносим в таблицу 5.12.

Таблица 5.12 - Данные расчета колонны КР1

№ п/п	Наименование	Ед.изм.	Обозн.	Значение
1	2	3	4	5
1	Массовые доли	%	XP	0,996
			XW	0,004
			XF	0,183
2	Мольные доли		XP	0,9976
			XW	0,0068
			XF	0,2772
3	Производительность колонны:	кг/с
	по дистилляту		P	10,25
	по кубовому остатку		W	27,32
	питание колонны		F	37,57
4	Концентрация легколетучих компонентов в паре		У*	0,8174
5	Флегмовое число:
	минимальное		Rmin	0,3337
	рабочее		Rопт	0,7675
6	Средние массовые расходы жидкости и пара	кг/кмоль	МP	36,561
			МW	62,322
			МF	55,292
7	Средние мольные составы жидкости	кмоль/кмоль	XВ	0,6374
			XН	0,1420
8	Мольные массы дистиллята	кг/кмоль	МЖВ	45,926
			МЖН	58,807
9	Средние массовые расходы жидкости	кг/с	LВ	9,885
			LН	52,616
10	Средние массовые расходы пара	кг/с	GВ	20,160
			GН	26,314

5.2.4 Гидравлический расчет клапанных тарелок колонны КР1

Расчет клапанных тарелок ведем по методике [3].

Принимаем по таблице [3, табл. 3.9 стр. 279]глубину барботажа для клапанных тарелок в зависимости от давления в колонне, так как давление в колонне то: 1,6 МПа,

hБ= 0,1 м. из таблицы [3, табл. 3.9] для клапанных тарелок;

Диапазон изменения нагрузки:

К4 / К3 = 1 / 1 = 1,00 < 3,5 ,

где К4 - коэффициент увеличения нагрузки;

К3 - коэффициент снижения нагрузки.

Коэффициент, учитывающий поверхностное натяжение:

К2 = 2,185 · σ0,2,

где σ - поверхностное натяжение жидкости.

σ вх= 6,7 мН ∕м при 95 оС,

σ НСl= 10,0 мН ∕м при -17 оС.

для верхней части колонны: К2 = 2,185 · 10 0,2 = 3,46 ,

для нижней части колонны: К2 = 2,185 · 6,7 0,2 = 3,20 .

Рассчитываем плотности пара и жидкости по уравнению:

ρпВ=МHCl·T0·P / 22,4/(T0 +tВ)= 36,5 · 273 · 16 / 22,4 / (273+ -17)= 27,81 кг/м3

ρпН=МВХ·T0·P / 22,4/(T0 +tН)= 62,5 · 273 · 16 / 22,4 / (273+ 95)= 33,13 кг/м3,

где Р - давление в колонне, 1,6 МПа = 16 атм.

ρжВ=ρHCl= 977 кг/м3 при t = -17 ºC

ρжН=ρВХ= 757 кг/м3 при t = 95 ºC

Объемная нагрузка по пару и жидкости верхней и нижней части колонны рассчитывается по уравнению:

пВ = G / ρп и Vж = L / ρж

пВ = 20,160 / 27,81 = 0,725 м3/с

VпН = 26,314 / 33,13 = 0,794 м3/с

VжВ = 9,885 / 977 = 0,0101 м3/с

VжН = 52,616 / 757 = 0,0695 м3/с

Оценочную скорость пара в колонне найдем по уравнению:

оц=0,1 · ((ρж -ρп)/ρп)0,5

wВоц=0,1· ((977 - 27,81)/ 27,81)0,5 = 0,58 м/с

wНоц=0,1· ((757 - 33,13)/ 33,13)0,5 = 0,47 м/с

Находим диаметр верхней и нижней части колонны по уравнению:

=(4 · Vп / π · wоц)0,5

В =(4 · 0,725 /(3,14 · 0,58))0,5= 1,257 м

dН =(4 · 0,794 /(3,14 · 0,47))0,5= 1,471 м

Так как диаметры для верха и низа колонны оказались близкими, то принимаем колонну одного диаметра. Ближайший диаметр колонны d = 1,6 м из приложения [3, прил. 69].

Действительную скорость пара в верхней и нижней части колонны найдем по формуле:

К = 4 · Vп / π · D2

КВ= 4 · 0,725 /( 3,14 · 2,56 )0,5= 0,3608 м/с

wКН= 4 · 0,794 /( 3,14 · 2,56 )0,5= 0,3953 м/с

По приложению [3, прил. 66] выбираем основные размеры тарелки, отличающиеся меньшим сечением перелива, а, следовательно, большей активной площадью:

Периметр слива lw = 1,26 м,

Относительное сечение перелива S2 = 0,27 м2,

Свободное сечение тарелки fc = 13,23 %,

Количество клапанов KL = 212 .

Относительная активная площадь тарелки рассчитывается по уравнению:

S1' = 1 - 2 S2' = 1 - 2 · 0,27 = 0,46

Рассчитаем факторы нагрузки для верхней и нижней части колонны

КР1 по формуле:

А2 = L/G · (ρп /ρж)0,5

А2В = 9,885 / 20,160 ·(27,81 / 977)0,5 = 0,083

А2Н = 52,616 / 26,314 ·(33,13 / 757)0,5 = 0,418

Принимаем расстояние между тарелками Нмт = 0,5 м.

Допустимую скорость в рабочем сечение колонны найдем по уравнению:

д =К2 ·В1·((ρж -ρп)/ρп)0,5

где В1 - комплекс, выбранный для верхней и нижней части колонны по приложению [3, прил. 69].

ВВ1= 0,086

ВН1= 0,059

wВд = 3,46 · 0,086 · ((977 - 27,81)/ 27,81)0,5 = 1,74 м/с

wНд = 3,20 · 0,059 · ((757 - 33,13)/ 33,13)0,5 = 0,882 м/с

Проверяем условие wд · S1' > К4 · wк

для верхней части колонны: 1,74 · 0,46 > 1 · 0,3608; 0,800 > 0,361

для нижней части колонны: 0,88 · 0,46 > 1 · 0,3953; 0,406 > 0,395

Условие выполняется.

Удельную весовую нагрузку клапана найдем по формуле:

= 16,6 · δ · ρМ

где δ - толщина клапана, м [1].

Так как давление в колонне 1,6 МПа, то толщину клапана принимаем 0,0016 м ρМ - плотность материала; для нержавеющей стали принимаем 8000 кг ∕м3 [1].

q = 16,6 · 0,0016 · 8000 · 212,48 Па

Рассчитаем минимально допустимую скорость пара в свободном сечении тарелки по формуле [3]:

min =(2·q /lщ·ρп)0,5

щ - коэффициент сопротивления; для клапанных тарелок принимаем равным 3 по [1 таблица 2.1].

w0В min =(2· 212,48 /3· 27,81) 0,5 = 2,26 м/с

w0Н min =(2· 212,48 /3· 33,13) 0,5 = 2,07 м/с

Коэффициент запаса сечения для верхних и нижних тарелок найдем по уравнению:

К1 = К3 · wК / fс · w0 min

К1В = 1 · 0,3608 / 0,1323 · 2,26 = 1,208 >1

К1Н = 1 · 0,3953 / 0,1323 · 2,07 = 1,445 >1 свободное сечение тарелки и число клапанов остается неизменными.

Фактор паровой нагрузки для верхней и нижней части колонны определим по уравнению:

Ф = wк· ρп0,5

ФВ = 0,3608 · 27,81 0,5 = 1,902 кг0,5/м0,5·с

FФ Н= 0,3953 · 33,13 0,5 = 2,275 кг0,5/м0,5·с

Вспомогательный комплекс А3 найдем по уравнению:

А3 =0,5 · LКл/q · (FФ / fc)2

где LКл - коэффициент сопротивления клапана равен 2,5 [1]:

А3В = 0,5 · 2,5 / 212,48 ·(1,902 / 0,1323)2= 1,216

А3Н = 0,5 · 2,5 / 212,48 ·(2,275 / 0,1323)2= 1,740

Степень открытия клапана найдем по формуле:

В3=((0,25+А3)0,5 - 0,5)0,5

В3В=((0,25+ 1,216)0,5 - 0,5)0,5 = 0,843

В3Н=((0,25+ 1,740)0,5 - 0,5)0,5 = 0,954

Так как В3 приблизительно равен 1 то принимаем В3 = 1.

Фактор аэрации для верхней и нижней части колонны определим по уравнению:

β = [0,1 / (4 + 0,3 · wк /fс)] + 0,253 / hБ0,25

βВ = [0,1 / (4 + 0,3 · 0,3608 / 0,1323)] + 0,253 / 0,1 0,25 = 0,4707

βН = [0,1 / (4 + 0,3 · 0,3953 / 0,1323)] + 0,253 / 0,1 0,25 = 0,4703

Гидравлическое сопротивление тарелки определим по уравнению:

∆Pт = 0,5 · LЩ · (FФ/В3 · fс)2 + 9810 · β · hБ

где LЩ - коэффициент сопротивления щели, равный 3 [1] для клапанных тарелок;

∆PmВ = 0,5·3·(1,902 /(0,843 · 0,1323))2 + 9810 · 0,4707 · 0,1 = 898,0 Па

∆PmН = 0,5·3·(2,275 /(0,954 · 0,1323))2 + 9810 · 0,4703 · 0,1 = 948,5 Па

Подпор жидкости над сливным порогом определим по уравнению:

0w = 0,667 · (Vж/lw)0,66

- периметр слива выбираем в зависимости от диаметра колонны, так как диаметр колонны КР1 равен 1,6 м, то периметр слива равен 1,26 м из [3, прил. 69];

h0Вw = 0,667 · (0,0101 / 1,26) 0,66 = 0,0276 м

h0Нw = 0,667 · (0,0695 / 1,26) 0,66 = 0,0985 м

Найдем высоту парожидкостного слоя по формуле:

= hБ · 1000/ρж

В= 0,1 · 1000/ 977 = 0,1024 м

hfН= 0,1 · 1000/ 757 = 0,1321 м

Высоту сливного порога определим по уравнению:

hw = hf - how

hВw = 0,1024 - 0,0276 = 0,0747 м

hНw = 0,1321 - 0,0985 = 0,0336 м

Определим высоту сепарационного пространства по формуле:

с = Нмт - 2,5 · h6 · 1/К5,

гле К5 - коэффициент вспениваемости, принимаем по таблице [1, табл. 2.4] равным 1;

Hс = 0,5 -2,5 · 0,1 · 1 / 1 = 0,250 м

Межтарельчатый унос жидкости для верхней и нижней части колонны определим по уравнению:

е = 5,7 × 10-6 / σ (wк / Нс)3,2 < 0,1 кг/кг

где σ - поверхностное натяжение винилхлорида и хлороводорода, н/м

еВ = 5,7 × 10-6 / 10,0 · (0,3608 / 0,250) 3,2 = 0,00184 кг/кг

еН = 5,7 × 10-6 / 6,7 · (0,3953 / 0,250) 3,2 = 0,00369 кг/кг

е < 0,1 - условие выполняется.

Допустимую скорость жидкости в переливных устройствах верхней и нижней части колонны найдем по уравнению:

д = 0,008 · К5 · (Нмт ·(ρж - ρп))0,5

Вд = 0,008 · 1 · (0,5 · (977 - 27,81))0,5 = 0,174 м/с

wНд = 0,008 · 1 · (0,5 · (757 - 33,13))0,5 = 0,152 м/с

Действительную скорость жидкости в переливном устройстве верхней и нижней части колонны определим по уравнению:

= Vж / (Sк · S'2),

к - свободное сечение колонны по приложению [3, прил. 66] выбираем 2,01 м2, так как диаметр колонны 1,6 м;

wВ= 0,0101 /(2,01 · 0,27) = 0,019 м/с

wН= 0,0695 /(2,01 · 0,27) = 0,128 м/с

Так как действительная скорость меньше допустимой скорости, значит, колонна справляется, и конструктивные размеры клапанных тарелок обеспечивают заданную производительность.

5.2.5 Расчет эффективности клапанных тарелок колонны КР1

Расчет эффективности тарелок произведем по формуле Мерфри:

где ζ - коэффициент, равный:

ζ = (1 + 4 · λ ·F0 ·EОГ)0,5

λ - фактор отклонения.

Коэффициент диффузии для паровой фазы определяется по формуле:

где Т - средняя температура пара в соответствующей части колонны, К;

Р - абсолютное давление в колонне, атм;

МНСl и МВХ - молекулярные массы компонентов;

VНСl и VВХ - мольные объемы компонентов смеси, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав вещества, см3/моль.

VНСl = 7,15 + 18,7 = 25,85 см3/моль

VВХ = 5,3 · 2 + 7,15 · 3 + 18,7 = 50,75 см3/моль [2, табл. 2]

DnB = 10-7 · 2561,76 /(16 · (25,85 1/3 + 50,751/3)2 · [(36,5 + 62,5) /(36,5 · 62,5)]0,5 = 0,0318

DnH = 10-7 · 3681,76 /(16 · (25,85 1/3 + 50,75 1/3)2 · [(36,5 + 62,5) /(36,5 · 62,5)]0,5 = 0,0602

Коэффициент диффузии для жидкой фазы определяется по формуле:

жB = 7,4 ·10-15 · (Ф · М)0,5· Т /(μ · V0,6)

где μ - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па·с;

μHCl= 0,00013 Па∙с;

μВХ= 0,000105 Па∙с;

Ф - безмерный параметр.

DжB = 7,4 ·10-15 · (1 · 36,5)0,5 · 256 / 0,00013 · 25,85 0,6 = 12,506 ·10-9 м2/с

DжН = 7,4 ·10-15 · (1 · 62,5)0,5 · 368 / 0,000105 · 50,75 0,6 = 19,430 ·10-9 м2/с

Коэффициент турбулентной диффузии найдем по формуле:

DS = 0,0929 · (0,0124 + 0,59 · hw + 0,0561 ·wк + 12,1 · Vж /lw)2

DSB = 0,0929 · (0,0124 + 0,59 · 0,0747 + 0,0561 · 0,3608 + 12,1 · 0,0101 / 1,26)2 = 0,0028 м/с

DSН = 0,0929 · (0,0124 + 0,59 · 0,0336 + 0,0561 · 0,3953 + 12,1 · 0,0695 / 1,26)2 = 0,0484 м/с

Определяем числа единиц переноса в паре и жидкости по уравнению:

Nn =1770 · hf1,2 ·(wк ·hf / Dn)-0,5

= 1770 · 0,1024 1,2 · (0,3608 · 0,1024 / 0,0318 ·10-6)-0,5 = 0,107

NnH = 1770 · 0,1321 1,2 · (0,3953 · 0,1321 / 0,0602 ·10-6)-0,5 = 0,167

Единица переноса в жидкости для верхней и нижней части колонны:

Nж =126000 · hf1,9 ·(Vж ·hf / Dж· S1)-0,5

жB = 126000 · 0,1024 1,9 · (0,0101 · 0,1024 /(12,5063 ·10-9 · 0,46))-0,5 = 8,49

NжB = 126000 · 0,1321 1,9 · (0,0695 · 0,1321 /(19,4301 ·10-9 · 0,46))-0,5 = 5,77

Общее число единиц переноса найдем по формуле:

ОГ = Nж · Nп / (Nж + λ·Nп),

где λ - фактор отклонения:

λ = т · G · Мж / L · Мп

λВ= 0,378 · 20,16007 · 45,93 / 9,885 · 40,673 = 0,87

λН= 1,819 · 26,31372 · 58,81 / 52,616 · 53,088 = 1,01

NОГВ = 8,49 · 0,107 / (8,49 + 0,87 · 0,107) = 0,105

NОГН = 5,77 · 0,167 / (5,77 + 1,01 · 0,167) = 0,163

Локальную эффективность контакта найдем по уравнению:

ЕОГ = 1 - е - Nог

ЕВОГ = 1 - е - 0,11 = 0,100

ЕНОГ = 1 - е - 0,16 = 0,150

Число Фурье найдем по формуле:

F0 =DS · hL · lW / (Vж ·ZW),

где Zw - расстояние между приемной и сливной перегородкой.

Zw = 2 · ((D/2)2 - (lW/2)2)0,5 =2 · ((1,6 / 2)2 - (1,26 / 2)2)0,5 = 0,986

hL - высота невспененной жидкости.

β - фактор аэрации.

hLB = 0,1024 · 0,4707 = 0,048 м

hLH = 0,1321 · 0,4703 = 0,062 м

F0B= 0,0028 · 0,048 · 1,26 / (0,0101 · 0,99) = 0,01709

F0H= 0,0484 · 0,062 · 1,26 / (0,0695 · 0,99) = 0,05529

Эффективность тарелки по Мерфри:

ζB = (1 + 4 · 0,87 · 0,01709 · 0,100)0,5 = 1,003

ζH = (1 + 4 · 1,01 · 0,05529 · 0,150)0,5 = 1,0166

EМГВ = (1+ 1,003)2 · ехр (1,0036 -1 /2 / 0,01709) - (1 - 1,003)2 · ехр (-(1,003 +1) /2 / /0,01709) /(4 · 1,003 · 0,87) -1/ 0,87 = 0,1043

EМГН = (1+ 1,0166)2 · ехр (1,0166 -1 /2 / 0,05529) - (1 - 1,0166)2 · ехр (-(1,0166 +1)/ /2 / 0,05529) /(4 · 1,0166 · 1,01) -1/ 1,01 = 0,1607

5.2.6 Расчет количества тарелок и высоты колонны КР1

Число действительных тарелок найдем по формуле:

= nт / EМГ,

где пт - число тарелок по графику.

n В= 4 / 0,1043 = 38 тарелок

n Н= 4 / 0,1607 = 25 тарелок

Общее количество тарелок в колонне:

n = 38 + 25 = 63 шт.

Найдем высоту рабочей части колонны по формуле:

НТ = (пд - 1) · hт

НТ =(63 -1) · 500 = 31016 мм = 31,0 м

Высота колонны определяется по формуле:

Н = НТ + ZН +ZВ,

где ZН ,ZВ - высота соответственно сепарационной части колонны, расстояние между днищем колонны и тарелкой.

Н = 31,0 + 0,99 + 0,99 = 33 м

ректификация винилхлорид колонна расчет

5.2.7 Тепловой баланс колонны КР1

Рисунок 5.5 - Схема тепловых потоков

Тепловой баланс учитывает все тепло, вносимое в колонну и выносимое из нее. Согласно закону сохранения энергии можно записать (без учета потерь в окружающую среду):

+ QФ + QГП = QД + QW + QP + QКИ + QПОТ,

где QF, QГП, QФ - приход тепла с исходной смесью, с греющим паром и флегмой, кДж/ч;

QД, QW, QР, QКИ - расход тепла с паром колонны, с кубовым остатком, с дистиллятом, кДж/ч;

QПОТ - потери тепла в окружающую среду, кДж/ч.

Расход тепла

Расход тепла с дистиллятом:

QP = Р · СР · tР,

где tР = 256 К,

СP - удельная теплоемкость дистиллята (НСl) = 2058,1 Дж/(кг·К) [5].

QP = 36909,73 · 2058,1 · 256 = 19443614,63 кДж/ч

Расход тепла, с кубовым остатком:

= W · СW · tW,

где tW = 368 К,

СP - удельная теплоемкость кубового остатка (ВХ) = 1793,03 Дж/(кг·К).

QW = 98344,53 · 1793,03 · 368 = 64877215,2 кДж/ч

Расход тепла с паром колонны:

Д = Р · (1 + R) · (rР + СР · tКОНД),

где tКОНД = 256 К,

СP - удельная теплоемкость дистиллята (НСl) = 2058,1 Дж/(кг·К),

rP - удельная теплота конденсации пара дистиллята = 350333,3 , Дж/кг,

R - флегмовое число.

QД = 36909,73 ·(1+ 0,768)·(350333,3 + 2058,1 · 256) = 57222174,31 кДж/ч

Приход тепла

Приход тепла с исходной смеси:

= F · СF · tF,

где tF - температура исходной смеси = 313 K,

СF - удельная теплоемкость исходной смеси при, Дж/(кг·К).

СF = xF · C1 + (1 - xF) · C2,

где С1 теплоемкость хлороводорода = 4944,6 Дж/(кг·К),

С2 теплоемкость винилхлорида = 1491,51 Дж/(кг·К).

СF =0,183·4944,6 + 0,817· 1491,51 = 2 123,43 Дж/(кг·К):

QF =135254,3· 2123,43·313 = 89894338,43 кДж/ч

Тепло, получаемое с флегмой:

Ф =R · Р ·СР · tФ,

где tФ= 256 К,

СP - удельная теплоемкость дистиллята (НСl) = 2058,1 Дж/(кг·К).

QФ = 36909,73 · 0,768 · 2058,1 · 256 = 14923308,96 кДж/ч

Тепло, получаемое с греющим паром:

Свойства греющего пара при tКОНД' = 473 К и давлении Р = 1,5 МПа.

СГП - удельная теплоемкость= 4546,4 Дж/(кг·К),

rГП - удельная теплота конденсации пара = 1949782 Дж/кг.

ГП = GГП · (rГП + СВ · tКОНД'),

ГП = 103 % · (QP + QW + QД - QF - QФ /rГП),

где сомножитель 1,02 учитывает увеличение расхода греющего пара на компенсацию тепловых потерь в размере 2 % от полезного затрачиваемого тепла.

GГП =1,02 · (19443614,6 + 64877215,2+ 57222174 - 89894338,43 - 14923308,96 / /1949782) = 19,2 кг/c

QГП = 19,2 · (1949782 + 4546,4 · 473) = 78774974,72 кДж/ч

Расход тепла с конденсатом испарителя:

QКИ = 19,2 · 4546,4 · 473 = 41315110,83 кДж/ч

Потери тепла:

QПОТ = QF + QФ + QГП - QД - QW - QP - QКИ

ПОТ = 89894338,43 + 14923309 + 78774974,72 - 57222174,31 - 64877215,2 - 19443614,63 - 41315110,8 = 734507,14 кДж/ч

Таблица 5.13 - Тепловой баланс колонны КР1

Приход	Количество тепла, МДж/ч	%	Расход	Количество тепла, МДж/ч	%
С греющим паром	78774,97	42,91	С дистиллятом:	19443,61	10,59
С исходной смесью	89894,34	48,96	С кубовым остатком	64877,22	35,34
С флегмой	14923,31	8,13	С паром колонны	57222,17	31,17
			С конденсатом испарителя	41315,11	22,50
			Потери тепла	734,51	0,40
Итого:	183592,62	100,0	Итого:	183592,62	100,0

Расхождение прихода и расхода не превышает 2 %.

5.2.8 Механический расчет

Расчет толщины обечайки

Исполнительную толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитываем по формуле [6]:

≥ p · D / (2 · [σ] · φ - p)+ c,

где р - избыточное давление, МПа,

[σ] - допускаемое напряжение, МПа,

[σ] = η· σ,

где η- коэффициент (принимаем равным 0,9, как для взрывопожарных сред) [6];

σ - допускаемое напряжение, МПа (для стали 20 К равно 136 МПа) [6, табл.13.1];

φ - коэффициент прочности сварных швов (при контроле 100 % длины шва равен 1,0) [6, табл. 13.3];

С - прибавка к расчетной толщине (прибавка для компенсации коррозии, принимаем равной 2,0 мм).

Тогда толщина обечайки составит:

S ≥ 2 · 1,6 · 1400 / (2 · 0,9 · 136 · 1 - 1,6) + 2 = 20,4 мм

Принимаем толщину обечайки равной 21 мм.

