Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7469| Title: | Технологічна схема та апаратурне оформлення виробництва карбаміду по стрипінг процесу продуктивністю 1000 т на добу. Стриппінг-процес. |
| Authors: | Андрій, Громико Куцевол, Сергій |
| Keywords: | Стриппінг-процес. |
| Issue Date: | Jun-2022 |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7469 |
| Appears in Collections: | 161 Хімічні технології та інженерія (Хімічні технології та інженерія) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Куцевол С.М. ХТ84.pdf Restricted Access | 2.28 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
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
___________________________
«___» ______________2022р.
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА БАКАЛАВРА
на тему
Технологічна схема та апаратурне оформлення виробництва
карбаміду по стрипінг процесу продуктивністю 1000 т на добу.
Стриппінг-процес.
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія»
Науковий керівник: Виконав здобувач вищої освіти:
к.т.н., доцент 4 курсу
Андрій ГРОМИКО Сергій КУЦЕВОЛ
_________________________________
_____________________________
2022
ВСТУП
Карбамід, сечовина - H2NCONH2, (сечовина, діамід вугільної кислоти)
повний амід вугільної кислоти, амід карбамінової кислоти. Це
висококонцентроване азотне добриво з вмістом азоту в товарному продукті
не менше 46%, представляє собою безбарвні кристали без запаху, легко
розчинні у воді, спирті, рідкому аміаку, сірчистому ангідриді.
У промисловості карбамід знайшов різноманітне застосування.
Карбамід застосовується для отримання складних добрив, що містять всі три
потрібні для рослин компоненти: азот, фосфор і калій. При взаємодії з
формальдегідом карбамід утворює сечовиноформальдегідні добрива, які
тривалий час віддають азот для живлення рослин, унаслідок чого останні
можуть отримувати азот протягом всього вегетаційного періоду.
Найбільша кількість використовуваного для технічних потреб
карбаміду споживається у виробництві карбамідоформальдегідних полімерів,
смол, лаків.
У текстильній промисловості карбамід можна застосовувати для
обробки тканин з метою додання їм еластичності, підвищення їх міцності; у
целюлозно-паперовій промисловості – для збільшення механічної міцності
паперу, додання йому прозорості, водонепроникності; у шкіряній
промисловості – для дублення шкір. У нафтопереробній промисловості
карбамід застосовується для розділення нафтопродуктів [1].
Карбамід також використовують у якості білкової приправи до кормів
великої рогатої худоби та вівць. Відомо, що деякі похідні карбаміду
володіють гербецидною дією, частина з них застосовується у сільському
господарстві.
Карбамід є сировиною для синтезу цінного продукту – меламіну.
меламін використовується для отримання пластмас. Лаку, клеїв, які
володіють високою механічною міцністю, стійкістю у гарячій воді і
органічних розчинниках, великою термостійкістю.
Найбільший відсоток використання карбаміду належить землеробству.
Карбамід є одним з найменш гігроскопічних азотних добрив. Так при
95% - вій відносній вологості повітря він поглинає вологу приблизно в 5 раз
повільніше, ніж нітрат амонію і в 10 раз – ніж нітрофоска.
Злежуваність карбаміду також значно менше злежуваності нітрату
амонію. Тому карбамід краще розсіюється після довготривалого зберігання.
Карбамід – хімічно нейтральне і фізіологічно слабо-кисле азотне
добриво. Витрати на транспортування карбаміду внаслідок високого вмісту в
ньому азоту дещо нижчі ніж на транспортування інших азотних добрив.
Виробництво карбаміду проводиться за наступними технологіями: без
рециклу, з частковим рециклом рідкого аміаку, з частковим рециклом
рідкого аміаку й розчину вуглеамонійних солей, з частковим рециклом
розчину вуглеамонійних солей, з повною рециркуляцією розчинених NH3 і
СО2, з повною рециркуляцією суспензії карбамату амонію, з поділом
непрореагованих NH3 і СО2 і поверненням їх у цикл, з рециркуляцією
гарячих газів, а також за допомогою стриппінг-процесу синтезу й
дистиляції.
1 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ОБРАНОГО СПОСОБУ
ВИРОБНИЦТВА І ТЕХНОЛОГІЇ
Загальний обсяг виробництва карбаміду складає біля 3664,5 тис. т на
рік. З них 3112,2 тис. т відправляється на експорт, 556тис.т споживається на
внутрішньому ринку, що складає 100% від необхідної кількості. Це
конкурентоспроможна продукція, яка необхідна не тільки на вітчизняному
ринку, але й відвантажується на експорт.
Економічна доцільність проектування карбаміду доводиться також
наявністю сировини належної якості і в достатній кількості. Виробництво
карбаміду і виробництво аміаку завжди доцільно розміщувати поряд.
На ринку технологій для створення нових потужностей є різні
модифікації стрипінг-процесу, що відрізняються в основному апаратурним
оформленням вузла синтезу. Зарубіжні фірми пропонують сьогодні
установки потужністю переважно від 1000 до 2000 і навіть 3000 т / добу. Всі
ці технології перебувають приблизно на одному рівні за рівнем використання
сировини, відрізняються різними рішеннями за апаратурним оформленням,
застосовуваним конструкційних матеріалів, технологічним прийомам, що
дозволяє мінімізувати рівень енергоспоживання.
Карбамiд отримують синтетичним шляхом з аміаку та двооксиду
вуглецю.
Виробництво включає стадії:
- хiмiчної взаємодії аміаку i двооксиду вуглецю (синтез);
- дистиляцію продуктів синтезу;
- переробку розчинів карбаміду вiд стадії дистиляції в готовий
товарний продукт.
Синтез поділяється на дві стадії.
В першiй стадії проходить утворення карбамiнокислого амонію (карбамату):
2NH3 + СО2 ↔ NH2СONH4 + 159,1 кДж (1.1)
NH2СONH4↔ (NH2)СO + H2О (1.2)
Аміак і двооксид вуглецю перетворюються на карбамід через карбамат
амонію при тиску близько 140 бар і температурі 180-185 °С. Конверсія аміаку
досягає 41%, вуглекислого газу - 60%. Непрореагувавший аміак і двооксид
вуглецю надходять в стрипер, при цьому СО2 виступає в ролі стрипер-агенту.
Після конденсації СО2 і NH3 йдуть на рецикл і повертаються в процес
синтезу. Теплота конденсації використовується для отримання пари, що
надходить у компресор СО2.
Основні переваги стрипінг-процесу перед повним рідинним рециклом:
- теплоту конденсації рекупекрують з отриманням пари низького тиску,
яку можна утилізувати на агрегаті;
- зменшення кількості апаратів і спрощення управління ними;
- газоподібні СО2 і NН3 можуть бути сконденсовані при температурі,
що вище точки плавлення карбамату амонію (непотрібна охолоджуюча вода);
- технологічні параметри стабільні, витрати охолоджуючої води
зменшуються, тому що не потрібно відводити теплоту газів дистиляції за
допомогою цієї води;
Проведення процесів синтезу, дистиляції і конденсації
неконвертованих СО2 і NН3 є специфічною відмінністю стрипінг-процесів.
Робота установки за стрипінг-схемою, як показує виробничий досвід, стала і
керування не складне, якщо персонал має високу кваліфікацію і досвід. Вихід
на стаціонарний режим – 1-2 години. Після коротких зупинок 100%
продуктивність відновлюється за 15 хвилин. Недоліки цієї схеми: мала
оперативна гнучкість; корозія обладнання.
Технологічна схема процесу отримання карбаміду, де
використовується тиск для розкладу карбамату амонію в плаві, близький до
того, що використовується в колоні синтезу, наведено на рис. 1.1. Ця схема
має назву стрипінг-процес, і він є найбільш економним з існуючих сьогодні.
Аналізуючи переваги і недоліки діючих сучасних технологій
виробництва карбаміду, приймаю за основу технологію виробництва по
стрипінг-процесу. В якості стрипінг-агенту передбачено використання
двооксиду вуглецю. В таблицях1.1 і 1.2 наведені витратні коефіцієнти
сировини на 1 тону товарного продукту, що є оптимальними для даної
технології.
Таблиця 1.1 – Порівняння витратних коефіцієнтів у виробництві
карбаміду і амонійної селітри
Сировина та енергія на на 1 Виробництво нітрату Виробництво
тонну продукту амонію карбаміду
Аміак, т 0,214 0,576
Двооксид вуглецю, т - 0,75
Азотна кислота, т 0,786 -
Вода, м3 0,5 87
Електроенергія, кВт∙год. 25,1 120
Пара, т 0,214 1,05
Таблиця 1.2 – Порівняльна характеристика витратних коефіцієнтів
Стаття Одиниці Рідинний рецикл Стрипінг-процес
вимірювання
Пара при 2,5МПа т 140 120
Пара при 1,2 т - 1,05
Пара при 0,3 Мпа т 1,5 -
Охолоджуюча м3 100 55
вода при 250С
(Δt=110 С)
Гарантовані питомі витрати NH3 складають 575 т, СО2 - 0,750т на т
гранульованого продукту.
1 - конденсатор високого тиску, 2 - колона синтезу, 3 - колона, що
продувається двооксидом вуглецю, 4 - інжектор, 5 - скрубер, 6 - редуктор, 7 -
ректифікаційна колона, 8 - редуктор, 9 - збирач розчину, 10 - холодильник-
конденсатор, 11 - випарний апарат, 12 - гранулятор, 13 - транспортер.
Рисунок 1.1 - Технологічна схема отримання карбаміду.
З конденсатора високого тиску в нижню частину колони синтезу 2
надходить водний розчин карбамату амонію, амонійних солей, аміак та
діоксид вуглецю. Утворений сплав надходить у колону 3, яка обігрівається
парою, сюди ж протитоком під тиском 15 МРа надходить двооксид вуглецю.
З колони 3 суміш, що містить свіжі порції вуглекислого газу, надходить у
конденсатор високого тиску 1, куди через інжектор 4 вводять рідкий аміак. У
конденсаторі утворюється карбамат, тепловий ефект від цієї реакції
використовують для отримання пари. Гази, що не прореагували в колоні
синтезу, та пари води надходять у скрубер високого тиску 5, де відбувається
їх конденсація, і через інжектор 4 надходять у конденсатор високого тиску 1.
Водний розчин карбаміду після колони 3 містить до 5 % карбамату амонію.
Щоб його розкласти в редукторі, тиск зменшують до 0,3—0,5 МПа і
направляють у верхню частину ректифікаційної колони 7. Рідка фаза (це
70 %-ний розчин карбаміду) стікає вниз і збирається у збирачі розчинів 9.
Водяну пару з колони 7 конденсують у холодильнику 10, а розчинений аміак
та вуглекислий газ потрапляє в скрубер 2. Розчин карбаміду зі збирача 9
надходить у випарний апарат 11, після упарювання потрапляє в грануляційну
башту 12, далі транспортером 13 - на склад.
Основною перевагою гранульованого карбаміду є більш висока
міцність гранул і, відповідно, менша злежуваність при транспортуванні.
Однак капітальні витрати на будівництво установки гранулювання продукту
в середньому в 1,5-1,8 разів вище, ніж прилювання. Крім того, установка
гранулювання карбаміду характеризується також більшою займаною
площею, наявністю великої кількості ретуру (до 50% від виробітку),
порівняно високими енерго-і експлуатаційними витратами. Тим не менше на
сьогоднішній день темпи зростання потужностей гранульованого продукту
перевищують темпи зростання прильованого.
Виробництво карбаміду включає стадію синтезу, що здійснюється за
180-230 °С і тиску 12-25 МПа, рецикл непрореагувавших СО2, NH3 - в у
вигляді амонієвих солей вугільної кислоти, стадії зневоднення розчинів
карбаміду і приготування товарних форм (кристали, гранули ). У сучасній
технології широко застосовують дистиляцію в струмі СО2 або NH3, що
дозволяє значно підвищити економічність процесу. Розроблено науково-
технічне рішення для створення безвідходного та енергозберігаючого
виробництва карбаміду з одиничною потужністю агрегатів 450 тис. т / рік і
більше. Нижче наведена принципова схема виробництва карбаміду по
стрипінг-процесу.
СО2 NH3
Конденсація
карбамату
Синтез Очищення
карбаміду
Стрипінг Конденсація
СО2 карбамату
Випарювання Конденсація
пари Абсорбція
Грануляція Очистка
стічних вод
Очищений
Карбамід технологічний
. конденсат
Рисунок 1.2 – Принципова технологічна схема виробництва карбаміду
по стрипінг-процесу.
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИЙНЯТОГО МЕТОДУ ВИРОБНИЦТВА. ХІМІЗМ
ТА ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ І ОБҐРУНТУВАННЯ НОРМ
ТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ
Карбамід одержують синтетичним шляхом з аміаку і двооксиду
вуглецю. У вузлі синтезу протікають процеси утворення карбамату амонію,
карбаміду, розкладання карбамату амонію, відгонки надлишкового аміаку, а
також утворення розчину вуглеамонійних солей (ВАС). Процес утворення
карбамату амонію відбувається в результаті взаємодії СО2 і NН3 по реакції:
СО2 + 2NНз = Н2 N - СО – ОNН4 + Q (2.1)
Реакція перебігає під тиску в системі синтезу 13,4 -14,4 МПа і
температурі 170 - 175°С. Тепло, що виділяється при реакції утворення
карбамату амонію використовується для отримання пари Р = 0,4 МПа.
Процес утворення карбаміду з карбамату амонію протікає в колоні синтезу
при температурі 180 - 185°С і тиску 13,4 - 14,4 МПа, мольному
співвідношенні NН2: СО2: Н2О = 2,85-3, 5: 1: не більше 0,7 і часу протікання
дегідратації карбамату амонію:
NН2 - СО-ОNН4 - СО (NН2) 2 + Н2О – Q (2.2)
Реакція ендотермічна, необхідне тепло для протікання реакції
створюється за рахунок процесу утворення карбамату амонію в колоні
синтезу, при цьому в реакцію з надмірною кількістю аміаку вступає двооксид
вуглецю, що не прореагував при утворенні основної частини карбамату
амонію. Ступінь конверсії (перетворення карбамату амонію в карбамід) для
даних умов складає 55 -57%. Розкладання не перетвореного карбамату
амонію в карбамід проходить у стрипері (стрипінг-процес). Процес
розкладання карбамату і відгонка надлишкового аміаку здійснюється під
тиском синтезу і температурі 170-175°С, що створюється за рахунок тепла
конденсації пари високого тиску (Р = 1,7 -2,2 МПа) , що подається в
міжтрубний простір стриперу.
