Процес сушіння гранульованого поліетилену

Размещено на http://www.allbest.ru

1. АНАЛІЗ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ

1.1 Основи дослідження процесу сушіння гранульованого поліетилену

сушарка сировина якість продукція

Полімерні матеріали мають комплекс характеристик, які за умілого їх використання забезпечують ефективні експлуатаційні властивості виробів та рентабельність їх виробництва. До основних переваг полімерів належать:

- висока технологічність, завдяки якій з виробничого циклу можна вилучити трудомісткі та дорогі операції механічної обробки виробів;

- мінімальна енергомісткість зумовлена тим, що температура переробки цих матеріалів становить, як правило, 150 -- 250 °C, що значно нижче, ніж у металів та кераміки;

- можливість отримання за один цикл формування відразу кількох виробів, зокрема складної конфігурації;

- фактично усі процеси переробки автоматизовані.

Унаслідок перелічених особливостей полімери отримали широке розповсюдження та ефективно використовуються фактично в усіх галузях світового господарства.

Одним з найпоширеніших полімерів є поліетилен. З поліетилену виготовляють товари народного вжитку - посуд, пляшки, дитячі іграшки, меблі, різноманітні побутові речі. У техніці широко розповсюджена поліетиленова трубопровідна арматура, яка не кородує та витримує високі тиски. У різних галузях медицини поліетилен використовується для протезування судин, клапанів серця, суглобів.

Постановка проблеми. Основною сировиною для виробництва поліетилену є мономер, який належить до групи олефінів - етилен. Етилен утворюється під час термічних і каталітичних процесів переробки нафти, а також за умов піролізу і гідрування вуглеводневих газів групи парафінів.

Під дією високих температур та тисків в автоклавному чи трубчастому реакторах відбувається реакція полімеризації в розплаві за радикальним механізмом. Кінцевою стадією такого виробництва є просування розплаву полімеру через стренгові отвори, на виході з яких відбувається зріз полімеру на гранули за допомогою ножа. Далі гранули охолоджуються, механічно зневоднюються та сушаться переважно в сушарках з « киплячим » шаром або у вібросушарках. Гранульований поліетилен, зазвичай, має розмір частинок 2 - 5 мм. Процеси зневоднення та сушіння є енергомісткими стадіями виробництва та вимагають значних капіталовкладень.

1.2 Рівновага при сушінні гранул поліетилену

Якщо матеріал знаходиться в контакті з вологим повітрям, то принципово можливо два процеси:

а) сушіння (десорбція вологи із матеріалу) при парціальному тиску пари над поверхнею матеріалу Р_м, що перевищує його парціальний тиск в повітрі Р_п, тобто., при Р_м>Р_п;

б) зволоження (сорбція вологи матеріалом) при Р_м<Р_п.

Якщо тиск пари рідини Р_м відрізняється від парціального тиску пари в газовому потоці Р_п, то між двома фазами буде мати місце масообмін аж до стану рівноваги, яке виникає при Р_м = Р_п. При цьому наступає стан динамічної рівноваги, якому відповідає гранична вологість матеріалу, яка називається рівноважною вологістю щ_p.

Рівноважна вологість залежить від парціального тиску водяної пари над матеріалом Р_п або пропорціональної йому величини відносної вологості повітря щ=Р_п/Р_н (де Р_н - тиск насиченої водяної пари при даній температурі).

1.3 Кінетика процесу сушіння

Кінетика процесу сушіння хімічних продуктів характеризується швидкістю видалення вологи, тобто зміною вологовмісту продукту в часі. Знання кінетичних залежностей і їх параметрів необхідно при проектуванні апаратів і керуванні процесом сушіння.

Звичайно при оцінці кінетичних параметрів використовуються криві сушіння, які отримують експериментально і які представляють собою залежність вологовмісту u від часу.

Криві сушіння полімерів можна розділити на декілька періодів, кожен з яких характеризується певним механізмом масопередачі. Так, типова крива сушіння полімерів, показана на рис. 6.1, може бути розбита на три ділянки: ділянка з постійною швидкістю сушіння (І) і на дві ділянки зі швидкістю сушіння, що зменшується (ІІ и ІІІ), котрим відповідають різні механізми видалення вологи [11,с.220]. Першу ділянку можна розбити на два періоди:

1) Нагрівання матеріалу. Звичайно цей період займає малий проміжок часу і характеризується незначною зміною вологовмісту матеріалу, так як при прогріванні випаровування вологи з матеріалу проходить з малою швидкістю.

2) Період постійної швидкості сушіння

Рисунок 6.1 - Типова крива сушіння полімерів

Зараз існує декілька підходів до описання механізму переносу вологи з матеріалу в повітря: дифузійний, капілярний і загальний, які використовують або не використовують уявлення про фронт випаровування, який рухається всередині частинки.



2. ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ (ВИБІР ТА ОБГРУНТУВАННЯ КРИТЕРІЇВ ОПТИМІЗАЦІЇ)

2.1 Розроблення фізичної та математичної моделей процесу (або технічної системи)

Якщо швидкість сушіння постійна, то структура потоку не впливає на хід процесу і звичайно такі речовини сушать в режимах, близьких до повного перемішування, забезпечуючи активну взаємодію с теплоносієм у всьому об'ємі. Не представляє особливого труда також розрахунок апаратів періодичної дії і апаратів безперервної дії з постійним механізмом вологопереносу.

В реальних же сушарках безперервної дії не завжди ясно, чи протікає процес сушіння з постійною або падаючою швидкістю. Лімітуючий опір масопередачі може змінитися за час перебування частинки в сушарці, так що сушіння може початися при масопередачі вологи з поверхні матеріалу, потім буде виявлятися вплив дифузії і, насамкінець, процес перейде у внутрішньо - дифузійну область.

