Производство коллоксилина ПСВ с детальной разработкой фазы подготовки целлюлозы

Работа из раздела: «Химия»

Реферат

Дипломный проект изложен на листах, содержит 24 литературных источника, таблицы.

Ключевые слова:

АВТОКЛАВ;

нитраты целлюлозы;

коллоксилин;

полунепрерывное производство.

Цель работы: спроектировать производство коллоксилина марки ПСВ. Детально разработать фазу стабилизации.

В пояснительной записке описана технологическая схема производства коллоксилина марки ПСВ, приведены требования к сырью и готовой продукции, проведены расчеты материального баланса, выполнены механический расчет горизонтальных валов и тепловой расчет определение количества пара, а также расчеты количества оборудования. Кроме того, разработаны мероприятия касающиеся вопросов автоматизации, экологии, безопасности технологического процесса. Выполнено технико - экономическое обоснование производства и сделано заключение об экономической целесообразности проекта.

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов

НЦ - нитраты целлюлозы,

ПСВ - полусекундная вязкость,

НУОК - непрерывная установка отработанных кислот,

ЭВМ - электронно - вычислительная машина,

АСУ - автоматизированная система управления,

ПАЗ - подсистема противоаварийной защиты,

ТЭП - технико - экономические показатели,

ОПФ - основные производственные фонды,

ЗП - заработная плата,

НОС - нормируемые оборотные средства.

Введение

Народнохозяйственное значение промышленного производства нитратов целлюлоз непрерывно возрастает. Возможность получения нитратов целлюлоз с различной степенью этерификации определяет их применение как сырья во многих областях.

В оборонной промышленности высокоэтерифицированные нитраты целлюлоз - смесевые пироксилины и низкоэтерифицированные - коллоксилины в основном применяются для изготовления пироксилиновых и баллиститных порохов, они являются их основной составляющей.

Коллоксилин нашел широкое применение и в мирных целях, например низковязкие коллоксилины - в лакокрасочной промышленности при изготовлении быстровысыхающих лаков, эмалей для автомобилей, мебельной и других отраслях промышленности. Наряду с этим коллоксилин широко используется при изготовлении нитролинолеумов и нитромастик, в производстве целлулоида, нитропленки и др.

Сырьем для изготовления нитратов целлюлоз является хлопковая и древесные целлюлозы [1].

Крупнейшим производителем пироксилиновых порохов и метательных зарядов для всех родов войск российской армии является федеральное казенное предприятие «Казанский государственный казенный пороховой завод» - ФКП «КГКПЗ».История Казанского казенного порохового завода, основанного 217 лет назад по указу императрицы Екатерины Великой, вместе с еще более древним Охтенским заводом под Санкт-Петербургом (ныне уже не существующим) и

Шосткинским заводом на Украине, представляет живую историю российского пороходелия.

Началась она с фабрикации черного пушечного и мушкетного пороха и продолжается многолетним производством бездымных пироксилиновых порохов, постоянно совершенствующихся и отвечающих ныне всем требованиям современного вооружения.

Завод в первые годы войны был единственным поставщиком боеприпасов для советской армии.

Основной продукт завода - это пороха и метательные заряды для стрелкового оружия малокалиберной, морской, полевой артиллерии, метательные заряды в гильзах со сгорающим корпусом к выстрелу танковых пушек.

На предприятии осуществляется полный цикл производства от получения НЦ до пироксилинов и коллоксилинов и производства порохов до сборки и испытания метательных зарядов и выстрелов.

В качестве альтернативных источников при изготовлении высококачественных НЦ перспективным является использование льняной целлюлозы. На заводе в настоящее время создается технологическая нитка и идут испытания по производству льняной целлюлозы.

На Казанском пороховом заводе выпускаются следующие основные виды нитратов целлюлоз:

1. коллоксилин с содержанием азота 10,7 - 12,2 %;

2. пироксилин № 2 с содержанием азота 12,2 - 12,4 %;

3. пироксилин № 1 с содержанием азота 13 - 13,5 %.

Помимо военной продукции Казанский пороховой завод № 40

выпускает также мирную продукцию, в частности лаковый коллоксилин марок высоковязкий, средневязкий, низковязкий, весьма низковязкий, весьма низковязкий высокосортный, полусекундной вязкости, полусекундной вязкости мебельный, лакомастичный, применяемый для изготовления лаков красок, мастик, эмалей, линолеумов и т. д.

Объем выпуска валовой продукции на заводе по сравнению с 2003 г. возрос в более чем 2,4 раза. В настоящее время завод приступил к модернизации производства и освоению новых видов продукции [1].

1. Аналитическая часть

1.1 Историческая справка о способах получения и использования продукта

В Европе дымный порох начал применяться с XIV в. для огнестрельного оружия и с 1627 г. - для подрывных работ. В середине XIX в. дымный порох уже не удовлетворял требованиям по взрывным и метательным характеристикам.

Первое крупное открытие в области взрывчатых веществ было сделано во Франции в 1832 г. Анри Браконо. Действуя крепкой азотной кислотой на растительные материалы, он получил вещество, способное в сухом виде быстро воспламеняться. Браконо назвал его ксилодином.

В 1838 г. Полузо повторил опыты Браконо. При действии на бумагу азотной кислотой был получен пергамент, не смачиваемый водой и легко воспламеняемый. Полузо назвал его пироксилином - «взрывчатое (или огненное) дерево».

В 1849 г. Шенбейн, обрабатывал хлопок смесью азотной и серной кислоты, получил вещество, похожее на вату, превосходящее по силе взрыва дымный порох - «стреляющий порох».

Пироксилин оказался опасным из-за нестабильности. Кроме того, из-за его низкой плотности и, следовательно, быстроты и неравномерности сгорания он не мог быть использован в военном деле.

В России изготовление пироксилина в 1846 - 1847 гг. связано с именем А. Фадеева. В 1846 г. в иностранной периодической печати появилось сообщение об испытаниях им пироксилина и о возможности его применения в качестве взрывчатого вещества. А Фадеев считал, что применение пироксилина в зерненом виде устранит разрыв оружия, т. к. быстрое образование газов может быть значительно ослаблено приданием зернам пироксилина большей плотности.

В России пироксилин назвали «метательной бумагой» или «бумажным порохом».

Работы по изучению нитратов целлюлозы проводились в направлении уменьшения взрывоопасности, улучшения стабильности конечного продукта и изыскании путей использования их в военном деле и производстве пластиков, лаков, красок. Всесторонним изучением пироксилина и его состава занимались русские ученые: академик Г. Гесс, профессор А. Гобель, А. Фадеев, А. Косов, А. Гекель и др.

В 1846 г. произошло еще одно открытие в истории взрывчатых веществ - итальянец Аскано Собреро получил нитроглицерин.

В 1877 г. Нобель на основе смеси нитроглицерина и коллоксилина создал порох. Чтобы подчеркнуть его метательные свойства, Нобель дал ему название «баллистит».

Опыты по превращению пироксилина в порох были начаты в России в 1887 г. на Охтенском пороховом заводе. В них принимали участие: профессор Н. Федоров, Н. Панпушко, А. Сухинский, З. Калачев. Образцы первого русого пироксилинового пороха были получены в 1888 г. Пороховые заводы России, изготавливающие черные пороха, в 1891 - 1895 гг. были реконструированы для выпуска пироксилиновых порохов.

Таким образом, в структуру пороховых заводов входят два производства: производство нитратов целлюлоз и производство пироксилиновых порохов.

Для получения пироксилиновых порохов применяют смесевые пироксилины с определенным содержанием азота, которые готовят из пироксилина №1 (содержание азота не менее 209 мл NO/гр.) и пироксилина №2 (содержание азота не менее 190 мл NO/гр.). Для получения баллиститных порохов применяют коллоксилин с содержанием азота не менее 189 мл NO/гр.

Не менее важное значение имеют работы по расширению сырьевой базы, улучшению физико-химических и технологических качеств исходного сырья. В качестве сырья для производства нитратов целлюлозы применяют целлюлозные материалы: линт - хлопковая целлюлоза, ЦА - древесная целлюлоза, РБ - древесная целлюлоза в виде рулонной бумаги.

В 1915-1916 гг. были произведены реконструкции и расширение пироксилиновых заводов на базе более совершенного оборудования. Но по-прежнему первые фазы производства - подготовка целлюлозы, нитрационных кислотных смесей, нитрация и отжим отработанных нитрационных кислотных смесей - были оборудованы аппаратами периодического действия. В дальнейшем была проведена работа по созданию новых непрерывнодействующих систем на основных фазах производства нитратов целлюлозы. Были отработаны: аппарат НУОК - непрерывное удаление отработанных кислот; непрерывнодействующий метод стабилизации нитратов целлюлоз при повышенных температурах и, в частности, трубчатый автоклав; непрерывно действующий метод измельчения нитратов целлюлоз и др.

На базе вновь непрерывно действующего технологического оборудования созданы высокомеханизированные производства нитратов целлюлоз. Но принципиальные основы технологии изготовления нитратов целлюлоз не претерпели существенных изменений за последние 100 лет .

1.2 Патентные исследования

Для проведения патентных исследований определяется предмет поиска по теме дипломного проекта «Производство коллоксилина ПСВ с детальной разработкой фазы подготовки целлюлозы».

Исследуемая тема относиться к индексам МПК С08В 5/02 - 5/12 международной классификации изобретений.

Глубина поиска 15 лет, начиная с текущего года и вглубь без пробелов.

Источником информации об отечественных изобретениях является официальный биллютень РФ «Изобретения», «Полезные модели» и информационно - поисковая система Интернет сайт www.fips.ru.

Цель патентных исследований является установление уровня развития техники и анализ применимости прогрессивных решений в дипломном проекте.

Для составления полного списка изобретений, имеющих отношение к теме поиска, используются готовые систематические указатели к официальному биллютеню.

Номера охранных документов, имеющих отношение к теме поиска заносим в таблицу:

Таблица 1.1 - Список охранных документов

Индекс МПК (51)	№ охранных документов (11) или (21)	№ бюллетеня, год (46)	Страна выдачи патента (19)	Название изобретения (54)
За 2008 - 2005, 2002, 1998, 1996 - изобретений не найдено.
С08В 5/08	2241716	34, 2004	РФ	Способ стабиллизации целлюлозы.
С08В 5/08	2003116965	4, 2003	РФ	Способ стабиллизации нитропродукта.
С08В 5/02	2174984	29, 2001	РФ	Способ получения нитрата целлюлозы.
С08В 5/02	2170235	19, 2001	РФ	Сложные смешанные азотнокислые эфиры с фталатными группами в качестве полимерной основы клеев, лаков, красок, покрытий, твердых ракетных топлив и способ их получения.
С08В 5/10	2161633	1, 2001	РФ	Способ утилизации пироксилиновых порох в полимерную основу, для нитроцеллюлозных лакокрасочных материалов.
С08В 5/02	2157817	29, 2000	РФ	Сложные смешанные азотнокислые эфиры целлюлозы с капролактанными группами и способ их получения
С08В 5/12	98122805	27, 2000	РФ	Способ получения нитроцеллюлозного полуфабриката
С08В 5/08	21404424	30, 1999	РФ	Технологическая линия стабилизации нитратов целлюлозы
С08В 5/10	2142959	35, 1999	РФ	Способ снижения вязкости растворов нитратов целлюлозы
С08В 5/04	9912245	26, 1999	РФ	Способ получения высокачественной нитроцеллюлозы из хлопкового линта
С08В 5/02	97117273	4, 1997	РФ	Способ получения высококачественной нитроцеллюлозы из хлопкового линта.
С08В 5/10	2083590	19, 1997	РФ	Способ переработки отходов бездымных порох
С08В 5/02	95119693	4, 1997	РФ	Способ утилизации слабой азотной кислоты, образующей при абсорбции нитрозных газов в процессе производства нитроцеллюлозы
С07В 5/02	2071961	2, 1997	РФ	Способ автоматического управления процессом приготовления растворов в реакторах полунеприрывного действия и устройство для его осуществления
С08В 5/02	95117348	12, 1995	РФ	Технологическая линия стабилизации нитратов целлюлозы.
С08В 5/02	2012563	9, 1994	РФ	Способ получения нитратов целлюлозы

После проведения предварительного ознакомления выбираем изобретения, имеющие непосредственное отношение к исследуемой теме.

1.(21), (22). Заявка: 97117273/04, 29.10.1997.

(56) Ссылки: DE, 1287489, А, 1969 Гиндич В. И. Технология пероксилиновых порохов. Производство нитроцеллюлозы регенерации кислот, т. 1, Казань, 1995, с. 77-89.

(71) Заявитель: Закрытое акцигнерное общество корпорация «Авис Уголь».

(72) Изобретатель: Горохов Н. П., Федоров П. В.

(73) Патентообладатель: Закрытое акцигнерное общество корпорация «Авис Уголь».

(54) Способ получения высококачественной нитроцеллюлозы из хлопкового линта.

(57) Реферат:

Изобретение относиться к технологии получения нитроцеллюлозы. Хлопковый линт нитруют, обрабатывают 0,2 - 1,6% - ными водными раствором окислителя при температуре не выше 100 ⁰С. Полученную нитроцеллюлозу автоклавируют при температуре более 100 ⁰С в воде или в 0,51 - 0,79% - ном водном растворе азотной кислоты. Затем нитроцеллюлозу обрабатывают 0,1 - 1,6% - ным водным раствором перикиси водорода при рH не более 10 и температуре не выше 100 ⁰С. Растворимость нитроцеллюлозы повышается до 100%. Вязкость, прозрачность и цветность соответствует стандартным образцам.

2.(21),(22) Заявка: 99122451/04, 26.10.1999.

(56) Ссылка: SV 883057 А, 23.11.1981.

Оболенская А.В. и другие. Практические работы по химии древесины и целлюлозы - М.:Лесная промышленность, - М.: 1965, с. 60 - 66.

(54) Способы получения нитрата целлюлозы.

(57) Реферат:

Исходный продукт в виде древесных опилок, из которых удалены экстрактивные вещества, обрабатывают нитрующей смесью, содержащей азотную и трифторуксусную кислоты в соотношении 0,4 - 2,0 : 1,6 - 0,2, при 30 ⁰С и модуля ванны 50 в течение 30 - 120 мин. Затем полученный целевой продукт подвергают стабилизации. Изобретение обеспечивает удешевление процесса, улучшение экологической обстановки производства и обеспечение прехода на безотходное производство.

3.(21),(22) Заявка: 95119693/04, 28.11.1997.

(71) Закрытое акционерное общество «колинпласт ЛТД».

(73) Закрытое акционерное общество «колинпласт ЛТД».

(54) Способ утилизации слабой азотной кислоты, образующейся при абсорбции нитрозных газов в процессе производства нитрата целлюлозы.

(57) Реферат:

Способ утилизации слабой азотной кислоты, образующейся при абсорбции нитрозных газов в процессе производства нитрата целлюлозы, заключающейся в том, что слабую азотную кислоту, выходящую из установки абсорбции нитрозных газов, подают на орошение массы нитроцеллюлозы, поступающей со стадии нитрации целлюлозы, для вытеснения сорбированной нитрующей смеси.

