Технологія виробництва сірчаної кислоти

n1.doc (1 стор.)
Оригінал





МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

Білоруський державний ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра

виробничих

технологій

Курсова робота
На тему: Технологія виробництва сірчаної кислоти


Студента 2 курсу,

ФМ, гр. ЕУП-1 ___________ Кузьмич Д.В.

Керівник ____________ Ковган І.П.
МІНСЬК 2003

Зміст

ВСТУП 3

1.ТЕХНОЛОГІЧЕСКІЙ ПРОЦЕС виробництва сірчаної кислоти ТА ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКА 4

2. ДИНАМІКА трудовитрат ПРИ РОЗВИТКУ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИРОБНИЦТВА СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ 13

3. РІВЕНЬ ТЕХНОЛОГІЇ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИРОБНИЦТВА СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ 16

4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ виробництво сірчаної кислоти контактним способом І ЇЇ АНАЛІЗ 18

5. СИСТЕМА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ХІМІКО-ЛІСОВОГО КОМПЛЕКСУ ТА МІСЦЕ В НІЙ ПРОЦЕСУ виробництво сірчаної кислоти 21

ВИСНОВОК 30

Список використаних джерел 31



ВСТУП


Сірчана кислота відома людям вже дуже давно. Перша згадка про неї зустрічалося вже в Х столітті нашої ери.

Спочатку сірчану кислоту отримували сухий перегонкою залізного купоросу, тому концентровану сірчану кислоту довгий час називали купоросним маслом.

На першому заводі з отримання сірчаної кислоти, побудованому в 1740 році в Англії, сірчану кислоту одержували нагріванням суміші сірки і селітри в металевих посудинах, що утворюються при цьому пари поглиналися водою з отриманням сірчаної кислоти.

Контактний спосіб отримання виник дещо пізніше в 1831 році, коли П. Філіпс (Англія) запропонував окисляти SO 2 безпосередньо киснем повітря при пропущенні газової суміші через розжарений платиновий каталізатор.

В даний час контактний метод використовується набагато ширше інших методів. Будуються потужні установки з виробництва кислоти, засновані саме на цьому методі. Продуктивність однієї такої системи досягає 2000 тонн на добу.

Основною метою написання курсової роботи є:
  1. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ВИРОБНИЦТВА СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ ТА ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКА

1.1. Характеристика одержуваної продукції - сірчаної кислоти.


Сірчана кислота - один з основних видів хімічної промисловості і застосовується в різних областях народного господарства. Переваги сірчаної кислоти в тому, що вона не димить, не має кольору і запаху, при кімнатній температурі знаходиться в рідкому стані і в концентріруемих вигляді не діє на чорні метали. Головним же її перевагою є те, що вона - одна з найсильніших кислот і є до того ж найдешевшої кислотою.

Сірчана кислота знаходить своє місце в різних галузях народного господарства. Вона використовується в нафтовій, целюлозно-паперової фармацевтичної, мікробіологічної та інших галузях промисловості. Особливо велика кількість сірчаної кислоти - близько 40% усієї вироблюваної - використовується у виробництві мінеральних добрив. Такий діапазон споживання ставить це виробництво в особливі умови постійно наращиваемого випуску, що характеризує таблиця 1.1.

Таблиця 1.1. Виробництво сірчаної кислоти (млн. т / рік)


1913

1960

1970

1975

1980

1983

1985

0,121

5,4

12,06

18,65

23,02

24,7

30,97


У хімії сірчаною кислотою називають з'єднання однієї молекули триоксиду сірки SO 3 (ангідрид сірчаної кислоти) з однією молекулою води і виражається формулою H 2 SO 4.

У техніці під сірчаної кислотою увазі будь суміші триоксида сірки з водою. Якщо на один моль SO 3 припадає більше одного моль H 2 O , То суміші є водними розчинами сірчаної кислоти; якщо менше одного моль H 2 O, то це розчини сірчаного ангідриду в сірчаної кислоти, які називаються олеум або димить сірчаною кислотою.

Склад водних розчинів H 2 SO 4 або SO 3 (у відсотках), склад олеума - змістом загального або вільного ангідриду, а також кількістю H 2 SO 4, які можна отримати при додаванні до ОЛЕУМ води.

Безводна сірчана кислота являє собою (при 20 о С) безбарвну маслянисту рідину щільністю 1830 кг / м 3, кристалізується при 10,37 о С. при 296,2 о С і 0,98 Па безводна H 2 SO 4 починає кипіти. Вона змішується з водою в будь-яких співвідношеннях зі значним виділенням теплоти (утворюються гідрати).

Сірчана кислота - одна з найактивніших неорганічних кислот. Вона реагує майже з усіма металами і їх оксидами, вступає в реакції обмінного розкладання, енергійно з'єднується з водою, володіє окислювальними та іншими важливими хімічними властивостями.