В зв'язку з цим в даний час прийнято виконувати розрахунки сушіння для кінетики загального вигляду , комбінуючи рівняння теплового балансу з рівнянням

(18)

де - середній на виході з апарату вологовміст частинок;

- функція розподілення часу знаходження частинок в апараті;

- плинний час сушіння речовини в апараті.

Так, розрахунок процесу сушіння, який протікає у внутрішньодифузійній області, виконується на основі рівняння (18) з використанням моделі ідеального змішування і дифузійного механізму видалення вологи.

2.2 Проектний розрахунок сушарки зваженого шару

При проектуванні сушарок зваженого шару необхідно враховувати, що в реальних сушарках безперервної дії не завжди ясно, в якому періоді сушіння протікає процес. Опір масопередачі може змінюватися за час знаходження частинок в сушарці. Задача проектування складається в тому, щоб розрахований апарат забезпечував підтримання на виході з нього заданий середній вологовміст матеріалу.

Розрахунок часу знаходження матеріалу в апараті. Якщо відомо зміна вологовмісту матеріалу в часі при заданому температурному режимі, а також відома функція розподілення речовини, яка висушується по часу знаходження, то середній вологовміст на виході з апарату визначається з рівняння

(19)

або, після переходу до безрозмірного часу і безрозмірної функції розподілення часу знаходження , рівнянням

(20)

Функція описує механізм вологопереносу при заданій температурі t в сушильній камері.

Процес сушіння полімерів розпадається на три періоди, в кожному з котрих вологоперенос описується характерною для цього періоду кінетичною моделлю. Так, в першому періоді, коли швидкість сушіння до критичного часу, що відповідає критичному вологовмісту, залишається постійною, залежність вологовмісту від часу отримується в результаті розв'язання рівняння

du/dф (21)

звідки

. (22)

Другий період характеризується видаленням внутрішньої вологи, швидкість котрого описується рівнянням дифузії в сферичних координатах при відповідних початковому і граничному умовах:

(23)

(24)

(25)

(26)

Наближене розв'язання рівняння (31) має вигляд

(27)

В третьому періоді вологоперенос описується кінетичним рівнянням , з якого при інтегруванні з урахуванням умов

отримуємо

(28)

Алгоритм розрахунку апарата, тобто знаходження середнього часу знаходження, полягає в наступному:

1) задають вхідні параметри (температурний режим сушильної камери t, температуру t₀ і вологість зовнішнього повітря ц, середній вологовміст поліетилену на виході );

2) розраховують швидкість сушіння в першому періоді j;

3) знаходять коефіцієнт дифузії D і константу швидкості реакції К;

4) визначають критичний і кінцевий час сушіння, що відповідає ;

5) задаючи початкове наближення середнього часу знаходження , з урахуванням , розраховують суму інтегралів ? I _j;[12, с.330]

6) результати розрахунку зрівнюють із заданим . Якщо різниця менше заданої точності, тобто

(29)

то розрахунок закінчують. В іншому випадку беруть нове наближення і розрахунок повторюють до тих пір, поки не буде виконано дана умова (29).

Визначивши середній час знаходження при заданому навантаженні і температурі в камері, можна знайти об'єм конічної частини камери через вагу шару в нерухомому стані:

(30)

Або

(31)



При заданих конструктивних параметрах: куту конуса 60⁰ і відношенні верхнього і нижнього діаметрів конуса визначають розміри апарата. При цьому висота циліндричної частини береться вдвоє більше конічної, тобто .

Визначення витрати повітря. Повітря грає подвійну роль в процесі: з однієї сторони, як сушильний агент; з іншої являючись агентом, що зважує, він забезпечує кипіння шару.

Існування зваженого шару визначається двома границями:

1) початок зваження, коли шар з фільтруючого переходить у зважений, характеризується критичною швидкістю газу; при цьому порозність ;

2) умова вітання w_вит, коли частинки виносяться повітрям; при цьому .

Таким чином, робоча швидкість повинна знаходитися в межах (32)

Розрахунок робочого діапазону швидкостей повітря проводять по емпіричним рівнянням. Так, критична швидкість зваження визначається по рівнянню

, (33)

де

Швидкості вітання розраховують за допомогою аналогічної залежності

(34)



3. РОЗРОБЛЕННЯ АЛГОРИТМУ ОПТИМІЗАЦІЙНИХ РОЗРАХУНКІВ

Розробка алгоритму. Математичний опис слугує вихідним матеріалом для створення алгоритму, який моделює досліджуємий об'єкт. В залежності від постановки задачі може використовуватися той або інший алгоритм, який дає можливість отримати шукані результати моделювання. Задачею моделюючого алгоритму частіше за все являється розв'язання системи рівнянь математичного опису, що дозволяє знаходити внутрішні параметри математичної моделі при заданій сукупності зовнішніх.

В процесі математичного моделювання іноді зустрічаються задачі, в яких фіксують визначені значення ряду внутрішніх параметрів моделі; при цьому необхідно розрахувати значення деяких зовнішніх параметрів. Такі задачі виникають, наприклад, для розв'язання питань керування, коли для заданого режиму об'єкту обчислюють значення керуючих дій. Розв'язуючи вказані задачі, необхідно звертати особливу увагу на правомірність завдання внутрішніх параметрів, оскільки їх взаємний зв'язок через рівняння математичного опису потребує визначеної відповідності значенням, які задаються. Причина цього полягає в тому, що якщо для любої сукупності зовнішніх параметрів (розуміється, які мають фізичний сенс) завжди можна знайти режим об'єкту, то при розв'язанні оберненої задачі необхідно враховувати фізичну реалізованість режиму, що задається.