4.(21),(22) Заявка: 95117348/12, 12.10.1995.

(71) Товарищество с ограниченной ответственностью «Бизон».

(72) Нашестников В.В., Ермошнин А.С., Бодряшкин С.Н., Шарафисламов Ф.Ш., Газизов Ф.Ф., Шаповалов Е.В., Терехин Е.А.

(73) Товарищество с ограниченной ответственностью «Бизон».

(54) Технологическая линия стабилизации нитратов целлюлозы.

(57) Реферат:

Технологическая линия стабилизации нитратов целлюлозы, содержащая последовательно соединенные между собой массопроводами чан горячей промывки, сгуститель суспензии, дисковую измельчительную мельницу и лавер отличающияся тем, что перед чаном горячей промывки и лаверами установлены струйные смесители для подготовки технологического раствора, ажитатор соединен непосредственно с измельчительной машиной первой ступени, представляющей собой лабиринтно - коническую мельницу, а лаверы соединены между собой через лабиринтно - коническую мельницу второй ступени.

5.(21),(22) Заявка: 2003116965/04, 06.06.2003.

(72) Гатина Р.Ф., Ляпина Н.М., Сопин В.Ф., Староверов В.А., Филипов А.С., Романько Н.А., Кузоватова Н.Р., Климович О.В., Марабаева Н.Г.

(73) Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно - исследовательский институт химических продуктов».

(54) Способ стабилизации нитропродуктов.

(57) Реферат:

Способ стабилизации нитроцеллюлозы, включающий кислую промывку нитроцеллюлозы 0,5 % - ным раствором серной кислоты, затем щелочную промывку с добавлением соды, измельчение нитроцеллюлозы, горячую промывку, удаление примесей и отжим полученной нитроцеллюлозы с дефиниламином или диэтилдифенилмочевиной, отмачивающийся тем, что нитроцеллюлозу смешивают с 0,5 - 2,5 мас. % дифениламина или 1 - 4,5 мас. % диэтилдифенилмочевины к массе нитроцеллюлозы, взятыми в виде водного раствора в кристаллогидрате хлорного Fe (3) при комнатной температуре в течении 0,3 - 5 ч., при соотношении нитроцеллюлозы к водному раствору дифениламина или диэтилдифенилмочевины в кристалогидрате хлорного железа 1:0,1 - 1:1, по окончании перемешивания нитроцеллюлозу отмывают от хлорного железа водой и сушат в течение 2 - 3 ч.

Заключение.

Патентные исследования по фонду изобретений показали, что тема разработана достаточно хорошо. Всего найдено 15 изобретений. Однако внимание разработчиков к исследуемой теме неравномерно по годам. Пик изобретательной активности приходиться на 1997 год. Замечено, что наибольшее количество изобретений относится к производству нитроцеллюлозы. За текущий год изобретений не было найдено.

Для анализа отобрано пять изобретений, имеющих непосредственное отношение к исследуемой теме. Проанализировав найденные изобретения и полезные модели можно сделать вывод, что в настоящее время для производства нитроцеллюлозы используют новые технологии. Способ получения нитрата целлюлозы по патенту на изобретения № 2003116965 обеспечивает удешевление процесса, улучшение экологической обстановки производства и обеспечения перехода на безотходное производство, поэтому его можно рекомендовать для использования в данном дипломном проекте [3].

1.2.1 Механизм процесса нитрации целлюлозы

Согласно современным представлениям чистая целлюлоза представляет собой высокомолекулярный неразветвленный полимер, в котором в-Д гликопиранозные остатки связаны по типу 1-4. Каждый остаток (звено) имеет три неравноценные спиртовые группы, локализированные у 2,3,6 атомов углерода. То есть целлюлоза представляет собой многоатомный первично-вторичный спирт. Все три гидроксильные группы элементарного звена целлюлозы способны замещаться на нитратные, причем реакция синтеза нитрата целлюлозы протекает в режиме взаимодействия твердое тело - жидкость и относится к гетерогенным реакциям. Процесс образования нитрата целлюлозы можно выразить следующим уравнением:

[С₆Н₇О₂(ОН)₃]_n + n [3OH(NO₂)] > [С₆Н₇О₂(ОHO₂)₃]_n + n · 3 H₂O

Серная кислота в кислотных смесях является водоотнимающим средством, т. к. она обладает большей теплотой гидратации, чем азотная, и тем самым способствует протеканию реакции нитрации целлюлозы.

Реакция нитрования, как и всякая реакция этерификации, является обратимой. Добавлением воды равновесие можно сдвинуть в сторону образования эфира с меньшим количеством азота; от прибавления концентрированной серной кислоты, связывающей воду, равновесие сдвигается вправо - в сторону образования более высокоазотного продукта.

При нитрации целлюлозы кроме основного процесса - образования азотнокислых эфиров целлюлозы - происходят побочные процессы - гидролиз (без расхода кислот) и процессы окисления азотной кислотой примесей в целлюлозе и самой целлюлозы, на что расходуется определенное и нередко значительное количество азотной кислоты, восстанавливающейся в окислы азота.

Механизм реакции нитрования детально не изучен. Предполагалось, что нитрация целлюлозы протекает по механизму этерификации согласно схеме:

RОН+ONO₂ > RONO₂ + H₂O

т. е. в обменной реакции участвуют гидроксилы целлюлозы

Позднее выяснилось, что реакция целлюлозы с азотной кислотой протекает по механизму О-нитрования.

ROН+ОН*NO₂ > RONO₂ + H₂O

По этому механизму протекает реакция моно - и полиатомных спиртов с азотной кислотой.

Современные представления о механизме нитрования органических соединений основываются на классических исследованиях К. Ингольда. В основу этого механизма положено существование реакционно-способного катиона нитрония NO₂, которое доказано несколькими независимыми методами. Для О-нитрования спиртов К. Ингольдом предложена следующая последовательность реакций.

HNO₃ + HNO₃ > H₂NO₃⁺ + NO₃^-(быстро) (I)

H₂NO₃⁺>H₂O+ NO₂⁺ (медленно) (II)

ROH+ NO₂⁺> R(OH)(NO₂)⁺(быстро) (III)

R(OH)(NO₂)⁺+ NO₃^- > RONO₂ + HNO₃ (быстро) (IV)

Таким образом, в данном механизме лимитирующей стадией является образование катиона нитрония.

В присутствии серной кислоты образование иона нитрония облегчается:

HNO₃ + 2 H₂SO₄ > NO₂⁺ + 2 HSO₄^- + H₃O⁺(V)

Существуют и другие механизмы О-нитрования спиртов и целлюлозы. Так, Л. Т. Еременко была предложена следующая схема последовательных реакций:

CH₃OH + HNO₃ > CH₃OH₂⁺ + NO₃^- (I)

CH₃OH₂⁺ + HNO₃ > CH₃OH(NO₂)⁺+ H₂O (II)

CH₃OH(NO₂)⁺+ NO₃^- > CH₃ONO₂ + HNO₃ (III)

Согласно представлениям Еременко нитруется протонированная форма спирта CH₂OH₂⁺.

Вопрос о механизме О-нитрования окончательно не решен. Это связано, прежде всего, со сложностью экспериментального определения энергии активации отдельных стадий того или иного механизма [2].

2. Расчетно-технологическая часть

2.1 Описание технологической схемы производства

Технологический процесс получения коллоксилинов состоит из следующих операций:

- рыхление и сушка целлюлозы;

- приготовление кислотных смесей;

- нитрация целлюлозы и рекуперация отработанных кислот;

- фильтрация отработанных кислот;

- улов паров азотной кислоты;

- снижение вязкости коллоксилинов в автоклавах;

- стабилизация коллоксилина в чанах горячей промывки;

- формирование общих партий;

- отжим коллоксилина от воды;

- улов коллоксилина из сточных вод;

- упаковка коллоксилина в мешки;

- обезвоживание, упаковка в тару и отправка потребителю коллоксилина.

Целлюлоза в виде спрессованных кип (6) массой 60 кг поступает на склад цеха, кипы целлюлозы на ручной тележке или автопогрузчиком подводятся к кипорыхлителю (4), освобождаются от упаковки и подаются на рыхление. Продолжительность рыхления 1-2 минуты. Разрыхленная целлюлоза через конфузорно-диффузорную воронку (10) поступает в воздуховод пневмосушилке (8), в которой вентилятором (7) нагнетается подогретый в калорифере (9) воздух. Воздух захватывает целлюлозный материал и по пути движения по пневмопроводу, высушивает целлюлозу до влажности не более 5 %. Скорость воздуха 18-22 м/с. Качество сушки регулируется температурой воздуха. Температура воздуха после калорифера должно быть 80-135 ⁰С. Температура воздуха после воронки не менее 80 ⁰С.

Высушенный целлюлозный материал поступает в бункер - дозер (5), расположенный над нитраторами - дозерами (11). Отработанный воздух из бункеров - дозеров поступает в камеры для улова пыли (6), в которых целлюлозная пыль осаждается, а воздух хвостовым вентилятором (55) выбрасывается в атмосферу. Целлюлозная пыль из пыльных камер периодически выбирается и отправляется в 11 отдел. Целлюлоза 30-45 кг на сухую массу из бункеров-дозеров автоматически загружается в нитраторы-дозеры, где происходит смешение целлюлозы с нитрационной кислотной смесью и предварительная нитрация ее. Модуль нитрации 1:50-1:40. Продолжительность 7.5-20 минут.

Нитрационная смесь готовится в смесителях из свежих, отработанных кислот и кислот 1 и 2 фракции. Отработанные кислоты, применяемые для приготовления нитрационных смесей, должны содержать окислы азота не более 4,5 %. Свежая кислота (азотная, олеум) из баков свежих кислот насосом перекачивается в мерники, откуда самотеком поступает в смесители кислот.

Отработанные кислоты и 1, 2 фракции вытесненных кислот перекачиваются в смесители насосом из сборников отработанных и вытесненных кислот.

Приготовленная по заданному составу нитрационная смесь перекачивается в хранители РКС и через теплообменник поступает в нитраторы-дозеры. Температура кислотной смеси в смесителях не должна превышать 45 ⁰С. Температура отработанных кислот не должна превышать 60 ⁰С. Предварительно пронитрованная целлюлоза через загрузочную воронку поступает в НУОК, в проточной зоне которого происходит окончательная нитрация целлюлозного материала путем орошения через оросители, радиально подвешенные по периметру зонта отработанной кислотной смесью. А в остальных зонах происходит удаление удержанной коллоксилином отработанной кислоты путем вытеснения ее в 3-4 ступени кислотными смесями убывающей концентрации и в конце вытеснения водой.

В четвертой ступени вытеснения поверхность НЦ орошается водой, которая вытесняет слабую кислоту с массовой долей 30-40 %, стекающую в соответствующее отделение поддона и насосом перекачивается в напорный бак. Из напорного бака эта кислотная смесь, пройдя холодильник, через коллектор поступает на орошение НЦ в третьей ступени вытеснения. Собранная в отделении поддона третьей ступени вытеснения кислотная смесь с массовой долей 50-60 % насосом подается в напорный бак и оттуда через холодильник поступает на орошение НЦ второй ступени вытеснения. Кислота, вытесненная во 2-ой ступени с массовой долей 65-75 %, стекает в соответствующее отделение поддона и насосом перекачивается в напорный бак. Далее кислотная смесь поступает на орошение 1-ой ступени.

Вытесненная отработанная нитрационная кислотная смесь разделяется на два потока: кислотная смесь с более высокой массовой долей - 1 фракция (около 65-75 % от общей массы вытесненной кислоты) насосом подается на фазу смешения для укрепления, а оставшаяся часть с меньшей массовой долей - 2 фракция, насосом подается на регенерацию.

После окончания всего цикла обработки коллоксилин, освобожденный от большей части кислот, с круга автоматически выгружается в смывной аппарат под тяжестью собственного веса, откуда смывается водой в гидротранспортер, доставляющий его в мутильники и далее на операцию стабилизации.

Отработанная кислота поступает в фильтры, где освобождается от частиц коллоксилина и через сборники отработанных кислот возвращается на операцию смешения кислот в смеситель и на орошение в проточной зоне аппарата НУОК.

Из сборников, по мере необходимости, отработанная кислота расходуется для приготовления нитрационных кислотных смесей. С целью разделения кислотных смесей разных концентраций поддон кругового аппарата НУОК разделен перегородками.

Слабая фракция кислот с 4 зоны орошения стекает в последнее отделение кольцевого желоба с ложным дном и откачивается в напорный бак. Откуда, пройдя теплообменник, поступает на орошение предыдущей зоны, где из коллоксилина вытесняется более крепкая кислота, которая по аналогии, используется для вытеснения более крепкой кислоты. Таким образом, вытесненная кислота каждой последующей зоны орошения, пройдя через напорный бак и теплообменник, используется в качестве орошающей кислоты для предыдущей зоны орошения. Вытесненная кислота с 1 зоны орошения выводится в виде двух фракций (1 и 2) в сборники вытесненных кислот и используется для приготовления нитрационной смеси, избыток перекачивается в хранитель слабых кислот и сдается на регенерацию. На фазе нитрации из всех газоходов собирается в отдельном сборнике конденсат, который вместе со 2 фракцией сдается на участок 03. Для создания нормальных санитарно-гигиенических условий в производстве все аппараты при помощи местных вытяжных газоходов подключены к общему газоотводу. Улов паров HNO₃ производится при помощи воды в абсорберах колонного типа системы КХТИ, в результате чего образуется HNO₃47-50 %.

Солевой раствор для охлаждения кислотных смесей готовится в холодильной установке. Сжиженный аммиак поступает в испарители холодильной установки и компрессором отсасывается в маслоотделитель, где охлаждается и, пройдя через конденсатор, собирается в ресивере. Из ресивера определенное количество жидкого аммиака постепенно выпускается в испаритель, где испаряется, превращаясь в газообразное состояние. Солевой раствор, поступающий в трубное пространство испарителя, охлаждается и направляется в теплообменник, а нагретый рассол насосом обратно перекачивается в испаритель и весь цикл повторяется.

В летний период допускается производить охлаждение РКС и отработанных кислот артезианской водой. В зимний период охлаждение рабочей кислотной смеси и орошающих кислот осуществляется в теплообменниках водопроводной водой.

Нитрозные газы, выделяющиеся в процессе нитрации и рекуперации, поступают в абсорбер системы КХТИ, где производится улов тумана и паров азотной кислоты. Остатки газов в виде окислов азота уходят через выхлопную трубу в атмосферу. Из мутильников коллоксилин перекачивается в чаны для кислой продукции, откуда по циркуляционному массопроводу через загрузочные шнеки подается в автоклавы.

В автоклавах производится варка коллоксилина при повышенных температуре и давлении в умягченной воде, поступающей из зоны напорного бака. Для варки коллоксилина используется острый пар, подаваемый с ТЭЦ с давлением 7?10⁵ Па и температурой 160-170⁰С, поступающий в рубашку автоклава. Температура варки 136-140⁰С. Количество загружаемого коллоксилина 250-350 кг. Продолжительность 175-255 минут. Охлаждение автоклавов производится водопроводной водой.

