Дипломная работа: Производство 12-дихлорэтана

Содержание

Введение

1 Выбор и обоснование метода производства 1,2 – дихлорэтана

2 Химические и физико-химические основы производства

1,2 – дихлорэтана

3 Характеристика сырья, продуктов и вспомогательныхматериалов

3.1 Характеристика сырья

3.2 Характеристика готовой продукции

3.3 Характеристика побочной продукции

4 Описание технологической схемы получения 1,2 – дихлорэтана

5 Материальный баланс

6 Расчет теплового баланса реактора прямого хлорирования этилена

7 Технологические расчеты

7.1 Определение основных размеров реактора

7.2 Определение диаметра основных патрубков

7.3 Расчет теплообменника Т-1

8 Механические расчеты

8.1 Расчет реактора прямого хлорирования этилена

8.2 Определение толщины тепловой изоляции

8.3 Расчет теплообменника

9 Аналитический контроль процесса

10 Автоматизация

10.1 Анализ объектов управления

10.2 Спецификация на приборы и средства автоматизации

11 Безопасность жизнедеятельности

11.1 Характеристика и анализ опасных производственных и вредных

факторов

11.2 Производственная санитария

11.3 Расчет освещения производственного помещения

11.4 Техника безопасности

12 Охрана природы

13 Экономика и организация производства

Вывод

Список литературы

Введение

Производство дихлорэтана тесно связано с винилхлоридом, поэтому современные варианты получения винилхлорида содержат технологические схемы получения дихлорэтана, как полупродукта для переработки в винилхлорид. Из винилхлорида получают поливинилхлорид, занимающего по объему выпуска второе место после полиэтилена среди полимерных материалов. [1]

Все процессы хлорирования можно подразделить на две основные группы: жидкофазные и газофазные. Преимущества первых состоят в применении умеренных температур (до 100–120⁰ С) и легкости отвода тепла благодаря высоким коэффициентам теплоотдачи от жидкости к стенке.

Дихлорэтан – бесцветная летучая жидкость со сладковатым запахом. Дихлорэтан смешивается во всех отношениях со спиртами, бензолом, ацетоном и другими органическими соединениями.

Дихлорэтан находит широкое применение в различных областях промышленности и как растворитель: для очистки нефтепродуктов от парафинов, для экстрагирования жиров, для обезжиривания шерсти, мехов, а также для очистки металлических изделий перед хромированием или никелированием. Производство дихлорэтана является одним из важнейших факторов в производственной цепи получения полимеров, конечная цель которого получение полимерных и синтетических материалов (пластмасс), без которых нельзя представить жизнь современного общества. [1]

Сырьем для получения 1,2 – дихлорэтана являются этилен и хлор.

1 .Выбор и обоснование метода производства 1,2 – дихлорэтана

В промышленном масштабе 1,2 – дихлорэтан получают двумя совмещенными методами, использующие хлор:

– прямое хлорирование этилена в жидкой фазе;

– окислительное хлорирование этилена в газовой фазе.

Реакция окислительного хлорирования идет с выделением тепла, катализатором служит хлорид меди. Процесс экзотермический, чем больше атомов хлора вводится, тем больше выделяется тепла. Реакция идет в газовой фазе, с теплоотводом справится трудно. Из – за наличия в реакционной массе паров воды при процессах окислительного хлорирования наблюдается сильная коррозия аппаратуры. Кроме обычной защиты корпуса реакторов керамическими материалами, для изготовления охлаждающих устройств, применяют специальные сплавы. [2]

Недостатками этого способа является образование побочных продуктов замещения, а также трудности очистки дихлорэтана. Процесс газофазного хлорирования требует особенного требования по технике безопасности.

Современная тенденция развития экономии энергетических ресурсов привела к созданию процесса прямого хлорирования этилена с использованием тепла реакции для ректификации образующегося дихлорэтана.

Получение дихлорэтана основано на химической реакции взаимодействия этилена с хлором. Процесс ведут в жидкой фазе, в присутствии катализатора хлорного железа при температуре 49–65⁰ С. Благодаря этому достигается безопасность процесса. [2]

При обосновании метода отметим, что данная технологическая схема по своему процессу проста и экономически выгодна. Выбор жидкофазного метода оправдан термической нестабильностью получаемых хлорпроизводных, обусловленной отщеплением хлористого водорода (дегидрохлорированием). После окончательной промывки получаем более чистый дихлорэтан. Степень конверсии хлора близка к 100%, а степень конверсии этилена зависит от взятого избытка его и составляет 90–97%. Выход 1,2 – дихлорэтана более 99%.

Выбор места производства обусловлен:

– близким расположением источников сырья и энергии;

– огромные запасы поваренной соли;

– соседство с Восточно – Сибирской железной дорогой;

– возможность поставки сырья из Ангарска;

– в перспективе при освоении Ковыктинского месторождения в качестве сырья будет использоваться этилен, получаемый пиролизом этановой фракции.

2. Химизм, механизм, кинетика процесса

Получение 1,2 – дихлорэтана методом прямого хлорирования этилена основано на реакции взаимодействия испаренного хлора и этилена в жидкой фазе. Эта реакция является каталитической и экзотермической. Поскольку экзотермическая реакция синтеза дихлорэтана в объеме газовой фазы протекает с взрывом, процесс ведут в жидкой фазе дихлорэтана. Скорость процесса жидкофазного хлорирования этилена увеличивается с ростом температуры. [3]

Получение 1,2 – дихлорэтана методом прямого хлорирования этилена основано на реакции [3]:

FeCl₃

С₂ H ₄ + С1₂ С₂ H₄ С1₂ + 220 кДж/моль

Катализатором является хлорное железо (FeC1₃ ), растворенное в дихлорэтане. Механизм реакции образования 1,2 – ДХЭ при взаимодействии этилена и хлора в присутствии катализатора состоит в электрофильном присоединении с промежуточным образованием π-комплекса.

FeC1₃ δ⁺

СН₂ = СН₂ +С1 – С1 СН₂ = СН₂ CH₂ – СН₂ ⁺ + С1 ^– CH₂ – СН₂

С1 – С1^{δ –} С1 С1 С1

π – комплекс карбоний катион

Роль хлорного железа состоит в том, что оно активирует молекулы хлора, ингибирует цепочки радикалов, ускоряет стадию перехода π – комплекса в σ – комплекс и образованию комплекса

FеС1₃ + С1₂ FеС1₄ ^- + Сl⁺

FеС1₃ + Ŕ FеС1₂ + RС1

FеС1₂ + ¹ ₂ С1₂ FеС1₃

В качестве катализатора используют безводные хлориды железа при температуре от 0 °С до температуры кипения 1,2 – ДХЭ при давлении 0,05–0,2 МПа .

Наряду с основной реакцией получения 1,2 – ДХЭ протекают реакции заместительного хлорирования, которые ведут к образованию побочных продуктов, таких как 1,1,2 – трихлорэтан, винилхлорид и т.д. Образование других примесей, также связано со свободнорадикальными процессами.

Механизм побочных реакций следующий, сначала образуется радикал хлора.

С1₂ 2 1

Свободный радикал хлора взаимодействует с молекулой 1,2 – ДХЭ с образованием 1,1,2 – трихлорэтана и хлористого водорода.

СН₂ С1 – СН₂ С1 + 1 С1Н – СН₂ С1 + НС1

С1Н – СН₂ С1 + С1₂ СНС1₂ – СН₂ С1 + 1

Так же свободный радикал хлора может вступить в реакцию с молекулой этилена с образованием винильного радикала.

СН₂ = СН₂ + 1 Н = СН₂ + НС1

Образование винилхлорида в результате взаимодействия хлорного и винильного радикалов.

Н = СН₂ + 1 С1СН = СН₂

Образование этилхлорида происходит в результате взаимодействия этилена с хлористым водородом в присутствии хлорного железа.

FeC1₃ δ⁺

СН₂ = СН₂ +Н – С1 СН₂ = СН₂ CH₃ – СН₂ ⁺ + FeС1CH₃ – СН₂ С1

Н – С1^δ-

π – комплекс

Для снижения активности радикалов в газовой фазе в реакционную зону подают кислород на уровне 1% объемного. Избыток этилена (2 – 5%), также препятствует выходу хлора в газовую фазу и следовательно снижает долю побочных свободно – радикальных процессов.

Основными параметрами, определяющими чистоту получаемого продукта, являются:

1. Соотношение этилен: хлор.

2. Наличие посторонних примесей в исходном сырье.

3. Температура процесса.

4. Концентрация катализатора.

Соотношение, между вступившими в реакцию этиленом и хлором, поддерживается 1:1. Избыток хлора ведет к увеличению образования побочных продуктов. Избыток этилена ведет к увеличению объема абгазов и дезактивации катализатора.

1) Примеси в сырье инертных газов или насыщенных углеводородов не оказывают влияния на химизм процесса, но заметно увеличивают потери продукта с абгазами. Объемная доля влаги более 0,002% дезактивирует катализатор, так как хлорное железо является гидрофильным веществом, которое образует с водой нереакционноспособный комплекс FеС1₃ * 6Н₂ O. Наличие кислорода в небольшом количестве способствует реакции присоединительного хлорирования, так как кислород подавляет образование свободных радикалов хлора.

2) Температуру в реакторе прямого хлорирования следует поддерживать в пределах 49–65 °С. При температуре ниже 49 °С увеличиваются потери хлора и этилена с абгазами из-за неполного взаимодействия. При температуре более 65°С происходит увеличение образования побочных продуктов, главным образом трихлорэтан а, и ускоряется коррозионный износ оборудования.

3) Массовая доля катализатора F еС1₃ в дихлорэтане должна поддерживаться в пределах 0,005 – 0,03 ^% (50–300 ppm). При массовой доле катализатора в дихлорэтане менее 0,005% (50 ppm) скорость реакции присоединительного хлорирования уменьшается. При массовой доле катализатора более 0,03^% (300 ppm)у величиваются его потери с дихлорэтаном-сырцом.

3 Характеристика сырья, го товых продуктов и вспомогательных материалов

3.1 Характеристика сырья

Этилен СН₂ = СН₂

Физико-химические свойства:

– молекулярная масса -28

– плотность – 1,261 кг/м³

– растворимость в воде при н. у. – 0,281г/дм³

– температура кипения – минус 103,71⁰ С

– температура плавления – минус 169,5⁰ С

Этилен – бесцветный газ с удушливым сладковатым запахом. По степени воздействия на организм человека относится к 4‑му классу опасности (ГОСТ 25070 – 87). Предельно – допустимая концентрация этилена 100 мг/м³ . При превышении предельно – допустимой концентрации этилен оказывает наркотическое действие, может вызвать головную боль, головокружение, ослабление дыхания, нарушение кровообращения, потерю сознания. Этилен – горючий газ, способный к взрывному разложению при повышенном давлении, высокой температуре или при воздействии открытого огня в присутствии кислорода. Концентрированные пределы воспламенения в воздухе: нижний – не менее 3,11% объемных, верхний – не более 32% объемных [4].

Хлор СL₂

Физико-химические свойства:

– молекулярная масса -35

– плотность – 3,214 кг/м³

– растворимость в воде при н. у. – 7,4г/дм³

– температура кипения – минус 34,05⁰ С

– температура плавления – минус 101,6⁰ С

Хлор – негорючий, удушливый газ с резким запахом, желто – зеленого цвета, который в 2,5 раза тяжелее воздуха. Вызывает раздражение верхних дыхательных путей и слизистых оболочек, вызывает отек легких. Воздействуя на кожу, вызывает химический ожог. Класс опасности – 2 (вещество высоко – опасное). С водородом образует взрывоопасные смеси. Предельно – допустимая концентрация хлора 1 мг/м³ [4].

