ChSTU repository

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ 
УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________ На правах рукопису 
УДК _____________ 
 
«Допущено до захисту» 
Завідувач  кафедри ХТВ ЧДТУ 
__________________________
_ 
                                                       «___»   ______________2022р. 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА БАКАЛАВРА 
на тему 
Технологічна схема та апаратурне оформлення виробництва 
карбаміду. Стадія випарювання. 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
 
Науковий керівник: Виконав здобувач вищої 
к.т.н., доцент освіти: 
Андрій ГРОМИКО 4 курсу 
_____________________________ Ярослав СУМЛЕННИЙ  
_________________________________ 
 
 
 
2022 
ВСТУП 
 
 
Для нормального розвитку рослин та отримання гарних врожаїв у 
сільському господарстві необхідне повне забезпечення рослин достатньою 
кількістю різних поживних речовин, серед яких найбільш важливі мінеральні 
солі що містять азот, калій та фосфор. В результаті інтенсивного 
використання земельних угідь у сільському господарстві кількість азоту та 
інших поживних речовин у ґрунті зменшується і він втрачає свою родючість. 
Тому у ґрунт вносять мінеральні солі які містять необхідні для рослин хімічні 
елементи. 
Одним із найкращих мінеральних добрив є карбамід. Карбамід 
належить до висококонцентрованих азотних добрив з масовою часткою азоту 
в товарному продукті не менш 46%. 
Карбамід застосовується для отримання складних добрив, що містять 
всі три потрібні для рослин компоненти: азот, фосфор і калій. 
У промисловості карбамід знайшов різноманітне застосування. 
При взаємодії з формальдегідом утворюються сечовиноформальдегідні 
добрива, які порівняно поволі 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 міцності; у 
целюлозно-паперовій промисловості – для збільшення механічної міцності 
паперу, додання їй прозорості, водонепроникності; у шкіряній промисловості 
– для дублення шкір. У нафтопереробній промисловості карбамід 
застосовується для розділення нафтопродуктів [1]. 
Карбамід широко застосовується також у фармацевтичній 
промисловості для приготування різного роду заспокійливих, снодійних і 
інших ліків, а також при виготовленні дезінсекційних засобів, косметичних 
кремів, зубних паст [2]. 
Виробництво карбаміду здійснюється такими методами: 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. 
Продукція  проектованого цеху користуватиметься великим попитом у 
нас в країні та в країнах як близького так і далекого зарубіжжя. 
В Україні до останнього часу працвалро 5 великих заводів з 
виробництва азотних добрив: три заводи групи Ostchem (Черкаси, Рівне, 
Сєверодонецьк), які у 2020 році виготовили 2/3 всіх азотних добрив в 
Україні. Також Одеський припортовий завод (ОПЗ). 
Із запровадженням у 2019 році повного ембарго на мінеральні добрива 
з Росії кардинально змінилася і географія країн-постачальників азотних 
добрив в Україні. 2020 року Україна імпортувала азотні добрива з 32 країн. 
Найбільшими постачальниками були Білорусь із часткою 29%, Польща – 
23%, Грузія – 13%, Литва – 10%, Болгарія – 10%, Казахстан – 6%. 
 
1 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ОБРАНОГО СПОСОБУ 
ВИРОБНИЦТВА І ТЕХНОЛОГІЇ 
 
 
Промислові способи виробництва карбаміду відрізняються один від 
одного не стільки умовами синтезу, скільки методами уловлювання та 
переробки газів дистиляції, що містять аміак та CO2. Оскільки процес синтезу 
здійснюється з великим надлишком аміаку, а вихід карбаміду по CO2 не 
перевищує 65-70%, кількість газів дистиляції дуже велика і їх переробка 
необхідна не тільки з екологічної, але і з економічної точки зору. 
За способами переробки газів дистиляції промислові методи 
виробництва карбаміду діляться на тричі групи: розімкнені, напівзамкнені і 
замкнені, циклічні. 
У розімкнених схемах дистиляція плаву карбаміду здійснюється в одну 
ступінь шляхом зниження тиску до атмосферного та нагрівання до 
температури кипіння. Гази дистиляції, що утворилися, спрямовують на 
отримання інших видів добрив – нітрату, сульфату або фосфатів амонію 
шляхом поглинання відповідними кислотами. У цьому випадку кількість 
добрив, що отримуються, набагато перевищує кількість виробленого 
карбаміду – на 1 т карбаміду утворюється від 5 до 8 т NH4NO3 або інших 
добрив. У напівзамкнутих схемах дистиляцію плаву карбаміду здійснюють у 
два ступені. 
На першому ступені тиск знижують з 20 до 2 МПа. При цьому з плаву 
відбувається головним чином відгін аміаку, який конденсують і повертають в 
цикл. На другому ступені тиск знижують до атмосферного. При цьому 
відбувається повне видалення аміаку і розкладання карбамату амонію. Гази 
дистиляції другого ступеня переробляють в інші види добрив. У цьому 
випадку кількість добрив, що одержуються, зменшується в 2-3 рази, проте їх 
обсяг все ж перевищує кількість виробленого карбаміду. Тому в сучасних 
великотоннажних агрегатах виробництва карбаміду розімкнені та 
напівзамкнуті схеми не застосовуються. У сучасних схемах синтез карбаміду 
здійснюється за замкнутими циклічними схемами, в яких гази дистиляції 
повністю повертаються в цикл синтезу. Рециркуляцію газів дистиляції 
здійснюють двома методами – у вигляді газів (схеми з газовим рециклом) та 
у вигляді концентрованих розчинів вуглеамонійних солей (схеми з рідинним 
рециклом). У схемах із газовим рециклом проводять стиснення газів 
дистиляції до тиску синтезу. При цьому в компресорі може утворюватися 
твердий карбамат амонію, що викликає його поломку. Щоб уникнути цього, 
необхідно перед стисненням розділяти гази дистиляції на аміак і CO2, що 
ускладнює схему. Тому найбільше застосування в сучасних агрегатах синтезу 
карбаміду отримали схеми з повним рідинним рециклом, в яких гази 
дистиляції поглинаються водою і повертаються в цикл синтезу у вигляді 
концентрованого розчину вуглеамонійних солей. Різними фірмами 
розроблено та використовується велика кількість таких схем, що 
відрізняються одна від одної апаратурним оформленням. Розглянемо 
технологічну схему синтезу карбаміду з повним рідинним рециклом  
(рисунок 1.1). 
Перед подачею в колону синтезу діоксид вуглецю піддається 
очищенню від горючих домішок шляхом каталітичного окиснення киснем на 
платиноїдних каталізаторах при температурі 180-200°С. Діоксид вуглецю, 
очищений від домішок, стискається в компресорі 1 до 20 МПа і при 
температурі 95-100 0С прямує в змішувач 6. Сюди плунжерним насосом 3 під 
тиском 20 МПа при температурі 90 °С подається рідкий аміак, а плунжерним 
насосом 7 розчин вуглеамонійних солей, що утворюється при поглинанні 
газів дистиляції водою. У змішувачі співвідношення NH3 : CO2 : H2O 
становить (3,8-4,5) : 1: (0,5-0,8). При перемішуванні реагуючих компонентів у 
змішувачі відбувається утворення карбамату амонію, в результаті чого 
температура підвищується до 175°С. 
15 26
2 21 2 24
11 19 2 2 
9 2 13 14 2 
2 2 2 
8
2 
4
2 
5
2 27 
2
2 10 12 20 
3 2 2 28 
2 6
2 17
2 
7
2 25 
1 16 18 29 
2  
1 – чотириступінчастий компресор для діоксиду вуглецю; 2 - танк рідкого 
аміаку; 3 – плунжерний насос для аміаку; 4 - конденсатор I ступеня;                
5 – колона синтезу; 6 – змішувач; 7 – плунжерний насос; 8 - промивна 
колона; 9 - ректифікаційна колона І ступеня; 10 - підігрівач І ступені;           
11 - сепаратор I ступеня; 12 - колона ректифікації II ступеня; 13 - підігрівач II 
ступеня; 14 - сепаратор II ступеня; 15 - вакуум-випарник; 16 - збірник 
розчину карбаміду; 17 - масловідділювач; 18 - відцентровий насос;                
19 – конденсатор; 20 - вакуум-насос; 21 - конденсатор II ступеня;                  
22 – резервуар; 23 – відцентровий насос; 24 – абсорбер; 25 – збірник розчину 
карбонатів амонію; 26 – десорбер; 27 – холодильник; 28 – теплообмінник;   
29-відцентрові насоси. 
Рисунок 1.1 – Технологічна схема синтезу карбаміду з повним рідинним 
рециклом. 
 
Потім реакційна суміш надходить у колону синтезу 5, в якій при 
температурі 185 0С завершується утворенням карбамату амонію і 
відбувається його дегідратація з утворенням карбаміду. Для зменшення 
корозії в колону синтезу разом з CO2 подається кисень або повітря в кількості 
0,01-0,30% O2 щодо CO2, який виконує роль інгібітору корозії, створюючи 
оксидну плівку на поверхні сталі. Реакційна суміш надходить у колону 
синтезу через нижній штуцер і поступово піднімається до вихідного штуцера 
в плоскій кришці. Для кращого перемішування плаву всередині колони по її 
висоті встановлюється вісім-десять тарілок, завдяки чому виключається 
поздовжня циркуляція суміші. Час перебування суміші у колоні синтезу 
становить 45-60 хв. При цьому вихід карбаміду по CO2 становить 60-65%. 
Плав, що утворився в колоні синтезу, що містить, %: карбаміду – 30–31; 
карбамату амонію – 21–22; надлишкового аміаку – 33–34; води – 16–17, 
прямує на двоступінчасту дистиляцію. Агрегат дистиляції кожного ступеня 
складається з трьох апаратів - колони ректифікації, підігрівача і сепаратора. 
Плав карбаміду, що виходить з колони синтезу, дроселюється з 20 до   
2 МПа і надходить у верхню частину колони ректифікації 9 першого ступеня 
дистиляції, де при зниженні тиску відбувається відгін аміаку. Для 
розкладання карбамату амонію плав нагрівається в підігрівачі 10 до            
158-162 0С, після чого парорідинна суміш, що утворилася, розділяється в 
сепараторі 11. Газова фаза повертається в нижню частину ректифікаційної 
колони, а рідка фаза дроселюється до тиску 0,25–0,30 МПа та прямує на 
дистиляцію другого ступеня. Газова фаза з колони ректифікації 9, що 
містить, %: NH3 - 75-76; СО2 – 22–23; Н2О - 3, прямує в нижню частину 
промивної колони 8, куди подається слабкий розчин вуглеамонійних солей з 
другого ступеня дистиляції. Тут поглинається основна кількість CO2 і 
конденсується водяна пара з утворенням концентрованого розчину 
вуглеамонійних солей, що містить %: NH3 – 38–45; СО2 – 30–37; Н2О – 22–27. 
Цей розчин стискається плунжерним насосом 7 до 20 МПа і повертається в 
змішувач 6. Газоподібний аміак остаточно відокремлюється від CO2 у 
верхній частині промивної колони 8, зрошуваній рідким аміаком і прямує в 
конденсатор 4, де він зріджується і через танк рідкого аміаку 2 повертається 
у цикл синтезу. 
Розчин, що надходить на другий ступінь дистиляції, містить %: 
карбаміду – 55–61; карбамат амонію - 4-5; надлишкового аміаку – 6–7;      
води – 28–35. Тут за тиску 0,25-0,35 МПа і температурі 140-142 0С 
відбувається остаточне розкладання карбамату амонію і відгін аміаку і 
діоксиду вуглецю. Після другого ступеня дистиляції утворюється водний 
розчин карбаміду з концентрацією 70-72% та температурою  біля140 0С. Цей 
розчин з сепаратора 14 дроселюється і подається у вакуум-випарник 15, в 
якому при залишковому тиску 40 кПа відбувається його концентрування за 
рахунок самовипаровування. Далі розчин через збірник 16 і масловідділювач 
17 прямує на остаточне випаровування та гранулювання плаву. Газова фаза з 
колони ректифікації другого ступеня дистиляції 12, що містить, %:            
NH3 - 55-56; СО2 – 24–25; H2O – 20–21, спрямовується в конденсатор 21, в 
якому при охолодженні водою відбувається конденсація водяної пари та 
поглинання аміаку та CO2 з утворенням слабкого розчину вуглеамонійних 
солей, що містить, %: NH3 – 33–50; СО2 - 10-16; H2O – 33–35. Цей розчин 
через резервуар 22 насосом 23 подається в промивну колону 8, де додатково 
насичується аміаком і CO2 з дистиляції газів першого ступеня з утворенням 
концентрованого розчину вуглеамонійних солей, який повертається в цикл 
синтезу. Неконденсовані гази з конденсатора 21 та інші гази, що містять NH3 
і CO2, направляються в абсорбер 24, в якому NH3 і CO2 поглинаються 
слабким розчином вуглеамонійних солей, циркулюючим через холодильник 
27. Інертні гази з абсорбера викидаються в атмосферу. Утворений  абсорбері 
24 розчин вуглеамонійних солей підігрівається в теплообміннику 28 до       
90-95 0С і подається в десорбер 26, де при тиску 0,3-0,4 МПа і 135-145 0С за 
допомогою гострої пари відбувається повне розкладання амонійних солей на 
NH3 і CO2, які разом з водяною парою направляються в конденсатор 4, а вода, 
що залишилася, видаляється в каналізацію. 
Основними недоліками описаної схеми синтезу карбаміду є: 
1) складність схеми рециркуляції аміаку і вуглекислого газу, що не 
прореагували; 
2) зниження виходу карбаміду через присутність води в 
рециркулюючому розчині вуглеамонійних солей; 
3)необхідність установки насосів високого тиску для рециркуляції 
розчину вуглеамонійних солей; 
4) неможливість корисного використання теплоти синтезу та 
конденсації аміаку та вуглекислого газу, яка відводиться охолоджувальною 
водою при низьких температурах. 
Для усунення цих недоліків було розроблено вдосконалені процеси 
синтезу карбаміду, які отримали назву «стриппінг-процеси» («стриппінг-
відгін»). У цих процесах перший ступінь дистиляції карбаміду, на якій 
відбувається відгін надлишкового аміаку і розкладання карбамату амонію, 
проходить без зниження тиску, тобто при тиску, який підтримується в колоні 
синтезу. Це завдання вирішується шляхом продування плаву карбаміду 
одним з реагуючих компонентів – аміаком або діоксидом вуглецю – у 
стриперах, що являють собою трубчасті теплообмінники, що обігріваються 
парою. Плав карбаміду з колони синтезу стікає трубками теплообмінника 
вниз, а назустріч плаву, що стікає, подається аміак або CO2. 
При продуванні парціальний тиск CO2 або аміаку над ним знижується, 
завдяки чому відбувається відгін надлишкового аміаку і розкладання 
карбамату амонію без зниження тиску. Гази дистиляції зі стрипера 
направляються в конденсатор, в якому підтримується тиск, що дорівнює 
тиску синтезу. У цьому конденсаторі відбувається взаємодія аміаку та CO2 з 
утворенням карбамату амонію. За рахунок тепла реакції температура у 
конденсаторі підтримується на рівні 180–185 0С. При цьому утворюється 
плав карбамату амонію, який повертається в колону синтезу. Надмірна 
теплота конденсації корисно використовується з отриманням водяної пари. 
Таким чином, у схемах зі стрипінг-процесом операції синтезу карбаміду, 
першого ступеня дистиляції та конденсації газів дистиляції відбуваються за 
одних і тих самих умов – при тиску, який підтримується в колоні синтезу та 
при температурі 180–185 0С, яка перевищує температуру плавлення 
карбамату амонію. Це істотно спрощує схему рециркуляції непрореагованих 
аміаку і діоксиду вуглецю, так як відпадає необхідність установки насосів 
високого тиску для стиснення розчинів вуглеамонійних солей, з'являється 
можливість корисного використання теплоти конденсації з виробленням 
водяної пари, зменшується кількість води, що повертається в колону синтезу, 
відбувається при температурі вище точки плавлення карбамату амонію і 
непрореагувавших аміаку і CO2 повертаються в колону синтезу у вигляді 
плаву карбамату амонію. Це дозволяє знизити надлишок аміаку у вихідній 
суміші. 
Схема синтезу карбаміду по стрипінг-процесу представлений на        
рисунку 1.2. 
1 3 
11 18 
9 
2 
17 
6 
15 
16 
12 
14 
13 
 