Конденсат, образующийся в рубашке автоклава во время подогрева и варки, отводится через конденсационную линию в баки конденсата, откуда насосом перекачивается в приямок.

Паро - воздушная смесь из автоклава, по мере необходимости, удаляется через сдувной бак в атмосферу. Коллоксилин из сдувного бака, по мере накопления, через один из шнеков загружается в автоклав или перекачивается в отстойник-ловушку. Из автоклавов коллоксилин перекачивается в чаны горячей промывки для окончательной стабилизации. Операция производится путем промывки коллоксилина в кипящей и теплой воде. При этом удаляются свободные кислоты, малостойкие нитропродукты, смешанные азотнокислые и сернокислые эфиры, разрушающиеся при автоклавной обработке. Горячая промывка идет при температуре 97-100⁰С в течение 2-10 часов. Проводится не менее 2-х теплых промывок при температуре 60⁰С в течение 1-4 часов в нейтральной среде.

Конденсационная колонна орошается водой, умягченной на Na--катионитовом фильтре. Горячая вода из колонны стекает в приямок, откуда через коллоксилиновые фильтры перекачивается в напорные баки и используется для залива в чаны и автоклавы.

Пара - воздушная смесь из чанов отсасывается вентилятором и, пройдя конденсационную колонну, выбрасывается в атмосферу.

Транспортная вода из загрузочных шнеков и все технологические воды из чанов поступают через приемный бак в отстойник-ловушку. Коллоксилин из отстойника-ловушки по мере накопления, перекачивается в чаны с кислой продукцией и вместе с кислым коллоксилином выгружается в автоклавы, или накапливается в отдельном чане для формирования ловушечной партии, а сточные воды из отстойника-ловушки сбрасываются в канализацию. Коллоксилин из чанов перекачивается непосредственно на операцию водоотжима в ажитаторы или на формирование общих партий в смеситель. Назначение фазы формирования общих партий - получение партий коллоксилина, однородных по физико-химическим свойствам. Формирование общих партий проводится в смесителях общих партий. Перемешивание ведут в водной среде с массовой долей коллоксилина 2-3 %. Далее идет фаза водоотжима.

Из ажитаторов коллоксилин заливается в водоотжимные центрифуги, в которых отжимается от воды и на тележке отвозится в отделение упаковки и загружается в закрома. Отжим от воды проводится до достижения содержания влаги в коллоксилине 25-30 %. Предварительно коллоксилин сгущается в ажитаторе. Сточные воды с операции водоотжима и смешения общих партий попадают в приямок, оттуда насосом перекачиваются в отстойник-ловушку. Из коллоксилина, уловленного в отстойнике-ловушке, формируются ловушечные партии. Концентрация коллоксилина в сточных водах не должна быть больше 0,2 мг/л.

Из закрома коллоксилин навешивается в мешки и направляется на операцию обезвоживания. Обезвоживание производится в электрических центрифугах. Спирт для обезвоживания коллоксилинов заливается в центрифугу из расходных баков чистого спирта и отработанного спирта через мерники.

Отходящий от центрифуги отработанный спирт собирается в баке, откуда через фильтры перекачивается в бак отработанного спирта и используется при обезвоживании. Обезвоженный коллоксилин упаковывается в металлическую тару, вложенную в обреметку, и отводится на погрузочно-разгрузочную площадку, откуда грузится в вагоны для отправки потребителю.

Обезвоживание проводится чистым спиртом крепостью не меньше 92 %, а также отработанным спиртом крепостью не меньше 65 %. Продукт поступает на фазу в мешках весом 10 кг с влажностью 28-30 %. Обезвоживание проводится до 26-28 % спиртоводной влажности. Длительность процесса обезвоживания 30-45 минут.

2.1.1 Подготовка целлюлозы

Целлюлозный материал для изготовления коллоксилина принимает старший аппаратчик операции предварительной обработке целлюлозы со склада 11 отдела по письменной заявке цеха с учетом потребности.

При приеме целлюлозы старший аппаратчик проверяет наличие паспортов поставщика или справку о качестве с заключением начальника ОТК, количество принятого материала, качество упаковок, правильность укладки кип по партиям и выдает расписку - накладную о принятом количестве целлюлозы.

Письменное разрешение на переработку партии целлюлозы, при соответствии её всем требованиям стандартов и регламента, дает технолог цеха.

Расчет со складом производиться по м ”брутто” и “ нетто” с учетом влажности, определяемой по ГОСТ 595-79. перед нитрацией целлюлозу с целью придания ей формы, удобной для нитрации и исключения попадания в нитратор спрессованных комков, подвергают рыхлению и сушке. Рыхление целлюлозы производиться на кипорыхлителях типа Р-3Б.

Рыхленая целлюлозы из кипорыхлителя выбрасывается в бункер конфузорно-дифузорную воронки пневмосушилке и транспортируется на нитрацию.

Примечание:

1. по разрешению главного технолога допускается подача целлюлозы непосредственно в воронку пневмосушилке.

2. в летнее время допускается исключить операцию сушки целлюлозы перед нитрацией при условии , что влажность целлюлозы не превышает 7%.

2.1.1.1 Правило производства работ на кипорыхлителях

Перед пуском целлюлозы в работу старший аппаратчик проверяет наличие разрешения на переработку партии целлюлозы. Перед рыхлением целлюлозы выборочно взвешивают (каждую 20-ую партию) и в ручную освобождают от упаковки. Для исключения попадания песка кипы распаковывают на полу, покрытым аллюминевым листом, или брезентом.

Встречающиеся в кипах посторонние предметы и плотные неразрыхленные кусочки целлюлозы удаляют, так как при нитрации они могут вызвать разложение продукции. Загрязненные или подмоченные кипы на рыхление не допускаются и складываются отдельно. Использование их производиться по указанию начальника участка. Укладку целлюлозы на питающий транспортер кипорыхлителя производится равномерно, кипу к кипе.

Упаковочный материал, отходы, пыль следует собрать, упаковать, взвесить и сдать на утилизацию в 11 отдел.

2.1.1.2 Сушка целлюлозного материала

Сушка целлюлозы производится в пневмосушилках. Влажность высушенной целлюлозы перед нитрацией не должна быть более 5%.

Целлюлозный материал высушивается за счет высокой температуры воздуха, подаваемой в пневмопровод, и разности скоростей движения воздуха целлюлозы. Одновременно целлюлоза пневмотранспортом транспортируется в бункеры на операцию нитрации.

Отходящий из бункера горячий воздух проходит камеру для улова пыли, где освобождается от пыли и выбрасывается хвостовым вентилятором в атмосферу.

Качество сушки целлюлозного материала зависит от температуры воздуха.

Температура воздуха после калориферов должна быть (80 - 135) ⁰С. Температура после воронки не менее 80 ⁰С.

Контроль и регулирование температуры воздуха после калориферов производиться автоматически или вручную

2.1.1.3 Контроль за ведением технологического процесса на операции подготовки целлюлозы к нитрации.

Цеховая лаборатория контролирует влажность целлюлозы перед сушкой и качество сушки, отбирая средние образцы из рыхлительного аппарата и бункера целлюлозы один раз в сутки.

Старший аппаратчик операции ежедневно заполняет журнал результатов физико-химических испытаний ЦЗЛ, или поставщика на партии целлюлозного материала по заключению ОТК.

Аппаратчик операции, в процессе работы, записывает массу кип по паспорту и контрольные результаты влажности целлюлозного материала до и после сушки, определенные цеховой лабораторией, показания термометра пневмосушилки через каждый час работы и количество высушенного материала.

Ответственный за правильное ведение технологического процесса, соблюдение правил производства работ, правил техники безопасности и пожарной безопасности несут старший аппаратчик, мастер смены, начальник и технолог участка [4].

2.2 Техническая характеристика сырья, полуфабрикатов и готового продукта

Сырье и материалы, применяемые для изготовления коллоксилинов должны удовлетворять требованиям следующих стандартов:

Целлюлоза хлопковая	ГОСТ 595 - 79
Кислота азотная концентрированная	ГОСТ 701 - 78
Кислота азотная регенерированная	СТП 303 - 01 - 79
Олеум	ГОСТ 2184 - 77
Кислота серная регенерированная	ГОСТ 2184 - 77
Меланж кислотный	ГОСТ 1500 - 78
Спирт этиловый технический	ГОСТ 17299 - 71
Спирт этиловый регенерированный	ГОСТ 4448 - 71
Вода	ГОСТ 2874 - 73

2.2.1 Характеристика готовой продукции - нитроцеллюлозы

НЦ - сложный эфир целлюлозы, получаемый при переработке целлюлозы смесью азотной и серной кислот.

Процесс образования НЦ протекает по следующему уравнению:

[С₆Н₇О₂(ОН)₃]_n + n [3OH(NO₂)] - [С₆Н₇О₂(ОHO₂)₃]_n + n · 3 H₂O

Все виды нитратов целлюлозы не растворимы ни в холодной, ни в горячей воде. Это свойство позволяет многократно промывать их водой и длительное время кипятить в воде с целью очистки от примесей. Вода почти не вызывает набухания НЦ, что затрудняет их стабилизацию.

НЦ растворяются во многих органических растворителях, на этом основана переработка НЦ на пленки и пластмассу. Наиболее сильными растворителями, получившими широкое применение, является ацетон и смесь спирта и эфира.

НЦ весьма чувствительны к действию щелочей, что необходимо учитывать при проведении процессов стабилизации. К действию кислот НЦ менее чувствительны, чем к действию щелочей. Слабые растворы кислот почти не действуют на НЦ даже при t = 100 єС, а крепкие растворы образуют с ними сложные эфиры.

НЦ являются нестабильными соединениями и медленно разлагаются при хранении. Разложение зависит от температуры и влажности среды и от качества стабилизации.

Коллоксилин с содержанием влаги до 10 % особенно чувствителен к ударам, трениям, толчкам, искре и пламени. Влажный коллоксилин, содержащий около 25 % влаги, относится к числу безопасных веществ и может транспортироваться.

2.2.2 Технические требования на коллоксилин лаковый (ГОСТ Р 50461 - 92)

Таблица 2.1- Технические требования на коллоксилин лаковый

Наименование показателей	Нормы для коллоксилинов марок	Методы испытаний
	ВВ	СВ	НВ	ПСВ
1. Содержание окиси азота, мл NO/г	190-196	190-196	190-196	190-196	ГОСТ В 9197-75
2. Растворимость: а) в этиловом спирте, %, не более б)в комбинированном растворителе, %, не менее	8,0 99,8	8,0 99,8	8,0 99,8	8,0 99,8	ГОСТ В5766-75 ГОСТ В 5766-75
3. Условная вязкость раствора: а) в градусах Энглера	1,90-2,20	1,31-1,89	1,11-1,30	0,98-1,01	ГОСТ 5769-75
4.Химическая стойкость, мл NO/г, не более	2,5	2,5	2,5	2,5	ГОСТ В 10836-75
5. Содержание золы, %, на более	0,15	0,15	0,15	0,15	ГОСТ В 5768-75
6.Прозрачность раствора по «кресту», см, не менее	25	25	25	30	ГОСТ В 5768-75
7. Цветность раствора по фотометрическому методу	не нормируется	_
8. Содержание общей спиртоводной влажности, %	25-35	25-35	25-35	25-35	ГОСТ В 9196-75
9. Крепость остаточного спирта, %, не менее	88	88	88	88	ГОСТ 17291-71
10. Физико-механические свойства свободной пленки а) предел прочности при растяжении, кгс/см2, не менее б) относительное удлинение при разрыве, %, не менее в) число двойных изгибов, не менее	не нормируется	ГОСТ 18299-72
	не нормируется	ГОСТ 18299-72
	80	_	_	20
11. Чистота пленки коллоксилина	должна соответствовать стандартному образцу, согласованному между потребителем и изготовителем	_	_	должна соответствовать стандартному образцу, согласованному между потребителем и изготовителем

2.2.3 Характеристика целлюлозы (ГОСТ 595 - 79)

Для получения коллоксилинов используется хлопковая целлюлоза.

Целлюлоза является высокомолекулярным веществом. Она относится к классу углеводов и имеет формулу (С₆Н₁₀О₅)_х.

Целлюлоза нерастворима в воде, эфире, ацетоне, и др. органических веществах, хорошо растворима в медно-аммиачном растворе. Обладает большой прочностью на разрыв.

В нормальных условиях удерживает в себе около 10 % гигроскопичной воды. Щелочи в зависимости от их природы и концентрации, температуры и времени действия могут вызвать набухание целлюлозы, растворять ее, образовывать с ней химические соединения, окислять и разрушать ее до

низкомолекулярных веществ.

На свойстве щелочей растворять в первую очередь низкомолекулярные фракции целлюлозы основан метод определения наиболее устойчивой низкомолекулярной фракции - б целлюлозы.

Кислоты действуют на целлюлозу различным образом, в зависимости от их природы, концентрации, температуры и времени действия. Они образуют с целлюлозой эфиры, могут окислять ее и вызывать гидролиз с образованием низкомолекулярных веществ.

При действии света и тепла целлюлоза теряет механическую прочность, уменьшается смачиваемость и ухудшается ее реакционная способность.

Целлюлоза - горючее вещество. Легко воспламеняется от искры и местного нагрева. Температура воспламенения - 210 єС, самовозгорания - 407 єС.

2.2.3 Хлопковая целлюлоза

В зависимости от физико-химических свойств хлопковая целлюлоза подразделяется на 3 сорта: высший, первый, второй.

В зависимости от вязкости хлопковую целлюлозу подразделяют на марки: 15, 25, 35, 70, 100, 150, 250, 350, 650.

Таблица 2.2 - Технические требования на хлопковую целлюлозу

Наименование показателей	Нормы для сортов	Методы испытаний
	Высшего	первого	второго
1	2	3	4	5
1. Внешний вид	Рыхлая масса белого цвета, не содержащая посторонних включений в виде щепы, песка, кусочков резины, металлических частиц и др. примесей нецеллюлозного характера	Визуально
2. Массовая доля б целлюлозы, не менее по весовому методу для марок 15 25 для других	98,2 98,5 99,0	97,2 97,7 98,0	96,0 97,5 97,5	ГОСТ 595 - 79
3. Смачиваемость, г, не менее для марки 15 для других	145 150	140 140	130 130	ГОСТ 595 - 79
4. Массовая доля воды, %, не более	8,0	10,0	10,0	ГОСТ 595 - 79
5. . Массовая доля золы, %, не более	0,1	0,2	0,3	ГОСТ 595 - 79
6. Массовая доля остатка, нерастворимого в серной кислоте, %, не более	0,1	0,3	0,5	ГОСТ 595 - 79
7. Массовая доля волокнистой пыли, %, не более	2,0	2,0	2,0	ГОСТ В 5143-65
8. Белизна, %	88	85	Ї	ГОСТ 595 - 79
9. Масса железа, мг/кг абсолютно сухой целлюлозы, не более	25	Ї	Ї	ГОСТ 595 - 79
10. Динамическая вязкость, СП а) для марок 15 25 35 70 100 150 250 350 650 б) на вискозиметре типа ВПЖ - 3	10 - 20 21 - 30 31 - 45 46 - 85 86 - 115 116 - 175 176 - 300 3001 - 430 431- 850 Не нормируется, определение обязательно			ГОСТ В 5143-65 ГОСТ 595 - 73

2.2.4 Азотная кислота

Азотная кислота - бесцветная жидкость, дымящая на воздухе с выделением кислорода и окислов азота.