Таблица 3.1

3.2 Характеристика готовой продукции

Дихлорэтан СН₂ СL – CН₂ L

Физико-химические свойства:

– молекулярная масса – 98

– плотность – 1282 кг/м³

– растворимость в воде при н. у. – 0.91%

– температура кипения – 83.47⁰ С

– температура плавления – минус 35.36⁰ С

Дихлорэтан – бесцветная жидкость с характерным запахом, легко растворяется в обычных растворителях и сам является хорошим растворителем. В смеси с воздухом пары дихлорэтана образуют взрывоопасные смеси. Концентрированные пределы воспламенения смеси с воздухом: нижний – не менее 6,2, % объемных, верхний – не более 16,0% объемных. Дихлорэтан токсичен. При вдыхании паров и проникновении через кожу вызывает дистрофические изменения в печени, почках. Класс опасности – 2 (вещество высоко – опасное). Предельно – допустимая концентрация дихлорэтана 10 мг/ м³ [4].

Таблица 3.2

3.3 Характеристика побочных продуктов

Хлорное железо в обычных условиях – кристаллы фиолетового цвета с темно – зеленым оттенком. Хлорное железо при погрузо – разгрузочных работах пылит, пыль его вызывает раздражение слизистых оболочек органов дыхания и зрения, при попадании в пищеварительный тракт может вызвать рвоту. Относится к 2 классу опасности (вещество высоко – опасное). Предельно – допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны производственных помещений – 1 мг/м³ [4].

Азот N₂

Физико-химические свойства:

– молекулярная масса – 14

– плотность – 1,251 кг/м³

– растворимость в воде при н. у. – 0,024 г./дм³

– температура кипения – минус 195,8⁰ С

– температура плавления – минус 209,86⁰ С

Азот – инертный газ без цвета и запаха. При больших концентрациях приводит к удушью, так как не поддерживает дыхание [4].

1,1,2 – трихлорэтан С₂ Н₃ СL₃

1.1.2 – трихлорэтан

Физико-химические свойства:

– молекулярная масса – 135

– температура вспышки – 29⁰ С

– температура самовоспламенения – 495⁰ С

1,1,2 – трихлорэтан – бесцветная летучая жидкость со сладковатым запахом. Проникает в организм через неповрежденную кожу и при вдыхании паров. Присутствие трихлоэтана во вдыхаемом воздухе вызывает резкую одышку, кашель, боль в легких. Поражает нервную систему, печень. Обладает сильным наркотическим действием.

Таблица 3.3

4. Описание технологической схемы получения 1,2 – дихлорэтана

Реакция прямого хлорирования этилена протекает в реакторе, совмещенном с теплообменником в жидкой фазе при поглощении газообразного этилена и хлора жидким дихлорэтаном в присутствии катализатора – хлорного железа (FеС1₃ ) , растворенного в дихлорэтане.

Реактор прямого хлорирования Р- 1 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с внутренним диаметром 1400 мм. и высотой 9700 мм., в нижней части которого установлены два распределительных устройства для подачи этилена, хлора. Для исключения проскока свободного хлора, хлорный барботер расположен ниже этиленового.

Для снятия тепла реакции реактор Р- 1 своими нижними и верхними частями соединен линиями перетока с трубной частью вертикального кожухотрубного теплообменника Т – 1, с площадью теплообмена 961м² , диаметр кожуха 1200 мм, диаметр труб 20*2 мм, количество труб 1701, длина труб 9 м. В трубопровод прямой оборотной воды периодически, для удаления отложений на трубном пучке, подается технологический воздух.

Испаренный хлор по трубопроводу подается в нижнее распределительное устройство реактора прямого хлорирования Р‑1. Объемная доля воды в испаренном хлоре не более 0,007% контролируется по прибору МRCА, при увеличении объемной доли воды более 0,007% на АРМ срабатывает сигнализация. Объемный расход хлора в пределах 1200 – 3400нм³ /ч контролируется с помощью регулятора расхода FRСА. Давление испаренного хлора контролируется по прибору РRА в пределах 0,3–0,6 МПа. При уменьшении давления менее 0,3МПа на АРМ срабатывает сигнализация. Температура испаренного хлора в пределах 10–40⁰ С контролируется по прибору ТR.

Газообразный этилен по трубопроводу поступает с установки этиленохранилища газового производства с давлением 0,6–1,1МПа. Объемная доля воды в этилене не более 0,001%.

Вместе с этиленом и хлором в систему подаются инерты, что повышает вероятность образования взрывоопасной газовой смеси. Для исключения этого предусмотрена подача азота (с АРМ оператора) в трубопровод этилена перед реактором прямого хлорирования Р‑1 или в головную часть реактора. Объемный расход азота не более 80м³ /час поддерживается с помощью регулятора расхода FRС.

Катализатор прямого хлорирования готовится растворением хлорного железа в дихлорэтане в емкости Е‑7. Хлорное железо (порошок) загружается через люк в предварительно подготовленную емкость из бочек вручную. Подача катализатора в реактор обеспечивается циркуляцией дихлорэтана между реактором и емкостью насосом. Самоциркуляция дихлорэтана между реактором и теплообменником осуществляется за счет термосифонного эффекта и барботирования этилена и хлора в потоке дихлорэтана. В результате экзотермической реакции прямого хлорирования, дихлорэтан нагревается до температуры 49–65°С и через верхнюю циркуляционную трубу поступает в трубное пространство теплообменника, проходит его сверху вниз, охлаждаясь при этом до температуры 40 – 56 °С и по нижней циркуляционной трубе возвращается в нижнюю часть реактора.

Температура дихлорэтана вверху реактора в пределах 49 – 65^о С поддерживается с помощью регулятора температуры ТRА, регулирующий клапан которого установлен на трубопроводе подачи прямой оборотной воды в межтрубное пространство теплообменника Т‑1. При понижении температуры ниже 40⁰ С на АРМ срабатывает сигнализация.

Полученный дихлорэтан из реактора прямого хлорирования Р‑1 с температурой не выше 65 ^о С через переливной бак Б‑1 самотеком поступает в промежуточную емкость Е‑2 дихлорэтана-сырца, откуда насосом (в зависимости от уровня в емкости) подается на систему отмывки.

Уровень дихлорэтана в емкости Е‑2 поддерживается в пределах 30–70%. Часть потока дихлорэтана от насоса Н‑1 периодически подается в емкость Е‑7 для подачи катализатора в реактор Р‑1.

Абгазы из реактора прямого хлорирования Р‑1, с температурой не выше 65^о С поступают в трубное пространство конденсатора Х‑2, где охлаждаются водой. Охлажденные абгазы разделяются на жидкую и газообразную фракции в фазоразделителе Ф‑2. Газообразная фракция направляется на санитарную колонну К‑110, а сконденсировавшийся дихлорэтан стекает в емкость Е‑2.

Полученный методом прямого хлорирования дихлорэтан-сырец содержит в себе непрореагировавший хлор, хлорное железо, хлористый водород, для удаления, которых он подвергается кислотной, щелочной и водной отмывке.

Узел щелочной отмывки дихлорэтана – сырца

Для удаления хлора, хлористого водорода и хлорного железа дихлорэтан-сырец с объемным расходом 3–30м³ /час, температурой не выше 65⁰ С и давлением не более 0,72 МПА насосом Н‑1 через смесительное сопло С‑1 подается на первую ступень щелочной отмывки в емкость Е‑2. В смесительном сопле С‑1 происходит смешение дихлорэтана-сырца и циркуляционной воды, подаваемой насосом Н‑2.

В процессе смешения хлористый водород и хлорное железо растворяются в воде. Водно-дихлорэтановая смесь из форсунки поступает в разделительную емкость Е‑2, где происходит разделение слоев за счет разности плотностей жидкостей. Верхний водный слой, содержащий хлорное железо и хлористый водород, из емкости Е‑2 подается насосом Н‑2 на смесительное сопло С‑1, а часть потока отводится в емкость нейтрализации сточных вод Е‑109 с помощью регулятора уровня LRCА, чем достигается регулирование уровня раздела фаз в емкости Е‑2 в пределах 30–70%. Уменьшение уровня менее 30% и увеличение более 70%, на АРМ срабатывает сигнализация.

Для нейтрализации НСI, СI, FeCI3 в емкость Е‑2 подается 20%-ая щелочь со стадии 100 из емкости V‑108.

НС1 + N аОН - N аС1 + Н₂ О

С1₂ + 2NаОН - N аОС1 + Na С1 + Н₂ О

F еС1₃ + 3 N аОН - F е (ОН)₃ + 3 N аС1

Узел водной отмывки дихлорэтана – сырца

Нижний слой дихлорэтана-сырца, содержащий щелочь и растворимые в воде соли из емкости Е‑2, через смесительное сопло С‑2 подается на водную отмывку в емкость Е‑3 В смесительном сопле С‑2 происходит смешение дихлорэтана-сырца, циркуляционной воды, подаваемой насосом Н‑3, свежей технологической воды, подаваемой насосом Н‑4 из сборника V‑215.

В процессе смешения щелочь и соли растворяются в воде. Водно-дихлорэтановая смесь из форсунки поступает в разделительную емкость Е‑3, где происходит разделение слоев за счет разности плотностей жидкостей. Верхний водный слой из емкости Е‑3 насосом Н‑3, подается на смесительное сопло С‑2, а часть этого потока с помощью регулятора уровня LRCA‑25306 отводится на стадию отпарки сточных вод в емкость V‑109. Таким образом, происходит регулирование уровня в емкости Е‑3 30 – 70%. Нижний слой отмытого от примесей дихлорэтана-сырца подается на промежуточный склад в танки дихлорэтана-сырца Т‑302 или на колонну обезвоживания дихлорэтана С‑301.

Объемный расход дихлорэтана-сырца из емкости Е‑3 в пределах 6 – 30 м³ /ч, контролируется по прибору FR‑24210.

Кубовый продукт колонны обезвоживания С‑301 с массовой долей дихлорэтана не менее 99,1%, с массовой долей влаги не более 10^-3 % (10 ppm) и массовой долей четыреххлористого углерода не более 0,25%. Далее высушенный дихлорэтан поступает на ректификацию, а затем на стадию пиролиза.

5. Материальный баланс

Химическое превращение сырья осуществляется в реакционных аппаратах, или реакторах. Процессы, протекающие в них, обеспечивают получение различных продуктов реакции и улучшение их качества. Конструкция реактора должна отвечать требованиям данного химического процесса.

Исходные данные:

Производительность по товарному ДХЭ 120000 т/год

Число рабочих часов в году 8040 часов

Общие потери 2,2%

Температура в реакторе 55 ^о С

Давление в реакторе 0,18 МПа

Продукты прямого хлорирования этилена, % масс.:

1,2 – дихлорэтан – 98

1,1,2 – трихлорэтан – 1,8

Винилхлорид – 0,1

Хлористый этил – 0,1

Состав сырья:

Технический хлор, % об.:

Хлор – 98

Вода – 0,001

Кислород – 2

Технический этилен, % об.:

Этилен – 99,9

Метан – 0, 048

Этан – 0, 048

Пропилен – 0,005

5.1 Расчет материального баланса установки

Производительность установки с учетом потерь

Рассчитываем часовую производительность установки

С учетом состава технического ДХЭ

В реакторе протекают следующие реакции:

1. Образование 1,2 – дихлорэтана.

С₂ Н₄ + 2Cl₂ C₂ H₄ Cl₂

2. Образование 1,1,2 – трихлорэтана

С₂ Н₄ + Cl₂ C₂ H₃ Cl₃ + HCl

3. Образование винилхлорида

С₂ H₄ + Cl₂ C₂ H₃ Cl+ HCl

4. Образование хлористого этила

C₂ H₄ + HClC₂ H₅ Cl

При этом образуется:

ДХЭ – 15565 • 0,98 = 15254 кг/ч

ТХЭ – 15565 • 0,02 = 311,3 кг/ч

ВХ – 15565 • 0,1/100 = 15,56 кг/ч

ХЭ – 15565 • 0,1/100 = 15,56 кг/ч

Определение количества хлора и этилена, идущих на образование ДХЭ – сырца.

