ChSTU repository

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________ На правах рукопису 
УДК _____________ 
«Допущено до захисту» 
Завідувач  кафедри ХТВ ЧДТУ 
___________________________ 
                                                       «___»   ______________2021р. 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА БАКАЛАВРА 
на тему 
Технологічна схема та апаратурне оформлення виробництва 
синтетичного аміаку. Стадія первинного реформінгу 
 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
 
Науковий керівник: Виконав здобувач вищої освіти: 
д.т.н., доцент 4 курсу 
Віталій ВЯЗОВИК Олександр ЖУРАВЕЛЬ 
_____________________________ _________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
2021 
 
ВСТУП 
 
Синтетичний аміак - це сировина, яка використовується при 
виробництві мінеральних добрив, азотної кислоти, барвників, вибухових 
речовин і фармацевтичних препаратів, а також багатьох інших продуктів 
хімічної промисловості, що містять азот. Аміак також використовується в 
холодильних установках і медицині. 
Виробництво аміаку та іншої сировини з використанням аміаку - одна з 
найважливіших галузей хімічної промисловості. Аміак використовується для 
створення таких важливих хімічних сполук, як сечовина, нітрат амонію і 
азотна кислота. 
Принципи екологічності технологічних систем, враховані при розробці 
технічних рішень для аміачної системи: 
- Мінімально можливе залучення природних ресурсів в технологічний 
процес; 
 - Використання малотоксичних і неагресивних матеріалів і хімікатів; - 
Використання вторинної сировини і каталізаторів. 
 - Підвищення надійності пристроїв і устаткування для зниження 
ризику аварійних викидів. 
Слід мати на увазі, що надійність і безпека пристрою будуть підвищені, 
якщо вдасться зменшити частку пристроїв, що працюють при найвищих 
температурі і тиску. Система управління повинна забезпечувати надійну 
роботу всіх вузлів агрегату, містити підсистеми діагностики стану 
обладнання, обробки і відображення його інформації.  
1 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ОБРАНОГО 
СПОСОБУ ВИРОБНИЦТВА І ТЕХНОЛОГІЇ 
 
 
Для проведення обґрунтування продуктивності виробництва зробимо 
аналіз існуючих схем виробництва аміаку, які відрізняються тиском азотно-
водневої суміші в колоні синтезу. 
Схеми, які працюють під низьким тиском економічно не вигідні, тому що 
обладнання таких схем дуже мало ємне і займає багато місця. До того ж такі 
схеми мають малий коефіцієнт корисної дії, тобто ці технології мають малий 
процент перетворення азотно-водневої суміші в аміак. 
В залежності від тиску азотоводневої суміші, існують такі системи 
синтезу аміаку:  
- системи, які працюють при низькому тиску ( 9-19МПа ); 
- системи, які працюють при середньому тиску ( 27-31МПа ); 
- системи, які працюють при високому тиску ( 44-98МПа ). 
Системи що працюють при низькому тиску - апаратурно громіздкі і 
потребують великих затрат електроенергії на процес конденсації аміаку з 
азотоводневої суміші. В наслідок використовується.  
Отже оптимальним варіантом цього системи, які працюють при низькому 
тиску не знайшли широкого застосування.  
Системи, які працюють при високому тиску теж не використовують в 
промислових масштабах, так як вони потребують складного конструктивного 
оформлення апаратури, що  
можна вважати схеми виробництва аміаку, які працюють при середньому 
тиску.         
На рисунку 1.1 показана схема агрегату синтезу аміаку, що працює при 
тиску 320 ат, з поршневим циркуляційним компресором. На цьому ж рисунку 
зображена схема автоматичного регулювання процесу синтезу аміаку (Р1, Р2, 
Р4, Р6, - регулятори рівня; Р3 - регулятор температури; Р5 - регулятор тиску). 
Свіжа азотоводнева суміш змішується із циркуляційним газом у 
маслофільтрі 2. Далі вона проходить по міжтрубному просторі конденсаційної 
колони 4, охолоджується й надходить у змійовик випарника 5. Там газова 
суміш охолоджується до мінусової температури за рахунок випарки в 
міжтрубному просторі рідкого аміаку. При цьому відбувається конденсація 
аміаку, що втримується в газовій суміші. Газова суміш із випарника надходить 
у нижню з конденсаційної колони 4, де від газової суміші відокремлюється 
рідкий аміак. Пройшовши сепараційну частину конденсаційної колони, газова 
суміш надходить у трубний простір теплообмінника колони. У 
теплообміннику вона охолоджує газ, що направляється у випарник. 
При виході з конденсаційної колони газова суміш із температурою 30°С, 
що містить 2-3% аміаку, двома потоками надходить у колону синтезу аміаку 
6. У колоні на залізному каталізаторі при температурі 500°С протікає реакція 
утворення аміаку, зміст якого в газовій суміші збільшується до 14-16 %. З 
колони синтезу виходить азотоводневоаміачна суміш із температурою 180-
200° С. 
Після колони газова суміш проходить водяний конденсатор 7 типу труба 
в трубі, у якому прохолоджується до температури 35° С. У сепараторі 8 від 
газу відокремлюється рідкий аміак. Із сепаратора газова суміш надходить в 
циркуляційний компресор 1, що стискає її до робочого тиску. Потім газ 
проходить масловіддільник 2, з'єднується зі свіжою азотоводневою сумішшю 
і далі цикл повторюється. 
 
 
 
 
 
1 - циркуляційний компресор; 2- маслофільтр; 3- збірник; 
4- конденсаційна колона; 5- змійовик випарника; 6- колона синтезу; 
7- водяний конденсатор; 8- сепаратор. 
Рисунок 1.1. Схема агрегату синтезу аміаку під тиском 320 ат з 
поршневим циркуляційним компресором. 
 
Охолодження газу у водяному конденсаторі проводиться зворотною 
водою і циркулюючим конденсатом. Рідкий аміак відводиться із сепаратора і 
конденсаційної колони, дроселюється до тиску 20-25 ат. і направляється в 
збірник 3, а з нього на склад. 
 Газоподібний аміак, що випарувався, по виходу з випарника 5 проходить 
пастку й надходить або на холодильну установку, або в цехи переробки як 
сировина. 
На рисунку 1.2 зображена схема синтезу аміаку середнього тиску з 
відцентровими циркуляційними компресорами. Свіжа азотоводнева суміш із 
температурою до 35°С тиском близько 310 ат надходить у сепараційну частину 
конденсаційної колони 3 агрегату синтезу. Після відділення рідкого аміаку 
суміш циркуляційного й свіжого газу з температурою 10°С піднімається по 
трубках теплообмінника конденсаційної колони, нагріваючись до 25-35° С 
зустрічним потоком газу, що йде по між трубному просторі. 
 
1 - колона синтезу; 2 - холодильник-конденсатор; 3 - конденсаційна 
колона;4 - змійовики високого тиску; 5 - силікагелевий осушувач; 6 - аміачний 
холодильник; 7 - вологовідділювач; 8 - циркуляційний відцентровий 
компресор; 9 - збірник. 
Рисунок 1.2 Схема агрегату синтезу аміаку середнього тиску з 
центробіжним циркуляційним компресором: (Р1, Р2, Р4, Р6, - регулятори рівня; 
Р3 - регулятор температури; Р5 - регулятор тиску). 
 
З конденсаційної колони газ надходить у циркуляційний відцентровий 
компресор 8, у якому його тиск підвищується на 26-28 атм для компенсації 
втрат напору в агрегаті. Далі газ, що містить до 5% аміаку, при температурі 
близько 35°С направляється в колону синтезу аміаку 1, попередньо 
розділяючись на два потоки. Основний потік газу подається в колону синтезу 
зверху. У колоні на каталізаторі протікає реакція утворення аміаку. Газова 
суміш із температурою 160-185° С виходить із колони синтезу.  
У холодильнику-конденсаторі 2 газова суміш охолоджується водою до 
температури 35° С, причому відбувається часткова конденсація аміаку, що 
утворився в колоні синтезу. 
З холодильника-конденсатора газ надходить у конденсаційну колону 3, 
проходить по між трубному просторі теплообмінника, де охолоджується до 
20° С зустрічним потоком холодного газу, що проходить по трубках. 
Далі газ надходить у змійовики високого тиску випарника 4, у яких 
охолоджується до температури +10 - (-10° С) киплячим рідким аміаком. 
Охолоджений газ із  аміаком, що сконденсувався, з випарника повертається в 
конденсаційну колону, проходить спочатку сепараційний пристрій для 
відділення рідкого аміаку, а потім змішується зі свіжим газом, після чого цикл 
повторюється. Рідкий аміак з конденсаційної колони дроселюється до 16 ат і 
направляється в збірник 9 для виділення розчинених у ньому так званих 
танкових газів. 
Захисний газ для ЦЦК (свіжа азотоводева суміш) проходить аміачний 
холодильник 6, вологовідділювач 7 і силікагелевий осушувач 5. 
Схема агрегату синтезу аміаку середнього тиску з використанням тепла, 
що виділяється врезультаті реакції, для одержання водяної пари показана на 
рисунку 1.3. Технологічна частина схеми аналогічна вище описаної. 
Азотоводнева суміш під тиском 320 атм з метою більш повного очищення 
від масла й парів води проходить аміачний випарник 1 і масловіддільник 2, а 
потім змішується із циркуляційним газом у сепараційній частині 
конденсаційної колони 3. Тут суміш додатково відмивається рідким аміаком 
від слідів масла, вологи й двоокису вуглецю. Пройшовши теплообмінники 
конденсаційної колони, суміш надходить у ЦЦК 5, а звідси направляється в 
колону синтезу 6, де при температурі 480-520° С протікає реакція утворення 
аміаку. 
Після колони синтезу газ прохолоджується у водяному конденсаторі 7 до 
температури 35° С, при цьому частина аміаку конденсується. Далі газ 
проходить сепаратор 8 для відділення  аміаку, що сконденсувався, надходить 
у конденсаційну колону 3 і рухається в між трубний простір теплообмінника, 
охолоджуючись зустрічним потоком  холодного газу, що йде з аміачного 
випарника 4. З конденсаційної колони газ направляється в змійовики високого 
тиску випарника, охолоджуючись до температури -10° С, Тут конденсуються 
залишки, які втримуються в газовій суміші аміаку. Газова суміш із аміаком, 
що сконденсувався, повертається в сепараційну частину конденсаційної 
колони. Тут відокремлюється рідкий аміак, після чого циркуляційна газова 
суміш змішується зі свіжою азотоводневою сумішшю. 
Частина циркуляційного газу після першої сепарації рідкого аміаку 
постійно видувається з метою видалення із системи  інертних газів, що 
накопичуються. Рідкий аміак із сепаратора й конденсаційної колони 
дроселюється до 20-25 атм і відводиться в збірник 13. Тепло, що виділяється в 
результаті реакції синтезу аміаку, використається для одержання пари тиском 
25-40 атм за двоконтурною схемою. Тиск у першому контурі за допомогою 
газової подушки, створюваної в посудині 11, підтримується приблизно рівним  
тиску газу. Для створення газової подушки в зрівняльну посудину можна 
подавати циркуляційний газ із лінії всмоктування циркуляційного компресора 
або свіжу азотоводневу суміш. 
 
1 - аміачний випарник; 2 - масловіддільник; 3 - конденсаційна колона; 
4 - випарник; 5 - ЦЦК; 6 - колона синтезу; 7 - водяний конденсатор; 
8 - сепаратор; 9 - дозувальний насос; 10 - відцентровий насос; 11 - ємність; 
12 - котел-випарник; 13 - збірник. 
Рисунок 1.3 Схема агрегату синтезу аміаку середнього тиску з 
використанням тепла реакції для одержання водяної пари. 
Циркуляція бідистиляту в першому контурі здійснюється за допомогою 
герметичного відцентрового насоса 10. Бідистилят виходить із колони при 
температурі 300- 330° С, охолоджується в котлі-випарнику 12 до 230-270° С і 
повертається в колону. 
У другому контурі із подаваної в котел хімічно очищеної води або 
конденсату виходить пара. Постійний рівень бідистиляту в зрівняльній 
посудині підтримується дозувальним насосом 9. 
Останнім часом було проведено велику роботу по створенню нової 
схеми установок синтезу аміаку для підвищення тиску водяної пари, 
отриманого внаслідок теплоти, що виділяється в результаті реакції. Існує 
кілька способів збільшити тиск утворюється водяної пари. Зокрема, 
пропонується підвищити температуру реформованого газу, що виходить із 
синтез-вежі перед котлом-утилізатором, частково нагріваючи газ, що 
надходить у вежу, вихлопним риформінгом з парового котла.   
На рисунку 1.4 наведена одна зі схем агрегату синтезу аміаку середнього 
тиску з використанням зазначеного методу підвищення тиску пари. 
Азотоводнева суміш (після змішування циркуляційної і свіжої) 
нагнітається циркуляційним компресором або інжектором 11 у розподільник 
10, у якому розділяється на три потоки, один із яких направляється в лінію 
основного газу,  а інші два - у перший і другий холодні байпаси. 
Основний газ направляють у виносний попередній теплообмінник 4 для 
підігріву його за рахунок тепла й газу, що виходить із підігрівального елемента 
(змійовика) парового котла 5, і подають у колону синтезу 8. Температуру 
циркуляційного газу на вході в колону регулюють за допомогою газового 
потоку першого холодного байпасу. 
Підігрітий основний газ, увійшовши в колону синтезу, опускається по 
щілині між корпусом і насадкою колони й входить у внутрішній 
теплообмінник 1, що має малу теплопередачу поверхні, потім надходить через 
газорозподільну коробку в трубчатку каталзаторної коробки 2. Температуру 
газу на вході в каталізаторну коробку регулюють проміжним байпасом, у який 
подається циркуляційний газ, підігрітий у виносному теплообміннику 4. Із 
трубчатки каталізаторнї коробки газ входить у каталітичну зону, проходить її 
зверху вниз, реагує й, частково остудившись у внутрішньому теплообміннику 
7, залишає колону синтезу 3 з температурою досить високою для одержання 
пари.  
 
 
1 - внутрішній теплообмінник; 2 - каталзаторна коробка; 3 - колона синтезу; 5 
- виносний теплообмінник; 6 - паровий котел; 7 - насос; 8 - внутрішній 
теплообмінник; 9 - сепаратор; 10 - холодильник-конденсатор; 
11 - розподільник; 12 - інжектор; 
Рисунок 1.4. Схема агрегату синтезу аміаку середнього тиску з виносним 
паровим казаном і попереднім теплообмінником. 
 
Температуру конвертованого газу на вході в паровий котел-утилізатор 5 
регулюють, міняючи співвідношення газових потоків з основної лінії й лінії 
холодних байпасів. У паровому утилізаторі конвертований газ проходить 
підігрівальний елемент, що складається із труб високого тиску, і, частково 
охолоджуючись за рахунок випару води, надходить у виносний теплообмінник 
4. 
З метою більше повного використання тепла відпрацьованого 
конвертованого газу частина його після парового казана 5 відокремлюється від 
основного потоку й направляється в теплообмінник-економайзер 7, у якому 
живильна вода нагрівається до температури кипіння. Диаеріровану живильну 
воду подають у котел 5 через економайзер насосом 6. Кількість 
конвертованого газу, що проходить через економайзер 7, регулюється 
вентилем, розташованим за економайзером.   Потоки конвертованого газу 
після охолодження у виносному теплообміннику 4 і економайзері 7 
з'єднуються й надходять в одно- або двоступінчастий холодильник-
конденсатор 9.  Аміак, що сконденсувався, відокремлюють у сепараторі 8.  
Схема агрегату високого тиску. На рисунку 1.5 представлена схема 
агрегату синтезу аміаку під тиском 500 атм 
Азотоводнева суміш під тиском 520 ат надходить у фільтр 2, де 
очищається від масла, і направляється в інжектор 7. Газова суміш подається в 
колону синтезу 6, що складається з каталізаторної коробки із  пристроями, що 
відводять тепло, теплообмінника й електропідігрівника. З колони газ, що 
містить близько 18-21% аміаку, при температурі 100-120° С надходить у 
водяний конденсатор 8, де охолоджується до 35° С. При цьому конденсується 
весь аміак.  
З конденсатора 8 газ направляється у сепаратор 9, де відокремлюється 
рідкий аміак, що надходить потім у збірник 10. Пара виходить в утилізаторі 5. 
Циркуляція бідистиляту здійснюється насосом 3, тиск у контурі підтримується 
за допомогою зрівняльної посудини 4. Рівень бідистиляту в котлі-утилізаторі 
підтримується дозувальним насосом 1. 
 
 
1- дозувальний насос; 2- фільтр; 3- насос; 4- зрівняльна посудина; 
5- утилізатор; 6- колона синтезу; 7- інжектор; 8- конденсатор; 9- 
сепаратор; 10- збірник. 
Рисунок 1.5 Схема агрегату синтезу аміаку під тиском 500 атм з 
використанням тепла реакції для одержання водяного пару. 
 
Схеми , що працюють під високим тиском потребують складного та 
дорогого апаратурного оформлення, схеми , що працюють при низьких тисках 
вимагають додаткових затрат електроенергії. 
Після аналізу показників агрегатів за основу в проекті вибираю агрегат 
синтезу аміаку високого тиску та продуктивністю 1360 т/добу, тому що 
багатотонажні установки дають можливість отримувати відносно дешеву 
продукцію, при цьому різко знижуючи об′єм апаратури, капітальні витрати і 
площу забудови[5]. 
Застосування надлишку водяної пари в порівнянні з стехіометричними 
дозволяє не тільки збільшити ступінь конверсії метану але і запобігти 
виділенню елементарного вуглецю. Вуглець, що виділився на каталізаторі у 
цьому випадку конвертується водяною парою або двоокисом вуглецю в окис 
вуглецю або водень. 
 Виходячи з економічних міркувань пов’язаних з енергію стиснення 
природного газу, а також для зменшення розмірів апаратури і для збільшення 
швидкості конверсії метану доцільно проводити при підвищеному тиску. Це 
дозволяє досягти будь-якого ступеня перетворення метану при більш високих 
температурах, ніж під атмосферним тиском[2]. 
 