В простіших випадках, коли можливо аналітичне розв'язання системи рівнянь математичного опису, необхідність спеціальної розробки алгоритму, що моделює, природно, відпадає, так як вся інформація отримується із відповідних аналітичних розв'язань. Коли математичний опис представляє собою складну систему кінцевих і диференційних рівнянь, від можливості побудови достатньо ефективного алгоритму, що моделює, може суттєво залежати практичне використання математичної моделі. В особливості це важливо при використанні моделі для розв'язання задач, в які вона входить складовою частиною більш загального алгоритму, наприклад алгоритму оптимізації. Як правило, в таких випадках для реалізації математичної моделі приходиться використовувати засоби обчислювальної техніки, без яких фактично неможна ставити і розв'язувати скільки - не будь складні задачі математичного моделювання і, тим більше, задачі оптимізації, де розрахунки по рівнянням математичного опису звичайно повторюються багаторазово.

Існуючі в даний час методи числового аналізу дозволяють розв'язувати широкий круг задач математичного моделювання. Тим не менше, в деяких випадках зустрічаються серйозні важкості у використанні загальних методів числового аналізу. До числа таких випадків перш за все відносяться наступні задачі математичного моделювання:

1) розв'язання системи кінцевих нелінійних рівнянь з великим числом змінних;

2) інтегрування систем звичайних диференційних рівнянь з крайовими умовами;

3) інтегрування систем диференційних рівнянь в приватних похідних.

Для вказаних проблем в числовому аналізі поки відсутні ефективні загальні методи розв'язання, тому в кожному конкретному випадку при побудові моделюючого алгоритму слід використовувати особливості задачі, що вирішується. Суттєву допомогу може чинити знання фізичної природи отриманих розв'язків, що іноді дозволяє знайти добрі початкові наближення для ітеративних процесів або навіть розробити ефективні обчислювальні алгоритми.

Розрахунок сушарок рекомендується здійснювати в такій послідовності [14,с.148].

По вихідним даним - продуктивності, що вимагається, початковій і кінцевій вологості матеріалу - складається матеріальний баланс сушарки, визначаються продуктивності по висушеному продукту і по випареній волозі.

Обирається температурний режим в залежності від властивостей матеріалу, а потім визначається витрата теплоносія по рівнянню теплового балансу і питомі витрати теплоти і сушильного агента.

Для знаходження площі газорозподільної решітки в загальному випадку визначають швидкість початку псевдозрідження W = 1,5ч3 при видаленні внутрішньої вологи і W до 7-8 і навіть вище при видаленні поверхневої вологи. Вільний перетин решітки звичайно рівний 5-10% ( його розраховують, виходячи з того, щоб гідравлічний опір решітки складав не менше 40% від опору шару).

При моделюванні апаратів КШ крім однозначності фізичних параметрів на вході і виході з апарату необхідною умовою являється також подібність полів порозності, температурних і концентраційних полів. В моделі і образі повинно бути забезпечено псевдозрідження без застійних зон матеріалу, повинно бути відсутнє стаціонарне каналоутворення. Рекомендується в лабораторних умовах «відпрацювати» осередок апарату і здійснити в промисловому масштабі багаторазове відтворення таких осередків.



4. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

Конвекційна сушка повітрям являється найбільш розповсюдженим методом сушки в хімічній промисловості. Нагріте до температури (120 - 150)⁰С повітря використовують, якщо недопустимо забруднення осушеного продукту.

В повітряній сушці тепло передається від теплоносія безпосередньо матеріалу.

Під впливом нагрівання волога випарюється, одночасно підвищується швидкість дифузії парів вологи із вологою матеріалу. Таким чином сушка являється термодифузійним процесом.

Оптимальний режим сушки, який впливає на технологічні властивості матеріалу, залежить від зв'язку вологи з матеріалом.

В залежності від фізико-механічних і хімічних властивостей системи «тверда речовина - рідина» розрізняють декілька форм зв'язку вологи з матеріалом:

- механічно зв'язана з матеріалом поверхнева волога і волога, яка заповнює великі капіляри матеріалу в результаті змочування. Ця волога (іноді називається зовнішньою) найменш міцно зв'язана з матеріалом і найбільш легко видаляється з нього;

- фізико-хімічна волога більш міцніше зв'язана з матеріалом, вона поглинається поверхнею дрібних капілярів (адсорбційна волога) або проникає в середину кліток матеріалу (структурна і осмотично-зв'язана волога);

- хімічно зв'язана волога з матеріалом, в процесі сушки видаляється важко і тому потребує проводження високотемпературного прокалювання матеріалу.

Сушка - це процес тепломасообмінний. При сушці деяких матеріалів до низької кінцевої вологи тепло витрачається тільки на підігрівання матеріалу і випарювання вологи з нього, але і на подолання зв'язку вологи з матеріалом.

По мірі видалення вологи з поверхні матеріалу за рахунок різниці концентрацій вологи всередині матеріалу та на його поверхні відбувається рух вологи до поверхні шляхом дифузії. В деяких випадках має місце термодифузія, коли рух вологи всередині матеріалу проходить також за рахунок різниці температур на поверхні і всередині матеріалу в напрямку зменшення температур.

Інтенсифікувати процес сушки можна за рахунок збільшення поверхні контакту фаз.

Для сипучих дрібно зернових матеріалів цього можна досягнути саме в сушарках з псевдозрідженим (киплячим шаром).

В киплячому шарі проходить швидке вирівнювання температур твердих частинок і сушильного агента і досягається вельми інтенсивний тепло -і масообмін між твердою і газовою фазами. В результаті цього сушка триває декілька хвилин.

Переваги сушарок з киплячим шаром:

- інтенсивна сушка;

- можливість сушки при високих температурах, які перевищують температури допустимі для даного матеріалу, внаслідок короткочасної дії його доторкання із сушильним агентом;

- висока ступінь використання тепла сушильного агента;

- можливість автоматичного регулювання параметрів процесів.