На образование ДХЭ (100%-ого):

X₁ X₂ 15254

CH₂ =CH₂ + Cl₂ C₂ H₄ Cl₂

28 71 99

М (С₂ Н₄ ) = 28 кг/кмоль

М (Сl₂ ) = 71 кг/кмоль

М (С₂ Н₄ Cl₂ ) = 99 кг/кмоль

X₁ (C₂ H₄ ) = 28•15254/99 = 4402,2 кг/ч

Х₂ (Сl₂ ) = 71•15254/99 = 10939,7 кг/ч

На образование ТХЭ:

Х₁ Х₂ 311,3 Х₃

С₂ Н₄ + 2Cl₂ С₂ Н₃ Cl₃ + НCl

28 142 133,5 36,5

M(HCl) = 36,5 кг/кмоль

М(С₂ H₃ Cl₃ ) = 133,5 кг/кмоль

Х₁ (С₂ Н₄ ) = 28•∙311,3/133,5 = 65,3 кг/кмоль

Х₂ (Cl₂ ) = 142•311,3/133,5 = 331,2 кг/кмоль

Х₃ (НCl) = 65,3•36,5/28 = 85,1 кг/ч

На образование ВХ:

Х₁ X₂ 15,56 X₃

С₂ H₄ + Сl₂ C₂ H₃ Cl+ HCl

28 71 62,5 36,5

M(C₂ H₃ Cl) = 62,5 кг/кмоль

Х₁ (C₂ H₄ ) = 28•15,56/62,5 = 6,97 кг/ч

Х₂ (Сl₂ ) = 71•15,56/62,5 = 17,27 кг/ч

Х₃ (НCl) = 6,97•36,5/28 = 9,1 кг/ч

На образование ХЭ:

Х₁ X₃ 15,56

С₂ Н₄ + НClC₂ H₅ Сl

28 36,5 64,5

M(C₂ H₅ Cl) = 64,5 кг/кмоль

Х₁ (С₂ Н₄ ) =28•15,56/64,5 = 6,7 кг/ч

В данном случае идет утилизация хлористого водорода, образовавшегося в предыдущих реакциях.

Х₃ (HCl) = 15,56•36,5/64,5=8,8 кг/ч

Определяем суммарное количество образовавшегося хлористого водорода:

На реакцию образования этилхлорида расходуется хлористого водорода – 10,1 кг/ч. остальное количество 94,2 – 8,8 = 85,4 кг/ч растворяется в дихлорэтане сырце.

Общий расход этилена.

Расход технического этилена.

Состав технического этилена, % об.:

Этилен (С₂ Н₄ ) – 99,9

Метан (СН₄ ) – 0,048

Этан (С₂ Н₆ ) – 0,048

Пропилен (С₃ Н₆ ) – 0,005

Плотность при нормальных условиях [5]

где М – молекулярная масса газа, кг/кмоль

– плотность газа при н.у., кг/м³

22,4 м³ – объем, занимаемый 1 кмоль газа.

(С₂ Н₄ ) = 28/22,4 = 1,250 кг/м³

(СН₄ ) = 16/22,4 = 0,714 кг/м³

(С₂ Н₆ ) = 30/22,4 = 1,339 кг/м³

(С₃ Н₆ ) = 42/22,4 = 1,875 кг/м³

(С₂ Н₂ ) = 26/22,4 = 1,161 кг/м³

Объем при нормальных условиях [5]

где – объем, занимаемый газом при н.у., м³

m–масса газа, кг

- плотность газа при н.у., кг/м³

Объемный расход чистого 100%-ого этилена для получения дихлорэтана.

Общий объемный расход этиленовой фракции составит:

Расход остальных газов:

Пропилен или

Метан или

Этан или

Общий массовый расход технического этилена составит:

Состав этилена в массовых процентах :

[5]

Этилен

Пропилен

Метан

Этан

Общий расход хлора

G = 11288,6 кг/ч – расход чистого 100%-ого хлора пошедшего на реакцию получения 1,2 – дихлорэтана и побочные реакции.

Определим состав технического хлора в массовых процентах.

Определим плотность газов, входящих в состав технического хлора.

(Cl₂ ) = 71/22,4 = 3,17 кг/м³

(Н₂ O)= 18/22,4 = 0,8 кг/м³

(O₂ )= 32/22,4 = 1,43 кг/м³

Объемный расход чистого 100%-ого хлора составит:

Объемный расход технического хлора:

Остальные компоненты:

Вода или

Кислород или

Массовый расход технического хлора.

(вода)

где – массовый расход технического хлора

m_i (хлор) – массовый расход 100%-ого (чистого) хлора

m_i (кислород) – массовый расход 100%-ого (чистого) кислорода

m_i (вода) – массовый расход 100%-ого (чистого) водяного пара

Определим состав технического хлора в массовых процентах.

[5]

хлор

вода

кислород

Таблица 5.1. Материальный баланс стадии прямого хлорирование этилена

Приход				Расход
Компоненты			%	Компоненты			%
Технический этилен в том числе: Этилен Пропилен Метан Этан Технический хлор, в том числе: Хлор Вода кислород	4484,77 4481,2 0,3 1,23 2,3 11392,6 11288,6 0,033 104	160,17 160,04 0,007 0,07 0,07 160,46 159 0,002 3,25	27,88 72,12	ДХЭ-товарный Побочные, в том числе: ТХЭ ВХ ХЭ Отходящие газы, в том числе: Хлористый водород Пропилен Метан Этан Вода Кислород Потери ДХЭ	14943 342,4 311,3 15,56 15,56 193,3 85,4 0,2 1,23 2,3 0,033 104 395	151 2,85 3,17 0,24 0,24 5,85 1,2 0,007 0,07 0,07 0,002 3,25 4	94,73 1,98 1,17 2,2
ИТОГО:	15873,7	100	ИТОГО:	15873,7	100

Таблица 5.2. Материальный баланс реактора прямого хлорирование этилена

Приход				Расход
Компоненты			%	Компоненты			%
Технический этилен, в том числе: Этилен Пропилен Метан Этан Технический хлор, в том числе Хлор Вода Кислород	4484,77 4481,2 0,3 1,23 2,3 11392,6 11288,6 0,033 104	160,17 160,04 0,007 0,07 0,07 160,46 159 0,002 3,25	27,88 72,12	ДХЭ-сырец, в том числе: ДХЭ ТХЭ ВХ ХЭ Остальные, в том числе: Хлористый водород Пропилен Метан Этан Вода Кислород	15565 15254 311,3 15,56 15,56 193,3 85,4 0,3 1,23 2,3 0,033 104	157,2 154,1 3,2 0,24 0,24 5,85 1,2 0,007 0,07 0,07 0,002 3,25	94,73 1,17
ИТОГО:	15873,7	100	ИТОГО:	15873,7	100

6. Тепловой баланс

Уравнение теплового баланса в общем виде:

Q ₁ + Q ₂ + Q ₃ + Q ₄ + Q ₅ + Q ₆ + Q _{пот .,} [6]

где Q₁ , Q₂ , Q_3, Q₄ – тепловые потоки технического этилена, технического хлора азота и продуктов реакции соответственно, кВт;

Q₅ – теплота экзотермических реакций;

Q₆ – теплота, отводимая кипящим конденсатом, кВт;

Q пот. – теплопотери в окружающую среду, кВт

Исходные данные:

Материальные потоки (из таблицы материального баланса реактора)

Технический этилен:

Технический хлор:

Продукты реакции (ДХЭ – сырец):

Остальные:

Для расчета тепловых расчетов технического хлора, технического этилена, продуктов реакции рассчитаем средние молярные теплоемкости:

[6]

технического хлора при температуре:

Т₁ =25+273=298К

технического этилена при температуре:

Т₂ =25+273=298К

продуктов реакции при температуре:

Т₃ =55+273=328К

остальных при температуре:

Т₄ =55+273=328К

Средние молярные теплоемкости

Наименование
Технический этилен: Этилен Пропилен Метан Этан Итого: Технический хлор: Хлор Вода Кислород Итого: Остальные газы + продукты реакции: ДХЭ ТХЭ ВХ ХЭ Хлористый водород Пропилен Метан Этан Вода Кислород	99,9 0,006 0,027 0,05 100 99,1 0,0003 0,9 100 97,3 1,28 0,004 0,004 1,34 0,001 0,01 0,038 0,0012 0,009	43,56 63,89 35,71 52,64 33,93 75,42 29,37 79,63 148,50 53,68 12,76 29,0 76,08 39,74 63,02 34,23 30,02	43,52 0,004 0,009 0,026 43,56 33,62 0,00023 0,264 33,88 77,48 1,90 0,002 0,004 0,39 0,0001 0,0004 0,024 0,0004 0,0027
ИТОГО:	100	79,8

Тепловые потоки:

Технического этилена

[6]

где G_M – материальный поток, кмоль/с

t – температура, ⁰ С

– средняя молярная теплоемкость, Дж/(моль·К)

Технического этилена:

Q₁ =0,04·43,56·25 = 43,56 кВт

Технического хлора:

Q₂ =0,04·33,88·25 = 33,88 кВт

Продукты реакции +остальные:

Q₃ =(0,043+0,002)·79,8·55 = 197,5 кВт

Рассчитаем теплоты реакции.

Теплоты образования веществ (кДж/моль)

С₂ Н₄ 52,28 [5]

Cl₂ 0

HCl -92,31

C₂ H₄ Cl₂ -130,02

C₂ H₃ Cl₃ -138,49

C₂ H₃ Cl 31,37

C₂ H₅ Cl -105,0

[5]

где - теплота химической реакции

- теплота продуктов реакции

- теплота исходных веществ

1. С₂ Н₄ +Сl₂ →C₂ H₄ Cl₂

= -130,02 – (0+52,28) = -182,3 кДж/моль

2. С₂ Н₄ +2Сl₂ →C₂ H₃ Cl₃ +НCl

= -138,49+(-92,31) – 52,28 = -283,08 кДж/моль

3. С₂ Н₄ +Сl₂ →C₂ H₃ Cl+НCl

= 31,37+(-92,31) – 52,28= -113,22 кДж/моль

4. С₂ Н₄ +НСl→C₂ H₅ Cl

= -105,0 – (-92,31+52,28) = -64,97 кДж/моль

Теплота экзотермических реакций.

Q_реак =[1000/3600] (17,89·182,3+2,4·283,08+0,28·113,22·0,27·64,97) = 9109,27 кВт

Общий приход тепла.

Q_прих =Q_реак +Q₁ +Q₂ [6]

где Q_прих – общий приход тепла

Q₁ – тепловой поток технического этилена

Q₂ – тепловой поток технического хлора

Q_прих = 9109,27+43,56+33,88 = 9186,44 кВт

Потери тепла в окружающую среду принимаем равными – 5% от общего прихода тепла.

Q_потерь = 9186,44·0,05=459,32 кВт

Определим количество тепла, отводимое из реактора дихлорэтаном.

Q_сжим = Q_{прих –} Q_потерь - Q_{прод.реак}

Q_сжим = 9186,44 – 459,32 – 197,5 = 8529,62 кВт

Данные расчета теплового баланса заносим в таблицу.

Таблица 6.2. Тепловой баланс реактора прямого хлорирования этилена

На основании теплового расчета определяем количество дихлорэтана, циркулирующее в холодильнике.

Формула: [6]

где G – количество дихлорэтана – сырца, кг/ч

Q – тепло, снимаемое в выносном холодильнике, кВт

С– теплоемкость ДХЭ – сырца, кДж/кг∙К

tн, tк – начальная и конечная температура ДХЭ – сырца.

7. Технологические расчеты

7.1 Определение основных размеров реактора

Основные размеры проектируемого реактора рассчитываем исходя из соотношения действующего реактора [7]

Высоту реакционной зоны реактора принимаем 8500 мм на основании литературных и практических данных.