Расчет толщины днища

Толщину стенки эллиптического днища определим по формуле:

≥ p · R / (2 · [σ] · φ - 0,5p)+ c,

где R - радиус кривизны в вершине днища ( для эллиптических днищ R=D) [6];

[σ] - допускаемое напряжение, МПа;

φ - коэффициент прочности сварных швов (при контроле 100 % длины шва равен 1,0) [6, табл. 13.3];

р - избыточное давление, МПа;

С - прибавка к расчетной толщине (прибавка для компенсации коррозии, принимаем равной 2,0 мм).

S ≥ 2 · 1,6 · 1400 / (2 · 0,9 · 136 · 1 - 0,5 · 1,6) + 2 = 20,4 мм

Принимаем толщину обечайки равной 21 мм.

Расчет патрубков и штуцеров

Внутренний диаметр патрубка определяется из уравнений расхода:

d = (4 · G / (π · ω · ρ))0,5,

где G - массовый расход перекачиваемой среды, кг/с;

ρ - плотность среды, кг/м3;

ω - скорость движения среды в трубопроводе, м/с по таблице [2, табл. 7.1].

Внутренний диаметр штуцера на выходе пара:

= (4 · GB / (π · ω · ρBn))0,5,

= (4 · 20,16 / (3,14 · 25 · 27,81))0,5 = 0,192 м

Стандартный диаметр dу = 200 мм.

Внутренний диаметр штуцера на входе пара:

= (4 · GH / (π · ω · ρHn))0,5,

= (4 · 26,31 / (3,14 · 25 · 33,13))0,5 = 0,201 м

Стандартный диаметр dу = 200 мм.

Внутренний диаметр штуцера на входе флегмы в колонну:

= (4 · LB / (π · ω · ρBж))0,5,

= (4 · 9,88 / (3,14 · 1 · 977))0,5 = 0,114 м

Стандартный диаметр dу = 125 мм.

Внутренний диаметр штуцера на выходе кубового остатка из колонны:

= (4 · W / (π · ω · ρНж))0,5,

= (4 · 27,32 / (3,14 · 2 · 757))0,5 = 0,152 м

Стандартный диаметр dу = 150 мм.

Внутренний диаметр штуцера на выходе жидкости из куба:

= (4 · LН / (π · ω · ρНж))0,5,

= (4 · 52,62 / (3,14 · 2 · 757))0,5 = 0,210 м

Стандартный диаметр dу = 200 мм.

Внутренний диаметр штуцера на входе исходной смеси в колонну:

= (4 · F / (π · ω · ρF))0,5,

где ρF - плотность массы, кг/м3.

ρF = MCM /X · υHCl + (1- X) ·υBX

υHCl = MHCl / υHCl = 36,5 / 701 = 0,0521 м3/кмоль

υBX = MBX/ υBX = 62,5 / 878 = 0,0712 м3/кмоль

ρF = (36,5 · 0,183 + 0,817 · 62,5) / (0,183 · 0,0521 + 0,817 · 0,0712) = 853 кг/м3

d = (4 · 37,57 / (3,14 · 3 · 853))0,5 = 0,137 м

Стандартный диаметр dу = 150 мм.

5.3 Расчет колонны ректификации КР2

Расчет колонны КР1 ведем по методу ключевых компонентов, распределив их в порядке возрастания по температуре кипения при Р= 0,5 МПа.= 3800 мм рт.ст.

Температуры кипения веществ определим по уравнению Антуана. Коэффициенты уравнения Антуана представлены в таблице 5.14.

Таблица 5.14 - Коэффициенты уравнения Антуана

Наименование	А	В	С
Винилхлорид	14,9601	1803,84	-43,15
дихлорэтан	16,1764	2927,17	-50,22

Ткип. НСl = В/(А-lnР) - С = 1803,84 / (14,96 - 3800) -(-43,15)= 312 К = 39 оС

Ткип. ДХЭ = В/(А-lnР) - С = 2927,17 / (16,18 - 3800) -(-50,22)= 419 К = 146 оС

Легким ключевым компонентом (НКК) в колонне КР1 будет НСl, а тяжелым ключевым (ВКК) компонентом ДХЭ. Смесь будем считать как бинарную: дихлорэтан-винилхлорид.

Исходные данные:

Питание колонны составляет F= 110589,9 кг/ч, в том числе:

Строим график зависимости t-х y, по данным таблицы 5.15

Р=А - В/(Т + С), мм рт. ст.

Таблица 5.15

t	PBX	PДХЭ	P	Х= (Р - РВК)/(РНК - РВК)	У= РНК · Х /Р
38	3735	141	3800	1,018	1,001
50	4986	232	3800	0,751	0,985
60	6228	339	3800	0,588	0,963
70	7664	482	3800	0,462	0,932
80	9306	671	3800	0,362	0,887
90	11164	914	3800	0,282	0,827
100	13246	1221	3800	0,214	0,748
110	15558	1604	3800	0,157	0,644
120	18107	2073	3800	0,108	0,513
130	20897	2641	3800	0,063	0,349
140	23930	3320	3800	0,023	0,147
146	25867	3786	3800	0,001	0,004

Рисунок 5.6 - График зависимости t - х, у

Состав питания колонны КР1, кубового продукта и дистиллята представлен в таблице 5.16.

Таблица 5.16 - Состав питания, кубового продукта и дистиллята

Состав кубового остатка	% масс.	Состав дистиллята (головной продукт)	% масс.	Состав питания	% масс.
винилхлорид	0,0009	винилхлорид	0,9999	винилхлорид	0,422
дихлорэтан	0,9991	дихлорэтан	0,0001	дихлорэтан	0,578

.3.1 Материальный баланс колонны КР2

Пересчитаем составы фаз из массовых долей в мольные для бинарной смеси дихлорэтан - винилхлорид по формуле

= x / MBX /(x / MBX+ (1 - x)/ MДХЭ)

где МНСl и МДХЭ- молярные массы низкокипящего и высококипящего компонентов, соответственно, кг/кмоль.

MДХЭ = 100 г/моль

MВХ= 62,5 г/моль

XF = 0,53878

XP = 0,99994

XW = 0,00143

Производительность колоны КР1 по дистилляту:

P= 59513,92 кг/ч

W= 51075,98 кг/ч

По найденным Р и W и по данным таблицы 5.16, найдем количество соответствующих веществ в питании, кубе и дистилляте, которые представлены в таблице 5.17.

Таблица 5.17 - Состав питания, куба и дистиллята

Приход			Расход
Наименование	кг/ч	%	Наименование	кг/ч	%
винилхлорид	46669	42,2	Состав дистиллята (головной продукт)
дихлорэтан	63921	57,8	винилхлорид	59508,0	53,81%
			дихлорэтан	6,0	0,01%
			Состав кубового остатка
			винилхлорид	46,0	0,0%
			дихлорэтан	51030,0	46,1%
	135254		110589,9	100%

5.3.2 Определение числа тарелок и рабочего флегмового числа колонны КР2

У* = α · х /(1+ (α - 1) · х,

где α- относительная летучесть.

α = РНК / РВК,

где РНК, РВК- давление паров низкокипящего и высококипящего компонентов.

Найдем давление насыщенных паров винилхлорида и дихлорэтана по ураынению Антуана [3]:

= A - B/(T+C)

где А, В и С-коэффициенты уравнения Антуана

При средней температурекипения смеси ВХ и ДХЭ при Р = 0.5 МПа:

Т= (312 + 419)/2 = 365 К

ln Рнсl= 14,9601 - 1803,84 /(365 -43,15)= 11649,2 мм рт.ст.

ln РДХЭ= 16,1764 - 2927,17 /(365 -50,22)= 982,4 мм рт.ст.

α= 11649,2 / 982,4 = 11,858

Задаваясь значением Х, определяем У*:= 0,05; У)*= 11,858 · 0,05 /1+(11,858 -1) · 0,05 = 0,384;= 0,1; У1*= 11,858 · 0,1 /1+(11,858 -1) · 0,1 = 0,569;= 0,2; У2*= 11,858 · 0,2 /1+(11,858 -1) · 0,2 = 0,748;= 0,3; У3*= 11,858 · 0,3 /1+(11,858 -1) · 0,3 = 0,836;= 0,4; У4*= 11,858 · 0,4 /1+(11,858 -1) · 0,4 = 0,888;= 0,5; У5*= 11,858 · 0,5 /1+(11,858 -1) · 0,5 = 0,922;= 0,6; У6*= 11,858 · 0,6 /1+(11,858 -1) · 0,6 = 0,947;= 0,7; У7*= 11,858 · 0,7 /1+(11,858 -1) · 0,7 = 0,965;= 0,8; У8*= 11,858 · 0,8 /1+(11,858 -1) · 0,8 = 0,979;= 0,9; У9*= 11,858 · 0,9 /1+(11,858 -1) · 0,9 = 0,991;= 1,0; У10*= 11,858 · 1 /1+(11,858 -1) · 1 = 1.

Полученные данные сводим в таблицу 5.18.

Таблица 5.18 - Таблица зависимости X-Y

X	0	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Y	0	0,384	0,569	0,748	0,836	0,888	0,922	0,947	0,965	0,979	0,991	1

По данным таблицы 5.18 строим на графике Х - У линии равновесия.

Рисунок 5.7 - График парожидкостной равновесной зависимости и построения теоретических ступеней

Рассчитаем минимальное флегмовое число:

= (ХР - YF*)/(YF* - XF),

где Y*F - равновесное значение состава пара исходной жидкости, который найден по графику Х - У (рис. 5.7).

Rmin = 0,99994 - 0,9338 / 0,9338 - 0,5388 = 0,1674

Рабочее флегмовое число определяется как:

R=β∙ Rmin,

где β - коэффициент избытка флегмы (β = 1,02 ÷ 3,5).

В =ХP/ (R+1)

β = 1,7; R= 1,7 · 0,1674 = 0,28463; В = 0,9999 /(0,2846285 +1) = 0,77839;

β = 2; R= 2 · 0,1674 = 0,33486; В = 0,9999 /(0,33485706 +1) = 0,74910;

β = 2,3; R= 2,3 · 0,1674 = 0,38509; В = 0,9999 /(0,38508562 +1) = 0,72193;

β = 2,6; R= 2,6 · 0,1674 = 0,43531; В = 0,9999 /(0,43531418 +1) = 0,69667;

β = 2,8; R= 2,8 · 0,1674 = 0,46880; В = 0,9999 /(0,46879989 +1) = 0,68079;

β = 3,2; R= 3,2 · 0,1674 = 0,53577; В = 0,9999 /(0,5357713 +1) = 0,65110;

β = 3,5; R= 3,5 · 0,1674 = 0,58600; В = 0,9999 /(0,58599986 +1) = 0,63048.

Полученные данные заносим в таблицу 5.19.

Таблица 5.19 - Определение количества теоретических ступеней

β	1,7	2	2,3	2,6	2,8	3,2	3,5
R	0,284629	0,334857	0,38509	0,43531	0,4688	0,53577	0,58600
В	0,778387	0,749097	0,72193	0,69667	0,68079	0,65110	0,63048
nТ	11,1	10,5	9,9	9,5	9,2	9,1	8,9
пТ (R + 1)	14,25938	14,016	13,71235	13,6355	13,512959	13,97552	14,1154

Rопт = 0,4688 ; В = 2,8

Рисунок 5.8 - График определения оптимального рабочего флегмового числа RОПТ

5.3.3 Массовый расход жидкости и пара

Предварительно определяются средние концентрации жидкости для верхней и нижней частей колонны:

= (XF + XP) / 2

XB = (0,5388 + 0,9999)/2= 0,7694 кмоль/киломоль смеси

= (XF + XW) / 2

= ( 0,5388 + 0,0014 )/2= 0,2701 кмоль/киломоль смеси

Средние мольные массы жидкой смеси верхней и нижней части колонны КР2:

МBж = хВ · MВХ + (1 - хВ) ·MДХЭ

МBж = 0,7694 · 62,5 +(1- 0,7694)· 100 = 71,15 кг/кмоль

МНж = хН · MВХ + (1 - хН) ·MДХЭ

МНж = 0,2701 · 62,5 +(1- 0,2701)· 100 = 89,87 кг/кмоль

Средние массовые расходы жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений:

= P · R · MBж/ MP,

где МР - мольная масса дистиллята, кг/кмоль.

= P · R · MНж/ MP + F ·MHж / MF,

где MF - мольная масса исходной смеси, кг/кмоль.

МF =xF · MВХ + (1 - xF) ·MДХЭ

МF = 0,5388 · 62,5 +(1- 0,5388)· 100 = 79,80 кг/кмоль

МP =xP · MВХ + (1 - xP) ·MДХЭ

МP = 0,9999 · 62,5 +(1- 0,9999)· 100 = 62,50 кг/кмоль

МW =xW · MВХ + (1 - xW) ·MДХЭ

МW = 0,0014 · 62,5 +(1- 0,0014)· 100 = 99,95 кг/кмоль

LB= 59513,92 · 0,469 · 71,15 / 62,50 = 31759,9 кг/ч = 8,822 кг/с

LH= 59513,92 · 0,469 · 89,87 / 62,50 + 110589,90 · 89,87 / 79,80 = 164670,2 кг/ч = =45,742 кг/с

Средние концентрации пара в верхней и нижней части колонны:

yB = (yF + yP) / 2 = 0,85 + 0,999 /2 = 0,9245

yH = (yF + yW) / 2 = 0,85 + 0,044 /2 = 0,447

Средние мольные массы паров верхней и нижней части колонны:

МBn = уВ ·MВХ + (1 - уВ) ·MДХЭ = 0,9245 · 62,5 +(1- 0,9245)· 100 = 65,33125 кг/кмоль

МНn = уН ·MВХ + (1 - уН) ·MДХЭ = 0,447 · 62,5 +(1- 0,447)· 100 = 83,2375 кг/кмоль

Средний расход пара по колонне:

= P · (R + 1) · MпB(Н)/ MP

= 59513,92 ·(0,469 +1)· 65,33125 / 62,50 = 91370,46 кг/ч = 25,381 кг/с

GH= 59513,92 ·(0,469 +1)· 83,2375 / 62,50 = 116413,64 кг/ч = 32,337 кг/с

Полученные данные заносим в таблицу 5.20.

Таблица 5.20 - Данные расчета колонны КР2

№ п/п	Наименование	Ед.изм.	Обозн.	Значение
1	Массовые доли	%	XP	0,9999
			XW	0,0009
			XF	0,4220
2	Мольные доли		XP	0,9999
			XW	0,0014
			XF	0,5388
3	Производительность колонны:	кг/с
	по дистилляту		P	16,5316
	по кубовому остатку		W	14,1878
	питание колонны		F	30,7194
4	Концентрация легколетучих компонентов в паре		У*	0,9338
5	Флегмовое число:
	минимальное		Rmin	0,1674
	рабочее		Rопт	0,4688
6	Средние массовые расходы жидкости и пара	кг/кмоль	МP	62,5023
			МW	99,9460
			МF	79,7957
7	Средние мольные составы жидкости	кмоль/кмоль	XВ	0,7694
			XН	0,2701
8	Мольные массы дистиллята	кг/кмоль	МЖВ	71,1490
			МЖН	89,8709
9	Средние массовые расходы жидкости	кг/с	LВ	8,8222
			LН	45,7417
10	Средние массовые расходы пара	кг/с	GВ	25,3807
			GН	32,3371

.3.4 Гидравлический расчет клапанных тарелок колонны КР2

Расчет клапанных тарелок ведем по методике [3].

Принимаем по [3, табл.3.9 стр. 279] глубину барботажа для клапанных тарелок в зависимости от давления в колонне, так как давление в колонне то: 0,5 МПа,

hБ= 0,075 м. из [3, табл. 3.9] для клапанных тарелок;

Диапазон изменения нагрузки:

К4 / К3 = 1 / 1 = 1,00 < 3,5 ,

где К4 - коэффициент увеличения нагрузки;

К3 - коэффициент снижения нагрузки.

Коэффициент, учитывающий поверхностное натяжение:

К2 = 2,185 · σ0,2,

где σ - поверхностное натяжение жидкости.

σ ДХЭ= 14,8 мН ∕м при 146 оС,

σ ВХ= 14,2 мН ∕м при 39 оС.

для верхней части колонны: К2 = 2,185 · 14,2 0,2 = 3,71,

для нижней части колонны: К2 = 2,185 · 14,8 0,2 = 3,75.

Рассчитываем плотности пара и жидкости по уравнению:

ρпВ=МВХ·T0·P / 22,4/(T0 +tВ)= 62,5 · 273 · 5 / 22,4 / (273+ 39)= 12,22 кг/м3

ρпН=МДХЭ·T0·P / 22,4/(T0 +tН)= 100 · 273 · 5 / 22,4 / (273+ 146)= 14,54 кг/м3,

где Р - давление в колонне, 0,5 МПа = 5 атм.

ρжВ=ρВХ= 880 кг/м3 при t = 39 ºC

ρжН=ρДХЭ= 1052 кг/м3 при t = 146 ºC

Объемная нагрузка по пару и жидкости верхней и нижней части колонны рассчитывается по уравнению:

пВ = G / ρп и Vж = L / ρж

пВ = 25,381 / 12,22 = 2,077 м3/с

VпН = 32,337 / 14,54 = 2,224 м3/с

VжВ = 8,822 / 880 = 0,0100 м3/с

VжН = 45,742 / 1052 = 0,0435 м3/с

Оценочную скорость пара в колонне найдем по уравнению:

оц=0,1 · ((ρж -ρп)/ρп)0,5

Воц=0,1· ((880 - 12,22)/ 12,22)0,5 = 0,84 м/с

wНоц=0,1· ((1052 - 14,54)/ 14,54 )0,5 = 0,84 м/с

Находим диаметр верхней и нижней части колонны по уравнению:

=(4 · Vп / π · wоц)0,5

В =(4 · 2,077 /(3,14 · 0,84))0,5= 1,772 м

dН =(4 · 2,224 /(3,14 · 0,84))0,5= 1,831 м

Так как диаметры для верха и низа колонны оказались близкими, то принимаем колонну одного диаметра. Ближайший диаметр колонны d = 1,8 м из [3, прил. 69].

Действительную скорость пара в верхней и нижней части колонны найдем по формуле:

wК = 4 · Vп / π · D2

wКВ= 4 · 2,077 /(3,14 · 3,24))0,5= 0,8167 м/с

wКН= 4 · 2,224 /(3,14 · 3,24))0,5= 0,8746 м/с

По [3, прил. 66] выбираем основные размеры тарелки, отличающиеся меньшим сечением перелива, а следовательно, большей активной площадью:

Периметр слива lw = 1,43 м,

Относительное сечение перелива S2 = 0,3 м2,

Свободное сечение тарелки fc = 13,23 %,

Количество клапанов KL = 268 .

Относительная активная площадь тарелки рассчитывается по уравнению:

S1' = 1 - 2 S2' = 1 - 2 · 0,3 = 0,40

Рассчитаем факторы нагрузки для верхней и нижней части колонны

КР1 по формуле:

А2 = L/G · (ρп /ρж)0,5

А2В = 8,822 / 25,381 ·(12,22 / 880)0,5 = 0,041

А2Н = 45,742 / 32,337 ·(14,54 / 1052)0,5 = 0,166

Принимаем расстояние между тарелками Нмт = 0,45 м.

Допустимую скорость в рабочем сечение колонны найдем по уравнению:

д =К2 ·В1·((ρж-ρп)/ρп)0,5

где В1 - комплекс, выбранный для верхней и нижней части колонны по [3, прил. 69].

ВВ1= 0,08

ВН1= 0,072

wВд = 3,71 · 0,08 · ((880 - 12,22)/ 12,22)0,5 = 2,50 м/с

wНд = 3,75 · 0,072 · ((1052 - 14,54)/ 14,54)0,5 = 2,278 м/с

Проверяем условие wд · S1' > К4 · wк

для верхней части колонны: 2,50 · 0,4 > 1 · 0,8167; 1,002 > 0,817

для нижней части колонны: 2,28 · 0,4 > 1 · 0,8746; 0,911 > 0,875

Условие выполняется.

Удельную весовую нагрузку клапана найдем по формуле:

= 16,6 · δ · ρМ

где δ - толщина клапана, м [1]

Так как давление в колонне 0,5 МПа, то толщину клапана принимаем 0,0016 м ρМ - плотность материала; для нержавеющей стали принимаем 8000 кг ∕м3 [1].

q = 16,6 · 0,0016 · 8000 · 212,48 Па

Рассчитаем минимально допустимую скорость пара в свободном сечении тарелки по формуле [3]:

min =(2·q /lщ·ρп)0,5,

где lщ - коэффициент сопротивления; для клапанных тарелок принимаем равным 3 по [1, табл. 2.1].

w0В min =(2· 212,48 /3· 12,22) 0,5 = 3,40 м/с

w0Н min =(2· 212,48 /3· 14,54) 0,5 = 3,12 м/с

Коэффициент запаса сечения для верхних и нижних тарелок найдем по уравнению:

К1 = К3 · wК / fс · w0 min

К1В = 1 · 0,8167 / 0,1323 · 3,40 = 1,813 >1

К1Н = 1 · 0,8746 / 0,1323 · 3,12 = 2,118 >1 свободное сечение тарелки и число клапанов остается неизменными.

Фактор паровой нагрузки для верхней и нижней части колонны определим по уравнению:

Ф = wк· ρп0,5

FФ Н= 0,8746 · 14,54 0,5 = 3,335 кг0,5/м0,5·с

Вспомогательный комплекс А3 найдем по уравнению:

А3 =0,5 · LКл/q · (FФ / fc)2

где LКл - коэффициент сопротивления клапана равен 2,5 [1]:

А3В = 0,5 · 2,5 / 212,48 ·(2,855 / 0,1323)2= 2,739

А3Н = 0,5 · 2,5 / 212,48 ·(3,335 / 0,1323)2= 3,737

Степень открытия клапана найдем по формуле:

В3=((0,25+А3)0,5 - 0,5)0,5

В3В=((0,25+ 2,739)0,5 - 0,5)0,5 = 1,109

В3Н=((0,25+ 3,737)0,5 - 0,5)0,5 = 1,223

Так как В3 приблизительно равен 1 то принимаем В3 = 1.

Фактор аэрации для верхней и нижней части колонны определим по уравнению:

β = [0,1 / (4 + 0,3 · wк /fс)] + 0,253 / hБ0,25

βВ = [0,1 / (4 + 0,3 · 0,8167 / 0,1323)] + 0,253 / 0,075 0,25 = 0,5005

βН = [0,1 / (4 + 0,3 · 0,8746 / 0,1323)] + 0,253 / 0,075 0,25 = 0,5002

Гидравлическое сопротивление тарелки определим по уравнению:

∆Pт = 0,5 · LЩ · (FФ/В3 · fс)2 + 9810 · β · hБ

где LЩ - коэффициент сопротивления щели, равный 3 [1] для клапанных тарелок.