Будучи сильным окислителем, действуя на кожу, вызывает тяжелый химический ожог. При попадании на глаза, повреждает его, вплоть до омертвления роговицы.

Вдыхание паров азотной кислоты может вызвать отравление, раздражение дыхательных путей, разрушение зубов и конъюнктивиты. Тяжелые формы отравления приводят к отеку легких.

Предельно-допустимая концентрация окислов азота в помещении - не более 5 мг/м³.

Азотная кислота - не горючая жидкость, но при контакте с горючими материалами вызывает их самовозгорание.

Азотная кислота выпускается двух видов - концентрированная и регенерированная из отработанных кислот 3 цеха.

2.2.5 Кислота азотная концентрированная (ГОСТ 701 - 78)

Таблица 2.3 - Технологические требования

Наименование показателей	Нормы	Методы испытаний
	высший	первый	второй
1. Массовая доля азотной кислоты, %, не менее 2. Массовая доля серной кислоты, %, не более	98,9 0,2	98,2 0,3	97,5 0,3	ГОСТ 701-68
3. Массовая доля окислов азота (N2O4) %, не более	0,2	0,3	0,3	ГОСТ 701-68
4. Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более для кислоты метода концентрирования для кислоты прямого синтеза	0,005 0,009	0,015 0,015	0,03 0,03	ГОСТ 701-68

2.2.6 Кислота азотная регенерированная (СТП 303 - 01 - 79)

Таблица 2.4 - Технические требования

Наименование показателей	Нормы	Методы испытаний
	первый	второй
1. Массовая доля азотной кислоты, %, не менее 2. Массовая доля серной кислоты, %, не более	98,0 0,1	97,5 0,2	ГОСТ 701-78
3. Массовая доля окислов азота (N2O4) %, не более	0,3	0,4	ГОСТ 701-78
4. Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более	0,02	0,04	ГОСТ 701-78

2.2.7 Характеристика серной кислоты

Серная кислота - масляная жидкость, в чистом виде прозрачная и бесцветная. С водой смешивается в любых соотношениях, выделяя большое количество тепла.

Серная кислота при попадании на кожу вызывает глубокие, медленно заживающие ожоги. При вдыхании паров раздражает и прижигает слизистые оболочки верхних дыхательных путей, поражает легкие. Предельно допустимая концентрация - 1 мг/м³.

Концентрированная серная кислота вызывает самовоспламенение некоторых горючих веществ.

Серная кислота для производства коллоксилинов применяется двух видов: концентрированная (олеум) и регенерированная.

2.2.8 Олеум и регенерированная серная кислота (ГОСТ 2184 - 77)

Таблица 2.5 - Технические условия

Наименование показателей	Олеум	Башенная	Регенерированная
	улучшенный	технический
	высший сорт	первый сорт
1. Внешний вид	Маслянистая жидкость с опалесценцией без механических примесей	не нормируется
2. Массовая доля моногидрата (Н2SО4),%	не нормируется	не менее 75	не менее 91
3. Массовая доля свободного серного ангидрида (SO3), % не менее	24	24	19	_	_
4. Массовая доля железа (Fe), % не более	0,007	0,01	не нормируется	0,05	0,2
5. Массовая доля остатка после прокаливания, % не более	0,002	0,03	не нормируется	0,3	0,4
6. Массовая доля окислов серы (S2O3), % не более	0,0002	0,0005	не нормируется	0,05	0,01
7. Массовая доля нитросоединений, % не более	0,00008	0,0001	не нормируется

2.2.9 Меланж кислотный (ГОСТ 1500 - 68)

Меланж кислотный представляет собой смесь азотной и серной кислот.

Таблица 2.6 - Технические условия

Наименование показателей	Нормы	Методы испытаний
	высший сорт	первый сорт	второй сорт
1. Массовая доля азот ной кислоты, % не менее	90,0	89,7	89,0	ГОСТ 1500 - 68
2. Массовая доля серной кислоты, % не менее	7,5	7,5	7,5	ГОСТ 1500 - 68
3. Массовая доля окислов азота (N2O4), % не более	0,02	0,04	0,05	ГОСТ 1500 - 68
4. Массовая доля прокаленного остатка, % не более	0,3	0,3	0,3	ГОСТ 1500 - 68

2.2.10 Спирт этиловый технический (ГОСТ 17299 - 71)

Настоящий стандарт распространяется на технический этиловый спирт, получаемый в результате переработки сахаров, образовавшихся при гидролизе древесины и растительных отходов или при сульфитной варке целлюлозы.

Технический этиловый спирт выпускается двух марок: А и Б.

Таблица 2.7 - Технические условия (ГОСТ 17299 - 71)

Наименование показателей	Нормы	Методы испытаний
	А	Б
1.Внешний вид	Прозрачная бесцветная жидкость без посторонних примесей	ГОСТ 10749-72
2. Содержание этилового спирта (крепость), % по объему, не менее	95,0	94,0	ГОСТ 3639-61
3. Содержание кислот в пересчете на уксусную кислоту, мг/л, не более	15,0	30,0	ГОСТ 10749-72
4. Содержание эфиров в пересчете на уксусно-этиловый эфир, мг/л, не более	80,0	180,0	ГОСТ 10749-72
5. Содержание альдегидов, мг/л, не более	250,0	350,0	ГОСТ 10749-72
6.Содержание метилового спирта, %, по объему, не более	0,1	0,1	ГОСТ 10749-72
7. Содержание сивушного масла, %, по объему, не более	0,1	0,1	ГОСТ 5964-67
8. Содержание сухого остатка, мг/л, не более	10,0	20,0	ГОСТ 10749-72
9. Содержание фурфурола, мг/л, не более	отсутствие	5,0	ГОСТ 10749-72
10. Содержание серы, мг/л, не более	отсутствие	10,0	ГОСТ 10749-72

2.2.11 Спирт этиловый регенерированный

Настоящий стандарт распространяется на регенерированный этиловый спирт, получаемый из отработанного рекуперированного этилового спирта.

Таблица 2.8 - Технические требования (ГОСТ 4448 - 71)

Наименование показателей	Нормы	Методы испытаний
	А	Б
1. Внешний вид	Бесцветная прозрачная жидкость без механических примесей	ГОСТ 5964 - 67
2. Содержание этилового спирта (крепость) по объему, %, не менее	95	94	ГОСТ 3639 - 61
3. Содержание кислот в пересчете на уксусную кислоту, мг/л, не более	15	30	ГОСТ 10749 - 72
4. Содержание эфиров в пересчете на уксусный альдегид, мг/л, не более	400	500	ГОСТ 10749 - 72
5. Содержание сухого остатка, мг/л, не более	40	70	ГОСТ 10749 - 72

2.2.12 Технические требования на воду технологическую (ГОСТ 2874 - 73).

Таблица 2.9 - Технические требования на воду технологическую

Наименование показателей	Нормы	Методы испытаний
1. Жесткость, Нє, не более	2,5	ГОСТ 4151 - 72
2. Содержание свободных гидратов, Нє, не более	0,5	ГОСТ 3351 - 74
3. Цветность по хлороплатиновой или платинокобальтовой шкале, градусов, не более	20	ГОСТ 3351 - 74
4. Прозрачность, см, не менее	30	ГОСТ 3351 - 74
5. Содержание железа, мг/л, не более	0,1	ГОСТ 4011 - 72

2.2.13 Наименование стандартов на вспомогательные и упаковочные материалы

Таблица 2.10 - Стандарты на вспомогательные и упаковочные материалы

Наименование материалов	Методы испытаний
Равентух льняной	ГОСТ 13850 - 76
Шпагат увязочный из лубяных волокон	ГОСТ 17308 - 71
Сетка проволочная фильтровая	ГОСТ 3187 - 76 №48
Сетка стальная плетеная, одинарная с квадратными ячейками	Сетка № 10 - 1,6 ГОСТ 5336 - 67 Сетка № 15 - 1,6 ГОСТ 5336 - 67
Сетка металлическая проволочная	ГОСТ 2715 - 75
Канистра металлическая прямоугольная	ГОСТ Т 20854 - 77
Футляры для коробов	ГОСТ 3378 - 77
Проволока для упаковки	ГОСТ 2771 - 57
Бумага для ярлыков	ГОСТ 18510 - 73

2.2.14 Правила допуска сырья и материалов в производство

Все сырье и вспомогательные материалы должны удовлетворять требованиям действующих технических условий и стандартов, иметь документы завода изготовителя, удостоверяющие соответствие качества установленным требованиям.

Таблица 4.11 - Правила допуска сырья и материалов

Наименование материала	Методы испытаний	Контролируемые показатели	Нормы	Примечание
1. Целлюлозный материал	ГОСТ 595-73	влажность	каждая партия	со склада из кип
2. Целлюлозный материал	ГОСТ 595-73	полный анализ	каждая партия	_
3. Целлюлозный материал со 2 отдела	ГОСТ 595-73	полный анализ	каждая партия	со склада
4. Свежие кислоты при поступлении со стороны	ГОСТ 701-68 ГОСТ 2184-77 ГОСТ 1500-78	крепость	каждая партия	из железнодорожной цистерны
5. Свежие кислоты из 2 цеха	ГОСТ 701-68 ГОСТ 1500-78 СТП 303-01-71	_	_	из хранителей цеха
6. Спирт этиловый	ГОСТ 17299-71	_	_	из емкостей 4 и 5 цехов

Допуск сырья и материалов в производство осуществляется по паспорту, содержащему результаты анализа, удовлетворяющие требованиям технических условий и стандартов и заключение начальника.

В отдельных случаях разрешается допуск сырья и материалов в производство без наличия документов завода изготовителя. В этих условиях сырье должно подвергнуться полному физико-химическому анализу по техническим условиям и стандартам, а материалы - по основным показателям.

Сырье и материалы, имеющие незначительные отклонения от требований стандартов, не влияющие на качество готовой продукции и безопасность производства, могут допускаться в производство карточкой - разрешением или письменным распоряжением инженера [4].

2.3 Материальный баланс

Расчет движения основного продукта (целлюлозы и ее нитрата) по фазам производства и определение расходных коэффициентов по целлюлозе.

Движение основного продукта по фазам производства коллоксилина рассчитывается на одну тонну продукта с учетом возвратных (ВП) и безвозвратных (БВП) поте

Таблица 2.4.1 - Потери основных продуктов по фазам производства коллоксилина

№	Фаза	Потери, вес. %	Примечание
		Общие	ВП	БВП
1	Рыхление	0,5	-	0,5	Пыль
2	Сушка	0,6	-	0,6	Пыль
3	Нитрация	0,9	0,4	0,5	Механические потери и растворение ОКС
4	Вытеснение кислот	0,6	0,2	0,4	Механические потери и растворение ОКС
5	Предварительная стабилизация	0,8	0,5	0,3
6	Окончательная стабилизация	1,2	0,3	0,9
7	Смешение общих партий	0,4	0,1	0,3
8	Отжим воды	0.3	0,2	0,1
9	Складирование готовой продукции	0,1	-	0,1

Расчет материального баланса начинают с последней фазы производства и ведут путем наращивания потерь.

1) Для получения 1 т коллоксилина с учетом БВП на укупорку должно поступать коллоксилина:

1 т - 99,9 %

х т - 100 % х = т

БВП составляют 1,0010 - 1,0000 = 0,0010 т

2) В центрифугу для отжима воды должно поступать коллоксилина:

а) с учетом БВП т

БВП составляют 1,0020 - 1,0000 = 0,0020 т

б) с учетом ВП т

ВП составляют 1,0050 - 1,0010 = 0,0040 т

3) В смеситель общих партий должно поступать коллоксилина:

а) с учетом БВП т

БВП составляют 1,0050 - 1,0020 = 0,0030 т

б) с учетом ВП т

ВП составляют 1,0030 - 1,0020 = 0,0010 т

4) В приемный бак после автоклава должно поступать коллоксилина:

а) с учетом БВП т

БВП составляют 1,0131 - 1,0030 = 0,0101 т

б) с учетом ВП т

ВП составляют 1,0050 - 1,0030 = 0,0020 т

5) В чан предварительного подогрева должно поступать коллоксилина:

а) с учетом БВП т

БВП составляют 1,0162 - 1,0131 = 0,0031 т

б) с учетом ВП т

ВП составляют 1,0182 - 1,0131 = 0,0051 т

6) На вытеснение удержанных кислот из нитратора должно поступать коллоксилина:

а) с учетом БВП т

БВП составляют 1,0203 - 1,0162 = 0,0041 т

б) с учетом ВП т

ВП составляют 1,0182 - 1,0162 = 0,0020 т

7) После нитрации должно поступать коллоксилина:

а) с учетом БВП т

БВП составляют 1,0254 - 1,0203 = 0,0051 т

б) с учетом ВП т

ВП составляют 1,0244 - 1,0203 = 0,0041 т

Проверим правильность производственных расчетов коллоксилина с учетом БВП:

0,999*0,999*0,997*0,990*0,997*0,996*0,995=0,973

Должно получится т

8) На фазе нитрации изменяется вес целлюлозы в соответствии с происходящей реакцией этерификации:

С₆Н₇О₂(ОН)₃+n HNO₃ > С₆Н₇О₂(ОН)_3-_n (ONO₂)_n

Для определения степени замещения примем содержание азота в коллоксилине равным 12,1 %.

Получаем

Подставив значение n в уравнение реакции этерификации целлюлозы, с учетом молекулярных весов исходных компонентов получим следующее уравнение:

С₆Н₇О₂(ОН)₃+2,295 HNO₃ > С₆Н₇О₂(ОН)_0,704 (ONO₂)_2,295 = 2,295Н₂О

HNO₃:2,295*63=144,585

H₂O:2,295*18=41,31

С₆Н₇О₂(ОН)_0,704 *(ONO₂)_2,295=111(17*0,704)+(62*2,295)=265,320

Из этого уравнения определяем теоретический расход исходных компонентов на 1 т коллоксилина:

а) целлюлозы т;

б) азотной кислоты (моногидрата) т;

в) прибыль реакционной воды т.

Теоретический выход коллоксилина: т/т

Практические расходные коэффициенты по кислотам рассчитываются по методике, приведения в руководстве по кислотообороту.

С учетом потерь на последующих фазах производства коллоксилина в нитратор необходимо подать следующее количество сухой целлюлозы:

0,6105*1,0254=0,6260 т

или с учетом влажности:

при этом с целлюлозой в нитратор поступает воды:

0,6453-0,6260=0,0193 т

9) На сушку должно поступать целлюлозы (на сухой вес) с учетом БВП:

БВП составляют 0,6298-0,6260=0,0038 т. С учетом влажности целлюлозы (примем 10%) на сушку должно поступать влажной целлюлозы:

10) На рыхление (с учетом БВП) необходимо подать целлюлозы:

а) сухой т

БВП составляют 0,6336-0,6298=0,0038 т

б) с влажностью 10 %

Таким образом, расходные коэффициенты по целлюлозе на 1 т коллоксилина составляют 0,6336 т (для сухой целлюлозы) и 0,704 т (для целлюлозы с влажностью 10 %).