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИЙНЯТОГО МЕТОДУ ВИРОБНИЦТВА. ХІМІЗМ 
ТА ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ І ОБҐРУНТУВАННЯ НОРМ 
ТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ 
 
 
Для промислового виробництва синтетичного аміака як сировину 
зазвичай застосовують водяну пару і тверде, рідке або газоподібне паливо. 
До хімічних способів отримання водню, що знайшли застосування в 
промисловості, відносяться: конверсія (перетворення) СО(II) з водяною парою 
і конверсія вуглеводневих газів за допомогою газоподібних о. 
З хімічних методів виробництва водню найбільшого поширення набув 
метод конверсії вуглецю(II) водяною парою. Як початкова сировина служать 
генераторні (водяний, повітря, змішаний) гази. Суть процесу зводиться до 
здійснення гетерогенно-каталітичної реакції: 
             СО +Н2О↔СО2 + Н2         (2.1) 
при підвищених температурах (450-720К) у присутності каталізаторів. 
Суть процесу полягає в неповному каталітичному окисленні метану 
спочатку в оксид вуглецю (II) і водень (перша високотемпературна стадія) і 
каталітичній конверсії СО(II) у водень(друга низькотемпературна стадія). 
Неповне окислення метану протікає по наступних реакціях: 
CH4+H2O↔CO+3H2 – 206.19кДж                           (2.2) 
CH4+CO2↔2CO+2Н2 – 247.36 кДж                          (2.3) 
CH4+1/2O2↔CO+2H2+35.65 кДж.                            (2.4) 
Аналогічно протікають реакції окислення гомологів метану і для процесу 
конверсії з водяною парою можуть бути загалом, вигляді виражені рівнянням 
CnH2n+2+nH2O↔(2n+1)H2+nCO.                            (2.5) 
Вибір окислювачів і їх можливі поєднання визначаються як цільовими 
призначенням процесу конверсії, так і техніко-економічними міркуваннями. 
При термодинамічному дослідженні реакції конверсії метану з водяною 
парою слід враховувати одночасно протікаючу реакцію взаємодії що 
утворюється СО(II) з водяною парою: 
                    СО+Н2О↔СО2+Н2+41,17 кДж.                                     (2.6) 
Здійснення конверсії метану і СО(II) водяною парою в одному конвекторі 
(в одину ступін) з високим виходом водню неможливо, оскільки при знижених 
температурах конверсії в продуктах реакції залишається значна кількість 
метану, що не прореагував, а при підвищених – міститься багато СО(II). 
Іншими словами, ендотермічний процес по реакції(2.3) вигідно вести при 
високій, а по реакції(2.6) – при низькій температурі. Тому на практиці 
отримання водню з природного газу здійснюють в два етапи. 
При виробництві водню для синтезу аміаку з водню і азоту конверсію 
метану здійснюють в два ступені. Перша ступінь – водяна конверсія в 
трубчастих печах з неповним перетворенням метану (залишковий  метану 6-
8%об.); друга ступінь – повітряна конверсія в шахтному конвекторі. 
Істотний вплив на ступінь перетворення метану надає застосування 
надлишку водяної пари. 
При конверсії гомологів метану витрата водяної пари зростає із 
збільшенням числа атомів вуглецю в початковому вуглеводні. З підвищенням 
температури відносна витрата водяної пари може бути зменшений унаслідок 
зсуву рівноваги реакції в сприятливу сторону і збільшення швидкості процесу. 
Виходячи з економічних міркувань, зв'язаних з використанням енергії  
природного газу, а також з метою зменшення розмірів апаратів, конверсію 
метану проводять при підвищеному тиску (1,5-4,0МПа). 
При цьому для реакції (2.3), що йде із збільшенням числа молей, 
підвищення тиску зрушує рівновага в несприятливу сторону. 
Тому процес конверсії доводиться вести при декілька підвищених 
температурах. 
Підвищення тиску від 0,1 МПа до 3,0 МПа знижує ступінь перетворення 
метану з 94,98 % до 36,16 %. Щоб досягти того ж ступеня перетворення при 
підвищеному тиску, необхідно підвищити температуру в конвекторі від 1000 
до 1280 К. 
Насправді перетворення пари, вуглекислого газу та пароповітря 
відбувається в трубчастій печі, а тепло забезпечується спалюванням частини 
природного газу, що пов’язано з ендотермічним процесом. Що стосується 
парокисневого перетворення, то воно здійснюється поетапно в шахтному 
конвекторі. 
Конверсія оксиду вуглецю водяною парою протікає по реакції (2.6). Після 
зволожувача конвертована суміш із співвідношенням пар: газ = 0,57 поступає 
в конвектор I ступеня, де на средньотемпературному залізохромовому 
каталізаторі при температурі на виході 723К, об'ємній швидкості ддо 2000ч-1 
протікає реакція конверсії СО (II) з водяною парою. Залишковий зміст СО (II) 
після конвектора I ступеня складає 3,7% (на сухий газ)[3]. 
Використання константи рівноваги дозволяє кількісно оцінити ступінь 
передбачуваних змін. 
 
PNH
                                          Kp  3                                                     (2.7) 
P
N1 / 2 P 3 / 2
2 H 2
 
Знаючи числові значення константи рівноваги, можна обчислити 
рівноважну концентрацію аміаку при будь-яких температурах і тиску. Отже 
якісна і кількісна оцінка умов термодинамічної рівноваги дозволяють 
зробити висновок, що максимального виходу аміаку можна досягти , 
проводячи процес при високому тиску і низьких температурах. Однак, навіть 
при дуже високих температурах (вище 1000°С) процес синтезу в гомогенній 
фазі практично неможливий. 
Синтез аміаку протікає з помітною швидкістю лише в присутності 
каталізатора, причому в даному випадку в якості каталізатора виступають 
тверді речовини. Гетерогенно-каталітичний процес синтезу аміаку має 
складний механізм, який може бути описаний наступними стадіями: 
1) дифузія молекул азоту і водню до поверхні каталізатора; 
2) хемосорбція молекул реагентів (абсорбатів) на поверхні каталізаторів ; 
3) поверхнева хімічна реакція з утворенням нестійких проміжних 
комплексів     і взаємодій між ними; 
4) десорбція продукту; 
5) дифузія продукту реакції (аміаку) від поверхні каталізатора в газову 
фазу. 
Дослідження кінетики і механізму реакції синтезу дозволило зробити 
висновок про те , що лімітуючою стадією процесу є хемосорбція азоту. Цей 
висновок дає можливість описати механізм синтезу аміаку скороченою 
схемою: 
N2 +Z→ ZN2; 
ZN2+3H2→2NH3 +Z; 
N2 +3H2→2NH3; 
де Z – вільний центр поверхні каталізатора; 
ZN2- хемосорбована частинка. 
 
 
Швидкість оборотної реакції отримання аміаку з елементів на більшості 
відомих каталізаторів описується рівнянням Темкіна-Пижова: 
 
 1
3
dp  P   P 2 
NH H NH
                            3  k1  p   2   k   3 
N 2 ,                            (2.8) 
d 2  P 2   3 
 NH 3   PH2 
 
де k1,k2 – константи швидкості отримання та розкладання аміаку; 
PNH3, PN2, PH2 – парціальні тиски азоту, водню і аміаку; 
α – постійна, задовольняюча нерівність 0< α <1 і характеризуючи ступінь 
покриття поверхні каталізатора азотом. При проведенні процесу при 
атмосферному тиску величина α для промислових каталізаторів в інтервалі 
температур 400-500 °С дорівнює 0,5. 
Швидкість реакції синтезу аміаку залежить від температури , тиску і 
складу реакційної суміші. Оптимальними вважають такі значення вказаних 
параметрів , при яких швидкість процесу максимальна. Щоб визначити 
оптимальну температуру синтезу Тm, треба інтегрувати по температурі 
кінетичне рівняння (2.8) , прирівняти одержаний вираз нулю і знайти Тm. 
І термодинамічні і кінетичні фактори вказують на проведення процесу 
при високому тиску (збільшується рівноважний вихід , підвищується 
швидкість синтезу). Конденсація аміаку також збільшується при високому 
тиску. Але при підвищенні тиску збільшуються витрати електроенергії на 
компресію , підвищуються вимоги до машин і апаратів. При невисокому тиску 
спрощується апаратурне оформлення процесу, знижуються витрати 
електроенергії, але збільшуються габарити апаратів , підвищуються вимоги до 
чистоти синтез-газу. Оскільки присутність інертних домішок в реакційній 
суміші рівноцінна зниженню загального тиску, то із збільшенням вмісту 
метану, аргону і гелію в суміші, швидкість реакції синтезу зменшується .     
Аналізуючи рівняння (2.8) видно, що швидкість прямої реакції обернено 
пропорційна до парціального тиску аміаку , а для зворотної реакції характерна 
пряма пропорційність. Таким чином, з підвищенням вмісту аміаку загальна 
швидкість реакції падає. Збільшення об'ємної швидкості суміші призводе до 
зменшення вмісту аміаку і, тим самим до збільшення швидкості і 
продуктивності процесу. 
Реакція синтезу аміаку зворотна, тому повне перетворення азоту та 
водню в аміак не відбувається за один прохід через обладнання. Умови 
рівноваги методу та його динаміка потоку на залізному каталізаторі 
визначають можливість перетворення в аміак, на частку якого припадає 20-
40% вихідної реакційної суміші. Для більш повного використання реагентів 
їх потрібно багаторазово циркулювати у синтез-башті. Всі сучасні схеми 
синтезу аміаку знаходяться в обігу, включаючи виділення аміаку і 
повернення АВС, які не мають реакції на цикл синтезу.В якості каталізатора 
синтезу аміаку використовують окис заліза Fe3O4. В який додатково вводять 
домішки оксиду алюмінію (Al2O3) та оксид 
калію (К2О). 
За відсутності глинозему в каталізаторі кристали заліза в процесі 
синтезу аміаку збільшуються до 60 нм, а питома поверхня зменшується до 
0,5 м2 /г. У присутності глинозему ріст кристалів з усіх боків призупиняється, 
і розмір кристалів залишається таким же, як утворюється в процесі 
відновлення оксиду заліза, тобто 40 нм або менше. Отже, Al2O3 запобігає 
взаємному спіканню кристалів заліза, і в результаті підтримує їх питому 
поверхню на рівні 15 м2 / г. 
На додаток до глинозему, оксид калію також вводиться, щоб допомогти 
видалити аміак, що утворюється в обсязі газу на поверхні каталізатора. 
Кількість K2O, що вводиться в каталізатор, повинна бути пропорційною 
домішці Al2O3. 
Отрутою для залізно нікелевого каталізатора є вода, окиси вуглеводню, 
кисень і т.д. 
 
3 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКЦІЇ, СИРОВИНИ, ДОПОМІЖНИХ 
МАТЕРІАЛІВ І ЕНЕРГЕТИЧНИХ НОСІЇВ 
  
 
Продукцією є аміак рідкий технічний, хімічна формула NH3. Аміак 
видається у вигляді аміаку рідкого під надлишковим тиском 1,6 МПа 
(16кгс/см2) з температурою не більше 40 0С. Аміак рідкий технічний повинен 
відповідати ГОСТ 6221-90 і мати наступні показники, які зведено в таблицю 
3.1 . 
 Таблиця 3.1 - Фізико-хімічні показники рідкого аміаку      
Найменування Норми для марок Метод аналізу 
показників А Ах Б 
1 2 3 4 5 
1 Масова частка аміаку, 99,9 99,9 99,6 За п. 3.2 за 
%, не менше ГОСТ 6221-90 
2 Масова частка азоту,  - 82 82 За п. 3.3 за 
%, не менше ГОСТ 6221-90 
3 Масова частка води - 0,2-0,4 0,2-0,4 За ГОСТ 28326.1 
(залишок після 
випаровування), % 
4 Масова частка води  0,1 - - За ГОСТ 28326.2 
(метод Фішера), %, не 
більше 
5 Масова концентрація  2 2 8 За ГОСТ 28326.3 
масла, мг/дм3, не більше За ГОСТ 28326.4 
6 Масова концентрація  1 1 2 За ГОСТ 28326.5 
заліза, мг/дм3, не більше 
 
Кінець таблиці 3.1 
1 2 3 4 5 
7 Масова частка - 0.5 - За ГОСТ 28326.6 
загального хлору, млн.-1 
(мг/кг),  
не більше 
8 Масова частка оксиду - 30±10 - За ГОСТ 28326.7 
вуглецю (ІV), млн.-1 
(мг/кг)  
не більше 
 
Примітки: 
1 Допускається масова частка води у рідкому аміаку марки Ак, який 
транспортується у цистернах, та марки Б менше ніж 0,2% і доведення її до 
норми 0,2 - 0,4% на припортових заводах. 
2 Вимоги до якості рідкого аміаку, який надходить по магістральному 
аміакопроводу на припортовий завод для поставки на експорт, повинні 
відповідати вимогам договору (контракту) постачальника із 
зовнішньоекономічною організацією або іноземними покупцями. 
Рідкий аміак– прозора безбарвна рідина з різким специфічним запахом. 
Газоподібний аміак – прозорий безбарвний газ з різким специфічним запахом. 
При нормальних умовах аміак стійкий до дії окисників. Погано горить в 
повітрі. Горіння проходить за реакцією(3.1): 
 
                             4NН3 + 3О2 ↔2N2 + 6Н2О + Q     (3.1) 
 
 
При окисленні в присутності каталізатора утворюються оксиди азоту і 
води за реакцією(3.2): 
                         4NН3 + 5О2 ↔4NО + 6Н2О + Q    (3.2) 
Дана реакція використовується в процесі отримання азотної кислоти. 
Аміак добре розчинний у воді. При температурі 20 0С і тиску 760 мм. рт. ст. в 
одному об’ємі води розчиняється 695 об’ємів аміаку. В рідкому аміаку при  
підвищеному тиску розчиняється водень, азот, метан, аргон. Розчинення 
аміаку у воді проходить із виділенням тепла. Аміак володіє токсичними 
властивостями, викликає гостре подразнення слизової оболонки, дихальних 
шляхів, сльозотеча, задуха. 
 
Таблиця 3.2 -Фізико-хімічні властивості рідкого аміаку 
Назва властивості (константи) та Значення фізичної Джерело 
одиниця вимірювання величини з інформації 
граничними 
відхиленнями  
1 2 3 
Густина, кг/м3 639 ГОСТ 6221-90 
Температура плавлення, 0С 77,8 Те саме 
Температура кипіння, 0С -33,4 -//- 
Критична температура, 0С -132,4 -//- 
Критичний надлишковий тиск, 11,32 (113,2) -//- 
МПа, (кгс/см2) 
Горючий, температура  650 -//- 
самоспалаху, 0С 
Границя вибуховості  15-28 -//- 
(за об’ємом), % 
 
Аміак рідкий синтетичний є сировиною для отримання азотних добрив, 
азотної кислоти, барвників, вибухових і лікувальних речовин та багатьох 
інших речовин хімічної промисловості. Аміак широко застосовується в 
холодильній техніці в якості хладогену, а також в сільському господарстві, як 
добриво. 
Таблиця 3.3 Характеристика вхідної сировини, матеріалів та 
напівпродуктів 
Назва сировини, Міждержавний , Показники, обов`язкові для Показники, що 
матеріалів, державний або перевірки регламен- 
напівпродуктів галузевий (назва і одиниця туються з 
стандарт, вимірювання) допустимими 
технічні умови, відхиленнями 
регламент або 
методика 
1 2 3 4 
Газ горючий ГОСТ 5542-87  Найменша теплота згорання ,  
природний для МДж/м3 (ккал/м3), при 31,8 (7600) 
промислового температурі 20 0С і тиску 0,02 
призначення 0.101 МПа, не менше  
Масова концентрація 0,036 
сірководню, г/м3, не більше  1,0 
Масова концентрація 0,001 
меркаптанової сірки г/м3, не  
більше 3 
Об’ємна частка кисню, %, не 
більше 
Маса механічних включень в 
1 м3, г , не більше 
Інтенсивність запаху газу при 
об’ємній частці 1% в повітрі, 
бал, не менше 
Вода оборотна  Температура,0С 10 - 28 
Тиск на відм. 0,0 , кПа 300 - 450 
(кгс/см2) (3 - 4,5) 
Знесолена  Жорсткість, ммоль/дм3, не 0,002 
недеаерована  вода більше  
Масова концентрація: 0,05 
іонів заліза (Fе2+), мг/дм3, не 0,1 
більше  
іонів хлору (Сl-), мг/дм3 , не 0,1 
більше  2,5 
іонів кремнію (SiO 2-
3 ), мг/дм3 5,5-9,5 
,  
в перерахунку на оксид 
кремнію, не більше 
солей, мг/дм3, не більше 
Водневий показник рН 
 
Кінець таблиці 3.3 
1 2 3 4 
Їдкий натр технічний  ГОСТ 2263-79 Масова частка їдкого натру, %, не  
зміна №1, 2  менше 98,5 
для марки ТР 42,0 
       марки РР 44,0 
       марки РД 
Тринатрійфосфат ГОСТ 201-76 Масова частка загальних 18,5 
зміни №1, 2, 3, фосфатів (Р2О5), %, не менше  
4, 5,6   
Азот газоподібний ГОСТ 9293-74 Об’ємна частка азоту, % , не 99,0 
зміни №1, 2, 3 менша 
Стиснуте повітря КВП і ГОСТ 17433- Температура точки роси, 0С , не 40 
А  80 більше 
зміни №1 
Каталізатор первинного ТУ У 24.6- Насипна густина, кг/дм3 09-1,2 
риформінгу типу К-905- 31337612-003- Механічна міцність, МПа, не 35 
D1 2004 менше 10,0 
 нікелевий  Масова частка металу в 
перерахунку на NiO,%, не менше 
 
4 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ВИРОБНИЦТВА 
 
 
Основні стадії виробництва: 
- підігрів і очищення природного газу від сірковмісних сполук: 
- каталітична конверсія вуглеводнів природного газу з водяною парою в 
трубчастій печі (первинний риформінг); 
- каталітична конверсія метану з киснем повітря в шахтному конверторі 
(вторинний риформінг); 
-  рекуперація тепла і виробництво пари; 
- каталітична конверсія оксиду вуглецю в дві стадії (на середньо 
температурному і низькотемпературному каталізаторах); 
- охолодження конвертованого газу і конденсація водяної пари; 
 
 Природний газ після компресорів направляється в підігрівач 
конвекційної зони 1 трубчастої печі первинного риформінгу . 
Для відключення природного газу в агрегат, перед підігрівачем  1 
встановлена засувка з електроприводом . Перед підігрівачем 1 з лінії 
нагнітання компресора  дозується синтез-газ, який забезпечує необхідну 
об`ємну долю водню для гідролізу сірковмісних сполук. 
Суміш природного газу і синтез-газу в підігрівачі 1 підігрівається до 
температури 320-420 0С, а при пуску або зупинці і навантаженні менше ніж 
50% до температури, не більше 470 0С. Підігріта суміш природного газу і 
синтез-газу надходить в два паралельно працюючих реактора 2 для 
гідрогенолізу органічних сірковмісних сполук на 
алюмокобальтмолібденовому каталізаторі. 
Реактори 2 являють собою вертикальні циліндричні апарати з опорно-
розподільною решіткою в нижній частині, на яку завантажено каталізатор. 
Органічні і неорганічні сірковмісні сполуки являються отрутою для 
каталізаторів, які використовуються в процесі виробництва аміаку. Тому 
природний газ ретельно очищають від сірковмісних сполук. 
Після апаратів 2 природний газ надходить в адсорбери сірковмісних 
сполук 3, де відбувається друга ступінь сіркоочистки за рахунок поглинання 
утвореного сірководню активованим оксидом цинку за реакцією: 
 
Н2S + ZnO  ZnS + H2O;                (4.1) 
 
Адсорбери 3 можуть працювати паралельно або послідовно, конструкція 
апаратів 3 аналогічна конструкції реакторів гідрогенолізу 3. Кожний реактор 
3 і адсорбер 2 можуть відключатися від системи для заміни відпрацьованого 
каталізатора або поглинача сірковмісних сполук. 
Для стабільної роботи алюмокобальтомолібденового каталізатора при 
масовій концентрації сірковмісних сполук в природному газі не більше 5 
мг/м3, об`ємна доля водню в очищеному газі повинна бути 3 - 5%. При масовій 
концентрації сірковмісних сполук в природному газі більше 5 мг/м3
, об`ємна 
доля водню в очищеному газі повинна бути 9-11%.  
Природний газ, очищений до масової концентрації сірководню (Н2S) не 
більше 1 мг/м3, спрямовується в змішувач 4 де змішується з водяною парою до 
співвідношення пари до газу, як 3,7:1.  
Паро-газова суміш після змішувача 4 підігрівається в підігрівачі зони 
радіації 5 до температури не більше 526 0С, а при зупинці, запуску і масовій 
(об`ємній) витраті природного газу  менш ніж 6400 кг/год (8850 м3/год) - до 
температури не більше 580 0С, після чого поступає в реакційні труби печі 
риформінгу 7. Трубчаста піч риформінгу являє собою двошахтну, двоярусну 
піч з вмонтованими в зонах конвекції і радіації підігрівачами природного газу, 
парогазової суміші, живильної і знесоленої води, трубного пучка 
пароутворення, технологічного повітря. В кожній шахті печі встановлено по 
100 реакційних труб, завантажених нікелевим каталізатором. В реакційних 
трубах на каталізаторі при температурі 700-780 0С відбувається парова 
конверсія метану за реакціями: 
 
СН4 + Н2О  СО + 3Н2 - 206.41 кДж;    (4.2) 
  
СО + Н2О  СО2 + Н2 + 41.032 кДж;               (4.3) 
 
СН4 + СО2  2СО + 2Н2 - 248.28 кДж;    (4.4) 
 
Реакції конверсії гомологів метану протікають аналогічно. Взаємодія їх 
з водяною парою може бути виражена в загальному вигляді рівнянням: 
 
СnHm +nH2O  nCO + (2n+m)/2 H2 - Q;             (4.5) 
 
При температурі 700-780 0C парогазової суміші на виході з реакційних 
труб печі риформінгу і співвідношення пари до газу 3,7:1, залишкова об`ємна 
доля метану в сухому газі складає 12%. Тепло, необхідне для проведення 
процесу конверсії природного газу при заданому температурному режимі, 
утворюються за рахунок спалювання паливного газу в пламеневих пальниках 
печі . Всього встановлено 120 загальних пальників (по 60 пальників на 
кожному ярусі). Паливний газ надходить в пальники печі після змішувача 4 
крізь регулюючий клапан .  
Для відключення паливного газу на пальниках верхнього ярусу лівої і 
правої шахти встановлені відсікачі , які припиняють подачу паливного газу на 
верхній ярус при переводі роботи печі на “м`який” режим. 
Блоківкою передбачено відключення паливного газу на пальники лівої і 
правої шахт при зниженні тиску паливного газу менше 10 кПа (0,1 кгс/см2). 
При спрацюванні вказаної блоківки закриваються відсікачі на верхній ярус і 
клапани . 
Тепло димових газів печі з температурою не більше 950 0С 
використовується для підігріву природного газу, парогазової суміші і повітря, 
які надходять на технологічний процес, а також для підігріву знесоленої води 
і дегазованої води, яка споживається, отримання пари в пучці пароутворення. 
Димові гази після використання їх тепла з температурою не більше 250 0С і 
об`ємною долею кисню не більше 5% викидаються в атмосферу димососами 
15. Для забезпечення безпечної роботи трубчастої печі встановлено два 
димососи 15 з електроприводами. Живлення електродвигунів димососів 
здійснюється від двох незалежних джерел живлення. Кожний димосос являє 
собою горизонтальний відцентровий вентилятор з двома підшипниковими 
опорами.  
З метою безпеки експлуатації трубчастої печі, передбачена система 
блоківок, яка забезпечує переведення процесу первинного риформінгу в 
безпечне положення при зниженні масової (об`ємної) витрати природного газу  
менше 3600 кг/год (4980 м3/год), масової витрати водяної пари менше 24000 
кг/год, при зниженні рівня в парозбірнику  до значення 35%, при зникненні 
напруги 48 В  
В реактор вторинного риформінгу 8 з риформованим газом надходить 
також технологічне повітря після компресорів, попередньо підігріте до 
температури не більше 500 0С в підігрівачі трубчатої печі . 
Технологічне повітря, яке використовується для процесу вторинного 
риформінгу засмоктується компресором, де очищається від пилу і механічних 
домішок 
В верхній частині реактора 8, куди надходить повітря після підігрівача і 
риформований газ після реакційних труб, протікають реакції (4.3, 4.4, 4.6) 
 
СН4 + 1/2О2  СО + 2Н2 + 35,62 кДж                    (4.6) 
 
Тепло, яке виділяється в результаті реакції використовується для 
проведення реакцій (4.2, 4.5) на нікелевому каталізаторі. 
Реактор вторинного риформінгу 8 представляє собою вертикальний 
циліндричний футерований апарат з переходом на конус в верхній частині. В 
нижній частині розташована опорна розподільча решітка із жаростійкого 
матеріалу у вигляді піраміди (гірка), в якому є отвори для виходу 
конвертованого газу. Реактор 8 до конусної частини завантажений нікелевим 
каталізатором. Для захисту каталізатора від високої температури по верхньому 
шару покладено декілька шарів із вогнетривкого глинозему. 
Парогазова суміш виходить із реактора вторинного риформінгу з 
температурою не більше 990 0С і з об`ємною долею метану не більш 0,5 %. 
Парогазова суміш із реактора вторинного риформінгу 8 надходить в 
газоохолоджувач 9, де охолоджується котельною водою до температури не 
більше 490 0С. Газоохолоджувач 9 представляє собою горизонтальний 
кожухотрубчастий теплообмінник. Вхідна камера футерована вогнетривким 
матеріалом.  
Далі парогазова суміш надходить в теплообмінник 9, де охолоджується 
за рахунок конвертованого газу, який направляється в реактор метанування 10, 
до температури не більше 480 0С.  
Котельна вода, яка необхідна для охолодження парогазової суміші, 
поступає із парозбірника . Між парозбірником  і газоохолоджувачем 9 
відбувається природна циркуляція. 
Перед надходженням на каталізатор середньотемпературної конверсії 
парогазова суміш після теплообмінника 9 проходить через зволожувач 11, де 
за рахунок впорскування технологічного конденсату в зволожувач, додатково 
насичується водяними парами до співвідношення 0,7:1 і охолоджується при 
цьому до температури 330-400 0С.  
В трубопровід входу парогазової суміші в зволожувач 11,де насичується 
водяними парами до співвідношення пари до газу, яке дорівнює 0,7:1 за 
рахунок впорскування технологічного конденсату із колектора нагнітання 
насосів, передбачена подача азоту під тиском не більш 0,6 МПа (6 кгс/см2) і 
пари з тиском не більш 3,8 МПа (38 кгс/см2). За рахунок впорскування 
конденсату в зволожувач 11 парогозова суміш охолоджується до температури 
190-250 0С. Після зволожувача 11 парогазова суміш поступає на ІІ ступінь 
конверсії оксиду вуглецю в реактор низькотемпературної конверсії 13. 
Реактор 13 завантажений двома шарами мідьхромцинкового 
каталізатору. 
При послідовному проходженні двох шарів каталізатора оксид вуглецю 
при температурі 210-270 0С конвертується за реакцією (6) до об‘ємної долі 
оксиду вуглецю після конвертора поз. 13 не більше 0,7 %. 
Реактор 13 і зволожувач 9 відключаються від агрегату запірною 
засувкою та електрозасувкою по входу газу і запірною засувкою по виходу 
газу, з переводом парогазової суміші по байпасу реактора 13. Для скидання 
тиску з конвертора передбачено переведення на факел або Т-подібну свічу, 
встановлену на колекторі виходу парогазової суміші після 
низькотемпературної конверсії, за допомогою ручних засувок. При проведенні 
операції по окисленню каталізатора в конверторі низькотемпературної 
конверсії, скидання суміші пари з повітрям відбувається на Т-подібну свічу[4]. 
 
                       5 МАТЕРІАЛЬНІ І ТЕПЛОВІ РОЗРАХУНКИ 
 
 
5.1 Матеріальний розрахунок трубчастої печі первинного риформинга 
природного газу. 
Початкові дані: 
Добова продуктивність установки т. аміаку – 1360-20% =1088 
Число днів роботи в році – 329 
Витрата технологічного сухого природного газу, м3 на 1 т аміаку – 625  
Склад природного газу в об'ємних долях (%) : 
СH4 – 93,7 
С2H6 – 3,20 
С3H8 – 1,14 
С4H10 – 0,32 
С5H12 – 0,09 
С6H14 – 0,02 
СO2  – 0,08 
H2     -  
Ar    -  
N2 – 1,45 
Разом 100,00 
Для гідрування стійких органічних сполук сірки в Н2S до природного газу 
додаємо 10 % азотоводневої суміші в об'ємних долях (%): 
Н2 – 74,16; 
СH4 – 1; 
N2  - 24,54; 
 Ar – 0,3 
Тиск парогазової суміші на вході в піч складає 37,265∙105 Па, а на виході 
-  32,362∙105-33,343∙105 Па.Об'ємне співвідношення пар – природний газ 
дорівнює 3,7:1.  
Температура парогазової суміші на вході 525°С. Вміст СH4 в сухому газі 
на виході 9%. Гомологи СH4 розкладаються без остачі. Температура на виході 
з реакційних труб: рівноважна 805°С, фактична 825°С. Співвідношення Між СО2 
та СО у газі, що виходить, відповідає стану рівноваги реакції при 825°С.: 
 
СО+Н2О = СО2+Н2 +41,0 кДж                                                               (5.1.1) 
Температура димових газів на виході з печі 1040°С. 
Розраховуємо годинну продуктивність цеху по аміаку: 
 
1088/24=45,33 т/год 
 
 
Визначаємо навантаження відділення по природному газу: 
 
45,33·625=28331,25 м3/год 
 
де 625 м3/т – витрата газу на 1 т аміаку. 
 
Визначаємо кількість азотоводневої суміші, необхідної для гідрування 
стійких органічних сполук сірки в Н2S:  
 
28331,25∙0,01=233,31 м3/год 
  
По заданому складу азотоводневої суміші визначаємо кількість СН4, N2, 
Н2, Ar. 
Кількість СН4 : 
 
              1∙233,31/100=2,33 м3/год 
 
Кількість N2: 
 
24,54∙233,31/100=57,25 м3/год 
 
Кількість Н2:  
 
74,16∙233,31/100=173,02 м3/год 
 
Кількість Ar: 
0,3∙233,31/100=0,69 м3/год 
 
Всього : 233,31 м3/год 
 
Виходячи з кількісного складу на вході в трубчату піч визначаємо кількість СO2 
: 
 
0,08∙233,31/100=0,18 м3/год 
 
Виходячи з кількісного складу на вході в трубчату піч визначаємо кількість СН4 
: 
 
93,7∙28331,25/100=26546,38 м3/год 
 
Виходячи з кількісного складу на вході в трубчату піч визначаємо кількість С2Н6 
: 
 
3,20∙28331,25/100=906,6 м3/год 
 
Виходячи з кількісного складу на вході в трубчату піч визначаємо кількість С3Н8 
: 
 
1,14∙28331,25/100=322,97 м3/год 
 
 
Виходячи з кількісного складу на вході в трубчату піч визначаємо кількість 
С4Н10 : 
 
 
0,32∙28331,25/100=90,66 м3/год 
 
 
Виходячи з кількісного складу на вході в трубчату піч визначаємо кількість 
С5Н12 : 
 
0,09∙28331,25/100=25,49 м3/год 
 
Виходячи з кількісного складу на вході в трубчату піч визначаємо кількість 
С6Н14 : 
 
0,02∙28331,25/100=5,66 м3/год 
 
Виходячи з кількісного складу на вході в трубчату піч визначаємо кількість: N2: 
1,45∙28331,25/100=410,8 м3/год 
 
Загальна кількість CН4 : 
 
26546,38+2,33=26566,71 м3/год 
 
Загальна кількість N2 : 
 
57,25+410,8=468,05м3/год 
 
На 28331,25 м3/год сухого газу подається водяної пари: 
 
28331,25∙3,7=104825,625 м3/год 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Зводимо склад газової суміші на вході в трубчату піч в таблицю 5.1.1. 
Таблиця 5.1.1 – Склад газової суміші на вході в трубчату піч  
Компонент м3/год об.% кг/год об.% 
1   2   3    4     5 
СО2 0,18  0,35  
СН4 26566,71  14717,95  
С2Н6 906,6  941,05  
С3Н8 322,97  501,24  
С4Н10 90,66  181,96  
С5Н12 25,49  63,49  
С6Н14 5,66  16,83  
Н2 173,02  15,57  
Ar 0,69  1,23  
N2 468,05  585,06  
Разом 28387,01 100 17024,73  
Водяна пара 104825,625  84279,8  
∑ 133212,635  101304,53  
 
Сума Cn в вуглеводах змішаного газу: 
 
26566,71+906,6∙2+322,97∙3+90,66∙4+25,49∙5+5,66∙6=29872,87 м3/год 
 
 
 
 
 
 
Позначимо (м3/год) : 
V – обєм сухого газу на виході;  
а – вміст СО2  в газі, що виходить; 
б - вміст СО  в газі, що виходить; 
в - вміст Н2  в газі, що виходить; 
г – кількість водяного пара, який вступив в реакцію з вуглеводнями 
Складаємо балансові рівняння по елементам у вологому газі на вході та 
виході з трубчатої печі. 
Баланс по С: 
 
0,18+26566,71+906,6∙2+322,97∙3+90,66∙4+25,49∙5+5,66∙6=а+б+0,09V 
 
                                  29873,05=а+б+0,09V                                                    (5.1.2) 
 
Баланс по Н2: 
 
173,02+26566,71∙2+906,6∙3+322,97∙4+90,66∙5+25,49+5,66∙7+104825,625=
в+0,009V∙2+(104825,625-г) 
 
                                              г=в+0,18V-57836,53                                          (5.1.3) 
 
Баланс по О2: 
 
0,18+104825,625∙0,5=а+0,5б+0,5∙(104825,625-г); 
 
                                               0,18=а+0,5б-0,5г                                               (5.1.4) 
 
 
Об'єм сухого газа на виході:  
 
V=а+б+в+0,09V+0,69+57,25; 
 
                                 -57,94=а+б+в+0,91V                                                      (5.1.5) 
 
рівновагу реакції (5.1.1) при 825°С запишемо рівнянням 
 
   К4=[CO2][H2]/[CO][H2O]=а∙в/(б∙(104825,625-г))=0,95                              (5.1.6) 
 
Визначаємо в, віднімаючи рівняння (5.1.5) з рівняння (5.1.2) : 
 
                                                      в=V-29873,05                                             (5.1.7) 
 
Підставляя значення в в рівняння (5.1.3), отримаємо : 
 
                              г=1,18V-87709,58                                                              (5.1.8) 
 
Вирішуємо рівняння (5.1.2) та (5.1.4) разом : 
 
                                       29872,87=0,5б+0,09V+0,5г                                      (5.1.9) 
 
Підставляємо сюди значення г з рівняння (5.1.8) : 
29872,87=0,5б+0,09V+0,5(1,18V-87709,58) 
 
                                              б=147453,58-1,36V                                         (5.1.10) 
 
Після підстановки в рівняння (5.1.5) значень б з рівняння (5.1.10) та в з 
рівняння (5.1.7), отримаємо : 
 
 
-57,94=а+27963,84-1,36V+V-29873,05-0,91V 
                              
                                а=1,27V-1851,27                                                            (5.1.11) 
 
Підставляючи в рівняння рівноваги реакції (5.1.6) значення а з рівняння 
(5.1.11), в з рівняння (5.1.7) та г з рівняння (5.1.8), отримуємо : 
 
К4=((1,27V-1851,27)∙(V-29873,05))/((147453,58-1,36V)∙(104825,625-
1,18V+87709,58))=0,95 
 
Звідси V=53871,03 м3/год 
 
Підставляючи найдене значення V в рівняння (5.1.7)-(5.1.11), 
визначаємо кількість всіх компонентів конвертованого газа : 
 
а=1,27∙53871,03 -1851,27 = 22188,31 м3/год 
 
б=147453,58 -1,36∙53871,03 = 24729,65 м3/год 
 
в=53871,03-29873,05 = 23997,98 м3/год 
 
г=1,18∙53871,03-87709,58 = 80683,86 м3/год 
 
Визначаємо кількість водяної пари на виході з печі: 
 
104825,625-80683,86 = 24141,76 м3/год 
Вірність рішення рівнянь перевіряємо підстановкою значень а, б, в, г в 
рівняння (5.1.6). Отримуємо К4=0,961, що достатньо добре співпадає з 
табличним значенням константи рівноваги реакції водяного газа (5.1.1) при 
825°С (К4=0,95). 
Відношення пар : газ на виході з печі : 
 
24141,76/53871,03 = 0,448 м3/год 
 
Вміст СH4 в сухому газі на виході 9%. Тоді : 
 
53871,03∙0,09=4848,39 м3/год 
 
Ступінь конверсії СН4  ( по Сn в вуглеводнях змішаного газа) : 
 
((29872,87 – 4848,39 )∙100)/ 29872,87 =69 % 
 
Склад газу після трубчатої печі зводжу в таблицю 5.1.2 . 
 
