Технология производства серной кислоты - файл n1.doc

приобрести
Технология производства серной кислоты
скачать (246.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc247kb.20.09.2012 15:23скачать

n1.doc



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра

производственных

технологий

КУРСОВАЯ РАБОТА
На тему: Технология производства серной кислоты


Студента 2 курса,

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

Руководитель ____________ Ковган И.П.
МИНСК 2003

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА 4

2. ДИНАМИКА ТРУДОЗАТРАТ ПРИ РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ 13

3. УРОВЕНЬ ТЕХНОЛОГИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ 16

4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ И ЕЕ АНАЛИЗ 18

5. СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ХИМИКО-ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА И МЕСТО В НЕЙ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 30

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 31



ВВЕДЕНИЕ


Серная кислота известна людям уже очень давно. Первое упоминание о ней встречалось уже в Х веке нашей эры.

Вначале серную кислоту получали сухой перегонкой железного купороса, поэтому концентрированную серную кислоту долгое время называли купоросным маслом.

На первом заводе по получению серной кислоты, построенном в 1740 году в Англии, серную кислоту получали нагреванием смеси серы и селитры в металлических сосудах, образующиеся при этом пары поглощались водой с получением серной кислоты.

Контактный способ получения возник несколько позже в 1831 году, когда П. Филипс (Англия) предложил окислять SO2 непосредственно кислородом воздуха при пропускании газовой смеси через накаленный платиновый катализатор.

В настоящее время контактный метод используется гораздо шире других методов. Строятся мощные установки по производству кислоты, основанные именно на этом методе. Производительность одной такой системы достигает 2000 тонн в сутки.

Основной целью написания курсовой работы является:
  1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА

1.1. Характеристика получаемой продукции – серной кислоты.


Серная кислота – один из основных видов химической промышленности и применяется в различных областях народного хозяйства. Достоинства серной кислоты в том, что она не дымит, не имеет цвета и запаха, при комнатной температуре находится в жидком состоянии и в концентрируемом виде не действует на черные металлы. Главным же ее преимуществом является то, что она – одна из сильнейших кислот и является к тому же самой дешевой кислотой.

Серная кислота находит свое место в различных отраслях народного хозяйства. Она используется в нефтяной, целлюлозно-бумажной фармацевтической, микробиологической и других отраслях промышленности. Особенно большое количество серной кислоты – около 40% всей вырабатываемой – используется в производстве минеральных удобрений. Такой диапазон потребления ставит это производство в особые условия постоянно наращиваемого выпуска, что характеризует таблица 1.1.

Таблица 1.1. Производство серной кислоты (млн. т/год)


1913

1960

1970

1975

1980

1983

1985

0,121

5,4

12,06

18,65

23,02

24,7

30,97


В химии серной кислотой называют соединение одной молекулы триоксида серы SO3 (ангидрид серной кислоты) с одной молекулой воды и выражается формулой H2SO4.

В технике под серной кислотой подразумевают любые смеси триоксида серы с водой. Если на один моль SO3 приходится более одного моль H2O , то смеси являются водными растворами серной кислоты; если менее одного моль H2O, то это растворы серного ангидрида в серной кислоте, которые называются олеумами или дымящей серной кислотой.

Состав водных растворов H2SO4 или SO3 (в процентах), состав олеума – содержанием общего или свободного ангидрида, а также количеством H2SO4, которые можно получить при добавлении к олеуму воды.

Безводная серная кислота представляет собой (при 20оС) бесцветную маслянистую жидкость плотностью 1830 кг/м3, кристаллизирующуюся при 10,37оС. при 296,2оС и 0,98Па безводная H2SO4 начинает кипеть. Она смешивается с водой в любых соотношениях со значительным выделением теплоты (образуются гидраты).

Серная кислота – одна из самых активных неорганических кислот. Она реагирует почти со всеми металлами и их оксидами, вступает в реакции обменного разложения, энергично соединяющегося с водой, обладает окислительными и другими важными химическими свойствами.

Разнообразно применение серной кислоты, основанное на ее свойствах, о чем уже упоминалось ранее. Также в ряде случаев H2SO4 используют для высвобождения более слабых кислот из солей (например, фосфорной кислоты). Также учитывается способность связывать воду, H2SO4 применяют для осушки газов, концентрирования азотной кислоты. Разнообразное применение это типично неорганическое соединение нашло в органических производствах: вискозного волокна, пищевых продуктов и т.д.