Объемная производительность реактора синтеза ДХЭ 0,72

При производительности реактора 15.25 т/ч, объем реакционной зоны составит: 15.25 • 0,72 = 10.98 м³

Для определения внутреннего диметра проектируемого аппарата воспользуемся системой уравнений

; [7]

Решим уравнение относительно

=

Высота:

7.2 Определение диаметра основных патрубков

Расчет диаметра ведем по формуле:

[7]

где d– внутренний диаметр патрубка, м

G – массовый расход вещества, кг/ч

W – скорость среды, м/с

– плотность среды, кг/м³

Расходы:

G (ДХЭ) = 7414 кг/ч

G (этилен) = 4484,77 кг/ч

G (хлор) = 11392,63 кг/ч

Скорости:

W (ДХЭ-пар) = 30 м/с [7]

W (этилен) = 25 м/с

W (хлор) = 25 м/с

Плотности:

(ДХЭ-пар) = 1200 кг/м³ при t = 55 ⁰ С, = 0,18 МПа [7]

(этилен) = 4,69 кг/м³ при t = 25 ⁰ С, = 0,3 МПа [7]

(хлор) = 11,64 кг/м³ при t = 25 ⁰ С, = 0,3 МПа [7]

d (ДХЭ-пар)= – принимаем стандартный диаметр равный 80 мм.

D (этилен) = – принимаем стандартный диаметр равный 125 мм

D (хлор) = – принимаем стандартный диаметр равный 125 мм.

7.3 Расчёт теплообменника

Исходные данные:

Тепловая нагрузка Q = 8524050 Вт

ДХЭ охлаждается от 60°С до 45°С оборотной водой с начальной температурой 25°С и конечной температурой 35°С.

7.3.1 C редняя разность температур при противотоке

6045

35 25

=25

[8]

7.3.2 Средняя температура воды

7.3.3 Средняя температура ДХЭ

[8]

7.3.4 Определим расход воды

где с – теплоёмкость воды, Дж/(кг×К)

С=4190 Дж/(кг×К) [8]

G м³ /с

=1000 кг/м [8]

7.3.5 Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена

По т. 4.8. K800 Вт/(м×К) [8]

[8]

7.3.6 Выбираем по ГОСТ 15120–79 теплообменник [8]

F = 961 м

Д = 1200 мм

= 20х2 мм

= 1701 шт.

одноходовой

= 9,0 м

S_{между перег.} =18,7×10^{-2 м2}

S_{сечения одного хода по трубам} = 34,2×10^{-2 м2}

Проведём уточненный расчет

7.3.7 Межтрубное пространство (вода)

Критерий Рейнольдса

где – эквивалентный диаметр, м

m – вязкость воды при средней температуре

m=996 кг/м [8]

r=804Па×с [8]

При 10000 Критерий Нуссельта

(Рr/Pr_ст ) ^0,25 [8]

Критерий Прандтля

Рr = , [8]

где – коэффициент теплопроводности, Вт/(м×к).

= 0,601 Вт/(м×к)

Р_r = ,

Поправкой (Рr/Рr_ст )^0,25 можно пренебречь, т. к. разность температур невелика (Рr/Рr_ст )^0,25 » 1.

= 245

Коэффициент теплоотдачи для воды

[8]

7.3.8 Коэффициент теплоотдачи для ДХЭ

Трубное пространство

Примем скорость ДХЭ в трубах 0,5 м/с

w_ДХЭ = 0,5 м/с

Re = =

r_ДХЭ = 1207 кг/м₃ при средней температуре

m_ДХЭ = 574 10^-6 Па×c

(по программе физико-химические свойства веществ FIS-HIM).

Рr =

λ_ДХЭ = 0,121 Вт/(м×К)

С_ДХЭ = 1323 Дж/(кг×К) (по программе FIS-HIM).

При Re = 10 ⁴ – 5 ×10⁶ ; Рr = 0,6 – 100

Критерий Нуссельта

Nu= 0,023×Re^0,8 ×Pr^0,4 × (Pr/Pr_ст )^0,25 [8]

Nu= 0,023× 16822 ^0,8 ×6,3 ^0,4 = 115

Поправкой (Pr/Pr_ст )^0,25 » 1 можно пренебречь

Коэффициент теплоотдачи для ДХЭ

7.3.9 Тепловая проводимость стенки и загрязнений

по таблице ХХХIr_в , r_ДХЭ [8]

= 46,5 Вт/(м×к) по таблице [8]

r_в = 5800 Вт/м² ×к)

r_ДХЭ = 2900 Вт/м² ×к)

s= 0,002 мм

Коэффициент теплоотдачи

[8]

7.3.10 Вт/(м² ×К)

7.3.11 Расчетная площадь поверхности теплообменника

=

7.3.12. Определим запас площади поверхности теплообмена.

Запас площади поверхности теплообмена достаточен.

Окончательные параметры аппарата принимаем:

Одноходовой кожухотрубный теплообменник с поверхностью теплообмена

F = 961 м² , Д_кожуха -1200 мм, d_трубы = 20 × 2 мм, количество труб n = 1701, высота труб Н = 9 м.

8. Механические расчеты

8.1 Расчет реактора прямого хлорирования этилена

Исходные данные для механического расчета аппарата приняты на основании технического паспорта действующего реактора:

1. Расчетное давление, Р_р = 6 кгс/см² (0,6 МПа)

2. Давление испытания, Р_шп = 7,8 кгс/см² (0,78 МПа)

3. Расчетная температура, t = 55 ⁰ С

4. Допускаемое напряжение металла, G = 1600 кгс/см²

5. Коэффициент прочности сварного шва, φ_р = 0,9

6. Прибавка к расчетным толщинам, С = 0,2; С₃ = 0,2

7. Внутренний диаметр аппарата и днища, D = 130 см

8. Материал обечайки; сталь 15Х СНД ГОСТ – 19828 – 79

9. Материал днища: сталь 09Г2С ФВ ГОСТ – 5520 – 79

10. Радиус кривизны в вершине днища: R= 130 см.

8.1.1 Расчет обечайки нагруженной внутренним давлением. Р_р =13 кгс/см²

Толщина стенки

S ≥ S_R + C

где S_R – расчетная толщина

S_R = [11]

S_R =

S=0,27+0,2 = 0,47 см или 4,7 мм

Исполнительная толщина

S_испол = 0,5 см или 5 мм

Допускаемое внутреннее избыточное давление

[11]

8.1.2 Расчет эллиптического днища (крышки)

Толщина стенки:

S_I = S_IR + C

где S_IR – расчетная толщина.

S_IR =

S_IR =см или 2,7 мм

S_I = 0,27+0,2 = 0,47 см или 4,7 мм

Исполнительная толщина:

S_испол = 0,5 см или 5 мм

2. Допускаемое внутреннее избыточное давление.

[11]

кгс/см²

8.1.3 Расчет укрепления отверстия в эллиптическом днище (крышке) аппарата

1 Условия применения расчетных формул

S_IR =см или 0,3 мм.

Расчетная длина внешней части штуцера.

L_IR =min 1,25

L_IR =1,25=2,45 см или 24,5 мм.

Расчетная длина внутренней части штуцера.

L_SR =min 0,5

L_SR =0,5 =0,56 см или 5,6 мм.

Расчетная ширина зоны укрепления в стенке днища (крышки)

L_R =min;

L_R ==8,8 см или 88 мм.

Отношение допускаемых напряжений.

Х₁ = min; Для внешней части

Х₁ =

Х₂ = min; Для внутренней части

Х₂ =

Расчетный диаметр отверстия, не требующего дополнительного укрепления при отсутствии избыточной толщины стенки днища.

D_ot =0,4·=0,4·=3,53 см или 35,3 мм

где D_R – внутренний диаметр штуцера

D – внутренний диаметр аппарата

где S – толщина стенки

D – внутренний диаметр аппарата.

Расчетный диаметр укрепленного эллиптического днища при Н=0,2D

D_R =2D[11]

где D_R – расчетный диаметр укрепленного эллиптического днища

x – расстояние от центра закрепленного отверстия до оси эллиптического днища

(х=0) – в нашем случае

D_R = 2·130=260 см или 2600 мм.

Расчетный диаметр отверстия в стенке эллиптического днища (крышки)

d_R = d+2C_S

где d_R – расчетный диаметр отверстия в стенке эллиптического днища (крышки)

d – внутренний диаметр штуцера

d_R =12,5+2·0,2=12,9 си или 129 мм.

Расчетная толщина стенки штуцера, нагруженного внутренним давлением

S_IR =

Расчетный диаметр отверстия не требующего дополнительного укрепления

d_OR =2 (

d_OR =2 (=3,53 см или 35,3 мм

условие, при котором не требуется укрепление отверстия d_R ≤d₀

35,3≤129- условие выполняется

8.2 Расчет толщины тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции, находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду.

[14]

где =9,3+0,058 t_пар – коэффициент теплоотдачи от верхней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м² к)

t_пар – температура изоляции со стороны окружающей среды, исходя из требований техники безопасности не должна превышать 95 ⁰ С.

t_пар принимаем равной 40 ⁰ С

t_ст1 – температура изоляции со стороны аппарата, ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции t_ст1 принимаем равной температуре среды в аппарате в нашем случае t_ст1 = 55 ⁰ С

t_в – температура окружающей среды (воздуха), ⁰ С. Принимаем t_в =17,2 ⁰ С

– коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м∙к)

В качестве материала для тепловой изоляции выбираем совелит, имеющий коэффициент теплопроводности =0,09 Вт/(м∙к)

=9,3+0,058∙90=14,52 Вт/(м² ∙к)

Толщина изоляционного материала

8.3 Расчет теплообменника

Исходные данные:

Тепловая нагрузка Q = 279160 Вт

Абгазы охлаждается от 65°С до 40°С водой с начальной температурой 25°С и конечной температурой 35°С.

8.3.1 C редняя разность температур при противотоке

6540

3525

=30

[8]

8.3.2 Средняя температура воды

8.3.3 Средняя температура абгазов

[8]

8.3.4 Определим расход воды

где с – теплоёмкость воды, Дж/(кг×К)

С=4190 Дж/(кг×К) [8]

G м³ /с

=1000 кг/м [8]

8.3.5 Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена

По т. 4.8. K120 Вт/(м×К) [8]

[8]

8.3.6 Выбираем по ГОСТ 15120–79 теплообменник [8]

F = 49 м

Д = 600 мм

= 20х2 мм

= 389 шт.

одноходовой

= 2,0 м

Действующее число Re равно:

= 2079

Рr = , [8]

где – коэффициент теплопроводности, Вт/(м×к).

= 0,142 Вт/(м×к)

Р_r =

Поправкой (Рr/Рr_ст )^0,25 можно пренебречь, т. к. разность температур невелика (Рr/Рr_ст )^0,25 » 1.

= 4,05

Коэффициент теплоотдачи для воды

[8]

8.3.7 Коэффициент теплоотдачи для абгазов

Трубное пространство

Примем скорость абгазов в трубах 0,5 м/с

8.3.8 Тепловая проводимость стенки и загрязнений

по таблице ХХХIr_в , r_абгаз. [8]

= 46,5 Вт/(м×к) по таблице [8]

r_в = 5800 (Вт/м² ×к)

s= 0,002 мм

8.3.9 Коэффициент теплоотдачи

[8]

Вт/(м² ×К)

8.3.10 Расчетная площадь поверхности теплообменника

=

7.3.11 Определим запас площади поверхности теплообмена.

Запас площади поверхности теплообмена достаточен.

Окончательные параметры аппарата принимаем:

Одноходовой кожухотрубный теплообменник с поверхностью теплообмена

F = 49м² , Д_кожуха -600 мм, d_трубы = 20 × 2 мм, количество труб n = 389, высота труб Н = 2,0 м.