∆PmВ = 0,5·3·(2,855 /(1,109 · 0,1323))2 + 9810 · 0,5005 · 0,075 = 936,6 Па

∆PmН = 0,5·3·(3,335 /(1,223 · 0,1323))2 + 9810 · 0,5002 · 0,075 = 1004,6 Па

Подпор жидкости над сливным порогом определим по уравнению:

h0w = 0,667 · (Vж/lw)0,66

- периметр слива выбираем в зависимости от диаметра колонны, так как диаметр колонны КР1 равен 1,8 м, то периметр слива равен 1,43 м из [3, прил. 69];

h0Вw = 0,667 · (0,0100 / 1,43) 0,66 = 0,0253 м

h0Нw = 0,667 · (0,0435 / 1,43) 0,66 = 0,0665 м

Найдем высоту парожидкостного слоя по формуле:

= hБ · 1000/ρж

В= 0,075 · 1000/ 880 = 0,0852

hfН= 0,075 · 1000/ 1052 = 0,0713

Высоту сливного порога определим по уравнению:

hw = hf - how

hВw = 0,0852 - 0,0253 = 0,0600 м

hНw = 0,0713 - 0,0665 = 0,0048 м

Определим высоту сепарационного пространства по формуле:

с = Нмт - 2,5 · h6 · 1/К5,

гле К5 - коэффициент вспениваемости, принимаем по [1, табл. 2.4] равным 1;

Hс = 0,45 -2,5 · 0,075 · 1 / 1 = 0,2625 м

Межтарельчатый унос жидкости для верхней и нижней части колонны определим по уравнению:

е = 5,7 × 10-6 / σ (wк / Нс)3,2 < 0,1 кг/кг,

где σ - поверхностное натяжение дихлорэтана и винилхлорида, н/м [2]

еВ = 5,7 × 10-6 / 14,2 · (0,8167 / 0,2625) 3,2 = 0,01517 кг/кг

еН = 5,7 × 10-6 / 14,8 · (0,8746 / 0,2625) 3,2 = 0,01812 кг/кг

е < 0,1 - условие выполняется.

Допустимую скорость жидкости в переливных устройствах верхней и нижней части колонны найдем по уравнению:

д = 0,008 · К5 · (Нмт ·(ρж - ρп))0,5

Вд = 0,008 · 1 · (0,45 · (880 - 12,22))0,5 = 0,158 м/с

wНд = 0,008 · 1 · (0,45 · (1052 - 14,54))0,5 = 0,173 м/с

= Vж / (Sк · S'2),

к - свободное сечение колонны по [3 прил. 66] выбираем 2,55 м2, так как диаметр колонны 1,8 м;

wВ= 0,0100 /(2,55 · 0,3) = 0,013 м/с

wН= 0,0435 /(2,55 · 0,3) = 0,057 м/с

Так как действительная скорость меньше допустимой скорости, значит колонна справляется и конструктивные размеры клапанных тарелок обеспечивают заданную производительность.

5.3.5 Расчет эффективности клапанных тарелок колонны КР2

Расчет эффективности тарелок произведем по формуле Мерфи:

где ζ - коэффициент, равный:

ζ = (1 + 4 · λ ·F0 ·EОГ)0,5

λ - фактор отклонения.

Коэффициент диффузии для паровой фазы определяется по формуле:

где Т - средняя температура пара в соответствующей части колонны, К;

Р - абсолютное давление в колонне, атм;

МВХ и МДХЭ - молекулярные массы компонентов;

VВХи VДХЭ - мольные объемы компонентов смеси, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав вещества, см3/моль:

VВХ = 5,3 · 2 + 7,15 · 3 + 18,7 = 50,75 см3/моль

VДХЭ = 5,3 · 2 + 7,15 · 4 + 18,7 · 2 = 76,6 см3/моль [2, прил. 9]

DnB = 10-7 · 312 1,76 /(5 · (50,75 1/3 + 76,6 1/3)2 · [(62,5 + 100) /(62,5 · 100)]0,5 = 0,2499 ·10-6 м2/с

DnH = 10-7 · 419 1,76 /(5 · (50,75 1/3 + 76,6 1/3)2 · [(62,5 + 100) /(62,5 · 100)]0,5 = 0,4210 ·10-6 м2/с

Коэффициент диффузии для жидкой фазы определяется по формуле:

жB = 7,4 ·10-15 · (Ф · М)0,5.Т /(μ · V0,6)

где μ - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па·с;

μВХ= 0,000152 Па∙с;

μДХЭ= 0,00029 Па∙с;

Ф - безмерный параметр.

DжB = 7,4 ·10-15 · (1 · 62,5)0,5 · 312 / 0,000152 · 50,75 0,6 = 11,371 ·10-9 м2/сжН = 7,4 ·10-15 · (1 · 100)0,5 · 419 / 0,00029 · 76,6 0,6 = 7,919 ·10-9 м2/с

Коэффициент турбулентной диффузии найдем по формуле:

DS = 0,0929 · (0,0124 + 0,59 · hw + 0,0561 ·wк + 12,1 · Vж /lw)2

= 0,0929 ·(0,0124 + 0,59 · 0,0600 + 0,0561 ·0,8167 + 12,1 ·0,0100 /1,43)2 = 0,003 м/с

DSН =0,0929 ·(0,0124 + 0,59 ·0,0048 +0,0561 ·0,8746 + 12,1 ·0,0435 /1,43)2 = 0,0174 м/с

Определяем числа единиц переноса в паре и жидкости по уравнению:

Nn =1770 · hf1,2 ·(wк ·hf / Dn)-0,5

= 1770 · 0,0852 1,2 · (0,8167 · 0,0852 / 0,2499 ·10-6)-0,5 = 0,175

NnH = 1770 · 0,0713 1,2 · (0,8746 · 0,0713 / 0,4210 ·10-6 )-0,5 = 0,193

Единица переноса в жидкости для верхней и нижней части колонны:

Nж =126000 · hf1,9 ·(Vж ·hf / Dж· S1)-0,5

жB = 126000 · 0,0852 1,9 · (0,0100 · 0,0852 /(11,3706 ·10-9 · 0,40))-0,5 = 6,75

NжB = 126000 · 0,0713 1,9 · (0,0435 · 0,0713 /(7,9194 ·10-9 · 0,40))-0,5 = 2,11

Общее число единиц переноса найдем по формуле:

NОГ = Nж · Nп / (Nж + λ·Nп),

где λ - фактор отклонения:

λ = т · G · Мж / L · Мп

λВ= 0,2905 · 25,38068 · 71,15 / 8,822 · 65,33125 = 0,91

λН= 1,289 · 32,33712 · 89,87 / 45,742 · 83,2375 = 0,98

NОГВ = 6,75 · 0,175 / (6,75 + 0,91 · 0,175) = 0,171

NОГН = 2,11 · 0,193 / (2,11 + 0,98 · 0,193) = 0,177

Локальную эффективность контакта найдем по уравнению:

ЕОГ = 1 - е - Nог

ЕВОГ = 1 - е - 0,17 = 0,157

ЕНОГ = 1 - е - 0,18 = 0,163

Число Фурье найдем по формуле:

F0 =DS · hL · lW /(Vж ·ZW),

где Zw - расстояние между приемной и сливной перегородкой.

Zw = 2 · ((D/2)2 - (lW/2)2)0,5 = 2 · (( 1,800 / 2)2 - ( 1,43 / 2)2)0,5 = 1,09

hL - высота невспененной жидкости.

hL = hf ·β,

β - фактор аэрации.

hLB = 0,0852 · 0,5005 = 0,043 м

hLH = 0,0713 · 0,5002 = 0,036 м

F0B= 0,0030 · 0,043 · 1,43 / (0,0100 · 1,09) = 0,01646

F0H= 0,0174 · 0,036 · 1,43 / (0,0435 · 1,09) = 0,01862

Эффективность тарелки по Мерфи:

ζB = (1 + 4 · 0,91 · 0,01646 · 0,157)0,5 = 1,0047

ζH = (1 + 4 · 0,98 · 0,01862 · 0,163)0,5 = 1,0059

EМГВ = (1+ 1,0047)2 · ехр (1,0047 -1 /2 / 0,01646) - (1 - 1,0047)2 · ехр (-(1,0047 +1)/ /2 / 0,01646) /(4 · 1,0047 · 0,91) -1/ 0,91 = 0,1682

EМГН = (1+ 1,0059)2 · ехр (1,0059 -1 /2 / 0,01862) - (1 - 1,0059)2 · ехр (-(1,0059 +1)/ /2 / 0,01862) /(4 · 1,0059 · 0,98) -1/ 0,98 = 0,1757

.3.6 Расчет количества тарелок и высоты колонны КР2

Число действительных тарелок найдем по формуле:

= nт / EМГ,

где пт - число тарелок по графику.

n В= 6 / 0,1682 = 36 тарелок

n Н= 4 / 0,1757 = 23 тарелок

Общее количество тарелок в колонне:

n = 36 + 23 = 58 шт.

Найдем высоту рабочей части колонны по формуле:

НТ = (пд - 1) · hт

НТ =(58 -1) · 450 = 25845 мм = 25,8 м

Высота колонны определяется по формуле:

Н = НТ + ZН +ZВ,

где ZН ,ZВ - высота соответственно сепарационной части колонны, расстояние между днищем колонны и тарелкой.

Н = 25,8 + 1,09 + 1,09 = 28 м

.3.7 Тепловой баланс колонны КР2

Рисунок 5.9 - Схема тепловых потоков

+ QФ + QГП = QД + QW + QP + QКИ + QПОТ,

где QF, QГП, QФ - приход тепла с исходной смесью, с греющим паром и флегмой, кДж/ч;

QД, QW, QР, QКИ - расход тепла с паром колонны, с кубовым остатком, с дистиллятом, кДж/ч;

QПОТ - потери тепла в окружающую среду, кДж/ч.

Расход тепла

Расход тепла с дистиллятом:

QP = Р · СР · tР,

где tР = 312 К,

СP - удельная теплоемкость дистиллята (ВХ) = 2058,1 Дж/(кг·К) [5].

QP = 59513,92 · 2058,1 · 312 = 38176887,12 кДж/ч

Расход тепла, с кубовым остатком:

= W · СW · tW,

где tW = 419 К,

СP - удельная теплоемкость кубового остатка (ДХЭ) = 1793,03 Дж/(кг·К).

QW = 51075,98 · 1793,03 · 419 = 38388514,19 кДж/ч

Расход тепла с паром колонны:

Д = Р · (1 + R) · (rР + СР · tКОНД),

где tКОНД = 312 К,

СP - удельная теплоемкость дистиллята (ВХ) = 2058,1 Дж/(кг·К),

rP - удельная теплота конденсации пара дистиллята = 350333,3 Дж/кг,

R - флегмовое число.

QД = 59513,92 ·(1+ 0,469 )·( 350333,3 + 2058,1 · 312 ) = 86698254,27 кДж/ч

Приход тепла

Приход тепла с исходной смеси:

= F · СF · tF,

где tF - температура исходной смеси = 363 K,

СF - удельная теплоемкость исходной смеси при, Дж/(кг·К).

СF = xF · C1 + (1 - xF) · C2,

где С1 теплоемкость винилхлорида = 4944,6 Дж/(кг·К),

С2 теплоемкость ДХЭ = 1491,51 Дж/(кг·К).

СF = 0,422 · 4944,6 + 0,578 · 1491,51 = 2 948,71 Дж/(кг·К)

QF = 110589,9 · 2948,71 · 363 = 118373568,3 кДж/ч

Тепло, получаемое с флегмой:

Ф =R · Р ·СР · tФ,

где tФ= 312 К,

СP - удельная теплоемкость дистиллята (ВХ) = 2058,1 Дж/(кг·К)

QФ = 59513,92 · 0,469 · 2058,1 · 312 = 17897320,39 кДж/ч

Тепло, получаемое с греющим паром:

Свойства греющего пара при tКОНД' = 473 К и давлении Р = 1,5 МПа.

СГП - удельная теплоемкость = 4546,4 Дж/(кг·К),

rГП - удельная теплота конденсации пара = 1949782 Дж/кг.

ГП = GГП · (rГП + СВ · tКОНД'),

GГП = 103 % · (QP + QW + QД - QF - QФ /rГП)

Сомножитель 1,02 учитывает увеличение расхода греющего пара на компенсацию тепловых потерь в размере 2 % от полезного затрачиваемого тепла.

GГП = 1,02 · (38176887,1 + 38388514,19 + 86698254 - 118373568,3 - 17897320,39 / /1949782) = 14,1 кг/c

QГП = 14,1 · (1949782 + 4546,4 · 473) = 57898812,17 кДж/ч

Расход тепла с конденсатом испарителя:

QКИ = 14,1 · 4546,4 · 473 = 30366189,9 кДж/ч

Потери тепла:

QПОТ = QF + QФ + QГП - QД - QW - QP - QКИ

ПОТ = 118373568,3 + 17897320,4 + 57898812,17 - 86698254,27 - 38388514,19 - -38176887,12 - 30366189,9 = 539855,34 кДж/ч

Таблица 5.21 - Тепловой баланс колонны КР2

Приход	Количество тепла, МДж/ч	%	Расход	Количество тепла, МДж/ч	%
С греющим паром	57898,81	29,82	С дистиллятом:	38176,89	19,66
С исходной смесью	118373,57	60,96	С кубовым остатком	38388,51	19,77
С флегмой	17897,32	9,22	С паром колонны	86698,25	44,65
			С конденсатом испарителя	30366,19	15,64
			Потери тепла	539,86	0,28
Итого:	194169,70	100,0	Итого:	194169,70	100,0

Расхождение прихода и расхода не превышает 2 %.

5.3.8 Механический расчет

Расчет толщины обечайки

≥ p · D / (2 · [σ] · φ - p)+ c,

где р - избыточное давление, МПа;

[σ] - допускаемое напряжение, МПа.

[σ] = η· σ,

где η- коэффициент (принимаем равным 0,9, как для взрывопожарных сред) [6];

σ - допускаемое напряжение, МПа (для стали 20 К равно 136 МПа) [6, табл.13.1];

φ - коэффициент прочности сварных швов (при контроле 100 % длины шва равен 1,0) [6, табл. 13.3];

С - прибавка к расчетной толщине (прибавка для компенсации коррозии, принимаем равной 2,0 мм).

Тогда толщина обечайки составит:

S ≥ 2 · 0,5 · 1800 / (2 · 0,9 · 136 · 1 - 0,5 ) + 2 = 9,4 мм

Принимаем толщину обечайки равной 10 мм.

Расчет толщины днища

Толщину стенки эллиптического днища определим по формуле:

S ≥ p · R / (2 · [σ] · φ - 0,5p)+ c,

где R - радиус кривизны в вершине днища ( для эллиптических днищ R=D) [6];

[σ] - допускаемое напряжение, МПа;

φ - коэффициент прочности сварных швов (при контроле 100 % длины шва равен 1,0) табл. 13.3 [6];

р - избыточное давление, МПа;

С - прибавка к расчетной толщине (прибавка для компенсации коррозии, принимаем равной 2,0 мм).

S ≥ 2 · 0,5 · 1800 / (2 · 0,9 · 136 · 1 - 0,5 · 0,5) + 2 = 9,4 мм

Принимаем толщину обечайки равной 10 мм.

Расчет патрубков и штуцеров

Внутренний диаметр патрубка определяется из уравнений расхода:

d = (4 · G / (π · ω · ρ))0,5,

где G - массовый расход перекачиваемой среды, кг/с;

ρ - плотность среды, кг/м3;

ω - скорость движения среды в трубопроводе, м/с по [2, табл. 7.1].

Внутренний диаметр штуцера на выходе пара:

= (4 · GB / (π · ω · ρBn))0,5

= (4 · 25,38 / (3,14 · 25 · 12,22))0,5 = 0,325 м

Стандартный диаметр dу = 300 мм.

Внутренний диаметр штуцера на входе пара:

= (4 · GH / (π · ω · ρHn))0,5

= (4 · 32,34 / (3,14 · 25 · 14,54))0,5 = 0,336 м

Стандартный диаметр dу = 300 мм.

Внутренний диаметр штуцера на входе флегмы в колонну:

= (4 · LB / (π · ω · ρBж))0,5

= (4 · 8,82 / (3,14 · 1 · 880))0,5 = 0,113 м

Стандартный диаметр dу = 120 мм.

Внутренний диаметр штуцера на выходе кубового остатка из колонны:

= (4 · W / (π · ω · ρНж))0,5

= (4 · 14,19 / (3,14 · 2 · 1052))0,5 = 0,093 м

Стандартный диаметр dу = 100 мм.

Внутренний диаметр штуцера на выходе жидкости из куба:

= (4 · LН / (π · ω · ρНж))0,5

d = (4 · 45,74 / (3,14 · 2 · 1052))0,5 = 0,166 м

Стандартный диаметр dу = 150 мм.

Внутренний диаметр штуцера на входе исходной смеси в колонну:

= (4 · F / (π · ω · ρF))0,5,

где ρF - плотность массы, кг/м3.

ρF = MCM /X · υВХ + (1- X) · υДХЭ

υВХ = MВХ / υВХ = 62,5 / 701 = 0,0892 м3/кмоль

υДХЭ = MДХЭ/ υДХЭ = 100 / 878 = 0,1139 м3/кмоль

ρF = (62,5 · 0,422 + 0,578 · 100) / (0,422 · 0,0892 + 0,578 · 0,1139) = 814 кг/м3

d = (4 · 30,72 / (3,14 · 3 · 814))0,5 = 0,127 м

Стандартный диаметр dу = 125 мм.

5.4 Расчет конденсатора К2

Исходные данные

Приход пара в конденсатор GП= 48,1895 т/ч = 13,39 кг/с

Температура конденсации tКОНД= 45 оС

Физические характеристики винилхлорида при температуре 45 оС и при давлении Р = 0,6 МПа определены с помощью программы расчета «Физхим»

ρж= 896 кг/м3 , ρп= 14,32 кг/м3 , μж= 0,145 ×10-3 Па·с,

λж= 0,1407 Вт/(м·К) , r = 289356 Дж/кг.

Охлаждение осуществляется водой со следующими характеристиками при средней температуре и давлении 0,6 МПа:

tНВ = 28 оС , tКВ = 42 оС , tСР = 35 оС , PrВ = 6,733 ,

СВ.= 4231 Дж/(кг·К), μВ= 0,816 ×10-3 Па·с, ρВ= 983 кг/м3 , λВ= 0,513 Вт/(м·К)

Решение:

Тепловая нагрузка:

Q = GП· r = 13,39 · 289356 = 3873311 Вт

∆tБ = 45 - 28 = 17 К

∆tМ = 45 - 42 = 3 К

∆tСР =(∆tБ + ∆tМ) / 2 = (17 + 3) / 2 = 10 К

Принимаю

КОР = 500 Вт/м2·К.

Ориентировочная поверхность теплообмена:

FОР = Q / KОР· ∆tСР= 3873311 / 500 · 10 = 775 м2

На установке функционирует конденсатор с поверхностью теплообмена FОР = 896 м2 (диаметр кожуха D = 1,8 м, длина труб lТР = 8 м, трубы δ×λ =25×2 мм, число ходов nX = 2 , площадь сечения одного хода по трубам SТР = 0,358 м2). Пар, как более чистый теплоноситель отправляем в межтрубное пространство.

Удельная тепловая нагрузка

q =Q / FОР = 3873311 / 896 = 4323 Вт/м2

Расход конденсата:

Г = q · π · dН / r = 4323 · 3,14 · 0,025 / 289356 = 0,00117

α = 0,725 ·[λж3 · ρж· (ρж - ρп)g·r / (μж · dН · (tКОНД - tСТ))]0,25 =

= 0,725 ·[0,1407 3 · 896 ·(896 - 14,32)· 9,81 · 289356 /(0,145 ×10-3 · 0,025 ·(45 - 35)]0,25 = = 2627 Вт/(м2·К)

Число трубок N = 1400, количество рядов расположенных в шахмотном порядке 66, принимаем n = 0,2

αКОНД = α · N-n= 2627 · 66 -0,2 = 1136 Вт/(м2·К)

Массовый расход воды:

GВ = Q / СВ ·(tВК - tВН) = 3873311,38 /(4231 ·(42 - 28)) = 65,4 кг/с

Объемный расход воды:

VВ = GВ / ρВ = 65,4 / 983 = 0,07 м3/с

Скорость воды в трубах:

wВ = VВ / SТР = 0,07 / 0,358 = 0,19 м3/с

Re = wВ · dВН · ρВ / μВ = 0,19 · 21 · 983 / 0,816 ×10-3 = 4701 .

Так как режим турбулентный то справедливо уравнение:

f = (1,82 · ln Re - 1,64)-2 = (1,82 · ln 4701 - 1,64)-2 = 0,0393 ,

принимаю (PrВ / PrСТ) = 1,

NuВ = (f / 8) · ReВ · PrВ · (PrВ / PrСТ)0,11 /(1+12,7 ·(f / 8)0,5 · (PrВ0,66 - 1)) =

= ( 0,03932 /8) · 4701 · 6,733 · (1)0,11 / (1 + 12,7 · (0,03932 /8)0,5 ·(6,733 0,6 - 1)) = 48

Коэффициент теплоотдачи к воде:

αВ = NuВ · λВ / dВН = 48 · 0,513 / 0,021 = 1171 Вт/(м2·К)

δСТ/λСТ= 0,002 / 50 = 0,04 ×10-3 м2·К / Вт

Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара

RМ= 0,05×10-3 м2·К /Вт; со стороны воды RВ = 0,4 ×10-3 м2·К /Вт.

К = 1/(1/αКОНД +RМ + δСТ/λСТ + RВ + 1/αВ)=

=1/ (1/ 1136,3 + 0,05 ×10-3 + 0,04 ×10-3 + 0,4 ×10-3 + 1/ 1171) = 449,7 Вт/(м2·К) температуры стенки со стороны пара tСТ1 и воды tСТ2 определим исходя из равенства удельных тепловых нагрузок:

К · ∆tСР = αКОНД · (tКОНД - tСТ1) = αВ · (tСТ2 - tСРВ)

tСТ1 = tКОНД - К · ∆ tСР / αКОНД = 45 - 450 · 10 / 1136,3 = 41,0 оС

tСТ2 = К · ∆ tСР / αВ+ tКОНД = 450 · 10 / 1171 + 35,0 = 38,8 оС

Критерий Прандля для воды при температуре стенки

tСТ2 = 38,8 оС; PrСТ = 6,323

С учетом поправки

NuВ = 48 · (PrВ / PrСТ)0,11 = 48,3

αВ = NuВ · λВ / dВН = 48 · 0,513 / 0,021 = 1179 Вт/(м2·К)

Уточненный коэффициент теплопередачи:

К = 1/(1/αКОНД +RМ + δСТ/λСТ + RВ + 1/αВ)=

= 1/(1/ 1136,3 + 0,05 ×10-3 + 0,04 ×10-3 + 0,4 ×10-3 + 1/ 1179) = 450,9 Вт/(м2·К)

Необходимая поверхность теплообмена:

F = Q / KОР· ∆tСР= 3873311 / 450,9 · 10 = 859 м2

Запас поверхности выбранного конденсатора:

( 896 - 859) · 100 % / 859 = 4,3 %

Гидравлическое сопротивление при движении воды по трубам:

e = ∆ / d = 0,8 / 21 = 0,0381 ; Re >560/e;

λТР=0,11·е0,25 = 0,11 · 0,0381 0,25 = 0,0486 ;

∆PТР = λТР · ( n · lТР /d + ΣζМС) · ρВ · w2В/2 =

= 0,0485971 · (8 / 0,021 + 2 · 1,5 + 1) · 983 · 0,19 2 /2 = 317,5 Па

Вывод: поверочный расчёт показывает, что конденсатор справится с проектной нагрузкой с запасом по поверхности в 4,3 %.