С расширением потребностей в серной кислоте быстро повышается спрос на улучшение ее сорта, возрастают требования в отношении допустимого содержания примесей. Важно также, чтобы концентрация H2SO4 соответствовала низким температурам замерзания кислоты.

В настоящее время, в связи с дифференциацией требований к качеству H2SO4, кроме технической контактной кислоты (1-го и 2-го сорта), выпускают два сорта улучшенной кислоты (высший и первый сорт). Олеум выпускается двух сортов: технический и улучшенный (высший и первый сорт). Кроме того для отдельных производств выпускаются специальные сорта кислоты и олеума: аккумуляторная реактивная кислота, кислота особой чистоты, 65%-ый олеум, а также 100% серный ангидрид. Выпускаются отдельные виды кислот со знаком качества.

В настоящее время требования к качеству серной кислоты и олеума определяются следующими ГОСТами: техническая кислота олеум – 2184-77; аккумуляторная кислота – 667-73; реактивная кислота – 4204-66; кислота особой чистоты – 14262-78.

1.2. Характеристика используемого сырья контактного производства


Сырьем для производства H2SO4 служит элементарная сера или содержащие серу вещества, из которых может быть выделена элементарная сера или получен диоксид серы (SO2). Природные залежи самородной серы сравнительно невелики. Чаще всего она встречается в виде соединений с железом, свинцом, цинком и другими металлами. В некоторых минералах сера содержится в виде соединений с двумя металлами, например, медный колчедан является соединением серы с железом и медью. Сера встречается в природе также в виде сульфатов, например, в виде гипса, мирабелпта, глазберита и др. общее содержание серы в земной коре составляет 0,1%. Сера содержится также в нефти, каменном угле попутном и природном газах.

Основным сырьем для производства серной кислоты контактным методом является серный колчедан. Главной составной частью серного колчедана является сульфид железа FeS2 (53,44 % S и 46,56% Fe), который встречается в виде минерала пирита и реже марказита. Кроме FeS2 природный серный колчедан содержит примеси соединений меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля, кобальта, селена, висмута, теллура, кадмия, карбонаты и сульфаты кальция и магния, небольшие количества золота и серебра. Руда, в состав которых наряду с пиритом входят значительные соединения цветных металлов, называются полиметаллическими.

Серный колчедан – минерал желтоватого или желтовато-серого цвета, плотность его около 5000 кг/м3. в зависимости от размера кусков и сорта колчедана его насыпная плотность составляет от 2200 до 2400 кг/м3.

Для извлечения цветных металлов колчедан подвергают флотации. Процесс флотации основан на том, что некоторые минералы, входящие в состав руд, хорошо смачиваются водой, другие плохо или совсем не смачиваются. При добавлении к воде различных химических веществ (флотореагентов) смачиваемость меняется. Это свойство используется для разделения минералов. Через водяную взвесь тонко измельченной руды, содержащую соответствующие флотореагенты, продувают воздух. При этом не смачиваемые водой частички руды прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность, а частицы, смоченные водой, осаждаются на дно аппарата в виде флотационного колчедана с пониженным содержанием цветных металлов. Последовательно подбирая соответствующие флотореагенты, все представляющие интерес составные части руды. Из 100 тонн колчедан получают 80-85 тонн флотационного колчедана и 15-20 тонн концентрата.

Содержание серы в флотационном колчедане колеблется от 32 до 40%. После вторичной флотации этого колчедана и отделения пустой породы получают пиритный колчедан (концентрат), содержащий 45 – 50% серы. В настоящее время практически весь добываемый колчедан подвергается флотации.

Флотационный колчедан с высокой влажностью смерзается при транспортировке и хранении на складах заводов, что сильно затрудняет его выгрузку из вагонов и дальнейшую подачу в печь обжига. Кроме того, при обжиге смерзшихся комков колчедана во взвешенном состоянии нарушается процесс горения. Поэтому перед отправкой потребителям флотационный колчедан сушат в барабанных сушилках, обогреваемых топочными газами.