1, 11, 14 – сепаратори; 2 – компресор; 3 – теплообмінник-дистилятор;             
4 – насоси; 5, 7 – конденсатори високого тиску; 6 – реактор; 8 – дросельний 
клапан; 9 – ректифікаційна колона; 10 – підігрівач; 12 – конденсатор 
низького тиску; 13, 17 – ємність; 15 – десорбер; 16 – теплообмінник;              
18 – скрубер. 
 
Рисунок 1.2 - Схема синтезу карбаміду та дистиляції плаву (стрипінг-процес). 
У цій схемі синтез карбаміду здійснюють у реакторі 6 при тиску         
13 МПа та температурі 180-190 0С. У реактор, футерований нержавіючої 
сталлю, насосом 4 подають рідкий аміак і плав карбамату амонію з 
конденсатора високого тиску 7. Час перебування плаву в колоні синтезу     
45-60 хв. Співвідношення NH3: CO2: H2O становить 2,8: 1: (0,3-0,4). 
При цьому вихід карбаміду CO2 дорівнює 60%. Плав карбаміду, що 
утворився, стікає в стрипер 3, що являє собою кожухотрубний 
теплообмінник, який обігрівається парою. У нижню частину стрипера 
компресором 2 подають вуглекислий газ. 
Процес дистиляції на другому ступені та переробку газів дистиляції 
здійснюють за схемою, описаною вище. 
Таким чином, схема виробництва карбаміду по стрипінг-процесу має 
суттєві переваги в порівнянні зі схемою з рециклом водного розчину 
вуглеамонійних солей, тому на сучасних великотоннажних агрегатах 
виробництва карбаміду використовуються різні варіанти стрипінг-процесів. 
В результаті синтезу та двоступінчастої дистиляції плаву утворюється 
водний розчин карбаміду з концентрацією 74-76%. Для отримання готового 
продукту розчин карбаміду піддають випаруванню з отриманням плаву, що 
містить 99,7-99,8 % карбаміду, з наступною грануляцією плаву в 
грануляційних вежах. На відміну від виробництва амонійної селітри 
випарювання розчинів карбаміду здійснюється у вакуумвипарних апаратах з 
метою зниження температури, щоб уникнути утворення біурету. 
Схема переробки карбаміду готовий продукт зображений на рисунку 
1.3. 
Порівнюючи схеми, за основу приймаю схему виробництва карбаміду 
по стрипінг – процесу. Тому що дана схема дає можливості зниження 
витратних коефіцієнтів по парі, воді і електроенергії, тому за основу взята 
саме ця схема. 
8 11 
9 
3 
16 
10 
14 
15 
12 7 
2 
2 
1  
 
1 – збірник розчину карбаміду; 2, 7 – відцентровий насос; 3, 8 – напірний бак; 
9 - розбризкувач плаву; 10 – грануляційна вежа; 11 – вентилятор;                  
12, 16 – стрічковий конвеєр; 13 – елеватор; 14 – гуркіт; 
15 – бак для розчинення пилу та великих гранул. 
 
Рисунок 1.3 - Схема отримання гранульованого карбаміду. 
 
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИЙНЯТОГО МЕТОДУ ВИРОБНИЦТВА. 
ХІМІЗМ ТА ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ І ОБҐРУНТУВАННЯ НОРМ 
ТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ 
 
 
Проектуючи стадію випарювання розчину карбаміду взята за основу 
технологічна схема виробництва карбаміду за стрипінг-процесом. Вузол 
випарювання здійснює випарювання розчину, що поступає зі стадії 
дистиляції та в подальшому направляється на грануляцію. Фізична суть 
процесу випарювання полягає в перетворенні частини рідини (розчинника) в 
пару при згущенні розчинів або в перетворенні всієї рідини в пару, якщо 
випарюють однокомпонентну рідину (наприклад воду). Слід відрізняти 
випарювання від випаровування. Випаровування відбувається з поверхні і 
при будь-якій температурі, тоді як випарювання - з усієї маси рідини при 
температурі, що відповідає точці кипіння при певному тиску. 
З точки зору молекулярно-кінетичної теорії при випарюванні і 
випаровуванні відбувається видалення частини молекул речовини, що 
перебувають у тепловому русі, з простору, який займає рідина. Молекули, які 
видаляються з рідини, заповнюють паровий простір і утворюють насичену 
пару цієї рідини. Частина цих молекул знову повертається в рідину, а частина 
випаровується, поповнюючи нестачу у паровому просторі, тобто 
встановлюється рухома рівновага, внаслідок чого число молекул над 
рідиною, а отже і тиск насиченої пари набуває певної величини при заданій 
температурі. 
Коли температура кипіння змінюється, рівновага порушується, а це 
спричинює відповідні зміни густини і тиску пари. Під час кипіння рідини 
пара виділяється не лише з поверхні, а й з парових бульбашок, що 
утворюються в самій рідині, і цей процес стає основним, бо утворені 
бульбашки є центрами пароутворення. Парова бульбашка в міру 
випаровування в неї рідини збільшується в розмірі, зростає і її піднімальна 
сила; тому, переборюючи опір рідини, вона спливає на поверхню, де й 
лопається, а замість неї утворюється нова бульбашка. Таке переміщення 
бульбашок з нижніх шарів рідини до її поверхні зумовлює безперервне 
перенесення утворюваної всередині рідини пари в паровий простір. 
Парові бульбашки зароджуються на стінках шорсткої теплообмінної 
поверхні; їх утворенню сприяють також гази, які є в рідині; при нагріванні 
гази починають виділятися, утворюючи велику кількість бульбашок, в які й 
випаровується рідина. 
Іноді спостерігається, що рідина в момент початку кипіння є 
перегрітою; це буває тоді, коли рідина не містить у собі розчинених газів. У 
цьому випадку тиск пари всередині бульбашки р1 повинен дорівнювати 
зовнішньому тиску р0 додатковому тиску, зумовленому діями капілярних сил 
2
на межі пара- рідина, який дорівнює  (де σ – поверхневий натяг, р - радіус 
p
бульбашки): 
2
                                    p  p  .                                                     (2.1) 
1 0
p
Оскільки р = f(t), то для того, щоб тиск усередині бульбашки 
дорівнював р1 рідина повинна бути перегрітою на величину t  t  t (де     
S
ts-температура насичення). Перегрівання рідини зумовлене тим, що парова 
фаза повинна виконати роботу проти сил поверхневого натягу. 
При наявності розчинених газів випаровування відбувається головним 
чином у газові бульбашки, які виділяються з рідини при її нагріванні, тому 
дія поверхневого натягу майже не впливає на кипіння рідини, і перегрівання 
її незначне. Теплоносієм при випарюванні найчастіше є насичена або трохи 
перегріта пара. 
Щоб здійснити процес випарювання, тепло від теплоносія треба 
передати до киплячої рідини, що можливо лише при наявності 
температурного перепаду між ними. Ця різниця температур між теплоносієм 
і киплячою рідиною називається корисною різницею температур. 
Витрата тепла на випарювання залежить від захованої теплоти 
пароутворення перетворюваної в пару речовини. 
Як було вже зазначено, при випарюванні рідини під час кипіння 
температура її залишається сталою, бо з початком кипіння тепло 
витрачається тільки на зміну агрегатного стану рідини, тобто на 
перетворення рідини в пару. Відомо також з фізики, що температура кипіння 
рідини є функцією тиску і що з підвищенням тиску температура кипіння 
підвищується і, навпаки, при вакуумі вона знижується. Останню обставину 
часто використовують при випарюванні розчинів, для яких у зв'язку з 
можливістю псування продукту при високій температури кипіння. 
Випарювання розчинів відрізняється від кипіння однокомпонентної 
рідини (наприклад, води) тим, що вони киплять при вищій температурі, ніж 
розчинник при тому самому тиску; на це слід зважати при розрахунку і 
проектуванні випарного апарата, особливо при виборі параметрів теплоносія 
і робочого режиму експлуатації. 
Величина підвищення температури кипіння розчину порівняно з 
температурою кипіння чистого розчинника при тому самому тиску 
називається температурною депресією - υт. Вона залежить від концентрації 
розчину, від тиску під час кипіння і від природи розчиненої речовини. 
Причиною підвищення температури кипіння розчинів є відмінність у ході 
температурної кривої (t)= f(p), для чистих рідин і для розчинів (рис. 2.1) 
внаслідок неоднакової їх леткості. Температура кипіння однокомпонентної 
рідини є функцією лише тиску, а для розчинів вона є функцією тиску і 
концентрації (ε). Те саме стосується і температурної депресії: υт = f(р, ε). 
Слід зазначити, що υт нерідко досягає великих значень. Що ж до 
температури утворюваної пари в паровому просторі, то вона практично 
дорівнює температурі кипіння чистого розчинника при заданому тиску. 
Використовуючи відомий емпіричний закон Бабо, згідно з яким  у «відносне 
зниження пружності пари розчинника над розчином певної концентрації є 
величина стала, незалежна від температури кипіння», тобто 
p  p p
1  1  const  ,                                             (2.2) 
p p
де p - пружність пари чистого розчинника, можна обчислити 
температуру кипіння розчину заданої концентрації при довільному тиску, 
якщо вона відома для одного якогось тиску. 
 
АА' – хід температурної кривої при кипінні чистого розчинника; ВВ' – 
хід температурної кривої при кипінні розчину. 
 
Рисунок 2.1 – графік зміни температури кипіння залежно від тиску для 
чистого розчинника і розчину. 
 