NН2 - СО - ОNН4 = СО2 + 2NН3 – Q (2.3)
Розкладання карбамату амонію за cтрипінг-процесу протікає в умовах
постійного контактування свіжого двооксиду вуглецю з розчином.
Контактування двооксиду вуглецю з розчином відбувається на внутрішній
поверхні трубок, при цьому розчин у вигляді плівки стікає по трубках згори
донизу, а протитечією рухається свіжий двооксид вуглецю. Виділені при
розкладанні карбамату амонію газоподібні аміак, двооксид вуглецю, пари
води і інертні гази захоплюються свіжим потоком двооксиду вуглецю, що
надходять до стриперу і прямує в конденсатор високого тиску. Реакційна
суміш з масовою часткою карбаміду 55 -57% після стриперу прямує у вузол
рециклу для остаточного розкладання карбамату амонію та аміаку відгону
надмірної кількості. З непрореагованих в колоні синтезу газоподібного
аміаку, двооксиду вуглецю і парів води при тиску синтезу і температурі
158 -165 °С утворюються вуглеамонійні солі, при цьому протікають реакції:
NH3 + H2O = NH4OH + Q (2.4)
4NH4OH + 2СО2 =2 (NH4) 2CO3 +2 H2O + Q (2.5)
NH4OH + CO2= NH4HCO3 + Q (2.6)
Реакція екзотермічна, тепло утворення вуглеамонійних солей постійно
застосовується в циркулюючому контурі повітряного або водяного
холодильників. У рециклі відбувається процес остаточного розкладання
карбамату амонію, що міститься в розчині, що надходить з стрипера.
Розкладання карбамату амонію здійснюється в ректифікаційній колоні при
тиску 0,2 - 0,3 МПа і температурі 130-140 оС по реакції:
NН2 - СО - ОNН4 = CО2 + 2NНз – Q (2.7)
Реакція ендотермічна, необхідне тепло для протікання процесу
розкладання карбамату створюється за рахунок конденсації водяної пари Р =
0,4 МПа (4 кгс/см2) у міжтрубному просторі підігрівача. Після остаточного
розкладання карбамату амонію масова частка карбаміду в розчині
підвищується до 70-72%. Утворення ВАС відбувається з виділених при
розкладанні карбамату амонію в ректифікаційній колоні газоподібних аміаку,
двооксиду вуглецю і водяної пари в конденсаторі низького тиску. Процес
утворення вуглеамонійних солей протікає при тиску 0,2-0,3 МПа і
температурі 70-75°С:
NH3 + H2O = NH4OH + Q (2.8)
4NH4OH + 2CO2= 2(NH4)2CO3 + 2H2O + Q (2.9)
NH4OH + CO2 = NH4HCO3 + Q (2.10)
Реакції екзотермічні, тепло, що виділилося при утворенні
вуглеамонійних солей постійно відводиться в циркулюючому контурі
повітряного або водяного холодильників.
Константи рівноваги синтезу карбаміду представлені реакціями 2.1,
2.2.
NH3(г) ↔ NH3(р), (2.11)
визначаються з рівнянь:
2f f
NH CO
K 3 2 , (2.12)
1
a
к
a a
K м в , (2.13)
2
a
к
f
NH
K 3 , (2.14)
3
a
NH3
де f , f – летучість NH3 і СО2 в газовій фазі;
NH3 CO2
a , a , a , a – активність карбамату, карбаміду, води та аміаку в рідкій
к м в NH3
фазі.
В ідеальному розчині активність кожного компоненту визначається
так:
V 0 P 1
a N exp , (2.15)
2,3 R T
де V0 і N – об’єм чистого рідкого компоненту та його мольна доля;
Р – тиск, МПа.
Тоді:
f 2 f
NH3 CO
K 2 , (2.16)
1
V 0 P 1
N exp к
к
2,3 R T
N N V P 1
p
K м в exp , (2.17)
2
N 2,3 R T
к
f
NH
K 3 , (2.18)
3
V 0 P 1
NH
N exp 3
NH3 2,3 R T
де ΔVp – зміна об’єму суміші в ході реакції синтезу.
Значення констант рівноваги приведені на рисунку 2.1.
а – К1; б – К2; в – К3.
Рисунок 2.1 – Константи рівноваги синтезу карбаміду.
Рівноважний вихід карбаміду можна також визначити за номограмою
М. Фрежака. (рис. 2.2). Наприклад, при 180°С, відношенні NH3 : СО2 = 5,3 і
добавці 1,6 моль води на 1 моль СО2 рівноважний вихід карбаміду по СО2
становитиме 0,58; за тих же умов, але без добавки води він рівний 0,8.
Залежність ступеня перетворення оксиду вуглецю (ІV) і аміаку в
карбамід виражається рівнянням:
2 U
CO
U 2 , (2.19)
NH3 L
де U ,U – степені перетворення NH3 і СО2 в карбамід;
NH3 CO2
L – мольні співвідношення NH3 і СО2.
Рисунок 2.2 – Номограма для визначення рівноважного виходу
карбаміду по СО2 (номограма Фрежака).
Об’ємні долі рідкої та газової фаз в рівноважній системі NH3 – СО2 –
CO(NH2)2 – Н2O при високих температурах і тисках можна визначити за
рівнянням:
φ = –0,01647∙t+63,927∙d+11,136∙L∙d+5,903∙d2–0,2952∙L+0,5581∙W–2,45, (2.20)
де φ – обємна доля рідини, %;
d – густина завантаження автоклава, г/см3;
L – мольне співвідношення NH3 : СО2;
W – мольне співвідношення H2О : СО2.
Знаючи величину φ, можна вирахувати густину, стискуваність, модуль
пружності кожної з фаз і газорідинної суміші в цілому.
Питому продуктивність реакційного об’єму, кг/(м3∙год), можна
розрахувати за рівнянням:
60 1 ω х
CO
g ω 1,36 0 2 , (3.14)
CO
44 2 V 1 φ S L
p
де ω0 – швидкість подачі суміші NH3 і СО2 в реакційний апарат, кг/год;
Vр – реакційний об’єм, м3;
φ – початкове співвідношення мас NH3 і СО2;
хCO – ступінь перетворення СО2 в карбамід, долі одиниці;
2
S – поперечний перетин реакційного шляху, м2;
L – довжина реакційного шляху, м.
3 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКЦІЇ, СИРОВИНИ, ДОПОМІЖНИХ
МАТЕРІАЛІВ І ЕНЕРГЕТИЧНИХ НОСІЇВ
Карбамід сертифіковано на відповідність вимогам ISO 9001:2015
(сертифікат № GUIA-0001-QS).
Характеристика продукції наведена в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 - Вимоги до готового продукту
Назва показника Значення для сорту
Вищий Перший Другий сорт
сорт сорт
1 2 3 4
Зовнішній вигляд Білі або слабко-забарвлені гранули без
сторонніх домішок
Масова частка азоту в переханку
на суху речовину, %, не менше
ніж 46,2 46,2 46,2
Масова частка біурету, %, не
більше ніж 1,4 1,4 1,4
Масова частка вільного аміаку,
%, не більше ніж, для карбаміду:
- кристалічного - - -
- прильованого - - -
Масова частка води, %, не 0,3 0,3 0,3
більше ніж: 0,5 0,5 0,6
- метод висушування
- метод Фішера
Розсипчастість, % 100 100 100
Кінець таблиці 3.1
1 2 3 4
Гранулометричний склад, %, 94 94 94
масова частка гранул розміром, 70 50 -
мм: 3 5 5
- від 1 до 4, не менше ніж 0,0 0,0 0,0
- від 2 до 4, не менше ніж
- менше ніж 1, не більше ніж
- залишок на ситі 6 мм, не більше
ніж
Статична міцність гранул, 7 (0,7) 5 (0,5) 3 (0,3)
Н/гранулу (кгс/гранулу), не
менше ніж
Таблиця 3.2 - Характеристика сировини
Державний або Показники,
Найменування Показники, що
галузевий обов'язкові для
сировини, регламентуються,
стандарт, технічні перевірки
матеріалів і з припустимими
умови, регламент (найменування і
напівпродуктів відхиленнями
або методика одиниця)
1 2 3 4
1 Аміак рідкий, ГОСТ 6221-90 Тиск, МПа 1,4-2,1
технічний, марки Температура, 0С
Б Масова частка від мінус 34 до
аміаку %, не плюс 25
менше
Масова частка 99,6
води %
Масова 0,2-0,4
концентрація:
- масла, мг/дм3, не
більше 8
- заліза, мг/дм3, не
більше 2
Продовження таблиці 3.2
1 2 3 4
2 Діоксид Регламенти цехів Тиск, кПа не 3
вуглецю аміаку менше
Температура, 0С, 40
не більше
Об'ємна частка 2
горючих %,не
більше
Масова 1
концентрація
сірки
(сірководню),
мг/м3, не більше
ТУ 113-03-452-92 Тиск, кПа не 1,0
менше
Об'ємна частка
кисню не менше 95
3 Пар високого Регламент Тиск, МПа 2,8-3,9
тиску (з котельного цеху Температура, 0С 250-350
котельного цеху) Масова
концентрація
хлоридів в 0,2
паровому
конденсаті,
мг/дм3,не більше
4 Пар среднього Регламент Тиск, МПа 1,0-1,5 (10-15)
тиску (з котельного цеху Температура, 0С,
котельного цеху) не більше 250
Масова
концентрація
хлоридів в
паровому 0,2
конденсаті,
мг/дм3,не більше
5 Пар середнього Регламент Тиск, МПа 1,0-1,5
тиску (з котельного цеху Температура, 0С,
котельного цеху) не більше
Масова
концентрація 250
хлоридів в
паровому
конденсаті,
мг/дм3,не більше 0,2
Продовження таблиці 3.2
1 2 3 4
6 Знесолена вода Тиск, МПа 0,3-0,5
(для пуску) Температура, 0С,
не більше 30
Масова
концентрація
хлоридів, мг/дм3, 0,2
7 Стисле повітря ГОСТ 24484-80 Тиск, МПа 0,45-0,6
8 Азот технічний ГОСТ 9293-74 Тиск, МПа 0,2-0,4
Об'ємна частка
кисню не більше 3
9 Електроенергія По паспортах Трифазний 6000300
устаткування змінний струм
Напруга, В 380
Частота, Гц 50
Однофазний
змінний струм:
Напруга, В 220,5
Частота, Гц 50
10 Оборотна вода Регламент цеху Тиск, МПа 0,35-0,5
Температура, 0С,
не більше 28
Значення рН,
ед.рН 6,5-8,5
Масова
концентрація:
- хлоридів, мг/дм3,
не більше 80
- аміаку, мг/дм3,
не більше 2,5
важених речовин,
мг/дм3 20-50
Жорсткість
загальна
ммоль/дм3,
не більше 2
Жорсткість
карбонатна,
ммоль/дм3,
не більше 1,3
Кінець таблиці 3.2
1 2 3 4
11 Оборотна вода Регламент цеху Тиск, МПа 0,35-0,5 (3,5-5,0)
Температура, 0С,
не більше 28
Значення рН 6,5-8,5
Масова
концентрація:
- хлоридів, мг/дм3,
не більше 80
- аміаку, мг/дм3,
не більше 2,5
важених речовин,
мг/дм3 20-50
Жорсткість
загальна
ммоль/дм3,
не більше 2
Жорсткість
карбонатна,
ммоль/дм3,
не більше 1,3
12 Повітря Регламент цеху Тиск, МПа 0,4-0,6
технологічне
13 Змащувальні : За
И-40А сертифікатами
И-20А ГОСТ 20799-88 відповідності
И-50А ГОСТ 20799-88
КП-8 ГОСТ 20799-88
ИГП-49 ТУ 38101543-87
ТУ 38101413-78
4 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ВИРОБНИЦТВА
Схема виробництва карбаміду наведена на рис. 4.1.
Технологічний процес отримання карбаміду складається із
наступних основних стадій:
очистка діоксиду вуглецю від горючих домішок;
синтез;
рециркуляція;
плавлення і гранулювання;
абсорбція, десорбція і гідроліз.
Реакційна суміш, що складається з карбаміду, карбамату амонію,
аміаку та води, з температурою 175-185 °С з колони синтезу 2 через
переливну трубу, розташовану всередині апарату, поступає на розподільну
насадку стрипера 6.
Стрипер представляє собою теплообмінний апарат, футерований
хромонікельмолібденовою сталлю і оснащений 34 отворами для контролю
футеровки, через які подається азот. В верхній частині стрипера над трубною
дошкою встановлений розподільний пристрій реакційної суміші.
Рівномірність подачі реакційної суміші в трубки стрипера забезпечується
трьома калібровочними отворами діаметром 2,5±0,05 мм, що є на кожній
насадці трубки.
Оксид вуглецю (ІV) подається в нижню частину стрипера 6. Для
рівномірного розподілення оксиду вуглецю (ІV) по трубкам стрипера в
нижній його частині під трубною дошкою встановлений розподільник. В
стрипері реакційна суміш в вигляді плівки стікає по трубкам, де контактує з
оксидом вуглецю (ІV). Оксид вуглецю (ІV) знижує парціальний тиск аміаку,
внаслідок чого присутній в реакційній суміші карбамат амонію починає
розкладатись.
Пара високого тиску, насичена в сатураторі пари, подається в
міжтрубний простір стрипера 6 і віддає необхідне для розкладання карбамату
амонію тепло. Тиск пари контролюється регулятором тиску в сатураторі пари
таким чином, щоб реакційна суміш, що покидає стрипер 6 утримувала
6-8 % мас. аміаку. Конденсат з стрипера 6 поступає з двох рівнів назад до
сатуратора пари, звідки через регулятор рівня конденсат подається в
сатуратор пари середнього тиску. Тиск пари високого тиску 1,6-2,2 МПа в
сатураторі пари високого тиску регулюється й визначається навантаженням
на вузол синтезу й масовою часткою аміаку в розчині карбаміду на виході зі
стрипера 6.
Внаслідок відносно низької (не більше 100 °С) температури оксиду
вуглецю (ІV), що підводиться в стрипер, а також в результаті слабо
адіабатичних умов, температура рідинної плівки реакційної суміші
знижується з 183-185 °С до 157-175 °С. Розчин карбаміду з масовою часткою
карбаміду не менше 55 % і масовою часткою аміаку не більше 9 % через
клапан регулятора рівня реакційної суміші в стрипері 6 поступає в
ректифікаційну колону 7. Для запобігання проскоку оксиду вуглецю (ІV) в
вузол рециркуляції, в нижній частині стрипера підтримується рівень розчину
карбаміду 30-70 %.