Согласно ГОСТ, влажность отгружаемого флотационного колчедана в осенне-зимний период не должна превышать 3,8%. Склады для сухого колчедана делают закрытыми, чтобы исключить возможность его соприкосновения с атмосферной влагой.

1.3. Характеристика технологии производства серной кислоты контактным способом.


Контактным способом получают около 90% общего объема производства серной кислоты, так как именно этот метод обеспечивает высокую концентрацию и чистоту продукта.

Производство серной кислоты контактным способом включает четыре стадии:

  1. получение диоксида серы (SO2),

  2. очистку SO2 от примесей,

  3. получение триоксида серы (SO3),

  4. абсобацию триоксида серы.

Первая стадия связана с получением диоксида серы и колчедана, который обжигается в печах, где происходит необратимая реакция:

4 FeS2 + 11О2 ? 2Fe2 О3 +8SO2 + Q

измельченный серный колчедан обжигают в печах механических полочных, пылевидного обжига и со взвешенным (кипящим) слоем колчедана.

Печные газы, получаемые при обжиге колчедана содержат много пыли, для улавливания которой применяют циклопы и электрофильтры (вторая стадия производства серной кислоты). В циклопах пыль оседает под воздействием центробежных сил. Электрофильтры представляют собой конденсаторы высокого напряжения (60 000 – 70 000 В). запыленный газ проходит между пластинками электрофильтра, где пылинки заряжаются и оседают на противоположно заряженных пластинах. При встряхивании пластин осевшая пыль падает в бункер, из которого затем удаляется.

В электрофильтрах газ очищается до остаточного содержания пыли примерно 0,2 г/м3. Контактный способ требует более тщательной очистки не только т пыли, но от газообразных примесей «отавляющих» катализатор, использующийся при окислении диоксида серы.

Для очистки газа предусматривается система промывных башен, электрофильтров и сушильных башен.

Третья стадия производства серной кислоты является основным. Сухой очищенный газ поступает на контактное окисление SO2 до SO3, которое происходит по обратимой экзотермической реакции, протекающей с уменьшением объема газа:

2SO2 + O2 ? 2SO3 + Q

Равновесие данной реакции сдвигается в сторону образования SO3 при снижении температуры и увеличении давления газовой среды.

Скорость процесса окисления SO2 при отсутствии катализатора даже при высоких температурах мала.

На заводах по производству серной кислоты в нашей стране в качестве катализатора используют главным образом ванадиевые контактные массы с содержанием V2O5 примерно 7%, а также включающие оксиды щелочных металлов и высокопористые алюмосиликаты в качестве носителя.

Для достижения максимальной скорости окисления SO2 до SO3 процесс следует начинать при температуре около 600ос и заканчивать при 400оС. Конструкция современных полочных контактных аппаратов обеспечивает эти условия.

Контактное отделение включает трубчатый теплообменник и контактный аппарат. Сухой и холодный очищенный газ подается в межтрубное пространство теплообменника для предварительного нагрева. Подогретый газ, проходя между трубками теплообменников, нагревается до 450оС и поступает на верхний слой катализатора, где 70-75% SO2 окисляется SO3. за счет выделяющейся в реакции теплоты температура газа повышается до 590-600оС. Затем газ направляется во внутренний теплообменник, где охлаждается до 450-490оС. охлажденная смесь SO2+SO3 подается во второй слой катализатора, на котором продолжается дальнейшее окисление SO2 в SO3. Обычно газ проходит 3-5 решетчатых полок с контактной массой и расположенными между ними теплообменниками, в результате чего 97-98% SO2 превращается в SO3. Окисленный газ, имеющий при выходе из контактного аппарата температуру 400-430оС поступает в теплообменник, где охлаждается до 200оС, а затем в холодильник, где его температура снижается до 60-80оС. Автотермичность процесса окисления SO2 до SO3 позволяет эффективно использовать теплоту, выделяющуюся в ходе реакции.

В четвертой стадии процесса производства серной кислоты охлажденный окисленный газ направляется в абсорбционное (поглотительное) отделение цеха. Абсорбцию триоксида водой осуществлять нецелесообразно, так как реакция

SO3 + H2O ? H2SO4 + Q будет протекать в газовой фазе (за счет выделяющейся теплоты вода будет превращаться в пар) с образованием мельчайших капелек теплоты (тумана), который очень трудно улавливается. Поэтому SO3 поглощается концентрированной серной кислотой в две стадии.