9 Аналитический контроль процесса

Таблица 9.1

10. Автоматизация производства

Широкое развитие всех отраслей народного хозяйства не возможно без интенсификации производства, совершенствования технических процессов и роста производительности труда. Одним из решающих факторов в деле выполнения поставленных задач является автоматизация, как средство обеспечения контроля, надёжности, экономичности и безопасности работы технического оборудования. Практически все существующие промышленные объекты оснащены средствами автоматизации. Наиболее сложные объекты нефтепереработки, химии и нефтехимии, чёрной металлургии, энергетики оснащены системами комплексной автоматизации. На основе последних достижений фундаментальных и прикладных наук, теории автоматического регулирования и развития на базе вновь разрабатываемых приборов и регуляторов создаются системы автоматизации. Такие системы позволяют выполнять следующие функции: контроль параметров технологических процессов, обработку информации, автоматическое регулирование параметров, обеспечение безопасной эксплуатации технологического оборудования, оптимизацию технологических процессов.

Дальнейший процесс в области автоматизации происходит за счёт развития фундаментальных наук, повышения точности и надёжности аппаратуры, создание принципиально новых видов приборов и систем автоматического регулирования и управления [15].

Высокоагрессивные условия, в которых осуществляется низкотемпературное хлорирование этилена, предъявляют к датчикам и приборам повышенные требования надежности, что не всегда позволяет полностью автоматизировать процесс.

10.1 Анализ объектов управления

Объекты управления: низкотемпературный реактор прямого хлорирования этилена Р‑1 с выносным кожухотрубным теплообменником Т‑1. Они представляют собой сложный объект управления с большим числом параметров, характеризующих процесс.

Расход сырья можно стабилизировать, используя регуляторы расхода. Диафрагмы и исполнительные устройства регуляторов устанавливаются на трубопроводах подачи сырья (этилена и хлора), (поз. 2,3). Также на входе в реактор Р‑1 контролируется температура сырья, (поз. 1).

Кроме этого в теплообменнике Т‑1 ведётся контроль за такими параметрами, как температура (поз. 5) и давление (поз. 7).А также контролируется расход абгазов на выходе из теплообменника Т‑1, и расход оборотной воды на входе в теплообменник Т‑1 (поз. 6,4).

Как объект управления промежуточная ёмкость дихлорэтана-сырца (поз. Е‑1) подлежит автоматическому регулированию уровня с сигнализацией предельных значений (поз 8).

Расход дихлорэтана – сырца (поз. 9) стабилизируется с помощью регулятора расхода. Диафрагмы и исполнительные устройства устанавливаются на трубопроводе дихлорэтана – сырца, поступающего на узел отмывки.

10.2 Спецификация на приборы и средства автоматизации

Таблица 10.2

Предложенная схема автоматизации, установки прямого низкотемпературного хлорирования этилена обеспечит контроль и регулирование основных параметров технологического процесса, а также возможность ведения технологического процесса в оптимальных для данной установки условиях, что обеспечит получение готового продукта (1,2-дихлорэтана) заданного качества.

Конкретные типы средств автоматизации выбирались с учетом особенностей технологического процесса и его параметров.

В первую очередь принимались во внимание такие факторы, как пожароопасность и взрывоопасность, агрессивность и токсичность среды, число параметров, участвующих в управлении, и их физико-химические свойства, дальность передачи сигналов информации и управления, требуемые точность и быстродействие. Эти факторы определяют выбор методов измерения технологических параметров, требуемые функциональные возможности регуляторов и приборов (законы регулирования, показание, запись и т.д.), диапазоны измерения, классы точности, вид дистанционной передачи и т.д.

11. Безопасность жизнедеятельности

11.1 Общая характеристика опасных и вредных примесей производственных факторов

Существует опасность отравления применяемыми в технологическом процессе токсичными продуктами: хлором, парами 1,2-дихлорэтана, хлористым водородом, этиленом, 1,1,2-трихлорэтаном, винилхлоридом, едким натром, керосином, аммиаком, парами топлива, азотом. Опасность отравления может возникнуть в результате их утечки, а также нарушения герметичности фланцевых соединений, сварных швов трубопроводов и оборудования, торцевых и сальниковых уплотнений насосного оборудования [15].

Взрывоопасность связана с содержанием паров 1,2-дихлорэтана в атмосфере и в воздухе рабочих помещений более 6,2% (объемн), этилена более 3% (объемн.), 1,1,2-трихлорэтана более 8,7% (объемн), паров различных видов топлива более 2% (объемн), винилхлорида более 3,0% (объемн) при нарушениях технологического режима и герметичности оборудования и трубопроводов.

Пожароопасность связана с применением пожароопасных продуктов (этилена, аммиака, топлива, 1,1,2-трихлорэтана, 1,2-дихлорэтана, винилхлорида), горюче-смазочных материалов и с возможностью их загорания.

Опасность термических ожогов при соприкосновении с паром, конденсатом, горячей водой; с нагретыми частями оборудования и трубопроводов вследствие нарушения их теплоизоляции или неполной теплоизоляции.

Опасность химических ожогов раствором едкого натра, хлором, хлористым водородом, кислыми сточными водами, легкокипящими отходами производства дихлорэтана, 1,2-дихлорэтаном, винилхлоридом, влажным катализатором оксихлорирования, 1,1,2-трихлорэтаном, твердым едким натром.

Опасность поражения электрическим током при неисправности электрооборудования и при нарушении правил техники безопасности при эксплуатации электрооборудования.

Опасность получения механических травм из-за неправильного обслуживания вращающихся и движущихся механизмов (компрессоров, насосов, вентиляторов), при отсутствии ограждений.

Таблица 11.1. Вредные и опасные производственные фактора проектируемого объекта

11.2 Производственная санитария

По санитарной классификации 1,2‑дихлорэтана, с точки зрения выделения производственных вредностей в окружающую среду относится к классу I с минимальной защитной зоной 100 метров [17].

В качестве основной меры защиты работающих от воздействия вредных веществ является дистанционное управление технологическим процессом, а также применение средств индивидуальной защиты. (спец. одежда, противогаз с фильтрующей коробкой марки БКФ)

Все лица, занятые на производстве и имеющие контакт с вредными веществами, должны в обязательном порядке проходить предварительный и периодический медицинский осмотр, знать методы оказания неотложной помощи пострадавшим при отравлении. [18]

Контроль за содержанием вредных веществ в воздухе в рабочей зоне осуществляется с помощью системы контроля воздушной среды производственных помещений. На установке предусматривается наличие газоанализаторов, работающих на определение нижнего предела взрывоопасности взрывоопасных газов или паров легковоспламеняющихся жидкостей (применяемых на производстве) сблокированные с аварийными вентиляционными системами при достижении 20% от нижнего предела взрываемости. [19]

Все санитарно-бытовые помещения расположены в отдельно стоящих административно-бытовых зданиях.

Для локализации выделяющихся вредных веществ в производственных помещениях, установлена местная и общеобменная вентиляция, обеспечивающая 8-ми кратный воздухообмен по всему объему помещения. Кроме того установлена аварийная вентиляция, сблокированная с газоанализатором.

Приточные вентиляционные установки совмещены с системой воздушного отопления. Все вентиляторы, применяемые на производстве, должны быть взрывозащищенного исполнения.

Для защиты работающих от шума и вибрации предусмотрены следующие мероприятия:

– изоляция источников шума и вибрации средствами звуко- и виброизоляции, звуко- и вибропоглощения;

– рациональное размещение технологического оборудования, машин, механизмов, акустическая обработка помещений. [20]

Для нормализации освещения производственных помещений предусмотрено:

1. Естественное освещение – боковое в производственных зданиях.

2. Искусственное освещение-общее (все производственные помещения освещаются однотипными светильниками). Для искусственного освещения помещений используем ДРЛ лампы. [21]

Для освещения наружной установки применяем дуговые люминесцентные ртутные лампы высокого давления (ДРЛ). Все светильники, применяемые на установке 1,2-ДХЭ, должны быть взрывозащищенного исполнения. Также предусматриваем аварийное освещение. Для этой цели применим лампы накаливания.

11.3 Расчет освещения корпуса 202

1.3.1 Расчет естественного освещения

Естественное освещение предусматривается во всех производственных помещений. Подбираем боковой двухсторонний вид естественного освещения т. к. часть оборудование располагается на крыше нашего производства:

Рассчитаем площадь пола здания.

Длина корпуса L=80 м. Высота Н=6,5 м. Ширина В =27 м.

Корпус по высоте разделен на три отметки с высотами 0,000 м; 6,500 м; 13,000 м.

Рассчитаем: S_пол = L×В = 80×27 = 2160 м²

Определяем коэффициент естественного освещения (КЕО) по формуле:

e_N = e_H ×m_N [22]

где N – номер группы обеспеченности светом

e_N – значение КЕО

m_N – коэффициент светового климата

Иркутская область относится ко 2-й группе светового климата.

e₂ = 1×0,9 = 0,9

Определяем суммарную площадь световых проёмов при боковом освещении, по формуле:

[22]

где S_о – площадь световых проемов, м² .

S_П – площадь пола помещения, м² .

е_Н – нормированное значение КЕО, %.

η_о – световая характеристика окна

k_З – коэффициент запаса

k_ЗД – коэффициент учитывающий затенение противостоящими зданиями, зависящий от отношения расстояния между зданиями к высоте расположенного карниза противостоящего здания

r₁ – коэффициент учитывающий отраженный свет

τ_о – общий коэффициент светопропускания рассчитывается по формуле:

τ_о =τ₁ τ₂ τ₃ τ₄ τ₅ [22]

где τ₁ – коэффициент светопропускания материала.

τ₂ – коэффициент учитывающий потери света в переплетах

τ₃ – принимаем равным 1

τ₄ – коэффициент учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах принимаем равным 0,9

τ₅ – коэффициент учитывающий потери в защитной сетке принимаем равным 0,9

Определим площадь световых проемов.

м²

Выбираем окна размером 3×4 м по 25 окон с каждой стороны.

11.3.2 Расчет искусственного освещения

Задачей расчета является нахождения количества светильников и ламп, и их расположение. Тип светильника УПД ДРЛ 250.

Определим необходимый световой поток по формуле:

[22]

где Е – нормируемое значение освещенности для данного разряда зрительных работ, равным 100 лк.

k – коэффициент запаса, принимаем 1,5

S – площадь помещения, м² .

N – количества светильников, шт.

n – количества ламп в светильнике, шт.

z – коэффициент равномерности, для люминесцентных ламп 1,15

η – коэффициент использования светового потока ламп, зависит от индекса (i)

Определим высоту подвеса светильников по формуле:

Н_П = Н – (h_p +h_с)

где Н – высота помещения, м.

h_p – высота рабочей поверхности, принимаем 0,8 м.

h_c – высота от точки подвеса до светильника, принимаем 0,7 м.

Н_П = 6,5 – (0,8 + 0,7) = 5,0 м

l – принимаем равное стандартному шагу колонн 6 м.

Расстояние от стен до крайнего ряда светильников, I принимаем

I = 0,3×6=1,8 м

Определим число рядов светильников по длине помещения.

; [22]

где L, B – длинна и ширина помещения, м

;

принимаем n₁ = 14 рядов; n₂ = 4 рядов

Определим общее число светильников по формуле:

N = n₁ ×n₂ = 14×4 = 56 шт.

Определим индекс помещения:

Принимаем:

ρ_п = 70%; ρ_ст = 50%; ρ_раб = 10%

при i = 4 η = 60%

определим необходимый световой поток:

лм

Подбираем лампу ДРЛ 250 с F = 11000 лм

11.4 Техника безопасности

Основными мероприятиями, обеспечивающими безопасность технологического процесса, безопасную эксплуатацию технологического оборудования электроустановок являются:

а) соблюдение обслуживающим персоналом правил пожарной безопасности при эксплуатации установки, при подготовке к ремонту, проведению ремонтных и других видов работ;

б) ведение технологического процесса в строго заданных нормах технологического режима;

в) своевременное предупреждение всех утечек из аппаратов, коммуникаций;

г) эксплуатация электроустановок в соответствии с «Правилами устройства электроустановок»;

д) эксплуатация сосудов работающих под давлением в соответствии с правилами Ростехнадзора:

е) постоянный контроль за работой приточно-вытяжной вентиляции, состоянием воздушной среды в производственных помещениях.