Результаты расчетов сводятся в таблицу.

Таблица 2.4.2 - Сводная таблица движения целлюлозы и коллоксилина по фазам производства

№	Определение фазы	Наименование продукта	Поступает НЦ (т/т) с учетом	Потери НЦ (т/т)
			БВП	ВП	БВП	ВП
1	Рыхление	Целлюлоза сухая целлюлоза с 10 % влажностью	0,6336 0,704	- -	0,0038 -	- -
2	Сушка	Целлюлоза сухая целлюлоза с 10 % влажностью	0,6298 0,699	- -	0,0038 -	- -
3	Нитрация	Целлюлоза сухая целлюлоза с 10 % влажностью Коллоксилин	0,6260 0,6453 1,0254	- - 1,0254	- - 0,0051	- - 0,0041
4	Вытеснение кислот	Коллоксилин	1,0203	1,0182	0,0041	0,0020
5	Предварительная стабилизация	Коллоксилин	1,0162	1,0182	0,0031	0,0051
6	Окончательная стабилизация	Коллоксилин	1,0131	1,0050	1,0101	0,0020
7	Смешение общих партий	Коллоксилин	1,0030	1,0040	1,0010	0,0020
8	Отжим воды	Коллоксилин	1,0020	1,0050	1,0010	0,0040
9	Укупорка	Коллоксилин	1,0010	1,0010	1,0010
10	Складирование готовой продукции	Коллоксилин	1,0000	1,000

2.4 Выбор и технологический расчет основного и вспомогательного оборудования

Автоклав предназначен для снижения вязкости лаковых коллоксилинов. Представляет собой работающий под давлением вертикальный цилиндрический сосуд из кислотоупорной стали со сферической крышкой и днищем. Снаружи имеется рубашка.

Техническая характеристика автоклава:

Диаметр - 1700 мм;

Высота - 4730 мм;

Толщина стенок автоклава - 16 мм, рубашки - 12 мм

Диаметр рубашки - 1800 мм;

Высота рубашки - 1910 мм;

Вместимость автоклава - 5 м³

Вес аппарата - 4500 кг;

Материал - 12Х18Н10Т

Внутри автоклава имеется мешалка с 4-мя парами лопастей, насаженными на квадратный вал с помощью болтов. Мешалка вращается со скоростью 30 об/мин и приводится в движение от индивидуального электродвигателя мощьностью 7,5 кВт через редуктор, установленный на сферической крышке автоклава. Вал мешалки в месте прохождения его через верхнее сферическое днище автоклава имеет сальниковое уплотнение с охлаждением водой.

В Верхней части имеются: загрузочный люк диаметром 410 мм с горловиной, закрываемой крышкой с откидными болтами, штуцер для подвода горячей воды, штуцер для сдувной трубы, штуцеры для труб с аварийной мембраной и предохранительным клапаном, штуцер для контрольно- измерительных приборов.

В нижней части автоклава и рубашки имеется разгрузочное отверстие, закрываемое изнутри автоклава запорным клапаном тарельчатой формы со штоком, выведенным наружу.

С двух сторон рубашки имеются штуцеры для подвода пара или воды, а в нижней части - штуцер для выхода конденсата и воды. На случай повышения давления в автоклаве выше нормы предусмотрены следующие предохранительные устройства: аварийная пластина алюминиевая толщиной 0,5 мм, рассчитанная на 60 часов варки при постоянной температуре; предохранительный клапан рычажного типа, на рычаге которого имеется груз, рассчитанный на давление 4,5 Па. При повышении давления выше 4,5 Па клапан срабатывает, и давление стравливается в сдувной бак. Отвод к предохранительному клапану внутри автоклава, во избежание попадания коллоксилина, закрыт сеткой.

2.5 Расчет количества основного оборудования

Производительность технологической линии: G = 7000 т/год

Производительность аппарата: g = 95 кг/час

Календарный фонд рабочего времени оборудования: Т₁ = 8760 часов

Количество часов простоя оборудования: Т₂ = 19.68 часов

Количество часов на текущий ремонт оборудования: Т₃ = 160 часов

Количество часов на капитальный ремонт оборудования: Т₄ = 640 часов

Количество вещества, поступающего на фазу:

Р:= 1172.34

Эффективный фонд рабочего времени оборудования:

Т = Т₁- (Т₂ + Т₃ + Т₄) = 8760 - (12 + 36 + 360) =8352 ч

Коэффициент, учитывающий потери:

К:= Р/1000

Количество оборудования равно:

n = 10.833 - принимаем 11 аппаратов

3. Автоматизированная система управления (АСУ) производством коллоксилина марки ПСВ

Введение

Внедрение АСУ является наиболее прогрессивным направлением в области автоматизации. При большом расстоянии между технологическими аппаратами и щитами управления целесообразно применять электрические средства автоматизации. Химические производства относятся к числу взрывопожароопасных и автоматизация осуществляется на основе использования взрывозащищенных средств автоматизации с использованием контроллеров и персональных компьютеров (ПК). Контроллер - многофункциональное программируемое средство организации измерительных каналов. ПК обрабатывает по заложенной в нём программе информацию, поступившую от датчиков. Высвечивает на табло значения измеренных параметров. Применяется, во-первых, для облегчения работы оператора, т.к. за короткий промежуток времени обрабатывает большое количество информации; во-вторых, может выполнять роль «советчика», при котором ЭВМ рекомендует оператору оптимальные знания режимных параметров процесса.

Иерархическая структура АСУТП включает в себя;

1 й уровень полевого КИП;

2 й уровень - станции управления процессом;

З й уровень оперативного персонала, базирующийся на инженерных и станциях операторов технологического процесса.

1й уровень АСУТП реализован на базе датчиков и исполнительных механизмов. На уровне 1 частично применяются датчики интеллектуальной серии, и на них выполняются функции опроса и шкалирования измеряемых сигналов с передачей информации по протоколу HART.

Технические средства 2,3 уровней размещаются в помещении операторной. Станции управления процессом реализованы на базе контроллера РСУ (распределенная система управления - собирает информацию, вырабатывает регулирующие воздействия) и контроллера ПАЗ (система противоаварийной защиты - контролирует нарушения в ходе технологического процесса, осуществляет защиту и блокировку аппаратов, вырабатывает защитные воздействия).

Функции РСУ и ПАЗ выполняют программируемые контроллеры.

Контроллеры выполняют следующие функции:

· воспринимают аналоговые, дискретные электрические

· унифицированные сигналы;

· измеряют и нормируют принятые сигналы;

· выполняют программную обработку сигналов с первичных преобразователей и формируют аналоговые и дискретные управляющие сигналы;

· отображают информацию на экране;

· управляются при помощи стандартной клавиатуры.

З й уровень АСУТП представлен автоматизированными рабочими местами оператора-технолога и оператора-инженера. Обеспечивается ведение базы данных, визуализация состояния технологического оборудования, обработка данных, формирование и печать отчетных документов, ручное дистанционное управление технологическим оборудованием. Станции оснащены современными ПК.

Информация с контрольно-измерительных приборов и датчиков в виде аналоговых и дискретных сигналов поступает с 1 уровня на технические средства 2 уровня, на которых реализуются в автоматическом режиме функции сбора, первичной обработки информации, регулирования, блокировок. Информация, необходимая для контроля и управления технологическими процессами, поступает от контроллеров на 3й уровень - операторские станции и станции главных специалистов завода. Диалог оператора с системой управления осуществляется с использованием цветного дисплея, клавиатуры и манипулятора «мышь». На операторской станции сконфигурирован пользовательский интерфейс для взаимодействия оператора с системой. Для вызова необходимой информации оператору достаточно при помощи «мыши» выбрать на экране надпись или изображение какого-либо объекта и одной или двумя манипуляциями вывести на экран необходимую информацию. Клавиатура также может быть использована для получения необходимой информации. Кроме этого при помощи клавиатуры производится ввод текстовой и цифровой информации. Сообщения о нарушениях предупредительных и предаварийных границ для аналоговых параметров, действиях операторов по управлению технологическими процессами регистрируются и выводятся на печать по запросу оператора. Выход аналогового параметра за допустимые границы, сигнализация, нарушении связи с объектами по какому-либо из каналов связи отображается на операторской станции звуковой сигнализацией и цветовым отображением изменений на мнемосхемах. Информация, выводимая оператору на экран монитора по его запросу, может иметь различные виды:

обобщенная мнемосхема, представляющая весь объект автоматизации. С этой мнемосхемы можно перейти на подробную мнемосхему любого узла, выбрав его на экране курсором;

мнемосхемы отдельных узлов, отображающие часть технологической цепочки с индикацией величин аналоговых сигналов;

оперативные тренды, показывающие состояние параметра;

исторические тренды, позволяющие отслеживать состояние аналогового параметра за длительные периоды (смена, сутки, месяц);

панели контроля и управления аналоговыми регуляторами;

- аварийные и технологические сообщения.

При выборе контроллера решающими факторами являются:

· надежность модулей ввода/вывода;

· скорость обработки и передачи информации;

· широкий ассортимент модулей;

· простота программирования;

· распространенность интерфейса связи с ЭВМ.

Этим условиям удовлетворяет контроллеры фирмы Moore Products Company, также контроллеры Allen Bradley SLC 5/04 корпорации Rockwell (семейство SLC 500 малых программируемых контроллеров), контроллеры YS 170 YOKOGAWA и контроллеры серии TREI-Multi.

В данном проекте использованы контроллеры фирмы Moore Products Company: контроллер APACS+ (подсистема РСУ), контроллере QUADLOG (подсистема ПАЗ).

Контроллер APACS + управляет работой отдельных агрегатов (30-50 контуров регулирования); технологических участков (150 контуров регулирования), цехов с непрерывными и периодическими процессами. Контроллер QUADLOG имеет также несколько модулей. Стандартный аналоговый модуль (SAM) входит в семейство модулей ввода/вывода. Он предназначен для подключения аналоговых и дискретных сигналов. Модуль SAM обеспечивает высокую пропускную способность для стандартных сигналов ввода/вывода (аналоговые входные сигналы (4-20) мА, аналоговые выходные сигналы (4-20) или (0-20) мА, а также дискретные входы и выходы). К модулю SAM можно подключить до 32 каналов. Каждый канал может быть сконфигурирован для работы с аналоговым входом (4-20) мА, аналоговым выходом (4-20) мА или (0-20) мА, дискретным входом или дискретным выходом. Стандартный дискретный модуль (SDM) имеет 32 канала ввода/вывода, каждый из них может быть сконфигурирован как дискретный вход/выход, дискретный импульсный выход. Модуль позволяет управлять работой электродвигателя, отсечного канала. Контроллер QUDLOG обеспечивает: повышенные характеристики безопасности, отказоустойчивости и защиты выходов; высокий уровень готовности системы; отказоустойчивость. Система QUDLOG полностью интегрирована с системой управления технологическими процессами APACS+. Это позволяет использовать один операторский интерфейс и средства программирования, что устраняет необходимость дополнительных усилий при установке, конфигурировании, обслуживании и обучении персонала, а также при организации связи систем управления безопасностью и технологическими процессами [14].

Таблица 3.1 - Контролируемые параметры

Аппарат	Параметры
	Давление	Температура	Уровень
Автоклав	+	+	+

Таблица 3.2 - Виды автоматизации

Аппарат и параметр	Величина параметра и размерность	Виды автоматизации
		Измерение	Регулирование	Сигнализация	Управление
Автоклав		+
Температура пара в рубашке	170 0С	+	+
Уровень смеси в аппарате	3 м	+	+	+
Давление пара	0,7 мПа	+	+	+

Описание функционирования схем автоматического контроля и регулирования параметров технологического процесса.

Схема 1. САР уровня жидкости в автоклаве.

Радарный измеритель уровня Rosemo unt серии 5600 предназначен для контроля уровня большинства видов жидкостей суспензий, эмульсий и других растворов на водной основе. Для большинства видов жидкостей , включая суспензии и аэрированные жидкости, характеристики потока, турбулентность, пузырьки, пена, вибрация, содержание твердых веществ или другие свойства жидкости практически не влияют на работу сигнализатора. Сигнализаторы моделей 2120 предназначены для применений в безопасных или опасных зонах. Сигнализатор может монтироваться в любом положении на резервуаре или на трубе и способен обеспечить надежную защиту от переливов и, в случае аварийной ситуации, подать сигнал о переполнении в систему управления или на исполнительные механизмы. Сигнализатор может контролировать изменение уровня жидкости в заданном значении уровня (как в данном случае).

Схема 2. САР давления пара, подаваемое в рубашку автоклава.

Интеллектуальный датчик разности давлений Метран -100-ДИ (модель 1162, код МП2, Вн.) воспринимает текущее значение давления пара, подаваемого в рубашку автоклава и преобразует величину в сигнал ( 4-20) m A/HART. Цифровой сигнал с датчика поступает на контроллер APAKS+, где значение текущего давления высвечивается. Цифровой сигнал поступает также на вход ПК, где значение текущего давления пара может быть распечатано и использовано по назначению ( например, для построения графика изменения этой величины). Погрешность цифрового канала измерения составляет 0,1%.

Схема 3. САР температуры пара (170 ⁰С) в рубашке автоклава..

Температура целевого продукта в чане поддерживается на уровне 60-97 ⁰С изменением подачи пара.

Текущая температура целевого продукта воспринимается интеллектуальным датчиком Метран -281- Exia. Выходной сигнал (4-20) m A/HART. Цифровой сигнал с датчиком поступает на контроллер РСУ APAKS+, где текущее значение температуры пара высвечивается, затем сравнивается с введенным туда заданным значением.

При наличии рассогласования регулирующее воздействие с контроллера в виде (4-20) мА идет на регулирующий клапан. Цифровой сигнал с датчика поступает также на вход ПК, где значение температуры может быть распечатано и использовано по назначению ( например для построения графика измерения измеряемой величины во времени). Заданное значение температуры пара может быть при необходимости изменено с клавиатуры ПК. Погрешность измерения 0,5 ⁰С.

нитрация целлюлоза автоматизированный коллоксилин

4. Расчет энергоснабжения цеха

Расход электроэнергии на освещение определяется по формуле:

, кВт/час

где Н_э - расход электроэнергии на освещение 1 м² пола;

S_n - освещаемая площадь пола, м²;

Н_св - количество часов искусственного освещения сутки;

Т_эф - планируемое количество дней работы цеха;

кВт/час

Годовой расход электроэнергии на технологические цели составит:

, кВт/час

где К_спр - коэффициент спроса, учитывающий равномерность работы оборудования;

К_{эл.сети} - коэффициент потерь в электросетях.

кВт/час

Расчет расхода электроэнергии на двигательные цели:

, кВт/час

где УQ_с - суммарный расход электроэнергии;

К_дв - коэффициент потерь в электродвигателе.