Для технологии производства серной кислоты контактным способом существует несколько однотипных технологий: нитрозный (башенный) способ, способ получения H2SO4 из сероводорода (H2S), способ получения H2SO4 контактным способом с сухой очисткой.

На данный момент контактный способ является наиболее приемлемым с точки зрения технико-экономической характеристики. При этом способе обеспечивается высокая концентрация и чистота продукта при сравнительной простоте процесса. Возможно, в будущем будет преобладать некий другой способ получения кислоты, например, контактный с сухой очисткой (находится на стадии разработки и изучения всех положительных и, возможно, отрицательных, сторон внедрения в производство). Пока же этот способ получения контактным способом является удовлетворительным и наиболее широко используемым, недаром 90% полученной серной кислоты получено именно этим способом.


Рис. 1.3. Блок-схема технологического процесса производства серной кислоты.

1 – получение диоксида серы;

2 – очистка SO2;

3 – окисление SO2;

4 – абсорбция триоксида серы




- предмет труда и побочные продукты на всех стадиях переработки.

- стадии переработки продукции

- технологические (предметные связи)

2. ДИНАМИКА ТРУДОЗАТРАТ ПРИ РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ


Исходя из динамики трудозатрат, различают два возможных варианта развития технологического процесса – ограниченное и неограниченное. Для того, чтобы узнать, какой из них реализуется в технологии производства серной кислоты, построим график изменения затрат живого (Тж), прошлого (Тп) и совокупного труда, где Тж(t) и Тп(t) – удельные затраты живого и прошлого труда соответственно (руб.(затрат труда)/руб. продукции).

Тж(t)=200/(9t+210)

Тп(t)=0,03t+0,7

Тс= Тж + Тп = 200/(9t+210)+0,03t+0,7=(0,27t2+12,6t+347)/(9t+210)

Таблица 2.1 Динамика трудозатрат

t

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Тж

0,952

0,913

0,877

0,844

0,813

0,784

0,758

0,733

0,709

0,687

0,667

Тп

0,7

0,73

0,76

0,79

0,82

0,85

0,88

0,91

0,94

0,97

1

Тс

1,652

1,643

1,637

1,634

1,633

1,634

1,638

1,643

1,649

1,657

1,667


Графическое изображение динамики трудозатрат (рис. 2.1.) показывает, что затраты живого труда (Тж) – уменьшаются, а затраты прошлого – увеличиваются, следовательно, это ограниченный вариант развития. В данном технологическом процессе экономится в большей степени живой труд, такой процесс имеет трудосберегающий характер.

Из графика видно, что экономический предел накопления прошлого труда находится в t~3,9

Тп(t)= Тп(3,9)=0,817

Определим экономический предел накопления прошлого труда аналитически:

Тс=( Тж + Тп)= (Тж)’+( Тп)= ((200/(9t+210))’+(0,03t+0,7)’= -1800+0,03*(9t+210)2 ) /(9t+210)2

Тc?0, тогда -1800 + 0,03 * (9t + 210)2=0

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

(9t + 210)2=60 000

9t+210~245

t~3,9

Тп(t)= Тп(3,9)=0,817

Несложно заметить, что экономический предел накопления прошлого труда в обоих случаях (графическом и аналитическом) получился одинаковым, что говорит о его достоверности.

Важно также установить, в какой степени снижаются затраты живого труда по мере роста затрат труда прошлого, т.е. определить тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда. Для этого исследуем характер экономии живого труда в зависимости от величины прошлого труда, продифференцировав функцию Тж = f (Тп):

Тп= 0,03t+0,7

0,03t= Тп – 0,7

t = (Тп – 0,7) 0,03

Тж = 200/((9*( Тп-0,7)/0,03)+210)= 200/300 Тп=2/3 Тп

ж)’= (2/3 Тп)’=(2/3 Тп-1)’= -2/3 Тп-2 = -2/(3 Тп2)