Режим труда и отдыха.

Установка получения 1,2-дихлорэтана относится к производствам с особоопасными условиями труда.

Для дневного персонала установлена пятидневная рабочая неделя, общей продолжительностью 36 часов.

Сменный персонал работает по пяти бригадному графику. Продолжительность одной смены – 8 часов.

Средства индивидуальной защиты работающих.

Для защиты органов дыхания – фильтрующий противогаз с коробкой марки «БКФ», шланговые противогазы ПШ – 1, ПШ – 2, кислородноизолирующие противогазы КИП – 8 применяются при работе в атмосфере с недостаточным содержанием кислорода менее 18% (объема) и содержанием вредных веществ более 0,5% (объема).

Для защиты тела – специальная одежда (костюм вискозно-лавсановый или хлопчатобумажный).

Специальная обувь – сапоги кирзовые, резиновые или ботинки кожаные.

Для защиты головы – каска.

Для защиты рук – рукавицы или перчатки.

Средства коллективной защиты:

· Средства нормализации воздушной среды производственных помещений;

· Средства защиты от шума и вибрации;

· Средства защиты от поражения электрическим током;

· Средства защиты от статического электричества;

· Средства защиты от воздействия механических и химических факторов.

11.4.1 Электробезопасность

По опасности поражения электрическим током установка производства 1,2-дихлорэтана методом прямого низкотемпературного хлорирования этилена относятся к особо опасным помещениям (ПУЭ). По пожароопасности помещения установки относятся к взрывоопасной категории А [27]

Согласно «Правилам устройства электроустановок» предусматриваем следующую классификацию производственных помещений и наружных установок по взрывоопасным и пожароопасным зонам.

Наружная установка (реакторы, колонна ректификации и т.д.) – В-IГ.

Помещения (машинный зал) – В-IA.

В связи с этим допускаемые уровни взрывозащиты электрооборудования следующие:

– электрические машины повышенной надежности против взрыва, повышенной надежности для аппаратов и приборов, искрящих или подверженных нагреву выше 80⁰ С;

– без взрывозащиты приборов и аппаратов, не искрящих и не нагревающихся выше 80⁰ С.

Для защиты электрооборудования от воздействия химически активной среды необходимо, чтобы материал, из которого выполнено электрооборудование, был коррозионностойким, механические части должны быть надежно защищены лакокрасочным или гальваническим покрытием.

Должны применяться провода и кабели с поливинилхлоридной изоляцией, а также провода с резиновой изоляцией и кабели с резиновой и бумажной изоляцией в свинцовой или поливинилхлоридной оболочке.

На установке должны применяться следующие мероприятия по электробезопасности: [25]

– защитное заземление

– малое напряжение

Мероприятия по защите от статического электричества [26]:

1) Отвод зарядов заземляющими устройствами. Заземление – все металлические и электропроводные неметаллические части технологического оборудования должны быть заземлены. Как правило такие заземляющие устройства объединяют с заземляющими устройствами для электроустановок.

Трубопроводы, вентиляционные короба и т.п. расположенные на установке должна представлять собой на всем протяжении непрерывную электрическую цепь, которая присоединяется к контору заземления не менее чем в двух точках.

2) Снижение интенсивности возникновения зарядов статического электричества достигаем соответствующим подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгиванием, дробления и распыления, отводом электростатического заряда очистной горючих газов и жидкостей от примесей. Для предотвращения воспламенения среды внутри аппаратов искровым зарядом, а также для исключения образования взрывоопасных смесей в закрытые системы подаем инертные газы – азот.

3) Отвод зарядов статического электричества накапливающихся на людях:

а) Устройство электропроводящих полов.

б) Заземление помостов и рабочих площадок, поручней лестниц, рукояток приборов машин и аппаратов.

11.4.1 Пожарная безопасность

По пожароопасности процесс получения 1,2‑дихлорэтана методом прямого хлорирования этилена относится к категории «А», как производство, в котором применяются горючие газы нижний предел взрываемости, которых не более 10% (объема) и жидкости с температурой вспышки паров 28⁰ С и ниже. [27]

По ПУЭ производственные помещения установки относятся к классу В-1а, как помещения, в которых при нормальной работе взрывоопасные смеси паров и газов с воздухом не могут образовываться, а возможны только в результате аварий или неисправностей.

Пределом огнестойкости конструкций зданий установки будет температура 600⁰ С так как главным конструкционным материалом (имеющим самую низкую огнестойкость по сравнению с другими элементами зданий) является бетон, который при данной температуре теряет до 40% своей первоначальной прочности, а температура 650-750⁰ С является для него критической. Степень огнестойкости зданий – II [28]

Пожаро– и взрывоопасные свойства веществ, используемых в производстве по НПБ 105-03.

Этилен – взрывоопасен, образует с воздухом взрывоопасные смеси. Температура самовоспламенения – 490⁰ С. ПДК – 100 мг/м³

Пределы взрываемости в смеси с воздухом: нижний – 3% (объема), верхний – 32% (объема).

Хлор – не горюч, с водородом образует взрывоопасные смеси. ПДК – 1 мг/м³ [29].

Пределы взрываемости в смеси с водородом: тнижний – 4% (объема), верхний – 87% (объема).

Хлористый водород – пожаровзрывобезопасный газ. ПДК – 5 мг/м³ .

Азот – не горюч, не взрывоопасен, инертный газ.

1,2-дихлорэтан – легковоспламеняющая жидкость, пары образуют с кислородом воздуха взрывоопасные смеси. Температура вспышки – 9⁰ С, температура самовоспламенения – 430⁰ С. ПДК – 10 мг/м³ [29].

Пределы взрываемости в смеси с кислородом воздуха: нижний – 6,2% (объема), верхний – 16% (объема).

1,1,2-трихлорэтан – трудногорючая жидкость, пары образуют с воздухом взрывоопасные смеси, температура вспышки – 29⁰ С, температура самовоспламенения – 495⁰ С. ПДК – 10 мг/м³ .

Пределы взрываемости в смеси с кислородом воздуха: нижний – 8,7% (объема), верхний – 17,4% (объема).

Винилхлорид – горючий газ образует с воздухом взрывоопасные смеси. Температура вспышки – 43⁰ С, температура самовоспламенения – 400⁰ С, ПДК – 1 мг/м³ .

Пределы взрываемости в смеси с кислородом воздуха: нижний – 3,6% (объема), верхний – 33,0% (объема).

Причины возникновения пожара, взрыва.

Увеличение давления в аппаратах выше регламентного значения приводит к срабатыванию предохранительных клапанов и загазованности территории пожаро- и взрывоопасными продуктами.

Повышение температуры в аппаратах выше регламентного может привести к ускорению скорости химической реакции (особенно в реакторах), что в свою очередь приводит к потере контроля за ходом химической реакции, увеличению давления в аппаратах.

Утечки перерабатываемых веществ и продуктов (которые в большинстве являются пожаровзрывоопасными) через фланцевые соединения, сальниковые уплотнения создают условия для образования взрывоопасных смесей.

Нарушение правил техники безопасности при проведении газоопасных, огневых, ремонтных работ.

Нарушение «Правил устройства электроустановок».

Несоблюдение норм технологического режима и аналитического контроля.

Неисправность приборов КИПиА.

Неисправность электроустановок.

Мероприятия по устранению причин пожара, предупреждению возможности воспламенения или взрыва:

· постоянный контроль за ходом технологического процесса, соблюдение норм технологического режима;

· нормальный нагрев теплоизоляции оборудования, искробезопасность ударноизмельчающего аппарата;

· исправность устройств для снятия заряда статического электричества;

· соблюдени техники безопасности при проведении ремонтных, огневых и газоопасных работ;

· соблюдение правил хранения веществ и материалов способных образовывать взрывчатые смеси, самовозгорающиеся и самовоспламеняющиеся при контакте с водой и воздухом (ГОСТ – 12.0.004–85);

· установка огнепреградителей на линиях сброса газообразных продуктов реакции на свечу.

Система пожарной связи и оповещения.

Телефонная связь. На каждом телефонном аппарате укрепляется табличка со значением номеров телефонов для вызовов пожарной охраны. Громкоговорящая связь. Автоматическое, комбинированные извещатели.

Средства пожаротушения.

На установки предусмотрена: сеть водяного пожаротушения и автоматического пенного пожаротушения, лафетные установки.

Первичные средства пожаротушения:

а) ручные огнетушители;

б) песок;

в) асбестовые полотна.

Ручные огнетушители: пенные, порошковые, углекислотные для тушения твердых и жидких веществ и материалов. Асбестовые полотна, песок там где возможен разлив небольшого количества горючих и легковоспламеняющихся жидкостей.

11.4.3 Молниезащита

При воздействии на объекты поражения ток молнии может производить электромагнитное, тепловое и механическое воздействие.

Молниезащита – комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования, материалов и установок от проявлений молний: возможных взрывов, пожаров, разрушений. Защита от воздействия молнии осуществляется молниеотводами и колонными аппаратами, которые соединены металлическими связями с контурами заземления. В состав молниеотводов входят: молниеприемники, непосредственно воспринимающие удар молнии; опоры; тоководы для передачи тока молнии в землю; заземлители, обеспечивающие растекания тока в земле.

Зона заземления зависит от типа, количества и взаимного расположения молниеотводов и может быть разнообразной геометрической формы.

Молниезащита выполнена по II категории [30].

12. Охрана природы

12.1 Меры, обеспечивающие охрану водных ресурсов и воздушного бассейна

Для предупреждения вредного воздействия продуктов при возникновении аварийных ситуаций и остановке производства на ремонт, емкостное и насосное оборудование имеет дренажи для опорожнения, посредством шлангов в приямки сточных вод. Танки, где возможен перелив, снабжены поддоном для сбора продукта. Сточные воды из приямков откачиваются на колонну отпарки сточных вод С-102 А, В.

Для обеспечения санитарной очистки абгазов стадии 100 предусмотрен узел керосиновой абсорбции дихлорэтана. Абгазы из переливного бака ММ‑201 и реактора R‑201А, В подаются на санитарную колонну С‑110 А, В. Для обеспечения очистки абгазов от дихлорэтана стадии 100, 300, 400 предусмотрены конденсаторы Е‑115, Е‑303, Е‑402, Е‑404, Е‑414, охлаждаемые захоложенной водой. Система захоложенной воды представляет из себя замкнутый контур, состоящий из емкости V‑616, насосов Р‑606А, В, холодильника L‑601–6А, В и системы трубопроводов[1].

12.2 Схема формирования сточных вод

1. Сточные воды от смыва полов, содержащие дихлорэтан, щелочь, кислоту, керосин со стадий 100, 200, 300 собираются в приямке G‑101, откуда насосом Р-115 А, В, откачиваются в емкость нейтрализации сточных вод V-109 А, В.

2. Воды дренажные сливов и смывов полов из приямков С‑601, С‑501, С‑301, С‑602 отделений получения дихлорэтана и винилхлорида, водная фаза разделительной емкости V‑301, щелочные стоки узла отмывки дихлорэтана-сырца стадии 200, сточные воды колонны закалки С‑101А, В собираются в емкость нейтрализации сточных вод V‑109А, В.

3. Ливневые стоки из поддона танкового парка самотеком поступают в приямок С‑301, откуда насосом Р‑115С откачиваются в емкость нейтрализации сточных вод V‑109А, В.

4. Смывы с полов насосной корпуса 204 собираются в приямке G‑302В откачиваются в емкость нейтрализации сточных вод V‑109А, В.

5. Сточные воды из емкости V‑109А, В насосом Р‑104А, В подаются на отпарную колонну С‑102, где происходит практически полное испарение и отгонка растворимого в воде дихлорэтана и ЛКП органических примесей. Отпаренные сточные воды выводятся через холодильник Е‑112А, в промливневую канализацию в колодец №57.