Недоліки сушарок з киплячим шаром:

- непридатність для сушки матеріалів, важко підлягаючих псевдозрідженню (наприклад з високою вологістю, з великими розмірами частинок);

- високий гідравлічний опір;

- істирання і значний знос твердих частинок;

- підвищена питома витрата енергії;

- пилоутворення матеріалу і пов'язану з цим небезпеку виникнення його вибухонебезпечних концентрацій у повітрі.

Найбільш розповсюджені однокамерні сушарки безперервної дії, але в сушарках цього типу з циліндричним корпусом спостерігається значна нерівномірність сушки, обумовлена тим, що при інтенсивному перемішуванні в шарі, час перебування окремих частинок суттєво відрізняється від його середнього значення. Тому використовують сушарки з розширеним догори перетином, наприклад конічним. Швидкість газу внизу камери повинна перевищувати швидкість осідання самих великих частинок, а вгорі бути менше швидкості осідання самих дрібних частинок. При такій формі камери досягається більш організована циркуляція твердих частинок. Завдяки зниженню швидкості газів по мірі їх підйому покращується розподілення частинок по величині і зменшується винос пилу. Це, в свою чергу, підвищує рівномірність нагрівання (більш дрібні частинки, які підіймаються вище, знаходяться в області більш низьких температур) і дозволяє зменшити висоту камери.

Кінетика процесу.

Умови розвитку процесу сушки в часі відносяться до області кінетики сушки.

Швидкістю сушки називають кількість вологи, яка випарюється з одиниці поверхні вологого матеріалу за одиницю часу.

В результаті розігрівання матеріалу відбувається випарювання вологи і її дифузійно-конвекційне перенесення до поверхні матеріалу, який висушують а потім у повітряний потік.

Отже, при сушці швидкість випарювання вологи в першу чергу визначається швидкістю підведення тепла до вологого матеріалу, а сама швидкість сушки буде визначатися швидкістю масоперенесення парів вологи з поверхні матеріалу в потік сушильного агента - повітря.

Як правило, лімітуючою стадією процесу сушки являється швидкість дифузійно- конвекційного перенесення вологи у повітряний потік.

При проведенні сушки розрізняють три послідовно проходячих в часі періоди:

1) період прогрівання матеріалу;

2) період постійної швидкості сушки;

3) період падаючої швидкості сушки.

Швидкість сушки в значній мірі визначається величиною рухомої сили процесу. Остання може бути виражена декількома методами:

- через потужність парів вологи у вологому матеріалі і в сушильному агенті (при однаковій температурі);

- через різницю вологовмісту повітря, яке взаємодіє з вологим матеріалом, і насиченого вологою повітрям при однаковій температурі з матеріалом;

- через потенціал сушки - різниця температур сухого і мокрого термометрів для повітря і матеріалу відповідно.



5. ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА

5.1 Организация технического контроля качества начального сырья и конечной продукции

На предприятии в качестве системы контроля за качеством функционирует отделе технического контроля (ОТК).

Положение об отделе технического контроля (ОТК):

I. Общие положения

Отдел технического контроля (ОТК) является самостоятельным структурным подразделением предприятия и подчиняется непосредственно директору.

II. Задачи

Предотвращение выпуска (поставки) предприятием продукции, не соответствующей требованиям стандартов и технических условий, утвержденным образцам (эталонам), проектно-конструкторской и технологической документации, условиям поставки и договоров, или некомплектной продукции, а также укрепление производственной дисциплины и повышение ответственности всех звеньев производства за качество выпускаемой продукции.

III. Структура

1. Структуру и штаты отдела утверждает директор предприятия в соответствии с типовыми структурами аппарата управления и нормативами численности руководителей, специалистов и служащих с учетом объемов работы и особенностей производства.

2. В состав отдела входят бюро, группы, лаборатории технического контроля внешней приемки, техническое бюро ОТК, бюро технического контроля в цехе (ВТК), центральная измерительная лаборатория.

IV. Функции

1. Контроль за качеством изготавливаемых предприятием продукции, за соответствие его стандартам, техническим условиям, нормалям, эталонам и чертежам, оформление в установленном порядке документации на принятую и забракованную продукцию, а также контроль за изъятием из производства окончательно забракованных изделий в специально организованные изоляторы брака и сдачей их в отходы.

2. Предъявление принятой продукции представителям заказчика, если это предусмотрено техническими условиями или договором.

3. Анализ и технический учет брака и дефектов продукции предприятия, отмеченных в рекламациях и протоколах испытаний, участие в разработке и контроль за осуществлением мероприятий, направленных на предупреждение возникновения брака и устранение дефектов; выявление лиц, виновных в изготовлении недоброкачественных изделий.

4. Организация получения от потребителей и систематизация информации по качеству и надежности изделий.

5. Контроль за качеством поступающих на завод для изготовления изделий основного производства сырья, материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий с заводов-поставщиков; составление актов на недоброкачественное сырье, материалы, полуфабрикаты и готовые изделия для предъявления претензий поставщикам.

6. Контроль за комплектованием, упаковкой и консервацией готовой продукции.

7. Контроль за своевременной подготовкой и проведением мероприятий, связанных с введением новых стандартов, технических условий и нормалей.

8. Контроль за наличием товарного знака (марки предприятия) на готовых изделиях.

9. Систематический контроль за состоянием контрольно-измерительных средств на предприятии, а также за своевременным представлением их для государственной поверки.

10. Контроль за качеством изготовления изделий и инспектирование состояния находящихся в эксплуатации на предприятии инструмента и производственной оснастки.

11. Составление и представление директору предприятия на утверждение и своевременное выполнение графиков периодических (повторных) типовых испытаний серийных изделий в соответствии с требованиями ГОСТов, МРТУ, ТУ, а также проверок соблюдения требований важнейших технологических процессов.

12. Инспекторский контроль за соблюдением условий хранения на складах и в цехах предприятия комплектующих изделий, сырья, материалов и готовой продукции.

13. Осуществление учета показателей качества выпускаемой продукции по всем подразделениям производства, работающим по системе бездефектного изготовления продукции и сдачи ее ОТК и заказчику с первого предъявления.

14. Организация и внедрение прогрессивных методов контроля и оценки качества продукции.

15. Проведение не предусмотренных утвержденным технологическим процессом выборочных проверок качества готовой продукции, сырья, материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий, качества выполнения отдельных технологических операций и переходов, качества и состояния технологического оборудования и инструмента, условий производства, хранения и транспортировки продукции.

16. Участие в испытаниях новых и модернизированных образцов продукции, а также в согласованиях технической документации на эту продукцию с целью обеспечения условий для эффективного контроля ее качества.

17. Участие в работах по подготовке продукции к аттестации и по техническому обеспечению проведения аттестации, осуществление контроля за соблюдением условий аттестации в процессе производства продукции.

18. Участие в подготовке договоров на поставку предприятию предназначенных для основного производства сырья, материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий и инструмента в части согласования условий приемки их по качеству.

19. Разработка предложений о повышении требований к качеству изготовляемой и потребляемой предприятием продукции, о совершенствовании нормативно-технической документации, устанавливающей эти требования, направленных на стимулирование выпуска продукции высокого качества и борьбу с выпуском недоброкачественной продукции.

5.2 Определение себестоимости изготовления запроектированного аппарата

Себестоимостью продукции называются выраженные в стоимостной форме все затраты (издержки) предприятия, идущие на изготовление и реализацию продукции.

При планировании себестоимости рассчитываются все затраты производства, приходящиеся на единицу продукции и на выполнение плана в целом. В этом показателе отражаются результаты всей производственно-хозяйственной деятельности предприятия. Уровень себестоимости и темп ее снижения характеризует степень и качество использования трудовых, материальных ресурсов, новой техники, внедрение прогрессивных форм организации производства.

Для определения себестоимости испарителя необходимо произвести расчет следующих статей:

основные материалы;

транспортно-заготовительные расходы;

основная и дополнительная заработная плата производственных рабочих;

отчисления в фонды;

возмещение износа специальных приспособлений и инструментов;

расходы на содержание и эксплуатацию оборудования;

цеховые расходы;

общезаводские расходы;

внепроизводственные расходы;

цена аппарата.

Цены на основные материалы взяты по данным завода изготовителя. Размер транспортно заготовительных расходов принят по фактическим данным завода изготовителя, а именно 15% от стоимости материала. Величина возвратных отходов определяется, как разность между заготовительным и чистым весом. Цена на отходы берется по данным завода изготовителя.

В данной работе в качестве модернизации ректификационной колонны было предложено замена туннельных колпачков на колпачки круглого сечения. Таким образом, за базовый вариант принят аппарат с туннельными колпачками, а за модернизируемый с колпачками круглого сечения.

5.2.1 Расчет материальных затрат в себестоимости изделия

Материальные расходы включают стоимость основных материалов, полуфабрикатов собственного производства, купленных изделий с учетом расходов на транспортировку и заготовку и за вычетом выручки от реализации отходов материалов.

В таблице 7.1 приведена стоимость материалов и полуфабрикатов.

Таблица 5.1 Расчет стоимости материалов и полуфабрикатов.

Наименование Материала	Ед. иизме-рения	Вес	Цена, грн., е.и.	Сумма, гггрнгрн
	изм.	Чистый	Заготов.	грн.	грн.
		Баз.	Мод.	Баз.	Мод.		Баз.	Мод.
Сталь12Х18Н10Т	кг	-	3000	-	3500	45	-	157500
Медь	кг	3657	-	4000	-	60	240000	-
Фторопласт	кг	15	10	20	15	115	2300	1725
Лакокрасочные материалы							550	500
Итого материалов							240780	159725
ТЗР 15%							36117	23958,8
Итого материалов с ТЗР							276897	183683,8
Отходы стали 12Х18Н10Т	кг	-	500			42	-	21000
Отходы меди	кг	343	-			56	19208	-
Отходы фторопласта	кг	5	5			100	500	500
Стоимость матер. За вычетом отходов							257189	162183,8

5.2.2 Расчет трудоемкости конструкции и основной заработной платы основных производственных рабочих

Трудоемкость изготовления конструкции, которая проектируется может определятся:

- на основе удельной трудоемкости единицы массы, мощности или других параметров оборудования, аналогично к тому, что проектируется;

- путем использования эмпирических зависимостей трудоемкости от параметров оборудования;

- путем коррекции технологической трудоемкости аналогичного оборудования по конструктивно-производственным факторам.

Для расчета основной заработной платы основных производственных рабочих составим таблицу, в которой определим фонд основной заработной платы по операциям.

Основная заработная плата производственных рабочих определяется согласно формулы:

, (7.1)



где - часовая тарифная ставка, которая отвечает среднему разряду работ аналогичной конструкции, грн./норм.час;

T- трудоемкость изготовления констукции;

Таблица 5.2- Расчет заработной платы основных производственных рабочих

№п/п	Вид работ	Разряд	Часовая тарифная ставка	Трудоемкость, н-час	Основная заработная плата, грн
				Баз.	Мод.
						Баз.	Мод.
1	Заготовительные работы	3	6,56	22	22	144,32	144,32
2	Гибочные работы	4	6,94	164	150	1138,16	1041
3	Токарные работы	4 5	6,95 7,45	64 42	64 42	444,8 312,9	444,8 312,9
4	Заклёпочные работы	4	6,97	56	-	390,32	-
5	Сварочные работы	4 5	6,94 7,45	24 182	35 185	166,56 1355,9	242,9 1378,25
6	Слесарные	3	6,56	219	185	1436,64	1378,25
7	Рихтовка	4	6,94	64	64	444,16	444,16
8	Покраска	3	6,56	100	85	656	557,6
	Итого:			937	832	6489,76	5944,18

Дополнительная заработная плата производственных рабочих определяется процентом от основной заработной платы. Процент дополнительной заработной платы принимаю в размере 16%. Тогда дополнительная заработная плата составляет:

Здоп.б=(3осн?Кдоп)/100, (7.2)

Здоп.б=(6489,76?16)/100=1038,36 грн.

Здоп.м=(5944,18?16)/100=951,07 грн.

Отчисления на социальное страхование



Осоц.ст.=((Зосн+Здоп)?Ксоц.ст.)/100, (7.3)

где Ксоц.ст.-процент отчисления на соц. Страхование; Ксоц.ст.=37%

Осоц.ст.м=((5944,18+951,07)?37)/100=2551,24грн

Осоц.ст.б=((6489,76+1038,36)?37)/100=2785,40 грн

Определение расходов на специальные приспособления и инструменты

Рпр.ин.=(Зосн.?Кпр.ин.)/100, (7.4)

где Кпр.ин.-процент отчислений на спец. Приспособления и инструменты, Кпр. ин.=3 0%

Рпр.ин.м.(5944,18?30)/100=1783,25грн

Рпр.ин.б=(6489,76?30)/100=1946,93грн

Определение расходов по содержанию и эксплуатации оборудования

Рс.э.=(Зосн.?Кс.э.)/100, (7.5)

где Кс.э.-процент отчислений на содержание и эксплуатацию оборудования, Кс.э.=250%

Рс.э.м=(5944,18?250)/100=14860,45грн

Рс.э.б=(6489,76?250)/100=16224,4грн

Цеховые расходы

Рцех=(3осн.?Кцех.)/100, (7.6)

где К цех.=140%, процент отчислений на цеховые расходы.

Рцех.м=(5944,18?140)/100=8321,85грн

Рцех.б=(6489,76?140)/100=9085,66грн

Общепроизводственные затраты

Робщ.з.=(Зосн.?Кобщ.з.)/100, (7.8)

где Кобщ.з.=80%, процент отчислений на общезаводские расходы.

Робщ.м=(5944,18?80)/100=4755,34грн

Робщ.б=(6489,76?80)/100=5191,80грн

Сумма вышерассчитанных затрат составляет производственную себестоимость новой конструкции:

Спрзв.=Смат.+Зосн.+Здоп.+Осоц.ст.+Рпр.ин.+Рс.э.+Рцех+Робщ.з. (7.9)

Спрзв.м=162183,8+5944,18+951,07+2551,24+1783,25+14860,45+8321,85

+4755,34=201351,8 грн.

Спрзв.б=6489,76+257189+1038,36+2785,40+1946,93+16224,40+9085,66+

+5191,80=299951,31грн

Внепроизводственные затраты определяются процентом от производственной себестоимости новой конструкции. Размер процента принимаю на уровне 3%. Затраты по данной статье составляют:

Рвнепр.м=(201351,8 ?3)/100=6040,55грн

Рвнепр.б=(299951,31?3)/100=8998,53грн



Полная себестоимость

Сполн.=Спрзв.+Рвнепр. (7.11)

Сполн.м=201351,8 +6040,55=207392,35грн

Сполн.б=299951,31+8998,53=308949,84грн

Определение налога на добавленную стоимость и цены изделия с учетом НДС.

НДС=(Сполн.?Кндс.)/100% (7.12)

где Кндс=20%, процент отчисления на добавленную стоимость.

НДС.м=(207392,35?20)/100=41478,47грн

НДС.б=(308949,84?20)/100=61789,96грн

Определяем прибыль

П=(Сполн?25)/100 (7.13)

Пм=(207392,35?25)/100=51848,08 грн

Пб=(308949,84?25)/100=77237,46 грн

Цена аппарата оптовая

Ц=Сполн+П (7.14)

Цм=207392,35+51848,08 =259240,43грн

Цб=308949,84+77237,46 =386187,3грн

Цизд.=Сполн.+НДС, (7.15)

Цм=207392,35+41478,47=248870,82грн

Цб=308949,84+61789,96=370739,8грн

Результаты расчета оптовой цены проектируемой конструкции заносим в таблицу 7.3.

Таблица 5.3. - Калькуляция себестоимости изделия

№	Статья расходов	Вариант
		Новый, грн	Базовый, грн
1	Сырье и материалы	162183,8	257189
2	Отходы	21500	19708
2	ТЗР 15%	23958,8	36117
3	Итого материалов	240780	159725
4	Основная зарплата	5944,18	6489,76
5	Дополнительная	951,07	1038,36
6	Соцстрахование	2551,24	2785,40
8	Эксплуатационные расходы	14860,45	16224,40
9	Общезаводские затраты	4755,34	5191,66
10	Отчисления на приспособления и инструменты	1783,25	19231
11	Производственная себестоимость	201351,80	299951,31
12	Внепроизводственные расходы	6040,55	8998,53
13	Полная себестоимость	207392,35	308949,84
14	Прибыль	51848,08	77237,46
15	Цена аппарата оптовая	259240,43	386187,30
16	НДС	41478,47	61789,96
17	Оптовая цена с НДС	248870,82	370739,80

5.3 Определение экономического эффекта от производства и эксплуатации новой техники

Экономический эффект новой техники - это суммарная экономия производственных ресурсов (живого труда, материалов, капитальных вложений), что получает потребитель в результате производства и эксплуатации новой техники.

Экономический эффект новой техники определяется на основе сопоставления расходов по базовой и новой технике с соблюдением условий сопоставления вариантов.

При расчете экономического эффекта новой техники необходимо придерживаться условий сопоставления вариантов по следующим параметрам:

- целевому назначении техники;

- качественным параметрам;

- условиям труда и техники безопасности;

- влияния на окружающую природную среду;

Если базовая и новая техника по этим параметрам отличается, необходимо провести расчеты для сопоставления вариантов.

Сопоставление вариантов базовой и новой техники, что отличается по объему выполнения работы или мощностью определяется путем коррекции текущих годовых и капитальных расходов потребителя новой техники.

5.3.1 Расчет капитальных затрат потребителя новой и базовой техники

Капитальные затраты потребителя новой техники включают прямые и сопутствующие капитальные затраты.

К прямым капитальным затратам относится стоимость оборудования, которая определена в сумме 248870,82 грн.

Определяю сопутствующие затраты:

1. Затраты на транспортировку оборудования = 248870,82?0,10= 24887,08 грн.

2. Затраты на фундамент и монтаж оборудования =248870,82?0,30=

=74661,24 грн.

3. Затраты на коммуникации = 248870,82?0,20= 49774,16 грн.

4. Другие одноразовые затраты = 248870,82?0,15= 37330,62 грн.

Тогда капитальные затраты потребителя новой техники составят:

К₂=24887,08+74661,24+49774,16+37330,62+248870,82 = 144328,92 грн.

Капитальные затраты потребителя базовой техники включают прямые и сопутствующие капитальные затраты.

К прямым капитальным затратам относится стоимость оборудования, которая определена в сумме 370739,8 грн.

Определяю сопутствующие затраты:

1. Затраты на транспортировку оборудования = 370739,8 ?0,10 = 37073,98 грн.

2. Затраты на фундамент и монтаж оборудования = 370739,8 ?0,30=

=111221,94 грн.

3. Затраты на коммуникации = 370739,8? 0,20= 74147,96 грн.

4. Другие одноразовые затраты =370739,8 ?0,15= 55610,97 грн.

Тогда капитальные затраты потребителя базовой техники составят:

К₁ = 37073,98+111221,94+74147,96+55610,97+370739,8 = 648794,65 грн.

5.3.2 Расчет годовых эксплуатационных затрат потребителя новой и базовой техники

Годовые эксплуатационные затраты потребителя новой техники следующие:

- На заработную плату обслуживающего персонала;

- На текущий ремонт оборудования;

- На амортизационные отчисления;

- На охлаждающую жидкость;

- На электроэнергию.

Затраты по заработной плате обслуживающего персонала с учетом отчислений на социальные нужды рассчитываю по формуле:

З_о = Ч_оп?С_ч?Ф_о?К_доп?(1+К_соц), (7.16)

где Ч_оп- численность обслуживающего персонала, чел.

С_ч - часовая тарифная ставка рабочего соответствующего разряда, грн.

Ф_о - годовой действительный фонд времени одного рабочего, час.

К_доп - коэффициент доплат к прямой заработной плате, принимаю в размере 1,22 (по данным потребителя ).

К_соц - коэффициент отчислений на социальные нужды, определяется в соответствии с действующим законодательством и принимаю в размере 0,3786 (по данным потребителя).

Для обслуживания оборудования в цехе используются следующие вспомогательные рабочие (по данным потребителя):

- Слесарь 6 р. - 1 чел. Часовая тарифная ставка - 7,74 грн.

- Слесарь 5 р. - 3 чел. Часовая тарифная ставка - 6,73 грн.

- Слесарь 4 р. - 1 чел. Часовая тарифная ставка - 6,06 грн.

- Слесарь КИП 5 р. - 3 чел. Часовая тарифная ставка - 6,73 грн.

Тогда

З_о=(7,74 грн.·1 чел. 425 час+6,73 грн. 3 чел. 425 час+6,06 грн. 1 чел.?425 час+(6,73 грн. 1 чел. 425час+6,73 грн. 2 чел. 425 час) 1,22·(1+0,3786)= 23026,5 ·1,22·1,3786=38728,08 грн.

Расходы на текущий ремонт оборудования определяют по формуле:

С_т=М_зтр+(Т_с.р?t_р) (7.17)

где:

М_зтр - материальные затраты на текущий ремонт

Т_с.р - тарифная ставка рабочего

- Слесарь 6 р. - 1 чел. Часовая тарифная ставка - 7,74 грн.

- Слесарь 5 р. - 3 чел. Часовая тарифная ставка - 6,73 грн.

t_р - время работы



С_т = 9723,04+(6,73?360)+(7,74?360) = 14932,24 грн.

Годовые амортизационные отчисления определяются по формуле:

А= К/Т (7.18)

где Т - срок полезного использования техники;

А=144328,92/10=14432,89 грн.

Тогда годовые эксплуатационные затраты потребителя новой техники будут:

С₂ =38728,08 +14432,89 +14932,24 =68093,21 грн.

Годовые эксплуатационные затраты потребителя базовой техники следующие:

- На заработную плату обслуживающего персонала;

- На текущий ремонт оборудования;

- На амортизационные отчисления;

Затраты по заработной плате обслуживающего персонала с учетом отчислений на социальные нужды рассчитываю по формуле 7.16. Для обслуживания оборудования в цехе принимаюся следующие вспомогательные рабочие (по данным потребителя):

- Слесарь 6 р. - 1 чел. Часовая тарифная ставка-7,74 грн.

- Слесарь 5 р. - 3 чел. Часовая тарифная ставка-6,73 грн.

- Слесарь 4 р. - 1 чел. Часовая тарифная ставка-6,06 грн.

- Слесарь КИП 5 р. - 3 чел. Часовая тарифная ставка-6,73 грн.