Температуру кипіння розчину при різному тиску можна також 
визначити за відомим у техніці правилом лінійності хіміко-технічних 
'' '
функцій: відношення різниці температур кипіння ( t  t
p p ) будь-якої рідини 
при двох довільно взятих значеннях тиску до різниці температур кипіння 
якоїсь 
 
t''  t'
p p
                                        K  const .                                      (2.3)  
t''  t'
в в
 
Метод визначення температурної депресії, запропонований 
професором І.О. Тищенко, який ґрунтується на рівнянні Клапейрона – 
Клаузіуса: 
 
r
                                    Av''v'dp  dT,                                              (2.4) 
T
де А – тепловий еквівалент роботи;  
     v’’ – питомий об’єм сухої насиченої пари, м3/кг;  
     v’ – питомий об’єм рідини, м3/кг;  
     r – захована теплота пароутворення, кДж/кг. 
тиску. Наскільки вони розрізняються - залежить від властивостей 
розчиненої речовини. Різниця температур кипіння розчину і води при 
однаковому тиску називається температурною депресією Δ': 
 
                                 ' t  t
кип.рну кип.води .                                       (2.5) 
У розчинів з однаковою концентрацією температурна депресія при 
підвищенні загального тиску над розчином дещо підвищується, а при 
розрідженні знижується. 
Підвищення температури кипіння розчину визначається не тільки 
температурою, але також гідростатичною і гідравлічною депресіями. 
Гідростатична депресія викликається тим, що нижні шари рідини в апараті 
закипають при вищій температурі, чим верхні (унаслідок гідростатичного 
тиску верхніх шарів). З підвищенням рівня рідини в апараті гідростатична 
депресія зростає. В середньому вона складає 1-3 0С. Гідравлічна депресія 
враховує пониження тиску вторинної пари унаслідок гідравлічного опору в 
паропроводах між корпусами установки. При розрахунках гідравлічну 
депресію приймають 1,0-1,5 0С. 
Повна депресія Δ рівна сумі температурної Δ', гідростатичній Δ" і 
гідравлічної депресій Δ'": 
 
                                   Δ=Δ'+Δ''+Δ'".                                         (2.6) 
 
Випаровування ведуть як при атмосферному, так і при зниженому або 
підвищеному тиску. При випаровуванні розчину під атмосферним тиском що 
утворюється так звана вторинна пара випускається в атмосферу. Це 
найпростіший спосіб випаровування.  
При випаровуванні розчинів карбаміду використовується знижений 
тиск, тобто у випарному апараті створюється вакуум. Для цього вторинна 
пара конденсується в спеціальному конденсаторі, а гази, що не 
конденсуються, відсисуються вакуумом-насосом. 
При розрідженні температура кипіння розчинів знижується. Тому 
вакуум-випарку застосовують для чутливих до високої температури 
розчинів, а також для висококиплячих розчинів, коли температура 
назріваючого агента не дозволяє вести процес під атмосферним тиском. 
Використання вакууму дозволяє також збільшити різницю температур між 
нагріваючим агентом і киплячим розчином, а отже, зменшити поверхню 
теплообміну. Проте вакуум-випаровування установки дорожче із-за 
додаткових витрат на конденсаційні пристрої і їх обслуговування. 
При випаровуванні під підвищеним тиском вторинна пара може бути 
використана як нагріваючий агент в підігрівачах, для опалювання і т. п., а 
також для різних технологічних потреб. Випаровування під тиском пов'язане 
з підвищенням температури кипіння розчину, тому застосування даного 
способу обмежене властивостями розчину і температурою нагріваючого 
агента[5]. 
Карбамід (сечовина) серед азотних добрив займає друге місце за 
об'ємом виробництва після аміачної селітри. Зростання виробництва 
карбаміду обумовлене широкою сферою його застосування в сільському 
господарстві. Він володіє більшою стійкістю до вилуговування в порівнянні з 
іншими азотними добривами, тобто менш схильний до вимивання з грунту, 
менш гігроскопічний, може застосовуватися не тільки як добриво, але і як 
добавка до корму великої рогатої худоби. Карбамід, крім того, широко 
використовується для отримання складних добрив, добрив з регульованим 
терміном дії, а також для отримання пластмас, клеїв, лаків і покриттів. 
 Карбамід CO(NH2)2  - біла кристалічна речовина, що містить 46,6% 
азоту. Його отримання засноване на реакції взаємодії аміаку з діоксидом 
вуглецю: 
 
2NH3 + CO2 ↔ CO(NH2)2 ΔH= - 110,1 кДж.                         (2.7) 
 
 Таким чином, сировиною для виробництва карбаміду служать аміак і 
діоксид вуглецю, що одержується як побічний продукт при виробництві 
технологічного газу для синтезу аміаку. Тому виробництво карбаміду на 
хімічних заводах звичайне комбінують з виробництвом аміаку. 
  Реакція (1) - сумарна; вона протікає в дві стадії. На першій стадії 
відбувається синтез карбамату: 
 
2NH3(г)+CO2(г) ↔ NH2COONH4; ΔH= - 125,6 кДж.                (2.8) 
 
 На другій стадії протікає ендотермічний процес відщеплення води від 
молекул карбамата, в результаті якого і відбувається утворення карбаміду: 
 
NH2COONH4 ↔ = CO(NH2)2 +Н2О; ΔH= 15,5кДж.               (2.9) 
 
 На практиці синтез карбаміду проводять при температурах 150-190 0С 
і тиску 15- 20 МПа. У цих умовах реакція протікає з високою швидкістю і 
практично до кінця. 
 Розкладання карбамату амонію - оборотна ендотермічна реакція, що 
інтенсивно протікає в рідкій фазі. Реакційна суміш крім продуктів реакції 
(карбаміду і води) містить також карбамат амонію і продукти його 
розкладання - аміак і СО2. 
 Для повного використання початкової сировини необхідно або 
передбачити повернення тих, що не прореагували аміаку і діоксиду вуглецю, 
а також углеаммонійних солей (проміжних продуктів реакції) в колону 
синтезу, тобто створення рецикла, або відділення карбаміду від реакційної 
суміші і напрям реагентів, що залишилися, на інші виробництва, наприклад 
на виробництво аміачної селітри, тобто проведення процесу по відкритій 
схемі. 
 У останньому випадку плав, що виходить з колони синтезу, 
дроселюють до атмосферного тиску; рівновага реакції (2.8) при температурах 
140-150 0С практично повністю зміщується вліво і весь карбамат, що 
залишився, розкладається. У рідкій фазі залишається водний розчин 
карбаміду, який упарюють і направляють на грануляцію. Рецикл 
газоподібних аміаку і діоксиду вуглецю, що утворилися, в колону синтезу 
зажадав би їх стиснення в компресорі до тиску синтезу карбаміду. Це 
зв'язано з технічними труднощами, пов'язаними з можливістю утворення 
карбамата при низьких температурах і високому тиску вже в компресорі і 
забивання машин і трубопроводів твердими частинками.  
3 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКЦІЇ, СИРОВИНИ, ДОПОМІЖНИХ 
МАТЕРІАЛІВ І ЕНЕРГЕТИЧНИХ НОСІЇВ 
 
 
3.1  Характеристика та вимоги до готового продукту 
 
Карбамід сертифіковано на відповідність вимогам ISO 9001:2015  
(сертифікат № GUIA-0001-QS). 
Карбамід застосовують в сільському господарстві як багате азотом 
мінерально добриво а також як додаток до кормів тварин. Застосування 
карбаміду значно підвищує врожайність більшості с/г культур, забеспечує 
інтенсивний приріст маси у тварин м’ясних порід, збільшує кількість молока 
від дійних корів. В промисловості карбамід застосовують в якості сировини 
для виробництва лаків, фарб, органічного синтезу, фармакологічній та 
харчовій промісловості. 
 
Таблиця 3.1 - Вимоги до готового продукту 
Назва показника Значення для сорту 
Вищий Перший Другий сорт 
сорт сорт 
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 
 
 
 
 
Кінець таблиці 3.1 
Масова частка вільного аміаку,    
%, не більше ніж, для карбаміду: - - - 
- кристалічного - - - 
- прильованого 
Масова частка води, %, не більше 0,3 0,3 0,3 
ніж: 0,5 0,5 0,6 
- метод висушування 
- метод Фішера 
Розсипчастість, % 100 100 100 
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 
 
3.2 Характеристика сировини, допоміжних матеріалів і енергетичних 
засобів 
 
 
Регламентовані дані, що до властивостей і характеристик сировини, 
допоміжних матеріалів і енергетичних засобів зводжу в таблицю 3.2. 
 
Таблиця 3.2 - Характеристика сировини, допоміжних матеріалів і 
енергетичних засобів 
Найменування Державний або Показники, 
Показники, обов'язкові 
сировини, галузевий що 
для перевірки 
матеріалів і стандарт, ТУ, регламентую-
(найменування і 
напівпродук- регламент або тья 
одиниця) 
тів методика допустимі 
 
  відхилення 
1 2 3 4 
Аміак рідкий, ГОСТ 6221-90 Тиск, МПа (кгс/см2) 1,4-2,1 (14-21) 
технічний,  Температура, 0С від -34 до +25 
марки Б Масова частка аміаку %,   
 не менше 99,6 
Масова частка води %  
Масова концентрація: 0,2-0,4 
- заліза, мг/дм3, не біль  
Оксид вуглецю  Регламенти цехів Тиск, кПа (мм вод.ст)   
(IV) аміаку не менше 3(300) 
 Температура, 0С, не 40 
більш  
Об'ємна частка горючих  2 
 %, не більше  
Масова концентрація  
сірки (сірководня), 1 
мг/м3, не більш 
Кисень  ТУ 113-03-452-92 Тиск, кПа (мм вод.ст)   
  не менше 1,0 (100) 
Об'ємна доля кисню   
не менше 95 
Фільтр-маса Імпорт   
"Декаліт438" 
або "Сорбоцел 
Каталізатор ТУ 113-03-392-92   
рутенієво-
паладієвий 
РПК-1 
 
Продовження таблиці 3.2 
1 2 3 4 
Селікагель ГОСТ 39-56-76   
марки КСЛГ 
Карбамідо ТУ 113-03-469-80 Масова доля:  
формалдегідна із змінами №1,2,3 - карбаміду % 20-24 
смола (КФВ) - формальдегіду % 54-60 
Колір по АРНА при 250С  300 
не більше  
Пара високого Регламент Тиск, МПа (кгс/см2) 2,8-3,9 (28-39) 
тиску ВД котельного цеху Температура, 0С 250-350 
(з котельного Масова концентрація  
цеху) хлоридів в паровому  
конденсаті, мг/дм3, не 0,2 
більше  
Пара Регламент Тиск, МПа (кгс/см2) 1,0-1,5 (10-15) 
середнього котельного цеху Температура, 0С, не 250 
тиску СД більше  
(з котельного Масова концентрація  
цеху) хлори-дов в паровому 0,2 
конденсаті, мг/дм3, не  
більше 
Знессолена  Тиск, МПа (кгс/см2) 0,3-0,5 (3-5) 
вода (для Температура, 0С, Масова 30 
пуску) концентрація хлоридів,  
 мг/дм3, не більш 0,2 
 
Азот технічний ГОСТ 9293-74 Тиск, МПа (кгс/см2) 0,2-0,4 (2-4) 
 Об'ємна доля кисню  3 
 
Продовження таблиці 3.2 
1 2 3 4 
Оборотна вода Регламент цеху Тиск, МПа (кгс/см2) 0,35-0,5 
 Температура, 0С, не 28 
більш  
Значення рН, од.рН 6,5-8,5 
Масова концентрація:  
- хлоридів, мг/дм3 не 80 
більше  
- аміаку, мг/дм3, не 2,5 
більшне  
  зважених речовин, 20-50 
мг/дм3  
Жорсткість загальна  2 
ммоль/дм3, не більше  
Жорсткість карбонатна, 1,3 
ммоль/дм3, не більше  
Окислюваність 5 
перманганатна, мг/дм3, 
не більше 
Повітря Регламент №2 Тиск, МПа (кгс/см2) 0,4-0,6 (4-6) 
технологічне   
Стисле повітря ГОСТ 24484-80 Тиск, МПа (кгс/см2) 0,45-0,6 
    
Змащувальні    
масла:  
І-40А ГОСТ 20799-88 
І-20А ГОСТ 20799-88 
І-50А ГОСТ 20799-88 
 
Кінець таблиці 3.2 
1 2 3 4 
Електро-  Трифазний змінний  
енергія струм 6000300 
 Напруга, В 38019 
Частота, Гц 501 
Однофазний змінний  
струм:  
Напруга, В 2205,5 
Частота, Гц 
501 
Постійний струм, В 
200 
 
По 
паспортах 
устаткуван-
ня 
 
 
4 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ВИРОБНИЦТВА 
 
 
Технологічна схема стадії випарювання розчину карбаміду наведена на 
рисунку 4.1. 
Газова фаза з колони ректифікації прямує на конденсацію, а розчин 
карбаміду через вакуум-випарник 3 стікає в гідрозасувка 2 збірника розчину 
карбаміду 1. 
Розчин карбаміду з масовою часткою карбаміду 68–72% і 
температурою  90–102 оС з гідрозасувки збірника карбаміду 1 насосом 4 
подається у випарник першого ступеня випарки 5. 
На першій ступені випарки розчин карбаміду упарюється до масової 
частки карбаміду не менше 95% при температурі 125÷130оС і залишковому 
тиску 30÷50 кПа . 
Парорідинна суміш з випарника І ступеня поступає в сепаратор І 
ступеня випарки 6, де сокові пари відділяються від розчину карбаміду. 
Розчин карбаміду з сепаратора І ступені 6 по барометричній трубі 
поступає у випарник ІІ-го ступеня 7, де підігрівається паром з тиском  0,7÷0,9 
МПа до  температури 135–140оС при залишковому тиску 3÷5 кПа і 
випарюється до масової частки карбаміду 99,5÷99,8%. 
Випарні апарати I і II ступені є кожухотрубними теплообмінниками, 
суміщеними у верхній частині з сепараторами. 
З випарника апарата 7 парорідинна суміш поступає в сепаратор 8  для 
відділення рідкої фази від сокової пари. 
Розчин карбаміду з сепаратора ІІ ступені з добавкою поступає на 
лінію всмоктування і відцентровим насосом  розчину далі поступає на 
гранулювання у відцентровий гранулятор, який розбризкує плав по перетину 
грануляційної башти. Конденсат, що утворився на другій ступені 
випарювання стікає в збірник конденсату. 
 
 
1 - збірник карбаміду; 2 – насос відцентровий; 3 - випарний апарат І 
ступеню; 4 –випарний апарат ІІ ступеню; 5 – сепаратор І ступеню; 6 – 
сепаратор ІІ ступеню; 7 – конденсатор І ступеню; 8 – паровий ежектор; 9 – 
конденсатор ІІ ступеню; 10 – насос плаву карбаміду; 11 – гідрозатвор. 
 
Рисунок 4.1 - Технологічна схема стадії випарювання розчину 
карбаміду. 
 
Карбамід-формальдегідна смола поступає в цех в залізничних 
цистернах, з яких азотом видавлюється в три сховища КФС. 
Сокові пари з сепаратора I ступеня випарки 6 конденсуються в 
конденсаторі 1 ступеня. Пари, що не сконденсувалися, ежектором подаються 
в хвостовий конденсатор. Після конденсатора гази прямують в нейтралізатор.  
Тиск  в  конденсаторі  3000–5000 мм вод. ст. регулюється за рахунок подачі 
інертних газів, що відбираються після хвостового конденсатора. 
 Сокові пари з сепаратора ІІ ступеня 8 відсмоктуються ежектором  і 
прямують в конденсатор. Пари, що не сконденсувалися в конденсаторі 
ежектором подаються в конденсатор випарювання для подальшої 
конденсації. Інертні гази, що не сконденсувалися, прямують в хвостовий 
конденсатор  випарки. 
Для запобігання кристалізації в трубопроводі сокової пари на виході з 
сепаратора 8  подається аміачна вода. Розчин карбаміду з газоходу після 
ежектора безперервно відводиться по барометричній трубі в збірник розчину 
карбаміду 1. 
Як робочий потік в ежекторах використовується пара тиском 
0,32÷0,45 МПа. 
Конденсатори є кожухотрубними вертикальними теплообмінниками,  
що охолоджуються  оборотною  водою. 
Конденсат сокової пари з конденсаторів випарки, поступає в збірник. 
Конденсат сокової пари з конденсаторів через збірний колектор поступає в 
збірник аміачної води. У збірнику постійно підтримується рівень не нижче 
20% для створення гідро затвору системі випарки.  
Для запобігання кристалізації розплаву карбаміду, в сорочку лінії 
розплаву подається пара низького тиску. 
 
5 МАТЕРІАЛЬНІ І ТЕПЛОВІ РОЗРАХУНКИ 
 
 
5.1 Розрахунок матеріального балансу 
 
Вихідні дані: 
Продуктивність виробництва карбаміду              1364 т/добу або 56833 кг/год. 
Концентрація плаву, що надходить                                                                68 %. 
Температура плаву: 
що надходить                                                                                       95 0С; 
що виходить                                                                                          1300С. 
 
Кількість 68 % -го плаву який повинен надходити в вакуум-випарник 
для забезпечення продуктивності 56833 кг/год. карбаміду з врахуванням 
втрат на кожному випарному апараті по 1 % : 
 
56833
100  57992,86  кг/год. , 
98
 
57992,86
100  85283,62  кг/год. 
68
 
Вміст води в плаві, кг/год.: 
 
85283,62 – 57992,86 = 27290,76 кг/год. 
 
3Рівняння матеріально-теплового балансу вакуум-випарника: 
 
(m c  m c )t  m c t  (m  x)c t  xr Q . (5.1) 
1 1 2 2 1 1 3 2 2 2 2 пот
 
Звідси : 
 
(m c  m c )t m c t m c t Q
1 1 2 2 1 1 3 2 2 2 2 втр.
х  ,                          (5.2) 
r  c t
2 2
 
де m1 – кількість карбаміду в плаві; 
m2– кількість води в плаві; 
х – кількість випареної води; 
с1 – теплоеність карбаміду, кДж/кг ∙ град; 
с2 – теплоємність води, кДж/кг ∙ град; 
с3 – теплоємність карбаміду, кДж/кг ∙ град; 
t1 – початкова температура плаву, 0С; 
t2 – кінцева температура плаву, 0С; 
r – теплота пароутворення води, кДж/кг; 
Qвтр. – втрати тепла апаратом в навколишнє середовище. 
Приймаємо: 
с1 = 2,014 кДж/(кг∙град) [5, с. 133]; с3 = 1,845 кДж/(кг∙град) [5, с. 133]; 
с2 = 4,19 кДж/(кг∙град) [5, с. 133]; r  = 2320 кДж/(кг∙град) [5, с. 133]; 
Qвтр. = 2000 кДж. 
Теплоємність води при умовах процесу, кДж/кг∙град 
 
c
a  b T 
T 2
c 
води ,                                                 (5.3) 
18
де a, b, c’ – термодинамічні коефіцієнти; 
     Т – температура процесу, К. 
 
Приймаємо: a = 39,02; b = 76,64∙10-3; c’ = 11,96∙105 [9, с. 744]. 
11,96 105
39,02 76,64 103  (273,15 130) 
(273,15130)2
с'води   4,293кДж (кг К)  
18
 
(57992,86 2,014 27290,76 4,293) 13057992,86 1,845 95 27290,76 4,19 95 2000
х =  
2320 4,19 95
=   = 4882,86 кг/год. 
 
Залишок води в плаві карбаміду : 
 
27290,76 − 4882,86 = 22407,9 кг/год. 
 
Таблиця 5.1 – Матеріальний баланс вакуум-випарника 
Надходження Витрати 
Стаття кг/год. % Стаття кг/год. % 
Плав:   Плав:   
карбамід 57992,86 68 карбамід 57992,86 72 
вода 27290,76 32 вода 22407,9 28 
Всього 80400,76 100 
Всього 85283,62 100 Водяна пара 4882,86 - 
Всього по  - 
випарнику 85283,62 
 
 
Складаємо матеріальний баланс І-го ступеня випарки: 
Вихідні дані: 
 
Склад плаву прийнятий згідно матеріального розрахунку вакуум-випарника. 
Кінцева концентрація плаву після І-го ступеня випарки                             96 %. 
Кількість карбаміду, що розклався  при випарювані                                       1%. 
 
Кількість карбаміду, що розклався  при випарювані : 
 
Gрозкл. = Gгот. прод.∙хрозкл. = 57992,86∙0,01 = 579,93 кг/год.,             (5.4) 
 
де Gгот.прод. – кількість 98 %-го карбаміду після випарювання, кг/год; 
     хрозкл. – частка карбаміду, що розкладається. 
 
З цієї кількості карбаміду при розкладанні за реакцією: 
СO(NH2)2+H2O=CO2+2NH3, утворюються такі кількості компонентів : 
 
- вуглекислого газу: 
 
M
CO
G G  2 ,                                                  (5.5) 
CO2 розкл.
M
карб.
де М – молекулярна маса вуглекислого газу, г/моль; 
СО2
Мкарб. – молекулярна маса карбаміду, г/моль. 
 
44
- вуглекислого газу:     579,93   425,28  кг/год., 
60
 
- аміаку: 
 
2 M
NH
G G  3 ,                                           (5.6) 
NH3 розкл.
M
карб.
де МNH – молекулярна маса аміаку, г/моль. 
3
 
NH  2 17
3 :                                 579,93   328,63  кг/год. 
60
 
Витрачається води на розкладання карбаміду : 
 
M
H O
G G  2 ,                                        (5.7) 
H2O розкл.
M
карб.
де М – молекулярна маса води, г/моль. 
H2O
 
18
579,93  173,98  кг/год., 
60
 
де : 44 – молекулярна маса вуглекислого газу, г/моль;  
        60 – молекулярна маса карбаміду, г/моль; 
        18 – молекулярна маса води, г/моль;  
        17 – молекулярна маса аміаку, г/моль. 
 
Кількість карбаміду, який міститься в плаві на виході з випарного 
апарату: 
 
57992,86 − 579,93=57412,93 кг/год. 
 
Залишається води в плаві : 
 
4
57412,83   2392,21 кг/год. 
96
 
Випарюється води в випарному апараті : 
 
22407,9 – (2392,21+173,98) = 19841,71 кг/год. 
 
 
 
Таблиця 5.2 – Матеріальний баланс І-го ступеня випарки 
Надходження Витрати 
Стаття кг/год. % Стаття кг/год. % 
Плав:   Плав:   
карбамід 57992,86 72 карбамід  54412,93 96 
вода 22407,9 28 вода 2392,21 4 
Всього 59805,14 100 
   Парогазова фаза:   
водяна пара 19841,71  
аміак 328,63 
 вуглекислий газ 425,28 
Всього 80400,76 100 Всього по апарату 80400,76  
 
Складаємо матеріальний баланс ІІ-го ступеня випарки: 
Вихідні дані. 
Склад плаву прийнятий згідно матеріального розрахунку вакуум-
випарника. 
Кінцева концентрація плаву після ІІ-го ступеня випарки               99,6 %. 
Кількість карбаміду, що розклався  при випарювані                       1%. 
Кількість карбаміду, що розклався  при випарювані : 
 
57412,93 0,01 574,13  кг/год. 
 
З цієї кількості карбаміду при розкладанні за реакцією: 
СO(NH2)2+H2O=CO2+2NH3, утворюються такі кількості компонентів : 
 
44
- вуглекислого газу:     574,13   421,04  кг/год. 
60
2 17
- аміаку:                         574,13   325,33  кг/год. 
60
Витрачається води на розкладання карбаміду : 
 
18
574,13  172,24  кг/год. 
60
 
Кількість карбаміду, який міститься в плаві на виході з випарного 
апарату: 
 
57412,93 − 574,13 = 56838,8 кг/год. 
 
Залишається води в плаві : 
 
0,4
56838,8   228,27  кг/год. 
99,6
 
Випарюється води в випарному апараті : 
 
2392,21 − (228,27 + 172,24) = 1991,7 кг/год. 
 
Таблиця 5.3 – Матеріальний баланс ІІ-го ступеня випарки 
Надходження Витрати 
Стаття кг/год. % Стаття кг/год. % 
Плав:   Плав:   
карбамід 57412,93 96 карбамід  56838,8 99,6 
вода 2392,21 4 вода 228,27 0,4 
Всього 56067,07 100 
   Парогазова фаза:   
водяна пара 1991,7  
аміак 325,33 
двоокис вуглецю 421,04 
Всього 59805,14 100 Всього по апарату 59805,14  
5.2 Розрахунок теплового балансу 
 
5.2.1 Тепловий баланс І-го ступеня випарки в апараті плівкового типу  
 
Вихідні дані: 
- температура розчину, що поступає, 95 °С; 
- температура розчину, на виході, 130 °С; 
- процес випарки проводять при тиску, 35 кПа; 
- апарат обігрівається насиченою парою, з тиском 0,8 МПа. 
 
Надходження тепла: 
1) Тепло, принесене розчином карбаміду, кДж/год.:  
 
Q1 = Gкарб. ∙ cкарб ∙ t + Gводи ∙іводи,                                     (5.8) 
 
де Gкарб. – кількість карбаміду, що поступила на випарку, кг/год., [табл. 
6.1]; 
скарб. – теплоємність карбаміду при температурі розчину, кДж/кг∙град.; 
t – температура розчину, що поступає, °С; 
іводи – ентальпія води при температурі розчину, кДж/кг; 
Gводи – кількість води, що поступає на випарку, кг/год., [табл. 6.1]. 
  
Приймаємо: 
скарб. = 1,845 кДж/(кг∙град.) [5, с. 153]; 
іводи = 398,0 кДж/кг [5, с. 153]. 
 
Q1 = 57992,86∙1,845∙95 + 22407,9∙4,19∙95 = 19084163,14 кг/год., 
 
де 1,845 – теплоємність карбаміду, кДж/кг ∙ град. 
2) Тепло, принесене з гріючою парою, кДж/год: 
 
Q2=x. 
 
Сумарні надходження тепла, кДж/год: 
 
Qнадх. = 19084163,14 + х. 
 
Витрати тепла: 
1) Тепло, що виноситься плавом карбаміду, кДж/год.: 
 
Q3 = (G’карб. ∙ c’карб  + G’води ∙ c’води) ∙ t’,                              (5.9) 
 
де G’карб – кількість карбаміду після І-го ступеню, кг/год, [табл. 6.1]; 
c’карб – теплоємність випареного карбаміду, кДж/кг∙град; 
G’води – кількість води після І-го ступеню, кг/год, [табл. 6.1]. 
c’води – теплоємність води при умовах процесу, кДж/кг∙град; 
t’ – температура розчину на виході, °С. 
 
Приймаємо: 
c’карб = 1,341 кДж/кг∙град [9, с. 753]; 
 
Q1 = (57412,93∙1,347 + 2392,21∙4,293)∙130 = 11388647,4 кДж/год., 
 
де 57412,93 – кількість карбаміду в плаві, кг/год.; 
1647,52 – кількість води в плаві, кг/год.; 
1,347 – теплоємність сухого карбаміду, кДж/год. ∙ град; 
4,293 – теплоємність води, кДж/год. ∙ град; 
130- температура карбаміду 0С. 
2) Тепло, яке витрачається при розкладанні карбаміду, кДж/год.: 
 
Gрозкл. q
Q9  ,                                                 (5.10) 
Mкарб.
де Gрозкл. – кількість карбаміду, що розклалась, кг/год.; 
q – теплота синтезу карбаміду з газоподібних компонентів, 
кДж/кмоль; 
Мкарб. – молярна маса карбаміду, кг/кмоль. 
 
Приймаємо: 
q – 133050 кДж/кмоль [5, c. 154]; 
Мкарб. = 60 кг/кмоль. 
 
579,93 133050
Q  1285994,8  кДж/год. 
2
60
 
3) Тепло, яке витрачається на парогазову фазу, кДж/год.: 
 
Q10 m"  i" m" c"  t"m"  i"  ,                     (5.11) 
H2O H2O NH3 NH3 CO2 CO2
де m"H O – кількість пари, що випаровується, кг/год.; 
2
i"H O – ентальпія перегрітого пару при температурі та тиску процесу, кДж/кг; 
2
m"NH – кількість аміаку, що виділяється при розкладанні карбаміду, кг/год; 
3
c"NH – теплоємність аміаку при умовах процесу, кДж/кг∙град.; 
3
m"CO – кількість СО2, що виділяється при розкладанні карбаміду, кг/год.; 
2
i"CO – ентальпія СО2 при температурі та тиску процесу, кДж/кг; 
2
 
Приймаємо: 
iH2O = 2734,0 кДж/кг [12. с. 44]; 
c = 2,473 кДж/(кг∙град.) [5. с. 154]; 
NH3
i = 416,5 кДж/кг[5. с. 154]. 
CO2
 
Q3 = 19841,71∙2734 + 328,63∙2,473∙130 + 425,28∙416,5 = 54530015,38 кДж/год. 
 