12.3 Способы обезвреживания и нейтрализации продуктов производства при розливах и авариях

Проливы от аппаратов и коммуникаций при неисправностях или ремонтах собираются в приямках цеха, откуда приямочными насосами откачиваются в емкость V – 109 и далее на отпарку в колонну С‑102. Для обезвреживания розливов винилхлорида, дихлоэтана, щелочи используется вода. Все сливы так же собираются в приямки, а затем откачиваются емкость V-109. Для обезвреживания загазованности производственных помещений хлором, этиленом, хлористым водородом, дихлорэтаном, винилхлоридом организуется дополнительная циркуляция воздуха (включением аварийной вентиляции, открытием окон и дверей для проветривания помещений). При возникновении больших проливов, загазованности технологический персонал выполняет действия, предусмотренные «Планом локализации аварийных ситуаций» [1].

13. Экономика и организация производства

13.1 Краткое описание проекта

В экономической части дипломного проекта производится расчет установки получения товарного дихлорэтана методом низкотемпературного хлорирования этилена.

Реконструкция данной установки, в ходе которой произошло увеличение размеров основного аппарата (реактора), повлияла на увеличение производственной мощности с 100000 до 120000 тонн в год.

При увеличении размеров основного аппарата произошло увеличение объема реакционной зоны, что повлияло на массовый расход реагентов, который в значительной степени возрос.

13.2 Организация технологического процесса и пути ее совершенствования

Организационная структура ОАО «Саянскхимпласт» представлена на рис. 13.1.

Обозначения и сокращения:

В организационной структуре ОАО «Саянскхимпласт» используются следующие сокращения:

1. Служба генерального директора:

– ОВА – отдел внутреннего аудита,

Управление информационных технологий:

– ЦАС – центр автоматизированных технологий,

– ЦССиТ – центр систем связи и телекоммуникаций.

Правовое управление:

– ОКС – отдел корпоративных связей.

Управление социального развития:

– ТКФ – торгово-коммерческая фирма,

– МСЧ – медицинская санитарная часть,

– ЖКУ – жилищно-коммунальный участок.

Производство ПВХ – производство поливинилхлоридной смолы:

– Цех №30 – цех по производству винилхлорида,

– Цех №40 – цех по производству поливинилхлорида,

– Цех №44 – цех по затарке и отгрузке поливинилхлорида,

– УППТ – участок пенопожаротушения.

РМСП – ремонтно-монтажное, строительное управление:

– Цех №27 – ремонтно-монтажный цех,

– Цех №37 – ремонтно-механический цех,

– Цех №38 – ремонтно-строительный цех.

2. Служба заместителя генерального директора по техническому развитию и строительству:

– УКС – управление капитального строительства.

3. Служба заместителя генерального директора по коммерческим вопросам:

– ОМТС – отдел материально-технического снабжения,

– ЖДЦ – железнодорожный цех,

– АТЦ – автотранспортный цех.

4. Служба главного инженера:

– ОПК ПБиОТ – отдел производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности и охраны труда,

– ООП – отдел охраны природы,

– ОТН – отдел технического надзора,

– ООиЭСК – отдел обследования и экспертизы промбезопасности строительных конструкций зданий и сооружений,

– ВГСО – военизированный газоспасательный отряд,

– ЛСВ – лаборатория службы воздуха,

– ПЛТД – производственная лаборатория по техническому надзору, диагностике и ремонту технологического оборудования,

– ОГМ – отдел главного механика,

– Ц 50 – цех по благоустройству и удалению отходов химических производств,

– ЦЛ – центральная лаборатория,

– ПКО – проектно-конструкторский отдел,

– ПДО – производственно-диспетчерский отдел,

– ОГЭ – отдел главного энергетика,

– МЦК – цех межцеховых коммуникаций,

– ЦЭС – цех электроснабжения,

– ВИК – цех воды и канализации,

– ЭРЦ – электроремонтный цех,

– КИПиА – цех контрольно-измерительных приборов и автоматики,

– Ц.72 – цех нейтрализации и очистки сточных промышленных вод,

ОСК – отдел стандартизации и качества.

5. Служба заместителя генерального директора по финансам:

– ФО – финансовый отдел,

– ЭО – экономический отдел,

– ОТиЗ – отдел труда и заработной платы.

6. Служба заместителя генерального директора по управлению персоналом:

– ОК – отдел кадров,

– ОПК – отдел подготовки кадров,

– ОСО – отдел по связям с органами исполнительной власти и общественными организациями,

7. Служба заместителя генерального директора по мембранному электролизу – начальник производства «Каустик»:

– Цех №21 – производство соды каустической методом мембранного электролиза

– Цех №22 – цех по очистке рассола и обесхлоривание анолита для получения соды каустической методом ртутного электролиза,

– Цех №23 – цех по производству жидкого хлора.

8. Служба заместителя генерального директора по безопасности:

– ОЭБ – отдел экономической безопасности,

– Отдел ГО и ЧС и мобилизации – отдел гражданской обороны и чрезвычайной ситуации.

Он отдает распоряжения, касающиеся технологии своему заместителю по производству который в свою очередь осуществляет контроль за работой следующих лиц: начальника ПТБ; технолога; начальника установки к. 202, ХКО; начальника установки к. 203, 204, 205.

Под управлением начальника ПТБ находятся инженера – технологи в количестве двух человек.

Под управлением технолога находятся начальники смен в количестве шести человек, под руководством которых находятся мастера смен и весь сменный персонал. Мастера смен ведут прямую работу с аппаратчиками синтеза (операторы).

Под управлением начальника установки к. 202, ХКО находятся следующие лица: начальник отделения ст. 100, 200; начальник отделения ст. 300, 400; начальник отделения ст. 500, 600; начальник отделения ХКО; бригада чистильщиков в количестве семи человек.

Под управлением начальника установки к. 203, 204, 205 находится начальник отделения к. 203, 204, 205.

Аппаратчик МСС (оператор) непосредственно подчиняется мастеру смены, а административно начальнику цеха, в его обязанности входит вести технологический процесс получения дихлорэтана в реакторах прямого хлорирования без отклонения от норм технологического режима, руководствуясь результатами аналитического контроля и показаниями приборов КИПиА. В этом ему помогает непосредственное взаимодействие с аппаратчиками установки, которое осуществляется по громкой – говорящей связи. В свою очередь аппаратчик обязан знать нормы технологического режима и результаты анализов. По указанию начальника смены проводить подготовку установки к пуску и к остановке отдельного оборудования и стадии в целом. Принимать меры по предотвращению и устранению неполадок и неисправностей в аварийных ситуациях. Выполнять мелкий ремонт оборудования: набивать сальниковые уплотнения, устанавливать заглушки и запорную арматуру малых диаметров, настраивать гибкие рукава, а также бережно относиться к технической документации.

13.2.3 Пути совершенствования организации технологического процесса

В данное время на установке низкотемпературного хлорирование этилена для проведения реакции образования 1,2 дихлорэтана при взаимодействии этилена и хлора используется катализатор – хлорное железо. Для совершенствования организации технологического процесса и экономии денежных средств, предлагаю загрузить в резервную емкость металлическую стружку и подать постоянным небольшим расходом ДХЭ в реактор. Процесс генерации металлической стружки значительно уменьшит периоды загрузки катализатора хлорного железа.

13.3 Расчет производственной мощности

На основе режима работы установки и прогрессивного графика планово – предупредительных ремонтов определяем эффективный фонд работы установки по данным, приведённым в таблице 11.1.

Таблица 13.1. Баланс работы оборудования

М_год = N_час ∙ Т_эф ∙ n

где: М_год – производственная мощность установки, Т

N_час – часовая производительность установки, Т/ч

Т_эф – эффективное время рабочей установки, час

n– число однотипных установок.

N _баз = 12,438 т/ч – часовая производительность установки до увеличения мощности.

N_проект = 15,254 т/ч – часовая производительность установки после увеличения мощности.

Производственная мощность установки до увеличения мощности

М_баз = 12,438×8040×1=100000 т/год

Производственная мощность установки после увеличения мощности

М_проект = 15,254×8040×1=122640 т/год

Коэффициент использования оборудования:

;

где: Д_эф – эффективный фонд времени работы оборудования, в днях

Д_ном – номинальный фонд времени, в днях

На 92% используется оборудование в цехе в год.

13.4 Расчёт капитальных затрат

Капитальные вложения на строительство цеха складываются из следующих затрат:

– строительно-монтажные работы (возведение зданий, сооружений, передаточных устройств);

– приобретение и монтаж оборудования и других видов основных фондов;

– прочие капитальные работы и затраты (проектно – изыскательные, геологоразведочные и др.).

Расчёт стоимости оборудования:

При расчёте балансовой стоимости оборудования нужно учесть – затраты на транспортировку, строительно-монтажные работы оборудования – 25% (от стоимости оборудования).

Для начало рассчитываем стоимость производственного оборудование, полученные данные сносим в таблицу 13.2

Таблица 13.2. Сметная стоимость производственного оборудования

Расчёт сметной стоимости строительства зданий и сооружений

1. Стоимость производственных зданий и сооружений (79% от учтенного оборудования)

11971,521 × 0,79 = 9457,501 тыс. руб.

Норма амортизации составляет 7% от сметной стоимости зданий и сооружений:

9457,501 × 0,07 = 662,025 тыс. руб.

2. Стоимость административно-бытовых зданий и сооружений (15% от сметной стоимости зданий и сооружений)

9457,501 × 0,15 = 1418,625 тыс. руб.

Норма амортизации составляет 5% от сметной стоимости административно-бытовых зданий и сооружений:

1418,625 × 0,05 = 70,931 тыс. руб.

Итого: 9457,501 + 1418,625 = 10876,126 тыс. руб.

Норма амортизации: 662,025 + 70,931 = 732,956 тыс. руб.

Таблица 13.3. Основные фонды и капитальные затраты.

11.5 Расчет изменения затрат по материальным ресурсам

Таблица 13.4. Материальный баланс получения товарного ДХЭ до увеличения мощности установки

Таблица 13.5. Материальный баланс получения товарного ДХЭ после увеличения мощности установки

Таблица 13.6. Расчет затрат на материалы, топливо, энергию до увеличения мощности установки

Таблица 13.7. Расчет затрат на материалы, топливо, энергию после увеличения мощности установки

13.6 Расчет изменения затрат по заработной плате

Для обоснования статей калькуляции себестоимости « Заработная плата основных производственных рабочих» , « Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования» , « Целевые расходы» необходимо рассчитать численность и годовой фонд заработной платы основных и вспомогательных рабочих, руководителей, специалистов и служащих. Расчет численности основных производственных рабочих производится на основе баланса рабочего времени одного среднесписочного рабочего.

Исходные данные для составления 5-ти бригадного графика сменности с продолжительностью смены 6 часов.

Продолжительность смены 6 часов

Период сменооборота 20 часов

Среднее число выходов на работу в месяц 24

Фактическое среднемесячное число часов работы 144 часов

Норма рабочего времени в месяц 152,3 часов

Недоработка сверх нормы рабочего времени 8,3 часа

Число периодов отдыха в месяц 6

Сменная продолжительность отдыха при переходе

из смены в смену 42 часа

Изменяемую численность рабочих определяем по таблице 13.8

Таблица 13.8. Изменяемая численность рабочих

Списочная численность рабочих 6+5+5 =16 человек.

Для определения сумм основной и дополнительной заработной платы представляем баланс рабочего времени одного среднесписочного рабочего в таблице 13.9.

Таблица 13.9. Баланс рабочего времени одного среднесписочного рабочего

Номинальный фонд времени рассчитывается как разность между календарным фондом времени и днями отдыха: 365 – 73 = 292 дн.

Эффективный фонд рабочего времени рассчитывается как разность между номинальным фондом времени и эффективным фондом рабочего времени, в днях: 292 – 59 = 233 дн.