5.5 Расчет насоса Н3

Рисунок 5.10 Схема установки насоса Н3

Н3 предназначен для подачи винилхлорида в колонну отпарки КО3 и создания в ней избыточного давления в 1,7 МПа;

Исходные данные:

производительность G = 48189,97 кг/ч;

давление в емкости 0,51 МПа;

давление в колонне 1,7 МПа;

трубопровод из нержавеющей стали;

длина всасывающей линии 10 м;

длина нагнетательной линии 30 м;

на всасывающей линии установлены: одно колено под углом 90 0С и задвижка;

- на нагнетательной линии установлены: 3 колена, 1 вентиль нормальный, одна диафрагма;

геометрическая высота подъема жидкости 15-7 = 8 м;

температура перекачиваемого сырья 40 0С;

-плотность винилхлорида = 878 кг/м3;

вязкость - 0,15·10-3 Па·с;

диаметр трубопровода d =100 мм.

Расчет ведем по методике [6].

Количественный расход жидкости м3/с

Скорость винилхлорида в трубе определим по формуле:

Определение потерь на трение и местные сопротивления

Rе = = =1137113

Т.е. режим турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной 0,1 мм.

Относительную шероховатость найдем по формуле:

е = = = 0,001

Далее получим:

=1000;

=560000;

=10000

Rе 560000.

Таким образом, в трубопроводе имеет место автомодельное течение, и расчет λ проводим по формуле:

λ тр= 0,11=0,11·= 0,01956

Коэффициенты местных сопротивлений на линии всасывания:

ζ= ζкол+ ζз= 1,1+0,5=1,6;

Коэффициенты местных сопротивлений принимаем по [6], они представлены в таблице 5.22.

Таблица 5.22 - Коэффициенты местных сопротивлений

Вид	Значение	Количество
колено	1,1	1
задвижка	0,5	1
Вентиль нормальный	3,64	1
диафрагма	1	1

Коэффициенты местных сопротивлений на линии нагнетания:

ζ= 3ζкол+ ζв+ ζд= 3·1,1+3,64+1= 7,94

Потери напора на линии всасывания найдем по формуле:

hп.вс=(λ·ζ)·=(0,01956·+1,6)·=3,556 · 0,1924= = 0,684 м;

Потери напора на линии нагнетания найдем по формуле:

hп.наг=(λ·ζ)·=(0,01956·+7,94)·= 13,81·0,1924= =2,657 м

Общие потери напора найдем по формуле:

hп.= hп.вс+ hп.наг= 0,684+2,657=3,34 м

Полный напор насоса определим по уравнению:

H =+ Hг+hп= (1700000-510000)/(878·9,81)+8+3,34= 149,5 м

На действующей установке функционируют 2 последовательно установленных насоса со следующими характнристиками:

Центробежный насос Н2 марки СРК-Smf-100-250, производительность 170 м3/ч, напор - 80 м ст. жид, электродвигатель: тип - ВАО-82-2, исполнение ВЗГ, мощность - 55 кВт, частота вращения - 2990 об/мин

Центробежный насос Н3 марки СРК-Smf-80-250, производительность 60 м3/ч, напор - 75 м ст. жид, электродвигатель: тип - ВАО-81-2-2, исполнение -ВЗГ, мощность - 55 кВт, частота вращения - 2990 об/мин

Принимаем напор каждого насоса по 75 м

Полезную мощность насоса определим по формуле:

Nп = · Q · H =878 · 9,81 · 0,01525·149,5 = 9851 Вт = 19,636 кВт

Принимая пер = 1 и ηн = 0,6 (для центробежного насоса), найдем по следующей формуле мощность на валу двигателя:

N== =32,73 кВт,

где ηн и ηпер - коэффициенты полезного действия насоса и передачи от электродвигателя к насосу.

Вывод: имеющийся в производстве насосы справляются с заданной нагрузкой с запасом:

по напору ∆ = (НБ - НМ)/ НБ ·100 % = (80 +75 -149,5) ·100/ (80 +75) = 3,55 %

- по мощности ∆ = (NБ - NМ)/ NБ ·100 % = (55 +55 -19.636) ·100/ (55 +55) = 82.15 %

6. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Автоматизация производства - это этап машинного производства, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производственными процессами и передачей этих функций автоматическим устройствам.

Широкое развитие всех отраслей народного хозяйства не возможно без интенсификации производства, совершенствования технических процессов и роста производительности труда. Одним из решающих факторов в деле выполнения поставленных задач является автоматизация, как средство обеспечения контроля, надёжности, экономичности и безопасности работы технического оборудования. На основе последних достижений фундаментальных и прикладных наук, теории автоматического регулирования и развития на базе вновь разрабатываемых приборов и регуляторов создаются системы автоматизации. Такие системы позволяют выполнять следующие функции: контроль параметров технологических процессов, обработку информации, автоматическое регулирование параметров, обеспечение безопасной эксплуатации технологического оборудования, оптимизацию технологических процессов.

Режимные параметры характеризуются условиями протекания процесса внутри аппарата. Требования к выдерживанию режимных и особенно выходных параметров в заданном интервале является обязательным условием проведения технологического процесса.

Совокупность значений всех параметров процесса называют технологическим режимом.

6.1 Анализ процесса ректификации как объекта автоматизации

Процесс ректификации относится к основным процессам химической технологии. Показателем эффективности его является состав целевого продукта. В зависимости от технологических особенностей в качестве целевого продукта могут выступать как дистиллят так и кубовый остаток. Поддержание постоянного состава целевого продукта и будет являться целью управления. Состав другого продукта при этом может колебаться в определенных пределах вследствие изменения состава исходной смеси.

Ректификационная колонна КР1 представлена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1- Ректификационная колонна КР1

Анализ технологического процесса проводим на основе анализа материального и теплового балансов.

6.1.1 Уравнение материального баланса

Vпр - Vст = F

где Vпр - объемный приход;

Vст - объемный выход;

F - площадь поперечного сечения;

h - уровень.

Vст

Vпр h

С точки зрения управления процессами, выше приведенные уравнения в правой части содержат регулируемую (управляемую) величину (h), а в левой управляющие (Vпр) и возмущающие воздействия (Vст).

6.1.2 Уравнение теплового баланса

где Т - температура;

количество тепла исходного сырья, поступающего в колонну в единицу времени;

- количество тепла паров, поступающего в колонну в единицу времени;

- количество тепла целевого продукта выходящего из колонны в единицу времени;

- тепловые потери в окружающую среду.

Для управления технологическим процессом в качестве регулируемой величины выбираем Т- температуру, а в качестве возмущающего воздействия -температура исходного сырья, а регулирующее воздействие будет-количество тепла паров, поступающих в колонну.

С точки зрения управления процессами, выше приведенные уравнения в правой части содержат регулируемую (управляемую) величину (Qниз, верх), а в левой управляющие (Q1) и возмущающие воздействия (Q2)

6.2 Выбор и обоснование средств автоматизации

В дипломном проекте предусматриваются следующие измерительные приборы.

Расход смеси в колонну КР1 контролируется диафрагмой камерной ДКС-0,6-100 в комплекте с преобразователем измерительным разности давления Метран-150-СД, электропневматический позиционер ЭПП 300 регулируется клапаном с цифровым контролером GX Fisher DVC2000.

Температура верха, низа и на тридцатой тарелке колонны КР1 контролируется термопреобразователем хромель-копелевым ТХК-0192.

Расход дистиллята контролируется диафрагмой камерной ДКС-0,6-100 в комплекте с преобразователем измерительным разности давления Метран-150-CД.

Давление верха и низа колонны КР1 измеряется преобразователем измерительным избыточного давления Метран-150-ДИ.

Уровень кубового продукта контролируется уровномером буйковым Метран-249, регулируется клапаном с цифровым контролером GXFisherDVC200

6.3 Спецификация на технологические средства автоматизации

Таблица 6.1. - Cпецификация на приборы и средства автоматизации

Поз. Обоз.	Наименование и техническая характеристика оборудования и материалов.	Тип. Марка оборудования	Единица измерения	Количество	Завод изготовитель.
1	2	3	4	5	6
	Регулирование расхода газовой фазы на входе в колонну КР1_F = не более 10000 м3/ч_
1а	Диафрагма камерная, Ду 100.	ДКС-0,6-100	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
1б	Преобразователь измерительный разности давления.	Метран - 150-CД	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
1в	Электоропневматический позиционер	ЭПП300	шт.	1	ООО «Тизприбор» г. Москва
1г	Клапан регулирующий с сцифровым контролером Ду 100.	GX Fisher DVC2000	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
	Контроль температуры верха колонны КР1 Т = от -30 до -19 0С_
2а	Преобразователь термоэлектрический хромель-копеливый. Номинальная статическая характеристика L. Предел измерения 0 -300 0С. ПГ	ТХК Метран-202	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
	Контроль давления верха колонны КР1 Р = 1,0-1,5 МПа
3а	Преобразователь измерительный избыточного давления.	Метран-150-CG	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
	Контроль расхода головного продукта из колонны КР1 F = 4000-14000 м3/ч_
4а	Диафрагма камерная, Ду 100.	ДКС-0,6-100	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
4б	Преобразователь измерительный разности давления.	Метран - 150-CД	шт.	1	Челябинск. ПГ «Метран» г. Челябинск.
	Контроль температуры на 30-ой тарелке колонны КР1 Т = 10-50 0С
5а	Преобразователь термоэлектрический хромель-копеливый. Номинальная статическая характеристика L. Предел измерения 0 -300 0С.	ТХК Метран-202	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
	Регулирование уровня кубового продукта в колонне КР1 L = 70-85 %
6а	Уровнемер буйковый.	Метран-249	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
6б	Электропневматический позиционер.	ЭПП 300	шт.	1	ООО «Тизприбор» г. Москва
6в	Клапан регулирующий с сцифровым контролером Ду 100.	GX Fisher DVC2000	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
	Контроль температуры в кубе колонны КР1Т = 94-115 0С
7а	Преобразователь термоэлектрический хромель-копеливый. Номинальная статическая характеристика L. Предел измерения 0 -300 0С.	ТХК Метран-202	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
	Контроль давления в кубе колонны КР1 Р = 1,0-1,5 МПа
8а	Преобразователь измерительный избыточного давления.	Метран-150-ДИ	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
	Регулирование расхода сырья на входе в колонну КР2 F =_не более 100 м3/ч_
9а	Диафрагма камерная, Ду 100.	ДКС-0,6-100	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
9б	Преобразователь измерительный разности давления.	Метран - 150-CД	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
9в	Электропневматический позиционер.	ЭПП300	шт.	1	ООО «Тизприбор» г. Москва
9г	Клапан регулирующий с цифровым контролером Ду 100	GX Fisher DVC2000	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
	Контроль температуры верха колонны КР2 Т = 35-45 0С_
10а	Преобразователь термоэлектрический хромель-копеливый. Номинальная статическая характеристика L. Предел измерения 0-300 0С.	ТХК Метран-202	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
	Контроль давления верха колонны КР2 Р = 0,4-0,6 МПа
11а	Преобразователь измерительный избыточного давления	Метран-150-CG	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
	Контроль расхода дистиллята из колонны КР2 F =_100 м3/ч
12а	Диафрагма камерная, Ду 100.	ДКС-0,6-100	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
12б	Преобразователь измерительный разности давления.	Метран - 150-ДC	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
	Контроль температуры на 40-ой тарелке колонны КР2 Т = 35-45 0С
13а	Преобразователь термоэлектрический хромель-копеливый. Номинальная статическая характеристика L. Предел измерения 0 -300 0С.	ТХК Метран-202	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
	Регулирование уровня кубового продукта в колонне КР2 L = 70-85 %
14а	Уровнемер буйковый.	Метран-249	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
14б	Электропневматический позиционер.	ЭПП 300	шт.	1	ООО «Типрибор» г. Москва
14в	Клапан регулирующий с цифровым контролером Ду 100	GX Fisher DVC2000	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск.
	Контроль температуры в кубе колонны КР2 Р = 130-150 0С
15а	Преобразователь термоэлектрический хромель-копеливый. Номинальная статическая характеристика L. Предел измерения 0 -300 0С.	ТХК Метран-202	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
	Контроль давления в кубе колонны КР2 Р = не более 0,7 МПа
16а	Преобразователь измерительный избыточного давления	Метран-150-CG	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
	Регулирование расхода кубового продукта из колонны КР2 F =_ не более 65 м3/ч
17а	Диафрагма камерная, Ду 100.	ДКС-0,6-100	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
17б	Метран - 150-СД	шт.	1	ПГ «Метран» г. Челябинск
17в	Электропневматический позиционер.	ЭПП300	шт.	1	ООО «Типрибор» г. Москва

Заключение

Вывод: предложенная схема автоматизации, установки ректификации винилхлорида обеспечивает контроль и регулирование основных параметров технологического процесса, а также возможность ведения технологического процесса в оптимальных для данной установки условиях, что обеспечит получение готового продукта (винилхлорила-сырца) заданного качества.

Конкретные типы средств автоматизации выбирались с учетом особенностей технологического процесса и его параметров.

В первую очередь принимались во внимание такие факторы, как пожароопасность и взрывоопасность, агрессивность и токсичность среды, число параметров, участвующих в управлении, и их физико-химические свойства, дальность передачи сигналов информации и управления, требуемые точность и быстродействие. Эти факторы определяют выбор методов измерения технологических параметров, требуемые функциональные возможности регуляторов и приборов (законы регулирования, показание, запись и т.д.), диапазоны измерения, классы точности, вид дистанционной передачи и т.д.

7. ОХРАНА ТРУДА

Безопасность жизнедеятельности - область научных знаний, охватывающих теорию и практику защиты человека от опасных и вредных факторов во всех сферах человеческой деятельности, сохранение безопасности и здоровья в среде обитания.

Опасный производственный фактор - это производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме или другому внезапному резкому ухудшению здоровья.

Травма - это повреждение организма внешним воздействием.

Вредный производственный фактор - это производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к заболеванию или снижению трудоспособности.

Опасный и вредный факторы производственной среды, характерны для большинства современных производств.

Производство 1,2-дихлорэтана на установке прямого, высокотемпературного хлорирования этилена относится к смешанным, потенциально опасным технологическим процессам в силу целого ряда факторов.

1) Реакция прямого высокотемпературного хлорирования этилена протекает:

с большой скоростью

с выделением большого количества избыточного тепла.

2) Процессы ректификации дихлорэтана протекают при повышенных температурах и давлении, как избыточном, так и под вакуумом.

3) Применение в производстве значительных количеств токсичных, коррозионных веществ, таких как хлор, хлористый водород.

) Реагенты и полученные продукты взрывоопасны (этилен, 1,2-дихлорэтан, 1,1,2-трихлорэтан и т.д.)

7.1 Характеристика опасных и вредных производственных факторов

Газоопасность, вызываемая возможностью выделения хлора, паров дихлорэтана, хлористого водорода, этилена, трихлорэтана, винила хлористого, аммиака, азота, паров топлива в атмосферу и в рабочие помещения в результате нарушения герметичности фланцевых соединений, сварных швов трубопроводов и оборудования, торцевых и сальниковых уплотнений насосного оборудования.

Опасность отравления, вызываемая применением в технологическом процессе токсичных продуктов: этилена, трихлорэтана, хлора, дихлорэтана, винилхлорида, аммиака, керосина и других видов топлива, хлористого водорода, катализатора оксихлорирования, в результате их утечки.

Взрывоопасность связана с содержанием паров 1,2-дихлорэтана в атмосфере и в воздухе рабочих помещений более 6,2 % (об.), этилена более 3 % (об.), 1,1,2-трихлорэтана более 8,7 % (об.), паров различных видов топлива более 2 % (объемн), винилхлорида более 3,0 % (об.) при нарушениях технологического режима и герметичности оборудования и трубопроводов.

Пожароопасность связана с применением пожароопасных продуктов (этилена, аммиака, топлива, 1,1,2-трихлорэтана, 1,2-дихлорэтана, винилхлорида), горюче-смазочных материалов и с возможностью их загорания.

Опасность термических ожогов при соприкосновении с паром, конденсатом, горячей водой; с нагретыми частями оборудования и трубопроводов вследствие нарушения их теплоизоляции или неполной теплоизоляции. Опасность химических ожогов раствором едкого натра, хлором, хлористым водородом, кислыми сточными водами, легкокипящими отходами производства дихлорэтана, 1,2-дихлорэтаном, винилхлоридом, влажным катализатором оксихлорирования, 1,1,2-трихлорэтаном, твердым едким натром.

Опасность поражения электрическим током при неисправности электрооборудования и при нарушении правил техники безопасности.

Опасность получения механических травм из-за неправильного обслуживания вращающихся и движущихся механизмов (компрессоров, насосов, вентиляторов), при отсутствии ограждений.

Таблица 7.1- Вредные и опасные производственные факторы проектируемого объекта

№	Опасные и вредные производственные факторы.	Место действия или рабочая операция.	Мероприятия по защите, средства защиты	Нормированное значение и нормирующий документ.
1	2	3	4	5
1.Вредные производственные факторы
1	Производственный шум	Операторная, рабочее место	Применение СИЗ, звукоизолирующие кожухи, рациональная планировка цехов	ГОСТ 12.1.003-88 СН 2.2.4/2.1.8.562-96 ПДУЭКВ=80дБА
2	Недостаток освещенности рабочей зоны	Операторная, рабочие помещения	Установка дополнительного освещения	СНиП 23.05-95 ЕН=150 ЛК
3	Статическое электричество	Рабочее место оператора ЭВМ, поверхность шкафов, в которых установлен контроллер	применение СИЗ, заземление	ГОСТ 12.4.124-83
4	Микроклимат	Операторная, рабочие помещения	Вентиляция, освещение, отопление	СанПиН 2.2.4.548-96
5	Вибрация	Операторная, насосная, рабочие помещения	применение СИЗ, установка виброснижающих компонентов конструкции	СН 2.2.4/2.1.8.566-96 ГОСТ 12.1.012-96 Для 80 Гц ПДУ=115дБ
6	Термические ожоги	Горячий пар, горячая вода, нагретые элементы оборудования.	Теплоизоляция, ограждения, защитные кожухи	СНиП 41-03-2003 СанПиН 2.2.4.548-96
7	Вредные вещества	Неплотности во фланцевых соединениях технологического оборудования, трубопроводов, ёмкостей, разгерметизация и т.д.	Техническое освидетельствование, контроль, применение СИЗ	ГОСТ 12.1.007-76 ГН 2.2.5 1313-03 ГН 2.2.5.1314-03
2. Опасные производственные факторы
1	Электрический ток	Питание контроллера, электрооборудования, освещение	Заземление, зануление, защитные ограждения, предупредительные плакаты.	ГОСТ 12.1.012-96 ГОСТ 12.1.030-81 ПУЭ 7-е издание
2	Вращающиеся части и механизмы	насосы, мешалки, вентиляторы, мех. сита.	Защитные кожухи, наличие заграждающих устройств,	ГОСТ 12.4.125-03
3	Взрывопожаро-опасность	Использование взрывопожароопасносных веществ и материалов	Соблюдение технологического режима ведения процессов, контроль за образованием взрывоопасных концентраций, АУППТ	НПБ-105-03, ГОСТ 12.1.011-78
4	Оборудование под давлением	Аппараты, реактора, резервуары, трубопроводы, компрессора	Применение средств контроля за давлением. Применение клапанов, мембран	ПБ 03-576-03 ГОСТ Р 2.2.9.05-95
5	Статическое электричество	Рабочее место оператора ЭВМ, поверхность шкафов контроллеров	Применение СИЗ, заземление	ГОСТ 12.4.124-83

7.2 Производственная санитария

.2.1 Вредные вещества

Существует опасность отравления применяемыми в технологическом процессе токсичными продуктами: хлором, парами 1,2-дихлорэтана, хлористым водородом, этиленом, 1,1,2-трихлорэтаном, винилхлоридом, едким натром, керосином, аммиаком, парами топлива, азотом. Опасность отравления может возникнуть в результате их утечки, а также нарушения герметичности фланцевых соединений, сварных швов трубопроводов и оборудования, торцевых и сальниковых уплотнений насосного оборудования.

Таблица 7.2 - Характеристика вредных веществ и воздействие на организм

Наименование вещества	Агрегатное состояние	ПДК	Класс опасности (ГОСТ 12.1.007)	Действие на организм человека
1	2	3	4	5
Этилен	газ	100	4	При превышении ПДК оказывает наркотическое действие. Может вызвать головную боль, головокружение, ослабление дыхания, нарушение кровообращения, потерю сознания.
Хлор	газ	1,0	2	Вызывает отек легких. Негорюч, вызывает раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей. При высоких концентрациях вызывает удушье, отек легких, может привести к смертельному исходу
Водород хлористый	газ	5,0	2	Вызывает раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей. При высоких концентрациях вызывает удушье, отек легких, может привести к смертельному исходу.
Азот	газ	-	-	При высоких концентрациях азота происходит удушье из-за недостатка кислорода.
1,2 Дихлорэтан	ЛВЖ	10	2	Наркотик, взывает дистрофические изменения в печени, почках. При повышенных концентрациях раздражает слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз. Обладает токсическим действием. При попадании на кожу вызывает ее раздражение. При попадании в жидком состоянии внутрь организма вызывает тяжелое отравление, часто со смертельным исходом.
Высококипящие, легкокипящие отходы	ЛВЖ		2	Воздействие на организм характеризуется содержанием основного компонента - 1,2 - дихлорэтана
Винил хлористый	газ	5/1 (максимально разоваясреднесменная)	1	Наркотик. Поражает нервную систему. Воздействие паров винилхлорида на организм человека вызывает головокружение, головную боль, рвоту, потерю ориентации. При неоднократном воздействии вызывает нарушение функций щитовидной железы. Попадание жидкого винилхлорида на кожу может вызвать обморожение.
Аммиак	газ	20	4	Вызывает острое раздражение слизистых оболочек, слезотечение, удушье. При остром отравлении поражаются глаза и дыхательные пути, при хроническом отравлении наблюдается растройство пищеворения, катар верхних дыхательных путей, ослабление слуха. Жидкий аммиак вызывает сильные ожоги кожи.
Катализатор оксихлорирования-	порошок	2 (пыли)	2	МЕДЬ (II) ХЛОРИД 2-ВОДНАЯ вызывает резкое раздражение верхних дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, возможны функциональные расстройства нервной системы, нарушения функции печени и почек. ОКСИД АЛЮМИНИЯ вызывает алюминоз - заболевание легких, при попадании на кожу - сушит ее, приводит к образованию трещин, дерматитов.
Железо хлорное	порошок	1,0	2	Пыль его вызывает раздражение слизистых оболочек органов дыхания и зрения. При попадании в пищеварительный тракт действует раздражающе и может вырвать рвоту
Этиленгликоль	жидкость	5,0	3	вязкая безцветнвя жидкость, сладковатая на вкус, без запаха. При попадании в организм через рот действует как сосудистый протоплазменный яд, вызывает отек сосудов, действует на центральную нервную систему и почки. Проникает через кожу.
Натр едкий (твердый)	твердое вещество	0,5 для аэрозоля	2	вызывает тяжелые химические ожоги, при длительном воздействии на кожные покровы может вызвать язвы и экземы, Сильно действует на слизистые оболочки, может вызвать повреждение верхних дыхательных путей в легочной ткани. Опасно попадание в глаза, что может привести к потере зрения.
Хладон -22	газ	3000	4	Обладает слабонаркотическим действием, при попадании на кожу жидкий хладон -22 вызывает обморожение
Керосин осветительный	жидкость	300	4	Слабый наркотик, вызывает хронические дерматиты, экземы кожи
Бензин газовый стабильный	жидкость	100	4	При попадании на кожу - сухость, а при длительном воздействии - кожные заболевания. При попадании через дыхательные пути - воздействует на центральную нервную систему, может вызвать хронические и острые отравления
Дистиллят газового конденсата	жидкость	100	4	При попадании на кожу - сухость, а при длительном воздействии - кожные заболевания. При попадании через дыхательные пути - воздействуют на центральную нервную систему, могут вызывать острые и хронические отравления
Прямогонный бензин	жидкость	100	4	При попадании на кожу - сухость, а при длительном воздействии - кожные заболевания. При попадании через дыхательные пути - воздействуют на центральную нервную систему, может вызывать острые и хронические отравления.
Натр едкий (раствор - концентрация не более 19%)	жидкость	0,5	2	вызывает тяжелые химические ожоги, а при длительном воздействии может вызывать язвы и экземы Попадание натра едкого в глаза может привести к потере зрения
Масло синтетическое ХС-40	жидкость	300	4	Контакт с маслом не ведет к поражению центральной нервной системы, не обладает способностями к кумуляции, проникновению через неповрежденные кожные покровы.
Масло Кп8С с повышенной стабильностью	жидкость	300	4	малоопасный продукт. Контакт с маслом не ведет к поражению центральной нервной системы, сердечнососудистой системы, кроветворных органов, нарушению обменных процессов, не обладает кумулятивными способностями, проникновению через неповрежденные кожные покровы.