Таблиця 5.1.2 - Склад газу після трубчатої печі  
Компонент м3/год об.% кг/год об.% 
1        2 3 4   5 
СО2 22188,31  43866,28  
СО 24729,65  30912,07  
Н2 23997,98  2159,81  
СН4 4848,39  3199,93  
Ar 0,69  1,23  
N2 70,30  87,875  
       Разом 75834,67  80140,55  
Водяна пара 24141,76  19409,97  
∑ 99976,43  99550,435  
 
 
 
 
Розбіжність матеріального балансу складає: 
 
(101304,53-99550,425)/ 101304,53∙100 = 1,73%, 
 
що пояснюється технікою виконання розрахунків. 
 
5.2 Тепловий розрахунок апарату 
 
Метою теплового розрахунку є визначення температури газу на виході з 
трубчастої печі. 
Тепловий баланс трубчастої печі в загальному вигляді: 
Q1 + Q2 = Q3 + Q4+Q5 + Q6 
де Q1 – фізичне тепло парогазової суміші на вході в піч, кДж ; 
Q2 – тепло, що виділяється при спалюванні х м3 природного газу, кДж ; 
Q3 – витрата тепла на реакції, кДж ; 
Q4 – фізичне тепло парогазовой суміші на виході з печі, кДж ; 
Q5 – фізичне тепло димових газів на виході з печі, кДж ; 
Q6 – втрати тепла в навколишнє середовище, кДж  
Прихід тепла 
Температура газу на вході в апарат згідно технологічного режиму складає 
525С. 
Визначаємо молярні теплоємності компонентів газової суміші [4, с. 72 – 88] на 
вході в піч . 
Питому теплоємність визначаю за формулою (5.2.1) для органічних речовин :  
 
                                            C 0
P = а + b ∙T + c ∙T2                                                         (5.2.1) 
 
    C 0
P (CH4)=14.32+74.66∙525∙10-3-17.48∙10-6∙5252=48.7 кДж/моль∙°С 
 
C 0 (С Н ) =5,75+175,11∙525∙10-3-57,85∙10-6∙5252
P 2 6 =81,73  кДж/моль∙°С 
 
 
C 0
P (С3Н8) =1,72+270,75∙525∙10-3-94,48∙10-6∙5252=117,82 кДж/моль∙°С 
 
C 0
P (С4Н10) =18,23+303,56∙525∙10-3-92,65∙10-6∙5252=152,06 кДж/моль∙°С 
 
C 0
P (С5Н12) =6,90+425,93∙525∙10-3-154,39∙10-6∙5252=187,96 кДж/моль∙°С 
 
Питому теплоємність визначаю за формулою (5.2.2) для неорганічних 
речовин  : 
                                      C 0
P = а + b ∙T + c'/T2                                                               (5.2.2) 
 
C 0
P (СО2)=44,14+9,04∙525∙10-3-8,54∙105/5252=45,79 кДж/моль∙°С 
 
C 0
P (N2)=27.88+4,27∙525∙10-3=30,12 кДж/моль∙°С 
 
C 0
P (Н2О) =30+10,71∙525∙10-3+0,33∙105/5252=35,72 кДж/моль∙°С 
 
Визначаємо об'ємні теплоємності компонентів газової суміші:  
 
СV(CH4)=48.7/22.4=2,174 кДж/м3∙°С 
 
СV(С2Н6)=81,73/22.4=3,648 кДж/м3∙°С 
 
СV(С3Н8)=117,82/22.4=5,259 кДж/м3∙°С 
 
СV(С4Н10)=152,06/22.4=6,788 кДж/м3∙°С 
 
СV(С5Н12)=187,96/22.4=8,391кДж/м3∙°С 
 
СV(СО2)=45,79/22.4=2,044 кДж/м3∙°С 
 
 
СV(N2)=30.12/22.4=1,345 кДж/м3∙°С 
 
СV(H2O)=35.72/22.4=1,594 кДж/м3∙°С 
 
                                   Cp = Ср ∙     , кДж/м3∙°С                                                      (5.2.3) 
  
Визначаємо середню теплоємність сухого змішаного газу від 0 до 525°С 
за формулою (5.2.3): 
 
Cp =2,174∙0,937+3,648∙0,0320+5,259∙0,0114+6,788∙0,032+8,391∙0,0009+2,044∙  
0,0008+1,345∙0,0145=2,4596 кДж/м3∙°С 
 
Q1=28562,52∙2,4596∙525+104825,625∙1,5946∙525=46458159994,71 кДж 
 
де 28562,52– об'єму природного газу, що поступає на конверсію з 
добавкою азотоводневої суміші, м3/год ; 
2,4596 – середня теплоємність сухого змішаного газу від 0 до 525°С, 
кДж/м3∙°С 
28562,52 – загальна кількість водяної пари, що поступила в піч, м3/год ; 
1,5946 - середня теплоємність водяної пари від 0 до 525°С, кДж/м3∙°С 
 
Для визначення теплотворної здатності природного газу набуваємо 
наступних значень теплотворної здатності окремих вуглеводнів, кДж/м3: 
 
CH4 – 35840;                         С4Н10 – 118650; 
 
С2Н6 – 63760;                         С5Н12 – 146080 
 
С3Н8 – 91020; 
 
Нижчу теплотворну здатність природного газу можна розрахувати, 
використовуючи дані матеріального балансу таблицю  . 
 
0,937∙35840+0,032∙63760+0,0114∙91020+0,0032∙118650+0,0011∙146080=37180 
кДж 
 
 
 
Q2=37180∙х  кДж 
 
 
Всього тепла поступає  
 
46458159994,71 +37180∙х кДж 
 
Витрата тепла 
Тепловий ефект реакції згідно закону Гесса визначається : 
 
Q3=∑Qк - ∑Qн  
 
де ∑Qк  – сума алгебри теплот утворення з'єднань в кінцевій парогазовой 
суміші ; 
∑Qн  - сума алгебри теплот утворення з'єднань в початковій парогазовой 
суміші 
Наступні значення теплот утворення (∆Н) з'єднань при 0°С, кДж/м3 
приймаємо з таблиці 5.2.1. 
 
Таблиця  5.2.1 - Значення теплот освіти  
Компонент ∆Н, кДж/м3  
                      1                           2 
СО2 17547 
СО 4932 
Н2О 10789 
СН4 3295 
С2Н6 3697 
С3Н8 4517 
С4Н10 5489 
С5Н12 6364 
 
Тоді витрата тепла буде :  
 
Q3=3849310,30∙7547+3875205,61∙4932+3359190,7674∙3295+27293883,17∙10789
-8389,05∙17547-9836161,245∙3295-335562∙3697-119543,9625∙4517-
33556,2∙5489-9437,6812∙6364-38799356,25∙10789=-99482914719,11  кДж 
 
 
 
 
Визначаємо молярні теплоємності компонентів газової суміші [4, с. 72 – 88] на 
вході в піч . 
Питому теплоємність визначаю за формулою (5.2.4) для органічних речовин :  
 
                                  C 0
P = а + b ∙T + c ∙T2                                                                   (5.2.4) 
 
 
C 0
P (CH4)=14.32+74.66∙825∙10-3-17.48∙10-6∙8252=64 кДж/моль∙°С 
 
C 0
P (С2Н6) =5,75+175,11∙825∙10-3-57,85∙10-6∙8252=110,83 кДж/моль∙°С 
 
C 0
P (С3Н8) =1,72+270,75∙825∙10-3-94,48∙10-6∙8252=160,78 кДж/моль∙°С 
 
C 0
P (С4Н10) =18,23+303,56∙825∙10-3-92,65∙10-6∙8252=205,607 кДж/моль∙°С 
 
C 0 (С Н ) =6,90+425,93∙825∙10-3-154,39∙10-6
P 5 12 ∙8252=253,21 кДж/моль∙°С 
 
Питому теплоємність визначаю за формулою (5.2.5) для неорганічних 
речовин  : 
 
                                            C 0 = а + b ∙T + c'/T2    
P                                                      (5.2.5) 
 
C 0
P (СО2)=44,14+9,04∙825∙10-3-8,54∙105/8252=50,35 кДж/моль∙°С 
 
C 0
P (N2)=27.88+4,27∙825∙10-3=31,40 кДж/моль∙°С 
 
C 0 (Н О) =30+10,71∙825∙10-3
P 2 +0,33∙105/8252=38,78 кДж/моль∙°С 
 
 
 
 
Визначаємо об'ємні теплоємності компонентів газової суміші: 
 
СV(CH4)=64/22.4=2,857 кДж/м3∙°С 
 
СV(С2Н6)=110,83/22.4=4,948 кДж/м3∙°С 
 
СV(С3Н8)=160,78/22.4=7,178 кДж/м3∙°С 
 
СV(С4Н10)=205,607/22.4=9,179 кДж/м3∙°С 
 
СV(С5Н12)=253,21/22.4=11,30кДж/м3∙°С 
 
СV(СО2)=50,35/22.4=2,248 кДж/м3∙°С 
 
СV(N2)=31,40/22.4=1,402 кДж/м3∙°С 
 
СV(H2O)=38,78/22.4=1,731 кДж/м3∙°С 
 
                                              Cp = Ср ∙     , кДж/м3∙°С                                           (5.2.6) 
 
Визначаємо середню теплоємність сухого змішаного газу від 0 до 525  C
: 
 
Cp =2,857 ∙0,937+4,948 ∙0,0320+7,178 ∙0,0114+9,179 ∙0,032+11,30∙0,0009+2,248 
∙ 
0,0008+1,402 ∙0,0145=4,98 кДж/м3∙°С 
 
Q4=64796064,079∙4,98 ∙825=266214629268,57 кДж 
 
де 64796064,079 м3/год – об'єм вологого газу на виході з печі; 
4,98 кДж/м3∙°С - середня теплоємність вологого газу на виході від 0 до 
825°С. 
 
 
Для обчислення Q5 визначаємо кількість і склад димових газів при 
спалюванні 1м3 природного газу до СО2 та Н2О. 
Теоретична витрата О2 на спалювання: 
 
0,937∙2+0,032∙3,5+0,0114∙5+0,0032∙6,5+0,0009∙8+0,0002∙9,5=2,073 м3 
 
Витрата повітря на спалювання при коефициенте надлишку повітря  рівним 
1,25: 
 
2,073 ∙1,25/0,21=12,34 м3 
 
 
Зокрема: 
 
N2 складає: 
 
12,34 ∙0,78=9,625 м3 
 
Ar складає: 
 
12,34∙0,01=0,123 м3 
 
О2 складає: 
 
12,34∙0,21=2,592 м3 
 
Кількість і склад димових газів, що утворюються при спалюванні 1 м3 
природного газу при α=1,25 приведено в таблицю 5.2.2. 
 
Таблиця 5.2.2 - Кількість і склад димових газів 
Компонент м3 об.% 
            1            2              3 
СО2 1,055 7,90 
О2 0,519 3,88 
N2 9,639 72,07 
Ar 0,123 0,91 
Н2О 2,038 15,24 
Всього 13,374 100 
 
 
 
 
При спалюванні х м3 природного газу образуеться 13,374 м3 димових 
газів.  
Середня теплоємність вологих димових газів від 0 до 1040°С рівна 1,5180 
кДж/м3∙°С. Звідси : 
 
Q5=13,374х∙1,5180∙1040=21127х кДж 
Втрати тепла в навколишнє середовище Q6 за практичними даними 
приймаємо рівним 8781238087,5 кДж  на 10486312,5 м3 природного газу, що 
піддається конверсії. 
Загальні витрати тепла: 
99482914719,11+266214629268,57+21127х+8781238087,5=365697543987,68+2
1127х кДж 
Рівняння теплового балансу печі: 
46458159994,71 +37180∙х кДж=374478782075,18+21127х  
х=20433602,57 м3 
Тепловий баланс трубчастої печі наведений у таблиці 5.2.3: 
 
Таблиця 5.2.3 – Тепловий баланс трубчастої печі 
Прихід тепла Кількість Витрати тепла Кількість 
кДж % кДж % 
 1       2          3    4     5     6 
З сумішшю 46458159994,71  5,76 З парогазовою 266214629268,57 33 
природного газу та сумішшю на виході 
водяної пари при з печі при 825°С 
525°С 
Теплота згорання 759721343608,788 94,24 З димовими газами 431700721496,39 53,55 
природного газу на виході з печі 
1040°С 
   Теплота реакції при 99482914719,11 12,33 
0°С 
   Втрати в 8781238087,5 1,08 
навколишнє 
середовище 
Всього 806179503603,498 100  806179503571,57 100 
 
 
З звідного теплового балансу трубчастої печі видно, що теплота згорання 
природного газу складає близько 95% від загального приходу тепла. Значна 
кількість тепла, що виноситься димовими газами (53% від загальної витрати 
тепла), використовується в блоці тепловикористовуючої апаратури, що 
розташована за радіаційною секцією трубчастої печі та має з нею загальні 
металоконструкції. Тут димові гази охолоджуються з 1040 до 160°С. 
 
 
6 РОЗРАХУНОК ОСНОВНОГО АПАРАТУ 
 
 
 
Початкові дані: 
L=133212,635 м3/год ;                                                                   a=3,7; 
Pсер=353∙104 Па;                                                                                m=0,5; 
S=10 м3/100 м3 природного газу;                                                  H=10 м; 
f=0,09;                                                                                                cз=2,0; 
tвх=525°С;                                                                                           tвих=825°С; 
q=8,723∙104 Вт/м2. 
 
Склад природного газу і азотоводневої суміші приймемо з матеріального 
балансу. 
По формулі 6.1 знаходимо середньоінтегральну температуру в трубках: 
 
H
            Т гср=1/Н  (100х0,46 +823)dx=68,5Н0,46+823 К                                          (6.1.) 
0
 
де х – відстань від входу до даного перетину, м; 
Н – довжина опромінюваної частини реакційної трубки, м. 
 
Т гср=68,5∙100,46+823=1020,53 К 
 
По формулі 6.2  визначаємо константу швидкості реакцій: 
 
                            kпр=3,92∙1010∙ехр(-10921/Т гср), Па∙с-1                                             (6.2) 
 
Тоді: 
 
k =3,92∙1010∙ехр(-10921/1020,53 )=8,83∙103 Па∙с-1
пр      
 
  
По формулах 6.3 і 6.4 обчислюємо значення константи рівноваги реакцій 
 
lg K =(9840/T) + 8,3431lgT-2,059∙10-3 
1 Т + 0,178∙10-6 Т - 11,96 + 9,983                  (6.3) 
 
де 9,983 – число, що враховує переклад розмірності величини К1. 
 
lg K4=(2217,5/T) + 80,297lgT+0,3525∙10-3 Т + 0,0508∙10-6 Т2 – 3,26                       (6.4) 
 
Тоді: 
 
K1=3,750∙1011 Па2  
 
K4=1,298 
 
У промисловому реакторі рівноважні ступені конверсії СН4 та СО приймаємо 
α=0,98, αр=0,519, β=βр=0,530. 
 
Для заданых умов по формулі 6.1.6  знаходимо F – функцію, яка залежить від 
значень ступеня конверсії СН4 та СО, складу конвертованої парогазової 
суміші, тиску, температури, вмісту СН4 в сухому конверторному газі. 
 
F=1,15а/ 1 ((lg|2(4-a0)∙a2-b-  2
1 |/|2(4-a0)∙a -b+ 1 |)-(lg|-b- 1 |/|-b+ 1 |))-
(2.3(-b+ 1 )/ 1 ∙ 2 )lg|4(4-a0)∙a- 2 |/4(4-a0)∙a+ 2 |∙(2∙(b+ 1 )/  ∙ 
1 3
)arctg(4(4- 
-a0)∙a/  3                                                                                                                                    (6.5) 
 
де при  ( 4-а0 ) ‹ 0  
 
                                    1 =b2-4(4-a0)∙d                                                                        (6.6) 
     
 
                                      2 =-8(4-a0)(-b+ 1 )                                                            (6.7) 
 
                                      3 =8(4-a0)(b+  )                                                                (6.8) 
1
 
                                           а0=27Р2/k1                                                                             (6.9) 
 
b=3а2+2а+3                                                                 (6.10) 
 
с=а3-а2-а+1                                                                  (6.11) 
 
d=а∙(а+1)2                                                                      (6.12) 
 
Ф=100а-2fV+M2                                                           (6.13) 
 
Звідси: 
 
  а0=27∙(353∙104)2/3,750∙105=897,23 
 
   4-а0=4-897,23=-893,23       
 
    b=3∙3,72+2∙3,7+3=51,47 
 
   с=3,73-3,72-3,7+1=34,27 
 
  d=3,7∙(3,7+1)2 =81,733 
 
 =51,472-4∙(4-897,23)∙81,733=542,839 
1
 
2 =-8(4-897,23)(-51,47+ 542.839 )=1873,831 
 
 3 =-8(4-897,23)(51,47+ 542.839 )=2060,786 
 
F=1,15∙3,7/542,839((lg|2∙(-893,23)∙897,232-51,47-542,839|/|2∙(-893,23)∙897,232-
51,47+542,839|)-(lg|-51,47-542,839|/|-51,47+542,839|))-(2.3(-
51,47+542,839)/542,839∙1873,831)lg|4∙(-893,23)∙897,23-1873, 
831|/4∙(-893,23)∙897,23+1873,831|∙(2∙(51,47+542,839)/542,839∙2060,786)arctg(4∙(-
893,23)∙897,23/2060,786=0,78 
 
Використовуючи рівняння 6.14: 
 
f=(1-α)/(1+3α+α),                                                      (6.14) 
 
знаходимо вміст СН4 в сухому конвертованому газі при середньоінтегральній 
температурі 
 
 f (1020,53)=0,165 
 
Визначаємо величину Ф(α). При початкових складах газів знаходимо величини, 
які залежать від складу газової суміші: 
 
М1=НCH +2Н C +3Н +4Н +5Н
4 2H 6 C3H 8 C4H10 C H +6Н C H +Н CO +Н N +0,01S(H' CH +Н' N +Н' ) 
5 12 6 14 2 2 4 2 Ar
 
М2=3Н CH +5Н C H +7Н C H +9Н C H +11Н C H +13Н +Н +Н
4 2 6 3 8 4 10 5 12 C6H14 CO2 N +0,01S(3∙H' +Н'
2 CH 4 N2
+Н' Ar +Н' H ) 
2
 
М3=4Н CH +7Н C H +10Н C H +13Н C H +16Н C H +19Н C H +Н N +0,01S(H' +Н' +Н'
4 2 6 3 8 4 10 5 12 6 14 2 CH 4 N2 Ar
+Н' H ) 
2
 
М4=5Н CH +9Н C H +13Н C H +17Н C H +215Н C H +25Н C H +Н CO +Н N +0,01S(H'
4 2 6 3 8 4 10 5 12 6 14 2 2 CH +Н'
4
N +Н'
2 Ar +Н' H ) 
2
 
де Ні та Н'і – вміст даного компоненту відповідно в природному газі і 
азотоводневої суміші, що подається на конверсію, об.%; 
S – кількість азотоводневої суміші, що додається до природного газу перед 
гідруванням сірчистих з'єднань, м3. 
Тоді: 
 
М1=2742183057,69;                           
 
М2=10951809534,22; 
 
М3=10973181860,46; 
 
М4=21868337594,78 
 
V2[K4(8f2+6f+1)-(1+3f)]+V{M3+(1+3f)M1— 
-K4[(1+4f)(100a+M2)+(1+2f)M4]}+[K4(100a+M2)M4-M1∙M2=0                                   (6.15) 
 
де K4 – константа рівноваги реакції 5.1.1  
 
Тоді рівняння 6.15 преобразується: 
 
13719,332∙[1,298∙(8∙0,092+6∙0,09+1)-(1+3∙0,09)]+13719,33 
{10973181860,46+(1+3∙0,09)∙2742183057,69-
1,298[(1+4∙0,09)(100∙a+10951809534,22)+(1+2∙0,09)∙21868337594,78]}+[1,298∙(100∙
a+10951809534,22)∙21868337594,78-2742183057,69∙10951809534,22=0 
 
Звідси V=37324341,86 м3/год на 10486312,5 м3/год природного газу. Отже, 
Ф(α)=64796064,079 м3/год або Ф(α)=17998,9м3/с природного газу. 
Таким чином, з використанням рівняння 6.16 знаходимо об'ємну швидкість 
конвертованого природного газу V0 
 
V 7
0=3,276∙10 mkпр/(3+a)T г
ср FФ  , с-1                                        (6.16) 
 
де m – частка вільного об'єму між гранулами каталізатора; 
а – об'ємне відношення пар : природний газ; 
F і Ф – функції, залежні від значень ступеня конверсії СН4 та СО, складу 
конвертованої парогазовой суміші, тиску, температури, вмісту СН4 в сухому 
конверторному газі. 
 
V мах
0 =(3,276∙107∙0,5∙8,83∙103)/(3+3,7)∙1020,53∙0,78∙17998,9=1506,72 с-1  
 
Об'єм завантажуваного каталізатора знаходимо по формулі 6.17 
 
V мах
p=c3L/V0 ,                                              (6.17) 
 
де L – кількість природного газу, що подається в реакційні труби, м3/с; 
c3 – коефіцієнт запасу. 
 
Тоді: 
 
Vр=2∙13719,33/1506,72=18,21 м3/с 
Внутрішній діаметр реакційних труб і число труб визначаємо по формулі 6.18 
і 6.19: 
 
dв=(4c3Lq)/Q мах
p∙V0                                                (6.18) 
 
 
n= Q 2
p ∙V мах
0  /4πc3Lq2H                                        (6.19) 
 
де q – теплонапруга поверхні труб, Вт/м3; 
Qp  – кількість тепла, що передається через стінки реакційних труб, Вт. 
Кількість тепла, що передається через стінки реакційних труб, за даними таблиці 
теплового балансу приймаємо рівним 759721343608,788 кДж або 211033706,56 
Вт.Тоді внутрішній діаметр реакційних труб складе: 
 
dв=4∙2∙13719,33∙8,723∙104/211033706,56 ∙1506,72=0,03 м 
 
Знаходимо число труб:  
 
n=211033706,56 2 ∙1506,72/4∙3,14∙2∙13719,33∙(8,723∙104)2 ∙10=1212 шт 
 
1212∙5/25=242 шт 
 
де 5 – коефіцієнт запасу; 
25 – тиск, атм 
 
При допустимій тривалій міцності для матеріалу труб стали 20Х25H20С2 σдоп і 
коефіцієнті запасу міцності 1,5 напруги, що допускається 
 
[σ]=σ 7
доп/1,5=3,2∙10 /1,5=2,13∙108 Па 
 
Прийняв товщину стінки δ=0,02 м і коефіцієнт міцності зварного шва φ=0,7, 
перевіряємо реакційну трубу на міцність: 
 
φ=Р(dв+δ)/2δσ                                                            (6.20) 
 
 
 
Тоді: 
 
φ=(353 ∙104(0,03+0,02))/2∙0,02∙0,7=6,3∙106 Па 
 
Умова міцності виконана.  
Знаходимо трубу із зовнішнім діаметром  
 
dн=dв+2δ                                                    (6.21) 
 
Тоді: 
 
dн=0,03+2∙0,02=0,07 м 
 
Таким чином, вибрана труба із зовнішнім діаметром dн=0,07 м. 
Оцінюємо основні габарити трубчастої печі. Вибираємо дворядний екран з 
постійним кроком, оскільки при цьому довжина печі найменша. Число 
реакційних труб, що доводяться на 1 м печі складає: 
 
1/0,07=14,28 
 
Загальна довжина трубного екрану дорівнює: 
 
242/14,28=16,95 м 
 
При двокамерному розташуванні трубного екрану в кожній камері, довжина 
камери рівна: 
 
lк=16,95/2=8,47 м 
 
 
 
Кількість реакційних труб в кожній камері складає: 
 
242/2=121 шт 
 
Розбиваємо камеру на 10 секцій. Тоді в кожній секції получається по 12 труб. 
Довжина трубного екрану в секції 
 
8,47/10=0,84 м 
 
Приймаємо загальну довжину секції 1м. 
 
Довжина радіаційної частини печі камери складає: 
 
lр.к=1∙10=10 м 
 
Прийняв відстань від трубного екрану до цегляної кладки і товщину кладки 
рівними відповідн0,70 та 0,25 м визначаємо загальну ширину радіаційної камери 
 
Sр.к=4∙0,25+(2∙0,7+0,07)∙2=3,94≈4 м 
 
Відстань між рядами труб: 
 
1,73∙dн=1,73∙0,07=0,12 м 
 
Висота реакційної труби: 
 
Нр.т=10+4=14 м 
 
Тут додаткові 4м конструктивно вибрані на установку фланців, компенсаторів і 
інших пристроїв. 
Таким чином, габарити радіаційної частини трубчастої печі прямокутного 
перетину для конверсії природного газу будуть такими 
 
lр.к∙Sр.к∙Нр.т=10∙4∙14=560 м3 
 
7 АВТОМАТИЗАЦІЯ ТА КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГІЧНОГО РЕЖИМУ 
ВИРОБНИЦТВА 
 
 
У дипломному проекті розроблена функціональна схема автоматизації 
стадії первинного реформінгу процеса цеху синтезу аміаку. Для підтримки 
оптимального режиму, обумовленого технологічним регламентом установки, 
необхідно разом з безперервним контролем виробництва здійснювати 
регулювання найважливіших технологічних параметрів, що визначають хід 
процесу. Для хімічних виробництв, що в більшості випадків є пожежо - і 
вибухонебезпечними, перевагу має система пневматичних приладів 
автоматики. 
Управління технологічним процесом на основі пневматичної 
автоматики може мати оперативний вплив на роботу об'єкта, а також може 
передавати інформацію та сигнали управління на відстань. 
Пневматичні засоби автоматизації характеризуються великими 
функціональними можливостями, безпекою і високою надійністю в 
експлуатації. За допомогою цих засобів можна побудувати всю систему 
автоматизації технологічного процесу, а також реалізувати алгоритм 
управління практично будь-якої складності. 
Контрольно-вимірювальні прилади встановлюють безпосередньо у 
технологічних апаратів (місцевий контроль) і на центральному щиті оператора 
(дистанційний контроль).  
Розроблена в дипломному проекті функціональна схема автоматизації 
стадії первинного реформінгу конверсії природного газу передбачає 
автоматичний дистанційний контроль  параметрів: 
- регулювання температури після підігрівача природного газа; 
- регулювання температури перед подачею в реакційні труби печі; 
- регулювання температури в реакційних трубах; 
- регулювання тиску в реакційних трубах; 
На підставі аналізу технологічної схеми, норм технологічного режиму 
та апаратурного оформлення визначається необхідний об'єм автоматизації 
виробництва, який занесений в таблицю 7.1. 
Таблиця 7.1 – Об’єм автоматизації виробництва 
Технологічний Параметри, Можливий Місце Вимоги до Примітка 
об’єкт що діапазон відбору схеми 
вимірюють зміни імпульсу автоматизації 
та параметру (вимірювання, 
регулюють регулювання, 
сигналізація, 
регістрація, 
блокування) 
1 2 3 4 5 6 
Трубопровід температура 1 – 1,5 трубопровід вимірювання  
регістрація 
Трубопровід температура 1 – 1,5 трубопровід вимірювання  
регістрація 
Трубопровід температура 1 – 1,5 трубопровід вимірювання  
регулювання 
сигналізація 
Трубопровід тиск 1 – 1,5 трубопровід вимірювання  
регулювання 
регістрація 
сигналізація 
блокування 
Кінець таблиці 7.1 
Трубопровід тиск 1 – 1,5 трубопровід вимірювання  
регістрація 
Піч тиск 1 – 1,5 реакційні вимірювання  
труби 
регістрація 
Піч тиск 1 – 1,5 реакційні вимірювання  
труби 
 
 
 
 
 
7.1 Короткий опис роботи розроблених схем контролю і регулювання 
 Вимірювання температури  
Для вимірювання температури використовую вимірювальний 
перетворювач температури 13ДТ73. Цей сигнал перетворюється в 
пневматичний сигнал 0.02-0.1 МПа за допомогою електропневматичного 
перетворювача ЗПП. Пневматичний сигнал 0.02-0.1 МПа поступає на 
вторинний прилад ПКП., який вимірює величину температури. 
 
Вимірювання температури  
Для вимірювання температури використовую вимірювальний 
перетворювач температури 13ДТ73. Цей сигнал перетворюється в 
пневматичний сигнал 0.02-0.1 МПа за допомогою електропневматичного 
перетворювача ЗПП. Пневматичний сигнал 0.02-0.1 МПа поступає на 
вторинний прилад ПКП., який вимірює величину температури. 
 
 
Вимірювання температури  
для контролю температури в якості первинного датчику вибрано 
перетворювач температури 13ДТ73. Цей сигнал перетворюється в пневматичний 
сигнал 0.02-0.1 МПа за допомогою електропневматичний перетворювач ЭПП. 
Пневматичний сигнал 0,02-0.1 МПа поступає на вторинний прилад ПКП.1Э, який 
вимірює величину температури і сигналізує заданий діапазон її значення. 
Також сигнал надходить на пропорційно-інтегральний регулятор ПР3.32М1 з 
задатчиком з лінійними статичними характеристиками, призначений для 
отримання безперервного регулюючого впливу на виконавчий механізм з 
метою підтримки заданої величини регульованого параметра. Регулювання 
заданого параметру відбувається за допомогою регулюючого клапана з 
пневмоприводом 25ч30нж. Верхній та нижній рівень температури 
сигналізується за допомогою світлової сигналізації. 
 
Контроль та регулювання тиску газу в трубопроводі 
У трубопроводі подачі газу стоїть датчик 13ДИ30К, що видає 
пневматичний сигнал пропорційний значенню тиска. Далі цей сигнал 
подається на вторинний прилад ПКП.1Э, що вимірює та сигналізує дану 
величину. Далі сигнал подається на регулятор ПР3.32М1, через який подається 
звуковий сигнал. 
 
Контроль та регулювання тиску газу в реакційних трубах 
В реакційних трубах подачі газу стоїть датчик 13ДИ30К, що видає 
пневматичний сигнал пропорційний значенню тиска. Далі цей сигнал 
подається на вторинний прилад ПКП.1Э, що вимірює та сигналізує дану 
величину.  
 
Контроль та регулювання тиску газу в реакційних трубах 
В реакційних трубах подачі газу стоїть датчик 13ДИ30К, що видає 
пневматичний сигнал пропорційний значенню тиска. Далі цей сигнал 
подається на вторинний прилад ПКП.1Э, що вимірює та сигналізує дану 
величину.  
 
 
8 АНАЛІТИЧНИЙ  КОНТРОЛЬ ВИРОБНИЦТВА 
 
 
Розробку заходів щодо удосконалення методів контролю якості 
виготовлення продукції, впровадження прогресивних методів контролю, 
виявлення причин і винуватців браку здійснює відділ технічного контролю.  
В сучасних умовах підприємства ВТК є контролюючою організацією, 
головний обов’язок якої полягає в запобіганні випуску продукції, що не 
відповідає СТП та інструкційно-технологічним картам, технологічному 
регламенту.  
ВТК виконує такі завдання, як налагодження відносин із замовниками, 
налагодження якості готової продукції та координація роботи різних 
підрозділів підприємства та виробничого майданчика. Розроблений для 
забезпечення високого рівня стабільної якості продукції. ВТК контролює 
якість сировини та напівфабрикатів та якість готової продукції протягом 
усього виробничого циклу. 
З метою забезпечення виробництва високоякісного аміаку в найкращих 
умовах було розроблено аналітичний план контролю стадії синтезу. В 
таюлиці 8.1 показані показники, що підлягають обов'язковому контролю, їх 
значення та методи вимірювання. 
Таблиця 8.1 ─  Аналітичний контроль виробництва 
Найменуванн Параметр Норми і Назва НТД, Методи 
я стадії, місце контролю, допустимі за якою контролю 
заміру одиниці відхилення проводится 
параметру вимірювання контроль 
1 2 3 4 5 
Циркуляційни Об’ємна  частка, 17,0-24,0 МВВ № А- Хромато-
й газ на вході в %: азоту 1,4/≤≤/1,9 М-264-2006 графічний 
колону метану 3,0-20,0 МВВ № Л-  
синтезу  0,3/≤≤/1,8 М-11-2007 Розрахунковий, 
 аргону 2,0-6,0  за різницею 
  
Продовження таблиці 8.1 
1 2 3 4 5 
 водню 0,2/≤≤/0,6  Титрометричний 
 58,0-71,0  аспіраційний 
   
аміаку 6,0± 0,8 Титрометричний 
  (метод продувки 
колб)  
 
Циркуляційн Об'ємна частка 16  ± 0,3    МВВ № Титрометричний 
ий газ на аміаку, %,   Л-М-11- (метод продувки 
виході з не менше ніж  2007  колб) 
колони     
синтезу  
аміаку 
Трубопровід Масова  МВВ № Л- Фотоколори-
продувок концентрація,  М- 24-2007 метричний  
парозбірника мг/дм3:   Кондукто-
котла фосфатів в   метричний 
утилізатора перерахунку на  2-15   
оксид фосфору  0,2/≤Δ≤/1,0   
    
солевмісту, 1000 ± 20   
не більше ніж  МВВ № Л- Електрод  
 9,5-12,0 М-232- вимірювальний 
водневий ± 0,05 2007 типу  ЭСЛ-43-07 
показник,   Електрод 
рН  допоміжний типу 
 ЭВЛ- 1М3.1 
Іономір 
універсальний 
типу ЭВ-74 
 
 
 
Кінець таблиці 8.1 
1 2 3 4 5 
Конденсат Масова 600± 18 МВВ № Л-М- Титрометричний 
пару після концентрація 96-2007 
  
котла аміаку, мг/дм3, 
утилізатора 
не більше ніж 
 
Трубопровід Масова частка  ГОСТ 6221-90 Розрахунковий  
аміаку, %, не п.3.2 
рідкого  Розрахунковий 
менше ніж: 
аміаку після МВВ № А-М-
99,6 Титрометричний 
збірника  води,  112-2007 
 Спектрофото-
 не більше ніж: ГОСТ 
метричний 
0,4 28326.4-89 
Масова 
Фотоколори-
концентрація,  ГОСТ 
метричний 
мг/дм3, не  28326.5-89 
більше ніж:  
  
Масла 
  
заліза 
8  
 
2± 0,2 
 
 
 
 
 
9 ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ВИРОБНИЦТВА 
 
 
        9.1 Очищення та рекуперація промислових викидів 
Основними відходами виробництва наведеними у таблиці 9.1.1 є 
частинки каталізаторів різних стадій виробництва. Тобто фактично це є не 
що інше як пил.  
Таблиця 9.1.1 – Відходи виробництва.  
Назва Кількіс Розраху Технічна Ступінь 
відходів ть, нок характеристик використан
м3/год кількост а (склад) ня 
і на 1т 
NH3 
1 2 3 4 5 
Каталізатор 19,95т  0,011 кг Ni ГИАП–16 Періодичність 
печі  (20 м3) марки А ТУ 26– 1раз в 4 роки 
03–352–73 
1,134т  0,00033 Ni ГИАП–3–6 Ni Періодичність 
(0,8 м3) К–20, ТУ 6–03– 1раз в 4 роки 
313–71 
 
        9.2 Відходи виробництва за стічними водами. 
В таблиці 9.2.1 наведені відходи виробництва за стічними водами.  
Як видно із таблиці переважною домішкою у стічних водах є аміак. Як 
відомо аміак добре розчиняється у воді.  
 
Таблиця 9.2.1 – Стічні води та викиди в атмосферу 
Назва викиду Кільк, Технічна Ступінь 
м3/год характеристика використанн
я 
1 2 3 4 
1.Отпарний   Прямує на 
технологічний 80 NH3– на більше 500 станцію 
конденсат мл/л 
фізхімочистк
и 
 
Продовження таблиці 9.2 
1 2 3 4 
2.Продувка   Розводиться 
парозбірників 107 Na3PO4 ≤ 15 мл/кг, в якості 
утилізаторів та Н2О 100 % 1301F та 
парозбірного прямує на 
котла станцію 
хімочистки 
3.Втрати 18 Са2+ – 66 мг/кг, SО 2-
4  – В проливну 
очистної води 120, каналізацію 
Hg2+ – 5, Cl – 80 
4.Конденсат з,   Розводиться 
стічні води,   та прямує на 
скид з баків 19.8 NH3 ≤ 10 мл/кг, станцію 
хімікатів, скид масловідсутність хімочистки 
води, промивки  
5.Частково 26 NH3 ≤ 10 мл/кг, В 
зв’язана вода масловідсутність промивнику 
6.Конденсат з  NH3 –0,085 мл/л,  
міжсепараторн 1000 SO2 – 200мл/м3 В 
ого компресора  промивнику 
7.Димові гази 342000 2О2 – 200, СО – 200 Викид в 
первиного атмосферу 
реформінгу  на висоті 
36,8 м 
4.Конденсат з,   Розводиться 
стічні води,   в якості та 
скид з баків 19.8 NH3 ≤ 10 мл/кг, прямує на 
хімікатів, скид масловідсутність станцію 
води, промивки  хімочистки 
 
Кінець таблиці 9.2 
1 2 3 4 
8.Димові гази 14120 2О2 – 200, СО – 200 Викид в 
пускового атмосферу 
котла  на висоті 
30,3 м 
9.Димові гази 6210 2О2 – 200, СО – 200 Викид в  
підігрівача  атмосферу 
на висоті3 3 
м 
10.Гази з 15 NH3 – факультативно Викид в 
маслоблока  атмосферу 
на висоті 21 
м 
11.Гази з 1013 NH3 – факультативно Викид в 
дегазатора  атмосферу 
на висоті 20 
м 
12.Гази з 123,5 СН4 – 85,9 % об, СО2 < Викид в 
дегазатора з 3,5 атмосферу 
компресора Н2 < 0.6 на висоті 20 
м 
13.Викиди з 87400 NH3 – факультативно Викид в 
машиної зали атмосферу 
компресії на висоті 23 
м 
15.Викиди з    
аналізаторної    
Z1 1,13 CO – 19 % Викид в 
Z2 1,53 CO – 0.7 % атмосферу 
Z3 1,19 NH3 – факультативно на висоті 25 
м 
 
 
 
 
10 ОХОРОНА ПРАЦІ 
 
 
10.1  Аналіз умов праці на виробництві синтетичного аміаку 
 
Особливістю виробництва аміаку є присутність в агрегаті синтезу вибухо-
пожежонебезпечних і токсичних газів, високих температур та високого тиску.  
Основними умовами безпечного ведення технологічного процесу є 
додержання нормального технологічного режиму і правил охорони праці при 
роботі, пусках та зупинках виробництва, а також проведення якісних ремонтів 
обладнання. 
Замірювання рівнів шкідливих і агресивних речовин здійснюється за 
допомогою рівнемірів, чим виключається необхідність відкривання люків 
апаратів таким чином технологічний процес обмежує контакт персоналу з 
шкідливими речовинами в концентраціях, перевищуючих ГДК за ГОСТ 12.1.005-
88, і організований як неперервний замкнутий цикл. При виробництві аміаку  
використовується герметична апаратура і проведена комплексна 
автоматизація. Контроль за параметрами технологічного процесу здійснюється 
дистанційно на ЦПК. Контрольно-вимірювальні прилади, які встановлені 
безпосередньо на апаратурі, зручні для спостереження  і обслуговування.! Злив 
розчину з апаратів виконується способами, які виключають виділення в повітря 
шкідливих речовин та забруднення шкіряних покривів працюючих. Всі побічні 
продукти технологічних процесів максимально утилізуються. Невикористані у 
виробництві продукти, які містять шкідливі речовини, знешкоджуються для 
виключення забруднень атмосфери, води та ґрунтів. В робочих приміщеннях, де 
є можливість попадання на шкіру та слизові оболонки небезпечних речовин 
(МЕА, луги) є душові та фонтанчики самодопомоги в достатній кількості та 
місцях, що забезпечують їхнє використання в короткий термін після ураження.  
Всі виробничі джерела тепла (апарати, котли, печі та інші види 
обладнання з виділенням тепла, а також паропроводи та трубопроводи гарячих 
газів та інші) забезпечені пристроями, які запобігають або різко обмежують 
виділення тепла в робочу зону (герметизація, теплоізоляція). 
Зниження шкідливої дії вібрації на організм працюючих забезпечується 
шляхом застосовування дистанційного та автоматичного керування.
 Зниження шкідливої дії шуму на робочих місцях забезпечується 
дистанційним керуванням, встановленням протишумових кабін.  
 Згідно ГОСТ 12.0.003 шкідливі та небезпечні виробничі фактори 
підрозділяються на чотири класи – фізичні, хімічні, біологічні та 
психофізіологічні. По першому класу небезпечними та шкідливими 
виробничими факторами є: машини та механізми, що рухаються, рухомі 
частини обладнання; підвищена і  знижена температура поверхні обладнання; 
підвищена і знижена температура повітря робочої зони; підвищений рівень 
шуму; напруга  в електричному ланцюгу (380/220 В); підвищений рівень 
статичної електрики;  недостатнє  освітлення  робочої  зони; розташування  
робочого місця на значній висоті відносно поверхні підлоги. Перевищення 
нормованих значень небезпечних та шкідливих фізичних факторів може 
призвести до отримання працюючими травм, опіків, переохолоджень або 
перенагрівань, ураження електричним струмом. В результаті тривалої дії шуму 
у людини порушується нормальна діяльність серцево-судинної та нервової 
систем, органів травлення та кровоносних органів, можлива втрата слуху.  
Для забезпечення необхідних санітарних норм параметрів повітряного 
середовища в виробничих приміщеннях і  адміністративно-побутовому 
корпусі цеху встановлені приливні і витяжні вентиляційні установки з 
автоматичним включенням резервних.  
 
 
Контроль за станом повітряного середовища (температури, вологості, 
гранично-допустимих концентрацій аміаку, оксиду вуглецю, парів 
моноетаноламіна), швидкістю потоку повітря, освітленістю робочих місць і 
зовнішніх установок, рівнем шуму і вібрації на робочих місцях здійснюється 
санітарною лабораторією. Для прийому їжі виробничим персоналом існують 
спеціально обладнані кімнати. Для забезпечення працюючих питною водою в 
виробничих  приміщеннях обладнані питні фонтанчики, автомат газованої 
води. 
З метою профілактики професійних захворювань, своєчасного їх 
виявлення і лікування всі робітники цеху регулярно (один раз в рік) проходять 
медичні огляди в МСЧ об‘єднання. На всіх робочих місцях є медичні аптечки.  
Оскільки на території цеху розміщено більшість приміщень категорії А,    
то передбачено: застосування вентиляції, вогнегасників, ЗІЗ робітникам.  
Позначки категорійності приміщень знаходяться  на дверях на видному місці. 
 
10.2 Характеристика шкідливих та небезпечних речовин 
 
Шкідливими  та   небезпечними   речовинами  у  цеху є:  природний  газ 
(метан), конвертований газ, аміак, азотно-воднева суміш, азот, окис вуглецю, 
двоокис  вуглецю, МЕА,  карбоніл  нікелю,  тринатрійфосфат,  їдкий натрій. 
Аміак (NH3) – безбарвний газ с різким специфічним запахом. При 
невеликих концентраціях подразнює верхні дихальні шляхи та очі, викликає 
задуху та сльозовиділення. При високих концентраціях збуджує центральну 
нервову систему, що призводить до судом. При гострих отруєннях може 
настати смерть від набряку легень та серцевої недостатності. При попаданні 
аміаку в очі можлива втрата зору. 
Суміш с киснем повітря вибухонебезпечна. Межі вибуховості (в об’ємних 
%) з повітрям: 15,5-27,0. Густина по відношенню до повітря при 00С и 760 мм 
рт. ст. – 0,597. ГДК – 20 мг/м3. 
Наявність газоподібного аміаку у повітрі біля 3 % об’ємних призводить 
до миттєвого опіку шкіри з утворенням пухирів. 
- Засоби індивідуального захисту: протигаз з фільтруючими коробками 
марок В2Е2К2СО20SX, A2B2E2K2COSXP3D; захисні рукавички, 
окуляри, спецодяг. 
Конвертований газ утворюється внаслідок конверсії природного газу (в 
суміші з водяною парою в печі первинного риформінгу, в суміші з водяною 
парою та киснем повітря в реакторі вторинного риформінгу) та конверсії окису 
вуглецю (в суміші с водяною парою у високотемпературному та 
низькотемпературному реакторах). Складається з водню, азоту, оксиду і 
двооксиду вуглецю та метану. 
Конвертований газ - легший за повітря (густина його коливається в 
залежності від складу). В суміші з повітрям горить. Межі вибуховості (в 
об’ємних %) з повітрям: 4,0  - 73,0. Конвертований газ отруйний через 
наявність в його складі окису вуглецю. ГДК по окису вуглецю – 20 мг/м3.  
- Засоби індивідуального захисту: протигаз з коробкою марок фільтрів 
В2Е2К2СО20SX, A2B2E2K2COSXP3D; ізолюючі протигази . 
Азотно-воднева суміш складається з водню, азоту, невеликої кількості 
метану, оксиду і двооксиду вуглецю, не має запаху. Внаслідок наявності 
водню  горить  та  утворює  вибухонебезпечні  суміші  з  повітрям.  Межі 
вибуховості (в об’ємних %) с повітрям: 4-75 %. При великих концентраціях в 
атмосфері викликає задуху із-за не достатку кисню у повітрі. Температура 
самоспалаху  - 510 0С (по водню). Легша повітря.  
 
- Засоби індивідуального захисту: протигаз з фільтруючими коробками 
В2Е2К2СО20SX, A2B2E2K2COSXP3D; ізолюючі протигази. 
Азот (N2) – безбарвний газ, без запаху. Густина по відношенню до повітря - 
0,97 %. Не горить и не підтримує горіння. Азот знижує вміст кисню у повітрі. 
При  високих  концентраціях  після  1-2  вдихів  спричиняє  втрату свідомості 
і задуху. У зв’язку з великою хімічною інертністю в нормальних умовах 
застосовується як головний засіб пожежогасіння. 
 
10.3 Індивідуальні та колективні засоби захисту від шкідливих 
виробничих факторів, якими слід користуватися  
 
Для забезпечення особистої безпеки і захисту від дії шкідливих 
виробничих факторів працівниками цеху видаються за встановленими 
нормами засоби індивідуального захисту (ЗІЗ), до яких відносяться: 
спецодяг, спецвзуття, фільтруючі протигази, рукавиці (рукавички), захисні 
окуляри, респіратори, каски. Терміни використання ЗІЗ встановлюються 
календарні і обчислюються з дня видачі їх робітникам (службовцям). Усі   
працівники  зобов'язанімати протигаз з фільтруючими коробками 
В2Е2К2СО20SX, A2B2E2K2COSXP3D. При знаходженні в цеху і при 
пересуванні по території товариства слід мати його при собі і уміти ним 
користуватися.  
   Окрім індивідуальних фільтруючих протигазів, виданих кожному 
працюючому особисто, в цеху є спеціальні шафи з аварійними протигазами. 
Місце розташування шаф визначається планом ліквідації аварійних ситуацій і 
аварій. 
             
 10.4 Пожежна безпека  
 
При розробці генеральних планів з точки зору пожежної безпеки 
важливо забезпечити відповідні протипожежні відстані між будівлями та 
спорудами для запобігання займання сусідньої будівлі протягом часу, 
необхідного для приведення в дію засобів пожежогасіння. 
 Ці відстані залежать від ступеня вогнестійкості будівель і споруд, а 
також від їх категорії за вибухопожежною та пожежною небезпекою. 
Протипожежні відстані  між виробничими будівлями промислових  
підприємств  належить приймати відповідно до вимог ГОСТ 12.1.004-91 
Система стандартів безпеки праці. Пожежна безпека. Загальні вимоги.  
При виникненні пожежі на початковій стадії її розвитку виділяється 
тепло, токсичні продукти горіння, можливі руйнування конструкцій. Тому 
необхідно якнайшвидше організувати евакуацію людей із будівель, що горять. 
Показником ефективності евакуації є час, протягом якого люди можуть  при 
необхідності залишити окремі приміщення і будівлю чи споруду загалом. 
Безпека евакуації досягається тоді, коли час евакуації не перевищує часу 
настання критичної фази розвитку пожежі, тобто часу від початку пожежі до 
досягнення граничних для людини значень чинників пожежі критичних 
температур, концентрацій кисню.  
На видних місцях будівлі та приміщень (як правило, в коридорах та 
проходах, біля виходів з приміщень), вивішуються плани евакуації.  
Число евакуаційних виходів повинно бути не менше двох. Двері на 
шляхах евакуації повинні відчинятися в напрямку виходу з будівель 
(приміщень). Допускається влаштування дверей з відчинянням усередину 
приміщення в разі одночасного перебування в ньому не більше 15 чоловік. При 
наявності людей у приміщенні двері евакуаційних виходів можуть замикатись  
лише  на  внутрішні  засуви, які  легко відмикаються. Мінімальна ширина 
шляхів евакуації — не менше 1 м, дверей — не менше 0,8 м. Віддаль від 
найвіддаленішої точки цеху або приміщення до евакуаційного виходу 
визначається згідно з ДБН-В.1.1-7-2016 «Пожежна безпека об’єктів 
будівництва. Загальні-вимоги»  залежно від ступеня вогнестійкості будівлі та 
кількості людей, що евакуюються. Не допускається влаштовувати евакуаційні   
виходи  через  приміщення  категорії  А  і  Б,  а  також  через  виробничі  
приміщення  в  будівлях  ІІІб, IV, IVa, V ступенів  вогнестійкості. 
Категорія вибухопожежної та пожежної небезпеки приміщення, а також 
клас його вибухопожежонебезпеки за ДСТУ-Б-В.1.1-36-2016. «Визначення 
категорій приміщень будинків та зовнішніх установок за вибухопожежною та 
пожежною безпекою» повинні бути позначені відповідно табличкою згідно 
встановлених норм на вхідних дверях виробничих та складських приміщень. 
Всі приміщення повинні мати однакові розміри  сходинок. 
Згідно з ПУЕ, в пожежонебезпечних зонах використовується 
електрообладнання закритого типу, внутрішній простір якого відділений від 
зовнішнього середовища оболонкою. Апаратуру керування і захисту, 
світильники рекомендується застосовувати в пилонепроникному, 
вибухозахищеному та іскрозахисному виконанні типу НОБ-300 наведеному на 
рисунку 10.1 
                                            
Рисунок 10.1 – світильник типу НОБ - 300 
Для аварійного освітлення використовують люмінесцентні лампи. Вся 
електропроводка повинна мати надійну ізоляцію, тобто мати маркування 
відповідного ступеня захисту оболонки електрообладнання міжнародного 
знака захисту (IP). 
У вибухонебезпечних зонах та в зовнішніх установках слід 
використовувати вибухозахищене обладнання, виготовлене згідно з ДСТУ Б 
В.1.1-36:2016. Пускову апаратуру,  магнітні  пускачі  для  класів  В-І  та  В-ІІ 
необхідно виносити за межі вибухонебезпечних приміщень з дистанційним 
керуванням. Проводи у вибухонебезпечних приміщеннях мають прокладатися 
у металевих трубах.  
Перед проведенням тимчасових вогневих робіт розробляються заходи 
пожежної безпеки, сповіщається пожежна охорона, призначаються особи, 
відповідальні за забезпечення пожежної безпеки і після цього видається 
підписаний наряд-допуск на проведення робіт. Такий дозвіл дається на одну 
зміну. Після закінчення вогневих робіт зварювальник зобов'язаний оглянути  
місце роботи, полити водою горючі конструкції. Місце проведення вогневих 
робіт необхідно кілька разів перевірити протягом двох годин після закінчення 
роботи.  
 У системі пожежогасіння виконана аварійна і попереджувальна 
сигналізація. У приміщенні ЦПК (корп. 351) включається світлозвукова 
сигналізація від електродатчиків і клапанів, і попереджувальної сигналізації, 
яка сигналізує: про відключення автоматичного пуску установки; про контроль 
напруги на основному і резервному введенні; про   несправність   ланцюга   
електродвигунів,  електровентилів   на встановлених клапанах секцій; 
відключення звукової сигналізації. У цеху передбачені такі засоби 
пожежогасіння: порошкові вогнегасники, вуглекислотні вогнегасники, 
пересувний вуглекислотний вогнегасник ОУ-80,  азот, азбестове полотно,  
пожежогосподарська вода, пара, пісок. 
    Порошкові і вуглекислотні вогнегасники встановлені у всіх виробничих 
приміщеннях. Водне пожежогасіння передбачене у всіх виробничих 
приміщеннях, транспортних галереях, на етажерці синтезу. У масло пункті 
цеху передбачено  гасіння  пожежі  парою. При  виявленні  в  процесі  роботи 
несправності устаткування, засобів захисту, виникненні будь-яких шкідливих 
та небезпечних факторів, що загрожують життю і здоров'ю працівників, 
нещасних випадків, раптових захворювань, необхідно негайно доповісти 
своєму керівникові. Всі прилади та обладнання, які знаходяться на території 
цеху заземлені. 
На території цеху в кожному приміщенні знаходяться вогнегасник, 
пожежний гідрант, телефон, ручний пожежний сповіщувач. На центральному 
пристрої керування (ЦПК) додатково знаходяться аптечка, зв'язок з головним 
диспетчером товариства та ДПЧ. На проїзній частині, що знаходиться між 
корпусами, передбачені шляхи під'їзду і маневрування спецтехніки. 
10.5 Освітлення виробничих приміщень 
При освітленні виробничих приміщень використовується природнє і 
штучне освітлення. 
Природне освітлення передбачається в приміщеннях з постійним 
перебуванням людей у відповідності з вимогами ДБН В.2.5-28:2018 
«Природне та штучне освітлення». Воно здійснюється за допомогою систем 
бічного (однобічного та двобічного) освітлення. 
За конструктивним використанням штучне освітлення може бути 
загальним і комбінованим (до загального додається місцеве, встановлене 
безпосередньо на робочих місцях). Використання тільки місцевого освітлення 
забороняється. 
В якості джерел світла застосовують газорозрядні лампи і лампи 
розжарювання. 
Лампи розжарювання відносяться до джерел світла теплового 
випромінювання. Переваги: зручні при експлуатації, не потребують 
додаткових пристроїв для вмикання в мережу, прості у виготовлені. Недоліки: 
низька світловіддача 7 -20 лм/Вт, малий термін служби (до 2000 годин), в 
спектрі переважають жовті і червоні промені (дуже відрізняється 
спектральний склад цих ламп від сонячного світла), скривлюють 
кольоропередачу (тому їх не застосовують при роботах, де потрібно 
розрізняти кольори). 
Газорозрядні лампи – це прилади, в яких випромінювання  оптичного 
діапазону виникає в результаті електричного розряду в атмосфері інертних 
газів і парів металів, а також за рахунок явища люмінесценції. Переваги: 
велика світловіддача 40 – 110 лм/Вт, високий термін служби (до 10000 годин), 
від газорозрядних ламп можна одержувати світлових потік практично в будь-
якій частини спектру, підбираючи відповідним чином інертні гази і пари 
металів. Недоліки: пульсації світлового потоку, період розгорання може 
досягти 10 хвилин, утворення радіоперешкод, при використані газорозрядних  
ламп через пульсацію світлового потоку можлива поява стробоскопічного 
ефекту. Газорозрядні лампи поділяються на лампи низького тиску 
(люмінесцентні) та високого тиску (дугові ртутні – ДРЛ, галогенні, ксенонові 
та інші). 
 При штучному освітленні нормується величина освітленості в люксах 
(Лк) від 50 до 1000 , яка вибирається в залежності від характеристики зорової 
праці з урахування найменшого розміру об’єкта розрізнення, фона, контрасту 
об’єкта розрізнення з фоном.  
Таким же чином нормується величина освітленості при суміщеному 
освітленні. 
 
11 ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ 
 
 
 
11.1 Дослідження ринку та забезпечення випуску продукції 
 
Основними споживачами синтетичного аміаку, який виробляє 
підприємство ВАТ "Азот", є сільськогосподарські та промислові підприємства 
України, США, Туреччини, Марокко, Норвегії, Польщі. Проте потенціал 
відкритого акціонерного товариства "Азот" аграріями України 
використовується неповністю. Хоча загальне споживання мінеральних добрив 
та аміаку на внутрішньому ринку зростає, експортна орієнтація підприємств, 
що спеціалізуються на виробництві мінеральних добрив та аміаку залишається 
головним фактором збереження стабільних обсягів виробництва. Поставки на 
внутрішній ринок становлять не більше ніж 30 % загального обсягу 
виробленого аміаку. Найбільш перспективними ринками збуту продукції 
товариства є країни, які знаходяться у безпосередньому сусідстві з Україною, 
що забезпечує мінімальні транспортні витрати, – Центральна Європа, 
європейська частина СНД, країни Балтії, а також країни з великим обсягом 
споживання, а саме: Китай, Індія, В'єтнам, Малайзія, Бразилія, Аргентина. В 
експортних поставках переважали угоди із значними сільськогосподарськими 
товаровиробникамита промисловими підприємствами, що мають велику 
купівельну спроможність. ВАТ "Азот" застосовує прямі продажі товару з 
ціновою диференціацією за кількісною ознакою.  Вибір м. Черкас для 
будівництва хімічного підприємства, ґрунтується на тому, що воно має вдале 
економіко-географічне положення. Місто Черкаси розташоване в центрі 
України, на перетині автомобільних, залізничних, водних шляхів. Це дозволяє 
вести ефективну економічну діяльність. При виборі місця розташування 
підприємства враховувалася  
спеціалізація економічних районів. В Черкаській області широко розвинута 
сільськогосподарська діяльність, тому існує постійна потреба в мінеральних 
добривах, також основними споживачами продукції в Україні є сусідні 
області: Київська, Вінницька, Хмельницька, Полтавська, Кіровоградська. Таке 
розміщення підприємства дозволяє зменшити витрати на транспортування 
продукції. 
На підприємстві створені усі умови для виробництва продукції високої 
якості. ВАТ "Азот" максимально наближений до джерел сировини, паливних 
та енергетичних ресурсів. Джерелом електроенергії є Черкаська ТЕЦ, що 
знаходиться поблизу. Велике значення має той факт, що м. Черкаси 
розташовано на березі річки Дніпро. Водні ресурси використовуються 
безпосередньо для потреб виробництва та для транспортування готової 
продукції.  
Підприємство ВАТ "Азот" знаходиться за межами жилої зони міста 
Черкаси, що дає можливість захистити мешканців міста від викидів та від 
можливих аварійних ситуацій на підприємстві. 
Наявність у Черкасах вищого учбового закладу (ЧДТУ) дозволяє 
підготувати необхідних спеціалістів – хіміків технологів та економістів. 
Молодших спеціалістів-хіміків готує Хіміко-технологічний технікум 
Дніпродзержинського державного університету, філіал якого знаходиться в 
Черкасах. Отже, наявні в Черкасах трудові ресурси повністю задовольняють 
потребу в спеціалістах цього напрямку. 
Підприємство ВАТ "Азот" повністю забезпечене сировиною для здійснення 
технологічного процесу. Основними джерелами сировини для виробництва 
аміаку є промислові підприємства України. Основна сировина – природний 
газ, постачається підприємством "Черкасигаз". Іншими основними 
постачальниками сировини є ТОВ "Мiндоро", м. Дніпропетровськ (їдкий 
натрій технічний), ООО "ПКФ"Хімрегіон", м. Дзержинськ  (моноетаноламін), 
ТОВ "НВК"Алвіго-КС", м.Сєвєродонецьк(каталізатори конверсії природного  
газу та синтезу аміаку) [5], ТОВ "Плазма", м. Харків (тринатрійфосфат), ЗАТ 
"НВЦ"Борщагівський ХФЗ", м.Київ (активоване вугілля), ТОВ 
"НВП"Укроргсінтез" (силікагель). 
 
11.2 Маркетинг – план  
 
Аміак є одним з найважливіших продуктів сучасної хімічної 
промисловості, а попит на ринку великий. Основна сфера його застосування 
- виробництво азотної кислоти та азотних добрив. Крім того, аміак також 
використовується у виробництві багатьох інших хімічних речовин. Останнім 
часом зріджений аміак та водні розчини аміаку широко застосовуються 
безпосередньо як азотні добрива. 
З аміаку отримують різні солі амонію, сечовини та поживні речовини. 
Він також використовується як дешевий холодоагент у промисловому 
холодильному обладнанні. Аміак також використовується для отримання 
синтетичних волокон, таких як нейлон та нейлон. У легкій промисловості 
використовується для чищення та фарбування бавовни, вовни та шовку. У 
нафтохімічній промисловості аміак використовується для нейтралізації 
кислотних відходів, тоді як при виробництві природного каучуку аміак 
допомагає захистити латекс під час транспортування з плантації на завод. За 
допомогою методу Solve аміак також використовується у виробництві соди. 
У металургійній промисловості для азотування використовують аміак - 
поверхневий шар сталі насичений азотом, що значно підвищує його 
твердість. 
Так як аміак може використовуватися в багатьох галузях господарства, 
ВАТ "Азот", щодо його реалізації, дотримується диференційованої стратегії 
маркетингу, тобто підприємство орієнтується на декілька груп споживачів. 
Основними цільовими сегментами на ринку для підприємства є: ринок 
виробників мінеральних добрив (передусім карбаміду та аміачної селітри),  
ринок сільськогосподарської продукції, ринок синтетичного волокна, ринок 
виробників соди, ринок виробників органічних синтетичних речовин. 
Основні цілі, які прагне досягнути підприємство ВАТ "Азот": 
- підвищити якість продукції, з метою задоволення вимог та очікувань 
споживачів (замовників) до якості; 
- збільшити обсяги продажів та реалізації виробленої продукції; 
- поступово впроваджувати сучасні технології виробництва;  
- підтримувати конкурентноспроможність продукції;   
- зменшити вплив на навколишнє середовище істотних аспектів за 
рахунок впровадження передових та економічно обґрунтованих 
технологій; 
- знизити  дію небезпечних факторів та ризиків для працюючих . 
Ціна на аміак визначається з врахуванням собівартості продукції, 
очікуваного прибутку та аналізу цін на аналогічний продукт у конкурентів. 
При цьому підприємство дотримується стратегії зниження ціни при 
замовленні значної кількості продукції . 
Велика увага підприємства зосереджена на рекламі продукції. 
Головними завданнями рекламної діяльності підприємства є: збільшення 
попиту на аміак, переконання у високій якості продукції, створення 
позитивного іміджу підприємства. Для розповсюдження реклами 
використовується різноманітні засоби масової інформації: телебачення, 
Інтернет, радіо, газети, журнали. Також реклама розміщується на великих 
стендах. Також планується створити можливість замовлення продукції ВАТ 
"Азот" через мережу Інтернет. Бюджет витрат на рекламу складає приблизно 
5 % від чистого прибутку. 
Отже, для того щоб ВАТ "Азот" був конкурентноспроможним на ринку 
йому необхідно дотримуватися обраної стратегії маркетингу, розробляти нові 
форми і методи реклами, доставки і збуту продукції, стежити за коливанням 
ціни на продукцію.   
11.3 Виробничий план підприємства        
 
а) Вибір методу виробництва та режиму роботи цеху. 
Синтез аміаку оснований на реакції водню та азоту під тиском 30 МПа 
та температурі 430 – 570 ºС на залізному каталізаторі. 
Водень для синтезу аміаку можна отримати електролізом води, газифікацією 
твердих палив, криогенним методом з коксового газу, конверсією природного газу 
(парокисневою, пароповітряною, парокисневоповітряною). Азот отримують 
розділенням повітря. 
Найбільш економічно ефективним методом отримання водню є метод 
пароповітряної конверсії природного газу під тиском 3,0 – 4 МПа. Цей метод 
характеризується відносно низькою витратою енергії та не потребує застосування 
дорогого та енергоємного устаткування для розділення повітря . 
Для оцінки економічної ефективності та практичної доцільності обраної 
схеми виробництва аміаку велике значення мають видаткові коефіцієнти на  1 
т аміаку.  
Основними стадіями виробництва аміаку є: сепарація природного газу 
від рідких вуглеводнів; підігрів і очищення природного газу від сірковмісних 
сполук, каталітична конверсія вуглеводнів природного газу з водяною парою 
в трубчастій печі (первинний реформінг); каталітична конверсія метану з 
киснем повітря в шахтному конверторі (вторинний реформінг); рекуперація 
тепла і виробництво пари; каталітична конверсія оксиду вуглецю в дві стадії 
(на середньо температурному і низькотемпературному каталізаторах); 
охолодження конвертованого газу і конденсація водяної пари; очищення 
конвертованого газу від двооксиду вуглецю розчином моноетаноламіну; 
каталітичне очищення конвертованого газу від оксиду і двооксиду вуглецю 
(метанування); регенерація розчину моноетаноламіну; компремування синтез-
газу поршневими компресорами; синтез аміаку; вловлювання аміаку з 
танкових, продувних газів. 
У зв’язку з тим, що зупинка обладнання може призвести до значних 
витрат сировини, матеріалів, порушення технологічного режиму, обираємо  
 
безперервний режим роботи цеху. 
Робота цеху організується в безперервному режимі в 3 зміни по 8 годин. 
Розраховуємо необхідну кількість бригад за формулою: 
24
П  1,
t                 (11.3.1) 
             зм
де  tзм  – тривалість зміни, год. 
24
                        П  1 4бригади.
8  
 Визначаємо тривалість змінообігу 
 
Т  П а,
                          зм                 (11.3.2) 
 де  а ‒  число робочих днів в зміні протягом тижня, днів.  
 
Т зм  4 4 16днів.  
 
Графік роботи змін наведений у таблиці 11.3.1.  
За цим графіком кожна бригада (робітник) працює по 8 год в зміну і 
після чотирьох днів роботи в цій зміні має 48 годинний відпочинок. 
Чергування змін проводиться послідовно – кожна бригада (робітник), яка 
працювала чотири дні в першу зміну, через 48 год починає працювати в 
другу зміну тощо. Після чотирьох днів роботи в третю зміну і 48 год 
відпочинку починається наступний цикл. При загальній кількості годин за рік 
365·24 = 8780 год на одну бригаду в середньому за місяць припадає: 
8780/(12·4) = 182,5 год. 
 
           Таблиця 11.3.1 – Графік роботи змін
Дні місяця 
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 
0 – 
I А А А А Б Б Б Б В В В В Г Г Г Г А А А А Б Б Б Б В В В В Г Г 
8  
8 – 
II В Г Г Г Г А А А А Б Б Б Б В В В В Г Г Г Г А А А А Б Б Б Б В 
16  
16 
III – Б Б В В В В Г Г Г Г А А А А Б Б Б Б В В В В Г Г Г Г А А А А 
24  
Відпочи
Г В Б Б А Г В В Г А Г Г В В А А Г В Б Б А Г В В Г А Г Г В В 
-нок 
Зміни 
Години 
б) Машини і обладнання цеху. 
1) Фонд часу роботи машин та обладнання. 
При визначенні часу роботи обладнання виділяють календарний, дійсний 
та ефективний фонд часу роботи.    
Календарний фонд – це максимально можливий фонд часу роботи 
обладнання на рік:  
 
F  24 365  8760год
                   к  
 
Дійсний (номінальний) фонд дорівнює часу роботи обладнання в 
залежності від встановленого режиму виробництва: 
 
  Fд  365  np ,
        (11.3.3) 
де  np – кількість годин роботи обладнання на добу.  
Для безперервного режиму виробництва календарний фонд часу Fк 
дорівнює дійсному фонду часу Fд. 
Ефективний фонд часу знайдемо за формулою: 
 
F  F Т Т ,
                            еф д рем о                                    (11.3.4) 
де  Tрем – загальна тривалість зупинок обладнання по всіх видах ремонту 
протягом року, год; 
       Tо – тривалість зупинок технологічного характеру за рік, год. 
Ефективний фонд часу роботи обладнання знайдемо за формулою 11.3.4: 
 
Fеф = 8760 – 900 – 30 = 7830 год. 
 
2) Розрахунок виробничої потужності цеху. 
Виробничу потужність цеху визначаємо за формулою: 
 
N = Q   . n   .  Теф   . Kв ,       (11.3.5) 
 
де  Q –  продуктивність агрегату за добу; 
n –  кількість агрегатів; 
Теф –  ефективний фонд часу роботи обладнання; 
Кв –  коефіцієнт виходу продукції. 
Річна потужність схеми 260400 т/рік. Приймаємо кількість втрат 1%. 
 
Вп = 260400. 1,01 = 263004 т/рік            (11.3.6) 
Тоді продуктивність агрегату за добу буде: 
 
Q = Вп / n   .  Теф   . Kв = 263004/(1  . 8004  . 0,99) = 33.19 т/добу. 
N = 33.19. 1   .  8004   . 30 =7969582,8 т/рік 
 
3) Розрахунок вартості основних фондів. 
До вартості основних фондів відносять вартість будівель та споруд і 
вартість обладнання.  
Розрахунки вартості будівель, споруд та обладнання здійснюється за 
даними їх вартості на підприємстві. 
Результати розрахунків вартості будівель та споруд наведені в таблиці 11.3.2 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 11.3.2 – Розрахунки вартості будівель та споруд 
Ціна за 
Кільк. Аморти- Сума аморти-
Найменування одиницю, 
одиниць зація, % зації, грн 
грн 
1 2 3 4 5 
І. Будівлі: 
Компресорне відділення 1 5067373,00 8 405389,84 
Насосна станція 1 186167,00 8 14893,36 
Установка відпарних 
1 1517437,00 8 121394,96 
колон 
Побутовий блок 1 549267,00 8 43941,36 
Адміністративний блок 1 529267,00 8 42341,36 
Складське приміщення 1 96167,00 8 7693,36 
ІІ. Споруди: 
Відкритий майданчик під 1 985360,00 8 78828,8 
обладнання сіркоочистки 
Відкритий майданчик під 
обладнання конверсії 1 1332946,00 8 106635,68 
природного газу 
Відкритий майданчик під 1 1337001,00 8 106960,08 
обладнання МЕА очистки 
Відкритий майданчик під 
обладнання синтезу 1 1552170,00 8 124173,6 
аміаку 
Разом по будівлях та 10 13153155 8 1052252,4 
спорудах 
 
 
Результати розрахунків вартості обладнання наведені в таблиці 11.3.3 
 
Таблиця 11.3.3– Розрахунки вартості обладнання 
Вартість з 
Монтаж і урахуванн
Амор
Найменуван- Кільк. Ціна за транспорт ям Сума 
ти-
ня оди- оди- (10-15% монтажу амортизації, 
зація, 
обладнання ниць ницю, грн від ціни), і грн 
% 
грн транспорт
у, грн 
1 2 3 4 5 6 7 
Збірник 
розчину 2 3222,21 3122,21 4433,21 24 1211 
МЕА 
Агрегат 
конверсії і 
1 5627779,1 5627779,1 7420033,6 24 1792254,53 
МЕА 
очистки 
Теплообмін-
4 81136,85 81136,85 91073,72 24 9936,87 
ник 
Очисник 
моноетанол- 1 14886,12 14886,12 17044,4 24 2158,28 
аміну 
Холодильник 2   56375,96 56375,96 64425,76 24 8049,83 
Конденсатор 
1 34250,60 34250,60 39890,56 24 5639,99 
регенератів 
Випарник 
1 93932,83 93932,83 110223,84 24 16291,01 
МЕА 
Разом по 
12 5911580,6 5911580,6 7747122,2 24 1835541,60 
обладнанню 
 
 
 
11.4 Штати і фонди заробітної плати персоналу 
1) Баланс часу роботи. 
Баланс часу роботи визначає кількість днів, які повинен відпрацювати 
 один робітник за рік в залежності від прийнятого в проекті режиму роботи цеху 
і тривалості робочої зміни. 
Баланс робочого часу одного робітника в днях за рік наведений у таблиці 
11.4.1. 
 