Різноманітно застосування сірчаної кислоти, засноване на її властивості, про що вже згадувалося раніше. Також у ряді випадків H 2 SO 4 використовують для вивільнення більш слабких кислот з солей (наприклад, фосфорної кислоти). Також враховується здатність зв'язувати воду, H 2 SO 4 застосовують для осушування газів, концентрування азотної кислоти. Різноманітне застосування це типово неорганічне з'єднання знайшло в органічних виробництвах: віскозного волокна, харчових продуктів і т.д.

З розширенням потреб в сірчаної кислоти швидко підвищується попит на поліпшення її сорти, зростають вимоги щодо припустимого вмісту домішок. Важливо також, щоб концентрація H 2 SO 4 відповідала низьких температур замерзання кислоти.

В даний час, у зв'язку з диференціацією вимог до якості H 2 SO 4, крім технічної контактної кислоти (1-го і 2-го сорту), випускають два сорти поліпшеною кислоти (вищий і перший сорт). Олеум випускається двох сортів: технічний і покращений (вищий і перший сорт). Крім того для окремих виробництв випускаються спеціальні сорти кислоти і олеуму: акумуляторна реактивна кислота, кислота особливої ​​чистоти, 65%-ий олеум, а також 100% сірчаний ангідрид. Випускаються окремі види кислот зі знаком якості.

В даний час вимоги до якості сірчаної кислоти і олеума визначаються наступними ГОСТами: технічна кислота олеум - 2184-77; акумуляторна кислота - 667-73; реактивна кислота - 4204-66; кислота особливої ​​чистоти - 14262-78.

1.2. Характеристика використовуваної сировини контактного виробництва


Сировиною для виробництва H 2 SO 4 служить елементарна сірка або містять сірку речовини, з яких може бути виділена елементарна сірка або отриманий діоксид сірки (SO 2). Природні поклади самородної сірки порівняно невеликі. Найчастіше вона зустрічається у вигляді сполук із залізом, свинцем, цинком та іншими металами. У деяких мінералах сірка міститься у вигляді сполук з двома металами, наприклад, мідний колчедан є з'єднанням сірки з залізом і міддю. Сірка зустрічається в природі також у вигляді сульфатів, наприклад, у вигляді гіпсу, мірабелпта, глазберіта та ін загальний вміст сірки в земній корі становить 0,1%. Сірка міститься також у нафти, кам'яному вугіллі попутному та природному газах.

Основною сировиною для виробництва сірчаної кислоти контактним методом є сірчаний колчедан. Головною складовою частиною сірчаного колчедану є сульфід заліза FeS 2 (53,44% S і 46,56% Fe), який зустрічається у вигляді мінералу піриту і рідше марказиту. Крім FeS 2 природний сірчаний колчедан містить домішки сполук міді, цинку, свинцю, миш'яку, нікелю, кобальту, селену, вісмуту, телуру, кадмію, карбонати і сульфати кальцію і магнію, невеликі кількості золота і срібла. Руда, до складу яких поряд з піритом входять значні з'єднання кольорових металів, називаються полиметаллическими.

Сірчаний колчедан - мінерал жовтуватого або жовтувато-сірого кольору, щільність його близько 5000 кг / м 3. в залежності від розміру шматків і сорти колчедана його насипна щільність становить від 2200 до 2400 кг / м 3.

Для вилучення кольорових металів колчедан піддають флотації. Процес флотації заснований на тому, що деякі мінерали, що входять до складу руд, добре змочуються водою, інші погано або зовсім не змочуються. При додаванні до води різних хімічних речовин (флотореагентів) смачиваемость змінюється. Ця властивість використовується для розділення мінералів. Через водяну суспензію тонко подрібненої руди, що містить відповідні флотореагенти, продувають повітря. При цьому не змочувані водою частинки руди прилипають до бульбашок повітря і спливають на поверхню, а частки, змочені водою, осідають на дно апарату у вигляді флотаційного колчедану з пониженим вмістом кольорових металів. Послідовно підбираючи відповідні флотореагенти, все представляють інтерес складові частини руди. З 100 тонн колчедан отримують 80-85 тонн флотаційного колчедану і 15-20 тонн концентрату.

Вміст сірки в флотаційному колчедане коливається від 32 до 40%. Після вторинної флотації цього колчедана та відділення порожньої породи отримують піритні колчедан (концентрат), що містить 45 - 50% сірки. В даний час практично весь видобутий колчедан піддається флотації.

Флотаційний колчедан з високою вологістю змерзається при транспортуванні та зберіганні на складах заводів, що сильно ускладнює його вивантаження з вагонів і подальшу подачу в піч випалу. Крім того, при випалюванні змерзлих грудок колчедана в підвішеному стані порушується процес горіння. Тому перед відправкою споживачам флотационний колчедан сушать в барабанних сушарках, обігріваються топковим газами.

Згідно ГОСТ, вологість відвантажується флотаційного колчедану в осінньо-зимовий період не повинна перевищувати 3,8%. Склади для сухого колчедана роблять закритими, щоб виключити можливість його зіткнення з атмосферною вологою.

1.3. Характеристика технології виробництва сірчаної кислоти контактним способом.


Контактним способом отримують близько 90% загального обсягу виробництва сірчаної кислоти, так як саме цей метод забезпечує високу концентрацію і чистоту продукту.

Виробництво сірчаної кислоти контактним способом включає чотири стадії:

  1. отримання діоксиду сірки (SO 2),

  2. очистку SO 2 від домішок,

  3. отримання триоксида сірки (SO 3),

  4. абсобацію триоксида сірки.

Перша стадія пов'язана з отриманням діоксиду сірки та колчедана, який обпалюється в печах, де відбувається необоротна реакція:

4 FeS 2 + 11О 2? 2Fe 2 О 3 +8 SO 2 + Q

подрібнений сірчаний колчедан обпалюють в печах механічних поличних, пилоподібного випалу і зі зваженим (киплячим) шаром колчедану.

Пічні гази, одержувані при випалюванні колчедану містять багато пилу, для уловлювання якої застосовують циклопи і електрофільтри (друга стадія виробництва сірчаної кислоти). У циклопах пил осідає під впливом відцентрових сил. Електрофільтри являють собою конденсатори високої напруги (60 000 - 70 000 В). запилений газ проходить між пластинками електрофільтру, де порошинки заряджаються і осідають на протилежно заряджених пластинах. При струшуванні пластин осіла пил падає в бункер, з якого потім видаляється.

У електрофільтрах газ очищається до залишкового вмісту пилу приблизно 0,2 г / м 3. Контактний спосіб вимагає більш ретельного очищення не тільки т пилу, але від газоподібних домішок «отавляющіх» каталізатор, що використовується при окисленні діоксиду сірки.

Для очищення газу передбачається система промивних веж, електрофільтрів та сушильних веж.

Третя стадія виробництва сірчаної кислоти є основним. Сухий очищений газ надходить на контактна окислення SO 2 до SO 3, яке відбувається за оборотною екзотермічної реакції, що протікає із зменшенням обсягу газу:

2SO 2 + O 2? 2SO3 + Q

Рівновага цієї реакції зсувається в бік утворення SO 3 при зниженні температури і збільшенні тиску газового середовища.

Швидкість процесу окислення SO 2 за відсутності каталізатора навіть при високих температурах мала.

На заводах з виробництва сірчаної кислоти в нашій країні в якості каталізатора використовують головним чином ванадієві контактні маси з вмістом V 2 O 5 приблизно 7%, а також включають оксиди лужних металів і високопористі алюмосилікати як носій.

Для досягнення максимальної швидкості окислення SO 2 до SO 3 процес слід починати при температурі близько 600 о с і закінчувати при 400 о С. Конструкція сучасних поличних контактних апаратів забезпечує ці умови.

Контактна відділення включає трубчастий теплообмінник і контактний апарат. Сухий і холодний очищений газ подається в міжтрубний простір теплообмінника для попереднього нагрівання. Підігрітий газ, проходячи між трубками теплообмінників, нагрівається до 450 о С і надходить на верхній шар каталізатора, де 70-75% SO 2 окислюється SO 3. за рахунок виділяється в реакції теплоти температура газу підвищується до 590-600 о С. Потім газ прямує у внутрішній теплообмінник, де охолоджується до 450-490 о С. охолоджена суміш SO 2 + SO 3 подається в другій шар каталізатора, на якому триває подальше окислення SO 2 в SO 3. Зазвичай газ проходить 3-5 гратчастих полиць з контактною масою і розташованими між ними теплообмінниками, в результаті чого 97-98% SO 2 перетворюється в SO 3. Окислений газ, що має при виході з контактного апарату температуру 400-430 о С надходить у теплообмінник, де охолоджується до 200 о С, а потім в холодильник, де його температура знижується до 60-80 о С. Автотермічность процесу окислення SO 2 до SO 3 дозволяє ефективно використовувати теплоту, що виділяється в ході реакції.

У четвертій стадії процесу виробництва сірчаної кислоти охолоджений окислений газ прямує в абсорбційне (поглотительное) відділення цеху. Абсорбцію триоксида водою здійснювати недоцільно, так як реакція

SO 3 + H 2 O? H 2 SO 4 + Q буде протікати в газовій фазі (за рахунок теплоти, що виділяється вода буде перетворюватися в пар) з утворенням дрібних крапельок теплоти (туману), який дуже важко вловлюється. Тому SO 3 поглинається концентрованої сірчаної кислотою в дві стадії.

Для технології виробництва сірчаної кислоти контактним способом існує кілька однотипних технологій: нитрозного (баштовий) спосіб, спосіб отримання H 2 SO 4 з сірководню (H 2 S), спосіб отримання H 2 SO 4 контактним способом з сухою очищенням.

На даний момент контактний спосіб є найбільш прийнятним з точки зору техніко-економічної характеристики. При цьому способі забезпечується висока концентрація і чистота продукту при порівняльній простоті процесу. Можливо, в майбутньому буде переважати якийсь інший спосіб отримання кислоти, наприклад, контактний з сухою очищенням (знаходиться на стадії розробки і вивчення всіх позитивних і, можливо, негативних, сторін впровадження у виробництво). Поки ж цей спосіб отримання контактним способом є задовільним і найбільш широко використовуваним, недарма 90% отриманої сірчаної кислоти отримано саме цим способом.


Рис. 1.3. Блок-схема технологічного процесу виробництва сірчаної кислоти.

1 - отримання діоксиду сірки;

2 - очищення SO 2;

3 - окислення SO 2;

4 - абсорбція триоксид сірки




- Предмет праці та побічні продукти на всіх стадіях переробки.

- Стадії переробки продукції

- Технологічні (предметні зв'язку)

2. ДИНАМІКА трудовитрат ПРИ РОЗВИТКУ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ виробництво сірчаної кислоти


Виходячи з динаміки трудовитрат, розрізняють два можливих варіанти розвитку технологічного процесу - обмежене і необмежене. Для того, щоб дізнатися, який з них реалізується в технології виробництва сірчаної кислоти, побудуємо графік зміни витрат живої (Т ж), минулого (Т п) та сукупної праці, де Т ж (t) і Т п (t) - питомі витрати живої і минулої праці відповідно (грн. (витрат праці) / руб. продукції).

Т ж (t) = 200 / (9t +210)

Т п (t) = 0,03 t +0,7

Т с = Т ж + Т п = 200 / (9t +210) +0,03 t +0,7 = (0,27 t 2 +12,6 t +347) / (9t +210)

Таблиця 2.1 Динаміка трудовитрат

t

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Т ж

0,952

0,913

0,877

0,844

0,813

0,784

0,758

0,733

0,709

0,687

0,667

Т п

0,7

0,73

0,76

0,79

0,82

0,85

0,88

0,91

0,94

0,97

1

Т з

1,652

1,643

1,637

1,634

1,633

1,634

1,638

1,643

1,649

1,657

1,667


Графічне зображення динаміки трудовитрат (рис. 2.1.) Показує, що витрати живої праці (Т ж) - зменшуються, а витрати минулої - збільшуються, отже, це обмежений варіант розвитку. У цьому технологічному процесі економиться більшою мірою жива праця, такий процес має трудосберегающий характер.

З графіка видно, що економічний межа накопичення минулого праці перебуває в t ~ 3,9

Т п (t) = Т п (3,9) = 0,817

Визначимо економічний межа накопичення минулої праці аналітично:

Т з '=ж + Т п)' = (Т ж) '+ (Т п)' = ((200 / (9t +210)) '+ (0,03 t +0,7)' = -1800 +0,03 * (9t +210) 2) / (9t +210) 2

Т c '? 0, тоді -1800 + 0,03 * (9t + 210) 2 = 0

0,03 * (9t +210) 2 = 1800

(9t + 210) 2 = 60000

9t +210 ~ 245

t ~ 3,9

Т п (t) = Т п (3,9) = 0,817

Нескладно помітити, що економічна межа накопичення минулої праці в обох випадках (графічному та аналітичному) вийшов однаковим, що говорить про його достовірності.

Важливо також встановити, якою мірою знижуються витрати живої праці в міру зростання витрат праці минулого, тобто визначити тип віддачі від додаткових витрат минулої праці. Для цього досліджуємо характер економії живої праці залежно від величини минулої праці, продифференцировав функцію Т ж = f (Т п):

Т п = 0,03 t +0,7

0,03 t = Т п - 0,7

t = (Т п - 0,7) 0,03

Т ж = 200 / ((9 * (Т п -0,7) / 0,03) +210) = 200/300 Т п = 2/3 Т п

ж) '= (2/3 Т п)' = (2/3 Т п -1) '= -2 / +3 Т п -2 = -2 / (3 Т п 2)

[(Т ж) '] = [-2 / (3 Т п 2)] = 2/3 Т п 2

залежність Т ж від Т п обернено пропорційна, тобто при увеличении Т п уменьшается Т ж, а значит реализуется убывающий тип отдачи дополнительных затрат овеществленного труда, т.к. значение производной показывает, как изменяется отношение ∆ Т ж /∆ Т п

Т ж ' = d Т ж /d Т п = ∆ Т ж /∆ Т п

В данной ситуации живой труд, труд человека, заменяется действиями машины. Природные возможности человека являются тормозом повышения производительности производственных процессов, т.е. только машинное производство не имеет ограничений в повышении производительности труда.

Рационалистическое развитие соответствует варианту ограниченного развития технологического процесса с позиции изменения трудозатрат во времени. Поэтому принципиально важно предвидеть наступление момента t*, соответствующего пределу рационалистического развития (указывалось выше).

Отдача рационалистического развития технологического процесса во времени падает, в результате чего наступает момент времени, когда дальнейшая замена живого труда прошлым не только не приводит к снижению совокупных затрат труда, а наоборот, повышает их. При этом дальнейшее повышение механизации (замены живого труда прошлым

Будет приводить к все большему повышению затрат, что является экономически невыгодным, именно поэтому мы и находим экономический предел накопления прошлого труда.

3. УРОВЕНЬ ТЕХНОЛОГИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ


Данная технология имеет ограниченный путь развития, который называется рационалистическим или эволюционным. Он связан с уменьшением затрат живого труда за счет роста затрат прошлого и с экономической точки зрения предпочтительнее, чем эвристический путь развития, однако первый путь принципиально ограничен. Математическая модель закона рационалистического развития технологического процесса представляет собой соотношение L=?YB (3.1), где L – производительность живого труда, B – технологическая вооруженность, Y – уровень технологии.

Все параметры в соотношении 3.1 являются функциями затрат живого и прошлого труда:

L= 1/ Т ж = 1/(200/(9t+210))=(9t+210)/200 (3.2)

B=Т пж =(0,03t+0,7)/(200/(9t+210))=(0,03t+0,7)(9t+210)/200=0,27t 2 +12,6t+147/200 (3.3)

Y=(1/ Т ж)*(1/Т п)= (1/200/(9t+210)) * (1/(0,03t+0,7))=(9t+210)/(6t+140) (3.4)

Рассчитаем параметры технологического процесса для момента времени t=3 года.

L(3)=9*3+210)/200=1.185 (руб прод/руб затрат труда)

B(3)= (0,27*9+12,6*3+147)/200=0,936 (руб/челгод; руб затрат Т п /руб затрат Т ж)

Y(3)=(9*3+210)/(6*3+140)=1,5 (руб/челчас)

Уровень технологии является показателем «качества» технологического процесса и определяет его производительную способность. В то же время уровень технологии показывает, насколько эффективно используется живой и прошлый труд при решении проблемы повышения производительности технологического процесса. С целью упрощения определения границы рационалистического развития используют относительный уровень технологии, который определяется по формуле:

Y*= Y/L=1/ Т п

Вычислим Y*(3)= 1/ Т п =1/(0,03t+,7)=1/(0,03*3+0,7)=1,266

Из расчетов видно, что Y*>L, поэтому можно сказать, что данное рационалистическое развитие целесообразно.


4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ И ЕЕ АНАЛИЗ


Как известно технологический процесс – это первичное звено создания материальных ценностей, необходимых для существования общества. Технологический процесс является основой создания производственной системы, характеризует ее специфику, только развитие технологического процесса позволяет обеспечить неограниченный рост производительности труда.

Элементарный технологический процесс – наименьшая совокупность действий, направленных на производство продукции, которая еще не теряет признаков технологического процесса. Главный признак технологического процесса – получаемая продукция. Технологический процесс состоит из операций.

Технологическая операция – часть технологического процесса, характеризующаяся постоянством предметов труда, орудий труда и характером воздействий на предмет труда. Операция состоит из технологического перехода, характеризующегося постоянством режимов работы оборудования, и вспомогательного перехода, включающего действия исполнителей и орудий труда, необходимых для выполнения технологического перехода.

Технологический переход состоит из рабочего и вспомогательного ходов. Рабочий ход – элементарная часть технологического перехода или операция, связанная с изменением формы, размеров, свойств, структуры, состояния или с изменением пространственного положения предмета труда в соответствии с целью технологического процесса. Вспомогательный ход включает действия исполнителей и орудий труда, необходимое для выполнения рабочего хода, но не изменяющие состояние предмета труда.

В соответствии со сказанным выше, процесс производства Сеной кислоты контактным методом можно разделить на следующие операции:



Рис. 4.1. пооперационная структура технологического процесса производства серной кислоты.

Предметные связи

Временные связи

Разобьем операцию «получение диоксида серы» на вспомогательные и технологические переходы:

  1. подача воздуха в печь – вспомогательный переход

  2. обжиг колчедана – технологический переход

  3. вывод огарка – вспомогательный переход


Приведем графическое изображение структуры операции «получение диоксида серы» (Рис. 4.2)



У спомогательный переход

Подача воздуха в печь



Технологический переход

Обжиг колчедана




Вспомогательный переход

Вывод огарка



Рис. 4.2. структура операции «получение диоксида серы»

Предметные связи

Временные связи

Разобьем технологический переход «получение диоксида серы» на рабочие и вспомогательные ходы:

П риведем графическую схему технологического перехода «получение диоксида серы».

Вспомогательный ход

Подача обжигового газа



Рабочий ход

охлаждение




Вспомогательный ход

Сухая очистка


Рис. 4.3. Структура технологического перехода «получение диоксида серы»

Предметные связи

Временные связи

Так как процесс является непрерывным, то все его вспомогательные и рабочие ходы совмещаются по времени, а, следовательно, воздействие на вспомогательный ход не имеет никакого смысла. Увеличение производительности труда будет достигаться только при изменении свойств предмета и орудий труда.

5. СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ХИМИКО-ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА И МЕСТО В НЕЙ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

5.1. Характеристика и структура химико-лесного комплекса.


Как и все технологические процессы, технологический процесс производства серной кислоты имеет связи с другими видами технологий и образует систему, называемую химико-лесным комплексом.

В химико-лесной комплекс входят:

  1. технология производства серной кислоты

  2. технология производства аммиака и азотной кислоты

  3. технология производства азотных удобрений

  4. технология производства фосфорных удобрений

  5. технология производства калийных удобрений

  6. технология переработки нефти

  7. технология производства синтетических волокон

  8. технология производства и переработки пластмасс

  9. технология производства и переработки каучука и резинотехнических изделий

Несложно заметить, что технологический процесс производства серной кислоты играет одну из ведущих роль в комплексе.

Как и в любой системе, к химико-лесном комплексе существуют связи параллельные и последовательные с образованием параллельных и последовательных подсистем. Так технические процессы 7, 8, 9 образуют параллельную подсистему Б, а вместе с технологическим процессом 6 образуют последовательную подсистему В, в то время как технологические процессы 2,3 образуют последовательную подсистему А.

Химическая промышленность, являясь материально-технической базой химизации народного хозяйства, производит продукцию разнообразных видов: горно-химическое сырье, основные химические продукты (аммиак, неорганические кислоты, щелочи, соду, хлоропродукты и т.д.), синтетические смолы и пластические массы, химические нити и волокна, материалы и изделия из пластмасс, лакокрасочные изделия, синтетические красители, фотохимическую продукцию, товары бытовой химии и другие продукты производства, без которых невозможно существование современного общества.

На основе анализа продукции всего химико-лесного комплекса можно выделить ряд особенностей, характерного для всего комплекса. Сюда следует отнести непрерывность всех технологических процессов, многократную переработку сырья, относительно высокую энергоемкость и низкую трудоемкость процессов, вредность условий труда на предприятиях комплекса, высокую степень механизации и автоматизации.

Также комплекс имеет технические связи с другими комплексами народного хозяйства. Так, добывающая отрасль народного хозяйства обеспечивает сырьем все технологические процессы данного комплекса, а сам химико-лесной комплекс в свою очередь, обеспечивает сырьем практически все остальные отрасли народного хозяйства. Например, сельское хозяйство обеспечивается различными видами неорганических удобрений (азотными, калийными, фосфорными); легкая промышленность – синтетическими волокнами; строительная – асфальтами и битумами и т.д.

Из этого можно сделать вывод, что продукция химико-лесного комплекса имеют важное значение для народного хозяйства любой страны. Считается, что в будущем химическая промышленность будет играть ключевую роль в жизни общества.

Химическая промышленность Беларуси развита на довольно высоком уровне. В Беларуси действуют такие химические гиганты, как «Беларусь-калий» в Солигорске, гродненское производственное объединение «Азот», Новополоцкий и Мозырьский нефтеперерабатывающие заводы и другие.

В заключение раздела представим графически структуру системы технологических процессов химико-лесного комплекса:



А

Б

У

Рис. 5.1 . технологическая структура химико-лесного комплекса

1,2,3,4,5,6,7,8,9 – порядковые номера технологических процессов, входящих в химико-лесной комплекс,




параллельная подсистема




последовательная подсистема

5.2. Определение направлений развития химико-лесного комплекса


Для решения задач, относящихся к уровню технических систем, следует использовать соответствующие параметры, т.е. параметры в целом характеризующие технологические процессы, составляющие систему. Для определения объемных параметров Q, ?, Ф, где Q – объем выпуска технологическим процессом, ? – объемное значение уровня технологии технологического процесса, Ф – затраты прошлого труда в технологическом процессе, необходимы удельные параметры L, Y, B.

Таблица 5.2.1. расчет L i, B i, Y i для технологических процессов химико-лесного комплекса (t=3года).

n

1

2

3

4

5

6

7

8

9

T ж (3)

0,8438

1,1123

0,81669

0,6583

0,7086

0,616

0,5677

1,4757

0,7936

Т п (3)

0,79

0,31

0,34

0,245

0,336

0,427

0,518

0,154

0,35

B i

0,9362

0,2787

0,4162

0,3721

0,4741

0,6931

0,9124

0,10437

0,4410

Y i руб/челгод

1,5001

2,9001

3,6004

6,2002

4,2

3,8018

3,4005

4,4002

3,6

L i руб/чел

1,1851

0,899

1,2241

1,5190

1,4112

1,6233

1,7614

0,6776

1,26


Рассчитаем Q i (выпуск продукции), Ф i (фондовооруженность), ? i (объемный уровень технологии) для всех элементов химико-лесного комплекса по следующим формулам:

Q i = T ж i o *L;

Ф i = T ж i o *B i;

? i = T ж i o *Y i

Здесь нам потребуется показатель объемных затрат живого труда

T ж i o =?(N+100) +N, где N – номер технологического процесса в системе.

Таблица 5.2.2. Расчет Q i , Ф i , + , ? i для химико-лесного комплекса.

n

1

2

3

4

5

6

7

8

9

T ж i o x

челруб

11,05

12,10

13,149

14,198

15,247

16,296

17,344

18,392

19,440

Q i , руб

13,0954

10,878

16,0961

21,5678

21,515

26,454

30,5515

12,4634

24,4963

Ф i , руб

10,3453

3,3723

5,473

5,284

7,2286

11,296

15,826

1,9194

8,5737

? i , руб

16,5764

35,09

47,341

88,03

64,038

61,953

58,9797

80,9315

69,9896


Далее будем рассматривать нашу систему химико-лесного комплекса как комбинированную систему параллельных и последовательных систем.

  1. Найдем фонды всего комплекса:

Ф сис1 +…+Ф 9 =69,3183(руб.)

  1. Рассчитаем реальный объем выпуска продукции комплексом, учитывая, что Q пар =Q 1 +Q n, а Q посл =n*Q min (Q min - объем выпуска лимитирующего звена, n – количество элементов в системе). Первоначально найдем Q каждой подсистемы (А, Б, В), а затем Q комплекса в целом.

Q А =2* Q min =2* Q 2 =21,756 (руб.)

Q Б = Q 7 +Q 8 +Q 9 =67,5112 (руб.)

Q В =2* Q min =2* Q 6 =52,908 (руб.)

Q сис = Q 1 +Q 4 +Q 5 + Q А +Q Б =130,8432 (руб.)

  1. Вычислим объем и удельный уровни технологии системы и сравним с уровнем технологии технологического процесса производства серной кислоты.

? с = Q сис 2 / Ф с = (130,8432) 2 /69,3183=246, 9758 (руб.)

Найдем Y с по формуле Y с = ? с / T жс о, для этого найдем

Т ж о С = Т ж о i = Т ж о 1 + ... + Т ж о 9 = 137,216 (чел./руб.)

У С = ? С / Т ж о С = = 1,8 (руб./чел.)

В главе 3 мы высчитали У 1 =1,5< У С =1,8

Это значит, что наша технология «тормозит» развитие комплекса. Это объясняется тем, что технологии химико-лесного комплекса в общем более автоматизированы и механизированы.

  1. Известно, что оптимизация позволяет обеспечить прирост результата без дополнительных затрат. По отношению к технологическим системам – увеличить выпуск продукции без дополнительных затрат прошлого труда, что дает прямой экономический эффект. Поэтому оптимизация столь важна.

Рассчитаем оптимальный уровень технологии всей системы. Воспользуемся следующими формулами:

? пар опт.с = ? i ,

? посл опт.с = N 2 ( (1/ ? i)) -1, где

? i – объёмный уровень технологии i-го технологического процесса;

? посл опт.с – оптимальный объёмный уровень последовательной подсистемы;

? пар опт.с – оптимальный объёмный уровень параллельной подсистемы;
? А опт = 4(1/ ? 2 + 1/ ? 3) -1 = 80,61(руб.)

? Б опт = ? 7 + ? 8 + ? 9 = 209,9(руб.)

? В опт = 4(1/ ? 6 + 1/? Б) -1 = 191,338уб.)
? опт.с = ? 1 + ? А + ? 4 + ? 5 + ? В = 440,5924уб.)

Найдем реальные уровни технологий системы.

Ф А23 =8,8453(руб.)

? А пос.реал = (Q A) 2А =(21,756) 2 /8,8453=53,5113 (руб.)

Ф Б789 =26,3191(руб.)

? Б пар.реал = (Q Б) 2Б =(67,5112) 2 /26,3191=173,1732 (руб.)

Ф В6Б =37,6151(руб.)

? В пос.реал = (Q В) 2В =(52,908) 2 /37,6151=74,4184 (руб.)

? реал для всей системы найдено ранее.

Несложно заметить, что объемные уровни технологии в оптимуме не соответствует реальному значениям. Из этого следует вывод что реальное состояние системы не соответствует оптимальному.

  1. Найдем дополнительный системный прирост продукции, который обеспечивается за счет оптимизации. Для этого найдем значения Q опт.с


Q опт.с =( ? опт.сс) 1/2 , где

? опт.с – оптимальный объёмный уровень технологии комплекса;

Ф с фонды системы.
Q опт.с = = 174,76 (руб.)

Тогда прирост составит

?Q = Q опт.с - Q с = 174,76 – 130,8432 = 43,89 (руб.)

В этом пункте работы был рассчитан реальный уровень технологии комплекса У с, который был сравнён с уровнем технологии процесса производства серной кислоты. Также было рассчитано значение реального и оптимального объёмного уровня технологии системы ? с и ? опт.с, был найден реальный и оптимальный выпуск системы и рассчитан прирост продукции, обеспечиваемый оптимизацией технологического комплекса.

6. АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Техника развития серной кислоты является одним из основных факторов, определяющих экономические показатели производства серной кислоты, поэтому на усовершенствование технологической схемы и ее аппаратурного оформления направлены наибольшие усилия исследовательских институтов и промышленных предприятий.

Основными направлениями технического прогресса в производстве серной кислоты являются:

В настоящее время наметились два направления возможного развития этого производства. Первое состоит в том, что при сохранении сущности современного способа процесс осуществляется под давлением. Второе направление предусматривает замену воздуха кислородом и осуществление процесса при циклической схеме при атмосферном и повышенном давлении.

Применение повышенного давления на всех стадиях производства серной кислоты является наиболее перспективным направлением развитием технологического процесса, т.к. при этом обеспечивается следующие положительные факторы улучшения технологических показателей систем по производству серной кислоты:

Аппараты по производству серной кислоты, работающие под повышенным давлением подлежат котлонадзору. К ним предъявляются требования повышенной прочности и герметичности.

Применение кислорода в производстве серной кислоты может быть осуществлено по различным схемам:

На колчедане



Варіанти:




Рис. 6.1. Варианты применения кислорода в производстве контактной серной кислоты

1 – печное отделение

2 – промывное отделение

3 – сушильное отделение

4 – контактное отделение

5 – абсорбционное отделение

По варианту I содержащее сырье обжигают в воздушной среде. К полученному концентрированному газу (14% SO 2) в контактном отделении вместо воздуха добавляют технологический кислород (95%). Это наименее эффективный, но наиболее простой способ, для его внедрения не потребуются специальные исследования, необходимы лишь источник сырья и некоторое дополнительное оборудование в контактном отделении.

В варианте II воздух полностью заменен кислородом как при обжиге сырья, так и в процессе окисления SO 2 на катализаторе. Этот вариант перспективен, поскольку он обеспечивает высокую интенсивность производства серной кислоты.

Таким образом, основным направлением технического процесса производства серной кислоты являются: создание материало- энергосберегающих систем большой мощности, обеспечение высокой надежности работы каждого аппарата и устройства системы, снижение удельных выбросов вредных веществ с выхлопными газами.

Путями решения этих задач являются: применение повышенного давления и повышенной концентрации диоксида серы, эффективных катализаторов, внедрение новых эффективных аппаратов, работающих при повышенных скоростях газа, более полное использование теплоты всех реакций на всех стадиях производства, использование коррозионно стойких материалов, автоматизация управления производством.


ВИСНОВОК


В заключении необходимо отметить, что в течение многих лет с начала внедрения контактного метода производства серной кислоты, его сущность не подвергалась конкретным изменениям. Развитие этого метода шло по пути увеличения производительности контактных систем, усовершенствования отдельных стадий процесса, улучшения конструкций аппаратов, внедрения автоматических методов контроля и регулирования процессов. Важнейшая задача работников промышленности по производству серной кислоты заключается в дальнейшем усовершенствовании производства путем использования передового опыта, внедрения прогрессивных приемов и методов работы и т.д.

Нужно отметить, что процесс производства серной кислоты контактным способом был изучен достаточно полно. Цели, поставленные в работе, выполнены. Показана роль процесса производства серной кислоты и промышленности по ее производству в целом в структуре народного хозяйства, изучена структура процесса производства серной кислоты и всего химико-лесного комплекса. Дана технико-экономическая оценка процесса и показаны пути современного развития производства серной кислоты.

Список використаних джерел


  1. Амелин А.Г. Технология серной кислоты. Учебное пособие для вузов.- 2-ое изд, перераб. : «Химия», М, 1983

  2. Васильев Б.Т., Отвалина М.И. Технология серной кислоты: «Химия», М, 1985

  3. Основы технологии важнейших отраслей промышленности. Ч2/ Под ред. Чуенцова И.В: «Вышэйшая школа», Мн, 1989

  4. Кохно Н.П. Курсовая работа «Анализ развития технологического процесса производства продукции». Методические рекомендации: БГЭУ, Мн, 1993

  5. Кохно Н. П. Практические задания по технодинамике: методические рекомендации. Мн., 1993.

  6. Технология важнейших отраслей промышленности. Под ред. А. М. Гинберга. М., 1985.


Навчальний матеріал
© ukrdoc.com.ua
При копіюванні вкажіть посилання.
звернутися до адміністрації