В качестве основной меры защиты работающих от воздействия вредных веществ является дистанционное управление технологическим процессом, а также применение средств индивидуальной защиты. (спец. одежда, противогаз с фильтрующей коробкой марки БКФ)

Все лица, занятые на производстве и имеющие контакт с вредными веществами, должны в обязательном порядке проходить предварительный и периодический медицинский осмотр, знать методы оказания неотложной помощи пострадавшим при отравлении [17].

Контроль за содержанием вредных веществ в воздухе в рабочей зоне осуществляется с помощью системы контроля воздушной среды производственных помещений, предусматривая на установке наличие газоанализаторов, работающих на определение нижнего предела взрывоопасности взрывоопасных газов или паров легковоспламеняющихся жидкостей (применяемых на производстве) сблокированные с аварийными вентиляционными системами при достижении 20% от нижнего предела взрываемости.

Все санитарно-бытовые помещения расположены в отдельно стоящих административно-бытовых зданиях.

Для локализации выделяющихся вредных веществ в производственные помещения, установлена местная и общеобменная вентиляция, обеспечивающая 8-ми кратный воздухообмен по всему объему помещения. Кроме того установлена аварийная вентиляция, сблокированная с газоанализатором.

Приточные вентиляционные установки совмещены с системой воздушного отопления. Все вентиляторы, применяемые на производстве, должны быть взрывозащищенного исполнения.

7.2.2 Шум и вибрация

Источниками шума и вибрации являются насосные и компрессорные установки, характер производственного процесса, а также приточно-вытяжные вентиляции. ПДУ в рабочей зоне не должен превышать более 92 дБ для вибрации и 60 дБ для шума.

Для защиты рабочих от шума и вибрации предусмотрены следующие мероприятия:

изоляция источников шума и вибрации средствами звуко- и виброизоляции, звуко - и вибропоглощения;

рациональное размещение технологического оборудования, машин, механизмов, акустическая обработка помещений;

применение индивидуальных средств защиты [15].

7.3 Производственное освещение

Производственное освещение, правильно спроектированное и выполненное, способствует повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции, оказывает положительное психологическое воздействие на работающих, снижает утомляемость и повышает безопасность труда. Неудовлетворительное освещение вызывает утомление, глазные болезни, головные боли и может быть причиной производственного травматизма. Согласно СНиП 23.05-95 "Естественное и искусственное освещение" характер зрительных работ в операторной по условиям точности относится к 4 разряду с нормальным значением освещённости 150 ЛК.

Для нормализации освещения производственных помещений предусматриваем:

Естественное освещение - боковое в производственных зданиях.

Искусственное освещение - общее (все производственные помещения освещаются однотипными светильниками). Для искусственного освещения помещений используем ДРЛ лампы[1].

Для освещения наружной установки применяем дуговые люминесцентные ртутные лампы высокого давления (ДРЛ). Все светильники, применяемые на производстве, должны быть взрывозащищенного исполнения. Также предусматриваем аварийное освещение. Для этой цели применим лампы накаливания.

7.3.1 Расчет естественного освещения производственного помещения

Естественное освещение предусматривается во всех производственных помещениях. Подбираем боковой двухсторонний вид естественного освещения, т.к. часть оборудование располагается на крыше нашего производства:

Рассчитаем площадь пола здания.

Длинна корпуса L=84 м. Высота Н=6,5 м. Ширина В=24 м.

Корпус по высоте разделен на три отметки с высотами 0,000 м; 6,500 м; 13,000 м.

Рассчитаем: Sпол = L×В = 84×24 = 2016 м2

Определяем коэффициент естественного освещения (КЕО) по формуле:

eN = eH×mN

где N - номер группы обеспеченности светом по [11, табл.4];

eN - значение КЕО по [11, табл.1.2];

mN - коэффициент светового климата по [11, табл.1.2].

Иркутская область относится ко 2-ой группе светового климата.

e2 = 1×0,9 = 0,9

Определяем суммарную площадь световых проёмов при боковом освещении, по формуле [11, прил. 1]:

где Sо - площадь световых проемов, м2;

SП - площадь пола помещения, м2;

еН - нормированное значение КЕО, %;

ηо - световая характеристика окна;

kЗ - коэффициент запаса по [11, табл. 3];

kЗД - коэффициент учитывающий затенение противостоящими зданиями, зависящий от отношения расстояния между зданиями к высоте расположенного карниза противостоящего здания по [11, табл.4];

r1 - коэффициент учитывающий отраженный свет по [11, табл.6,7];

τо - общий коэффициент светопропускания рассчитывается по формуле:

τо=τ1τ2τ3τ4τ5 ,

где τ1 - коэффициент светопропускания материала, принимаем равным 0,65 [11, прил.2, табл.2];

τ2 - коэффициент учитывающий потери света в переплетах, принимаем равным 0,75 [11, прил.2, табл.3];

τ3 - коэффициент учитывающий потери света в несущих конструкциях при боковом освещении, принимаем равным 0,8 [11, прил.2, табл.4];

τ4 - коэффициент учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах принимаем равным 0,9 [11, прил.2, табл.5];

τ5 - коэффициент учитывающий потери в защитной сетке принимаем равным 0,9.

Определим площадь световых проемов.

м2

Выбираем окна размером 3×4 м по 25 окон с каждой стороны, всего 50 окон.

7.3.2 Расчет искусственного освещения производственного помещения

Задачей расчета является нахождения количества светильников и ламп, и их расположение. Тип светильника: УПД ДРЛ 125 [11, табл.9].

Определим необходимый световой поток по формуле [11, прил. 1]:

где Е - освещённость (минимальная), лк;

F - световой поток одной лампы, 4800 лм;

k - коэффициент запаса, принимаем 1,5 [11];

S - площадь помещения, м2;

N - количества светильников, шт.;

n - количества ламп в светильнике, шт.;

z - коэффициент равномерности, для люминесцентных ламп 1,15;

η - коэффициент использования светового потока ламп, зависит от индекса (i).

Определим высоту подвеса светильников по формуле:

НП = Н - (hp+hс ),

где Н - высота помещения, м;

hp - высота рабочей поверхности, принимаем 0,8 м;

hc - высота от точки подвеса до светильника, принимаем 0,7 м.

НП = 6,5 - (0,8 + 0,7) = 5,0 м

l - принимаем равное стандартному шагу колонн 6 м.

Расстояние от стен до крайнего ряда светильников, I принимаем

I= 0,3×3=0,9 м

L= λ·h = 0.6·5 = 3 м

Определим число рядов светильников по длине помещения.

; ,

где L,B - длинна и ширина помещения, м.

;

принимаем n1 = 28 рядов; n2 = 8 рядов

Определим общее число светильников по формуле:

N = n1×n2 = 28×8 = 224 шт.

Определим индекс помещения:

Принимаем:

ρп = 70 %; ρст = 50 %; ρраб = 10 %

при i = 3,7 η = 60 %

определим необходимое освещение:

лк

Соответствует нормальному Ен c запасом освещения в 38.8 %

7.4 Техника безопасности

Основными мероприятиями, обеспечивающими безопасность технологического процесса, безопасную эксплуатацию технологического оборудования электроустановок являются:

а) соблюдение обслуживающим персоналом всех правил по пожарной эксплуатации установки, при подготовке к ремонту, проведению ремонтных и других видов работ;

б) ведение технологического процесса в строго заданных нормах технологического режима;

в) своевременное предупреждение всех утечек из аппаратов, коммуникаций;

г) эксплуатация электроустановок в соответствии с «Правилами устройства и эксплуатации электроустановок»;

д) эксплуатация сосудов работающих под давлением в соответствии с правилами Госгортехнадзора России:

е) постоянный контроль за работой приточно-вытяжной вентиляции, состоянием воздушной среды в производственных помещениях.

Режим труда и отдыха.

Установка получения 1,2 - дихлорэтана относится к производствам с особоопасными условиями труда.

Для дневного персонала установлена пятидневная рабочая неделя, общей продолжительностью 36 часов.

Сменный персонал работает по пяти бригадному графику. Продолжительность одной смены - 8 часов.

Средства индивидуальной защиты работающих.

Для защиты органов дыхания - фильтрующий противогаз с коробкой марки «БКФ», шланговые противогазы ПШ - 1, ПШ - 2, кислородно - изолирующие противогазы КИП - 8 применяются при работе в атмосфере с недостаточным содержанием кислорода менее 18 % (об.) и содержанием вредных веществ более 0,5 % (об.).

Для защиты тела - специальная одежда (костюм вискозно-лавсановый или хлопчатобумажный).

Специальная обувь - сапоги кирзовые, резиновые или ботинки кожаные.

Для защиты головы - каска.

Для защиты рук - рукавицы или перчатки.

Средства коллективной защиты:

· Средства нормализации воздушной среды производственных помещений;

· Средства защиты от шума и вибрации;

· Средства защиты от поражения электрическим током;

· Средства защиты от статического электричества;

· Средства защиты от воздействия механических и химических факторов.

7.4.1 Электробезопасность

По опасности поражения электрическим током установка производства 1,2-дихлорэтана методом прямого высокотемпературного хлорирования этилена относятся к особо опасным помещениям (ПУЭ). По пожароопасности помещения установки относятся к взрывоопасной категории А [26].

Согласно «Правилам устройства электроустановок» предусматриваем следующую классификацию производственных помещений и наружных установок по взрывоопасным и пожароопасным зонам.

Наружная установка (реакторы, колонна ректификации и т.д.) - В-Iг, как пространства у наружных технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ, надземных и подземных резервуаров с ЛВЖ и т.п.

Помещения (машинный зал) - В-Iа, как зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от НПВ) или паров ЛВЖ с воздухом не образуется, а возможны только в результате аварий, неисправностей

В связи с этим допускаемые уровни взрывозащиты электрооборудования следующие:

электрические машины повышенной надежности против взрыва, повышенной надежности для аппаратов и приборов, искрящих или подверженных нагреву выше 80 0С;

без взрывозащиты приборов и аппаратов, не искрящих и не нагревающихся выше 80 0С.

Для защиты электрооборудования от воздействия химически активной среды необходимо, чтобы материал, из которого выполнено электрооборудование, был коррозионностойким, механические части должны быть надежно защищены лакокрасочным или гальваническим покрытием.

Должны применяться провода и кабели с поливинилхлоридной изоляцией, а также провода с резиновой изоляцией и кабели с резиновой и бумажной изоляцией в свинцовой или поливинилхлоридной оболочке.

На установке должны применяться следующие мероприятия по борьбе с электротравмотизмом:

. Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей ее эквивалентом механических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением при замыкании на корпус и по другим причинам.

Принцип действия - снижения напряжения между корпусом, оказавшемся под напряжением и землей до безопасного значения.

2. Зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Принцип действия - превращение замыкания на корпус в короткое однофазное замыкание с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей цепи.

. Защитное отключение - быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановок при возникновении в ней опасности поражения током - служит дополнением к заземлению, занулению.

. Малое напряжение - номинальное напряжение не более 42 Вольт, применяемое в целях для уменьшения опасности поражения электрическим током. Следует использовать для питания электроинструмента, светильников, как стационарного освещения, так и переносных ламп.

. Изоляция токоведущих частей. Все токоведущие части электроустановок, а также электроинструменты должны иметь электрическую изоляцию. Токоведущие части электроустановок - рабочую изоляцию. Электроинструмент - двойную изоляцию (рабочая + дополнительная).

. Оградительные устройства - применяют для того, чтобы исключить даже случайные прикосновения к токоведущим частям электроустановок. Ограждения текущих частей должны предусматриваться конструкцией электроустановок. Для защиты обслуживающего персонала электроустановок от поражения электрическим током применим следующие электрозащитные средства: изолирующие (основные и дополнительные), ограждающие и вспомогательные.

При воздействии на объекты поражения ток молнии может производить электромагнитное, тепловое и механическое воздействие.

Молниезащита - комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования, материалов и установок от проявлений молний: возможных взрывов, пожаров, разрушений. Защита от воздействия молнии осуществляется молниеотводами и колонными аппаратами, которые соединены металлическими связями с контурами заземления. В состав молниеотводов входят: молниеприемники, непосредственно воспринимающие удар молнии; опоры; тоководы для передачи тока молнии в землю; заземлители, обеспечивающие растекания тока в земле.

Зона заземления зависит от типа, количества и взаимного расположения молниеотводов и может быть разнообразной геометрической формы.

Молниезащита выполнена по II категории.

Мероприятия по защите от статического электричества.

) Отвод зарядов заземляющими устройствами. Заземление - все металлические и электропроводные неметаллические части технологического оборудования должны быть заземлены. Как правило, такие заземляющие устройства объединяют с заземляющими устройствами для электроустановок.

Трубопроводы, вентиляционные короба и т.п. расположенные на установке должна представлять собой на всем протяжении непрерывную электрическую цепь, которая присоединяется к контору заземления не менее чем в двух точках.

) Снижение интенсивности возникновения зарядов статического электричества достигаем соответствующим подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгиванием, дробления и распыления, отводом электростатического заряда очистной горючих газов и жидкостей от примесей. Для предотвращения воспламенения среды внутри аппаратов искровым зарядом, а также для исключения образования взрывоопасных смесей в закрытые системы подаем инертные газы - азот.

) Отвод зарядов статического электричества накапливающихся на людях

а) Устройство электропроводящих полов.

б) Заземление помостов и рабочих площадок, поручней лестниц, рукояток приборов машин и аппаратов.

.4.3 Пожарная безопасность

По пожароопасности процесс получения 1,2-дихлорэтана методом высокотемпературного хлорирования этилена относится к категории «А», как производство, в котором применяются горючие газы нижний предел взрываемости, которых не более 10 % (об.) и жидкости с температурой вспышки паров 28 0С и ниже [27].

Пределом огнестойкости конструкций зданий установки будет температура 600 0С, так как главным конструкционным материалом (имеющим самую низкую огнестойкость по сравнению с другими элементами зданий) является бетон, который при данной температуре теряет до 40 % своей первоначальной прочности, а температура 650-750 0С является для него критической. Степень огнестойкости зданий - II [25]

Пожаро - и взрывоопасные свойства веществ, используемых в производстве по ГОСТ 12-1-000-91.

Таблица 7.3 - Характеристика веществ по взрыво-пожароопасности

Наименование вещества	Агрегатное состояние	температура, оС				Пределы воспламенения
		кипения	плавления	самовоспламенения	вспышки	концентрационные, % об		температурные, оС
						нижн.	верх.	нижн.	верх.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Этилен	газ	-103,7	-169,15	427	-136,1	2,7	34	-	-
Хлор	газ	-34,1	-101,3	не горюч	Не горюч	7,8 в смеси с водородом	88,5 в смеси с водородом	-	-
Водород хлористый	газ	-85,1	-114,22	не горюч	Не горюч	-	-	-	-
Азот	газ	-195,8	-210,0	-	-	-	-	-	-
1,2 Дихлорэтан	ЛВЖ	83,47	-35,36	413	9	6,2	16,0	8	31
Высококипящие, легкокипящие отходы	ЛВЖ	83,47	-35,36	413	9	6,2	16,0	8	31
Винил хлористый	газ	-13,8	-158,4	470	-43	3,6	33	-	-
Железо хлорное	порошок	315	304	-	-	-	-	-	-
Катализатор оксихлорирования	порошок	-	-	-	-	-	-	-	-
Этиленгликоль	жидкость	197,6	-12,3	412	111	3,8 (4,29)	6,35	-	-
Аммиак	газ	-33,3	-77,8	630	-	15,0	33,6	-	-
Натр едкий (твердый)	твердое вещество	1385	322	-	-	-	-	-	-
Хладон -22	газ	-29,8	-	-	-
Керосин осветительный	жидкость		-	-	> 40	2	3	-	-
Бензин газовый стабильный	жидкость	25	-	530	-34÷ -40	1	7	-27	3
Дистиллят газового конденсата	жидкость	35	-	380	-2	1	6	-	-
Прямогонный бензин	жидкость	30	-	-	-	-	-	-	-
Натр едкий (раствор - концентрация не более 19 %)	жидкость	110	-	-	-	-	-	-	-
Масло синтетическое ХС-40	жидкость	-	-	390	не ниже 200	-	-	-	-
Масло Кп8С с повышенной стабильностью	жидкость	-	-	-	не ниже 200	-	-	-	-

Причины возникновения пожара, взрыва.

Увеличение давления в аппаратах выше регламентного значения приводит к срабатыванию предохранительных клапанов и загазованности территории пожаро и взрывоопасными продуктами.

Повышение температуры в аппаратах выше регламентного может привести к ускорению скорости химической реакции (особенно в реакторах), что в свою очередь приводит к потере контроля за ходом химической реакции, увеличению давления в аппаратах.

Утечки перерабатываемых веществ и продуктов (которые в большинстве являются пожаровзрывоопасными) через фланцевые соединения, сальниковые уплотнения создают условия для образования взрывоопасных смесей.

Нарушение правил техники безопасности при проведении газоопасных, огневых, ремонтных работ.

Нарушение «Правил устройства и эксплуатации электроустановок».

Несоблюдение норм технологического режима и аналитического контроля.

Неисправность приборов КИПиА.

Неисправность электроустановок.

Мероприятия по устранению причин пожара, предупреждению возможности воспламенения или взрыва:

· постоянный контроль за ходом технологического процесса, соблюдение норм технологического режима;

· нормальный нагрев теплоизоляции оборудования, искробезопасность ударноизмельчающего аппарата;

· исправность устройств для снятия заряда статического электричества;

· соблюдение правил техники при проведении ремонтных, огневых и газоопасных работ;

· соблюдение правил хранения веществ и материалов способных образовывать взрывчатые смеси, самовозгорающиеся и самовоспламеняющиеся при контакте с водой и воздухом (ГОСТ - 12.0.004-85);

· установка огнепреградителей на линиях сброса газообразных продуктов реакции на свечу.

Система пожарной связи и оповещения.

Телефонная связь. На каждом телефонном аппарате укрепляется табличка с значением номеров телефонов для вызовов пожарной охраны. Громкоговорящая связь. Автоматическое, комбинированные извещатели.

Средства пожаротушения.

На установки предусмотрена: сеть водяного пожаротушения и автоматического пенного пожаротушения, лафетные установки.

Первичные средства пожаротушения:

а) ручные огнетушители марки ОУ-5, ОУ-10, ОП-10;

б) песок;

в) асбестовые полотна.

Ручные огнетушители: пенные, порошковые, углекислотные для тушения твердых и жидких веществ и материалов. Асбестовые полотна, песок где возможен разлив небольшого количества горючих и легковоспламеняющихся жидкостей.

8 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Химическая промышленность, являясь крупным поставщиком сырья, полупродуктов, различных материалов во все отрасли промышленности, которая не может существовать без химии галогенов и особенно хлора. В настоящее время производство хлора в Росси достигает 1 млн тонн в год. Почти две трети этого объема используется для производства хлорорганических продуктов, основным из которых является винилхлорид. В данном разделе рассматриваются возможные отходы производства и способы их утилизации.

Производство винилхлорида можно отнести к умеренно опасным, так как в качестве сырья используется соединение второго класса опасности, а в результате протекания процесса образуется токсичный продукт. Полная токсикологическая характеристика сырья и готовой продукции приведена в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Характеристика исходного сырья и продуктов

№п/п	Вещество, химическая формула	Характер воздействия на организм человека	Класс опасности	ПДК, мг/м³

1	2	3	4	9
1.	Хлористый водород, НСl	Токсичен, вызывает раздражение верхних дыхательных путей, слизистых оболочек, разрушает зубную эмаль. При попадании на кожу вызывает химические ожоги.	2	5
2.	Натр едкий таблетированный, NaOH	Едкое вещество, при попадании на кожу вызывает химический ожог, при длительном воздействии может вызвать язвы и экземы. Аэрозоли поражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей.	2	0,5 аэрозоль
3.	1,2- дихлор-этан, 1,2 C2H4Cl2	Наркоитк. Вызывает головокружение, боль, сонливость, расстройство координации, дистрофические изменения в печени, почках, сердечной мышце, поражает нервную систему, при попадании на кожу вызывает раздражение.	2	10
4.	Винил хлористый, C2H3Cl	Токсичен. Является наркотиком, поражает нервную систему. Воздействие паров вызывает головокружение, головную боль, рвоту, потерю ориентации.	1	1,0
5.	Азот, N2	При больших концентрациях приводит к удушью, из-за уменьшения содержания кислорода.	4	-
6.	Фреон-12 (хладон-12) CF2Cl2	Не ядовит. При значительном вдыхании паров, из-за вытеснения им воздуха из помещения, возможна кислородная недостаточность.	4	-

8.1 Характеристика отходов при ректификации винилхлорида

При ректификации винилхлорида образуются следующие виды промышленных выбросов:

- твердые и жидкие отходы

сточные воды

выбросы в атмосферу.

Характеристику отходов рассмотрим в виде таблиц и схем:

формирование сточных вод изображено на рисуноке 8.1;

образование твердых и жидких отходов изображено на рисунке 8.2;

- характеристика твердых и жидких отходов производства приведена в таблице 8.2;

- характеристика сточных вод приведена в таблице 8.3;

характеристика выбросов в атмосферу приведена в таблице 8.4;

нормы образования отходов производства приведены в таблице 8.5.