Таблиця 11.4.1– Баланс робочого часу одного робітника в днях за рік 
1 Календарний фонд 365 днів 
2 Вихідні дні 91 день 
3 Дійсний фонд часу роботи 274 дні 
4 Неявки на роботу:  
а) відпустка  24 дні 
б) хвороба (сер.) 7 днів 
в) виконання держобов’язків 1 день 
5 Разом невиходів 32 дні 
6 Ефективний фонд часу 1 робітника 242 дні 
 
При обраному 4-бригадному графіку змінності кожний робітник за 
змінообіг (16 днів) працює 12 днів по 9 годин і має 4 вихідних дні. Тоді загальна 
кількість вихідних днів: (365:16)·4 = 91 день. 
2) Визначення кількості працюючих. 
Для визначення чисельності робітників використовують норми виробітку 
або норми обслуговування обладнання та апаратури. 
Робочі місця повинні бути визначені згідно з місцями (точками) 
спостереження та операціями обслуговування процесу, а також обсягом роботи 
по управлінню кожною дільницею (апаратом та ін.) 
Відповідно ці робочі місця повинні бути визначенні за кваліфікацією 
робітників та тарифними розрядами, які передбачені тарифно-кваліфікаційним 
довідником. 
Розрахунок кількості робітників проводиться за явочним списком. Для  
 
переходу від явочної до облікової кількості необхідно зіставити кількість днів 
роботи цеху з часом роботи окремого робітника за рік. 
При безперервній роботі цеху кількість днів роботи на рік становить 365 
днів, баланс роботи одного робітника – 242 дні, тоді коефіцієнт переходу від 
явочної до облікової кількості робітників становить: 
 
                                                    К = 365:242 =1,5. 
 
Різниця між обліковою та явочною кількістю робітників становить 
додаткову кількість для підміни в графіку змінності роботи та заміни при неявці 
в зв’язку з хворобою, відпусткою тощо . 
3) Розрахунок фонду зарплати робітників. 
Розрахунки фонду зарплати для робітників основних виробництв та 
допоміжних робітників наводяться окремо, тому що зарплата (з нарахуванням) 
робітників основних виробництв при калькуляції собівартості продукції 
включається в окрему статтю витрат, а допоміжних робітників – в склад цехових 
витрат та витрат по утриманню та експлуатації обладнання. При цьому 
допоміжні робітники розподіляються на групи: 
- робітники по обслуговуванню технологічного процесу (КВП і А, лаборанти 
та ін.) – зарплата цієї групи включається в кошторис цехових витрат; 
- робітники по нагляду за технологічним обладнанням (чергові слюсарі та 
електрики, налагоджувальники) – зарплата їх включається в кошторис  
витрат по утриманню та експлуатації обладнання; 
- робітники по поточному ремонту технологічного обладнання (ремонтні 
бригади по здісненню поточних ремонтів самими цехами) – зарплата 
включається в склад витрат по ремонту (поточному) обладнання.  
Розрахунки фонду заробітної плати робітників проводяться на основі 
діючих тарифних умов, чисельності основних і допоміжних робітників та фонду 
робочого часу. Враховується величина доплат до основного фонду 
 заробітної плати та додаткова заробітна плата робітників (оплата відпусток, 
 
виконання держобов’язків). Величина доплати до основного фонду заробітної 
плати до тарифного фонду при безперервному виробництві становить 30 %. 
Доплата за роботу в нічний час та інші доплати складають 5 %. Додаткова 
зарплата складає 10 % від основного фонду зарплати.            
Отримані дані по чисельності робітників та фонду заробітної плати 
заносимо до таблиці 4.2. 
4) Штат і фонд заробітної плати цехового персоналу. 
Розрахунки штату і фонду заробітної плати цехового персоналу 
проводяться у відповідності до штатного розкладу, посадових окладів 
працівників, розміру додаткової зарплати (заохочення). 
Результати розрахунків штату і фонду заробітної плати цехового 
персоналу зводимо до таблиці 11.4.2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 11.4.2– Розрахунки чисельності робітників та фонду їх 
заробітної плати 
 
Перелік К-сть Тарифн Устано Зарплата за Фонд Річний 
професій штатни а ставка вл. роботу зарпла фонд 
х на оклад В На ти в зарпла-
одиниц місяць нічний свята місяць ти 
ь час 
1 2 3 4 5 6 7 8 
Апаратник        
конверсії 8  9700 1080 980 94080 955920 
метану 
Апаратник        
конверсії 2  9700 1080 980 23520 282240 
метану  
Апаратник 4  10200 1080 980 49040 588480 
сіркоочистк
и 
Апаратник 6  9800 1080 980 71160 853920 
абсорбції 
Машиніст        
компресорн 6 8000 1080 980 60360 724320 
их 
установок 
Апаратник 4  10000 1080 980 48240 578880 
конверсії 
СО 
Апаратник 6  11000 1080 980 78360 940320 
синтезу 
Всього 36      492408
0 
 
 
 
 
Кінець таблиці 11.4.2 
1 2 3 4 5 6 7 8 
Стариший 1  9000  980 9980 119760 
майстер з 
ремонту 
тех.обладнання 
Старший 1  9000  980 9980 119760 
майстер з 
ремонту 
приладів і 
апаратури 
Майстер з 2  9000  980 19960 239520 
ремонту 
приладів і 
апаратури 
Електромонтер        
по ремонту 8 7200  980 65440 785280 
обладнання 
Електромонтер        
по ремонту 2 7200  980 16360 196320 
обладнання 
Слюсар по        
КВПіА 5 6800  980 38900 466800 
 
        
Комірник  1  6000  980 6980 83760 
 
Слюсар-        
ремонтник 3 6500  980 22440 269280 
 
Машиніст        
крана 1  7000  980 7980 95760 
 
        
Технік з праці 1  6400 980 7380 88560 
 
Вього 25      2464800 
Всього по цеху 61      7388880 
 
Розрахунки штату та фонду зарплати цехового персоналу проводяться у 
відповідності зі штатним розкладом та посадовими окладами працівників та 
наведені у таблиці 11.4.3. 
Таблиця 11.4.3– Штати та фонд зарплати цехового персоналу 
  Посадовий Додаткова  
Посада Чисельність місячний зарплата Річна 
зарплата 
оклад 
1 2 3 4 5 
Начальник цеху 1 18000 980 227760 
 
Заст.начальника 1 15000 980 191760 
цеху  
 
Начальник 2 12000 980 311520 
відділення  
 
Начальник 5 10600 980 694800 
зміни 
 
Механік  1 9700 980 128160 
 
Інженер- 1 11000 980 143760 
технолог 
Майстер  2 8900 980 237120 
 
Енергетик 1 8000   
 980 106680 
Економіст 1 8500 980 113760 
 
Всього  15   2155320 
 
11.5. Річна потреба в сировині, матеріалах, паливі та енергії 
 
Розрахунки проводимо відповідно до встановлених норм витрат 
сировини матеріалів, палива, енергії та прийнятого обсягу виробництва і 
заносимо до таблиці 11.5.1.     
 
Таблиця 11.5.1– Розрахунок потреби в сировині, матеріалах, паливі та 
енергії    
Нор-
ма 
Разом 
Оди- вит- Обсяг 
Перелік сировини, Стандарт на сировини 
ниця рат на виробницт
матеріалів, видів сировину та або 
вимі- 1т ва за рік, 
палива та енергії матеріали матеріалів 
ру аміа- т/рік 
за рік 
ку  
 
1 2 3 4 5 6 
Сировина і матеріали 
1 Природний газ м3 ГОСТ 5542-87 1250 260400 325,5·106 
Їдкій натрій ГОСТ 2263-79 
2 кг 0,004 260400 782,22 
технічний зміна №1, 2 
ГОСТ   201-6 
Тринатрійфос-
3 кг зміни №1, 2, 3, 0,006 260400 1173,32 
фат 
4, 5,6 
Активоване ГОСТ 3956-76 
4 кг 0,005 260400 977,77 
вугілля зміни №1, 2, 3 
Стандарт 
Моноетанола-
5 кг підприємства 0,5 260400 97777 
мін 
(СТП) 
ГОСТ 3956-76 
6 Силікагель кг 0,0006 260400 117,33 
зміни №1, 2, 3 
Напівфабрикати 
Азот 3 ГОСТ 9293-74 
7 м  18 260400 3519972 
газоподібний зміни №1, 2, 3 
Повітря 
8 м3 СТП 20 260400 3911080 
технологічне 
Повітря 3 ГОСТ 17433-80 
9 м  23,92 260400 4677651,68 
КВПтаА зміни №1 
 
 
Кінець таблиці 11.5.1 
1 2 3 4 5 6 
Допоміжні матеріали 
Каталізатор 
10 поглинання кг СТП 0,01 260400 1955,54 
сірки 
Поглинач 
11 кг СТП 0,01 260400 1955,54 
цинковий 
Каталізатор ТУ У 24.6-
12 конверсії кг 31337612- 0,021 260400 4106,63 
метану І ст. 003-2004 
Каталізатор 
13 конверсії кг СТП 0,03 260400 5866,62 
метану ІІ ст. 
Каталізатор ТУ У 24.6-
14 конверсії СО           к  г 31337612- 0,05 260400 9777,7 
І ст.  052-2001 
Каталізатор ТУ У 6- 
15 конверсії СО           к  г 04687873- 0,051 260400 9973,25 
ІІ ст. 047-2000 
ТУ У  6-
Каталізатор 
16 кг 04687873.049- 0,015 260400 2933,31 
метанування 
2000 
Каталізатор 
17 кг СТП 0,037 260400 7235,50 
синтезу аміаку 
Енерговитрати 
Вода 
18 м3 СТП 2,6 260400 677040 
знесолена 
19 Вода оборотна м3 СТП 462 260400 120,3·106 
20 Електроенергія кВт СТП 715 260400 186,18·106 
21 Пара Гкал СТП 0,24 260400 62496 
 
а) Розрахунки вартості обладнання та амортизаційних відрахувань. 
Розрахунки амортизації виконуємо лише від вартості будівель, споруд та 
обладнання, які відносяться до основного виробництва (об’єкти основного 
 
виробничого призначення). Розрахунки вартості основних фондів 
виробничого призначення та амортизації наведені у таблиці 11.10. 
б) Кошторис цехових витрат основних виробничих цехів. 
Кошторис цехових витрат складається за номенклатурою, наведеною в 
таблиці 11.5.2. 
 
Таблиця 11.5.2 – Кошторис цехових витрат 
Статті витрат Сума, грн Примітки 
1 2 3 
Зарплата цехового персоналу 
і допоміжних робітників по 
9544200 з табл. 4.2 і 4.3 
обслуговуванню 
технологічного процесу  
Відрахування на соціальне  
страхування та інші 22 % від ст.1 
2099724 
нарахування на заробітну 
плату 
Утримання виробничих 
838491,78 7 % від їх вартості 
будівель і споруд 
Поточний ремонт 
359353,62 3 % від їх вартості 
виробничих будівель і споруд 
Амортизація виробничих 
958276,4 з таблиці 5.2 
будівель і споруд 
10 % від зарплати всіх 
Витрати на охорону праці 954420 
робітників 
Разом по ст. 1-6 14754465,8 - 
Зношування малоцінного та 
швидкозношуваного 
10 % від суми витрат по 
інвентарю, витрати на 1475446,58 
ст. 1-6 
досліди та інші цехові 
витрати   
Разом цехових витрат 16229912,38 - 
 
 
 
Таблиця 11.5.3 – Вартість основних фондів виробничого призначення та 
амортизації  
Вартість 
Перелік Норма Сума 
основних фондів, 
основних фондів амортизації, % амортизації, грн. 
грн 
1 Виробничі 
6770977 8 541678,2 
будівлі  
2 Споруди 5207477 8 416598,2 
Разом по 
будівлях та 11978454 8 958276,4 
спорудах 
3 Обладнання 7747122,2 24 1835541,60 
Разом 19725576,2 - 2793818 
 
в) Кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання. 
Кошторис складається на основі попередніх розрахунків і заноситься в 
таблицю 11.5.4. 
 
Таблиця 11.5.4 – Утримання та експлуатація обладнання 
№ Статті витрат Сума, грн Примітки 
п/п 
1 2 3 4 
1 Утримання і витрати по   
експлуатації виробничого   
обладнання, апаратури і   
транспорту:   
а) зарплата робітників по нагляду і 4924080 з табл. 4.2 
обслуговуванню обладнання;   
б) відрахування на соціальне 1083297,6 22 % 
страхування та інші нарахування на   
зарплату;   
в) допоміжні матеріали, пара, вода і 3939264 80 % від ст. 1 
т. ін.      
Разом по ст. 1 9946641,6 - 
 
 
Кінець таблиці 11.5.4 
2 Поточний ремонт обладнання і  з табл. 4.2 
транспортних засобів:  22 % 
а) зарплата робітників по 2464800 змішана форма 
ремонту  організації 
б) нарахування на зарплату 542256 ремонт- 
в) послуги РМУ, зап. деталі, 286458,22 ної служби - 3% 
допоміжні матеріали ті ін.  відвартості 
обладнання 
Разом по ст. 2 3293514,22 - 
3 Амортизація виробничого 1835541,60 з табл. 5.2 
обладнання, 
апаратури та транспортних 
засобів 
Разом по ст. 1 – 3 5129055,82 - 
4 Зношення малоцінного 256452,79 5 % від суми 
інвентарю, інструментів, витрат за ст. 1 – 
пристроїв, переміщення 3 
вантажів по території 
підприємства, інші витрати, 
пов’язані з утриманням та 
експлуатацією обладнання 
Разом по кошторису 5385508,61 - 
 
11.6 Калькуляція собівартості продукції 
 
Розрахунки витрат на виробництво продукції виконуються на весь 
обсяг продукції підприємства по статтях калькуляції. Калькуляція 
собівартості одиниці продукції наведена у таблиці 11.6.1. 
В статтю «Інші виробничі витрати» включають відрахування або 
витрати на НДР, витрати на стандартизацію, відрахування на централізовані 
витрати по технічні пропаганді, маркетингу тощо. 
Для виробничої сфери собівартість включає такі виробничі затрати: 
1. Прямі затрати 
2. Непрямі затрати 
 
Таблиця 11.6.1 – Калькуляція собівартості продукції 
 
 
Ціна Витрати на 
Оди- Витрати на річний 
за одиницю 
Статті ниці випуск 
одини продукції 
калькуляції вимі
цю, Норма Сума, 
ру Кількість Сума, грн 
грн витрат грн. 
1 2 3 4 5 6 7 
  1. Сировина:       
- природний газ м3 8,55 325,5·106 278302500 1250 10687,5 
- їдкій натрій     0   
технічний кг 4,50 782,22 3520 0,004 0,018 
- тринатрійфосфат кг 4,80 1173,32 5631,93 0,006 0,029 
- активоване       
вугілля кг 42 977,77 41066,34 0,005 0,210 
- моноетаноламін кг 35 97777 3422195 0,5 17,5 
- силікагель кг 34 117,33 3989,22 0,0006 0,0204 
2. Напівфабрикати:       
- азот газоподібний м3 4,5 3519972 15839874 18 81 
- повітря       
технологічне м3 0.80 3911080 3128864 20 16 
- повітря КВПтаА. м3 0,4 4677651,68 1871060,67 23,92 9,56 
Разом матеріалів 2807341201,1 - 10811,8
- - - 
6 3 
 
 
 
 
Продовження таблиці 11.6.1 
 
1 2 3 4 5 6 7 
Повернені відходи       
(вираховуються):       
- пара Гкал 75 181865,22 13639891,5 0,93 69,75 
- танкові і       
продувочні гази м3 0,06 35199720 2111983,2 180 0,8 
- вуглекислий газ м3 0,08 62088395 4967071,6 317,5 25,4 
- конденсат  м3 0,6 195554 117332,4 1 0,6 
3. Допоміжні       
матеріали:       
- каталізатор кг 20 1955,54 39110,8 0,01 0,2 
поглинання сірки       
- поглинач цинковий кг 16 1955,54 31288,64 0,01 0,16 
- каталізатор кг 190 4106,63 780259,7 0,021 3,99 
конверсії метану І       
ст.       
- каталізатор кг 80 5866,62 469329,6 0,03 2,4 
конверсії метану ІІ       
ст.       
- каталізатор кг 40 9777,7 391108 0,05 2 
конверсії СО І ст.       
- каталізатор кг 115    9973,25 1595720   0,051 5,86 
конверсії СО ІІ ст.       
- каталізатор кг 46,80 2933,31 137278,9 0,015 0,70 
метанування       
- каталізатор кг 64,60 7235,50 467413,3 0,037 1,282 
синтезу аміаку  
Всього 3911508,94 
 
 
Продовження таблиці 11.6.1 
 
 
1 2 3 4 5 6 7 
4. Енерговитрати на       
технологічні потреби:       
- вода знесолена м3 9,06 677040 6133982,4 2,6 23,55 
- вода оборотна м3 0,90 120,3·106 108270000 462 415,8 
- електроенергія кВт 2,70 186,18·106 502686000 715 1930,5 
- пара Гкал 75 62496 4687200 0,24 17,71 
Разом енергетичних 
- - - 621777182,4 - 2510,7 
витрат  
5. Заробітна плата    грн   -         - 9544200    -   2,62 
робітників       
виробництва.       
6. Відрахування від грн - - 2099724 - 0,98 
заробітної плати.       
7. Витрати на грн - - 5385508,61 - 17,82 
утримання та   
експлуатацію   
обладнання, в т.ч.   
амортизація  
виробничого  
обладнання і  
транспортних засобів.    
8. Зношення   грн - - - - - 
пристосувань       
цільового       
призначення та інші       
спеціальні витрати.       
Кінець таблиці 11.6.1 
 
1 2 3 4 5 6 7 
9. Витрати на грн - - - - - 
підготовку та       
освоєння       
виробництва       
      
10. Цехові витрати 
грн - - 16229912,38 - - 
Разом цехова 
собівартість грн - - 3466289237,93 - 13322,53 
11. Загальнозаводські грн - -  - 244,81 
витрати.    173314461.9- - - 
12. Інші виробничі грн - -  
витрати  
Разом виробнича 
собівартість грн - - 3639603699,83 - 13567,34 
13. Поза виробничі 
витрати грн - - 363960369.98 - 90,46 
Повна собівартість  грн - - 4003564069,81 - 13657,34