4) З практичних умов ведення процесу [1] втрати тепла в навколишнє 
середовище складають: Q4=25000 кДж/год. 
 
Сумарні витрати тепла складають, кДж/год.: 
 
Qвитр. = 11388647,4 + 1285994,8 + 54530015,38 + 25000 = 67204657,58. 
 
Надходження дорівнюють витратам, кДж/год.: 
 
19084163,14 + х = 67204657,58. 
 
Тепло відведене з гріючою парою : 
 
Qпар.= 67204657,58 – 19084163,14 = 48120494,44 кДж/год. 
 
Таблиця 5.4 – Тепловий баланс І-го ступеня випарки 
Надходження Витрати 
Стаття кДж/год. % Стаття кДж/год. % 
З розчином 19084163,14 28 З плавом   
карбаміду   карбаміду 11388647,4 17 
З гріючою парою 48120494,44 72 На розклад   
 карбаміду 1285994,8 2 
З парогазовою   
сумішшю 54530015,38 80,96 
Втрати тепла 25000 0,04 
Всього 67204657,58 100 Всього 67204657,58 100 
Тепловий баланс ІІ-го ступеня випарки в апараті плівкового типу. 
Вихідні дані: 
- температура розчину, що поступає, 130 °С; 
- температура розчину, виході, 140 °С; 
- процес випарки проводять при залишковому тиску, 3,2 кПа; 
- апарат обігрівається насиченим паром, з тиском, 0,8 МПа. 
 
Находження тепла: 
1) Тепло, принесене розчином карбаміду :  
 
Q1 = 57412,93∙1,347∙140 + 2392,52∙4,316∙140 = 12272586,63 кДж/год. 
 
Знаходимо теплоємність води при умовах процесу. 
 
3 11,96 105
39,02  76,64 10  (273,15 140) 
(273,15 140)2
c   4,316  кДж/(кг∙К). 
води
18
 
2) Тепло, принесене з гріючою парою, кДж/год. : Q2=x. 
 
Сумарні надходження тепла, кДж/год.: 
 
Qнадх. = 12272586,63 + х. 
 
Витрати тепла: 
1) Тепло, винесене парою карбаміду : 
 
Q1 = (76561,86 + 985,21)∙140 = 10856589,8 кДж/год. 
 
2) Тепло, яке витрачається при розкладанні карбаміду : 
574,13 133050
Q2 = 1273133,28  кДж/год., 
60
де 133050 – тепло синтезу карбаміду з газоподібних продуктів, 
кДж/кмоль. 
 
3) Тепло, що виноситься з парогазовою фазою : 
 
Q3 = 1991,7∙2734 + 325,33∙2,473∙140 + 421,04∙416,5 = 5733306,71 кДж/год. 
 
Приймаємо: 
i = 2734,0 кДж/кг [12. с. 44]; 
H2O
c = 2,473 кДж/(кг∙град) [5. с. 154]; 
NH3
i = 416,5 кДж/кг[5. с. 154]. 
CO2
 
4) З практичних умов ведення процесу [1] втрати тепла в навколишнє 
середовище складають : 
 
Q4=25000 кДж/год. 
 
5) Сумарні витрати тепла : 
 
Qвитр. = 10856589,8 + 1273133,28 + 5733306,71 = 17888029,79 кДж/год. 
 
Надходження тепла дорівнюють їх витратам : 
 
12272586,63 + х = 17888029,79 кДж/год. 
 
Тепло відведене з гріючою парою : 
 
Qпар = 17888029,79 – 12272586,63 = 5615443,16 кДж/год. 
 
 
Таблиця 5.5 – Тепловий баланс ІІ-го ступеня випарки 
Надходження Витрати 
Стаття кДж/год. % Стаття кДж/год. % 
З розчином 12272586,63 69 З плавом   
карбаміду   карбаміду 10856589,8 61 
З гріючою парою 5615443,16 31 На розклад   
 карбаміду 1273133,28 7 
З парогазовою   
сумішшю 5733306,74 31,86 
Втрати тепла 25000 0,14 
Всього 17888029,79 100 Всього 17888029,79 100 
 
 
 
6 РОЗРАХУНОК ОСНОВНОГО АПАРАТУ 
 
Основним апаратом стадії випарювання розчину карбаміду є випарний 
апарат. Зважаючи на специфіку процесу випарювання карбаміду приймаємо 
за основу випарний апарат плівкового типу, з висхідною плівкою. Такі 
апарати мають співосьову гріючу камеру, з вертикальними трубками. 
Принципова відмінність випарних апаратів з висхідною плівкою від інших в 
тому, що випарювання в них відбувається при одноразовому проходженні 
випарюваного розчину по трубам гріючої камери. Таким чином випарювання 
відбувається без циркуляції розчину. Крім того, розчин випарюється 
переміщаючись у вигляді тонкої плівки по внутрішній поверхні труб. В 
центральній частині труб вздовж їх осі рухається вторинний пар. Це 
призводить до різкого зниження температурних втрат, обумовлених 
гідростатичною депресією. 
Вихідні дані для розрахунку: 
- витрати розчину, що надходить 80400,76 кг/год; 
- температура розчину 95°С; 
- максимально допустима температура в трубному просторі 130 °С; 
- тиск у трубному просторі 35 кПа; 
- температура гріючої пари в міжтрубному просторі 145,4 °С; 
- тиск гріючої пари середнього тиску в міжтрубному просторі 0,9 МПа; 
- тиск в сепараційній частині 32 кПа; 
- максимально допустима температура в сепараційній частині 130 °С. 
Пара, що утворюється під час випарювання, майже не містить домішок, 
тому його властивості мало відрізняються від водяного пару. 
Теплове навантаження апарату з теплового балансу складає:  
 
Q1 =  48120494,44 кДж/год., або 48120494,44 / 3600 = 13366,8 кВт. 
 
Розрахунок випарного апарату складається з таких етапів: 
- визначення температурного режиму процесу; 
- розрахунок площі теплопередачі; 
- розрахунок теплообмінної частини; 
- розрахунок сепараційної частини; 
- розрахунок основних конструкційних розмірів апарату за умовами 
міцності. 
Випарні апарати є уніфікованими, тому в розрахунках приймаю 
стандартні розміри основних частин апаратів.  
 
Витрати гріючої пари: 
 
Q
G  ,                                                 (6.1) 
г.п.
r
г.п.
де   rгп – питома теплота конденсації гріючої пари, Дж/кг. 
 
Приймаємо rгп = 2144900 Дж/кг [12, 44 с.]. 
 
4812049444 0
G   6,24 кг/с. 
г.п
2144900 3600
 
Визначаю середню різницю температур в теплообмінній частині 
апарату. Кипіння плівки рідини в вертикальних трубках є динамічним 
процесом, і на нього впливає фактор гідравлічної, гідростатичної та 
температурної депресії. Гідравлічну депресію, що обумовлена гідравлічним 
опором гріючих труб приймаю Δ111 = 1 0С. Гідростатична депресія, зумовлена 
тиском стовпа рідини, що кипить.  Перепад тиску між зоною кипіння і 
сепараційної частиною становить 35-32 = 3 кПа. Середня концентрація 
розчину по висоті трубки становить: 
 
(0,68+0,96)/2 = 0,82 або 82 %. 
 
Температуру кипіння розчину приймаю для середньої концентрації 
розчину, при 35 кПа – вона становить 119,6°С, з урахуванням гідравлічної 
депресії – tсер = 119,6+1=120,6°С; 
При 32 кПа температура кипіння 96% - го розчину – 124,8°С; (релг.). 
температурна депресія: 
 
tдепр = tсер – tсп;                                                (6.2) 
 
tдепр = 124,8 – 120,6  = 4,2 °С. 
 
Гідростатична депресія для апаратів з висхідною пливкою не 
враховується. 
Отже сума депресій дорівнює: 
 
ΣΔ = 1 + 4,2 = 5,2 °С. 
 
Середня різниця температур для протиточної схеми нагрівання, 0С: 
 
t  t
t  б м .                                                    (6.3) 
сер.
2
Більшу різницю температур визначаю як різність температур гріючої 
пари і парорідиної емульсії, що надходить на сепарацію: 
 
tБ = t ГП – (tпл (1 – Xh) +  tСП Xh) 
 
де tСП – температура сокової пари; 
Xh – співвідношення витрат сокової пари, до загального витрачання 
апарату, з матеріального балансу = 25%. 
Температура сокової пари визначається як температура кипіння 
упареного розчину та сума депресій: 
 
tСП = t кип – ΣΔ,                                             (6.4) 
де t кип  температура кипіння упареного розчину, 0С. 
Меншу різницю температур визначаю як різність температури 
конденсату гріючої пари а початкової температури розчину: 
 
tМ  = tконд – t поч.; 
 
tБ =140 – (135 ∙0,75+124,8 ∙0.25) = 12,55°С; 
 
tМ = 120 – 97 =23 °С, 
де    tг.п – температура гріючої пари, °С; 
tконд – температура конденсату сокової пари,°С. 
tсепар. - температура парорідиної емульсії, що входить в сепаратор, °С. 
 
12,55 23
tсре  17,7C . 
2
 
Розраховуємо значення поверхні теплообміну: 
 
Q
F  ,                                               (6.5) 
K Δt
сер
де   К – значення коефіцієнта теплопередачі, Вт/(м2∙К). 
Коефіцієнт К вибирається з урахуванням того, що вихідний розчин 
спершу нагрівається до температури кипіння, тобто в трубках протікають 
процеси нагрівання до температури кипіння і саме випаровування вологи.  
Приймаємо К = 1500 Вт/(м2∙К) [8, табл. 2.1, с. 47].  
13366800
F   503,5  м2. 
1500 17,7
 
За знайденою поверхнею теплообміну приймаємо конструктивні 
розміри випарної частини апарату [8, табл. 2.9, с. 57]: 
- діаметр кожуха 1400 мм;  
- діаметр трубок у випарній частині апарату 36х3 мм; 
- загальна кількість труб 812; 
- поверхня теплообміну 529 м2; 
- довжина труб 6000 мм. 
 
Товщина стінки обичайки випарної частини під зовнішнім тиском: 
 
 2 1,1Р D
S maxK D 10 ; зов
  c ,                       (6.6) 
об 2
 2  σ140 
 
де    К2 – коефіцієнт; 
[σ]140 – допустиме навантаження сталі, МПа; 
с – прибавка на корозію, мм; 
Рзов – зовнішній тиск, МПа. 
 
Приймаємо: [σ]140 = 147,2 МПа;  с = 2 мм; Рзов = 0,1 МПа. 
 
Коефіцієнт К2 знаходиться за номограмою по значеннях К1 та К3. 
 
n  P
K  c зов ,                                            (6.7) 
1
2,4 106 Е
140
 
l
К  ,                                                      (6.8) 
3
D
де   nс – коефіцієнт запасу стійкості; 
l – розрахункова довжина обичайки, мм. 
 
Приймаємо: 
Е140 = 2,07∙105 МПа [11, табл. 5.4, с.180]; 
nc = 2,4 [14, c. 17]. 
 
Розрахункова довжина обичайки, мм: 
 
l L Hд ,                                                    (6.9) 
де    L – довжина труб у випарній частині, мм; 
Нд – висота еліптичного днища, мм.  
 
Приймаємо Нд = 350 мм. 
 
l = 6000 + 350 = 6350 мм. 
 
Підставляємо значення l в формули 6.7, 6.8 і знаходимо К1 та К3: 
 
2,4 0,1
K   0,48 . 
1
2,4 106  2,07 105
 
6350
K  3,11. 
3
1400
 
Приймаємо К2 = 0,55 [10, рис. 17, с. 43]. 
 
Підставляємо К2 в формулу 6.6 і знаходимо товщину обичайки, мм: 
 
 1,1  0,1 1400
S  max0,55 1400 102 ;   2 
об
 2 147,2   
 max7,7; 0,52 2  9,7 мм.
 
Приймаємо стандартну товщину обичайки 10 мм. Товщина обичайки 
випарної та сепараційної частини приймається однаковою. 
 
Товщина стінки днища під зовнішнім тиском: 
 
K R n  P Р R 
S  max e  c зов ; зов
   с ,                      (6.10) 
д
 510 106 Е 2  σ
140 140 
де    Ке – коефіцієнт для еліптичних днищ; 
R – внутрішній радіус кривизни вершини випуклого днища, мм. 
 
Приймаємо Ке – 0,9 [14, с. 13]. 
 
D2 1400 2
R   1400 мм .                            (6.11) 
4 H 4 350
д
 
Підставляємо значення R в формулу (6.10) і знаходимо товщину 
днища: 
 
0,9 1400 2,4  0,1 0,1 1400 
S    ;   2 max[3,66;  0,48] + 2 = 5,66 мм. 

510 106
  2,07 106 2 147,2 
 
Приймаємо стандартну товщину днища 6 мм. 
Товщину кришки знаходимо за тими ж формулами, що і товщину 
днища. 
 
3600 2
R   4050 мм . 
4 800
 
0,9  4050 2,4  0,1 0,1 4050
S  max  ;  2 
д 
510 106 
  2,09 105 2 148,4 
 
 max7,66; 1,36 2  9,66 мм,
де    800 – висота кришки, мм. 
2,09∙105 – модуль пружності при 130 °С, МПа; 
148,4 – допустиме навантаження сталі, МПа; 
4050 – внутрішній радіус кривизни еліптичної кришки, мм. 
 
Приймаємо стандартну товщину кришки 10 мм. 
 
Розраховуємо товщину теплової ізоляції: 
 
λ  t  t 
δ  ст1 ст2 ,                                             (6.12) 
α  t  t 
ст2 пов
де   λ – коефіцієнт теплопровідності ізолятора, Вт/(м∙К); 
α – коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляційного матеріалу до 
навколишнього середовища, Вт/(м2∙К); 
tст1 – температура ізоляції зі сторони апарату, °С; 
tст2 – температура ізоляції зі сторони навколишнього середовища, 
°С;  
tпов – температура оточуючого середовища, °С. 
 
Приймаємо: 
Ізолюючий матеріал – совеліт (85 % магнезії + 15 % азбесту); 
λ = 0,09 Вт/(м∙К) [8, с. 177]; 
tст1 =140 °С; 
tст2 = 40 °С, [8, с. 177]; 
tпов = 20 °С. 
 
Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляційного матеріалу до 
навколишнього середовища, Вт/(м2∙К); 
 
α 9,30,058  t 9,30,058 40 11,6Вт м2 К.                (6.13) 
ст2
 
Підставляємо значення коефіцієнту тепловіддачі від поверхні 
ізоляційного матеріалу до навколишнього середовища в формулу 6.12 і 
знаходимо товщину теплової ізоляції. 
 
0,09  140  40
δ   0,038м  = 38 мм. 
11,6  40  20
 
7 АВТОМАТИЗАЦІЯ І КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГІЧНОГО РЕЖИМУ 
ВИРОБНИЦТВА   
 
 
7.1 Вибір та обґрунтування системи приладів і засобів автоматизації 
 
Схема автоматизації є основним технічним документом проекту, на 
підставі якого розробляються монтажні креслення, схеми розведення 
електричних і трубних комунікацій, заявочні специфікації й інші проектні 
матеріали. 
На першому етапі розробки схеми автоматизації визначається її рівень 
для даного виробництва, виходячи з характеру технологічного процесу, 
механізації, продуктивності і перспектив розвитку. 
На другому етапі розробки схеми автоматизації, виходячи з аналізу 
технологічних даних, визначаються параметри, що необхідно контролювати і 
регулювати, а також установлюються максимально можливі межі відхилення 
цих параметрів від заданих значень, що не призводять до порушення 
нормального режиму експлуатації. Ці дані обумовлюють вибір приладів по 
точності вимірювання і регулювання. 
Потім вибирається система приладів і розробляють конкретні схеми 
автоматичного контролю і регулювання параметрів. При цьому необхідно 
керуватися такими загальними принципами, які вироблені практикою 
проектування систем керування: 
− система автоматизації технологічних процесів повинна будуватися, 
як правило, на базі приладів і засобів, що серійно випускаються. При цьому 
необхідно прагнути до застосування однотипних і, переважно уніфікованих 
систем, що характеризуються простотою сполучення, взаємозамінністю і 
зручністю компонування на щитах керування. Використання однотипної 
апаратури дає значні переваги при монтажі, наладці, експлуатації, 
забезпеченні запасними частинами; 
− в якості технічних засобів автоматизації варто використовувати 
переважно прилади й агрегатовані комплекси Державної системи приладів; 
− кількість приладів, апаратури керування і сигналізації, 
встановлюваної на оперативних щитах і пультах, повинна бути обмеженою. 
Надлишок апаратури ускладнює експлуатацію, відриває увагу 
обслуговуючого персоналу від спостереження за основними параметрами, 
що визначають хід технологічного процесу. Прилади і засоби автоматизації 
допоміжного призначення доцільно розміщати на окремих щитах у 
виробничих помешканнях поблизу технологічного устаткування; 
− вибір засобів автоматизації за типом допоміжної енергії, яка 
використовується (електрична, пневматична або гідравлічна), визначається 
умовами пожежо- і вибухонебезпечності об’єкта, що автоматизується, 
агресивності навколишнього середовища, вимогами до швидкодії, дальності 
передачі сигналів інформації і керування та іншими чинниками. 
При виборі системи автоматизації (електричної, пневматичної, 
гідравлічної або комбінованої) вибір зупинився на комбінованій системі. 
 
7.2 Визначення об’єму автоматизації 
 
Таблиця 7.1 – Об’єм автоматизації технологічного процесу 
Технологіч- Параметр, Можливий Місце Вимоги до Примітки 
ний об’єкт що діапазон відбору схеми 
вимірюють зміни імпульсу автоматизації 
або параметру 
регулюють 
1 2 3 4 5 6 
витрати перед вимірювання, 
трубопро- 85,3-85,6 випарним регулюван-
плаву регулювання, 
від т/год. апаратом ня клапаном 
карбаміду сигналізація 
1 ст. 
Кінець таблиці 7.1 
1 2 3 4 5 6 
випарний в вимірювання, регулюван-
темпера-
апарат       130 ± 10 0С середині регулювання, ня подачею 
тура 
1 ст. апарату сигналізація пари  
вимірювання, 
випарний сепара- регулюван-
рівень регулювання, 
апарат       40-50% ційна ня подачею 
плаву сигналізація, 
1 ст. частина плаву 
блокування 
випарний в вимірювання, регулюван-
температу-
апарат       140 ± 10°С середині регулювання, ня подачею 
ра 
2 ст. апарату сигналізація пари 
вимірювання, 
випарний сепара- регулюван-
рівень регулювання, 
апарат       40-50% ційна ня подачею 
плаву сигналізація, 
2 ст. частина плаву 
блокування 
після 
витрати випар- вимірювання, 
трубопро- 59,8-61 регулюван-
плаву ного регулювання, 
від т/год. ня клапаном 
карбаміду апарату сигналізація 
2 ст. 
 
 
7.3 Опис роботи розроблених схем автоматизації 
 
7.3.1 Вимірювання та регулювання витрат плаву карбаміду, що 
поступає у випарний апарат 1 ступеню 
 
Для контролю за витратами плаву карбаміду, що поступає у випарний 
апарат 1 ступеню у якості первинного датчика витрат вибираємо 
вихроакустичний перетворювач серії Метран-320. Створений 
перетворювачем уніфікований електричний сигнал передається на вторинний 
прилад KR-50, який показує величину витрат плаву карбаміду та передає 
сигнал на регулятор ТРМ148, який порівнює отриманий сигнал із заданим та 
через електропневматичний перетворювач ЕПП передає управляючий 
пневматичний сигнал на клапан регулюючий з мембранним виконавчим 
механізмом – 25ч30нж, встановлений на трубопроводі подачі плаву. 
 
7.3.2 Контроль та регулювання температури у випарному апараті              
1 ступеню 
 
Для контролю за рівнем температури у трубній частині випарного 
апарату 1 ступеню встановлено датчик для вимірювання температури ТСП 
Метран-205, який формує уніфікований електричний сигнал та передає його 
на вторинний прилад ТРМ 10, який показує, зберігає та сигналізує величину 
вимірюваної температури. Вторинний прилад обладнано регулятором, який 
порівнює отриманий сигнал із заданим та через електропневматичний 
перетворювач ЕПП передає управляючий пневматичний сигнал на клапан 
регулюючий з мембранним виконавчим механізмом – 25ч30нж, встановлений на 
трубопроводі подачі пари. 
 
7.3.3 Контроль та регулювання рівня плаву карбаміду у випарному 
апараті 1 ступеню 
 
Для контролю за рівнем плаву карбаміду у випарному апараті 1 
ступеню у сепараційній частині апарату встановлено радарний вимірювач 
рівня Rosemount 5400, який перетворює величину рівня плаву карбаміду в 
уніфікований пневматичний сигнал та передає його на вторинний прилад    
ТРМ 10, який показує, зберігає та сигналізує величину виміряного рівня. 
Вторинний прилад обладнано регулятором, який порівнює отриманий сигнал 
із заданим та через електропневматичний перетворювач ЕПП передає 
управляючий пневматичний сигнал на клапан регулюючий з мембранним 
виконавчим механізмом – 25ч30нж, встановлений на трубопроводі подачі плаву. 
 
7.3.4 Контроль та регулювання температури у випарному апараті             
2 ступеню 
 
 
Для контролю за рівнем температури у трубній частині випарного 
апарату 2 ступеню встановлено датчик для вимірювання температури ТСП 
Метран-205, який формує уніфікований електричний сигнал та передає його 
на вторинний прилад ТРМ 10, який показує, зберігає та сигналізує величину 
вимірюваної температури. Вторинний прилад обладнано регулятором, який 
порівнює отриманий сигнал із заданим та через електропневматичний 
перетворювач ЕПП передає управляючий пневматичний сигнал на клапан 
регулюючий з мембранним виконавчим механізмом – 25ч30нж, встановлений на 
трубопроводі подачі пари. 
 
7.3.5 Контроль та регулювання рівня плаву карбаміду у випарному 
апараті 2 ступеню 
 
 
Для контролю за рівнем плаву карбаміду у випарному апараті 2 
ступеню у сепараційній частині апарату встановлено радарний вимірювач 
рівня Rosemount 5400, який перетворює величину рівня плаву карбаміду в 
уніфікований пневматичний сигнал та передає його на вторинний прилад    
ТРМ 10, який показує, зберігає та сигналізує величину виміряного рівня. 
Вторинний прилад обладнано регулятором, який порівнює отриманий сигнал 
із заданим та через електропневматичний перетворювач ЕПП передає 
управляючий пневматичний сигнал на клапан регулюючий з мембранним 
виконавчим механізмом – 25ч30нж, встановлений на трубопроводі подачі плаву. 
 
7.3.6 Контроль та регулювання витрат плаву карбаміду, що подається 
на грануляцію 
 
 
Для контролю за витратами плаву карбаміду, що поступає на 
грануляцію у якості первинного датчика витрат вибираємо вихроакустичний 
перетворювач серії Метран-320. Створений перетворювачем уніфікований 
електричний сигнал передається на вторинний прилад KR-50, який показує 
величину витрат плаву карбаміду та передає сигнал на регулятор ТРМ148, 
який порівнює отриманий сигнал із заданим та через електропневматичний 
перетворювач ЕПП передає управляючий пневматичний сигнал на клапан 
регулюючий з мембранним виконавчим механізмом – 25ч30нж, встановлений на 
трубопроводі подачі плаву. 
8 АНАЛІТИЧНИЙ  КОНТРОЛЬ ВИРОБНИЦТВА 
 
Таблиця 8.1 – Схема аналітичного контролю 
№ Найменування стадії, Параметр контролю, одиниці Норми ТР і Назва НТД, за якою Методи контролю 
пор процесу, місце заміру вимірювання допустимі проводиться 
параметру або місце відхилення контроль 
відбору 
1 2 3 4 5 6 
1 Газова фаза на виході    О   б'ємна частка суми     
горючих (водень + метан),  
із абсорбера 3,0 % МВВ №Л-М-368-98 Хроматографічний 
%, 
 не більша ніж     
    
Об'ємна частка аміаку, %, 0,4 % МВВ №Л-М-11-2002 Титрометричний 
 не більша ніж  
   
 
2      
Газова фаза перед Об'ємна   частка аміаку, %  По факту МВВ №Л-М-11-2002 Титрометричний 
промивачем     
     
    
Кінець таблиці 8.1 
1 2 3 4 5 6 
3 Газова фаза після Масова частка аміаку,      
%, 
промивача 0,25 % МВВ №Л-М-11-2002 Титрометричний 
не більша ніж 
   
 
4      
Об'ємна   частка аміаку, %,  
Газова фаза на виході 0,4 МВВ №Л-М-11-2002 Титрометричний 
 не більша ніж 
із абсорбера 
5 Розчин карбаміду на Масова  частка аміаку, %,  5,0 МВВ №К-М-210-84 Титрометричний 
 не більша ніж 
вході в десорбер    
 
Масова частка карбаміду, %, 1,5 МВВ №Л-М-210-84 Титрометричний 
 не більша ніж 
   
 
Масова концентрація    
карбаміду, мг/дм3,  
15000 МВВ №Л-М-195-87 Фотоколориметричний 
не більша ніж 
6 Розчин карбаміду на Масова   частка аміаку, %,   1,6 МВВ №К-М-210-84 Титрометричний 
не більша ніж 
вході в гідролізер    
 
 Масова частка карбаміду, %,   МВВ №Л-М-195-87 Фотоколориметричний 
не більша ніж 
 
 
9 ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ВИРОБНИЦТВА 
 
Таблиця 9.1 – Тверді відходи 
№ Найменування відходів, Напрям використання, Найменування Норми утворення 
характеристика, склад, апарат або метод очищення або показника, одиниця відходів  
стадія утворення знищення вимірювання По проекту 
1 2 3 4 5 
1 Відпрацьований рутенієвопаладієвий Повернення на завод Відпрацьований 2,8 
каталізатор (РПК-1). Установка виробник каталізатор РПК-1, г 
очищення діоксиду вуглецю від (1 раз в два роки) 
пальних.Контактний апарат. 
Масова частка паладію – 0,01 % 
Масова частка рутенію – 0,01 % 
Оксид алюмінію інше 
2 Силікагельвідпрацьований (марки Вивозиться в Силікагель відібраний, 0,757 
КСМГ) Установка осушення стислого накопичувач твердих г 
повітря. Осушувачі повітря відходів (1 раз в два 
Силікагельз механічними домішками і роки) 
насичений вологою 
 
 
Кінець таблиці 9.1 
1 2 3 4 5 
 
3 Відпрацьована фільтраційна маса Вивозиться в Відпрацьована 0,04 
(декаліт).Установка фільтрації розчину накопичувач фільтраційна маса, кг 
карбаміду, Фільтраційна маса, твердих відходів 
забруднена механічними домішками (постійно) 
4 Побічній продукт виробництва Відправляється Побічний продукт, кг 2,0 
карбаміду по ГОСТ 2081-92. споживачам 
Грануляційна башта. Класифікація (періодично) 
готового продукту. Склад карбаміду 
Вузол відвантаження. Транспортні 
галереї утворюється при чищенні і 
прибиранні розсипів. Масова частка: 
Карбаміду, не менше 42 % 
Біурету, не більше 2 % 
 
 
 
Таблиця 9.2 - Рідкі відходи 
№ Найменування відходів, Напрям використання, Найменування Норми утворення 
характеристика, склад, апарат або метод очищення або показника, одиниця відходів  
стадія утворення знищення вимірювання По проекту 
1 2 3 4 5 
1 Кислий конденсат. Установка Скидається в Кислий конденсат, м3 0,24 
очищення діоксиду вуглецю від промислову 
пальних, від апаратів. Масова каналізацію (постійно) 
концентрація: 
- вуглекислоти (Н2СО3), не більше 
0,11 г/дм3; 
- масла, не більше 25 мг/дм3 
2 Кислий конденсат Скидається в Кислий конденсат, м3 0,036 
Компресія діоксиду вуглецю  промислову 
Сепаратор, збірник. каналізацію (постійно) 
Масова концентрація діоксиду 
вуглецю, не більше 0,972 г/дм3 
 
 
 
 
Продовження таблиці 9.2 
1 2 3 4 5 
3 Стічна вода після десорбції Скидається в  Стічна вода, м3 0,52 
Проміжні . каналізацію (постійно) 
Масова концентрація: При промивці 
Карбаміду, не більше 300 мг/дм3 устаткування 
Аміаку, не більше 100 мг/дм3 
Діоксиду вуглецю, не більше 150 
мг/дм3 
4 Паровий конденсат Відкачується на Паровий конденсат, м3 0,554 
Виробництво карбаміду станцію збору і 
Насосна, збірник  очищення конденсату 
Масова концентрація: 
іона амонію, не більше 
5,0 мг/дм3 
 
 
 
 
 
 
Кінць таблиці 9.2 
1 2 3 4 5 
5 Стічні води після вузла прийому і Скидаються в Стічна вода, м3 0,012 
зберігання КФС каналізацію (постійно) 
Масова концентрація: 
карбаміду, не більше 100 мг/дм3; 
формальдегіду, не більше  
250 мг/дм3 
6 Відпрацьоване масло КП-8 після Вивозиться на Відпрацьоване масло, г 10,6 
турбокомпресора з механічними регенерацію (при 
домішкамиЄмність заміні масла 1 раз на 
рік) 
7 Відпрацьоване масло И-40, И-50 після Вивозиться на Відпрацьоване масло, г 19,2 
поршневих компресорів; насосів ВТ регенерацію (при 
заміні масла1 раз на 
рік) 
 
 
 
Таблиця 9.3 - Газоподібні відходи 
№ Найменування відходів, Напрям використання, Найменування Норми утворення 
характеристика, склад, апарат або метод очищення або показника, одиниця відходів  
стадія утворення знищення вимірювання По проекту 
1 2 3 4 5 
1 Гази абсорбції Викидаються в Аміак, г 12,1 
Стадія абсорбції, колона абсорбції газів атмосферу (постійно) 
Масова концентрація аміаку  
не більше 467 мг/м3    
2 Повітря з грануляційної башти. Стадія Викидаються в Аміак, г 326,3 
очищення повітря. Ротаційний атмосферу (постійно) Карбамід, г 489,5 
дисковий абсорбер Масова 
концентрація: 
- аміаку, не більше 80 мг/м3 
- карбаміду, не більше 50 мг/м3 
3 Гази, абсорбції, після вихлопної труби, Викидаються в Аміак, г 124,8 
сепаратора. Масова концентрація атмосферу (постійно) 
аміаку  
не більше 4000 мг/м3   
11 ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ 
 
 
11.1 Дослідження ринку та забезпечення випуску продукції 
 
Цех по виробництву карбаміду розташовано на території Черкаського 
ПрАТ “Азот”. Вибір місця будування цеха ґрунтується на таких основних 
факторах: сировинний, паливо – енергетичний, водний, транспортний, 
кадровий .  
Основна сировина – двооксид вуглецю та аміак. 
Джерелом пари є Черкаська ТЕЦ. Постачання підприємства 
електроенергією здійснюється від системи “Київенерго” через черкаську 
підстанцію. Що ж до електроенергії  та  природного газу то джерелом першої 
є ГЕС, а газ поступає з газопроводу, що проходить через територію 
Черкаської області. 
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. 
Через місто проходить залізниця, що належить до Одеської залізниці, 
також можливе транспортування продукції водним шляхом – річкою Дніпро. 
 
11.2 Виробничий план підприємства 
 
11.2.1 Вибір методу виробництва та режиму роботи цеху 
 
Синтез карбаміду здійснюється в дві стадії. Спочатку із оксидів 
вуглецю і аміаку утворюється карбамат амонію, потім проводиться його 
дегідратація. Ступінь перетворення оксидів вуглеводу в карбамат залежить 
від температури, тиску, співвідношення компонентів реакції, тривалості 
процесу і деяких других факторів. При одночасному протіканні обох стадій 
синтезу карбаміду теплота утворення карбамату амонію компенсує 
ендотермічний ефект реакції його дегідратації і забезпечує необхідний 
розігрів суміші до оптимальної температури синтезу карбаміду. 
Найбільш економічно ефективним методом отримання карбаміду є 
метод виробництва карбаміду по стрипінг – процесу. Цей метод 
характеризується відносно низькою витратою енергії та не потребує 
застосування дорогого та енергоємного устаткування.  
Запланована продуктивність цеху карбаміду становить 1364 т/добу.  
Режим роботи цеху дуже напружений. Це цех, де зупинка обладнання 
може призвести до значних витрат сировини, матеріалів чи порушення 
технологічного режиму. Тому процес по виготовленню добрива – 
безперервний. 
Отже, для забезпечення роботи необхідні 3 зміни на добу, при 
тривалості змін – 8 годин. 
 
Необхідна кількість бригад: 
 
24 24
П = +1 = +1 = 4 бригади,   (11.1) 
t 8
зм
де t зм  – тривалість зміни, год. 
Тривалість змінообігу: 
 
Т зм  = П . а = 4 . 4 = 16 днів.,    (11.2) 
де а -  число робочих днів в зміні на протязі тижня. 
Враховуючи вибраний режим роботи, розробляємо графік роботи змін, 
що зображено у таблиці 11.1. 
Таблиця 11.1 - Графік роботи змін 
 Числа місяця 
Бри- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 
гади 
1 А А - В В В В - С С С С - - А 
2 С С С С - - А А А А - В В В В 
3 В В В - С С С С - - А А А А - 
4 - - А А А А - В В В В - С С С 
 Числа місяця 
Бри- 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 
гади 
1 А А А - В В В В - С С С С - - 
2 - С С С С - - А А А А - В В В 
3 В В В В - С С С С - - А А А А 
4 С - - А А А А - В В В В - С С 
 
А – зміна з 8.00 до 16.00 
В – зміна з 16.00 до 24.00 
С – зміна з 24.00 до 8.00 
 
Кількість вихідних на рік складає: 
 
- 16 днів (змінообіг) – 4 вихідних; 
- 365 календарних – х вихідних; 
 
           х = 365   . 4 / 16 = 91 день/рік. 
 
11.2.2 Машини та обладнання 
 
11.2.2.1 Фонд часу роботи машин та обладнання 
 
Календарний фонд – це максимально можливий фонд часу роботи 
обладнання на рік : 
 
Fк = 24 ∙ 365 = 8760 год.                       (11.3) 
 
Дійсний фонд (номінальний) дорівнює часу роботи обладнання за рік. 
Для безперервного режиму : 
 
Fд = Fк = 8760 год.                          (11.4) 
 
Ефективний фонд часу дорівнює дійсному фонду за мінусом 
технологічних зупинок і зупинок на ремонт, який проводиться в робочий час:  
 
Fеф = Fд – Tрем – То = 8760 – 756 = 8004 год,   (11.5) 
 
де  Трем – загальна тривалість зупинок обладнання по всіх видах 
ремонту протягом року; 
         То – тривалість зупинок технологічного характеру за рік. 
 
11.2.2.2 Розрахунок виробничої потужності 
 
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 ∙ Теф ∙ Kв,       (11.6) 
де  Q –  продуктивність агрегату за добу; 
      n –  кількість агрегатів; 
     Теф –  ефективний фонд часу роботи обладнання; 
     Кв –  коефіцієнт виходу продукції. 
 
Річна потужність схеми 10701300 т/рік. Приймаємо кількість втрат 1%. 
 
Вп= 10701300 ∙ 1,01 = 10808300 т/рік             (11.7) 
 
Тоді продуктивність агрегату за добу буде: 
 
Q = Вп /n ∙ Теф ∙ Kв = 10808300/(1 ∙ 8004 ∙ 0,99) = 1364 т/добу. 
 
 
При визначенні ефективного часу роботи обладнання важливими є 
розрахунки тривалості ремонтних робіт та технічних зупинок : 
 
Теф = Тд – Тк – Трем – Тт.о. ,                                  (11.8) 
 
де Тд - дійсний (номінальний) фонд роботи обладнання, визначений 
раніше (ТД=FД); 
Тк - тривалість капітального ремонту (в системі ППР прийнято             
Тк = 20 днів);  
Трем - тривалість зупинок на ремонти за рік: 
 
Трем = αt ·tt ,                                             (11.9) 
 
де αt - кількість ремонтів на рік; 
tt- тривалість зупинок на ремонти. 
Кількість ремонтів кожного виду на  рік визначається за формулою: 
 
а' = а · 8640/t ,                                          (11.10) 
 
де а - кількість ремонтів певного виду в міжремонтному циклі; 
     t- тривалість міжремонтного циклу. 
 
Значення тривалості зупинок в ремонті є нормативними і наводяться в 
галузевих нормативах ППР обладнання. В періодичних виробництвах 
ремонти обладнання, які виконуються у вихідні дні або в перервах між 
робочими змінами, не враховуються при підбитті підсумків річних зупинок 
на ремонти. 
Тривалість технологічних зупинок розраховується за нормами, які 
передбачені технологічним регламентом або правилами технічної 
експлуатації: 
 
Т  (Т Т )
еф рем к
Т   t ,                                  (11.11) 
t.o. ц.о.
t
ц
 
де tц - тривалість робочого циклу, год; 
     tц.о. -    тривалість зупинок на протязі одного циклу, год. 
 
Графік планово-попереджувального ремонту обладнання цеху 
представлено в табл. 11.2. 
 
 
 
Таблиця 11.2 – Річний графік планово-попереджувального ремонту обладнання цеху 
Наймену- Нормативи часу Дата Умовне позначення ремонту і час зупинки, год. Річна 
вання безперервної роботи остан- тривалі-
облад- (чисельник) і нього сть 
I кв II кв III кв IV кв 
нання зупинки на ре- ремонту зупинок, 
монти (знамен- та його год. 
ник) в годинах позна- 
По «К» По «Пт» чення Місяці 
ремонту ремонту К або Пт 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 
Колона 34560 2880 06.11.10    Пт     Пт     72 
синтезу 728 36 
Скрубер  34560 2880 17.01.10    Пт          
728 36 
Випарні 17280 2880 22.02.10       Пт       
апарати 360 36 
 
11.2.2.3 Розрахунок вартості основних фондів 
 
До вартості основних фондів відносять вартість будівель та споруд і 
вартість обладнання.  
Таблиця 11.3 – Розрахунок вартості будівель та споруд 
Найменування будівель та Кількість Вартість, % Сума аморт. 
споруд одиниць грн. аморт. відрахувань, грн. 
I  Будівлі     
1. Адміністративно-побутовий 1 96230450,2 5 4811522,51 
корпус     
I2I.   ВСипроорбундиич ий корпус 3  46817 37,40 12  56180 8,48 
1. Етажерки 20 30223370,6 3  906701,12 
2. Естакади 5 1170916,2 3 35127,49 
3. Грануляційна башта 1 15074960,4 3 452248,81 
Всього: 26 142699697,4  6205599,56 
 
Вартість технологічного, силового, транспортного та іншого 
обладнання визначено за даними заводу, на котрому проходили практику. 
Таблиця 11.4 – Розрахунок вартості 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 6159841,7 3079920,8 9239762,5 15 808479,22 
установка 
Стрипер 1 793482,8 396741,42 1190224,2 15 178533,6 
Підігрівач 1 94225,37 4711,27 98936,64 15 14840,5 
аміаку 
Кінець таблиці 11.4 
1 2 3 4 5 6 7 
Ректифікаційна 1 885074,14 44253,71 973581,56 15 146037,23 
колона 
Вакуум- 1 92225,54 4611,28 96836,62 15 14525,52 
випарник 
Скрубери 2 39905,04 3990,5 87791,08 15 13168,66 
абгазів 
Колона синтезу 1 4672930 2336465 7009395 15 1051409,3 
Випарний 
1 53030,9 2651,55 55682,45 15 8352,37 
апарат 1 ст. 
Випарний 
1 34035,06 1701,75 35736,81 15 5360,52 
апарат 2 ст. 
Підігрівачі 3 26943,48 3367,94 90934,26 15 13640,14 
Конденсатор  1 1356676,6 58303,45 1414980,4 15 212247,06 
Інжектор В.Т. 1 1098521,3 50803,8 1149325,1 15 172398,76 
Вентилятори 3 22266,84 3340,03 76820,62 15 11523,09 
Насоси 6 5109,88 1024,04 36803,54 15 5520,53 
Всього 24   21556810,8  3233521,62 
 
 
11.3 Штати і фонд заробітної плати 
 
11.3.1 Баланс часу роботи працівників. 
 
Баланс робочого часу визначає кількість днів, що повинен 
відпрацювати один середньосписочний робітник на рік в залежності від 
прийнятого режиму роботи цеху та тривалості робочої зміни. 
 
Таблиця 11.5 – Баланс робочого часу одного робітника в днях за рік 
1 Календарний фонд 365 днів 
2 Вихідні дні 91 день 
3 Дійсний фонд часу роботи 274 дні 
4 Неявки на роботу:  
а) відпустка  24 дні 
б) хвороба (сер.) 8 днів 
5 Разом невиходів 32 дні 
6 Ефективний фонд часу 1 робітника 242 дні 
 
Ефективний фонд робочого часу одного робітника – 242 дні.  
Загальна кількість робочих днів на одного робітника : 
 
      Вроб= (365 / Т зм ) ∙ К роб  = (365 / 8) ∙ 6 = 274 дні,            (11.12) 
 
де   К роб  - число робочих днів; 
       Т зм  - тривалість робочої зміни. 
Загальна кількість вихідних днів на одного працівника: 
 
            Ввих= (365 / 8) ∙ К вих.дн. = (365 / 8) ∙ 2 = 91 день,            (11.13) 
де   Квих.дн. - число вихідних днів. 
 
 
11.3.2 Визначення кількості працюючих 
 
Для визначення кількості робітників використовувати норми виробітку 
або норми обслуговування обладнання та апаратури. 
Розрахунок кількості робітників проводиться за явочним списком. Для 
переходу від явочної до списочної 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 – 242 дні, тоді коефіцієнт переходу від явочної до 
списочної кількості робітників: 
 
К = 365:242 =1,5. 
 
Різниця між списочною 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.  
 
11.3.3  Розрахунки фонду зарплати робітників 
 
Розрахунки фонду заробітної плати робітників проводяться на основі 
діючих тарифних умов, чисельності основних і допоміжних робітників та 
фонду робочого часу. Враховується величина доплат до основного фонду 
заробітної плати та додаткова заробітна плата робітників. Величина доплати 
до основного фонду заробітної плати до тарифного фонду при безперервному 
виробництві становить 30 %. Доплата за роботу в нічний час та інші доплати 
складають 5 %. Додаткова зарплата складає 10 % від основного фонду 
зарплати. 
Отримані дані по чисельності робітників та фонду заробітної плати 
заносимо до таблиці 11.6. 
 
 
Таблиця 11.6 – Розрахунки чисельності робітників та фонду заробітної 
плати 
  Р Оклад, Допла- Загальний Річний 
№ Найменування о грн. та за Ф.З.П в мі- фонд 
професії з роботу в сяць, грн. зарплати, 
р нічну грн. 
я Зміну, 
д грн. 
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 Апаратник вир-ва 
4 6 10000 2000 48000 576000 
карбаміду 
2 Апаратник синтезу 
4 5 10000 1000 44000 528000 
карбаміду 
3 Машиніст насосних 
4 4 9000 750 39000 468000 
установок 
4 Апаратник 
4 5 10000 1000 44000 528000 
грануляції 
5 Апаратник очистки 
4 4 9500 600 40400 484800 
газу 
6 Апаратник 
підготовки сировини 4 5 10000 1000 44000 528000 
та відпуску продукції 
7 Машиніст 
компресорних 4 5 10000 1000 44000 528000 
установок 
8 Слюсар-ремонтник 
3 6 9000 470 28410 340920 
 
9 Електромонтер по 
ремонту 3 6 9000 400 28200 338400 
електрообладнання 
10 Слюсар по КВП і А 3 6 9000 350 28050 336600 
Чисельність 
Кінець таблиці 11.6 
1 2 3 4 5 6 7 8 
11 Лаборант хіманалізу 3 4 8000 500 25500 306000 
12 Прибиральник 
1 - 7000 - 7000 84000 
приміщень 
13 Комірник 1 - 7500 - 7500 90000 
 Всього по цеху 
42    428060 5136720 
 
 
11.3.4 Штат і фонд заробітної плати цехового персоналу 
 
Розрахунки штату і фонду заробітної плати цехового персоналу 
проводяться у відповідності до штатного розкладу і посадових окладів 
працівників. Результати розрахунків занесені до таблиці 11.7. 
 
Таблиця 11.7 – Розрахунки штату і фонду заробітної плати 
Разом 
Ч Міс. Додат- Місячний
Чи- Кате- річний 
№ Найменування сель оклад кова ЗП ФОП, 
горія фонд 
ніс- грн. грн. грн. 
ть ЗП, грн. 
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 Начальник цеху 1 Кер. 27500 2500 30000 360000 
2 Заступник 1 Кер 23000 2000 25000 300000 
начальника цеху 
3 Механік цеху 1 Спец 18500 1500 20000 240000 
 
4 Інженер-технолог 1 Кер. 17000 1000 18000 216000 
 
5 Начальник зміни 4 Кер 14000 1000 60000 720000 
 
6 Енергетик 1 Спец 14000 1000 15000 180000 
 
Кінець таблиці 11.7 
1 2 3 4 5 6 7 8 
7 Майстер з  1 Спец 11200 800 12000 144000 
КВП та А 
8 Майстер по 1 Спец 9500 500 10000 120000 
ремонту обл-ня 
9 Економіст 1 Служ 11000 - 11000 132000 
 
10 Прибиральник 1 Служ 7000 - 7000 84000 
 
 Всього 13    208000 2496000 
 
11.4 Розрахунок собівартості продукції 
 
Розрахунки проводяться у відповідності з встановленими в 
технологічній частині нормами витрат сировини, матеріалів, палива, енергії 
та у відповідності з прийнятим обсягом виробництва. 
Це один із найважливіших показників, який визначає собівартість 
отриманого карбаміду. Від нього напряму залежить конкурентоспроможність 
продукції. 
 
11.4.1    Розрахунок вартості сировини та матеріалів 
 
Таблиця 11.8 - Розрахунок вартості сировини та матеріалів 
Одиниці Ціна за 
Статті витрат виміру один., Витрати на річний випуск 
грн 
Кількість Сума, грн. 
1 2 3 4 5 
Сировина :     
Аміак  т 50000 262447 13122350000 
 
Кінець таблиці 11.8 
1 2 3 4 5 
Азот  м3 689 1505,7 1022370,30 
Кисень  м3 931 1583 1473773 
Повітря стиснене м3 148 573,17 84829,16 
Смола     
карбомідоформальдегідна т 2660 2042,47 5432970,20 
Вуглекислий газ м3 217 177955 38616235 
Оборотні відходи :     
Конденсат м3 682 3500 23870000 
Пар (відходи) Гкал 129 469000 60501000 
Допоміжні матеріали :     
Каталізатор кг 98 840 82320 
Всього    13253433497,66 
 
 
11.4.2   Розрахунки вартості електроенергії, води, пари 
 
Визначення потреби в електроенергії проводиться окремо за 
конкретним видом енергоспоживаючого обладнання. 
Вартість однієї Квт∙год. електроенергії визначається на основі діючих 
прейскурантів-тарифів на електроенергію. Потреби в силовій електроенергії 
визначають за формулою: 
 
Е сил= N ∙ Т ∙ К ∙ К у ,                                    (11.14) 
де N – потужність двигуна , кВт; 
     Т – час роботи двигунів, год. на рік; 
     К – коефіцієнт навантаження двигуна, К= 0,7; 
     К у  - коефіцієнт, який враховує cos у, К у= 0,95. 
При N = 13901 кВт, Т = 8760 год. на рік отримаємо: 
 
Е сил= 13901 ∙ 8760 ∙ 0,7 ∙ 0,95 = 80978885 кВт. 
 
Розрахунок вартості електроенергії, що іде на технологічні потреби 
наведено в таблиці 11.9. 
 
Таблиця 11.9 – Розрахунок загальної вартості електроенергії 
Ціна за Вартість, грн. 
Вид енергії Потреби, кВт 
1 кВт 
Силова електроенергія  80978885 3,0 242936655 
Для освітлення 278217,3 0,8 222573,84 
Всього 81257102,3  243159228,84 
 
Потреби в парі для опалення визначаються за формулою: 
 
Q0 = (Т ∙ Н ∙ V) / (i ∙ 100),        (11.15) 
 
де Т – кількість годин в сезоні опалення; 
    Н – витрати пару на 1 м3 приміщення, кДж/ год; 
    V – об’єм приміщення, м3; 
    i – тепло випаровування, кДж/ кг. 
 
Після підстановки даних отримаємо: 
 
Q = (4332  . 20  .0  28459,1) / (19,46  . 100) = 127055,28 кг. 
 
 
 
 
 
Таблиця 11.10 - Розрахунок вартості води та пари 
№ На які потреби і що Одиниця Потреба на Ціна за Всього, грн. 
витрачається виміру рік один, грн. 
1 На технологічні:     
вода: прісна м3 287675 150 43151250 
          вапняна м3 3133325 121 379132325 
          оборотна м3 35592395 1,1 39151643,5 
          пар    кг 88058,1 88 7749112,8 
2 На технічні  потреби:      
 пар кг 158762,39 88 13971090,32 
вода м3 4156,52 1,1 4572,17 
 Всього :    483159993,8 
 
 
11.4.3 Кошторис цехових витрат основних виробничих цехів 
 
Таблиця 11.11 – Цехові витрати  
N 
Статті витрат Сума ,грн. Примітки 
п\п 
1 Зарплата цехових робітників 7632720  
Відрахування на соціальне   
2 
страхування 2862270 37,5 % від ЗП 
Утримання виробничих будівель і   
3 
споруд 14269969,74 10 % їх вартості 
4 Витрати на охорону праці 763272 10 % від ЗП 
5 Інші витрати 2042258,54 8 % від ст. 1-4 
 Всього 27570490,28  
 
 
 
11.4.4 Кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання 
 
Кошторис складається на основі попередніх розрахунків та заноситься 
у таблицю 11.12. 
 
Таблиця 11.12 – Утримання та експлуатація обладнання 
№ Статті витрат Сума, грн. Примітки 
1 Утримання і витрати по   
екс плуатації виробничого   
обладнання:   
 
- зарплата персоналу по нагляду і 3640800  
 
обслуговуванню обладнання   
 
- відрахування на соціальне 1365300 37,5 % від ЗП 
стр ахування   
- допоміжні матеріали 4311362,16 20% від вартості обл-ня 
 Разом по ст.1 9317462,16  
2 Поточний ремонт обладнання і   
транспортних засобів:   
- зарплата робітників по ремонту 1015920  
 - нарахування на зарплату 380970 37,5 % від  ЗП 
- послуги сторонніх організацій, 2155681,08 10 % від вартості 
запасні деталі обладнання 
 Всього по ст.2 3552571,08  
3 Амортизація виробничого облад-   
нання 3233521,62 з табл. 11.4 
 Всього по ст.1-3 6786092,7  
4 Зношування малоцінного інвента-   
рю, інструментів, пристроїв,   
339304,64 5% від суми витрат по 
переміщення вантажів по території, 
інші витрати ст.1-3 
 Разом по кошторису 7125397,34  
11.4.5 Калькуляція собівартості продукції 
 
Розрахунки витрат на виробництва продукції використовуються на весь 
обсяг продукції підприємства по статтях калькуляції. Розрахунки калькуляції 
собівартості карбаміду зведено в таблицю 11.13. 
В статтю «Інші виробничі витрати» включають відрахування або 
витрати на НДР, витрати на стандартизацію, відрахування на маркетинг 
тощо. 
Для виробничої сфери собівартість включає такі виробничі затрати: 
а) сировина, матеріали, напівфабрикати; 
б) основна зарплата робітників; 
в) додаткова зарплата робітників; 
г) нарахування на зарплату; 
д) паливо і енергія. 
 
Таблиця 11.13 – Калькуляція собівартості карбаміду 
Ціна за Витрати на річний 
Статті витрат Витрати на 1 т 
один., випуск 
грн. 
Кіль- Сума, грн. Кількість Сума, 
кість грн. 
1 2 3 4 5 6 7 
1. Сировина :       
    Аміак  т 50000 262447 13122350000 0,58306 29153 
    Азот  м3 689 1505,7 1022370,30 0,00335 2,3 
    Кисень  м3 931 1583 1473773 0,00351 3,27 
    Повітря стиснене м3 148 573,17 84829,16 0,00127 0,19 
Смола карбомідо-       
формальдегідна т 2660 2042,47 5432970,20 0,00453 12,07 
    Вуглекислий газ м3 217 177955 38616235 0,3953 85,79 
 
Одиниці виміру 
Кінець таблиці 11.3 
1 2 3 4 5 6 7 
2. Оборотні відходи           
конденсат м3 682 3500 23870000 0,0078 5,3 
3.Допоміжні       
матеріали :       
Каталізатор кг 98 840 82320 0,0018 0,18 
Пар (відходи) Гкал 129 469000 60501000 1,04 134,41 
Всього :    13253433497,6  29396,51 
4. Інші затрати:       
Пар кг 88 246820,4 21720203,1 0,55 48,25 
Електроенергія  кВт 3,0 9 2 179,91 539,72 
Вода на потреби   80978885 242936655   
підприємства:       
   технологічна м3 136 3421000 465256000 7,6 1033,63 
   технічна м3 1,1 4156,52 4572,17 0,009 0,01 
Всього по ст. 1-4    13983350927,8  31018,12 
5. Заробітна плата  грн   7632720  16,96 
 
6. Відрахування на грн  2862270  6,36 
соц. Страхування 
7. Експлуатація грн   7125397,34  15,83 
обладнання 
8. Цехові витрати  грн   27570490,28  61,25 
Витрати грн   2042258,54  4,54 
загальнозаводські 
Виробнича грн   14030584406,4  31123,06 
собівартість 
ВИСНОВКИ 
 
 
В ході виконання кваліфікаційної роботи бакалавра було розглянуто 
існуючі методи виробництва карбаміду з повним рідинним рециклом, 
визначено оптимальний варіант технологічної схеми. Проведено розрахунок 
матеріального і теплового балансів стадії випарювання. Проведено розрахунок 
та вибір основного обладнання – випарного апарату.  
На основі обраної технологічної схеми та прийнятого технологічного 
режиму роботи випарного апарату розроблено розділи з контролю та 
автоматизації стадії випарювання розчину 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 випарювання карбаміду здатні забезпечити процес 
виробництва карбаміду продуктивністю 1364 т/добу.