Таблица 4.1 - Значение расчета электроэнергии на двигательную систему аппаратов

Наименование оборудования	Количество эл/дв, шт.	Мощность эл/дв	Суммарная мощность	Среднее количество работ, чесов	Суммарное количество, э/эн, кВт/час
Кипорыхлитель	2	25	50	6806	340300
Смеситель кислот	4	3	12	6799	81588
Нитратор дозер	5	5,5	27,5	6810	187275
НУОК	3	17,5	52,5	6820	358050
Автоклав	2	40	80	6905	552400
Смеситель общих партий	4	2,8	11,2	6830	76496
Центрифуга	3	32	96	6910	663360
Ажитатор	3	17	51	6810	347310
Итого:			380,2		2606779
Неучтенное оборудование	10%		38,02
Итого:			418,22		2606779

кВт/час

Всего на единицу продукции:

м³

где В - производительность технологической линии (т/год) [1].

5. Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и мероприятия по технике безопасности и промсанитарии

5.1 Общая характеристика проектируемого объекта, установки

Техническая характеристика автоклава:

Диаметр - 1700 мм;

Высота - 4730 мм;

Толщина стенок автоклава - 16 мм, рубашки - 12 мм

Диаметр рубашки - 1800 мм;

Высота рубашки - 1910 мм;

Вместимость автоклава - 5 м³

Вес аппарата - 4500 кг;

Материал - 12Х18Н10Т

5.2 Основные физико-химические, токсичные, взрыво- и пожароопасные характеристики веществ и материалов, обращающихся в производстве

Таблица 5.1 - характеристика токсичности, пожара - взрывоопасности материалов, полуфабрикатов и готового продукта [21]

Наименование материала и продукта	ПДК мг/м3	Класс опасности	Пожара - взрывоопасные характеристики	Токсичные действия
1. целлюлоза	12	2	Относиться к группе горючих веществ. Обладает большой прочность на разрыв	Не токсична
2. целлюлоза аэровзвесь	4	3 ГОСТ 12.1-007-76	С воздухом образует взрывчатые смеси	При вдыхании вызывает раздражение слизистых оболочек, дыхательных путей
3. коллоксилин		4 ГОСТ 19433-88	Коллоксилин с массовой долей влаги 25 % и выше относится к легковоспламеняющимся. Чувствительность коллоксилинов к удару и трению зависит от объемной концентрации окиси азота и массовой доли влаги. С увеличением объемной концентрации окиси азота чувствительность коллоксилина к удару и трению увеличивается, а с увеличением массовой доли влаги уменьшается. При замерзании влажных коллоксилинов чувствительность увеличивается. Коллоксилины легко воспламеняться от искр, пламени, быстро горит со вспышкой.	Не токсичен
			Со спирта - водной влагой при испарении выделяют пары спирта, которые образуют с воздухом взрывоопасные смеси.

Опасные и вредные производства, факторы проектируемого объекта

Основными вредными факторами на фазе подготовки целлюлозы является:

1. взрыво-пожароопасность, так как в производстве применяться пожара - и взрывоопасные вещества.

2. поражение электрическим током, так как технологическое оборудование снабжено приводами от электродвигателя.

3. накопление статического электричества, так как при движении по трубопроводам жидкостей, паров, газов и твердых веществ накапливается статическое электричество.

4. механические травмы, так как данный объект имеет движущиеся части, что вызывает опасность получения механических травм.

5. опасность поражения атмосферным электричеством, так как при попадании разряда атмосферного электричества в здание проектируемого объекта может возникнуть взрывопожарная ситуация.

5.3 Категорирование производственных помещений по взрывопожароопасности

Категорирование производственных помещений производится исходя из свойств и количеств, образующихся в производстве взрывоопасных и горючих веществ с учетом особенностей технологического процесса.

По степени пожара - взрывоопасности в производстве коллоксилина категория помещения - Г пожара взрывоопасная (негорючие вещества и материалы в горючем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр, пламени, горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива).

К категории Г относятся процессы (операции), при проведении которых возможное возгорание локализируется внутри здания (сооружения).

Таблица 10.2 - классификация производственных помещений по взрыво- пожароопасности и правилам устройства электроустановок

	Класс по ПУЭ	Категория по НПБ 105-95
Операция предварительной обработки (целлюлоза)	П - 2	Г

5.4 Санитарная классификация предприятия

В зависимости от мощности, от условий технологического процесса, характера и количества, выделяющих в окружающую среду вредных веществ следует установить класс производства и ширину санитарно - защитной зоны.

В соответствии с СанПин 2.2.1/2.1.1.567 - 96 данное производство относиться к 1 классу.

Ширина санитарно - защитной зоны 1 класса равняется 2000 метров [24].

5.5 Коэффициент технической безопасности

На основании «Отраслевой методике расчета коэффициента технологического процесса», утвержденной конструктивным письмом министерства от 19.10.1984 года № ИП - 482 и в соответствии с «Методикой расчета коэффициента технической безопасности технологического процесса» инв. 4395 на заводе производиться расчет коэффициента технической безопасности технологических процессов и оборудования.

По учету ведения технологического процесса изготовления нитроцеллюлозы непрерывным способом коэффициент технической безопасности на 01.01.1992 года составил К_б = 0,846

Нарушение подписанных приемов работы на используемом оборудование в технологической цепочке ведет к несчастным случаем.

Ответственность за выполнение требований регламента несут начальник и технолог цеха.

5.6 Противопожарные мероприятия

Производственные помещения должны быть обеспечены первичным и стационарными средствами пожаротушения:

- огнегасительная дренчарная система,

- противопожарные краны с рукавами и со стволом,

- ящики с песком.

В каждом помещении имеются табели боевого расчета, где конкретно указаны обязанности каждого члена боевого расчета.

При возникновении пожара звонить по телефону 01 или вызвать пожарную команду по извещателю.

В случае возникновении пожара в помещении необходимо прекратить работу, выключить вентиляционную систему, приступить к тушению пожара и вызвать пожарную команду.

Средства пожаротушения проверяются на исправность и пригодность согласно графику.

5.7 Безопасность технологического процесса

Высокая надежность и безопасность химического производства достигается правильными проектными решениями, разработанными на основе всестороннего глубокого научного исследования условий безопасного ведения нового технологического процесса.

Основные причины, приводящие отклонения от нормального режима работы и вызывающие аварийную ситуацию:

1. изменение соотношения подаваемых компонентов. В этом случае скорость химического превращения растет, что приводит к увеличению количества выделяемого тепла, подъему температуры, ускорению побочных реакций, интенсивному газовыделению. Отклонение возникает при отказе средств автоматизации, оборудования, регламентирующего подачу, или в результате ошибок обслуживающего персонала.

2. отсутствия перемешивания. В том случае возможно накопление непрореагированых компонентов, что при последующем включении мешалки ведет к интенсивному росту скорости реакции и, как следствие, и нарушение температурного режима. Возникает в результате отказа технологического оборудования (остановка или обрыв лопастной мешалки).

3. попадание посторонних продуктов в аппарат. Приводит к ускорению побочных реакций, нарушению температурного режима. Возникает при отказе технологического оборудования и в результате обслуживающего персонала.

4. нарушение режима удаления газов или паров. Приводит к увеличению давления и возникает при отказах средств автоматизации, технологического оборудования, стоящего на линии отвода газов или паров из реактора и при ошибках обслуживающего персонала.

Требование безопасности к технологическому процессу включает в нормативно - техническую и технологическую документацию:

- устранение непосредственного контакта работающих с вредными веществами. Технический процесс исключает непосредственный контакт работающих с перерабатываемыми материалами. Обеспечение этого требования безопасности ведения технологического процесса в герметически закрытой аппаратуре, отделение работающих от вредных веществ.

- замена опасных и вредных технологических операций не менее опасные. Для повышения безопасности предусматривается замена на более опасных операций на менее опасные. Безопасность операций

транспортирования коллоксилина повышается во влажном состоянии.

Безопасность производственных процессов существенно повышается при размоле коллоксилина мокрым способом, при движении коллоксилина по трубопроводу во влажном состоянии:

- механизация и автоматизация.

Механизация технологического процесса позволяет заменить операции, выполняемые в ручную, машинами и механизмами, тем самым уменьшая опасность, связанные с ними.

5.8 Обеспечение электробезопасносноти

5.8.1 Меры защиты от поражения электрическим током

В качестве проводки используется кабель или проводка в трубах конструкцией предусмотренной проектной документацией.

Вся пусковая аппаратура для электроосвещения и электросилового оборудования изготовлена в пылеводазащищенном исполнении. Для предотвращения пожара или взрыва предусмотрены следующие мероприятия:

- силовые и осветительные щиты, а машинные пускатели выносятся в отдельные помещения,

- для управления токоприемниками устанавливаются кнопочные посты в пылезащищенном исполнении,

- поставленные в комплекте с оборудованием электродвигатели выполнены в защищенном исполнении.

Защитное заземление всех электроустановок осуществляется через четвертую дополнительную жилу.

5.8.2 Защита от статического электричества

В результате трения при движении продукта и в процессе его упаковывания, а также при движении растворителя по трубопроводам накапливается статическое электричество, которое отводится путем заземления оборудования согласно ПЭУ, ГОСТ 12.1.030 - 81 и ПЗ.СЭ.

Величина сопротивления заземления для защиты от электричества более 100 Ом.

Заземлению подлежат все металлические и электропроводящие неметаллические части технологического оборудования независимо от того, применяется или нет другие меры защиты от статического электричества.

Другим способом предотвращения накопления опасных количеств статического электричества является увеличение относительной влажности воздуха в рабочей зоне. В отделениях укупорки и обезвоживания относительная влажность не должна быть менее 65 %.

Для поддержания относительной влажности ежемесячно в помещения проводиться полив водой. Замер относительной влажности производиться по психрометру в двух точках помещения.

Допускается объединение заземления от статического электричества с общим заземлением. При этом величина сопротивления не должна превышать 4 Ом.

5.8.3 Заземление технологического оборудования

Контур заземления, присоединение заземляющих проводников к контуру заземления, к заземлителям и заземленным конструкциям, стационарным аппаратам и оборудования выполняется сваркой.

В случае невозможного заземления сварки для передвижных и стационарных аппаратов и оборудованию допускается присоединение заземляющих проводников при помощи надежного болтового соединения. Концы гибких проводников предназначенных для болтового присоединения к заземленному оборудованию, имеются припаечные или приваренные наконечники в виде неразрезанного кольца.

Заземляющие проводники и контактные поверхности защищаются от коррозии.

Заземлению подлежат все металлические и электропроводящие линии электропроводных конструкций и оборудования. Для защиты для статического электричества технологического оборудования путем заземления в здании положен контур, который присоединяется к системе заземления не менее чем в двух местах

5.9 Отопление и вентиляция

Основным условием создания нормальных санитарно - гигиенических условий воздушной среды в производственных помещениях является максимальная герметизация технологических оборудований и коммуникаций.

В задачу вентиляции входит борьба с неизбежными вредными выделениями, которая решается путем устройства местных отсосов у аппаратов с наиболее интенсивными выделениями вредностей и обще обменными приточно - вытяжными системами.

Во взрывоопасных помещениях предусматривается воздушное отопление. Чистка воздуховодов осуществляется согласно графику, утвержденному главным инженером.

Отопление и вентиляция выполнены следующим образом:

- все вытяжные системы располагаются в изолированных камерах,

- выходы из вытяжных камер предусматриваются наружу или в коридор,

- элекродвигали вытяжных систем во взрывобезопасном исполнении,

- все металлические части систем отопления и вентиляции подлежат заземлению,

- ременные передачи ограждаются,

- все воздуховоды заземляются.

5.9.1 Расчет вентиляции

Требуемый воздухообмен:

L = Q_изб/ C_р(t_ух- t_п),

Где L - требуемый воздухообмен, м³/ч;

Q_изб - количество избыточного тепла, выделяющегося в помещение, кДж;

С_р - теплоемкость воздуха = 1,2 кДж/м

t_ух - температура воздуха, уходящего из помещения, ⁰С;

t_п- температура подаваемого воздуха, ⁰С;

t_ух = t_рз + t(h + 2) = 27 +1(3,5 - 2) = 28,5

t - температурный коэффициент по высоте помещения, 1⁰С;

t_рз - температура рабочей зоны, 27⁰С;

h - расстояние от пола до центра вытяжных проемов = 3,5 м;

2 - высота рабочей зоны;

Температура подаваемого воздуха (t_п) должна быть на 8 - 5 ⁰С ниже t_рз или:

t_п = t + 0,001 P_п = 10 + 0,001 * 5500 = 15,5 ⁰С

P_п - полное давление вентилятора = 5500 Па;

t - температура наружного воздуха = 10 ⁰С;

Q_изб = Q_об + Q_э + Q_осн + Q_р,

Где Q_об - теплопоступление от нагреваемых поверхностей оборудования, Вт;

Q_э - теплопоступление от оборудования приводимого в действие электродвигателями, Вт;

Q_осн - теплопоступление от источников искусственного освещения, Вт;

Q_р - поступление от работающих, Вт;

Q_об = б'₀ *F₀(t_н - t_рз),

Где б'₀ - коэффициент теплопередачи;

F₀ - площадь нагретой поверхности трубопроводом, м²;

t_н - температура теплоизолированного оборудования, К;

б'₀ = 11,6 * V_в^1/2 ,

где V_в^1/2 -скорость движения воздуха, м/с;

б'₀ = 11,6 * (0,4)^1/2= 7,34 м/с

Q_об = 7,34 * 20(318 - 300) = 2642,4 Вт

Q_э = 0,25 * W * 1000,

где W - суммарная мощность электродвигателя, кВт;

Q_э = 0,25*0,73*1000=1825000 Вт

Q_осн = k*E*S*g,

Где k - коэффициент для ламп накаливания, 2,75;

E - нормированная освещенность в соответствии с СНИП 23-05-95, лк;

S - освещенная площадь помещения, м²

g - удельные тепловыделения, Вт/(м² лк)

Q_осн =2,75*40*880*0,099,2 Вт

Q_р=q*n,

Где g - тепловыделения одним человеком, Вт;

n - количество работающих в смену;

Q_р=204,16*10=2041,6 Вт

Q_изб=2642,4+1825000+9099,2+2041,6=1838783,2 Вт

Требуемый воздухообмен составляет:

L = м²/ч

Кратность воздухообмена:

K=L/V

L - требуемый воздухообмен, м²/ч;

V - объем помещения, м²;

К=113505/7040=16,123

5.10 Освещенность производственных помещений наружных установок

Для создания оптимальных условий для трудового процесса во всех производственных помещениях и наружных установках предусматривается рациональное освещение рабочих мест и рабочих зон.

Нормы естественной и искусственной освещенности выбираются в соответствии с разрядом зрительной работы, определяемым по величине объекта различения.

Производится расчет требуемой площади световых приемов (окон) для естественного освещения и необходимого числа ламп для обеспечения нормированного значения освещенности на рабочих местах при искусственном освещении в соответствии с требованиями СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».

5.10.1 Расчет освещения

Требуемая площадь световых проемов при боковом освещении:

S₀=(S_n*ln*K₃*з'*K_зд)/(100*ф₀*r₁),

где S₀ - площадь окон, м²;

S_n - площадь пола, м²;

Ln- нормированное значение

K₃ - коэффициент запаса = 1,2 - 2;

з' - световая характеристика окна принимается в зависимости от отношения длины помещения L к его глубине В и от отношения глубины помещения В к его высоте от уровня рабочей поверхности до верха окна l;

K_зд - коэффициент, учитывающий затемнения окон противостоящими зданиями =1 - 1,7;

ф₀ - общий коэффициент светопропускания = 0,6 - 1;

r₁ - коэффициент, учитывающий отражение света от потолка, стен отношения длины помещения L и его длине.

В = 1,5 - 5,7

S₀= м²

Площадь одного окна в цехе предусматривается 3*3=9 м²

Количество окон расчитываеться по формуле:

n = S₀/ 9 = 14 шт.

Необходимое количество ламп, обеспечивающих нормированное значение освещенности для искусственного освещения рассчитываются по формуле:

n=(E*S_n*K*z)/F*з,

где E - нормированное освещение, лп;

S_n - площадь помещения, м²

K - коэффициент запаса = 1,1 -1,2;

F - световой поток лампы 1Б - 40,3120 лм;

z - поправочный коэффициент светильника = 1,1 - 1,5;

з - коэффициент использования светового потока = 0,5 - 0,6

N = (200*880*1,1*1,1)/(3120*0,6)=113,76 шт.

В каждом светильнике находиться две лампы.

Количество светильников рассчитывается по формуле:

n = N/2=57 светильников

Эвакуационное освещение обеспечивает освещенность на полу или на земле основных проходов и на ступенях лестниц в помещениях - 0,5 лп., на наружных открытых площадках - 0,2 лп.

Светильники аварийного освещения присоединены к сети, не зависящей от сети рабочего освещения [25].

5.11 Защита работающих от производственного шума, вибрации

Источниками шума и вибрации являются аппараты с мешалками, технические установки и аппараты, в которых движение газов или жидкостей проходит с большими скоростями и имеет пульсирующий характер.

Превышение уровня шума (более 85 дБ), вибрации (более 30 Гц) на рабочих местах оказывает вредное влияние на организм человека нарушается нормальная деятельность сердечно - сосудистой системы, пищеварительных органов, развивается профессиональная глухота. Вибрация воздействует на центральную нервную систему, желудочно-кишечный тракт, вызывает головокружение.

Для защиты от шума и вибрации используют, прежде всего, технические меры, позволяющие устранить или снизить шум и вибрацию в источнике их возникновения. Для этого следует руководствоваться ГОСТ 12.1.029 - 80 «Средства и методы защиты от шума», ГОСТ «Вибрационная безопасность. Общие требования».

Для защиты от шума и вибрации изменяют конструкции машин и механизмов в направлении их жесткости, исключение резонансных режимов работы.

Наиболее эффективна защита от шума и вибрации в источнике их образования. Поэтому при проектировании оборудования и технологических процессов заменены ударные взаимодействие деталей безударными, возвратно - поступательное движение - вращательным, подшипники качения - подшипниками скольжения, шумные технологические процессы - бесшумными или малошумными.

Наряду с этими используется звукопоглашение. Наиболее эффективно поглощают звук пористые материалы. Это объясняется переходом энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту, образующуюся в результате их трения в порах материала. В качестве звукопоглощающего материала применяется капроновое волокно, поролон, стекловолокно, пористая штукатурка.

Большое значение для снижения шума и вибрации имеет правильная планировка территории и производственных помещений, а также использование естественных и искусственных преград, препятствующих распространению шума.

Виброизоляция представляет собой упругие элементы, размещенные между вибрирующей машиной и её основанием. Амортизаторы вибраций изготавливаются из стальных пружин или резиновых прокладок.

Для защиты от вибрации предаваемой человеку через ноги, рекомендуется носить обувь на войлочной или толстой резиновой подошве [26].

5.12 Нормирование метеорологических условий производственной среды

Таблица 5.4 - Категория тяжести выполняемой работы

Категория работы	Электрозатраты	Характеристики работ
	Ккал/г	Вт
Средней тяжести 2б	201 - 250	233 - 290	Ходьбой, перемещением и переносной тяжести до 10м

Таблица 5.5 - Период года

Период года	Категория работ	Температура, 0С	Относительная влажность, %	Скорость движения Vв, м/с
Холодный и переходный	Средней тяжести 2б	15 - 21	75	Не более 0,4
Теплый	Средней тяжести 2б	16 - 27	70 (при 250С)	0,2 - 0,5

В соответствиями с требованиями ГОСТ 12.1005 - 88 «общие санитарно - гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» определяем нормы оптимальных и допустимых параметров микроклимата: температура, относительной влажности, и скорости движения воздуха в рабочей зоне оптимальные параметры задаются в зависимости от категории тяжести выполняемой работы (табл. 5.4) и от периода года (холодно, переходное и тепло) (табл. 5.5).

5.13 Пожарная профилактика, методы и средства тушения

5.13.1 Объемно планировочные и конструктивные требования пожарной профилактики к территории, зданиям и сооружениям

Для предупреждения пожара по территории предприятия производиться ее планировка и разбивка на зоны по их функциональному использованию. Взаимное расположение зон решается с учетом рельефа местности и преобладающего направления ветров (роза ветров).

Возможность распространение пожара в здании в значительной мере зависит от огнестойкости основных строительных конструкций помещения, планировки и размещения оборудования в здании.

Степень огнестойкости здания и пределы огнестойкости строительных конструкций относиться к категории зданий «А».

Таблица 5.6 - Степень стойкости здания

Категория зданий или пожарных отсеков	Допустимое число этажей	Степень огнестойкости	Площадь этажа в пределах пожарного отсека, м2
			Одноэтажных	Многоэтажных
				В два этажа	В три этажа
А - здания химической промышленности	6 1	2 3а	Не ограничивается 3500	5200	3500

Помещение категории А следует размещать у наружных стен, а в многоэтажных зданиях - верхних этажах.

Из зданий и помещений предусматривается, как правило, не менее двух эвакуационных выходов, и расстояние от наиболее удаленного рабочего места до ближайшего эвакуационного выхода из помещения (площадок и этажерок) непосредственно на улицу или на лестничную клетку не превышает 15 - 25 м. Ширина путей эвакуации не менее 1м, дверей не менее 0,8м.

Для обнаружения начальной стадии пожара в производственных помещениях, наружных установках, складах устанавливаются пожарные извещатели с ручным и автоматическим включением.

В системе автоматического предупреждения предусмотрена пожарная сигнализация с установкой пожарных извещателей на наружных сторонах зданий.

5.13.2 Защита зданий и сооружений от разрядов атмосферного электричества (молниизащиты)

Рассчитываем ожидаемое количество N поражений молний в год зданий и сооружений, определяется по формуле:

N=((S+6h)*(L+6h)-7,7h)*n*10^-6,

где S и L - соответственно ширина и длина защищающего здания, S=24 м, L=36 м;

h - наибольшая высота здания, h=9 м;

n - удельная плотность ударов молний в землю, определяется в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз (для г. Казани n=2).

N=((24+6*9)*(36+6*9)*7,7*9)*2*10^-6=0,0139

h=1,5*(r₂+1,63h_x), м

где r_x - радиус зоны защиты на высоте h_x, м;

h_x - высота защищаемого объекта, м;

h=1,5*(12+1,63*9)=3,3 м

Таблица 10.7 - здания и сооружения

Здания и сооружения

Месторасположение

Типы зоны защит при исполнении стержневых и тросовых молнеоотводов

Категория молнии защиты

Здания и сооружения или их части помещения которых согласно ПУЭ относятся к зонам классов П-1, П-2, П-2а.

В местностях со средней продолжительностью гроз 20 часов в год и более.

Зона Б

Для 3-4 степени огнестойкости при 0,02<N<2 зона Б.

У молниеотвода зона защиты типа Б степень надежности - 95% и выше.

Защита зданий и сооружений, отнесенных по устройству молниизащиты к 3 категории, защищена от прямых ударов молнии и заноса высокого потенциала через наземные металлические коммуникации. Наружные установки 3 категории защищены от прямых ударов молнии, применяют стержневой молниеотвод, так как здание имеет прямоугольную форму.

5.14 Экологичность проекта

5.14.1 Вероятные источники загрязнений

При и эксплуатации объекта возможны следующие негативные воздействия на окружающую среду:

1) загрязнение воздуха, так как при производстве коллоксилина происходит выделение аэровзвеси целлюлозы и газов вредных веществ.

2) Загрязнение сточных вод происходит в результате промывки оборудования, полов, потолков и стен помещений, технологических коммуникаций.

3) Загрязнение почвы, так как образуются твердые отходы в процессе производства.

5.14.2 Устранение вредных отходов

1) В местах интенсивного выделения аэровзвеси устанавливаются вентустановки вытяжного или приточно-вытяжного типа. Воздух, загрязненный пылью целлюлозы перед выбросом в атмосферу проходит через рукавный фильтр.

2) Воду, загрязненную примесями сырья и готовой продукции, следует собирать в отстойники и в дальнейшем использовать воду в производстве [27].

6. Описание генеральный план

Проектируемый цех расположен на территории города Казани. Площадка для цеха, имеет относительно ровную поверхность, близко расположенную к источнику водоснабжения.

Производственные здания расположены с учетом безопасных расстояний, санитарных и противопожарных требований СНиП2 89 - 80. Безопасное расстояние между мастерскими не менее 2,5 м.

Запроектирована шоссейная дорога шириной 6 м, которая покрыта асфальтом. В случае необходимости дорога может быть использована, как пожарная. Запроектированы внутрицеховые автодороги шириной 3 м. Вдоль кольцевой дороги имеется кольцевая стена пожаротушения с гидрантами. Для отправки готовой продукции и сырья предусмотрена железная дорога, шириной 1,5 м.

На территории цеха имеется озеленение в виде деревьев и кустарников. В случае аварии цех может работать за счет резервного подвода электроэнергии и воды. На территории цеха расположено оборудованное убежище для персонала цеха. Персонал цеха снабжен индивидуальными средствами защитами.

Имеются резервные реакторы на стадии стабилизации, нитрации, которые могут быть задействованы при выходе из строя основного оборудования.

Плиты перекрытия сделаны легкосъемными, что обеспечивает быстрый ремонт и замену оборудования. Здание цеха смонтировано так, что может выдержать взрыв [28].

7. Расчет экономических показателей проекта производства

7.1 Расчет капитальных вложений и амортизационных отчислений в основные фонды

Таблица 7.1 - Стоимость зданий и сооружений

Наименование	V здания, м3	Сметная стоимость	Общая стоимость	Амортизационная стоимость
				Норма, %	У А, руб.
Здание	8640	1500	12930000	1,6	206880
Сооружения	1860	1500	27900000	1,6	44640
Итого			15720000		251520

Таблица 7.2- Капитальные затраты на оборудование

Наименование оборудования	Кол-во ед.	Ед. из.	Стоимость, руб.	Амортизационные отчисления
			Ед.	Общая	Норма, %	У А, руб.
1.Технологическое оборудование
Кипорыхлитель	2	шт.	220000	440000	10	44000
Нитратор - дозер	5	шт.	250125	1250625	10	125062,5
Смеситель кислот	4	шт.	100000	400000	10	40000
НУОК	3	шт.	510000	1530000	10	153000
Мутильник	2	шт.	25000	50000	10	500
Адсорбер	2	шт.	280540	561080	10	56108
Автоклав	2	шт.	116000	232000	10	23200
Чан горячей промывки	8	шт.	12000	960000	10	96000
Лавер	2	шт.	40200	80400	10	8040
Смеситель общих партий	4	шт.	125000	500000	10	50000
Ажитатор	3	шт.	150000	450000	10	45000
Центрифуга	3	шт.	84000	252000	10	25200
Итого:				6706105		670610,5
2. Неучтенное оборудование	10	%		786310	10	78631
3. Электросиловое оборудование	10	%		786310	10	78631
4. КИПиА	15	%		1005915,7	10	100591,57
Тр/пр	10	%		1005915,7	10	100591,57
Итого				100599157		1005915,7

Таблица 7.3 - Сводная смета капитальных затрат и структура ОПФ

Элементы ОПФ	Проект	Аналог
	Руб.	% к итогу	Руб.	% к итогу
Здания Оборудование Итого:	15720000 6706105	71 29	16653447 6476340,6	72,5 27,5
	22426105	100	23129787,6	100

7.3 Расчет нормируемых оборотных средств (НОС)

НОС составляет 12 -15 % от стоимости ОПФ

НОС = 0,15*22426105=3363915,75 руб.

Сумма ОПФ и НОС составляет капитальные вложения в проектируемый объект

К = ОПФ + НОС = 22426105+3363915,75 = 25790020 руб.

Капиталовложения на калькуляционную единицу

К_уд = руб.

7.4 Расчет численности и фонда заработной платы персонала.

Таблица 7.4 - Баланс рабочего времени одного среднесписочного рабочего

Показатели

8-ми часовая смена непрерывное производство

Календарный фонд рабочего времени (Тк)

Выходные и праздники

Номинальный фонд рабочего времени (Тном)

Продолжительность отпуска

Выполнение гос. обязанностей

Невыходы, регламентируемые законом

Эффективный фонд рабочего времени Тэф

Эффективный фонд рабочего времени, часах

365

91

274

28

2

8

236

1888

Таблица 7.5 - Численность рабочих

Наименование персонала	Тар. Раз.	Численность рабочих
		сменная	явочная	списочная
Старший аппаратчик подготовки сырья и отпуска полуфабрикатов	5	1	2	3
Аппаратчик подготовки сырья и отпуска полуфабрикатов	4	2	4	5
Старший аппаратчик рыхления	5	1	2	3
Аппаратчик рыхления	4	1	2	3
Старший аппаратчик нитрации	5	1	2	3
Аппаратчик нитрации	4	2	2	3
Старший аппаратчик НУОК	5	1	2	3
Аппаратчик НУОК	4	2	2	3
Старший аппаратчик промывки	5	1	2	3
Аппаратчик промывки	4	2	2	3
Старший аппаратчик стабилизации	5	1	2	4
Аппаратчик стабилизации	4	2	2	3
Старший аппаратчик отжима	5	1	2	3
Аппаратчик отжима	4	2	2	3
Транспортировщик	4	2	3	4
Установщик специзделий	4	4	5	6
Контролер производства	4	2	4	5
Отборщик проб	4	2	3	4
Итого:		30	45	58

7.5 Расчет фонда заработной платы основных рабочих

7.5.1 Расчет тарифного фонда заработной платы основных рабочих

З_тар = Р_i_сп ? Т_эф ? Т_см ? К_i ? Зч1

Р_i_сп - списочная численность рабочих I-го разряда;

Т_эф - эффективный фонд времени;

Т_см - длительность смен, ч;

К_i - тарифный коэффициент i-го разряда;

З_ч1 - часовая тарифная ставка 1- го разряда;

З_тар _{стар.апп-к} = 224*12*24*2,27*12,7=1801239,5 руб.

З_тар _апп-к = 224*56*12*2,01*10,3=3116381,2 руб.

7.5.2 Доплаты к тарифному фонду заработной платы

Премия

П_{стар.апп-ка} = П?З_тар = 0,5?1801239,5 = 90061975 руб.

П_апп-ка= П?З_тар = 0,5?3116381,2 = 15589190,6 руб.

Доплата за вредные условия труда

Д_{вр.у.т.ст.апп-ка}= 0,12?1801239,5=21614874 руб.

Д_{вр.у.т. апп-ка} = 0,12?3116381,2=37396574,4 руб.

Доплата за работу в вечернюю смену

З_веч _{ст.апп-ка} =

З_веч _апп-ка=

0,2 - коэффициент доплат к тарифной ставке

Доплата за работу в ночную смену

З_веч _{ст.апп-ка} =

З_{веч апп-ка} =

0,4 - коэффициент доплат к тарифной ставке за каждый час ночной смены.

Доплата за работу в праздничные дни

З_празд = Р_яв?24?15?Кср?Зч1

24 - число часов в сутках;

10 - число праздничных дней в году;

З_празд_{ст апп-ка} = 18?24?15?1,07*12,3 = 85283,28 руб.

З_празд_апп-ка = 41?24?15?1,07?10,3 = 162669,96 руб.

7.5.3 Фонд основной заработной платы состоит из тарифного фонда и доплат

З_осн = З_тар + Д

З_{осн ст.апп-ка} = 1801239,5 + 180123,95 + 360247,24 + 85283,28 = 2426894,63 руб.

З_{осн апп-ка} = 3116381,2 + 311638,12 + 623276,24 + 162669,96 = 4213965,52 руб.

Дополнительная заработная плата включает в себя оплату отпусков и оплату за выполнение государственных и общественных обязанностей. Дополнительная заработная плата может быть принята в размере 10-20% от основного фонда заработной платы.

З_{доп ст апп-ка} = 0,15?2426894,63 = 364034,19 руб.

З_{доп апп-ка} = 0,15?4213965,52 = 632094,82 руб.

Годовой (общий) фонд заработной платы основных рабочих состоит из основного фонда и дополнительной заработной платы

З_год = З_осн + З_доп

З_{год ст.апп-ка} = 2426894,63 + 364034,19 = 2790928,82 руб.

З_{год апп-ка} = 4213965,52 + 632094,82 =4846060,34 руб.

Отчисления на социальное и медицинское страхование в химической промышленности составляет 26% от годового фонда заработной платы.

О_{ст.апп-ка} = 0,26?2790928,82 = 725641,49 руб.

Оапп-ка = 0,26?4846060,34 = 1259975,69 руб

Заработная плата основных производственных рабочих учитывается самостоятельной статьей в калькуляции.

З_уд =

В - годовой объем производства по проекту в натуральном выражении.

З_{уд ст.апп-ка} =

З_{уд апп-ка} =

Удельное отчисление на социальное и медицинское страхование на калькуляционную единицу.

З_{уд с.с} =

З_{уд с.с ст.апп-ка} =

З_{уд с.с апп-ка} =

Среднемесячная заработная плата основных рабочих

З_ср =

З_{ср ст.апп-к} =

З_{ср апп-к} =

Таблица 7.6 - Сводная ведомость заработной платы основных производственных рабочих

Наименование должности	Численность	З/П по тарифу	З/П основная	Доплаты за ночные, вечерние выходы, праздники, премия	Годовой фонд З/П
Старший аппаратчик	22	1801239,5	2426894,63	1006653,8	279028,82
Аппаратчик	23	235622,4	4213965,52	1758274,1	4846060,34
Транспортировщик	4
Упаковщик	6
Контролер	5
Отборщик проб	4
Итого:					5125089,16

7.5.4 Расчет фонда заработной платы вспомогательных рабочих

З_{год.всп.раб} = (З_{осн.деж.всп.раб} + З_{осн.дн.всп.раб.})

З_{осн.деж.всп.раб} = З_тар + Д_в.в.

З_{осн.дн.всп.раб} = З_тар + Д _пр.дн.

1. Слесарь-ремонтник - 4 человека 5 разряда

З_тар = (900*2,16*1*1,12*1,3+150)*12*4= 143062,27 руб

З_осн.дн =143062,27 +1(2*24*15*2,16*4,7)=150371,71 руб

З_{осн.деж} =143062,27+150371,71 =293433,98 руб

З_год = 150371,71+143062,27 +293433,98=586867,9 руб

2. Слесарь КИП и А 3 человек 5 разряда

З_тар = (900*2,16*1*1,12*1,3+150)*12*3 =107296,7руб

З_осн.дн = 107296,7+(2*24*15*1,07*4,7) = 113600руб

З_{осн.деж} = 113600+107296,7= 220896,7руб

З_год = 107296,7+220896,7+113600=441793,4 руб

3. Электромонтер 4 человек 5 разряда

З_тар =(900*2,16*1*1,3+150)*12*4 =1285056 руб

З_осн.дн = 128505,6+(2*24*15*216*4,7)=135815,04 руб

З_{осн.деж} = 128505,6+135815,04=264320,64 руб

З_год = 1285056+264320,64 +1285056=2834432,64 руб

Таблица 7.7 - Сводная ведомость заработной платы вспомогательных рабочих

Наименование должности	Разр.	Числ.	ЗП по тарифу в год, руб.	ЗП дневных рабочих, руб.	ЗП дежурных рабочих, руб.	ЗП год, руб.
Слесарь КИПиА	5	3	109979,12	113600	120977	234577
Слесарь - ремонтник	5	4	143062,27	150371,71	293433,98	443805,69
Электромонтер	5	4	128505,6	135815,04	264320,64	400135,68
Итого:						1078518,37

Таблица 7.8 - Сводная ведомость заработной платы служащих и ИТР

Наименование должности	Численность	Оклад в месяц, руб.	Год. фонд. По окладу, руб.	Доплата	Годовой фонд ЗП, руб.
				%	сумма
Начальник цеха	1	9785	117427	10	11742,7	129169,7
Главный механик	1	9688	116266,75	10	11626,675	127893,42
Главный энергетик	1	8491	101896,7	10	10189,67	112086
Главный технолог	1	7874	94493,95	10	9449,395	13943,34
Технолог	1	5455	65463,55	10	6546,355	72009,9
Мастер	3	11321	135862,27	10	13548,227	1499448,5
Нормировщик	1	3495	41948,92	10	4194,892	46113,81
Уборщица	2	2500	60000	10	6000	66000
Итого:						806665,03

Отчисления на социальные страхования 26,2% от общей суммы заработной платы в год.

806665,03*26,2=211346,2 руб.

7.6 Производительность труда 1 рабочего

П_т = т/год

7.7 Производительность труда 1 работающего

П_т = т/год

7.8 Средняя заработная плата 1 рабочего

З_с.г.= руб.

7.9 Среднегодовая заработная плата 1 работающего

З_с.г. = руб.

7.10 Расчет себестоимости продукции

Таблица 7.9 - Расчет нормы расхода сырья, основных материалов и полуфабрикатов на калькуляционную единицу

Наименование	Ед. изм.	Норма расхода на калькуляционную ед.	Годовой выпуск	Годовая потребность по мат. балансу.
1. Целлюлоза	т	1239396,4	7000	177,06
2.Азотная кислота	т	13120	7000	1,87
3.Сода	кг	3280	7000	0,47
4.Спирт этиловый	т	26240	7000	3,75
5. Серная кислота	т	13770	7000	1,97
6. Ящик + вкладыш	шт.	2046	7000	0,29
7. Мешок	шт.	727	7000	0,1
8. Пленка полиэтиоеновая	м	524	7000	0,07
Полуфабрикаты: Купоросное масло	т	27000	7000	3,86

7.11 Топливо и энергия на технологические цели

Таблица 7.10 - Годовой расход электроэнергии

Наименование оборудования	Ед. мощности, кВт	Кол-во	Суммарная мощность	Тэф	Теоретическая потребность
Электродвигатель к кипорыхлителю	25	2	50	6806	340300
Электродвигатель к смесителю кислот	3	4	12	6806	81672
Электродвигатель к нитратору - дозеру	5,5	5	27,5	6806	187165
Электродвигатель к НУОК	17,5	3	52,5	6806	357315
Электродвигатель к автоклаву	40	2	80	6806	544480
Электродвигатель к смесителю общих партий	2,8	4	11,2	6806	76227,2
Электродвигатель к центрифуге	3,2	3	96	6806	653376
Электродвигатель к ажитатору	17	3	51	6806	347106
Итого:					2587641,2

7.12 Расчет годового расхода электроэнергии на двигательные цели

Э_дв = кВт

Затраты на электроэнергию составят:

2808075,1*0,69 = 1937571,8 руб.

На калькуляционную единицу:

руб/т

Таблица 7.11 - Годовой расход воды и пара на тонну

Наименование сырья	Ед. изм.	Количество	Цена за ед., руб.	Сумма, в руб.
Вода	м3	425	3,59	1525,75
Пар		10	136,63	1366,3
Итого:				2892,05

Затраты на пар и воду составят:

2892,05 * 7000 = 20244350 руб.

Таблица 7.12 - Смета расходов по содержанию эксплуатации оборудования

№ п/п	Наименование статей	Сумма, руб.	Методика расчета и укрупненные нормы проектирования
1.	Содержание оборудования, транспортных средств а) ЗП вспомогательных рабочих б) отчисления на социальное и медицинское страхование	1078518,37 282571,81	26,2% от ст. ЗП всп. раб.
2.	Текущий ремонт оборудования и транспортных средств	201183,15	3 % от стоимости оборудования
3.	Капитальный ремонт оборудования и транспортных средств	335305,25	5 % от стоимости оборудования
4.	Амортизация оборудования и транспортных средств	670610,5
5	Прочие расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	336391,57	15 % от суммы затрат по статьям 1-4
	Всего:	2904580,65

Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования на единицу готовой продукции

Рас по сод. обор. (уд.) =

где Урас.сод.об.(уд.) - сумма (годовая) расходов по содержанию и эксплуатации оборудования;

В - годовой объем производства, т.

Рас по сод. обор. (уд.) = руб/т

Таблица 7.13 - Смета цеховых расходов

№ п/п	Статьи затрат	Сумма, руб.	Методика расчета и укрупненные нормы проектирования
1.	Содержание цехового персонала	806665,03	таблица
2.	Отчисления на социальное медицинское страхование	211346,23	26,2% от статьи 1
3.	Текущий ремонт зданий и сооружений	157200	1 % от сметной стоимости зданий и сооружений
4.	Капитальный ремонт зданий и сооружений	314400	2 % от сметной стоимости зданий и сооружений
5.	Амортизация зданий и сооружений	251520	таблица
6.	Содержание зданий и сооружений	471600	3 % от сметной стоимости зданий и сооружений
7.	Охрана труда и техника безопасности	10000	по заводским данным
	Итого:	2222731,26

Цеховые расходы на калькуляционную единицу

Рас цех =

где Уцех.рас. - сумма фазовых расходов;

В - годовой объем производства, т

Рас цех = руб/т

7.4.3 Сравнительная калькуляция себестоимости коллоксилина

Планируемый годовой выпуск В = 7000 т;

Таблица 7.12 - Калькуляционная единица - тонна;

Статья затрат	Ед. изм.	Цена за ед. изм., руб.	По данным действующего предприятия	По проектным данным
			Расходный коэффициент	Сумма, руб.	Расходный коэффициент	Сумма, руб.
1.Материальные затраты:
а) Целлюлоза	т	25054	1,24	3106,69	1,24	3106,69
б) Азотная кислота	т	45000	1,3	58500	1,3	58500
в) Сода	т	45	0,328	14,76	0,328	14,76
ж) Спирт этиловый	т	1000	2,624	26240	2,624	26240
з) Серная кислота	т	30000	1,377	41310	1,377	41310
Ящик + вкладыш	т	28-74	0,2046	5,73-15,14	0,2046	5,73-15,14
и) Мешок	т	9	0,0727	0,6543	0,0727	0,6543
к) Пленка полиэтиленовая	т	402	0,0524	21,0648	0,0524	21,0648
Полуфабрикаты Купоросное масло	т	660	1,954	1289,64	1,954	1289,64
Всего по статье 1.				130503,63		130503,68
2. Топливо и энергия на технологические цели:
а) пар технологический	Гкал	374,59	0,06	22,48	0,06	22,48
б) вода технологическая	м3	16,59	0,61	10,12	0,61	10,12
в) электроэнергия	кВт/ч	1,27	177	225	177	225
3. ЗП с отчислениями:
а) ЗП основных производственных рабочих	руб.			9943		9943
б) отчисления на С и МС	руб.			2605,06		2605,06
Всего по статье 3.				12548,06		12548,06
4. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	руб.			2904,5		2904,5
5. Фазовые расходы	руб.			222		222
Фазовая себестоимость	руб.			149263,99		149937,74
6. Обще фазовые расходы	руб.			22176,76		22283,29
Заводская себестоимость				170021,85		170838,5
Непроизводственные расходы				5100,655		5125,16
Полная себестоимость				176541,4		177346,19

Таблица 7.13 - Сравнительные технико - экономические показатели

Показатели	Ед. изм.	По проекту	По аналогу
1. Годовой выпуск продукции	т	7000	7000
2. Капитальные затраты: а) ОПФ б) НОС	руб.	25779157 3363915	26196294 3418941,9
3. Численность работающих:	чел.	58	80
4. Среднегодовая ЗП 1 а) рабочего б) работающего	руб.	126311,7 119027	124708,52 116736
5. с/с единицы продукции	руб.	176541,4	177346,19
6.Срок окупаемости капитальных вложений	г.	3	-
7.Годовой экономический эффект	руб.	8047900	-

Вывод по экономической части

В проектируемом производстве коллоксилина марки ПСВ, в связи с проведением технико - экономических мероприятий предусмотрено:

1. внедрение АСУ: повышение качества продукции за счет автоматизированного контроля качества;

2. использование электродвигателя с меньшей мощностью.

Внедрение организационно - технических мероприятий позволило получить:

- годовой экономический эффект 8047900 руб.;

- срок окупаемости капитальных вложений 3 года;

- снижение себестоимости продукции на 4,5% [29,30].

Заключение

В данном дипломном проекте проведены технико-экономические расчеты цеха по производству коллоксилина марки ПСВ с детальной разработкой фазы подготовки целлюлозы. Годовая производительность 7000 т/год.

Дано описание технологической схемы производства коллоксилина марки ПСВ по полунепрерывной технологии и введении в нее следующих инженерных решений:

- автоматизации процесса подготовки целлюлозы с использованием КИПиА на базе ЭВМ, способствующее повышению качества конечного продукта и улучшению условий труда.

Проведены расчеты материального баланса, механический расчет вертикальных валов, тепловой расчет, а также расчет количества основного оборудования.

Разработаны вопросы, посвященные охране труда и мероприятия по технике безопасности.

Проведенный технико-экономический расчет показал, что введение новых инженерных решений позволит снизить себестоимость продукции на 4,5% и при этом годовой экономический эффект составит 8047900 руб.

Результаты проведенных расчетов свидетельствуют о том, что проект экономически выгоден и целесообразен.