Газова фаза після стриперу 6 з температурою не більше 195 ºС
розділяється на два потоки. Приблизно третина газової фази направляється в
колону синтезу 2, а дві третини подаються в конденсатор карбамату 5. По
іншій лінії в конденсатор 5 поступає рідкий аміак через інжектор і розчин
вуглеамонійних солей (ВАС) зі скрубера високого тиску 4 з невеликою
кількістю реакційної суміші з колони синтезу 2. Подача реакційної суміші з
нижньої частини колони синтезу через інжектор в нижню частину
конденсатора 5 забезпечує утворення затвору рідини з цілью попередження
захвату ним газової фази зі скрубера високого тиску 4.
Рідинна та парогазова фази змішуються в нижній частині конденсатору
високого тиску 5 проходячи через насадку, що розташована під трубною
дошкою. Насадка представляє собою „газ-ліфт”, в якій спливаюча газова
фаза, що проходить через отвори меншого діаметру втягує в теплообмінну
частину рідку фазу. Використання такої насадки гарантує покрашення
гідродинамічного режиму, ефективний контакт газової та рідкої фаз, а також
забезпечує рівномірне навантаження кожної трубки конденсатора 5.
В теплообмінній частині конденсатора високого тиску 5 газова і рідка
фази реагують з утворенням карбамату амонію при температурі 168-175 ºС.
Тепло, що виділяється при проходженні екзотермічного процесу утворення
карбамату амонію, використовується для утворення пари низького тиску
0,32- 0,57 МПа шляхом випаровування конденсату, що поступає в
міжтрубний простір конденсатора з сепараторів пари. Подача конденсату в
сепаратори пари низького тиску проводиться з сатуратора пари через клапан
регулятора рівня в сатураторі .
В верхній частині конденсатора високого тиску 5 підтримується рівень
реакційної суміші для попередження захоплення інжектором газової фази з
верхньої частини конденсатора. Частина газової фази, що не прореагувала,
відводиться з конденсатора і через клапан регулювання тиску направляється
в скруббер ВТ 5.
Тиск газової фази в конденсаторі високого тиску 4 підтримується вище
ніж в колонні синтезу 2. Це обумовлено тим, що газова фаза зі стриперу 4 за
рахунок меншого стовпа рідини й відповідно меншого гідравлічного опору
буде поступати в конденсатор високого тиску 4. Підвищення тиску в
конденсаторі призводить до розділення потоку газової фази зі стриперу 6 і
його частина направляється в колону синтезу 2 для утримання температури
реакційної суміші в верхній частині 180-185 ºС. До того ж підвищенний тиск
в конденсаторі 4 сприяє кращій конденсації газової фази в розчині карбамату
амонію і вуглеамонійних солей.
Карбамат амонію з верхньої частини конденсатору високого тиску 4
подається на всас інжектора.
Сумарна витрата аміаку, що поступає в вузол синтезу з насосного
відділення регулюється зміною частоти обертання валу на насосах. Перед
подачею аміаку в вузол синтезу потік розділяється. Частина аміаку
направляється через регулюючий клапан на інжектор. Витрата аміаку на
інжектор високого тиску визначається витратою газової фази після стриперу
6 таким чином, щоб мольне співвідношення аміак: оксид вуглецю (ІV) в
газовій фазі на виході з колони синтезу 2 складало (2,7÷3,4):1. що відповідає
мольному співвідношенню в рідкій фазі (2,8÷3,4):1.
Друга частина потоку направляється на інжектор. Інжектор обладнаний
пневматичним приводом регулюючої голки. Переміщенням регулюючої
голки інжектора регулюється витрата вуглеамонійних солей зі скрубера ВТ 5
та реакційної суміші з колони синтезу 1 в конденсатор 4, тим самим
підтримується рівень реакційної суміші в конденсаторі карбамату.
Карбамат амонію з конденсатору конденсатора високого тиску 4
подається через інжектор потоком свіжого аміаку в нижню частину колони
синтезу 2, куди також подається газова фаза після стриперу 6. Газова фаза
вводиться в колону синтезу таким чином, щоб її розподілення в рідкій фазі
було максимальним.
Колона синтезу 2 - вертикальний циліндричний апарат футерований
хромонікельмолібденовою сталлю, місткістю 125 м3. Для контролю стану
футеровки колона синтезу обладнана 28 контрольними отворами, через які
проходить азот.
Для ефективного контакту газової та рідкої фаз колона синтезу 2
обладнана десятьма сітчастими тарілками. Живий переріз тарілок колони
синтезу постійно зменшується від низу до верху за рахунок зменшення
кількості отворів та зменшення їх розмірів. Таким чином забезпечується
попередження повздовжнього переміщення реакційної суміші.
Для поліпшення гідродинамічного режиму й наближення режиму
роботи колони синтезу 2 до реактора ідеального витиснення в нижній частині
колони синтезу встановлена насадка повздовжнього секціонування.
За рахунок використання насадки ступінь конверсії оксиду вуглецю
(IV) в карбамід зростає до 59-61 %.
В колоні синтезу 2 при температурі верхньої частини 180-185 ºС і
нижньої частини не більше 180 ºС, тиску 13,4-14,4 МПа при мольному
співвідношенні аміак: оксид вуглецю (ІV): вода рівному
(2,8÷3,3):1:(не більше 0,7) і часу перебування суміші близько однієї години
проходить утворення розчину карбаміду із карбамату амонію, шляхом
дегідратації останнього.
Реакційна суміш з колони синтезу 2 по переливній трубі через
регулюючий клапан поступає в стрипер 6. Над переливною трубою
підтримується рівень реакційної суміші 30-70 %.
Парогазова фаза з температурою 180-183 ºС з верхньої частини колони
синтезу 2, а також газова фаза з конденсатору високого тиску 5 виводяться в
буферну зону скрубера високого тиску 4.
Теплообмінна частина скрубера високого тиску 4 заповнена розчином
вуглеамонійних солей до рівня переливу на інжектор так, що над нею є лише
невеликий об’єм газу. При цьому враховується, що газова суміш над рідиною
може при визначених умовах бути вибухонебезпечною.
З буферної зони гази поступають в нижню частину теплообмінника
скрубера високого тиску 4, куди насосами карбамату подається розчин
вугленамонійних солей зі стадії рециркуляції. В трубках теплообмінника
проходить конденсація аміаку та оксиду вуглецю (ІV). Утворений розчин
вуглеамонійних солей з температурою 160-168 ºС відводиться з верхньої
частини теплообмінника скрубера високого тиску 4 на інжектор.
1 – підігрівач рідкого аміаку; 2 – колона синтезу; 3 – турбокомпресор;
4 – скрубер високого тиску; 5 – конденсатор високого тиску; 6 – стрипер;
7 – ректифікаційна колона; 8 – вакуум-випарник; 9 – збірник розчину
карбаміду; 10 – сепаратор І ст. випарювання; 11 - сепаратор ІІ ст.
випарювання; 12 – гранулятор; 13 – грануляційна башта; 14 – вентилятор;
15 – ротаційний абсорбер; 16 – десорбер І ступеню; 17 – гідролізер;
18 - десорбер ІІ ступеню; 19 – підігрівач; 20 – конденсор; 21 – нейтралізатор;
22 – циркуляційний холодильник; 23 – збірник кислоти; 24 – збірник
циркуляційного розчину; 25 - конденсатор І ступеню; 26 - конденсатор ІІ
ступеню; 27 – скрубер абгазів; 28 – конденсатор низького тиску;
29 - абсорбер; 30 – збірник аміачної води; 31 – розчинник; 32 – насос;
33 – класифікатор; 34 – стрічковий конвеєр; 35 – скребок.
Рисунок 4.1 - Технологічна схема виробництва карбаміду.
5 МАТЕРІАЛЬНІ І ТЕПЛОВІ РОЗРАХУНКИ
5.1 Розрахунок матеріального балансу
Вихідні дані:
Продуктивність установки по товарному карбаміду, т/добу 1000.
Склад товарного карбаміду в масових частках, %
(NH2)2CO 99,75.
Н2О 0,25.
Склад розчину, що подається в конденсатор високого
тиску в масових частках, %
(NH2)2CO 0,61;
NH2СООNH4 41,80;
NH3 44,72;
Н2О 12,87.
Масова частка СО2 в газі на вході в конденсатор
зі стрипера, %
СО2 57,38;
Н2О 2,40.
Масова частка СО2 в газі на виході з конденсатора, %
СО2 42,94;
Н2О 2,85.
5.1.1 Матеріальний баланс конденсатора високого тиску
Визначаю продуктивність установки за товарним карбамідом за одну
годину:
1000 103 кг
41666,7 .
24 год
За прийнятим складом товарного карбаміду (99,75 % (NH2)2CO та
0,25 % Н2О) необхідно отримати в установці 100 %-го карбаміду:
41666,7 99,75 кг
36575,0 .
100 год
Втрати карбаміду на стадіях грануляції та складування складають
0,48 % або:
36575,0 0,48 кг
175,56 .
100 год
Звідси витрати сировини в вузлі синтезу складають:
кг
36575,0175,56 36750,6 .
год
За сумарним рівнянням реакції синтезу карбаміду:
2NH3 + CO2 ↔ (NH2)2CO + H2O
М = 34 М = 44 М = 60 М = 18
необхідно подати в вузол синтезу:
36750,6 2 17 кг
GNH 3 20825,3 ,
60 год
36750,6 44 кг
GCO2 26950,44 ,
60 год
де 17, 44, 60 – відповідно молярні маси NH3, CO2, (NH2)2CO.
Втрати аміаку на стадії підготовки складають 2 %.
Тоді фактичні стехіометричні витрати аміаку:
стех. 20825,3 100 кг
GNH 3 21250,3 , втрати 425,0 кг/год.
100 2 год
Втрати вуглекислого газу на стадії підготовки складає 4,5 %, тоді
фактичні витрати складають:
26950,44 100 кг
GCO2 28220,4 , втрати 1269,6 кг/год.
100 4,5 год
Рідкий аміак подається в конденсатор насосом через інжектор, куди
всмоктується розчин карбамату амонію.
Маса аміаку в розчині карбамату амонію складає 11,0 – 11,5 % від маси
свіжого аміаку. Приймаю для розрахунку 11,25 %, тоді аміаку в розчині:
20825,3 11,25 кг
GNH 3 2342,8 .
100 год
Всього аміаку подається в конденсатор:
кг
GNH 3 20825,3 2342,8 23168,1 .
год
За прийнятою масовою часткою аміаку в розчині 44,72 %, що подається
в конденсатор, загальна маса розчину складає:
23168,1100 кг
Gрозч. 51807,1 .
44,72 год
За прийнятим відсотковим складом розчину на вході в конденсатор
розраховую його склад по компонентам в кг/год. :
51807,10,61 кг
G (NH3)2CO 316,0 ,
100 год
51807.141,8 кг
GNH 2CO2NH 4 21655,4 ,
100 год
51807,144,72 кг
GNH 3 23168,1 ,
100 год
51807,112,87 кг
GH 2O 6667,6 ,
100 год
Разом: 51807,1кг/год.
Вуглекислий газ СО2 подається в вузол синтезу в вигляді
експанзерного газу, в який для запобігання корозії на стадії компресії
подають повітря з розрахунку 0,6 %(мас.) кисню в загальній масі газу.
Масова частка СО2 в газі складає 96 %, звідси загальна маса газу
складає:
26950,44 100 кг
GCO2 28073,4 ,
96 год
28073,4 0,6 кг
кисню в ньому: GO2 168,4 ,
100 год
інертів (в подальшому N2): 28073,4 26950,44168,4 954,56 кг/год.
Експанзерний газ поступає в конденсатор високого тиску через
стрипер, в якому відбувається часткове розкладання карбаміду і карбамату та
відгонка продуктів розкладу – NH3, CO2, H2O. Кількість СО2 при цьому
збільшується в 1,620 – 1,625 рази. Приймаю збільшення маси СО2 в 1,623
рази, це складає на виході зі стрипера:
26950,44 1,623 43740,6кг/год.
Кисень та інерти проходять систему без змін.
При масовій частці СО2 в газі на вході в конденсатор 57,38 % загальна
маса газу складе:
43740,6 100 кг
Gгаз.ф. 76229,6 .
57,38 год
76229,6 2,4 кг
Маса води в газі: GH2O 1829,5 ,
100 год
N2: 954,56 кг/год,
О2: 168,4 кг/год,
NH3: 76229,6 – 43740,6 – 1829,5 – 954,56 – 168,4 = 29536,54 кг/год.
За виробничими даними, ступінь конденсації СО2 і перетворення в
карбамат складає 0,73 – 0,74. Приймаю для розрахунку 0,735.
кг
Тоді перетвориться в карбамат: GCO2 43740,6 0,735 32149,3 .
год
Залишається в газовій фазі 11591,3 кг/год СО2.
За рівнянням реакції:
2NH3 + CO2 ↔ NH2COONH4
29536,54 2 17 кг
використовується NH3: 22823,7 ,
44 год
кг
утворюється карбамату: 32149,3 22823,7 54973,0 .
год
При масовій частці СО2 в газовій фазі на виході з коденсатора в колону
синтезу 42,94 % загальна маса газу складає:
11591,3100 кг
Gгаз.ф. 26994,2 ,
42,94 год
26994,2 2,85 кг
маса води в газі: GH2O 769,3 ,
100 год
GN2: = 954.56 кг/год,
GО2: = 168,4 кг/год,
NH3: 26994,2 – 11591,3 – 769,3 – 954,56 – 168,4 = 13510,64кг/год.
Розраховую склад розчину карбамату на виході з конденсатору в
колону синтезу:
(NH2)2CO = 316,0 кг/год,
NH2COONH4 = 21655,4 + 54973,0 = 76628,4 кг/год,
NH3 = 29536,54 + 23168,1 – 22829,7– 13510,64 = 16364,3кг/год,
H2O = 6667,6+1829-769,3=7727,3 кг/год.
Разом: 101036,0 кг/год.
Дані розрахунку конденсатора високого тиску зведено в таблицю 5.1.
Таблиця 5.1 – Матеріальний баланс конденсатора високого тиску
Надходження Витрати
Компонент кг/год. % Компонент кг/год. %
Розчин
Розчин
карбамату
карбамату з
в колону
інжектора:
синтезу
(NH2)2CO 316,0 0,61 (NH2)2CO 316,0 0,32
NH2COONH4 21655,4 41,81 NH2COONH4 76628,4 75,84
NH3 23168,1 44,71 NH3 16364,3 16,22
H2O 6667,6 12,87 H2O 7727,3 7,62
Всього 51807,1 100 Всього 101036,0 100
Газова фаза Газова фаза в
зі стрипера: колону
синтезу
CO2 43740,6 57,38 CO2 11591,3 42,94
NH3 29536,54 38,75 NH3 13510,64 50,05
H2O 1829,5 2,4 H2O 769,3 2,85
N2 954,56 1,25 N2 954,56 3,54
O2 168,4 0,22 O2 168,4 0,62
Всього 76229,6 100 Всього 26994,2 100
Разом 128036,7 100 Разом 1280030,2 100
5.1.2 Матеріальний баланс колони синтезу
Вихідні дані:
Склад газової фази та розчину карбамату на вході в колону синтезу
представлено в таблиці 5.1.
Склад газової фази на виході з колони синтезу, в масових частках (%):
СО2 39,40
Н2О 2,88
Склад плаву, що виходить з колони синтезу в інжектор, в масових
частках (%):
(NH2)2CO 9,01
NH2СООNH4 71,24
NH3 9,91
Н2О 9,84
В колоні синтезу відбувається часткова конденсація СО2 з утворенням
карбамату та перетворення (конверсія) карбамату в карбамід.
Ступінь конденсації СО2 з утворенням карбамату 0,60 ÷ 0,61, приймаю
0,606:
GCO2 11591,30,606 7024,32 кг год .
Тоді конденсується СО2 7024,32кг/год., залишається в газовій фазі:
GCO2 11591,37024,32 4566,97кг год .
Карбамат утворюється за рівнянням реакції:
2NH3 + СО2 ↔ NH2СООNH4.
7024,3 78 кг
Gкармату 12452,17 ,
44 год
7024,334 кг
використовується NH3: GNH3 5427.87 .
44 год
Масова частка СО2 в газовій фазі на виході з колони синтезу 39,4 %,
загальна маса газової фази:
4566.97 100 кг
Gг.ф. 11591,29 ,
39,4 год
11591,29 2,88 кг
маса води в ній: GH2O 333,83 ,
100 год
N2: 954,56 кг/год,
О2: 168,4 кг/год,
NH3: 11591,29 – 4566,97 – 333,83 – 954,56 – 168,4 = 5567,53 кг/год.
В колону синтезу подається карбамату 76628,4кг/год., утворюється в
ній 13776,3 кг/год., отже разом 90404,7кг/год.
Ступінь конверсії карбамату в карбамід складає 0,55 ÷ 0,57. приймаю
до розрахунку 0,556. Тоді конвертується карбамату:
90404,7 0,556 50265,0 кг год .
Залишається в плаві карбамату на виході з колони:
Gкармату 90404,7 50265,0 40139,7 кг год .
За рівнянням реакції конверсії:
NH2СООNH4 ↔ (NH2)2СО + Н2О.
50265,7 60 кг
утвориться карбаміду: Gкар-миду 38665,92 ,
78 год
50265,7 18 кг
та води: GH2O 11599.78 ,
78 год
де 60, 78, 18 – молярні маси карбаміду, карбамату та води, кг/моль.
Розраховую склад розчину на виході з колони синтезу:
NH3: 16364,3+ 13510,64– 6828,78 – 5427,87 = 17618,3 кг/год,
NH2СООNH4: 76628,4 + 13776,3– 50265,0 = 40139,7 кг/год,
H2О: 7727,3+ 769,3– 396,76 + 11599,78 = 19699,6кг/год,
Разом: 77457,62 кг/год.
Плав на виході з колони синтезу розділяється на два потоки. Більша
частина плаву поступає в стрипер. Менша частина плаву, разом з розчином
карбамату зі скрубера високого тиску засмоктується в інжектор і подається
потім разом зі свіжим аміаком в конденсатор високого тиску.
За виробничими даними, в інжектор входить зі скрубера 0,1 %
карбаміду, що виходить з колони синтезу, тобто:
38665,92 316,00,1 кг
Gкармиду 38,98 .
100 год
Ця маса карбаміду передається в розчині з другого ступеня дистиляції
на до укріплення в вузол синтезу (скрубер – конденсатор – колона синтезу).
В колону синтезу поступає 316,0 кг/год. карбаміду, звідси, в плаві на виході з
колони синтезу надходить в інжектор 316,0 – 38,98 = 277,02 кг/год карбаміду.
Розраховую склад плаву, що поступає в інжектор, за даним відсотковим
складом. При масовій частці карбаміду 9,01 %, загальна маса плаву:
277,02 100 кг
3074,58 .
9,01 год
Склад за компонентами в кг/год:
(NH2)2СО 277,02 кг/год,
3074,58 71,24 кг
NH2СООNH4 2190,33 ,
100 год
3074,58 9,91 кг
NH3 304,69 ,
100 год
3074,58 9,84 кг
H2О 302,54 .
100 год
_________________________________________________
Разом 3074,58 кг/год.
Склад плаву на вході в стрипер (кг/год.):
(NH2)2СО: 38665,92 – 277,02 = 38388,9кг/год,
NH2СООNH4: 40139,7 – 2190,33 = 37949,37 кг/год,
NH3: 17618,3 – 304,69 = 17313,61кг/год,
H2О: 19699,6 – 302,54 = 19397,06 кг/год.
_____________________________________
Разом: 113048,94 кг/год.
Дані розрахунку колони синтезу карбаміду зведено в таблицю 5.2.
Таблиця 5.2 – Матеріальний баланс колони синтезу
Надходження Витрати
Компонент кг/год. % Компонент кг/год. %
1.Розчин
1. Плав в
карбамату з
інжектор
КВТ
(NH2)2CO 316,0 0,32 (NH2)2CO 277,02 9,01
NH2COONH4 76628,4 75,84 NH2COONH4 2190,33 71,24
NH3 16364,3 16,22 NH3 304,63 9,91
H2O 7727,3 7,62 H2O 302,54 9,84
Всього 101036,0 100 Всього 3074,58 100
2.Газова 2. Плав в
фаза з КВТ стрипер
11591,3 42,94 38942,94 33,95
CO2 (NH2)2CO
13510,64 50,05 37949,37 33,57
NH3 NH2COONH4
769,3 2,85 17313,61 15,31
H2O NH3
954,56 3,54 19397,06 17,16
N2 H2O
168,4 0,62
O2 Всього 113048,94 100
3. Газова фаза
Всього 26994,2 100
в скрубер
CO2 4566,97 39,4
NH3 5567,53 48,03
H2O 333,83 2,88
N2 954,56 8,24
O2 168,4 1,45
Всього 11591,29 100
Разом 1280030,2 100 Разом 128030,2 100
5.1.3 Матеріальний баланс стрипера
Вихідні дані:
Склад газової фази за компонентами в кг/год. на вході в стрипер (див.
табл. 5.1):
СО2 26950,44
О2 168,4
N2 954,56
Разом 28073,4
Склад газової фази за компонентами в кг/год на виході зі стрипера (див.
таблицю 6.1):
СО2 43740,6
NH3 29536,54
H2O 1829,5
N2 954,56
O2 168,4
Разом 76229,6
Склад плаву з колони синтезу за компонентами в кг/год. (див. таблицю
5.2):
(NH2)2CO 38942,94
NH2COONH4 37949,37
NH3 17313,61
H2O 19397,06
Разом 113048,94
В стрипері відбувається часткове розкладання карбаміду та карбамату з
відгонкою продуктів розкладу NH3, СО2.
Ступінь рокладання карбаміду становить 4 %. Звідси, перетворюється
за рівнянням реакції:
(NH2)2CO + H2O ↔ NH2COONH4.
38665.92 4 кг
1546,64 карбаміду.
100 год
1546,64 18 кг
Використовується води 463,99 .
60 год
Залишається карбаміду:
38665,921546,64 463,99 36655,29 кг год .
Поступає карбамату 37949,37кг/год.
1546,64 78
Утворюється карбамату 2010,63 кг/год.
60
Разом 39960,0 кг/год.
В стрипер подається 26950,44 кг/год. СО2, виходить з нього
43740,6 кг/год. Звідси слідує, що 43740,6 – 26950,44 = 16790,16 кг/год СО2
утворюється в стрипері з карбамату, що розкладається за рівнянням реакції:
NH2COONH4 ↔ СО2 + 2NH3.
16790.16 78 кг
Розкладається карбамату 29764.37 .
44 год
16790,16 34 кг
Утворюється NH3 12974,2 ,
44 год
Залишається карбамату в плаві:
39960,0 – 29764,37 = 10195,63 кг/год.
Склад плаву на виході зі стрипера на другу ступінь дистиляції:
(NH2)2CO: 36665,29 кг/год;
NH2COONH4: 10195,63 кг/год;
H2O 19397,06– 463,99 – 1829,5 = 17103,57 кг/год.
Разом 65955,16кг/год.
Перевірка балансу по аміаку:
кг
подається в плаві 17313,61 ;
год
кг
утворюється в стрипері 12974,2 ;
год
кг
відходить з газовою фазою зі стрипера 29536,54 ;
год
кг
залишилось у плаві (17313,61+12974,2) – 29536,54 = 751,27 .
год
Таблиця 5.3 – Матеріальний баланс стрипера
Надходження Витрати
Компонент кг/год. % Компонент кг/год. %
1 2 3 4 5 6
1. Плав на
1.Плав з колони другу
синтезу ступінь
дистиляції
(NH ) CO 38942,94 33,95 36665,29 56,6
2 2 (NH2)2CO
NH COONH 37949,37 33,57
2 4 NH COONH 10195,63 15,75
2 4
NH 17313,61 15,31
3 H2O 17103,57 26,43
H O 19397,06 17,16 NH 751,27 1,16
2 3
Всього 113048,94 100 Всього 64715,76 100
Кінець таблиці 5.3
1 2 3 4 5 6
2. Газова
2. Газова фаза в
фаза в
стрипер
КВТ
CO2 26950,44 96,0 CO2 43740,6 57,38
N2 954,56 3,4 NH3 29536,54 38,75
O2 168,4 0,6 H2O 1829,5 2,4
N2 954,56 1,25
Всього 28073,4 100 O2 168,4 0,22
Всього 76229,6 100
Разом 141122,34 100 Разом 140945,36 100
(141122.34 1140945.36) 100
Розбаланс: 0,12% , що допускається.
1141122.34
5.2 Розрахунок теплового балансу стрипера
Вихідні дані:
Температура плаву на вході, 0С: 179;
Температура експанзерного газу на вході, , 0С: 100;
Температура плаву на виході, 0С: 180;
Температура газової суміші на виході, 0С: 175;
Масові витрати і склад матеріальних потоків з таблиці 6.3.
Рівняння теплового балансу має вигляд:
Q1+Q2+Q3= Q4+Q5+Q6 + Q7,
Де Q1 фізичне тепло плаву карбаміду, кДж/год.;
Q2 фізичне тепло експанзерного газу, кДж/год.;
Q3 фізичне тепло гріючою пари, кДж/год.;
Q4 фізичне тепло плаву карбаміду на виході, кДж/год.;
Q5 фізичне тепло реакції розкладання карбам ату амонію, кДж/год.;
Q6 фізичне тепло паро-газової суміші, кДж/год.;
Q7 фізичне тепло втрат в навколишнє середовище, кДж/год.;
Фізико-хімічні властивості матеріальних потоків, що прямують крізь
стрипер наведені в таблиці 6.4
Таблиця 6.4 –Фізико-хімічні властивості матеріальних потоків стрипера
№ Назва потоку Фізична Одиниці Значенн
величина вимірювання я
1 Плав карбаміду, в тому
складі: (NH2)2CO
NH2COONH4 теплоємність кДж/кг∙К 1,848
NH3
H2O
2 Експанзерний газ теплоємність кДж/кг∙К 0,843
3 Плав карбаміду, в тому теплоємність кДж/кг∙К 1,310
складі: (NH2)2CO
NH2COONH4
NH3
H2O
4 Парогазова суміш, в тому теплоємність кДж/кг∙К 1,11
складі:
NH3
H2O, СО2,
5 NH2COONH4 ↔ СО2 +2NH3 Теплота кДж/моль 125,6
реакції:
6 Парогазова суміш Теплота
випаровування
аміаку кДж/кг 2473
Води кДж/кг 2734,0
СО2 кДж/кг 416,5
Визначаю фізичне тепло плаву карбаміду на вході, кДж/кг:
Q c G t 113048,94 1,848 179 26656940,05,
1
Q 28073,4 0,843 100 2366587,62,
2
Q X ,
3
Q 64715,76 1,31 180 15259976,21,
4
29764,37 125,6
Q 47928,27,
5
78
Q 76229,61,11 180 15230674,08
6
Q 47740,6 416,5 29536,54 2473 1829,5 2734,0 97929676,32
7
26656940,05 2366587,62 X 15259976,21 47928,27 97929676,32,
X 15259976,21 47928,27 97929676,32 26656940,05 2366587,62
8421403,13
Таким чином слід підвести пари з тиском 2,53МПа:
Gпари=84214053,13/2734,0=30802,5кг.
Дані розрахунку теплового балансу стрипера зведено в таблицю 5.5.
Таблиця 5.5 - Тепловий баланс
Надходження Витрати
Стаття кДж/год. % Стаття кДж/год. %
Q1 26656940,05 23,54 Q4 15230674,08 13,45
Q2 2366587,62 20,9 Q5 47928,27 0,004
Q3 84214053,13 55,56 Q6 15230674,08 1,34
Q7 97929676,32 85,2
Всього 113237580,8 100 Всього 1132387580,8 100
6 РОЗРАХУНОК ОСНОВНОГО АПАРАТУ
Стрипер являє собою вертикальний кожухотрубний апарат
поверхневого типу.
Теплообмінний апарат має характеристику:
- гріюча поверхня – 70 м2,
- кількість труб – 314 шт.,
- діаметр труб – 25×2,5 мм,
- довжина труб – 9000 мм.
В міжтрубному просторі – паровий конденсат, в трубному просторі –
вуглеамонійні солі.
Матеріал труб, трубних решіток, камер, насадок, що знаходяться в
контакті з ВАС виготовляють з високолегованої сталі, плакованої
нержавіючим покриттям.
Реакційна суміш, що складається з карбаміду, карбамату амонію,
аміаку і води поступає в трубний простір гріючої камери апарата, попередньо
змішавшись з ВАС з ІІ ступеня дистиляції. Температура газо-рідинної суміші
на вході – 183 °С, на виході – 162 °С. Проходячи по трубам гріючої камери
газо-рідинна суміш охолоджується та конденсується аміак, в якому
розчиняється СО2 з утворенням ВАС.
Розраховую теплове навантаження стрипера.
Теплове навантаження в загальному вигляді:
Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = Q6 + Q7 + Q8 + Q9 + Q10, (6.1)
де Q1 – тепловий потік газу з колони синтезу, Вт;
Q2 – тепловий потік вуглеамонійних солей з вузла рециклу, Вт;
Q3 – теплота утворення карбамату амонію, Вт;
Q4 – теплота конденсації водяних парів, Вт;
Q5 – тепловий потік теплоносія, Вт;
Q6 – тепловий потік вуглеамонійних солей в інжектор, Вт;
Q7 – тепловий потік газу зі скрубера високого тиску (ВТ), Вт;
Q8 – тепло, що витрачається на нагрівання вуглеамонійних солей,
Вт;
Q9 – втрати тепла в навколишнє середовище, Вт;
Q10 – тепловий потік теплоносія, Вт.
Приймаю втрати тепла в навколишнє середовище 5 % від теплоти, що
поступає, тоді тепловий баланс прийме вигляд:
1005
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 . (6.2)
100
Теплове навантаження апарату визначаю за формулою:
Q = Q10 – Q5 = 0,95∙( Q1 + Q2 + Q3 + Q4) – Q6 – Q7 – Q8.
Температура газової фази з колони синтезу 180 ÷ 185 °С, приймаю до
розрахунку 180 °С. склад газової фази (див. таблиці 5.1 – 5.4). Визначаю
тепловий потік газу з колони синтезу Q1.
Ентальпії речовин при тиску в апараті 14,00 МПа:
СO2 = 398,66 ∙ 103 Дж/кг;
NH3 = 1331,4 ∙ 103 Дж/кг;
H2О = 770,22 ∙ 103 Дж/кг.
Теплоємність азоту (кисень вводжу в склад азоту) визначаю за
степінним рядом:
С (N ) = 27,88 + 4,27 ∙10-3 Дж
Р 2 ∙ (273 + 180) = 29,81 ,
кг К
29,811000 Дж
СN 2 1065 .
28 кг К
5189.73 6326.72
Ф1 398,66 103 1331,4 103
3600 3600
379.35
770,22 103
3600
1092.3183.8
1065 180 574704.9 2339831.9
3600
81161.93 67952.32
3063651 Вт .
Визначаю тепловий потік вуглеамонійних солей з вузла рециклy, Q2.
Температура потоку 90 ÷ 95 °С, приймаю 90 °С.
44,56 12345,72 1146,1 6645,64
Ф2 1845 1606 5740 4190 90
3600 3600 3600 3600
1397902.5Вт .
Визначаю теплоту утворення карбамату амонію Q3. Умовно приймаю,
що карбамат амонію утворюється з газоподібних СO2 і NH3. Теплота
утворення твердого карбамату амонію з газоподібних СO2 і NH3
кДж кДж
159320 , теплота плавлення карбамату амонію 25140 .
кмоль кмоль
Тоді:
8831.98
Q3 159320 25140103 8756653.4 Вт ,
3600 78
де 8831,98 – кількість карбамату, що утворився в скрубері
кг
високого тиску, ;
год
кг
78 – молярна маса карбамату амонію, .
кмоль
Визначаю тепловий потік з вуглеамонійними солями в інжектор Q6.
Склад рідинної суміші див. таблицю 5.4. Температура на виході
вуглеамонійних солей з апарату 160 - 170 °С. Питомі теплоємності та
ентальпії компонентів рідкої суміші:
С((NH2)2CO) = 2243 Дж/(кг∙К);
С(NH2COONH4) = 1954 Дж/(кг∙К);
С(NH3) = 4750 Дж/кг;
С(H2O) = 4187 Дж/кг.
44,56 21419,07 25981.52
Ф6 2243 1954 160 4750
3600 3600 3600
.
7233.36
4187 1968312.2Вт
3600
Визначаю тепловий потік газової фази з скрубера високого тиску, Q7.
При температурі в апараті 170 °С питома теплота конденсації водяних
кДж
парів складає 2056 ∙ 103 . Конденсується води в апараті:
кг
379,35 – 34,95 =346,4 кг/год. або 0,096 кг/сек.
Тоді Q4 = 0,096 ∙ 2056 ∙ 103 = 197832,84 Вт.
Визначаю тепловий потік вуглеамонійних солей в інжектор, Q6.
Температура вуглеамонійних солей на виході з апарата 160 ÷ 170 °С,
приймаю 165 °С. Ентальпії компонентів газової суміші при цій температурі:
СО2 = 379 ∙ 103 Дж/кг,
NH = 1270 ∙ 103
3 Дж/кг,
H2O = 705 ∙ 103 Дж/кг.
Теплоємність азоту (кисень внесений в його склад) визначаю за
степінним рядом:
СР (N2) = 27,88 + 4,27 ∙10-3 ∙ (273 + 165) = 29,75 Дж/(моль∙К),
29,75 1000 Дж
СN2 1063 .
28 кг К
Тоді
207.59 3 1141.94 32.95
Q7 379 10 1270 103 705 103
431158,36Вт
3600 3600 3600
1092.3183.8
431158,36 1063 165 1614342.7Вт
3600
Визначаю тепловий потік в результаті нагрівання вуглеамонійних
солей від 90 °С до 165 °С, Q8:
tср = 0,5 ∙ (90 + 165) = 128 °С.
44,63
(NH2)2CO 1913 165901778.69 Вт ,
3600
13289.98
NH2COONH4 1859 16590 514709.84 Вт ,
3600
24646.38
NH3 5146 16590 2642318.7 Вт
,
3600
6886.96
H2O 4190 16590 601174.2 Вт .
3600
Ф8 = 3759981,3 Вт.
Визначаю теплове навантаження апарату:
Q 0,9530636511397902.54220256.1197832.841968312.2
493331.263759981.3 2214035.5 Вт .
Визначаю витрати теплоносія. Приймаю перепад температур
Δt = 20 °С,
Q
m , (6.3)
c t
де с – питома теплоємність води, Дж/(кг∙К).
2214035.5 кг
m 26.42 .
4190 20 сек
Визначаю тепловий потік з теплоносієм. В якості теплоносія в апараті
використовується конденсат водяної пари з температурою 110 °С.
Питома теплоємність при цій температурі складає 4230 Дж/(кг∙К).
Q5 = 26,42∙ 4230 ∙ 110 = 12293444 Вт.
Тепловий потік теплоносія на виході складає:
Q10 = 0,95∙(Q5 + Q) = 0,95∙(17573711,51 + 3165005,43) = 19701781,09 Вт.
Ентальпія теплоносія складає:
Q 19701781,09 Дж кДж
I 10 521625,13 521,6 . (6.4)
m 37,77 кг кг
Даному значенню відповідає кінцева температура теплоносія 125 °С.
Втрати тепла в навколишнє середовище складають:
Q9 = 0,05∙( Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5) = 0,05∙(3077599,4 + 1358332,13 +
+ 4335691,25 + 203241,31 + 17573711,5) = 1327428,78 Вт.
Таблиця 6.1– Теплове навантаження стрипера
Статті Вт/год. % Статті Вт/год. %
Q1 3077599,4 11,59 Q6 3641041,26 13,80
Q2 1358332,13 5,12 Q7 537178,39 2,04
Q3 4335691,25 16,33 Q8 1182895,81 4,48
Q4 203241,31 0,77 Q9 1327428,78 5,03
Q5 17573711,5 66,19 Q10 19701781,09 74,65
Всього 26548575 100 Всього 26390325 100
Площу поверхні теплообміну апарата визначаю за формулою:
Q
F , (6.5)
К tср
де Q – теплове навантаження апарата, Вт;
Q = 3165005,43 Вт (див. тепловий розрахунок);
К – коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м2∙К), за виробничими даними
приймаю К = 1100 Вт/(м2∙К);
Δtср – середня різниця температур, °С.
Визначаю середню різницю температур. Приймаю рух теплоносіїв –
протиток. Відповідно до технологічних вимог початкова температура води
для охолодження повинна бути не менше 100 °С. Приймаю 110 °С. Нагрів
води відповідно до прийнятого раніше складає 20 °С.
180 165
130 110
Δtм = 50 Δtб = 55
tб 55 55 50
1,1 2 , тоді tср 52,5 С .
tм 50 2
3165005,43
F 54,81 м2
.
1100 52,5
Приймаю один стрипер з площею поверхні теплообміну F = 70,00 м2.
Проводжу розрахунок апарату на міцність.
Вибираю конструкційний матеріал та допустимі напруження.
Розрахунковий тиск Р = 20 МПа.
Розрахункова температура дорівнює температурі всередині апарату
t = 200 °С.
Як основний конструкційний матеріал вибираємо сталь 12ХГНМ,
товщина листа 4 мм, для якої при 200 °С: σв = 666 МПа, σт = 468 МПа.
Нормативне допустиме напруження розраховується за формулою:
σ* = min(σв/nв; σт/nт), (6.6)
де nв = 2,6 та nт = 1,5 - коефіцієнти запасу міцності.
σ* = min(666/2,6 = 256 МПа; 468/1,5=312 МПа) = 256 МПа.
Розраховую допустиме напруження:
[σ] = η∙σ* = 1∙256 = 256 МПа, (6.7)
де η = 1 – поправний коефіцієнт, що враховує умови експлуатації.
Добавка до товщини металу на корозію:
С = П∙Та = 0,0001∙10 = 0,001 м, (6.8)
де П = 0,0001 м/рік – швидкість корозії;
Та = 10 років – термін служби апарату.
При 20 °С: σв = 736 МПа, σт = 540 МПа .
σ* = min(736/2,6 = 283 МПа; 540/1,5=360 МПа) = 283 МПа (6.9)
Розраховую допустиме навантаження:
[σ] = ησ* = 1,0∙283 = 283 МПа (6.10)
Розраховую тиск для гідравлічних випробувань:
Ргв = 1,25Р[σ]20/[σ]250 = = 28 МПа (6.11)
Приймаю Ргв = 28 МПа.
Розрахвую товщину стінки корпусу.
Розраховую коефіцієнт товстостінності:
lnβ = pp/[σ]φ = 20/(256∙1) = 0,1 звідси β = 1,105 (6.12)
де φ = 1 – коефіцієнт міцності зварного шва.
Розраховую товщину стінки апарату:
sр = 0,5D (β - 1) = 0,5 - 2,5 (1,105 - 1) = 0,125 м. (6.13)
Розраховую виконавчу товщину обичайки:
s > sp + C = 0,125 + 0,001 = 0,126. (6.14)
Розраховую товщину стінки в умовах гідравлічних випробувань:
lnβ = pp/[σ]φ = 28/(256∙1) = 0,15 звідси β = 1,162;
sр = 0,5D (β - 1) = 0,5 - 2,5 (1,162 - 1) = 0,189 м;
s > sp + C = 0,189 + 0,001 = 0,190 м.
Приймаємо за норморядом s = 190 мм.
Тоді коефіцієнт товстостінності:
β = (D+2s)/(D+2C) = (2,5+2•0,19)/(2,5+ 2•0,001) = 1,197 (6.15)
Робочий тиск, що допускається:
[p] = [σ]φlnβ = 256∙1,0∙ln1,197 = 37,33 МПа (6.16)
Умова р < [p] виконується.
Розраховую товщину стінки напівсферичного днища та кришки
корпусу.
Внутрішня висота напівсферичної частини днища:
Нд = 0,5D = 0,5 ∙ 2,5 = 1,2 м (6.17)
Розрахункова товщина напівсферичного днища:
sд.р = 20∙2,5∙2,5/[(4∙256∙1,0 – 70)2∙1,2] = 0,049 м.
Виконавча товщина днища, кришки:
sд = sд.р + С = 0,049 + 0,001 = 0,05 м. (6.18)
Приймаю sд. = 0,05 м
Робочий допустимий тиск:
[p] = 4 ∙ 256 ∙ 1,0 / [2,5 ∙ 2,5 / 2 ∙ 1,2 (0,05 − 0,001) + 1] = 17,6 МПа.
Умова р < [p] виконується.
Фактичний коефіцієнт товстостінності:
β = (D+2s)/(D+2C) = (2,5+2•0,05)/(2,5+ 2∙0,001) = 1,40. (6.18)
Висота відбортування днища, кришкт:
hв > 0,5D(β – 1) = 0,5∙2,5(1,40 – 1) = 0,5 м. (6.19)
Приймаю hв = 0,5м.
7 АВТОМАТИЗАЦІЯ І КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГІЧНОГО РЕЖИМУ
ВИРОБНИЦТВА
Автоматизація є невід’ємною частиною виробничих процесів в хімічній
промисловості. Для хімічної промисловості автоматичне управління
технологічними процесами грає особливу роль, оскільки дозволяє зменшити
або повністю виключити участь людини в проведенні процесів, які
характеризуються використанням або виділенням шкідливих для організму
речовин, швидкою течією реакції, вибухо- і пожежонебезпекою.
При виборі системи автоматизації (електричної, пневматичної,
гідравлічної або комбінованої) вибір зупинився на комбінованій системі.
Для автоматичного управління роботою стадії було обрано наступні
параметри:
- вимірювання температури оксиду вуглецю (IV) перед стрипером;
- вимірювання, регулювання та сигналізація тиску оксиду вуглецю (IV)
перед стрипером;
- вимірювання, регулювання та сигналізація температури розчину
карбаміду після стрипера;
- вимірювання, регулювання та сигналізація рівня розчину карбаміду в
стрипері;
- вимірювання температури корпусу стрипера;
- вимірювання температури газової фази після стрипера;
- вимірювання та регулювання температури карбамату амонію на
виході із конденсатора високого тиску;
- вимірювання температури реакційної суміші в колоні синтезу;
- вимірювання та сигналізація тиску в колоні синтезу;
- вимірювання, регулювання та сигналізація рівня реакційної суміші в
колоні синтезу;
- вимірювання температури корпусу колони синтезу;
- вимірювання та сигналізація температури конденсату на вході в
скрубер високого тиску;
- вимірювання температури конденсату на виході із скрубера високого
тиску.
Таблиця 7.1 – Визначення об’єму автоматизації.