Рисунок 8.1 - Принципиальная схема формирования сточных вод

Рисунок 8.2 - Схема образования твердых и жидких отходов

Таблица 8.2 - Твердые и жидкие отходы

№ п.п.	Наименование отходов, отделение, аппарат	Место складирования, транспорт, тара	Количество отходов		Периодичность образования	Характеристика твердых и жидких отходов			Примечание
						химический состав, влажность, %	физические показатели, плотность, кг/м	класс опасности отходов
			базовый	проектный
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1.	Кокс из колонны К-601 на стадии ректификации продуктов пиролиза.	Отделяется от промывных вод в сборнике кокса S-604. Контейнер	30 кг/год	33,6 кг/год	1 раз в год при чистке	Углерод, полимеры хлорорганических продуктов со следами ДХЭ и ВХ.	Твердые частицы	3	Вывоз на комплекс захоронения отходов в полиэтиленовых мешках
2.	Отделяется от промывных вод в сборнике кокса S-604. Контейнер	18 кг/год	20,16 кг/год	1 раз в год при чистке	Углерод, полимеры хлорорганических продуктов со следами ДХЭ и ВХ.	Твердые частицы	3	Вывоз на комплекс захоронения отходов в полиэтиленовых мешках
3.	Кокс из кипятильника Е-602 А,В на стадии ректификации продуктов пиролиза.	Отделяется от промывных вод в сборнике кокса S-604. Контейнер	43,2 кг/операц. 345 кг/год	48,38 кг/год	8 раз в год при чистке	Углерод, полимеры хлорорганических продуктов со следами ДХЭ и ВХ.	Твердые частицы	3	Вывоз на комплекс захоронения отходов
4.	Кокс из кипятильника Е-604 А,В на стадии ректификации ВХ.	Отделяется от промывных вод в сборнике кокса S-604. Контейнер	33 кг/операц. 132 кг/год	36,90 кг/год 47,84 кг/год	4 раза в год при чистке	Углерод, полимеры хлорорганических продуктов со следами ДХЭ и ВХ.	Твердые частицы	3	Вывоз на комплекс захоронения отходов
5.	Кокс из кипятильника Е-606 на стадии отпарки ВХ.	Отделяется от промывных вод в сборнике кокса S-604. Контейнер	2,8 кг/год	3,136 кг/год	1 раз в год при чистке	Полимеры хлорорганических продуктов со следами ВХ.	Твердые частицы	3	Вывоз на комплекс захоронения отходов
6.	Кокс из фильтра S-601 А, В на стадии ректификации продуктов пиролиза.	Контейнер	4,5 кг/операц. 216 кг/год	5,04 кг/год 241,92 кг/год	1 раз в неделю при чистке	Углерод, полимеры хлорорганических продуктов со следами ДХЭ и ВХ.	Твердые частицы	3	Вывоз на комплекс захоронения отходов
7.	Кокс из фильтра S-602 А, В на стадии ректификации ВХ.	Контейнер	4 кг/операц. 88 кг/год	4,48 кг/год 98,56 кг/год	2 раза в месяц при чистке	Углерод, полимеры хлорорганических продуктов со следами ДХЭ и ВХ.	Твердые частицы	3	Вывоз на комплекс захоронения отходов
8.	Кубовый продукт колонны ректификации К-601	Сборник V-606	4,5 м3/операц 9,0 м3/год	5,04 м3/операц. 10,08 м3/ год	2 раза в год при чистке	НС1-0,0136 ВХ-42Д ДХЭ-56,5 ЛКП-0,2 ВКП-0,4 С6Н6-0,8	Удельный вес жидкости 1004 кг/м3	-	Из сборника V-606 направляются на V-116
9	Кубовый продукт фильтра S-601A,B на стадии ректификации продуктов пиролиза.	Сборник V-606	0,2 м3/операц. 8,8 м3/год	0,224 м3/операц. 9,86 м3/ год	1 раз в неделю при чистке	НС1-0,0136 ВХ-42,1 ДХЭ-56,5 ЛКП-0,2 ВКП-0,4 С6Н6-0,8	Удельный вес жидкости 1004 кг/м3	-	Из сборника V-606 направляются на V-116
10	Кубовый продукт кипятильника Е-602 А,В,С	Сборник V-606	3,82 м3/операц. 35,5 м3/год	4,27 м3/операц. 139,76 м3/ год	8 раз в год при чистке	HCI-0,0136 ВХ-42,1 ДХЭ-56,5 ЛКП-0,2 ВКП-0,4 С6Н6-0,8	Удельный вес жидкости 1004 кг/м3	-	Из сборника V-606 направляются на V-116
11	Кубовый продукт колонны ректификации К-602	Сборник V-606	11,4 м3/год	12,77 м3/год	1 раз в год. при чистке	ДХЭ-97,4 ЛКП-0,4 ВКП-0,7 С6Н6-1,4	Удельный вес жидкости 1030 кг/м	-	Из сборника V-606 направляются на V-116
12	Кубовый продукт из кипятильника Е-604 А,В	Сборник V-606	19,65 м3/операц 77,6 м3/год	22 м3/ операц. 86,91 м3/год	4 раза в год при чистке	ДХЭ-97,4 ЛКП-0,4 ВКП-0,7 С6Н6-1,4	Удельный вес жидкости 1030 кг/м3	-	Из сборника V-606 направляются на V-116
13	Кубовый продукт из фильтра S-602 А, В	Сборник V-606	0,2 м3/операц. 9,4 м3/год	0,224 м3/ операц. 10,52 м3/год	1 раз в неделю при чистке	ДХЭ-97,4 ЛКП-0,4 ВКП-0,7 С6Н6-1,4	Удельный вес жидкости 1030 кг/м3	-	Из сборника V-606 направляют- ся на У-116

Таблица 8.3 - Сточные воды

№ п.п.	Наименование сбрасываемых сточных вод, отделение, аппарат	Место сбрасывания	Количество стоков, м3/сутки		Периодичность сброса	Характеристика сброса
						содержание контролируемых вредных веществ в сбросах (по компонентам), мг/л или кг/м3	допускаемое количество сбрасываемых вредных веществ, кг/сутки
			базовое	проектное
	1	2	3	4	5	6	7
1.	Промывные воды колонны С-601	Сбор в приямке G-601 с последующей откачкой в емкость V-109	4,5	5,04	2 раза в год по 20 ч.	Вода с содержанием ДХЭ-0,2 ВХ-0,015 НCl-следы	21,6 1,62 следы
2.	Промывные воды кипятильников Е-602 А,В	Сбор в приямке G-601 с последующей откачкой в емкость V-109	4,5	5,04	8 раз в год по 24 ч.	Вода с содержанием ДХЭ-следы ВХ-следы	Следы Следы
3.	Промывные воды кипятильников Е-604 А,В	Сбор в приямке G-601 с последующей откачкой в емкость V-109	4,5	5,04	4 раза в год по 30 ч.	Вода с содержанием ВХ-следы
4.	Промывные воды кипятильника Е-606	Сбор в приямке G-601 с последующей откачкой в емкость V-109	4,5	5,04	4 раза в год	Вода с примесями: NaOH-5,0
5.	Промывные воды из сборника V-615	Сбор в приямке G-601 с последующей откачкой в емкость V-109	4,5	5,04	6 раз в год	Вода с примесями: NaOH-5,0	2,8
6.	Технологические стоки из сборника V-615	Сбор в приямке G-601 с последующей откачкой в емкость V-109	0,1 0,1	0,112 0,112	1 раз в смену 1 раз в неделю	Вода с примесями: NaOH-5,0 Вода с примесями: NaOH-5,0 ВХ-0,015 NaCI-следы	15 0,71 0,21 г/сутки
7	Охлаждающая вода с анализаторов электропроводности	Сбор в приямке G-601, G-501 с последующей откачкой в емкость V-109	4,8	5,376	Постоянно	Вода	-
8.	Ливневые стоки из поддона промежуточного склада винилхлорида.	Сбор в приямке G-602 с последующей откачкой в емкость V-109		-	-	Вода	-
9.	Бытовые сточные воды из корпуса № 202	В хозфекальную канализацию колодец № 22	23	25,76	Постоянно	Вода с бытовыми загрязнениями	-

Таблица 8.4 - Выбросы в атмосферу

Наименование выброса, отделение, аппарат, диаметр и высота выброса	Количество источников выбросов	Суммарный объем отходящих газов, нм3/ч		Периодичность	Характеристика выброса
					температура, °С	состав выброса, мг/л, (кг/м3)	допускаемое количество сбрасываемых вредных веществ, кг/ч	примечание
		базовый	проектный
1. Трубопровод для сброса пара низкого давления на глушитель шума фильтра S-603. Диаметр трубы - 360 мм. Высота -26000 мм на стадии ректификации ВХ.	1	3600		Периодически при повышении давления	Не более 150	Водяной пар	-	Продолжительность сброса не более 2 мин.

Таблица 8.5 - Нормы образования отходов производства

Наименование отходов, характеристика, состав, аппарат или стадия образования	Направление использования, метод очистки или уничтожения	Норма образования отходов на тонну винила хлористого
		единицы измерения	базовые	проектные	примечание
1	2	3	4	5	6
Твердые отходы.
1. Полимеризаты, образующиеся при чистке оборудования стадий 300, 400, 500, 600, кокс - твердые отходы, состоящие из углерода, полимеров винилхлорида и дихлорэтана, образующиеся при регенерации змеевиков печей пиролиза R-501 А, В, С.	Отделяются от промывочных вод в коксосборниках S-506, S-604 и вывозятся на комплекс захоронения отходов.	кг	0,0182	0,02
Жидкие отходы.
2. Легкокипящие продукты стадии обезвоживания дихлорэтана-сырца из сборника флегмы V-301.	В корпус № 203 в колонну выделения дихлорэтана из легкокипящих отходов С-704	кг	17,11	19,16
3. Высококипящие продукты стадии выделения дихлорэтана из высококипящих, колонн С-403 (С-404)	В корпус № 203 на стадию сжигания отходов или на хранение на базисный склад цеха № 34.	кг	18,96	21,24

8.2 Переработка и утилизация хлорорганических отходов производства винилхлорида

Самым многотоннажным производством в промышленности хлорорганического синтеза и наиболее крупным поставщиком хлорорганических отходов является производство винилхлорида, исходного мономера для получения поливинилхлорида.

При производстве одной тонны винилхлорида из этилена образуется 30-50 кг отходов, представляющих многокомпонентную смесь хлорпроизводных этана и этилена и смолистых веществ.

Особенность хлорорганических соединений, содержащихся в отходах, в том, что все они являются ксенобиотиками, т.е. продуктами, не имеющими аналогов в природе. В связи с этим самыми эффективными способами их утилизации являются способы целенаправленного химического воздействия. Жесткие экологические и экономические ограничения определяют ряд требований к способам переработки хлорорганических отходов. К числу таких требований относятся: регенерация углеродсодержащего сырья, коммерческая ценность продуктов переработки, высокая степень превращения отходов за технологический цикл, отсутствие среди продуктов переработки токсичных соединений, низкое энергопотребление, универсальность способа переработки.

В настоящее время для обработки хлорорганических отходов применяют следующие методы: сжигание, каталитическое окисление, обработка водно-щелочным дегидрохлорированием, получение модифицирующих битум добавок.

В настоящее время для утилизации хлорорганических отходов на производстве используется метод сжигания, но он не может быть признан оптимальным по следующим причинам:

- быстрое изнашивание оборудования в результате воздействия высокой температуры и корозионно-агрессивных сред;

- сложное аппаратурное оформление стадий закалки реакционных газов и рекуперация теплоты;

трудности, связанные с осуществлением процесса сжигания под давлением и, как следствие, образование большого количества абгазной соляной кислоты, не находящей сбыта и являющейся вторичным отходом,

потеря углеводородного сырья.

Достоинства метода:

относительная дешевизна процесса,

позволяет утилизировать отходы разнокомпонентного состава.

Сжигание отходов осуществляется в камере сжигания - горизонтальном цилиндрическом аппарате, внутри футерованным кирпичом.

В качестве топлива, используемого в печи сжигания, используется: керосин осветительный, дизельное топливо (летнее и зимнее), газовый конденсат, топливо самолетное ТС-1, бензин газовый стабильный, дистиллят газового конденсата легкий, прямогонный бензин, а также их смеси.

Камера сжигания снабжена двумя горелками - газожидкостной и топливной, дымовой трубой («горячим газоходом») Н-17000 мм, Д-1000 мм.

Топливная горелка используется для предварительного разогрева камеры сжигания до температуры 1100 0С перед розжигом газожидкостной горелки.

Температура в камере сжигания поддерживается в пределах 1150-1250 0С

При понижении температуры в печи менее 1150 оС, что возможно при уменьшении теплотворной способности отходов, дополнительно подается топливо расходом не более 40 л/час в горелку.

При повышении температуры в печи более 1250 оС или увеличении выбросов вредных веществ в атмосферу увеличивается подача пара в камеру сжигания, т.к. увеличивается активность молекул пара, которые при взаимодействии со свободными ионами хлора, образуют хлористый водород. Хлористый водород водой поглощается легче, чем хлор.

Жидкие отходы от насосов поступают в газожидкостную горелку с расходом 100-800 л/час, давление перед горелкой должно быть в пределах 0,01- 0,048 МПа (0,1-0,48 кгс/см2).

Распыление сжигаемых отходов в горелке производится технологическим воздухом из заводской сети от АКС ГП.

Перед подачей в горелку технологический воздух дросселируется до давления не менее 0,15 МПа (1,5 кгс/см2).

Объемный расход воздуха на распыление поддерживается постоянным в пределах 125-150 нм3/ч.

Воздух на горение в горелки подается воздуходувкой с расходом в пределах 1100-2500 нм3/ч.

В камере сжигания происходит разложение хлорорганических продуктов с образованием HCI, СО2, CL2, Н2О. Повышенное содержание кислорода в дымовых газах приводит к образованию свободного хлора, а недостаток его - к неполному сгоранию и образованию сажи.

Дымовые газы из камеры сжигания по «горячему» газоходу, футерованному огнеупорным кислотостойким кирпичом, подаются в закалочную колонну, гуммированную и футерованную внутри двумя слоями огнеупорного кислотостойкого кирпича.

Закалочная колонна защищена от теплового излучения «горячего» газохода тепловым экраном, охлаждаемым оборотной водой.

Дымовые газы, поступающие в верхнюю часть закалочной колонны С-801, смешиваются со слабой соляной кислотой, орошающей колонну, и охлаждаются до температуры не более 150 0С.

В нижней части закалочной колонны дымовые газы отделяются от орошающей жидкости и направляются в холодильник футерованный графитом.

В холодильнике происходит охлаждение дымовых газов, конденсация основного количества паров воды и растворение остаточного хлористого водорода.

Соляная кислота из холодильника стекает по трубопроводу в сборник соляной кислоты.

Промывная колонна Н-4300 мм, Д-1000 мм изготовлена из полимерного материала «Duracor-F», заполнена насадкой типа "Tellerette", кольцами «Рашига». Массовая доля вредных веществ в дымовых газах, выбрасываемых в атмосферу из головной части колонны, не должна превышать:

хлора - не более 1352 мг/м3

хлористого водорода - не более 338 мг/м3.

При этих выбросах на высоту 40 м концентрация вредных веществ не превышает ПДК на границе санитарно-защитной зоны.

Дымовые газы, очищенные от вредных веществ, из колонны сбрасываются в атмосферу с температурой 20-30 0С

Для устранения (снижения) недостатков метода сжигания отходов предложен целый ряд модификаций этого метода.

1 - камера сжигания; 2 - закалочная колонна; 3 - сборник соляной кислоты; 4 - промывная колонна; 5 - холодильник; 6 - насос. I - хлорорганические отходы; II - топливо; III - соляная кислота; IV - выбросы в атмосферу; V - вода; VI - воздух технологический

Рисунок 8.3 - Схема сжигания хлорорганических отходов

Способы уничтожения хлорорганических отходов сжиганием [17]

Сущность изобретения состоит в том, что при вдувании хлорорганических отходов в поток дутья в фурменном приборе на расстоянии от торца фурмы, равном 0,6-1,8 ее длины (в сопле или в фурме), под давлением, превышающем давление дутья на 50-100 кПа, с помощью форсунки, обеспечивающей диспергацию вдуваемых отходов, мелкие капли вдуваемой жидкости внедряются в поток дутья, проникая до его оси, и транспортируются потоком дутья в фурменную зону. При этом они нагреваются к моменту их поступления в фокус горения до температуры не менее 1800-2000 °С, при которой происходит полное разложение хлорорганических соединений, окисление углерода до СО и образование HCl. Хлористый водород, поднимаясь с горновыми газами, вступает в реакцию с восстановленным железом и щелочными металлами и их оксидами, присутствующими в шихте, образуя летучие хлориды металлов, которые выносятся из печи с газами или выходят со шлаками. Высокая температура газов в фурменной зоне и за ее пределами предотвращает образование вторичных токсичных продуктов типа диоксинов и фуранов. При вдувании хлорорганических отходов в смеси с жидким топливом эффективность разложения хлорорганических соединений повышается в связи с тем, что микрокапли этих соединений располагаются внутри капель горящего жидкого топлива, вокруг которых образуются микрообъемы с максимальной температурой, превышающей среднюю температуру газов в фурменной зоне. Применение выражения (8.1) регламентирует расход вдуваемых хлорорганических отходов в зависимости от условий работы доменной печи, в частности в зависимости от теоретической температуры горения. Регулирование расхода вдуваемых хлорорганических соединений в зависимости от указанной температуры позволяет увеличивать их расход при полном их разложении в доменной печи до 7-9,5 г/м 3 дутья.

где Q - расход вдуваемых хлорорганических отходов, г/м3 дутья

Способ утилизации твердых отходов полимерных материалов заключается в измельчении твёрдых хлорорганических материалов до крупности менее 3 мм и вдувании их в воздушные фурмы доменных печей через специальные сопла, вводимые через сальниковые устройства в сопло фурменного прибора.

Недостатком данного способа является то, что он не предусматривает уничтожение жидких хлорорганических отходов, образующихся в значительных количествах, например в энергетических хозяйствах промышленных предприятий.

Метод каталитического окисления

Продукты каталитического окисления зависят от процесса окисления

Полное (глубокое) окисление органических молекул до конечных, термодинамически устойчивых продуктов - CO2 и H2O. В органических соединениях разрываются все связи С-Н и С-С

C2H3Cl3+ 2O2 → 3HCl + 2CO2

Катализаторы окисления

. Оксиды переходных металлов, в которых кислород легко входит в структуру и легко извлекается из нее. Большинство промышленных катализаторов - смешанные оксиды, содержащие два или более катионов.

. Металлы, на поверхности которых хемосорбирован кислород. Например - серебряный катализатор окисления этилена в этиленоксид, Pt сетка, используемая для окисления аммиака в оксид азота

. Оксиды металлов, на поверхности которых активным является хемосорбированный кислород (в виде молекул или атомов).

Переходные металлы (основная часть)

Оксиды переходных металлов: Cr2O3, Fe2O3, CoO, и. т.д.

Металлы: Pt, Pd

Непереходные элементы

Оксиды, способные изменятьстепень окисления: ZnO, CdO,

Металлы: Ag

Каталитическое окисление может быть легко реализовано под давлением, что позволяет решить проблему утилизации абгазного хлористого водорода путем его использования в качестве сырья во многих производствах хлорорганического синтеза. Возможное образование диоксинов в данном случае не является принципиальным, т.к. при последующей переработке продуктов окисления отходов они выделяются вместе с жидкими компонентами и возвращаются в реактор на переработку.

Блок-схема процесса получения винилхлорида из этилена, в котором присутствует стадия каталитического окисления, приведена на рис. 8.3. Отходы собственного производства, а также отходы, взятые со стороны, подвергаются утилизации. Продукты реакции направляются на стадию окислительного хлорирования этилена, где из них выделяется хлористый водород. Выделяющаяся при переработке теплота идет на получение пара высокого давления.

1- емкость для сбора отходов; 2- реактор каталитического окисления; 3- котел - утилизатор

Рисунок 8.4 Процесс окисления хлорорганических отходов

Процесс каталитического окисления хлорорганических отходов осуществляется в реакторе с кипящим слоем катализатора. Жидкие отходы, содержащие взвешенные частицы насосом через форсунки подается в нижнюю часть реактора кипящего слоя. Одновременно под решетку реактора подается окислитель в количестве, необходимого для полного окисления отходов и псевдоожижения.

Реактор каталитического окисления представляет собой вертикальный цилиндрический футерованный аппарат, оснащенный системой циклонов для улавливания катализаторной пыли. Теплота, образующаяся в результате реакции окисления, утилизируется в виде пара высокого давления. Для этого в реактор вмонтирован змеевик, по которому циркулирует горячая вода. Регулирование температуры в слое катализатора проводится за счет изменения объема воды, подаваемого во встроенный теплообменник, а также изменения давления воды.

Необходимым условием для проведения процесса каталитического окисления хлорорганических отходов без образования побочных хлорорганических продуктов, является поддержание определенного соотношения количества водорода и хлора, а перерабатываемом сырье: смесь отходов, поступающая на окисление, должна содержать не более 70 % в массе хлора и не менее 3,5 % по массе водорода. В тех случаях, когда после смешивания отходов количество хлора превышает рекомендуемое, необходимо вводить водородосодержащие соединения, например дизельное топливо, керосин, метан или др.

Способ переработки хлорорганических отходов в винилиденхлорид [18]

Основной способ состоит в получении винилиденхлорида водно-щелочным дегидрохлорированием 1,1,2-трихлорэтана в присутствии катализатора и спиртовой добавки, особенность заключается в том, что водно-щелочному дегидрохлорированию при температуре 15-20 oC в присутствии катализатора, в качестве которого используют диэтилаллил-γ-хлорпропениламмоний хлорид или ди-β-оксиэтилаллил-γ-хлорпропениламмоний хлорид и спиртовой добавки формулы ROH, где R - алкил C2-C4, ClCH=CH-CH2OH при мольном соотношении катализатора к спиртовой добавке, равном 1: 3-1, подвергают 1,1,2-трихлорэтан в смеси осветленных отходов производства перхлорвинила с дальнейшим выделением винилиденхлорида, трихлорэтилена и 1,1,1,2-тетрахлорэтана из органической фазы.

Сl2CH - CH2Cl

CH2=CCl

Способ осуществляется следующим образом.

В реактор, снабженный термостатирующим устройством, обратным холодильником, мешалкой, термометром и делительной воронкой, помещают расчетное количество осветленных ректификацией кубовых, содержащих (мас. %) 1,1,2-трихлорэтана-80-90, 1,1,1,2-тетрахлорэтана-3-8, 1,1,2,2-тетрахлорэтана-10-12. К этой смеси прибавляют 0,8-1,0 масс. % к 1,1,2-трихлорэтану катализатор диэтил-γ-хлорпропениламмоний хлорид или ди-β-оксиэтилаллил-γ-хлорпропенил-аммоний хлорид и 1-3 моля спиртовой добавки формулы ROH, где R - алкил C2-C4, ClCH=CH-CH2OH. При перемешивании и температуре 15-20 oC прибавляют 1,3 моля к 1,1,2-трихлорэтану 28-30 %-ной водной NaOH, после чего смесь перемешивают еще 0,5 часа.

В реактор прибавляют обессоленную воду для растворения выпавшей NaCl и реакционную смесь помещают в делительную воронку. Органический слой отделяют, продувают азотом и перегоняют с дефлегматором при температуре не выше 65 oC, отбирают фракцию, кипящую при температуре 32 oC. Получают винилиденхлорид чистотой не менее 99 %, конверсия 1,1,2-трихлорэтана 93-95 %. Кубовый остаток, содержащий трихлорэтилен и 1,1,1,2-тетрахлорэтан, подвергают ректификации, выделяя чистый трихлорэтилен.

Способ поясняется примерами.

Преимущества предлагаемого способа:

утилизация отходов производства перхлорвинила;

возможность получения не дорогого винилиденхлорида;

обеспечение возможности разделения остальных составляющих хлорорганических отходов производства перхлорвинила;

способ технологичен и безопасен, так как исключена возможность образования взрывоопасного дихлорацетилена;

применяемые катализаторы получены из доступного сырья: хлористого аллила и диэтаноламина.

Недостатком способа является применение только чистого дорогостоящего 1,1,2-трихлорэтана, а также необходимость применения для получения катализаторов труднодоступных триэтиламина, бензилового спирта и бензилхлорида.

Способ утилизации хлорорганических отходов химических производств для получения модифицирующей добавки для битума [19]

Предложен способ утилизации хлорорганических отходов химических производств путем их конденсации в мягких условиях в присутствии полисульфида натрия, получаемого по реакции сульфида натрия с серой и NaOH, при нагревании до температуры 60-95 °С в течение 3-4 часов с гидролизным лигнином, предварительно подвергнутым активированию путем одно- или многократного хлорирования хлорной водой, содержащей 7,0-14,0 активного хлора на 1 дм3 воды, с последующим подкислением реакционной среды и выделения продукта конденсации фильтрованием. Также данным способом получается модифицирующая добавка для битума, представляющая собой продукт конденсации, содержащей компоненты при следующем соотношении (мас.%): сульфид натрия (безводный) 9,55-20,50; сера 1,97-8,46; едкий натр 6,65-8,45; хлорорганические отходы химических производств 9,83-26,40; гидролизный лигнин, подвергнутый активированию путем одно- или многократного хлорирования хлорной водой - до 100. Технический результат - повышение селективности и эффективности процесса связывания токсичных хлорорганических соединений лигнином с получением модифицирующей добавки для битума с повышенной совместимостью лигнина с битумом с 6-7 % до 20-22 % с повышением некоторых качественных характеристик битумов.

Примеры проведения конденсации хлорированного гидролизного лигнина (ХГЛ) с ХОС в присутствии полисульфида (ПС) натрия, получаемого по реакции сульфида натрия с серой, представлены в таблице 8.6.

Таблица 8.6 - Зависимость степени поглощения ХОС заявляемым способом в сравнении со способом-прототипом

	Состав реакционной смеси, %	Продукт конденсации ХГЛ с ХОС в присутствии ПС						Степень поглощения ХОС, %
	Лигнин	Вид ХОС и его количество	S	NaOH	S, %	Сl, %
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	ГЛ Прототип 37,0	1,2,3-ТХП - 9,76			53,24		0,4	98
	ХГЛ с содержанием Сl, %
2	67,9/2,8*	1,2,3-ТХП - 17.90	4,6	1.90	7,70	2,56	0,9	77
3	70,2/3,5	1,2-ДХП - 9,83	9,55	1,97	8,45	4,2	0,9	100
4	67,8/7,3	1,3-ДХПен - 11,9	9,23	2,85	8,22	5,4	1,3	100
5	62,7/10,2	1,3-ДХП - 12,80	12,80	3,51	8,19	6,8	2,2	100
6	55,8/14,2	1,2,3-ТХП - 14,7	15,20	6,25	8,05	9,2	2,8	100
7	55,8/14,2	смесь - 14,70	15,20	6,25	8,05	9,6	3,2	100
8	44,4/20,9	смесь - 23,40	18,10	7,45	6,65	25,8	4,1	100
9	37,8/28,8	смесь - 26,40	20,50	8,46	6,84	31,7	8,0	100
10	36,7/28,8	смесь - 25,70	23,60	7,34	6,66	34,1	9,0	100

* Числитель - содержание активированного лигнина в реакционной смеси; знаменатель - содержание хлора в образце активированного лигнина.

Результаты испытаний образцов асфальтобетона приведены в таблице 8.7.

Таблица 8.7 - Физико-механические показатели органоминеральных смесей

№ образца	Плотность, г/см3	Набухание, об. %	Водонасыщение по объему, %	Прочность при сжатии, Па .105 при температурах, оС		Коэффициенты водостойкости
						КВ при 1-сут	КвДЛ 14/30 при длит.
				R20	R50	водонасыщении
1	2,30	0,43	5,30	26,2	10,6	0,76	0,67/-
4	2,37	0,59	3,83	36,0	13,4	1 ,15	0,96/0,62
5	2,34	0,14	4,70	37,6	16,2	1 ,14	0,97/0,91
6	2,39	0,32	2,71	33,1	11,2	0,89	0,75/-
7	2,36	0,13	4,07	34,2	12,8	0,90	0,82/-

Применение обработанных гидролизным лигнином отходов промышленности хлорорганического синтеза и серосодержащих отходов нефтехимии, в качестве модифицирующих битум добавок в количестве от 6,7 до 7,8 % от массы композиционного вяжущего позволяет повысить водостойкость после 30-суточного водонасыщения на 25-30 %, а также морозостойкость после 25 циклов замораживания-оттаивания примерно на 20-38 %.

Таким образом, на основании испытаний предложенных образцов можно сделать вывод о том, что все исследованные образцы асфальтобетонных смесей полностью удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128-97. Такие смеси можно использовать в верхних слоях дорожных покрытий. Это свидетельствует о принципиальной возможности использования полученных модифицирующих добавок в дорожном строительстве.

Таким образом, показано, что способ утилизации хлорорганических отходов с получением модифицированной битумной добавки позволяет путем несложных и малоэнергоемких операций не только перевести отходы в утилизируемый и высокопотребляемый продукт дорожного строительства, но и существенно улучшить состояние окружающей среды предприятий и регионов с развитой многопрофильной химической промышленностью, целенаправленно перерабатывать и утилизировать громадные многолетние запасы гидролизного лигнина, практически не утилизируемого сегодня продукта химической переработки древесины.

На рисунке 8.4. представлена принципиальная схема установки по переработке отходов методом поликонденсации с полисульфидами натрия.

Рисунок 8.4 - Блок-схема процесса получения винилхлорида со стадией переработки хлорорганических отходов

9. ЭКОНОМИКА И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

В экономической части дипломного проекта проводим технико-экономическое обоснование проекта отделения по выработке винилхлорида с мощностью 300000 т / год. Расчеты приведены в условных числах и тарифах.

9.1 Расчёт производственной мощности

М = П · Тэфф. · N

где П - часовая производительность установки;

Тэфф. - эффективный фонд времени работы основного технологического оборудования;- количество единиц основного технологического оборудования.

Таблица 9.1 - Расчет эффективного фонда времени работы оборудования

Наименование показателей	Дни
	Непрерывное производство
1	2
Календарное время (Вкал.)	365
- выходные	-
-праздники	-
Итого выходных и праздничных	-
Номинальный фонд времени (Вномин.)	365
Остановки по технологическим причинам, в том числе:	29
- на капитальный ремонт	19
- на текущий ремонт	10
Эффективный фонд времени (Вэфф.об.)	336

Примечание: строка остановки по техническим причинам рассчитывается

Вномин. - Вэфф. = 365 дн. - 336 дн. = 29 дн.

К = Вэфф./Вномин.

К = 336/365 = 0,92

Вэфф. = Вномин. · К

Вэфф. = 365 дн. · 0,92 = 336 дн.

Тэфф. = Вэфф.= 1 отд.

Ппр.= 37,20 т/ч

Мнепр. = 37,20 т/ч · 336 дн. · 24 ч · 1 отд. = 300000 т / год ВХ

9.2 Расчёт капитальных затрат

Таблица 9.2 - Сметная стоимость производственного оборудования

Наименования оборудования по группам	Кол-во единиц оборудования	Стоимость оборудования, тыс. руб.		Затраты на доставку и монтаж		Сметная стоимость, тыс. руб.	Амортизация

		ед-цы	общая, тыс. руб.	%	сумма, тыс. руб.		норма, %	сумма, тыс. руб.

1.Учтенное оборудование:	1	1	812640	25	203160	1015800	9,5	96501
Итого:						1015800		96501
2.Неучте
ное (оборудование 9 % от учтенного)						91422,0
3. Трубопроводы (7 % от учтенного)						71106,0
4. КИПиА и его монтаж (15 % от учтенного)						152370,0
5. Спец. Работы ( 5 % от учтенного)						50790,0
6.Электрооборудование и электромонтажные работы (11 % от учтенного)						111738,0
Итого (п. 2 - п. 6)						477426	8,0	38194,1
Всего:						1493226		134695,1

9.2.1 Расчёт сметной стоимости строительства зданий и сооружения

Стоимость производственных зданий и сооружений: 1360076,55 тыс. руб.

Норма амортизации 5 %

,55∙5 % = 68004 тыс. руб.

Стоимость административно-бытовых зданий и сооружений составляет (50 % от сметной стоимости производственных зданий и сооружений)

,55 ∙ 50 % = 680038,28 тыс. руб.

Норма амортизации 2,5 %

,28 ∙ 2,5 % = 170009,57 тыс. руб.

Итого: стоимость производственных и административно-бытовых зданий:

1360076,55 + 680038,28 = 2040114,83 тыс. руб.

Сумма амортизационных отчислений:

,83 + 170009,57 = 238013,4 тыс. руб.

Таблица 9.3 - Основные фонды и капитальные затраты

Наименование элементов затрат	Стоимость основных фондов, тыс. руб.	Внеобъектные затраты		Капитальные затраты, тыс. руб.
		норма	сумма, тыс. руб.
Здания и сооружения	2040114,83
Оборудование	1493226,00
Итого:	3533340,83	5 % от итоговой стоимости ОФ	176667,04	3710007,87
Затраты на проектно-изыскательные работы (3 % от капитальных затрат)				111300,24
Итого:				3821308,10
Непредвиденные работы и затраты (5 %) от суммы капитальных затрат)				191065,41
Всего капитальных затрат				4012373,51

9.3 Вопросы труда и заработной платы

.3.1 Расчёт списочной численности рабочих

Для обоснования статьи калькуляции себестоимости - заработная плата, необходимо рассчитать численность и годовой фонд заработной платы работающих по категориям.

Расчет численности основных производственных рабочих необходимо вести с учетом графика сменности, на основании которого составляется баланс рабочего времени одного среднесписочного рабочего.

Исходные данные для составления 5-ти бригадного графика сменности с продолжительностью смены 6 часов

Продолжительность смены	6	часов
Период сменооборота	20	дней
Среднее число выходов на работу в месяц	24
Фактическое среднемесячное число работы	146	часов
Норма рабочего времени в месяц	152,3	часа
Переработка сверх нормы рабочего времени	6,3	часа
Число периодов отдыха в месяц	6
Сменная продолжительность отдыха при переходе из смены в смену	42	часа

Пяти-бригадный график сменности с продолжительностью смены 6 часов

Смены

Часы

Дни месяца

0-6

6-12

12-18

18-24

Отдых

Таблица 9.4 - Баланс рабочего времени одного среднесписочного рабочего

Показатели	5-дневная рабочая неделя, 8-часовой рабочий день	Непрерывное производство
		5-ти бригадный график сменности
1	2	3
1. Календарное число дней	365	365
2.Нерабочие дни	115	73
в том числе:
- выходные	104	73
- праздничные	11	-
3. Максимальное число рабочих дней (Вмах)	250	292
4. Планируемые невыходы	36	50
в том числе:
- очередной отпуск	27	41
- по болезни и декретные	7	7
- гос. обязанности	1	1
- ученические	1	1
5. Эффективный фонд ( Вэфф.раб)	214	242

Расчет численности рабочих ведем исходя из норм обслуживания основного технологического оборудования.

Чя = N ∙ Г ∙ С,

где Чя - явочная численность рабочих, чел.;- норма обслуживания оборудования;

Г - зоны обслуживания оборудования;

С - количество смен в сутках.

Чсп = Чя ∙ Ксп ,

где Ксп(непр) = Вэфф.обор./Вэфф.раб.

Расчет численности рабочих ведем на примере оператора 6-го разряда.=1 чел. /1 уст.; Г = 1 установка; С = 4 смены

Чя оператора 6 -го разряда = 1 чел./1 уст. ∙ 1 уст. ∙ 4 смены = 4 чел.

Ксп (непр) = 336/ 242 = 1,39

Чсп = 4 чел. ∙ 1,39 = 6 чел.

Расчет численности дневных вспомогательных рабочих ведем на примере слесаря-ремонтника 6-го разряда.= 21 чел./1 цех; Г=1 цех; С=1 смена

Чя слесаря - ремонтника 6-го разряда = 21 чел./1 цех ·1 цех ·1 смена = 21 чел.

Ксп = Вмах. раб/Вэфф. раб.

Ксп = 250 / 214 = 1,168

Чсп = Чя∙ Ксп

Чсп = 21 ∙ 1,168 = 25 чел.

Таблица 9.5 - Расчет численности ППП

Наименование профессии	Разряд	N, чел./уст.	Г, уст.	С, смен	Чя, чел	Ксп.	Чсп, чел.
1	2	3	4	5	6	7	8
Основные производственные рабочие:
Аппаратчик синтеза	6	1	1	4	5	1,39	7
Оператор дистанционного пульта управления в хим. произв.	6	1	1	4	5	1,39	7
Аппаратчик пиролиза	6	1	1	4	5	1,39	7
Аппаратчик пиролиза	5	1	1	4	2	1,39	3
Оператор дистанционного пульта управления в хим. произв.	6	1	1	4	4	1,39	6
Аппаратчик газоразделения	6	1	1	4	4	1,39	5
Аппаратчик газоразделения	5	1	1	4	1	1,39	2
Итого:	-	-	-	-	26	-	37
Вспомогательные дневные рабочие
Наименование профессии	Разряд	N, чел./уст.	Г, уст.	С, смен	Чя, чел	Ксп.	Чсп, чел.
Слесарь-ремонтник (дежурный)	5	2	1	4	9	1,39	12
Слесарь-ремонтник	6	21	1	1	21	1,17	25
Слесарь- ремонтник	5	17	1	1	17	1,17	20
Электрогазосварщик	6	3	1	1	3	1,17	4
Электрогазосварщик	5	2	1	1	2	1,17	2
Чистильщик	4	5	1	1	5	1,17	6
Уборщик производственных и служебных помещений	4	8	1	1	8	1,17	9
Итого:	-	-	-	-	65	-	78

9.3.2 Расчёт годового фонда заработной платы производственных рабочих

Для расчёта заработной платы необходимо знать, что:

. Условия труда - тяжелые и вредные.

. Система оплаты труда - повременно-премиальная.

. Продолжительность рабочей смены - 6 часов

4. Доплата за работу за ночь равна 1/3 заработной платы по тарифу · 40 %

5. Премия составляет 60 % в среднем.

. Доплата за работу в праздники определяется:

ЧЯ · 11дн (праздн.) · 8 часов· часовую тарифную ставку

. Доплата за отпуск, ученические и гос. обязанности определяется:

Для непрерывного производства:

Основной (дневной) фонд ∙ Дни отпуска (ученические и гос. обязанности)

Вмакс. - Дни невыходов рабочих (за исключением болезней)

Расчёт заработной платы ведём на примере оператора 6-го разряда:

. Часовая тарифная ставка равна- 43,62 руб/ч

. Списочное число рабочих - 7 чел.

. Число рабочих дней - 242 дней.

. Планируемый фонд рабочего времени:

дн. · 7 чел. · 6 часов = 10164 чел. ч

. Заработная плата по тарифу:

,62 руб./ч · 10164 чел. ч = 443354 руб.

. Премия (60 %):

,68 руб. · 60 % = 266012 руб.

. Доплата к тарифному фонду:

а) за работу в ночное время

руб. · 1/3 · 40 % = 59114 руб.

Доплата за обучение учеников и за руководство бригадой не делается, поскольку в штате есть начальники смены.

. Часовой фонд заработной платы:

руб. + 266012 руб. + 59114 руб. = 768480 руб.

. Доплата к часовому тарифу:

Кормящим матерям - нет

ЧЯ · 11 дн. (праздники) · 6 ч · час. тариф. ставку

. Дневной фонд заработной платы:

480 руб. + 20152 руб. = 788 632 руб.

. Доплата к дневному фонду:

а) за очередной отпуск:

(788632 руб. · 41 дн.) / (292 дн.- (50 дн.- 7 дн.)) = 129855 руб.

б) за выполнение гос. обязанностей и ученических:

(788632 руб. · 2 дн.) / (292 дн.- (50 дн.- 7 дн.)) = 6334 руб.

. Годовой фонд заработной платы:

632 руб. + 129855 руб. + 6334,39 руб. = 924822 руб.

. Доплата по районному коэффициенту (30 % от годового фонда):

,6 руб. · 30 % = 277446,492 руб.

. Всего годовой фонд:

,6 руб + 277446,5 руб. = 1202268,132 руб. = 1202,27 тыс. руб.

9.3.3 Расчет заработной платы вспомогательных рабочих

Расчет заработной платы ведем на примере слесаря - ремонтника 6-го разряда:

. Часовая тарифная ставка - 49,025 руб./ч

. Списочное число рабочих (Чсп) - 25 чел.

. Число рабочих дней - 214 дней.

. Планируемый фонд рабочего времени

дней ∙ 25 чел. ∙ 8 часов = 42800 чел. ч

. Заработная плата по тарифу -

,025 руб./ч∙ 42800 чел. ч = 2098270 руб.

. Премия (60 %) - 2098270 руб. ∙ 60 % = 1258962 руб.

. Доплата к тарифному фонду:

а) за работу в ночное время - нет

б) за обучение учеников (10 % от заработной платы по тарифу) - нет

в) за руководство бригадой (15 % от заработной платы по тарифу) - нет

. Часовой фонд заработной платы:

+ 1258962 = 3357232 руб.

. Доплата к часовому фонду:

а) кормящим матерям - нет

б) за работу в праздники - нет

. Дневной фонд - 3357232 руб.

. Доплата к дневному фонду:

а) за очередной отпуск:

Основной (дневной) фонд ∙ дни отпуска/Вмах. рабочих =

=3357232 руб. ∙ 27 дн./ 250 дн. = 362581 руб.

б) за выполнение ученических и гос. обязанностей:

Основной (дневной) фонд ∙ Дни (ученические, гос. обязанности)/ /Вмах. рабочих = 3357232 руб. ∙ 2 дн./ 250 дн. = 26858 руб.

. Годовой фонд заработной платы

,0 руб. + 362581 руб. + 26858 руб. = 3746671 руб.

. Доплата по районному коэффициенту (30 % от годового фонда) -

,91 руб. ∙ 30 % = 1124001 руб.

. Всего годовой фонд -

,91 руб. + 1124001 руб. = 4870672 руб.= 4870,7 тыс. руб.

руб.= 4870,7 тыс. руб.

Организационная структура управления цеха №30

Таблица 9.6.1 - Расчёт годового фонда заработной платы основных производственных рабочих

1.Наименование цехов, отделений и профессий	Основные производственные рабочие							Итого
	аппаратчик синтеза	оператор дистанционного пульта управления в хим. произв.	аппаратчик пиролиза	аппаратчик пиролиза	оператор дистанционного пульта управления в хим. произв.	аппаратчик газоразделения	аппаратчик газоразделения
1	2	3	4	5	6	7	8	9
2.Условия оплаты	Вредные и тяжелые
3.Система оплаты	Повременно-премиальная
4.Тарифный разряд	6	6	6	5	6	6	5
5.Часовая тарифная ставка, руб.	43,62	43,62	43,62	35,95	43,62	43,62	35,95
6.Списочное число рабочих, чел	7	7	7	3	6	5	2
7.Число рабочих дней	242	242	242	242	242	242	242
8.Планируемый фонд рабочего времени, чел/ч	10164	10164	10164	4356	8712	7260	2904
9.З/плата по тарифу, руб.	443354	443354	443354	156598	380017	316681	104399
10.Премия, руб	266012	266012	266012	93959	228010	190009	62639
11.Доплата к тарифному фонду з/платы, руб.
а) за работу в ночное время	59114	59114	59114	20880	50669	42224	13920
б) за обучение учеников.
12.Часовой фонд з/платы, руб.	768480	768480	768480	271437	658697	548914	180958
13.Доплата к часовому фонду з/платы, руб.
а) кормящим матерям
б) за работу в праздники	20152	20152	20152	7118	17274	14395	4745
14. Дневной фонд з./платы, руб.	788632	788632	788632	278555	675970	563309	185703
15. Доплата к дневному фонду з./платы, руб.
а) за очередной отпуск	129855	129855	129855	45866	111304	92754	30578
б) за выполнение гос. обязанностей и ученические	6334	6334	6334	2237	5429	4525	1492
16. Годовой фонд з./платы, руб.	924822	924822	924822	326659	792704	660587	217773
17. Доплата по районному коэффициенту, руб.	277446	277446	277446	97998	237811	198176	65332
18. Всего годовой фонд з./платы, тыс. руб.	1202,27	1202,27	1202,27	424,66	1030,52	858,76	283,10	6203,84

Таблица 9.6.2 - Расчёт годового фонда заработной платы вспомогательных производственных рабочих

1.Наименование цехов, отделений и профессий	Вспомогательные дневные рабочие							Итого:
	слесарь-ремонтник (дежурный)	слесарь-ремонтник	слесарь-ремонтник	электро-газосварщик	электро-газосварщик	чистильщик	уборщик производственных и служебных помещений
2.Условия оплаты	Вредные и тяжелые
3.Система оплаты	Повременно-премиальная
4.Тарифный разряд	5	6	5	6	5	4	4
5.Часовая тарифная ставка, руб.	42,125	49,025	40,825	52,575	43,075	25,625	22,075
6.Списочное число рабочих, чел	12	25	20	4	2	6	9
7.Число рабочих дней	242	214	214	214	214	214	214
8.Планируемый фонд рабочего времени, чел/ч	23232	42800	34240	6848	3424	10272	15408
9.З/плата по тарифу, руб.	978648	2098270	1397848	360034	147489	263220	340132
10.Премия, руб	587189	1258962	838709	216020	88493	157932	204079
11.Доплата к тарифному фонду з/платы, руб.
а) за работу в ночное время;	130486	-	-	-	-	-	-
б) за обучение учеников;	-	-	-	-	-	-	-
в) за руководство бригадой;	-	-	-	-	-	-	-
12.Часовой фонд з/платы, руб.	1565837	3357232	2236557	576054	235982	421152	544211
13.Доплата к часовому фонду з/платы, руб.
а) кормящим матерям	-	-	-	-	-	-	-
б) за работу в праздники	33363	-	-	-	-	-	-
14. Дневной фонд з./платы, руб.	1565837	3357232	2236557	576054	235982	421152	544211
15. Доплата к дневному фонду з./платы, руб.
а) за очередной отпуск	169110	362581	241548	62214	25486	45484	58775
б) за выполнение гос. обязанностей и ученические	12527	26858	17892	1888	3369	4354
16. Годовой фонд з./платы, руб.	1747474	3746671	2495997	642876	263356	470006	607339
17. Доплата по районному коэффициенту, руб.	524242	1124001	748799	192863	79007	141002	182202
18. Всего годовой фонд з./платы, тыс. руб.	2271,72	4870,67	3244,80	835,74	342,36	611,01	789,54	12965,83

Примечание: вспомогательные рабочие обслуживают весь цех. В цехе 2 отделения. Поэтому на проектируемое отделение относим 1/2 их заработной платы

На смету расходов по содержанию и эксплуатации оборудования, на статью 1а относим 1/2 заработной платы работающих - (дежурных слесарей-ремонтников, электрогазосварщиков 5 р., электриков, КИПиА) = ( 2271,716 + 342,363 + 10158,000 + 10158,000) / 2= 11465,04 тыс. руб.

На статью 2а относим 1/2 заработной платы работающих - (слесарей-ремонтников 5 р., 6 р. и электрогазосварщиков 6 р.) = (4870,672 + 3244,797 + 835,739) / 2 = 4475,60 тыс. руб.

Заработная плата лаборантов (1 % от годового фонда заработной платы основных производственных рабочих): 6203,844 · 0,01= 62,038 тыс. руб.

Заработная плата транспортных рабочих (1 % от годового фонда заработной платы основных производственных рабочих): 6203,844 · 0,01= 62,038 тыс. руб.

Заработная плата службы КИПиА (1 % от стоимости учётного технологического оборудования): 1015800 · 0,01= 10158 тыс. руб.

Заработная плата электриков (1 % от стоимости учётного технологического оборудования): 1015800 · 0,01= 10158 тыс. руб.

9.3.4 Расчёт численности и годового фонда заработной платы ИТР и служащих

Расчет численности и годового фонда заработной платы специалистов и служащих ведем на примере начальника цеха:

. Количество штатных единиц - 1 чел

. Должностной оклад - 22105 руб.

. Основной фонд заработной платы:

должностной оклад ∙ кол-во штатных единиц ∙ 11 мес. =

= 22105 руб. ∙ 1 чел. ∙ 11 мес. = 243155 руб.

. Доплата за работу в праздники - нет.

. Итого основной фонд заработной платы: 243155 руб.

. Дополнительная заработная плата:

(основной фонд заработной платы ∙ 30 дн./ 365 дн.) =

= 243155 руб. ∙ 30 дн./ 365 дн. = 19985 руб.

. Итого годовой фонд заработной платы:

руб. + 19985,34 руб. = 263140 руб.

. Доплата по районному коэффициенту (30 % от годового фонда заработной платы):

руб. ∙ 30 % = 78942 руб.

. Итого годовой фонд заработной платы:

руб. + 78942 руб. = 342082 руб.

Для начальника смены производится доплата за работу в праздничные дни по следующей формуле:

ЧЯ ·Дни праздников ·Должностной оклад / 29,67 =

= 4 чел. ∙ 11 дней ∙ 10310 руб. / (29,67·1000)= 15,290 тыс.руб.

Для мастеров смены производится доплата за работу в праздничные дни по следующей формуле:

ЧЯ ·Дни праздников ·Должностной оклад / 29,67 =

= 4 чел. ∙ 11 дней ∙ 9448 руб. / (29,67·1000)= 14,011 тыс.руб.

Таблица 9.7 - Расчет численности и годового фонда заработной платы ИТР и служащих

Наименование должностей	Кол-во штатных единиц		Категория		Должностной оклад с учётом вредности, руб.		Основной фонд заработной платы, тыс. руб.	Доплата за работу в праздничные дни, тыс. руб.	Итого основной фонд заработной платы, тыс. руб.	Дополнительная заработная плата, тыс. руб.	Итого фонд заработной платы за год, тыс. руб.		Доплата по районному коэффициенту, тыс. руб.	Всего фонд заработной платы за год, тыс. руб.
1	2		3		4		5	6	7	8	9		10	11
Общецеховой персонал
Начальник цеха	1		ИТР		22105		243,155	-	243,155	19,985	263,140		78,942	342,082
Зам. нач. цеха по производству	1		ИТР		17774		195,514	-	195,514	16,070	211,584		63,475	275,059
Нач. установки получения топливного газа	1		ИТР		13110		144,210	-	144,210	11,853	156,063		46,819	202,882
Начальник отделения	3		ИТР		11834		390,522		390,522	32,098	422,620		126,786	549,406
Начальник отделения ХКО	1		ИТР		11835		130,185		130,185	10,700	140,885		42,266	183,151
Начальник отделения ОПиП	1		ИТР		9478		104,258		104,258	8,569	112,827		33,848	146,675
Зам. нач. цеха по ремонту	1		ИТР		15108		166,188	-	166,188	13,659	179,847		53,954	233,801
Нач. участка	1		ИТР		12689		139,579	-	139,579	11,472	151,051		45,315	196,367
Мастер по ремонту Т.О.	8		ИТР		9448		831,424	-	831,424	68,336	899,760		269,928	1169,688
Мастер по ремонту зданий и сооружений	1		ИТР		9448		103,928	-	103,928	8,542	112,470		33,741	146,211
Помошник мастера по ремонту Т.О.	1		ИТР		6925		76,175	-	76,175	6,261	82,436		24,731	107,167
Мастер по ремонту Т.О.	4		ИТР		954		41,976	-	41,976	3,450	45,426		13,628	59,054
Помошник нач цеха по АХР	1		ИТР		10113		111,243	-	111,243	9,143	120,386		36,116	156,502
Зав. складом	3		ИТР		5038		166,254	-	166,254	13,665	179,919		53,976	233,894
Ведущий инж. - технолог	1		ИТР		9093		100,023	-	100,023	8,221	108,244		32,473	140,717
Инж. - технолог 1 кат.	3		ИТР		8455		279,015	-	279,015	22,933	301,948		90,584	392,532
Механик	1		ИТР		15108		166,188	-	166,188	13,659	179,847		53,954	233,801
Механик установки топлива	1		ИТР		9090		99,990	-	99,990	8,218	108,208		32,463	140,671
Ведущий инженер	1	ИТР		9093		100,023		-	100,023	8,221		108,244	32,473	140,717
Ведущий инженер по ремонту	1	ИТР		9093		100,023		-	100,023	8,221		108,244	32,473	140,717
Инженер по ремонту 1 кат.	2	ИТР		8455		186,010		-	186,010	15,288		201,298	60,390	261,688
Инженер по ремонту 2 кат.	1	ИТР		7817		85,987		-	85,987	7,067		93,054	27,916	120,971
Инженер 2 кат.	1	ИТР		7817		85,987		-	85,987	7,067		93,054	27,916	120,971
Техник	1	ИТР		4778		52,558		-	52,558	4,320		56,878	17,063	73,941
Делопроизводитель	1	Служ.		3807		41,877		-	3,442		45,319	13,596	58,915
Нач. установки по ДХЭ и ВХ	1	ИТР		13109		144,199		-	144,199	11,852		156,051	46,815	202,866
Начальник отделения	2	ИТР		11834		260,348			260,348	21,398		281,746	84,524	366,270
Начальник смены	6	ИТР		10310		680,460		15,290	695,750	57,185		752,934	225,880	978,815
Мастер смены	6	ИТР		9448		623,568		14,011	637,579	52,404		689,983	206,995	896,978
Всего, тыс. руб.	56													8272,510

На проектируемую установку относим 1/2 заработной платы общецехового персонала = 8272,51 / 2 = 4136,255 тыс. руб.

Премия ИТР (30 % от всей заработной платы):

,255 ∙ 30 % = 1240,876 тыс. руб.

Всего годовой фонд заработной платы по установке:

,255 + 1240,876 = 5377,131 тыс. руб.

9.4 Расчет себестоимости продукции

Таблица 9.8- Материальный баланс получения готовой продукции

Сырьё и продукция	Годовой объём производства, т/год	%
Поступило сырьё	337500	100
В том числе:
-этилен	110700	32,80
-дихлорэтан	135000	40,00
-хлор	91800	27,20
Получено:
Основная продукция (% от итого сырья), т
Итого:
-винилхлорид	300000	88,89
б. Неколькулируемай продукция (% от итога по сырью)	36300	10,76
итого в том числе:
-дихлорэтан	300	0,83
-хлороводород	36000	99,17
Потери:	1200	0,36

Таблица 9.9 - Расчёт затрат на материалы, топливо, энергию

Материально-технические средства	Норма расхода (на 1 т сырья)	Единицы измерения	Годовой расход	Цена, руб.	Сумма затрат, тыс. руб.
1	2	3	4	5	6
Сырье:			337500	24521	3011304,6
-этилен	0,369	т	110700	10512	1163678,4
-ДХЭ	0,45	т	135000	13000	1755000
-хлор	0,306	т	91800	1009	92626,2
Вспомогательные материалы:					13698,6
-аммиак газовый	0,2	кг	60000	9,1	546
-натр едкий твёрдый	6	кг	1800000	5,2	9360
-натр твёрдый таблетированный	0,07	кг	21000	73	1533
-этиленгликоль	0,02	кг	6000	4,6	27,6
-абсорбент	0,6	кг	180000	12,4	2232
Катализаторы:					43897,2
-катализатор оксихлорировя	0,3	кг	90000	485	43650
- катализатор прямого хлорирования (железо хлорное)	0,04	кг	12000	20,6	247,2
Топливо:
-бензин газовый	0,108	т	32400	10400	336960,0
Энергозатраты:					385211,3
-электроэнергия	0,171	тыс. кВт/ч	51300	806	41347,8
-пар - 9	1,4	Гкалл	420000	461	193620
-вода оборотная	0,35	тыс. м3	105000	840	88200
-вода речная	0,02	тыс. м3	6000	6400	38400
-азот	0,06	тыс. м3	18000	970	17460
-воздух технологический	0,03	тыс. м3	9000	420	3780
-воздух КИП	0,014	тыс. м3	4200	400	1680
-хладон 22	0,035	тыс. м3	10500	68,9	723,5

Таблица 9.10 - Смета расходов по содержанию и эксплуатации оборудования

Статьи расхода	Сумма тыс. руб.	Примечание
1	2	3
1. Содержание и расходы по эксплуатации производственного оборудования:
а) з./плата рабочим по надзору и уходу за обор.;	11465,039	Из расчетов примечания
б) отчисления на социальные нужды;	3439,511	(30 % условно от статьи 1 а.)
в) смазочные и обтирочные материалы, мелкие запасные части;	9172,032	(80 % условно от статьи 1 а.)
Итого по статье 1:	24076,582
2. Текущий ремонт оборудования:
а) з./плата рабочим по ремонту;	4475,604	Из расчетов примечания
б) отчисления на социальные нужды;	1342,681	(30 % условно от статьи 2 а.)
в) стоимость материалов, запасных частей и услуг ремонтно-механического цеха;	71106	7 % от стоимости основного технологического оборудования
г) смена футеровки печей, их холодный ремонт и т.д.	10158	1 % от стоим, основного технологического оборудования
Итого по статье 2	87082,285
Итого по ст.1-2	111158,867
3. Внутризаводские перемещения грузов, возмещение износа мало ценных и быстроизнашивающихся инструментов, приспособлений.	13339,064	12 % от суммы по статьям 1,2
Всего по смете:	124497,931

Таблица 9.11 - Смета цеховых расходов

Статьи расхода	Сумма тыс. руб.		Примечание
1	2		3
1. З./плата цехового персонала	4960,6		из расчётов (без учёта премий): зар. платы ИТР+ персонала проектной установки + лаборантов + транспортные рабочие + чистильщики + уборщики
2. Отчисления на социальные нужды	1860,445		(30 % условно) от статьи 1 (с учетом премии)
3. Содержание производственных зданий и сооружений	102005,741		5 % от их стоимости
4. Текущий ремонт производственных зданий и сооружений	40802,297		2 % от их стоимости
5. Расходы по охране труда	1916,968		10 % от з./платы основных производственных и вспомогательных рабочих
Итого по статьям 1-5	151546,056
6. Износ малоценного и быстроизнашивающегося инвентаря, расходы по испытанию, опытам.		15154,606	10 % от суммы статей 1-5
Всего по смете:		166700,662

Таблица 9.12 - Калькуляция на выработку товарной продукции

Статьи затрат	Ед. изм.	Цена за ед. руб.	Затраты на год. выпуск		Себестоимость ед. продукции
			норма расх.	Сумма тыс. руб.	норма расх.		Сумма руб.		уд. сод. %
1. Сырье и основные материалы:			337500	3011305
-этилен	т.	10512	110700	1163678	0,369
-ДХЭ	т.	13000	135000	1755000	0,450
- хлор	т.	1009	91800	92626	0,306
2. Потери	т.		1200
3. Попутная продукция:
- дихлорэтан	т.		300
- хлороводород	т.		36000
Итого сырья за минусом попутной продукции и потерь:			300000	3011305			10037,682		63,860
4. Вспомогательные материалы
-аммиак газовый	9,1	60000	546	0,2
-натр едкий	кг	5,2	1800000	9360	6,0
-натр твёрдый таблетированный	кг	73	21000	1533	0,1
-этиленгликоль	кг	4,6	6000	27,6	0,0
-абсорбент	кг	12,4	180000	2232	0,6
Итого:			2067000	13699			45,662		0,291
5. Катализаторы:
-катализатор оксихлорирования	кг	485	90000	43650	0,3
- катализатор прямого хлорирования (железо хлорное)	кг	20,6	12000	247,2	0,04
Итого:			102000	43897			146,324		0,931
6. Топливо:
-бензин газовый	т.	10400	32400	336960	0,108		1123,200		7,146
7. Энергия всех видов:
-электроэнергия	тыс. кВт/ч	806	51300	41347,8	0,171
-пар - 9	Гкал	461	420000	193620	1,400
-вода оборотная	тыс. м3	840	105000	88200	0,350
-вода речная	тыс. м3	6400	6000	38400	0,020
-азот	тыс. м3	970	18000	17460	0,060
-воздух технологический	тыс. м3	420	9000	3780	0,030
-воздух КИП	тыс. м3	400	4200	1680	0,014
-хладон 22	тыс. м3	68,9	10500	723,5	0,035
Итого:				385211,250		1284,038		8,169
8.Труд
-зарплата основная и дополнительная, основных производственных рабочих	тыс. руб.			6203,844		20,68		0,132
- отчисления на соц. нужды	тыс. руб.			2109,307		7,03		0,045
9.Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, т.руб.	тыс. руб.			124497,931		414,99		2,640
10.Амортизация				338280,821		1127,60		7,174
11.Цеховые расходы				166700,662		555,67		3,535
12 Цеховая себестоимость	тыс. руб.			4429864,251		14766,88		93,921
13.Общезаводские расходы (25 % от ст. 8-11)	тыс. руб.			159448,141		531,49		3,381
Итого заводская себестоимость	тыс. руб.			4588312,357		15294,37		97,303
Затраты на экологию (0,8 % от цеховой себестоимости)	тыс. руб.			35430,914		118,10		0,751
14.Внепроизводственные расходы (2 % от заводской себестоимости)	тыс. руб.			91766,247		305,89		1,946
15.Полная себестоимость	тыс. руб.			4715509,5		15718,37		100

9.5 Расчёт технико-экономических показателей

. Объем выработанной основной продукции - 300000 т

. Объём выработанной основной продукции в тыс. руб. рассчитывается следующим образом:

Р. = П∙100% / С

где Р - рентабельность продукции равная 25 %;

П. - прибыль продукции, руб./т;

С - себестоимость 1 тонны основной продукции, руб./т.

П. = Р ∙ С /100 %

П= 25 % ∙ 15718,37 / 100 %= 3929,6 руб./т

П. = Ц - С

Ц = П. + С

где Ц - цена 1 тонны выработанной основной продукции.

Ц = 3929,6 + 15718,37 = 19648 руб. /т

Всего стоимость продукции 19648 ∙ 300000/1000 = 5894387 тыс. руб.

. Численность основных производственных рабочих - 37 чел.

4. Выработано продукции на одного основного производственного рабочего:

П = Q / Чсп,

где Q - объём выработанной основной (калькулируемой) продукции, тыс. руб.;

Чсп - списочная численность рабочих, чел.

П = 5894387/37 = 159307,8 тыс. руб. /чел.

5. Годовой фонд заработной платы основных производственных рабочих - 6204 тыс. руб.

6. Средняя заработная плата одного основного производственного рабочего:

Всего годовой фонд заработной платы/Чсп = 6204 / 37 = 167,67 тыс. руб. /чел.

. Капитальные вложения - 4012374 тыс. руб.

8. Себестоимость годового выпуска основной продукции - 4715510 тыс. руб.

9. Себестоимость единицы основной продукции - 15718,37 руб.

. Рентабельность продукции - 25 %

. Годовая прибыль предприятия:

П. = А · П. = 300000 т · 3929,6/1000 руб./т = 1178877,4 тыс. руб.

. Условно-годовая экономия:

Эусл. год = (С1 - С2) ∙ Q2

где С1 и С2 - себестоимость единицы основной (калькулируемой) продукции базового и проектного вариантов, руб./т;- объем выработанной основной (калькулируемой) продукции проектного варианта, т.

Эусл. год = (16591,32 - 15718,37) ∙ 300000 = 261886,44 тыс. руб.

. Срок окупаемости капитальных вложений:

Ток. = К / П,

где К - объём капитальных вложений, тыс. руб.;

П. - прибыль годовая, тыс. руб.

Ток. = 4012374 / 1178877,4 = 3,40 лет

Таблица 9.13 - Технико-экономические показатели

№ п/п	Показатели	Ед. изм.	Проектируемый вариант
1	2	3	4
1.	Объём выработанной (основной) продукции	т	300000
2.	Объём выработанной (основной) продукции	тыс. руб.	5894386,9
3.	Численность основных производственных рабочих	чел.	37
4.	Выработано продукции на одного основного производственного рабочего	тыс. руб./чел.	159307,8
5.	Капитальные вложения	тыс. руб.	4012373,5
6.	Себестоимость годового выпуска основной продукции	тыс. руб.	4715509,5
7.	Себестоимость единицы основной продукции	руб.	15718,37
8.	Рентабельность продукции	%	25
9.	Условно-годовая экономия	тыс. руб	261886,44
10.	Прибыль	тыс. руб.	1178877,4
11.	Срок окупаемости капитальных вложений	лет	3,40

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящем дипломном проекте рассмотрена стадия ректификации винилхлорида в производстве поливинилхлорида на ОАО «Саянскхимпласт».

Винил хлористый является одним из важнейших мономерных продуктов, идущих, главным образом, на производство поливинилхлорида, а также на производство различных сополимеров: сополимер винил хлористый с винилиденхлоридом, винилацетатом и др. Из поливинилхлорида готовят листовые материалы и трубы (винилпласт), пленки, заменители кожи и т.д.

В первом разделе дипломного проекта представлены способы производства винилхлорида.

Во втором разделе рассмотрены теоретические основы процесса ректификации, их методы расчетов и виды колонн ректификации.

В третьем разделе представлена характеристика сырья, полупродуктов и готовой продукции с указанием плотности, фракционного состава, технических условий и норм.

В четвертом разделе дипломного проекта приведено описание блок-схемы производства поливинилхлорида и описание технологической схемы стадии ректификации винилхлорида.

В пятом разделе проведен расчет материального баланса установки, ректификации винилхлорида, проведен технологический расчет колонн ректификации КР, КР2: приведен материальный и тепловой баланс, расчет нахождения флегмового числа, определение высоты и диаметра колонн, расчет эффективности клапанных тарелок, а также представлен поверочный расчет насоса и теплообменника которые показали, что вспомогательное оборудование справляется с заданной нагрузкой.

В шестом разделе представлена спецификация на приборы и средства автоматизации. Применение АСУТП повышает точность измерений, позволяет стабилизировать технологические параметры процесса, обеспечить устойчивую работу производства и реализовать высокоэффективные функции и алгоритмы управления, за счет чего формируется более полная и своевременная информация о ходе технологического процесса, снижаются потери рабочего времени, уменьшается простой оборудования.

В седьмом разделе были рассмотрены все факторы, отрицательно действующие на обслуживающий персонал, произведен расчет освещения в помещении операторной и предложены меры по охране труда и безопасному ведению технологического процесса.

В восьмом разделе приведены данные о влиянии производства на окружающую природную среду, сведения по пожаро - и взрывобезопасности используемых материалов. Рассмотрены существующие на данном предприятии методы очистки сточных вод, методы переработки и утилизации хлорорганических отходов производства винилхлорида и предложен более эффективный способ.

Технико-экономическое обоснование проекта приведено в девятом разделе дипломного проекта. При расчете технико-экономических показателей были получены следующие результаты:

на проектный вариант предполагается увеличение объема производимой продукции на 20 %;

- капитальные вложения на проектный вариант окупятся через 3 года 4 месяцев эксплуатации, что говорит об эффективности разрабатываемого проекта.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Постоянный технологический регламент 2-2003 цеха по получению винилхлорида № 30. - Саянск: 2003. - 318 с.

2. Ульянов Б. А., Бадеников А. В., Щелкунов Б. И., Ликучёв В. Г. Процессы и аппараты химической технологии. Учебное пособие. - Ангарск: Изд-во АГТА, 2003. - 611 с.

. Ульянов Б.А., Щелкунов Б.И. Процессы и аппараты химической технологии. Гидравлика контактных тарелок. - Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1996. - 160 с.

4. Ульянов Б.А., Асламов А.А., Щелкунов Б.И. Ректификация бинарных и многокомпонентных смесей. - Иркутск: Изд-во Иркут. гос. Тех. ун-та, 1999. - 240 с.

5. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 784 с.

. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 2002. - Т. 1,2 - 768 с.

. Айнштейн В. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 2002. - Т. 2. - 700 с.

. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 2002. - Т. 1,2 - 768 с.

. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. - М.: Химия, 1971. - 296 с.

. Гурвич Я. А. Справочник молодого аппаратчика-химика. - М.: Химия, 1991. - 256 с.

11. -Методические указания к выполнению лабораторных работ по безопасности жизнедеятельности для студентов технических специальностей Гребнева С.И., Шильникова Л.П., Ангарск 2009, с 68 <http://agta.ru/images/stories/kafedra/ecology/met_po_ucaz_lab_pab.pdf>.

. Сомнинский В. С. Экономика химической промышленности: Учебник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа. 1980. - 368 с.

. Пери Дж. Справочник инженера-химика. - Л.: Химия, 1969. - Т.2. - 504 с.

. Справочник химика. / Под ред. Б.И.Никольского. - Л.: Химия, 1964-1971. 1-6. - 275с.

15. В.М.Ульянов, А.Д. Гуткович, В.В. Шебырев. Технологическое оборудование производства суспензионного поливинилхлорида. - Н.Новгород: 2004. - 252 с.

16. Зеленцова Т.М. Экономика и управление. Методические указания. - Ангарск: АГТА, 1999. - 49 с.

17. Патент РФ. RU2288406, авторы Самсиков Е. А.; Кононов А.И.; Курунов И.Ф.

18. Патент РФ. RU216714, авторы Шаванов С.С.; Абдрашитов Я.М.; Дмитриев Ю.К. и др.

19. Патент РФ. RU 2376275, авторы Гоготов А. Ф., Катровская Н. А., Киселев В. П. и др.

20. Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. - М.: Высш. шк., 1978. - 272с

Стадия ректификации винилхлорида в производстве поливинилхлорида на ОАО 'Саянскхимпласт'

Стадия ректификации винилхлорида в производстве поливинилхлорида на ОАО 'Саянскхимпласт'

ВВЕДЕНИЕ

6.1.2 Уравнение теплового баланса

7.1 Характеристика опасных и вредных производственных факторов

Таблица 7.1- Вредные и опасные производственные факторы проектируемого объекта

7.4.1 Электробезопасность

8.1 Характеристика отходов при ректификации винилхлорида

8.2 Переработка и утилизация хлорорганических отходов производства винилхлорида

Похожие работы на - Стадия ректификации винилхлорида в производстве поливинилхлорида на ОАО 'Саянскхимпласт'