Эффективный фонд рабочего времени рассчитывается как произведение между эффективным фондом рабочего времени на продолжительность смены, в часах: 233 × 6 = 1398 ч

После этого рассчитываем годовой фонд заработной платы основных производственных рабочих, полученные данные сносим в таблицу 13.10

Таблица 13.10. Годовой фонд заработной платы основных производственных рабочих

1) Планируемый фонд рабочего времени определяем по формуле:

Ф = Т_э · Ч · Т_см

где: Ч – списочная численность рабочих;

Т_э – эффективный фонд рабочего времени, дней;

Т_см – количество часов в смене.

Ф = 233 × 6 × 6 = 8388 ч

Ф = 233 × 5 × 6 = 6990 ч

2) Тарифный фонд заработной платы:

8388 × 22,53 = 188981,64 руб.

6990 × 16,15 = 112888,5 руб.

6990 × 11,93 = 83390,7 руб.

3) Премия:

188981,64 × 0,87 = 164414,03 руб.

112888,5 × 0,87 = 98213 руб.

83390,7 × 0,87 = 72549,91 руб.

4) Доплата к тарифному фонду за работу в ночное время:

188981,64 × 0,1 = 18898,16 руб.

112888,5 × 0,1 = 11288,85 руб.

83390,7 × 0,1 = 8339,07 руб.

5) Часовой фонд заработной платы:

188981,64 + 164414,03 + 18898,16 = 372293,83 руб.

112888,5 + 98213 + 11288,85 = 222390,35 руб.

83390,7 + 72549,91 + 8339,07 = 164279,68 руб.

6) Доплата за работу в праздничные дни:

5×6×22,53 = 675,9 руб.

5×5×16,15 = 403,75 руб.

5×5×11,93 = 298,25 руб.

7) Дневной фонд заработной платы:

372293,83 + 675,9 = 372969,73 руб.

222390,35 + 403,75 = 222794,1 руб.

164279,68 + 298,25 = 164577,93 руб.

8) Доплату к дневному фонду зарплаты за очередной отпуск определяем по формуле:

где Ф_дн – дневной фонд заработной платы;

Д_оо – число дней отпуска;

Т_н – номинальный фонд времени;

Д_{пл.невых.} – количество плановых невыходов, дней;

Д_бол – число дней невыходов по болезни.

9) Доплату к дневному фонду зарплаты за выполнение государственных и общественных обязанностей определяем по формуле:

где Д_го – число дней выполнения государственных и общественных обязанностей.

10) Доплата к дневному фонду зарплаты за ученический отпуск определяем по формуле:

где Д_уо – ученический отпуск, дней.

11) Доплата к дневному фонду заработной платы:

77702,03 + 1554,04 + 1554,04 = 80810,11 руб.

46415,44 + 928,31 + 928,31 = 48272,06 руб.

34287,07 + 685,74 + 685,74 = 35658,55 руб.

12) Годовой фонд заработной платы:

372969,73 + 80810,11 = 453779,84 руб.

222794,1 + 48272,06 = 271066,16 руб.

164577,93 + 35658,55 = 200236,48 руб.

13) Доплата по районному коэффициенту:

453779,84 × 0,3 = 136133,95 руб.

271066,16 × 0,3 = 81319,85 руб.

200236,48 × 0,3 = 60070,94 руб.

14) Региональная стажевая надбавка:

453779,84 × 0,2 = 90775,97 руб.

271066,16 × 0,2 = 54213,23 руб.

200236,48 × 0,2 = 40047,3 руб.

15) Всего годовой фонд заработной платы:

453779,84 + 136133,95 + 90775,97 = 680689,76 руб.

271066,16 + 81319,85 + 54213,23 = 406599,24 руб.

200236,48 + 60070,94 + 40047,3 = 300354,72 руб.

Итого годовой фонд заработной платы производственных рабочих:

680689,76 + 406599,24 + 300354,72 = 1011,032 тыс. руб.

Расчет численности вспомогательных работ не ведем. Их годовой фонд заработной платы принимаем в следующих размерах.

Рабочих по надзору и уходу за оборудованием (2% от стоимости учтенного технологического оборудования) – 11971,521 тыс. руб. × 0,02 = 239,430 тыс. руб.

Рабочих службы КИП А, электриков (1% от стоимости учтенного технологического оборудования) – 11971,521 тыс. руб. × 0,01 = 119,715 тыс. руб.

Лаборантов (1% от годового фонда заработной платы основных производственных рабочих). – 1011,032 тыс. руб. × 0,01 = 10,110 тыс. руб.

Транспортных рабочих (1% от годового фонда заработной платы основных производственных рабочих). – 1011,032 тыс. руб. × 0,01 = 10,110 тыс. руб.

Итого годовой фонд заработной платы вспомогательных рабочих:

239,430 + 119,715 + 10,110 + 10,110 = 379,365 тыс. руб.,

Годовой фонд заработной платы, ИТР, служащих, МОЛП – принимаем 20% от заработной платы основных производственных рабочих, что составляет: 1011,032 тыс. руб. × 0,20 = 202,206 тыс. руб.

13.7 Расчет изменения затрат по статье расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

Данные расчета затрат по статье расходы на содержание и эксплуатацию оборудования сводим в таблицу 13.11.

Таблица 13.11. Смета расходов по содержанию и эксплуатации оборудования

Заработную плату рабочим по надзору и уходу за оборудованием принимаем как сумму заработной платы рабочих по надзору и уходу за оборудованием и заработную плату КИПиА и электриков.

13.8 Расчет изменения затрат по статье цеховые расходы

Данные расчета затрат по статье цеховые расходы сводим в таблицу 13.12.

Таблица 13.12. Смета цеховых расходов

Заработную плату цехового персонала принимаем как сумму 1/4 заработной платы ИТР, лаборантов и транспортных рабочих (без учета премии).

13.9 Калькуляция себестоимости на единицу продукции в год

Калькуляция себестоимости на единицу продукции в год до и после проекта реконструкции сведена в таблицу 13.13.

Таблица 13.13

13.10 Основные технико-экономические показатели

Прибыль от реализации продукции, товаров и услуг по оптовым ценам определяется как разница между выручкой от реализации (без налога на добавленную стоимость и акцизов) и затратами, включенными в себестоимость продукции, товаров и услуг. Увеличив полученную сумму себестоимости готовой продукции на заданный процент прибыли, получим свободную оптовую цену этой продукции без НДС.

С – себестоимость готовой продукции, тыс. руб., рассчитывается как произведение полной себестоимости единицы продукции (базового и проектного варианта) на годовую производственную мощность.

С₁ – калькулируемая продукция = 1158,816 млн. руб. (себестоимость готового выпуска продукции до увеличения мощности установки).

С₂ – калькулируемая продукция = 1350,843 млн. руб. (себестоимость готового выпуска продукции после увеличения мощности установки).

П₁ и П₂ – прибыль годовая, соответственно до и после увеличения мощности установки.

Ц₁ и Ц₂ – цена годового выпуска продукции до и после увеличения мощности установки.

П₁ = 25%; П₂ = 25%

Ц₁ = 1158,816 ∙ 1,25 = 1448,52 млн. руб.

Ц₂ = 1350,813 ∙ 1,25 = 1688,52 млн. руб.

П₁ = 1448,52 – 1158,816 = 289,704 млн. руб.

П₂ = 1688,52 – 1350,813 = 337,707 млн. руб.

Увеличение прибыли составит:

П_{2 ¯} П₁ = 337,707 – 289,704 = 48,003 млн. руб.

Рентабельность вырабатываемой калькулируемой готовой продукции.

Р₁ = (П₁ /С₁ ) ∙ 100

где Р₁ – рентабельность вырабатываемой калькулируемой готовой продукции до увеличения мощности установки.

Р₂ = (П₂ /С₂₎ ∙ 100

где Р₂ – рентабельность вырабатываемой калькулируемой готовой продукции после увеличения мощности установки.

Р₁ =

Р₂ =

Срок окупаемости капитальных затрат.

Т_ок = К/П

где Т_ок – срок окупаемости капитальных затрат

Т_ок =

Условно-годовая экономичная эффективность равна:

(С_б – С_п ) × Q_п

(9656,796 – 9648,876) × 120000 = 1125,040 тыс. руб.

Таблица 13.13. Технико-экономические показатели

Выводы

В ходе реконструкции установки получения товарного дихлорэтана методом прямого хлорирования этилена, произвели увеличения мощности с 100000 до 120000 тонн в год. В результате:

– себестоимость одной тонны ДХЭ снизилась с 9656,796 до 9648,876 т.е., на 7,92 рублей;

– годовая прибыль продукции увеличилась с 289,704 до 337,707 т.е., на 48,003 млн. рублей;

– сумма условно-годовой экономии составила 1125040 рублей;

– срок окупаемости 0,09 лет.

Проект признан экономически эффективным.

Список используемой литературы

1. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза - М.: Химия, 1968 – 848 с.

2. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. изд. 2-е, пер. М., «Химия», 1985 г.

3. Мунгалинский Ф.Ф., Трегер Ю.А., Люшин М.М. Химия и технология галогенорганических соединений – М.: Химия, 1991 – 272 с.

4. Промышленные хлорорганические продукты. Справочник / Под ред. Л.А. Ошина – М.: Химия, 1978 – 345 с.

5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для ВУЗов – Л.: Химия, 1987 – 563 с.

6. Гутник С.П., Сосонко В.Е., Гутман В.Д. Расчеты по технологии органического синтеза. Учебное пособие для техникумов. – М.: Химия, 1988 – 275 с.

7. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии, учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991 – 352 с.

8. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Под ред. Ю.Н. Дытнерского – Химия, 496 с.

9. Романков П.Г., Курочкина М.И. Расчетные диаграммы и номограммы по курсу «Процессы и аппараты химической промышленности». Учебное пособие для техникумов. Л.: Химия, 1985 – 56 с.

10. Ульянов Б.А., Щелкунов Б.И. «Процессы и аппараты химической технологии. Гидравлика контактных тарелок. Учебное пособие. – Иркутск: Издательство Иркутского университета, 1996 – 160 с.

11. Рид Р., Прадениц Ж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Справочное пособие. Перевод с английского под ред. Б.И. Соколова – Л.: Химия, 1982 – 625 с.

12. Машины и аппараты химических производств. Примеры и задачи / Под ред. Б.И. Соколова – Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1982 – 384 с.

13. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.К. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. – Л.: Химия, 1974 – 344 с.

14. Чистяков В.С. Краткий справочник теплотермическим измерениям. М.: Энергоатомиздат, 1999

15. Охрана труда в химической промышленности / Под ред. В.Г. Макарова-М.: Химия, 1989 – 496 с.

16. ГОСТ 12.0.003-87* ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы.

17. СНиП 41–01–03 Отопление, вентиляция и кондиционирование - М.: Стройиздат, 1991 г. 18. ГОСТ 2.3.02 ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности

19. ГОСТ 12.1.005–88. ССБТ Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. М.: Стандартиздат, 1988

20. СН2.2 4/2.1.8.562–96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. – М: Минздрав. 1997

21. СНиП 23–05–95. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования – М.: Стройиздат, 1996 г. – 40 с.

22. Справочная книга для проектирования электрического освещения. Под

редакцией Г.М. Кнорринга Л., «Энергия», 1976 г.

23. СН2.2 4/2.1.8.566–96 Производственная вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. – М: Минздрав. 1997

24. ГОСТ 12.1.038–82. ССБТ Электробезопасность. Общие требования

25. ГОСТ 12.1.030–81. ССБТ Электробезопасность. Защитное заземление, зануление

26. ГОСТ 12.4.124–83. ССБТ. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования

27. НПБ 105–03. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожаропасной и пожарной опасности. М.: ГУПС МВД РФ, 1995 - 25 с.

28. СНиП 21–01–97. Пожарная безопасность зданий и сооружений. М.: Госстрой России 1997 – 12 с.

29. ГН 2.2.5 1313–03. Предельно-допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны

30. РД 34.21.122.-87. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. М.: Энергоатомиздат. 1989–56 с.