[(Тж)’]=[-2/(3 Тп2)]=2/3 Тп2

зависимость Тж от Тп обратно пропорциональная, т.е. при увеличении Тп уменьшается Тж , а значит реализуется убывающий тип отдачи дополнительных затрат овеществленного труда, т.к. значение производной показывает, как изменяется отношение ∆ Тж/∆ Тп

Тж= d Тж/d Тп= ∆ Тж/∆ Тп

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/ Тж= 1/(200/(9t+210))=(9t+210)/200 (3.2)

B=Тпж=(0,03t+0,7)/(200/(9t+210))=(0,03t+0,7)(9t+210)/200=0,27t2+12,6t+147/200 (3.3)

Y=(1/ Тж)*(1/Тп)= (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 Тп /руб затрат Тж)

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/ Тп

Вычислим Y*(3)= 1/ Тп=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)



Вспомогательный 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:

Приведем 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

В

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 Li, Bi, Yi для технологических процессов химико-лесного комплекса (t=3года).

n

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Tж(3)

0,8438

1,1123

0,81669

0,6583

0,7086

0,616

0,5677

1,4757

0,7936

Тп(3)

0,79

0,31

0,34

0,245

0,336

0,427

0,518

0,154

0,35

Bi

0,9362

0,2787

0,4162

0,3721

0,4741

0,6931

0,9124

0,10437

0,4410

Yi руб/челгод

1,5001

2,9001

3,6004

6,2002

4,2

3,8018

3,4005

4,4002

3,6

Li руб/чел

1,1851

0,899

1,2241

1,5190

1,4112

1,6233

1,7614

0,6776

1,26


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

Qi = Tжio*L;

Фi= Tжio*Bi ;

?i= Tжio*Yi

Здесь нам потребуется показатель объемных затрат живого труда

Tжio=?(N+100) +N, где N – номер технологического процесса в системе.

Таблица 5.2.2. Расчет Qi, Фi, + , ?i для химико-лесного комплекса.

n

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Tжiox

челруб

11,05

12,10

13,149

14,198

15,247

16,296

17,344

18,392

19,440

Qi, руб

13,0954

10,878

16,0961

21,5678

21,515

26,454

30,5515

12,4634

24,4963

Фi, 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:

Фсис1+…+Ф9=69,3183(руб.)

  1. Рассчитаем реальный объем выпуска продукции комплексом, учитывая, что Qпар=Q1+Qn, а Qпосл=n*Qmin (Qmin - объем выпуска лимитирующего звена, n – количество элементов в системе). Первоначально найдем Q каждой подсистемы (А, Б, В), а затем Q комплекса в целом.

QА=2* Qmin=2* Q2=21,756 (руб.)

QБ= Q7 +Q8 +Q9=67,5112 (руб.)

QВ=2* Qmin=2* Q6=52,908 (руб.)

Qсис= Q1 +Q4 +Q5+ QА +QБ =130,8432 (руб.)

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

?с= Qсис2/ Фс= (130,8432)2/69,3183=246, 9758 (руб.)

Найдем Yс по формуле Yс= ?с/ Tжсо, для этого найдем

ТжоС = Тжоi = Тжо1 + ... + Тжо9 = 137,216 (чел./руб.)

УС = ?С/ ТжоС = = 1,8 (руб./чел.)

В главе 3 мы высчитали У1=1,5< УС=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:

?паропт.с = ?i ,

?послопт.с = N2((1/ ?i))-1 , где

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

?послопт.с– оптимальный объёмный уровень последовательной подсистемы;

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

?Бопт = ?7 + ?8 + ?9 = 209,9(руб.)

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

Найдем реальные уровни технологий системы.

ФА23=8,8453(руб.)

?Апос.реал= (QA)2А=(21,756)2/8,8453=53,5113 (руб.)

ФБ789=26,3191(руб.)

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

ФВ6Б=37,6151(руб.)

?Впос.реал= (QВ)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 Qопт.с


Qопт.с =( ?опт.сс)1/2 , где

?опт.с – оптимальный объёмный уровень технологии комплекса;

Фсфонды системы.
Qопт.с = = 174,76 (руб.)

Тогда прирост составит

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

В этом пункте работы был рассчитан реальный уровень технологии комплекса Ус , 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



Варианты:




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% SO2) 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 SO2 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.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


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 ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


  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.




МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации