Руда поступает в аппарат с мешалкой (агитатор) через штуцер 13, туда же для растворения в штуцер 4 подается 10% раствор БФА. Готовый продукт (пульпа) выходит через 14 штуцер, а отработанные реагенты (в случае остановки аппарата) удаляются через нижний 11 штуцер. Температура процесса 80 ⁰С, время 1 час.

Привод мешалки состоит из мотор-редуктора МПз-31,5 ГОСТ 21355 - 75 с номинальной мощностью 3 кВт, в состав которого входит электродвигатель 4АХ90L4РЗ.

Выбор типа мешалки определяется назначением перемешивающего устройства, физическими свойствами перемешиваемой жидкости.



Рисунок 3 - Схема агитатора

1 - привод; 2 - стойка привода; 3 - уплотнение вала; 4,13 - штуцера подачи реагентов; 5 - крышка; 6 - вал мешалки; 7 - мешалка; 8 - опора агитатора; 9 - корпус гладкой рубашки; 10 - штуцер слива конденсата; 11 - штуцер слива реагентов; 12 - штуцер подачи теплоносителя; 14 - штуцер для вывода пульпы



3. Расчетный раздел

3.1 Определение степени фторирования

Отношение твердой и жидкой фазы 1:2

Т.е. на 10 г руды идет 20 г БФА 10%. В 20 г 10% БФА содержится 2 г чистого БФА. Отсюда по уравнению реакции получим:

_{X 2 г}

SiO₂+3NH₄F·HF=(NH₄)₂SiF₆+2H₂O+NH₃

_{60 57}

Т.е. 0,7 г SiO₂ прореагировало с 2 г БФА.

Отсюда определим степень фторирования:

Принимаем степень фторирования б=10%.

3.2 Материальный баланс

3.2.1 Материальный баланс процесса фторирования (материальный баланс основного аппарата)

Материальный расчет основывается на законе сохранения материи, в данном случае - массы веществ, с учетом условий равновесия, определяемых термодинамикой процесса и ею макрокинетикой:



где - количества реагентов, поступающих в аппарат в единицу времени или за одну загрузку;

- количества реагентов, удаляемых из аппарата в единицу времени или за одну загрузку.

G_руды = 700000 т/год = 1917,8 т/сут

Руда поступает в аппарат в виде пульпы. Пройдя стадию измельчения, классификации и сгущения в пульпе находится 50% воды от массы руды.

Определим сколько воды в пульпе:

1917,8 т - 100%

Х - 50%

Отсюда

G_разб1 = 958,9 т/сут

В сухой руде C_SiO2 = 57,55%. Тогда получим:

Степень фторирования руды б = 10%. Тогда

Реакция, протекающая в аппарате:



SiO₂ + 3NH₄F·HF = (NH₄)₂SiF₆ + 2H₂O + NH₃

М 60 57 178 18 17

По реакции определим массы всех компонентов.

Определим массовый расход БФА (сухого):

Концентрация БФА С_БФА = 10%. Т.к. руда подается с водой и для того, чтобы в аппарате не было слишком много воды, мы приготовим раствор БФА более крепкий, чтоб та вода, которая подается с рудой разбавляла раствор БФА до нужной нам концентрации.

Рассчитаем массу воды необходимая для разбавления БФА до 10%:

Рассчитаем концентрацию БФА, которую можно получить при разбавлении этой водой:

Концентрация БФА С_БФА = 15%.

Определим массовый расход ГФСА:



Массовый расход аммиака:

Массовый расход воды (по реакции):

Массовый расход руды после реакции:

На основании расчета материальных потоков составим таблицу материального баланса (таблица 9).

Таблица 9 - Материальный баланс процесса

Приход	Расход
Статьи прихода	т/сут	Статьи расхода	т/сут
Руда	1917,8	Руда*	1807,431
H2Oразб1	958,9	H2Oразб1	958,9
БФА	314,551	H2Oразб2	1872,06
H2Oразб2	1872,06	ГФСА	327,428
		NH3	31,271
		H2O(реакция)	66,22
У	5063,311	У	5063,311



Поскольку материальный баланс сошелся, значит, расчеты реакции были произведены, верно.

3.2.2 Материальный баланс процесса растворения

Реакция процесса:

(NH₄)₂SiF₆ + 4NH₄OH = SiO₂ + 6NH₄F + 2H₂O

М 178 35 60 37 18

Массовый расход NH₄OH (сухого):

С_NH4OH = 25%

Массовый расход воды для разбавления аммиака:

Массовый расход SiO₂:

Массовый расход NH₄F:



Массовый расход H₂O (реакция):

На основании расчета материальных потоков составим таблицу материального баланса (таблица 10).

Таблица 10 - Материальный баланс процесса растворения

Приход	Расход
Статьи прихода	т/сут	Статьи расхода	т/сут
ГФСА	327,428	SiO2	110,36
NH4OH	257,52	NH4F	408,36
H2Oразб	772,56	H2O	66,22
		H2Oразб	772,56
У	1357,51	У	1357,51

Поскольку материальный баланс сошелся, значит, расчеты реакции были произведены, верно.

3.2.3 Материальный баланс процесса утилизации NH₄F

Реакция процесса:

2NH₄F + Ca(OH)₂ = CaF₂ + 2NH₃ + 2H₂O

М 37 74 78 17 18

C_Ca(OH)2 = 30%

Массовый расход Ca(OH)₂ (сухого):



Массовый расход воды для разбавления Ca(OH)₂ :

Массовый расход CaF₂:

Массовый расход NH₃:

Массовый расход H₂O:

На основании расчета материальных потоков составим таблицу материального баланса (таблица 11).

Таблица 11 - Материальный баланс процесса утилизации NH₄F

Приход	Расход
Статьи прихода	т/сут	Статьи расхода	т/сут
NH4F	408,36	CaF2	430,43
Ca(OH)2	408,36	NH3	187,62
H2Oразб	952,84	H2Oреакция	198,66
		H2Oразб	952,84
У	1769,56	У	1769,56



Поскольку материальный баланс сошелся, значит, расчеты реакции были произведены, верно.

По итогам всех материальный расчетов составим общий материальный баланс технологической схемы (таблица 12).

Таблица 12 - Общий материальный баланс

Приход	Расход
Статьи прихода	т/сут	т/год	Статьи расхода	т/сут	т/год
Руда	1917,8	700000	Руда*	1807,431	659712,315
БФА	314,54	114807,1	SiO2	110,36	40281,4
NH4OH	257,52	93994,8	H2Oреакция1	62,221	22710,665
Ca(OH)2	408,36	149051,4	H2Oреакция2	62,22	24170,3
H2Oразб	4556,36	1663071,4	H2Oреакция3	198,66	72510,9
			NH3(1)	187,22	68481,3
			NH3(2)	31,271	11413,915
			CaF2	430,43	157106,95
			H2Oразб	4556,36	1663071,4
У	7454,248	2720924,7	У	7454,248	2720924,7

3.2.4 Материальный баланс по урану

Содержание урана в руде составляет 0,2%. Следовательно, массовое содержание урана в исходной руде будет составлять:

G_руда = 700000 т/год = 1917,8 т/сут

G_U1 = 3,8356 т/сут

После процесса фторирования часть урана остается в осадке, а часть (3-5% от G_U1) переходит в раствор ГФСА в виде коффинита.

G_U2 = 3,8356 • 0,05 = 0,1917 т/сут урана переходит в раствор ГФСА

G_U3 = 3,8356-0,1917 = 3,6439 т/сут урана ушло вмесет с осадком на выщелачивание.

На основании расчета материальных потоков составим таблицу материального баланса (таблица 13).

Таблица 13 - Материальный баланс по урану

Приход	Расход
Статьи прихода	т/сут	т/год	Статьи расхода	т/сут	т/год
GU1	3,8356	1400	GU2	0,1917	70
			GU3	3,6439	1330
У	3,8356	1400	У	3,8356	1400

3.3 Тепловая нагрузка аппарата

Тепловая нагрузка аппарата определяется на основании теплового баланса. В общем виде тепловой баланс запишется уравнениями:

Где -количество тепла, вносимое в аппарат с исходными веществами и теплоносителем;

-количество тепла, уносимое из аппарата продуктами, идущее на нагрев аппарата и теряемое в окружающую среду;

-тепло вносимое в аппарат с рудой,

-удельная теплоемкость руды, при t=25°С;

-начальная температура при входе в аппарат, t_н =25 ⁰С;

-тепло вносимое в аппарат с раствором БФА,

-удельная теплоемкость раствора БФА,

при t=25°С;

-тепло вносимое в аппарат с водой,

-удельная теплоемкость воды,

при t=25°С;

тепло химической реакции

энтальпия химической реакции, ;

тепло уходящее из аппарата с рудой,

конечная температура, t_к = 80 ⁰С;

тепло, необходимое для нагрева аппарата, ;

Энтальпия пара, при Р=0,1МПа;

тепло уходящее из аппарата с водой, ;

-удельная теплоемкость воды, при t=80°С;

-тепло уходящее из аппарата с раствором ГФСА,

-удельная теплоемкость ГФСА, при t=80°С;

- количество тепла, уносимое из аппарата продуктами, идущее на нагрев аппарата и теряемое в окружающую среду,

-Количество тепла, уносимое из аппарата вместе с аммиаком,

-удельная теплоемкость , при t=80°С;

-количество тепла, уходящее из аппарата с конденсатом,

-удельная энтальпия конденсата греющего пара,

i_конд =415,2 кДж/кг при Р=0,1МПа.

Так как все теплоемкости даны в Дж/(моль•К) то полученные теплоты необходимо будет разделить на молярную массу. Также нам необходимо все массы перевести из т/сут в кг/сек (таблица 14).

Таблица 14 - Массовые расходы веществ

Статьи прихода	т/сут	кг/сек	Статьи расхода	т/сут	кг/сек
Руда	1917,8	22,196	Руда*	1807,431	20,919
H2Oразб1	958,9	11,098	H2Oразб1	958,9	11,098
БФА	314,551	3,64	H2Oразб2	1872,06	21,667
H2Oразб2	1872,06	21,667	ГФСА	327,428	3,789
			NH3	31,271	0,361
			H2O(реакция)	66,22	0,766

Определим количество тепла, вносимое в аппарат с исходными веществами и теплоносителем:

Чтоб аппарат не перегрелся, компенсируем тепло химической реакции:

Определим количество тепла, уносимое из аппарата продуктами, идущее на нагрев аппарата и теряемое в окружающую среду:

Определим расход пара



Отсюда расход пара равен:

Определим тепло конденсата:

Определим тепло воды, которая образуется при конденсировании острого пара:

Определим тепло потерь:



Результаты теплового баланса сведены в таблицу 15.

Таблица 15 - Тепловой баланс процесса

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество тепла, кВт	Статьи расхода	Количество тепла, кВт
	2136,57		4430,406
	1160,819		290,406
	170,441		41,56
	2266,308		176,26
	2221,98		2553,803
	10393,04		4985,877
			1298,679
			1610,976
			2961,556
У	18349,158	У	18349,158

3.4 Конструктивный расчет

3.4.1 Определение объема аппарата

При заданной производительности процесса рабочий объем аппаратов [12] определяют по формуле:

Где рабочий объем аппаратов, м³;

массовый расход реагентов, кг/с;

-плотность реагентов, кг/м.



Где плотность руды, при t=80°C;

плотность БФА, при t=80°C;

плотность H₂O, при t=80°C.

-массовый расход воды для руды,

-массовый расход воды для разбавления БФА,

-массовый расход руды,

-массовый расход БФА,

-массовый расход конденсата,

Определим объем одного аппарата , используя формулу:

(1)

Где - коэффициент заполнения объема аппарата, принимаемый равным 0,7-0,85;

-число аппаратов, n=4;

-рабочий объем одного аппарата, м³.

Выразим из формулы (1) объем одного аппарата и получим:



3.4.2 Определение высоты и диаметра аппарата

Объем аппарата [2] определяем по формуле:

Выразим диаметр аппарата и получим:

Учитывая, что для аппаратов с мешалкой применимо отношение:

Тогда:

Принимаем D = 3500 мм, Н = 5000 мм.

3.4.3 Определение параметров мешалки

По рекомендациям [1] для турбинной закрытой мешалки применимо соотношение:

По рекомендациям [3] принимаем

Определим размеры лопасти мешалки [7].

Определим высоту лопасти:

Отсюда высота лопасти будет равна

Длина лопасти мешалки определим по формуле:

Отсюда

Расстояния от конца мешалки до дна аппарата определим по формуле:

Отсюда

Примем h = 900 мм.

Отсюда примем длину вала мешалки l_в = 4000 мм.



3.4.4 Определение диаметра патрубков

Диаметр патрубков определяется объемным расходом жидкости или пара и рекомендуемой скоростью движения потока по уравнению расхода:

Выразим отсюда диаметр патрубка и получим:

где -объемный расход потока, м³/с;

-площадь сечения патрубка, м²;

-скорость движения, м/с;

-внутренний диаметр патрубка.

Данные, необходимые для расчета диаметра патрубков, представим в таблице 16.

Таблица 16 - Данные для расчета

№	Вещества, подающиеся в патрубок	с, кг/м3	w, м/с	G, кг/с
1	Руда H2Oразб1	4950 972	0,1-0,3	22,196 11,098
2	Острый пар	0,579	30-40	3,88
3	NH3	0,7714	8-18	0,361
4	БФА H2Oразб2	1032,2 972	0,1-0,3	3,64 21,667
5	Пульпа: ГФСА H2Oразб1 H2Oразб2 H2Oр Руда*	2680 972 972 972 4950	0,1-0,3	3,789 11,098 21,667 0,766 20,919

1) Определение d₁

Найдем объемный расход:

Отсюда диаметр патрубка будет равен:

Принимаем

2) Определение d₂

Найдем объемный расход:

Отсюда диаметр патрубка будет равен:

Принимаем

3) Определение d₃

Найдем объемный расход:

Отсюда диаметр патрубка будет равен:

Принимаем

4) Определение d₄

Найдем объемный расход:

Отсюда диаметр патрубка будет равен:

Принимаем

5) Определение d₅

Найдем объемный расход:



Отсюда диаметр патрубка будет равен:

Принимаем

6) Диаметр патрубка слива принимаем конструктивно d₆ = 500 мм.

В соответствии с [5] подбираем штуцера с приварным фланцем, основные размеры которых приведены в таблице 17.

Таблица 17 - Основные размеры штуцеров с приварным фланцем

Патрубок	dy	dH	H	s
d1	300	325	200	10
d2	500	530	200	12
d3	200	219	180	10
d4	350	377	200	12
d5	450	480	200	12
d6	500	530	200	12

Рисунок 3 - Конструкция стандартного стального приварного фланцевого штуцера с приварным плоским фланцем и тонкостенным патрубком

3.5 Расчет мешалки

После выбора и расчета основных размеров мешалки определяется мощность, потребляемая на перемешивание, для чего используются критериальные уравнения мощности от модифицированного критерия Рейнольдса и конструктивных особенностей перемешивающего устройства.

Где - плотность перемешиваемой жидкости, кг/м³;

- скорость вращения мешалки, с^-1;

- диаметр мешалки, м;

- динамический коэффициент вязкости мешалки.

Отсюда

Согласно [1] .

Расчетная мощность, потребляемая на перемешивание жидкости, определяется по формуле:



Тогда

Мощность привода мешалки рекомендуется рассчитывать по формуле:

(2)

где - коэффициент, учитывающий наличие перегородок, для аппарата без перегородок [7];

- коэффициент, учитывающий высоту уровня жидкости в аппарате.

- коэффициент, учитывающий наличие в аппарате внутренних устройств, [7];

- к.п.д. привода мешалки, [7];

- мощность, затрачиваемая на преодоление трения в уплотнениях вала мешалки, Вт.

Коэффициент, учитывающий высоту уровня жидкости, находится в соответствии с [7]:

Где - уровень жидкости в аппарате,

Отсюда



Выбираем сальниковые уплотнения [7], используемые при герметизации до 0,6 МПа.

Мощность, затрачиваемая на преодоления трения в уплотнениях вала мешалки [7], находится по формуле:

Где d_в- диаметр вала мешалки, м.

-частота вращения вала, [7];

- толщина сальниковой набивки, м;

-давление в аппарате, Па;

- высота сальниковой набивки, м;

- коэффициент трения, [7].

Диаметр вала мешалки для расчета мощности выбираем в соответствии с [7], предварительно определив его по формуле:

где для турбинных мешалок [7].

Отсюда

Диаметр вала мешалки выбираем

Толщину сальниковой набивки определим по формуле:



Тогда

Принимаем

Высоту набивку принимают:

Отсюда

Принимаем

Тогда мощность будет равна

И рассчитаем мощность привода по формуле (2):

Мощность привода мешалки необходимая для пуска определим по формуле:



Отсюда

Принимаем 7000Вт.

По рекомендациям [8] выбираем двигатель АИР132М4/2 с номинальной мощностью 7,1 кВт, частотой вращения , масса электродвигателя 58 кг.

Подбираем подшипники для укрепления вала мешалки, а также для уменьшения трения и уменьшения шума от вращения вала. В соответствии с [9] выбрали роликоподшипники конические серии 7244 (рисунок 3).

Основные параметры подшипника представлены в таблице 18.

Таблица 18 - Параметры роликоподшипника конического

dв, мм	Dп, мм	Hп, мм	T,мм	c, мм
220	400	71	67	52

Рисунок 3 - Роликоподшипник конический

3.6 Прочностной расчет

3.6.1 Исходные данные для прочностного расчета

Целью прочностного расчета является определение материала корпуса агитатора, расчет толщины стенок днища, крышек, проводится расчет фланцев, крышек, болтов, шпилек, опорных элементов.

Исходные данные для проведения прочностного расчета приведены в таблице 19.

Таблица 19 - Исходные данные для прочностного расчета

1	Диаметр аппарата,	3500
2	Давление в аппарате,	0,1
3	Температура раствора в аппарате,	80
4	Срок службы аппарата,	10

Прочностной расчет тонкостенного сосуда производим в соответствии с [6].

3.6.2 Определение характеристик аппарата

3.6.2.1 Расчетная температура

За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшее значение температуры стенки:

3.6.2.2 Выбор конструкционных материалов

Выбор конструкционного материала осуществляем с учетом температур, агрессивности среды и их концентраций. Для всех элементов аппарата в соответствии с [5] принимаем конструкционный материал - сталь 08Х18Н10Т, имеющую скорость коррозии .



3.6.2.3 Допускаемые напряжения

Для выбранного конструкционного материала определяем допускаемые напряжения по формуле:

где поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям [6];

- нормативное допускаемое напряжение, [6].

Для корпуса, крышки и днища корпуса получим:

3.6.2.4 Коэффициенты запаса прочности и устойчивости

Коэффициенты запаса прочности в соответствии с [6] должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 20.

Таблица 20 - Коэффициенты запаса прочности

Условия нагружения	Коэффициент запаса прочности
	nT	nВ	nД	nП
Рабочие условия	1,5	2,4	1,5	1,0
Условия испытания:
Гидравлические	1,1	-	-	-
Пневматические	1,2	-	-	-

Где -коэффициент запаса прочности по пределу текучести;

-коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению;

-коэффициент запаса прочности по пределу длительной прочности;

коэффициент запаса прочности по пределу ползучести.

Коэффициент запаса устойчивости n_у при расчете сосудов и аппаратов на устойчивость по нижним критическим напряжениям в пределах упругости следует принимать:

2,4 - для рабочих условий;

1,8 - для условий испытаний и монтажа.

3.6.2.5 Расчетные значения модуля продольной упругости

Для марки стали 08Х18Н10Т в соответствии с [6] при расчетной температуре модуль продольной упругости для корпуса, крышки, днища корпуса равен:

3.6.2.6 Коэффициенты прочности сварных швов

При расчете на прочность сварных элементов сосудов и аппаратов в расчетные формулы следует вводить коэффициент прочности сварных соединений.

Выбор коэффициента прочности сварного шва производим по [6]. С учетом специфики сварного шва принимаем = 1.

3.6.2.7 Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов

При расчете сосудов и аппаратов необходимо учитывать прибавку C к расчетным толщинам элементов сосудов и аппаратов.

Исполнительная толщина стенки элемента сосуда [6] и аппарата определятся по формуле:

(3)



где - расчетная толщина стенки элемента сосуда и аппарата.

Прибавку к расчетным толщинам [6] следует определять по формуле:

Где -прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

-прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

-прибавка технологическая, мм.

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии [6] определяется по формуле:

Отсюда

С₂=0 и С₃=0, так как суммарное значение С₂ + С₃ не превышает 5 % номинальной толщины листа, то им пренебрегаем. Отсюда прибавка С=С₁=1 мм.

3.6.3 Расчет элементов аппарата

3.6.3.1 Расчет толщины стенки корпуса из условия действия внутреннего давления

Толщина стенки рассчитывается по формуле:



Отсюда

Принимаем s₁ = 4 мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитываем по формуле:

Отсюда

Проверяем условие прочности:

3.6.3.2 Расчет толщины плоской крышки

Толщина плоских круглых днищ и крышек сосудов и аппаратов, работающих под внутренним давлением, рассчитывается по формуле:



где коэффициент ослабления;

-коэффициент конструкции плоских днищ и крышек.

-расчетный диаметр крышки, мм.

Значения коэффициента К в зависимости от конструкции крышки определяют по [6]:

Значения коэффициента ослабления К₀ для крышки, имеющей несколько отверстий, определяют по формуле:

В нашем случае на крышке имеется четыре отверстия: один - патрубок для подачи руды c диаметром d₁=300 мм, второй - патрубок для подачи острого пара с d₂ = 500 мм, третий патрубок для вывода газа NH₃ c d₆ =32 мм и четвертый патрубок для подачи раствора БФА с d₄ = 350 мм

Тогда



Принимаем

Допускаемое давление на плоскую крышку определяют по формуле:

Отсюда

Проверяем условие прочности:

3.6.3.3 Расчет толщины стенки конического днища

Толщину стенки конического днища рассчитываем по формуле:

Отсюда



Принимаем s₃ = 4 мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитываем по формуле [6]:

Отсюда

Проверяем условие прочности:

3.6.4 Проверка на прочность при гидравлических испытаниях

Для условий испытаний сосудов и аппаратов допускаемое напряжение определяют по формуле:



Где - поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям;

- минимальное значение условного предела текучести при температуре , [6];

коэффициент запаса прочности по пределу текучести, для гидравлических испытаний [6].

Допускаемое внутреннее давление на корпус при испытаниях рассчитываем по формуле:

Отсюда

Проверяем условие прочности:

Допускаемое внутреннее давление на днище корпуса при испытаниях рассчитывается по формуле:



Отсюда

Проверяем условие прочности:

Допускаемое внутреннее давление на плоскую крышку при испытаниях рассчитывается по формуле:

Отсюда

Проверяем условие прочности:



3.7 Подбор фланцев

Для корпуса и всех патрубков подбираем стандартный плоский приварной фланец [5] с гладкой уплотнительной поверхностью. Конструкция фланца приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Типовая конструкция фланца

В таблице 21 приведены основные геометрические характеристики фланцев.

Таблица 21 - Фланцы для корпуса аппарата и патрубков стальные плоские приварные ГОСТ 1255-67

Dy	Dф	Dб	D1	D4	H	H1	d	Z
200	315	280	258	222	15	18	18	8
300	435	395	365	325	18	20	23	12
400	535	495	465	426	18	24	23	16
500	640	600	570	530	20	26	23	16
3500	3650	3605	3556	3540	170	190	33	64



3.8 Подбор опор

Подбор проводим, учитывая, что нагрузка на опору равна:

,

где - масса аппарата, кг;

Рассчитываем массу аппарата, если известно, что плотность стали , плотность пульпы с_пульпы = 1500 кг/м³.

Масса аппарата равна:

Масса цилиндрической обечайки рассчитываем по формуле:

где D_1н - наружный диаметр цилиндрической обечайки;

H - высота цилиндрической обечайки.

Масса конической обечайки рассчитываем по формуле:



Где Н- Высота конического днища, Н = 3010 [10]

Масса плоской крышки рассчитываем по формуле:

Где D_кр- диаметр крышки, равный диаметру фланца под аппарат,

D_кр =3,65м.

Отсюда

Массу фланцев рассчитываем по следующей формуле:

где h - толщина фланца.

Отсюда



Массу пульпы рассчитываем по формуле:

Отсюда масса

Масса аппарата

Тогда нагрузка на опору равна

При данной нагрузке выбираем четыре стандартные опоры (лапы) для стальных сварных вертикальных цилиндрических аппаратов по ОСТ 26-665-79. Основные размеры опоры - лапы приведены в таблице 22 [5].

Таблица 22 - Основные размеры опоры - лапы

, кН
	Мм
160	300	380	390	65	200	585	36	20	60	115	42	М36



На рисунке 5 представлена конструкция лапы.

Рисунок 5 - Типовая конструкция опоры - лапы



4. Безопасность и экологичность работы

4.1 Производственная безопасность

4.1.1Анализ опасных и вредных производственных факторов

Проект посвящается активации руды бифторидом аммония.

При работе на установке могут иметь место следующие опасные и вредные факторы:

1. Отравления ядовитыми веществами;

2. Термические ожоги;

4. Опасность возникновения пожаров;

5. Опасность механических травм.

Кроме выполнения правил по технике безопасности, необходимо соблюдать санитарно-гигиенические нормы по освещению, нормы по отоплению, метеоусловиям, вентиляции.

По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на 4 класса:

1) класс - чрезвычайно опасные (ПДК_р.з. менее 0,10 мг/м³);

2) класс - высоко опасные (ПДК _р.з. 0,10--1,00 мг/м³);

3) класс - умеренно опасные (ПДК _р.з. 1,10--10,00 мг/м³);

4) класс - малоопасные (ПДК _р.з. выше 10,00 мг/м³).

Проведем оценку вредности некоторых веществ, используемых в данном производстве:

Бифторид аммония (БФА) - бесцветное, слегка гигроскопичное вещество, 2 класс опасности. ПДКр.з.= 0,5 мг/м³.

Гексафторосиликат аммония - твёрдое кристаллическое вещество, которое сублимируется при температуре выше 319^оС, 3 класс опасности. ПДКр.з.= 1 мг/м³.

Фтористые соединения сильно раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей, легких, желудка, кожные покровы. В присутствии большого количества фтористого соединения раздражение слизистых оболочек весьма болезненно и приводит к появлению медленно заживающих язв в полости рта, гортани и в бронхах, а также носовых кровотечений.

Фториды действуют на кожу с высокой степенью поражения, вызывая пузырьковые дерматиты, трудно заживающие ожоги и язвы. При ожоге ощущение боли наступает только при непосредственном контакте с концентрированными растворами фтористых соединений. Болезненные явления при ожогах слабыми растворами плавиковой кислоты проявляются через несколько часов.

Токсичность различных неорганических соединений фтора при попадании в пищеварительный тракт тем больше, чем выше их растворимость. Наибольшей токсичностью обладают фтористый водород и плавиковая кислота.

В производстве используются в качестве реагентов и образуются химические вещества, воздействие которых на организм человека крайне неблагоприятно.

Аммиак (NH₃) - бесцветный газ с едким запахом. ПДКр.з.= 20 мг/м³.

Рассматриваемый процесс относится к опасным, в первую очередь, вследствие использования и наличия в технологических операциях токсичных, химически агрессивных газов: БФА, ГФСА, NH₃.

Поэтому все правила техники безопасности, нормы производственной санитарии и личной гигиены требуют строгого соблюдения. Невыполнение их может повлечь негативные последствия, как для рабочего персонала, так и для производства в целом.

Рассматриваемое помещение характеризуется значительным тепловыделением от аппаратуры установки, а также поглощения тепла аппаратурой.

Ожог -- повреждение тканей организма, вызванное действием высокой температуры или действием некоторых химических веществ (щелочей, кислот, солей тяжёлых металлов и др.). Различают 4 степени ожога: покраснение кожи, образование пузырей, омертвение всей толщи кожи, обугливание тканей. Тяжесть ожога определяется величиной площади и глубиной повреждения тканей. Чем больше площадь и глубже повреждение тканей, тем тяжелее течение ожога.

Источниками шума и вибрации являются вакуумные насосы, вращающиеся части аппаратов - шнеки, электродвигатели вентиляционных систем. В соответствии с СН2.4/2.1.8.56296 нормативный эквивалентный уровень звука в производственных помещениях не должен превышать 75 дБ А. Согласно СН2.2.4/2.1.8.56696 для общей технологической вибрации типа «а» корректированный и эквивалентный коэффициенты виброскорости 92, виброускорению 100дБ

При работе с аппаратами возможны травмы различных степеней тяжести которые могут привести к травмам и летальному исходу. Возможны ушибы, вывихи, растяжения, переломы и т.д. Также при неаккуратной работе можно повредить кожный покров, порезавшись о часть аппарата или при работе с каким либо инструментом при его починке.

4.2Мероприятия по защите от опасных и вредных факторов

Работая со фторидами в производственных условиях необходимо стремиться к максимальной механизации и автоматизации технологического процесса, устройству эффективной вентиляции. При проектировании цехов для работы со фторидами обычно предусматривается трехзональная планировка производственных помещений, при которой основной объём приточного воздуха поступает в наиболее чистую третью зону, где расположена операторская служба, и далее в ремонтную зону. Места забора приточного воздуха должны находиться на достаточном расстоянии от мест производственных и вентиляционных выбросов. Вытяжка осуществляется из технологической зоны, где находится основное оборудование.

Все газовые выбросы и отходы подвергаются очистке от фтористых соединений до достижения соответствующих санитарных норм, обеспечивающих нормальное состояние биосферы.

Для предупреждения отравления фтористыми соединениями необходима надёжная вентиляция, герметизация оборудования и коммуникаций, использование индивидуальных средств защиты.

Соблюдение установленных ПДК вредных веществ в воздухе рабочих помещений обеспечивается систематическим контролем содержанием их в воздушной среде. Надежным методом контроля может служить метод с помощью гомогенного течеискателя ГТИ-2М, установленного в рабочем помещении. Важным средством создания нормальных санитарно-гигиенических условий является вентиляция. Выбор систем вентиляции зависит от свойств вредных веществ, наличия тепловыделений, а также от вида технологического оборудования и его расположения в здании.

В целях предупреждения персонала о наступившей опасности, применяют в сочетании, световую и звуковую сигнализации.

Световую и звуковую сигнализации выносят на центральный щит управления или по месту расположения аппарата. Она обеспечивает своевременное оповещение персонала об отклонении параметров технологического процесса от заданных, и о возможной утечке химически вредных веществ.

Вентиляция является важным средством создания нормальных санитарно-гигиенических условий на химических производствах. Несмотря на герметизацию аппаратуры в воздух производственных помещений выделяются вредные и взрывоопасные газы, пары, пыль, избытки влаги и тепла. Чтобы устранить эти выделения и довести их содержание в воздухе до предельных концентраций, применяют искусственную вентиляцию. Вентиляционные системы бывают вытяжные, предназначенные только для удаления загрязненного воздуха, приточные, подающие свежий воздух в помещение, и приточно-вытяжные, которые подают свежий и одновременно удаляют загрязненный воздух.

На установке необходимо создать местную и общеобменную приточно-вытяжные вентиляционные системы. К местной вытяжной вентиляции относятся вытяжные шкафы, вытяжные зонты, бортовые отсосы, отсосы из кожухов колонн. К местной приточной вентиляции относятся воздушные души, оазисы, а также воздушные завесы, служащие для предохранения от проникновения масс холодного воздуха в производственные помещения. При искусственной вентиляции устраняются многие недостатки, присущие естественной вентиляции: имеется возможность выбора места для забора чистого воздуха и очистки его, а также подогрева, охлаждения или увлажнения.

Все работающие на производстве, должны быть обеспечены индивидуальными защитными средствами. Перечень необходимой спецодежды устанавливается согласно отраслевым нормам бесплатной выдачи спецодежды. В комплект защитных средств рекомендуется включать следующие предметы:

- специальные прозрачные щитки и очки для защиты глаз и лица;

- шлем, чепчик для защиты головы и шеи;

- костюм, состоящий из куртки и брюк навыпуск для защиты тела;

- рукавицы или перчатки для защиты рук;

- сапоги, бахилы или ботинки для защиты ног;

- средства индивидуальной защиты для защиты органов дыхания.

Материалом для спецодежды должны служить лавсан или другие материалы, устойчивые в данной рабочей среде. Хлопчатобумажная спецодежда должна подвергаться стирке не реже одного раза в месяц.

В рабочих помещениях не допускаются курение, хранение и прием пищи. Перед приемом пищи в столовой необходимо тщательно мыть руки. Доступ в столовую в спецодежде категорически запрещен. По окончанию рабочей смены для персонала обязателен душ.

Все лица, поступающие на производство муллита и очиске ГФСА, должны проходить предварительный и периодический медицинский осмотр. Лица, у которых при работе на установке возникают профессиональные заболевания, подлежат выводу с данного рабочего участка.

В бытовых помещениях должен постоянно работать душ и фонтанчик для промывания глаз (в непосредственной близости от рабочих мест). На производственном участке должны быть вывешены на видных местах плакаты с правилами оказания первой медицинской помощи. В каждом подразделении должны быть выделены ответственные за систематическое пополнение и наблюдение за сроками годности препаратов и перевязочного материала, входящих в состав аптечки. Каждый работающий должен быть инструктирован о правилах поведения в аварийных ситуациях, порядке оказания первой помощи. Необходимо помнить, что каждая минута промедления в оказании первой помощи усугубляет течение заболевания.

На каждом производственном участке должна быть аптечка первой помощи, находящаяся в непосредственной близости от рабочих мест.

Шум можно уменьшить за счет рационального использования оборудования. Кроме того, нужно применять меры по устранению шумящего оборудования из многолюдных помещений. Например, насосы располагают в специальных помещениях из бетонных плит.

Существует несколько направлений борьбы с вибрацией. Для снижения вибраций в источнике ее возникновения предполагаются конструирование и проектирование таких машин и технологических процессов, в которых исключены или снижены неуравновешенные силы, отсутствует ударное взаимодействие деталей. Отстройка режима резонанса достигается либо изменением характеристик системы.

Снижение вибрации объекта возможно путем превращения вибрационной энергии в другие виды; введение в систему дополнительных реактивных сопротивлений; упругой связи препятствующей передачи вибрации от источника колебания к основанию или смежным элементам конструкций, а также применения других видов виброзащиты.

Чтобы обеспечить безопасные условия работы необходимо соблюдать следующие мероприятия:

1. Максимально механизировать и автоматизировать технологии процесс;

2. Полностью герметизировать оборудование;

3. Установить эффективную вентиляцию;

4. Следить за наличием средств первой медицинской помощи;

5. Следить за наличием средств индивидуальной защиты.

4.3 Организация рациональных условий жизнедеятельности

Метеорологические условия производственных помещений складываются из температуры воздуха, его влажности и скорости движения, а также излучений от нагретых предметов.

Для выполнения работ относящихся к классу средней тяжести, которые ведутся в данном помещении, оптимальными являются следующие (по ГОСТ 12.1.005-88) условия:

1. Температура воздуха в холодный период года 16-18 °С, в теплый период года 20-23 °С;

2. Относительная влажность в течение года - 40-60 %;

3. Скорость движения воздуха 0,3 м/с.

Общий объем производственного помещения на каждого работающего должен быть не менее 15 м³, а площадь - не менее 4,2 м². В цехе необходимо устроить места для отдыха работников. Их размещают вблизи рабочих мест и обеспечивают защиту от вредных для организма факторов. Отдых разрешается в регламентированные перерывы и во время обеденного перерыва.

Работа аппаратчика состоит в соблюдении-контроле хода технологического процесса и своевременном обнаружении отклонений от нормального режима. Поэтому на рабочих местах требуется освещение люминесцентными лампами. Минимальная освещенность рабочих поверхностей в производственных помещениях по СНиП 23-05-95 составляет 200 лк, а КЕО при боковом освещении составит 0,9%. Совмещенное освещение - освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным освещением. Предусматривается аварийное освещение от независимого источника освещения. Включение этого освещения производится в случае создавшейся аварийной ситуации для обеспечения скорейшей эвакуации и проведения аварийных работ. Аварийное освещение имеет независимый источник питания и включается либо автоматически при прекращении действия рабочего освещения, либо вручную. Аварийное освещение должно создавать освещенность на рабочих поверхностях не менее 10 % минимальной нормы для этих поверхностей и не менее 0,3-0,5 лк на путях эвакуации людей.

4.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

4.4.1Анализ возможных ЧС

Чрезвычайные ситуации можно классифицировать по происхождению: ЧС техногенного характера (разгерметизация систем повышенного давления; разряды статического электричества), природного характера (землетрясения, наводнения, оползни, пожары).

На данном производстве ЧС природного характера не рассматриваются.

В производственном здании существует возможность возникновения пожаров и взрывов.

Мероприятия по предупреждению и устранению последствий чрезвычайных ситуаций:

а) разработка технических и организационных мероприятий, уменьшающих вероятность возникновения ЧС. Все технические системы снабжаются защитными устройствами - средства взрыво- и пожарозащиты технологического оборудования, электро- и молниезащиты, локализации и тушения пожаров (огнетушители, песок, асбест, пожарные инструменты, щит автоматического отключения электричества в случае ЧС).