Можлив
Параметр,
ий Вимоги до
що Місце
Технологічни діапазон схеми
вимірюють відбору Примітки
й об’єкт зміни автомати-
або імпульсу
парамет зації
регулюють
ру
1 2 3 4 5 6
трубопровід не на вході в
оксиду температу більше стрипер Вимірюван-
вуглецю ра 100 0С ня
(IV)
трубопровід 14-15,5 на вході в Вимірюван- регулюван-
оксиду тиск МПа стрипер ня ня
вуглецю регулюван- клапаном
(IV) ня регулятора
сигналізація
трубопровід на виході із Вимірюван- регулюван
розчину температу 157- стрипера нярегулю- ня подачею
карбаміду ра 1750С вання пари
сигналізація
всередині Вимірюван- регулюван
стрипер рівень 30-70 % апарату нярегулю- ня
вання клапаном
сигналізація регулятора
стрипер температу не корпус Вимірюван-
ра більше стрипера ня
1850С
трубопровід не на виході із Вимірюван-
газової фази температу більше стрипера ня
ра 1950С
трубопровід на виході із Вимірюван- Регулюван-
карбамату температу 160- конденса- ня ня
амонію ра 1750С тора ВТ регулюван- подачею
ня конденсату
Кінець таблиці 7.1
1 2 3 4 5 6
колона температу 180- всередині Вимірюван-
синтезу ра 1850С апарату ня
колона тиск 13,4- всередині Вимірюван- мінімум
синтезу 14,4 апарату ня
МПа сигналізація
колона рівень 30-70 % всередині Вимірюван- Регулюван-
синтезу апарату нярегулю- ня
вання клапаном
сигналізація регулятора
колона температу не корпус вимірюванн
синтезу ра більше колони я
1850С
трубопровід температу 160- на виході із вимірюванн Регулюван-
розчину ра 1680С скрубера ярегулюван ня подачею
ВАС ВТ ня конденсату
сигналізація
трубопровід температу 90-130 на вході в Вимірюван- мінімум
конденсату ра 0С скрубер ВТ ня
сигналізація
трубопровід температу 100- на виході із Вимірюван-
конденсату ра 1400С скрубера ня
ВТ
7.1 Блок контролю температури оксиду вуглецю (IV), що поступає в
стрипер
Для контролю за температурою оксиду вуглецю (IV), що поступає в
стрипер, у якості датчика вибираємо перетворювач термоелектричний ТХК-
0479 (межа виміру -50 – +200 0С), який встановлено на трубопроводі плаву
карбаміду перед входом в стрипер. Електричний сигнал від термопари
перетворюється в приладі Ш 78 в уніфікований сигнал постійного струму 0-5
мА, перетворюється в електропневматичному перетворювачі ЕПП в
пневматичний сигнал (вхід 0-5 мА, вихід 0,02 – 0,1 МПа), який по каналам
зв’язку передається на вторинний прилад ПКР.1 – прилад контролю
пневматичний для запису і показання величини одного параметру.
7.2 Блок контролю, регулювання та сигналізації тиску оксиду вуглецю
(IV), що поступає в стрипер
Для контролю за тиском оксиду вуглецю (IV), що поступає в стрипер, у
якості датчика вибрано перетворювач надлишкового тиску в пневматичний
сигнал типу 13ДИ40К (верхня межа виміру 10; 16; 25; 40; 60; 100 МПа).
Пневматичний сигнал по каналам зв’язку передається на вторинний прилад
ПКП.1 – прилад контролю пневматичний показуючий для вимірювання
величини одного параметру. Далі сигнал поступає на регулятор ПР3.31.М –
пристрій пневматичний регулюючий ізодромний, який порівнює рівень
сигналу, що поступає від вторинного приладу із заданим та видає
результуючий пневматичний сигнал на виконавчий пристрій 25ч32нж –
регулюючий клапан з пневматичним мембранним виконавчим механізмом,
який встановлено на трубопроводі подачі оксиду вуглецю (IV) в стрипер.
7.3 Блок контролю, регулювання та сигналізації температури розчину
карбаміду на виході із стрипера
Для контролю за рівнем температури розчину карбаміду у якості
датчика вибираємо вимірювальний перетворювач температури 13ДТ73 для
неперервного перетворення температури в пневматичний сигнал 0,02-0,1
МПа (діапазон вимірювання 0 – 600 0С), який встановлено на трубопроводі
розчину карбаміду на виході із стрипера. Пневматичний сигнал від датчика
по каналам зв’язку передається на вторинний прилад ПКП.1Е – прилад
контролю пневматичний показуючий для вимірювання величини одного
параметру і сигналізації заданого діапазону його значення. Далі сигнал
поступає на регулятор ПР3.31.М – пристрій пневматичний регулюючий
ізодромний, який порівнює рівень сигналу, що поступає від вторинного
приладу із заданим та видає результуючий пневматичний сигнал на
виконавчий пристрій 25ч30нж – регулюючий клапан з пневматичним
мембранним виконавчим механізмом, який встановлено на трубопроводі
подачі пари в міжтрубний простір стрипера.
7.4Блок вимірювання, регулювання та сигналізації рівня розчину
карбаміду в стрипері
Для контролю за рівнем розчину карбаміду в стрипері у якості датчика
вибрано рівнемір буйковий УБ-П1 з пневматичним сигналом, який
встановлено всередині стрипера. Далі сигнал поступає на вторинний прилад
ПКП.1Е – прилад контролю пневматичний показуючий для вимірювання
величини одного параметру і сигналізації заданого діапазону його значень.
Далі сигнал поступає на регулятор ПР3.31.М – пристрій пневматичний
регулюючий ізодромний, який порівнює рівень сигналу, що поступає від
вторинного приладу із заданим та видає результуючий пневматичний сигнал
на виконавчий пристрій 25ч32нж – регулюючий клапан з пневматичним
мембранним виконавчим механізмом, який встановлено на трубопроводі
подачі розчину карбаміду.
7.5 Блок контролю за температурою корпусу стрипера
Для контролю за температурою корпусу стрипера у якості датчика
вибираємо перетворювач термоелектричний ТХК-0479 (межа виміру -50 –
+200 0С), який встановлено на корпусі стрипера. Електричний сигнал від
термопари перетворюється в приладі Ш 78 в уніфікований сигнал постійного
струму 0-5 мА, перетворюється в електропневматичному перетворювачі ЕПП
в пневматичний сигнал (вхід 0-5 мА, вихід 0,02 – 0,1 МПа), який по каналам
зв’язку передається на вторинний прилад ПКП.1 – прилад контролю
пневматичний показуючий для вимірювання величини одного параметру.
7.6 Блок контролю за температурою газової фази синтезу на виході із
стрипера
Для контролю за температурою газової фази синтезу на виході із
стрипера у якості датчика вибираємо перетворювач термоелектричний ТХК-
0479 (межа виміру -50 – +200 0С), який встановлено на трубопроводі газової
фази синтезу після стрипера. Електричний сигнал від термопари
перетворюється в приладі Ш 78 в уніфікований сигнал постійного струму 0-5
мА, перетворюється в електропневматичному перетворювачі ЕПП в
пневматичний сигнал (вхід 0-5 мА, вихід 0,02 – 0,1 МПа), який по каналам
зв’язку передається на вторинний прилад ПКП.1 – прилад контролю
пневматичний показуючий для вимірювання величини одного параметру.
7.7 Блок вимірювання та регулювання температури розчину карбамату
амонію на виході із конденсатора високого тиску
Для контролю за рівнем температури розчину карбамату амонію на
виході із конденсатора ВТ у якості датчика вибираємо вимірювальний
перетворювач температури 13ДТ73 для неперервного перетворення
температури в пневматичний сигнал 0,02-0,1 МПа (діапазон вимірювання 0 –
600 0С), який встановлено на трубопроводі розчину карбамату амонію на
виході із конденсатора ВТ. Пневматичний сигнал від датчика по каналам
зв’язку передається на вторинний прилад ПКР-1 – прилад контролю
пневматичний для запису і показання величини одного параметру. Далі
сигнал поступає на регулятор ПР3.31.М – пристрій пневматичний
регулюючий ізодромний, який порівнює рівень сигналу, що поступає від
вторинного приладу із заданим та видає результуючий пневматичний сигнал
на виконавчий пристрій 25ч30нж – регулюючий клапан з пневматичним
мембранним виконавчим механізмом, який встановлено на трубопроводі
подачі охолоджуючого конденсату в між трубний простір конденсатора ВТ.
7.8 Блок контролю за температурою середовища в колоні синтезу
Для контролю за температурою середовища в колоні синтезу у якості
датчика вибираємо перетворювач термоелектричний ТХК-0479 (межа виміру
-50 – +200 0С), який встановлено в корпусі колони. Електричний сигнал від
термопари перетворюється в приладі Ш 78 в уніфікований сигнал постійного
струму 0-5 мА, перетворюється в електропневматичному перетворювачі ЕПП
в пневматичний сигнал (вхід 0-5 мА, вихід 0,02 – 0,1 МПа), який по каналам
зв’язку передається на вторинний прилад ПКП.1 – прилад контролю
пневматичний показуючий для вимірювання величини одного параметру.
7.9 Блок контролю та сигналізації тиску середовища в колоні синтезу
Для контролю за тиском середовища в колоні синтезу у якості датчика
вибрано перетворювач надлишкового тиску в пневматичний сигнал типу
13ДИ30К (верхня межа виміру 10; 16; 25; 40; 60; 100 МПа). Далі сигнал
поступає на вторинний прилад ПКП.1Е – прилад контролю пневматичний
показуючий для вимірювання величини одного параметру і сигналізації
заданого діапазону його значень.
7.10 Блок вимірювання, регулювання та сигналізації рівня розчину
ВАС в колоні синтезу
Для контролю за рівнем розчину ВАС в колоні синтезу у якості
датчика вибрано рівнемір буйковий УБ-П1 з пневматичним сигналом, який
встановлено всередині колони. Далі сигнал поступає на вторинний прилад
ПКП.1Е – прилад контролю пневматичний показуючий для вимірювання
величини одного параметру і сигналізації заданого діапазону його значень.
Далі сигнал поступає на регулятор ПР3.31.М – пристрій пневматичний
регулюючий ізодромний, який порівнює рівень сигналу, що поступає від
вторинного приладу із заданим та видає результуючий пневматичний сигнал
на виконавчий пристрій 25ч32нж – регулюючий клапан з пневматичним
мембранним виконавчим механізмом, який встановлено на трубопроводі
подачі розчину ВАС.
7.11 Блок контролю за температурою корпусу колони синтезу
Для контролю за температурою корпусу колони синтезу у якості
датчика вибираємо перетворювач термоелектричний ТХК-0479 (межа виміру
-50 – +200 0С), який встановлено на корпусі колони синтезу. Електричний
сигнал від термопари перетворюється в приладі Ш 78 в уніфікований сигнал
постійного струму 0-5 мА, перетворюється в електропневматичному
перетворювачі ЕПП в пневматичний сигнал (вхід 0-5 мА, вихід 0,02 – 0,1
МПа), який по каналам зв’язку передається на вторинний прилад ПКП.1 –
прилад контролю пневматичний показуючий для вимірювання величини
одного параметру.
7.12 Блок контролю, регулювання та сигналізації температури розчину
ВАС на виході із скрубера високого тиску
Для контролю за рівнем температури розчину ВАС у якості датчика
вибираємо вимірювальний перетворювач температури 13ДТ73 для
неперервного перетворення температури в пневматичний сигнал 0,02-0,1
МПа (діапазон вимірювання 0 – 600 0С), який встановлено на трубопроводі
розчину ВАС після скрубера ВТ. Пневматичний сигнал від датчика по
каналам зв’язку передається на вторинний прилад ПКП.1Е – прилад
контролю пневматичний показуючий для вимірювання величини одного
параметру і сигналізації заданого діапазону його значення. Далі сигнал
поступає на регулятор ПР3.31.М – пристрій пневматичний регулюючий
ізодромний, який порівнює рівень сигналу, що поступає від вторинного
приладу із заданим та видає результуючий пневматичний сигнал на
виконавчий пристрій 25ч30нж – регулюючий клапан з пневматичним
мембранним виконавчим механізмом, який встановлено на трубопроводі
подачі конденсату в міжтрубний простір скрубера ВТ.
7.13 Блок контролю та сигналізації температури конденсату на вході в
скрубер високого тиску
Для контролю за рівнем температури конденсату на вході в між
трубний простір теплообмінної частини скрубера ВТ у якості датчика
вибираємо вимірювальний перетворювач температури 13ДТ73 для
неперервного перетворення температури в пневматичний сигнал 0,02-0,1
МПа (діапазон вимірювання 0 – 600 0С), який встановлено на трубопроводі
конденсату перед скрубером ВТ. Пневматичний сигнал від датчика по
каналам зв’язку передається на вторинний прилад ПКП.1Е – прилад
контролю пневматичний показуючий для вимірювання величини одного
параметру і сигналізації заданого діапазону його значення.
7.14 Блок контролю за температурою конденсату на виході із скрубера
високого тиску
Для контролю за температурою конденсату на виході із скрубера ВТ у
якості датчика вибираємо перетворювач термоелектричний ТХК-0479 (межа
виміру -50 – +200 0С), який встановлено на трубопроводі конденсату після
скрубера ВТ. Електричний сигнал від термопари перетворюється в приладі
Ш 78 в уніфікований сигнал постійного струму 0-5 мА, перетворюється в
електропневматичному перетворювачі ЕПП в пневматичний сигнал (вхід 0-5
мА, вихід 0,02 – 0,1 МПа), який по каналам зв’язку передається на вторинний
прилад ПКП.1 – прилад контролю пневматичний показуючий для
вимірювання величини одного параметру.
8 АНАЛІТИЧНИЙ КОНТРОЛЬ ВИРОБНИЦТВА
Таблиця 8.1 – Аналітичний контроль стадії синтезу карбаміду
№ Найменування стадії, Параметр Норми ТР і Назва НТД, за
пор процесу, місце заміру контролю, допустимі якою
Методи контролю
параметру або місце одиниці відхилення проводиться
відбору вимірювання контроль
1 2 3 4 5 6
1 Розчин карбаміду на Масова частка: 31-38 МВВ К-М-169-94 Титриметричний метод
виході з колони карбаміду % Діапазон значень вимірюваної величини
синтезу 25-75 %
Сумарна відносна погрішність ±2 %
СУАМКПК № 6 Титриметричний метод
Діапазон значень вимірюваної величини
30-70 %
Сумарна відносна погрішність ±1 %
Продовження таблиці 8.1
1 2 3 4 5 6
аміаку % 28-33 МВВ К-М-169-94 Титриметричний метод
Діапазон значень вимірюваної величини
0,6 - 40,0%
Сумарна відносна погрішність ±2 %
СУМКПК № 1 Титриметричний метод
Діапазон значень вимірюваної величини
1 - 60 %
Сумарна відносна погрішність ±1 %
оксиду вуглецю 16-22 МВВ К-М-363-92 Метод потенціометра
(IV), % Діапазон значень вимірюваної величини
0,2 - 40,0 %
Сумарна відносна погрішність ±2 %
біурету %, не 0,1 МВВ К-М-169-94 Фотоколориметричний метод
більше Діапазон значень вимірюваної величини
0,03-14%
Сумарна відносна погрішність ±7 %
Продовження таблиці 8.1
1 2 3 4 5 6
заліза %, 0,0005 МВВ Л-М-118-95 Фотоколориметричний метод
не більше Діапазон значень вимірюваної величини
0,00004 - 0,006 %
Сумарна відносна погрішність ±10 %
нікелю %, 0,0001 МВВ Л-М-118-95 Фотоколориметричний метод
не більше Діапазон значень вимірюваної величини
0,00001 - 0,0002 %
Допустима розбіжність між двома
паралельними визначеннями 0,000005%
СУАМКПК № 9 Фотоколориметричний метод
Діапазон значень вимірюваної величини
0,00005 - 0,0005 %
Сумарна відносна погрішність 0,000005%
Молярне (2,9-3,3):1: МВВ К-М-169-94
співвідношення (не більше
NH3 : СО2 : H2O 0,7)
Продовження таблиці 8.1
1 2 3 4 5 6
2 Розчин карбаміду на Масова частка: 55 МВВ К-М-169-94 Титриметричний метод
виході із стрипера карбаміду %, Діапазон значень величини 25 - 75 %
не менше Відносна погрішність ±2 %
СУАМКПК № 6 Титриметричний метод
Діапазон значень величини 30,0 - 70,0 %
Сумарна відносна погрішність ±1 %
аміаку %, 9 МВВ К-М-169-94 Титриметричний метод
не більше Діапазон значень величини 0,6 - 40,0 %
Сумарна відносна погрішність ±2 %
СУАМКПК № 1 Титриметричний метод
Діапазон значень величини 1 - 60 %
Сумарна відносна погрішність ±2,3 %
оксиду вуглецю 11 МВВ К-М-363-92 Метод потенціометра
(IV), % не Діапазон значень вимірюваної величини
більше 0,2 - 40,0 %
Сумарна відносна погрішність ±2,0 %
Продовження таблиці 8.1
1 2 3 4 5 6
біурету %, 0,4 МВВ К-М-169-94 Фотоколориметричний метод
не більше Діапазон значень величини 0,03-14,00%
Сумарна відносна погрішність ±7 %
СУАМКПК № 7 Фотоколориметричний метод
Діапазон значень величини 0,1 - 1,4 %
Сумарна відносна погрішність ±16 %
заліза %, 0,0005 МВВ Л-М-118-95 Фотоколориметричний метод
не більше Діапазон значень 0,00004 - 0,006 %
Сумарна відносна погрішність ±10 %
нікелю %, 0,0001 МВВ Л-М-118-95 Фотоколориметричний метод
не більше Діапазон значень 0,00001 - 0,0002 %
Допустима розбіжність між двома
паралельними визначеннями 0,000005 %
СУАМКПК № 9 Фотоколориметричний метод
Діапазон значень 0,00005 - 0,0005 %
Сумарна відносна погрішність
±0,000005 %
Кінець таблиці 8.1
1 2 3 4 5 6
3 Газова фаза з колони Молярне 2,7-3,4:1,0 МВВ К-М-127-94 Титриметричний метод
синтезу співвідношення Сумарна відносна погрішність ±3 %
NH3:СО2
4 Паровий конденсат з Масова конц.: 5 МВВ Л-М-91-96 Фотоколориметричний метод
конденсатора ВТ іона амонію, Діапазон значень величини 0,2-100мг/дм3
мг/дм3, не Сумарна відносна погрішність ±8 %
більше
хлоридів, 0,5 МВВ Л-М-59-93 Фотоколориметричний метод
мг/дм3, не Діапазон значень величини 0,1-3,0мг/дм3
більше Сумарна відносна погрішність ±11 %
СУАМКПК № 22 Фотоколориметричний метод
Діапазон значень величини 0,05-6мг/дм3
Абсолютна сумарна погрішність ±0,03%
9 ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ВИРОБНИЦТВА
Основними викидами у виробництві карбаміду є карбамідний пил та аміак. Дані
внесені у таблицю 9.1.
Таблиця 9.1 – Викиди в атмосферу
Найменування викидів, апарат, Сумарна об’ємна Склад Сумарни
діаметр та висота викиду витрата вихідних газу й
газів, м3/ч викид,
кг/год
Повітря із гранбашні. Стадія Аміак,
очистки повітря. Ротаціонно- мг/м3,
дисковий абсорбер (РДА) 663840 не більше 446099
Діаметр 1,8 м Карбамід,
Висота 158 м мг/м3,
не більше 278813
Вентиляційний викид Не більше 42700 Аміак,
Насосна ВД, мг/м3,
Діаметр 1,0 м не більше 7173,6
Висота 12,8
Вентиляційний викид Не більше 23400 Аміак,
Етажерка синтезу, отм.0,00м и мг/м3,
до отм.+8,4 м, не більше 3931,2
Діаметр 0,8 м
Висота 75 м
Вентиляційний викид Не більше 28440 Аміак,
Етажерка синтезу, отм.15,6 – мг/м3,
22,8м не більше 4779,6
Діаметр 0,8 м
Висота 75 м
В виробництві карбаміду утворюються рідкі відходи такі як кислі стоко з
вузла очищування двоокису вуглецю та слабкі розчини аміачної води з відділення
десорбції, насосної. Дані внесені у таблицю 9.2.
Таблиця 9.2 – Рідкі відходи
Найменування Куди Кіл- Найменування
стоку, скидається сть показника, Значе
відділення, апарату стоків, одиниця ння
м3/т вимірювання показ
ника
Стічні води стадії В каналізацію 0,528 Масова
гідролізу та на НДФ концентрація:
десорбції карбаміду,
Гідрозатвор поз.ГЗ мг/дм3,
не більше 300
-аміаку, мг/дм3,
не більше
-двоокису 100
вуглецю,
мг/дм3 150
Стічні вода із вузла В каналізацію 0,012 Масова
приймання та на НДФ концентрація:
зберігання КФС -формальдегіду,
мг/дм3, не більше
- карбаміду, 250
мг/дм3, не більше
100
Кислий конденсат В промислову 0,032 Масова
із відділення каналізацію концентрація:
компресії, двоокису вуглецю,
Сепаратор от мг/дм3
турбокомпресора 972
КН2
Оборотна вода із В промислову 0,72 Масова
насосного каналізацію концентрація:
відділення -аміаку, мг/дм3,
Підшипники не більше
центробіжнх 2,5
насосів
Тверді відходи у виробництві карбаміду : відпрацьований силікагель, не
сконденсований карбамід та відпрацьований рутенево-паладійовий каталізатор.
Данні внесені в таблицю 9.3.
Таблиця 9.3 – Тверді відходи
Найменування Куди складаєтьсяМ, асова Найменування Значення
відходів, транспорт, тара витрата, показника, одиницяп оказника
відділення, кг/т вимірювання
апарату
Відпрацьований Повертається на0 ,0028 Масова доля:
рутенієво- завод виробника - паладію, %,
паладійовий не більше 0,01
каталізатор.
рутенію, %,
не більше 0,01
Силікагель Вивозиться на 0,000757 Масова частка1 00
відпрацьований звалище силікагелю з
(марки КСМГ) твердих відходів механічними
Установка домішками,
осушки повітря насиченого
для КВП, вологою, %
поз. С-4
11 ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ
11.1 Дослідження ринку та забезпечення випуску продукції
Цех по виробництву карбаміду територіально розташовано на території
Черкаського ПрАТ «Азот». Вибір місця розташування цеху ґрунтується на
наступних факторах:
Сировинний.
Основна сировина – діоксид вуглецю та аміак виробляється на тому ж
підприємстві.
Паливно - енергетичний.
Джерелом пари є Черкаська ТЕЦ. Постачання підприємства
електроенергією здійснюється від системи “Київенерго” через черкаську
підстанцію. Що ж до природного газу то джерелом є газогін, що проходить
через територію Черкаської області.
Водний.
З північного сходу від підприємства знаходиться річка Дніпро, звідки
здійснюється відбір води на технологічні потреби. У водопостачанні заводу
бере участь і міськводоканал. Питна вода надходить у резервуари і далі
насосами подається в цехи заводу на виробничі і побутові потреби.
Для очищення стічних вод ПрАТ «Азот» має власні очисні споруди.
Транспортний.
Через місто проходить залізниця, що належить до Одеської залізниці,
також можливе транспортування продукції водним шляхом – річкою
Дніпро, авіа (місто має аеропорт) та автошляхами.
Кадровий.
Наявність трудових ресурсів та можливість підготовки молодих
спеціалістів у спеціалістів у Черкаських вищих та середніх спеціальних
навчальних закладах.
Продукція проектованого цеху користуватиметься великим попитом у
нас в країні та в країнах як близького так і далекого зарубіжжя.
11.2 Маркетинг-план
Продукція цеху, що проектується – карбамід. Він використовується в
сільському господарстві як концентроване добриво.
Основна мета проектуємого цеху є збільшення обсягів виробництва,
що дасть можливість впроваджувати новітні технології та зменшення витрат
сировини за рахунок економного її використання, економія енергоресурсів.
Саме це дозволить зменшити собівартість випускаємої продукції.
Велика увага на проектуємому виробництві повинна приділятися
ціновій політиці по відношенню до закупівельних цін на сировину.
Необхідно проводити широку рекламну кампанію продукції що
випускається, в засобах масової інформації, а також шляхом спонсорської
допомоги міській владі в проведенні різноманітних соціальних і культурно-
масових заходів.
Ціна на продукцію визначається собівартістю продукції та цінами її на
внутрішньому та зовнішньому ринку.
11.3 Виробничий план підприємства
11.3.1 Вибір методу виробництва та режиму роботи цеху
Для забезпечення роботи роботу цеху необхідно організувати в три
зміни тривалістю 8 годин кожна.
Кількість вихідних на рік складає:
- 16 днів(обіг змін) – 4 вихідних;
- 365 календарних – х вихідних;
- Х = (365∙4):16 = 91 день.
Таблиця 11.1 – Графік роботи змін цеху
З Ча Число місяця
мі с
на ро- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
бо-
ти
1 0-8 А А А А Б Б Б Б В В В В Г Г Г Г
2 8- В Г Г Г Г А А А А Б Б Б Б В В В
16
3 16- Б Б В В В В Г Г Г Г А А А А Б Б
24
11.3.2 Машини та обладнання цеху
Фонд часу роботи машин та обладнання.
Розрахунок ведемо за формулами:
- календарний фонд Fк = 24∙365 = 8760 годин;
- дійсний фонд Fк = Fд – для безперервного графіку роботи цеху. Отже
Fд = 8760 годин.
Ефективний фонд часу визначається для апарату:
Fеф = Fд - Трем., (11.1)
де Трем – загальна тривалість зупинок обладнання по всіх видах ремонту
протягом року.
Fеф = 8760 – 480 – 140 = 8140 годин.
де 480годин – термін капітального ремонту;
140 годин – термін поточного ремонту.
11.3.3 Розрахунок та побудова графіку ППР обладнання
Система планово-попереджувального ремонту обладнання підприємства
включає поточний, капітальний ремонт та міжремонтне обслуговування.
Згідно з ремонтними нормативами, які регламентують час ремонту
обладнання між ремонтами, розраховується структура міжремонтного циклу
та будується графік ППР.
У загальній кількості ремонтів в міжремонтному циклі один з них –
капітальний.
ак = 1. (11.2)
Кількість поточних ремонтів визначається за формулою:
аnt =t / (tnt-1), (11.3)
де t – тривалість міжремонтного циклу;
tnt – тривалість міжремонтного періоду відповідно поточному
ремонту, годин;
аnt = 8140 : (3800 – 1) = 1,1.
Приймаємо один поточний ремонт.
Відповідно до проведених розрахунків будуємо графік ППР обладнання
синтезу карбаміду ( табл. 11.2).
Таблиця 11.2 – Річний графік ППР обладнання
Найменування Нормативи часу Умовне позначення Річна
безперервної ремонту та час
обладнання тривалість
роботи між зупинки, годин
ремонтами та
зупинки
По “К” По “Пл” I кв II III IV кв
ремонту ремонту кв кв
1 2 4 5 7 8 10 11
3 6 9 12
Колона синтезу,
конденсатор 22650 3800 - К - Пл 620
ВТ, 480 140
стрипер,скрубер
11.3.4 Розрахунок виробничої потужності цеху
Виробнича потужність дільниці визначається продуктивністю основного
апарату чи агрегату.
Виробнича потужність цеху – продуктивністю основної дільниці.
Виробнича потужність виробництва – продуктивністю основного цеху.
Розрахунок виробничої потужності проводиться за формулою:
N = Q∙n∙Tеф∙Кв , (11.4)
де Q – продуктивність агрегату за добу;
n – кількість агрегатів;
Теф – ефективний фонд часу роботи обладнання;
Кв – коефіцієнт виходу продукції.
N = 10,16∙4∙8140∙0,997 = 330000 т/рік.
11.3.5 Розрахунок вартості основних споруд та будівель
До вартості основних фондів відносяться вартість будівель, споруд та
обладнання. Розрахунки вартості споруд та будівель проводяться за даними
їх вартості і заносяться у таблицю 11.3.
Таблиця 11.3 – Вартість споруд та будівель
Вартість на
Найменування будівель та Кількість Сума аморт.
поч. %ам.
споруд одиниць відрахувань, грн.
року, грн
I Будівлі
1 Адміністративно-побутовий 1 80192086 10 8019209
корпус
2 Виробничий корпус 3 96817374 10 9681737
II Споруди
1. Етажерки 20 45186124 10 4518612
2. Естакади 5 1757635 10 175764
Всього: 29 223953219 22395322
Вартість технологічного обладнання наведена в таблиці 11.4.
Таблиця 11.4 - Вартість технологічного обладнання
Найменування К-ть Ціна за Витрати Вартість з % Сума
обладнання од. одиницю, на урахув. амор- амортиза-
грн. монтаж монтажу тизац ції, грн.
1 2 3 4 5 6 7
Компресорна 1 5599856,1 2799928 8399784,1 15 1259967,6
установка
Стрипер 1 721348 360674 1082022 15 162303,3
Підігрівач 1 85659,43 4282,97 89942,4 15 13491,36
аміаку
Ректифікаційна 1 804612,85 40230,65 844843,5 15 126726,53
колона
Вакуум- 1 83841,4 4192,07 88033,47 15 13205,02
випарник
Скрубер 1 36277,4 3627,73 39905,13 15 5985,77
абгазів
Колона синтезу 1 4248118,2 2124059 6372177,3 15 955826,6
Випарний 1 48209,91 2410,5 50620,41 15 7593,06
апарат 1 ст.
Випарний 1 30940,96 1547,05 32488 15 4873,21
апарат 2 ст.
Підігрівачі 2 24494,07 3061,76 55111,67 15 8266,75
Конденсатор 1 1233342,4 53003,14 1286345,5 15 192951,83
Інжектор В.Т. 1 998655,73 46185,27 1044841 15 156726,15
Вентилятори 3 20242,58 3036,39 69836,91 15 10475,53
Насоси 6 4645,35 930,95 33457,77 15 5018,67
Всього 24 19489409,2 2923411,4
11.4 Штати та фонд заробітної плати
11.4.1 Баланс часу роботи працівників
Баланс робочого часу визначає кількість днів, які повинен
відпрацювати один робітник на рік в залежності від прийнятого режиму
роботи цеху та тривалості робочої зміни :
- календарний фонд – 365 днів;
- вихідні дні – 91 день;
- дійсний фонд часу роботи – 274 дні.
Неявка на роботу:
- відпустка – 24 дні;
- хвороба – 7 днів.
Разом невиходів – 31 день.
Ефективний фонд робочого часу одного робітника – 243 дні.
Загальна кількість робочих днів на одного робітника :
В = (365 / Т ) . К , (11.5)
де Кроб. - число робочих днів;
Тзм. - тривалість робочої зміни.
Вроб. = (365 / 8) . 6 = 274 дні.
Загальна кількість вихідних днів на одного працівника:
Ввих = (365 / 8) . Квих.дн., (11.6)
де Квих.дн. - число вихідних днів.
Тоді загальна кількість вихідних днів:
(365 / 8) . 2 = 91 день.
Визначаю кількість працюючих.
Для визначення кількості робітників необхідно використовувати норми
виробітку або норми обслуговування обладнання та апаратури.
Робочі місця визначені згідно з точками спостереження за процесом та
операціями обслуговування процесу, а також обсягом роботи по управлінню
кожним апаратом.
Відповідно ці робочі місця визначаються за кваліфікацією робітника та
тарифними розрядами, що передбачені тарифно-кваліфікаційним
довідником.
Розрахунок кількості робітників проводиться за явочним списком. Для
переходу від явочної до спискової кількості необхідно співставити кількість
днів роботи цеху, з часом роботи окремого робітника на рік. При
безперервній роботі цеху, кількість днів роботи складає 365 днів, баланс часу
роботи одного робітника – 241 день, тоді коефіцієнт переходу від явочної до
спискової кількості робітників:
365 : 241 = 1,5.
Різниця між списковою та явочною кількістю робітників складає
додаткову кількість для підміни в графіку змінності та заміни кількості
працюючих приводиться в узагальнені таблиці чисельності робітників та
фонду їх зарплати.
11.4.3 Розрахунки фонду зарплати робітників
Розрахунки чисельності робітників та фонду зарплати зведено в
таблицю 11.5.
Таблиця 11.5 – Штати та фонд зарплати робітників
Чи Ро Оклад Допла- Загаль- Річний фонд
№ Найменування се зр та за ний Ф.З.П. зарпла-ти
професії ль яд роботу в місяць
ні в нічну
с
ть.
1 2 3 4 5 6 7 8
1 Апаратник 4 6 10000 2000 48000 576000
виробництва
карбаміду
2 Апаратник 4 5 10000 1500 46000 552000
випарювання
3 Машиніст 3 4 9000 1000 30000 360000
насосних
установок
4 Апаратник 4 5 10000 1000 44000 528000
гранулювання
5 Апаратник 4 4 9000 1000 44000 528000
очистки газу
6 Машиніст 4 5 9000 1000 44000 528000
компресорних
установок
7 Слюсар- 3 5 9000 500 28500 342000
ремонтник
Кінець таблиці 11.5
1 2 3 4 5 6 7 8
8 Електромонтер по 3 5 9000 500 28500 342000
ремонту
електрообладнання
9 Слюсар по КВП і А 3 6 9000 1000 30000 360000
10 Лаборант 3 5 9000 500 28500 342000
хіманалізу
11 Прибиральник 1 8000 - 8000 96000
12 комірник 1 8000 - 8000 96000
Всього 37 4650000
Розрахунки штату та фонду зарплати цехового персоналу проводяться
у відповідності зі штатним розкладом та посадовими окладами працівників.
Результати розрахунків наведені в таблиці 11.6.
Таблиця 11.6 – Штати та фонд зарплати цехового персоналу
Додат- Разом
Чис Кате Міс.
кова ФОП, річний
№ Найменування ель- - оклад
ЗП, грн./міс. фонд ЗП,
нісь горія грн.
грн. грн.
1 Начальник цеху 1 Кер. 27000 2000 29000 348000
2 Заступник 1 Кер 24000 1000 25000 300000
начальника цеху
3 Механік цеху 1 Спец 20000 1000 21000 252000
4 Інженер- 1 Кер. 15000 1000 16000 192000
технолог
Кінець таблиці 11.6
1 2 3 4 5 6 7 8
5 Начальник зміни 4 Кер 11000 1000 48000 576000
6 Енергетик 1 Спец 12000 1000 13000 156000
7 Майстер з 1 Спец 10000 1000 11000 132000
КВП та А
8 Майстер з 2 Спец 10000 1000 22000 264000
ремонту облад.
9 Економіст 1 Слж. 10000 2000 12000 144000
10 Прибиральник 1 Слж. 7000 - 7000 84000
Всього: 14 204000 2448000
11.5 Кошторис витрат
11.5.1 Розрахунок собівартості продукції
Розрахунки проведено відповідно до встановлених витрат сировини,
матеріалів і зведено в таблицю 11.7.
Таблиця 11.7 – Потреби в сировині та матеріалах і їх вартість
Статті витрат Одиниці Ціна за Витрати на річний випуск
виміру один., Кількість Сума, грн.
грн.
1 2 3 4 5
Сировина :
Аміак т 50000 192410 9620500000
Кінець таблиці 11.7
1 2 3 4 5
Азот м3 689 1103,9 760587,1
Кисень м3 931 1160,6 1080518,6
Повітря стиснене м3 148 420,2 62189,6
Смола
т 2660 1497,4 3983084
карбомідоформальдегідна
м3 217 130465,5 29179013,5
Вуглекислий газ
Оборотні відходи :
Конденсат м3 682 2566 1750012
Пар (відходи) Гкал 129 343481,6 4430916,4
Допоміжні матеріали :
Каталізатор кг 98 615,8 60348,4
Всього 9661589082,5
11.5.2 Розрахунки вартості електроенергії, води, пари
Визначення потреби в електроенергії проводиться окремо за конкретним
видом обладнання.
Вартість однієї кВт∙години електроенергії визначається на основі діючих
прейскурантів-тарифів на електроенергію. Потреба в електроенергії
визначається за формулою:
Еосв. = (T∙L∙R∙1,02∙1,05) / 1000 , (11.7)
де Т – час роботи двигунів, год. на рік;
L – потужність електродвигунів, кВт;
R – коефіцієнт навантаження двигунів.
Еосв. = (8206∙19303∙0,8∙1,02∙1,05) / 1000 = 1357170 кВт∙годин.
Результати розрахунків зведено в таблицю 11.8
Таблиця 11.8 – Розрахунок вартості електрозабезпечення
Вид енергії Потреби, Ціна за Вартість, грн.
кВт 1 кВт
Силова електроенергія 1357170 3,0 4071510
Для освітлення 252925 0,8 202340
Всього 1610095 4273850
11.5.3 Визначення потреби у воді та парі на технологічні цілі та
санітарно-побутові потреби
11.5.3.1 На прибирання приміщень
Вб = ∙Тн∙Fн / 1000, (11.8)
де - потреба на 1 м2 площі, л.
Вб = 1∙254∙1471 / 1000 = 373,6 м3.
11.5.3.2 На санітарні потреби
Вс -= Идоб∙Ряв∙Т / 1000 , (11.9)
де Идоб – добова норма води на 1 робітника в день, л;
Ряв – явочна кількість робочих днів на добу.
В 3
с = 1000∙33∙365 / 1000 + 100∙33∙254 / 1000 = 1933 м .
Загальна потреба на санітарно-побутові потреби:
Взаг = 373,6 + 1933 = 2306,6 м3.
Дані щодо витрат води, пари та їх вартості заносимо в таблицю 11.9.
Таблиця 11.9 – Розрахунки вартості води та пари
№ На які потреби і що Од. Потреба на рік Ціна за Всього,
витрачається вим. один., грн..
грн.
1 На технологічні потреби
вода: прісна м3 210905 150 31635814
вапняна м3 2297159 121 277956250
оборотна м3 260941312 1,1 287035444
пар кг 64559 88 5681167
2 На технічні потреби:
вода м3 2306,6 88 202980,8
пар кг 116395 1,1 128034
Всього : 603799689,8
11.5.4 Кошторис цехових витрат
Таблиця 11.10 – Кошторис цехових витрат
№ Сума ,
Статті витрат Примітки
п/п грн.
1 2 3 4
1 Зарплата цехових робітників 7098000
Відрахування на соціальне 2661750 37,5 % від ЗП
2
страхування
Утриманні виробничих будівель і 1343719 5-7% їх вартості
3
споруд
Кінець таблиці 11.10
1 2 3 4
4 Поточний ремонт будівель і споруд 671860 3 % їх вартості
5 Амортизація виробничих будівель 22395322 табл. 11.3
6 Витрати на охорону праці 709800 10 % від ЗП
7 Інші витрати 5232067,65 15 % від ст. 1-6
Всього : 40112518,65
11.5.5 Кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання
Кошторис складається на основі попередніх розрахунків та заноситься у
таблицю 11.11.
Таблиця 11.11 – Витрати на утримання та експлуатацію обладнання
№ Статті витрат Сума, грн. Примітки
1 2 3 4
1 Утримання і витрати по
екс плуатації виробничого
обл аднання:
- за рплата персоналу по нагляду і 3072000
обс луговуванню обладнання
- ві драхування на соціальне 1152000 37,5 % від ЗП
страхування
- допоміжні матеріали 3897881,84 20% від вартості обл-ня
Разом по ст.1 8121881,84
Кінець таблиці 11.11
1 2 3 4
2 Поточний ремонт обладнання і
транспортних засобів:
- зарплата робітників по ремонту 1044000
- нарахування на зарплату 391500 37,5 % від ЗП
- послуги сторонніх організацій, 1948940,92 10 % від вартості
запасні деталі обладнання
Всього по ст.2 3384440,92
3 Амортизація виробничого облад-
нання 2923411,4 з табл. 11.4
Всього по ст.1-3 14429734,16
4 Зношування малоцінного інвента-
рю, інструментів, пристроїв,
переміщення вантажів по території, 721486,71 5% від суми витрат по
інші витрати ст.1-3
Разом по кошторису 15151220,87
11.5.6 Калькуляція собівартості продукції
Розрахунки витрат на виробництво продукції виконано на весь обсяг
продукції підприємства по статтях калькуляції та зведено в таблицю 11.12.
Таблиця 11.12 – Собівартість продукції
Статті витрат Од. Ціна за Витрати на річний Витрати на
вим один., випуск одиницю
грн.
К-сть Сума, грн. К-сть Сума,
грн.
1 2 3 4 5 6 7
1. Сировина :
Аміак т 50000 192410 9620500000 0,58306 29153
Азот т.м3 689 1103,9 760587,1 0,00335 2,30
Кисень т.м3 931 1160,6 1080518,6 0,00351 3,27
Повітря стиснене т м3 148 420,2 62189,6 0,00127 0,19
Смола карбомідо-
формальдегідна т 2660 1497,4 3983084 0,00453 12,07
Вуглекислий газ т м3 217 130465,5 29179013,5 0,3954 85,79
2.Оборотні відходи:
конденсат м3 682 2566 1750012 0,0077 5,30
Пар (відходи) Гкал 129 343481,6 4430916,4 1,0408 134,27
3.Допоміжні
матеріали :
Каталізатор кг 98 615,8 60348,4 0,00019 0,18
Всього : 9661589082,5 29396,37
4. Інші затрати:
Пар кг 88 180954 15923952 0,55 48,25
Електроенергія кВт 3,0 1357170 4071510 4,11 12,33
Вода на потреби
підприємства:
технологічна м3 136 2508064 341096704 7,6 1033,63
технічна м3 1,1 261057707 2871634777 791,08 870,19
Всього по ст. 1-4 12930959625,5 31360,77
Кінець таблиці 11.12
1 2 3 4 5 6 7
5. Заробітна плата грн 70980000 21,50
6. Відрахування на грн 2661750 8,07
соц. Страхування
7. Експлуатація грн 15151220,87 45,91
обладнання
8. Цехові витрати грн 34880451 105,69
Витрати грн 5232067,65 15,85
загальнозаводські
Виробнича грн 13059865114,9 31557,79
собівартість
ВИСНОВКИ
В ході виконання кваліфікаційної роботи бакалавра було розглянуто
існуючі методи виробництва карбаміду по стрипінг-процесу, визначено
оптимальний варіант технологічної схеми. Проведено розрахунок
матеріального і теплового балансів стадії синтезу. Проведено розрахунок та
вибір основного обладнання – стриперу.
На основі обраної технологічної схеми та прийнятого технологічного
режиму роботи обладнання по стопінг-процесу розроблено розділи з
контролю та автоматизації стадії синтезу карбаміду, аналітичного контролю
процесу, екологічної безпеки виробництва, розроблено заходи з охорони
праці та безпека у надзвичайних ситуаціях в цеху виробництва карбаміду,
розраховано економічні показники проекту, а саме собівартість 1 т
карбаміду.
Згідно до проведених розрахунків та представленої технологічної
схеми можна зробити висновок, що розроблена технологія та апаратурне
оформлення стадії синтезу карбаміду здатні забезпечити процес виробництва
карбаміду продуктивністю 1000 т/добу.