б) подготовка объекта, персонала, служб гражданской обороны и населения к действиям в условиях ЧС.

Возможные причины пожаров и взрывов

Пожар -- это неконтролируемый процесс горения, причиняющий материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства

Взрыв -- физический или/и химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме, приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов. При химическом взрыве, кроме газов, могут образовываться и твёрдые высокодисперсные частицы, взвесь которых называют продуктами взрыва.

Последствия пожаров и взрывов обусловлены действием их поражающих факторов.

Основными поражающими факторами пожара являются: непосредственное действие огня на горящий предмет и дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет облучения.

В результате происходит сгорание объектов, их обугливание, разрушение, выход из строя. Уничтожаются все элементы зданий и конструкций, выполненных и сгораемых материалов, действие высоких температур вызывает пережог, деформацию и обрушение металлических ферм, балок перекрытий и др. конструктивных деталей сооружения. Кирпичные стены и столбы деформируются. В кладке из силикатного кирпича при длительном нагревании до 500-600⁰ С наблюдается его расслоение трещинами и разрушение материала.

При пожарах полностью или частично уничтожаются или выходят из строя технологическое оборудование и транспортные средства. Гибнут домашние и сельскохозяйственные животные. Гибнут или получают ожоги люди.

Вторичными последствиями пожаров могут быть взрывы, утечка ядовитых или загрязняющих веществ. Большой ущерб незатронутым пожаром помещениям и хранящимся в них предметам может нанести вода, применяемая для тушения пожара.

Основными поражающими факторами взрывов являются: воздушная ударная волна (ВУВ), осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов; пожары.

При пожарах и взрывах люди получают термические и механические травмы. Характерны ожоги верхних дыхательных путей, тела, черепно-мозговые травмы, множественные переломы и ушибы, комбинированные поражения.

Возможные причины загорания в помещении:

Режим короткого замыкания -- появление в результате резкого возрастания силы тока, электрических искр, частиц расплавленного металла, электрической дуги, открытого огня, воспламенившейся изоляции. Причины возникновения короткого замыкания: ошибки при проектировании; старение изоляции; увлажнение изоляции; механические перегрузки.

Пожарная опасность при перегрузках -- чрезмерное нагревание отдельных элементов, которое может происходить при ошибках проектирования в случае длительного прохождения тока, превышающего номинальное значение. При 1,5 кратном превышении мощности резисторы нагреваются до 200-300 С.

Пожарная опасность переходных сопротивлений -- возможность воспламенения изоляции или других горючих близлежащих материалов от тепла, возникающего в месте аварийного сопротивления (в переходных клеммах, переключателях и др.).

Пожарная опасность перенапряжения -- нагревание токоведущих частей за счет увеличения токов, проходящих через них, за счет увеличения перенапряжения между отдельными элементами электроустановок. Возникает при выходе из строя или изменении параметров отдельных элементов.

Пожарная опасность токов утечки -- локальный нагрев изоляции между отдельными токоведущими элементами и заземленными конструкциями.

Курение в цехе гидрирования запрещается. Курить разрешается только в специально отведенных местах, обеспеченных средствами пожаротушения, урнами (ящиками с песком). Эти места должны иметь указательные знаки по ГОСТ 12.4.026-76. Разводить костры, сжигать отходы, тару и упаковочные материалы на территории предприятия также запрещается. Важное значение в обеспечении пожарной безопасности имеют спринклерные установки, которые применяются в отапливаемых помещениях. Они состоят из системы водопроводных труб, проложенных под потолком, в которые вкручиваются специальные головки. Повышение температуры до 70-80 ?С приводит к расплаву припоя и открытию головки, из которой поступает, разбрызгиваясь, вода на очаг пожара.

К числу средств тушения пожара, которые могут быть использованы в начальной стадии пожара, относятся внутренние пожарные краны, огнетушители, песок. В производственном помещении имеется открытая емкость с песком и асбестовым полотном, емкость расположена около входной двери. В помещении имеется огнетушитель ОУ-5.

Успех ликвидации пожара на производстве зависит, прежде всего, от быстроты оповещения о начале пожара, поэтому рабочее помещение оборудуется электрической сигнализацией.

4.4.2Мероприятия по предупреждению пожаров и взрывов в конкретных условиях

Рассмотрим мероприятия по предупреждению пожаров и взрывов:

а) работы в пожаро- и взрывоопасных производствах ведутся в соответствии с утвержденными регламентами, рабочими инструкциями по технике безопасности.

б) установлены противопожарные заслонки для защиты вентиляционных воздуховодов, которые срабатывают автоматически.

в) все возможные источники вредных выделений максимально герметизированы, оборудованы местными укрытиями с отсосами, препятствующими выделению вредных паров, газов или пыли. Такие помещения оборудованы аварийной вытяжной вентиляцией и сигнализирующими устройствами.

г) Нормы оснащения помещений передвижными огнетушителями: ОВП - 100 - 2 шт., ОК - 100 - 1 шт, ОП - 100 - 1 шт., ОУ - 80 - 3 шт. , а также ящики с песком, лопаты и пожарные ведра.

Устанавливаем автоматическую установку тушения пожаров. По типу автоматической установки тушения пожаров берем сплинклерные, по способу тушения выбираем по площади помещения, по виду огнедущащего средства пенные.

К организационным мероприятиям относятся следующие: инструкт...