Тогда



З_о=(7,74 грн.·1 чел. 425 час+6,73 грн. 3 чел. 425 час+6,06 грн. 1 чел.?425 час+(6,73 грн. 1 чел.·425час+6,73 грн. 2 чел. 425 час) 1,22·(1+0,3786)= 23026,5 1,22·1,3786=38728,08 грн.

Расходы на текущий ремонт оборудования определяют по формуле 7.17:

С_т=М_зтр+(Т_с.р?t_р)

где:

М_зтр - материальные затраты на текущий ремонт

Т_с.р - тарифная ставка рабочего:

- Слесарь 6 р. - 1 чел. Часовая тарифная ставка - 7,74 грн.

- Слесарь 5 р. - 3 чел. Часовая тарифная ставка - 6,73 грн.

t_р - время работы

С_т = 17035,18+(6,73?360)+(7,74?360) = 22244,38 грн.

Годовые амортизационные отчисления определяются по формуле 7.18:

А= К/Т

где Т - срок полезного использования техники;

А=648794,65/10=64879,46 грн.

Тогда годовые эксплуатационные затраты потребителя базовой техники будут

С₁ = 38728,08 +22244,38 +64879,46 =125851,92грн.



5.3.3 Обеспечение сопоставимости вариантов

Провожу расчеты для сопоставления вариантов базовой и новой техники. Приведение в сопоставимый вид эксплуатационных (текущих) и капитальных затрат по вариантам по производительности в год провожу по формулам:

а) текущие затраты:

С₁¹ =С₁?В₂/В_1; (7.19)

б) капитальные затраты:

К₁¹=К₁?В₂/В_1, (7.20)

где С₁¹, К₁¹ - текущие и капитальные затраты по базовому варианту приведены в сопоставимый вид с новым вариантом;

С₁, К₁ - текущие и капитальные затраты потребителя по базовому варианту.

Производительность в год определяю по формулам:

В₁=N₁?T_д (7.21)

B₂= N₂? T_д, (7.22)

где N₁, N₂- производительность в сутки техники соответственно базового и варианта, что проектируется, кг,

N₁= 15000 кг (по данным потребителя), N₂=15000 кг.

Режимный фонд времени установок составляет 365 суток. Тогда действительный фонд времени рассчитывается по формуле:

T_д= T_р?(1-б), (7.23)



где T_р - режимный фонд времени работы оборудования;

б - коэффициент плановых простоев для ремонта оборудования. Принимаем б = 0,04;

T_д= 360? (1-0,04)=350 сут.

Следовательно,

В₁ =15000?350=5250000 кг=5250 т

В₂=15000?350=5250000 кг=5250 т.

Тогда

С₁¹=125851,92?5250/5250=125851грн.

К₁¹=648794,65?5250/5250=648794,65грн.

5.3.4 Расчет показателей экономической эффективности новой техники

Годовую экономию потребителя от внедрения новой техники определяю по формуле:

Е_эк = (С_1т - С_2т)?В₂, (7.24)

где С_1т, С_2т - удельные текущие затраты (эксплуатационные) на содержание и эксплуатацию соответственно базовой и новой техники, определяю по формулам:

а) базовый вариант

С_1т=С₁/В₁ (7.25)



б) новый вариант

С_2т=С₂/В₂, (7.26)

где С₁, С₂ - текущие затраты (эксплуатационные) на содержание и эксплуатацию техники соответственно по базовому и новому вариантам;

В₁, В₂ - производительность в год, что выполняется соответственно базовой и новой техникой.

С_1т =125851,92/5250= 23,97грн.

С_2т=68093,21 /5250=12,97грн.

Тогда

Е_эк =(23,97- 12,97)?5250 = 57749,29 грн.

Годовой экономический эффект потребителя от внедрения новой техники определяю по формуле:

Е_эф=Е_эк-?К?Е_н, (7.27)

где ?К - дополнительные капитальные затраты, связанные с приобретением и введением в эксплуатацию новой техники, определяю по формуле:

?К=К₂-К₁^1, (7.28)

где К₂ - капитальные затраты, связанные с приобретением и введением в эксплуатацию новой техники, грн.;

Е_н - нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности капитальных вложений, принимаю на уровне действующей банковской процентной депозитной ставки для юридических лиц в размере 12%.

?К=144328,92 -648794,65=-504465,73 грн.

Так как К₂< К₁^1, то имеет место экономия потребителя на капитальных затратах.

Тогда Е_эф=57749,29 +504465,73?0,12=118285,17 грн.

Коэффициент экономической эффективности новой техники определяю по формуле:

К_эф=Е_эк/К₂ (7.29)

К_эф=57749,29/144328,92 =0,4

Срок окупаемости капитальных затрат потребителя новой техники определяю по формуле:

Т_ок=К₂/Е_эк (7.30)

Т_ок=144328,92 /57749,29=2,4 года

Рентабельность новой техники определяю по формуле:

P= Е_эф /К₂·100% (7.31)

P=118285,17/144328,92 ·100=82%

Результаты расчетов экономической эффективности новой техники приведены в таблице 7.4.



Таблица 5.4 - Показатели экономической эффективности новой техники

Наименование показателя	Значение
1	2
Годовая экономия потребителя на эксплуатационных затратах, грн.	57749,29
Годовой экономический эффект потребителя, грн.	118285,17
Коэффициент экономической эффективности	0,4
Срок окупаемости капитальных затрат потребителя, лет	2,4
Рентабельность новой техники, %	82



ВЫВОДЫ:

1. Капитальные затраты, вложенные в новую технику, окупятся в течение 1,22 года за счет экономии от внедрения новой техники.

2. Рассчитанный коэффициент экономической эффективности К_эф = 0,4 показывает, что каждая гривна вкладываемых капитальных затрат в новую технику ежегодно обеспечит экономию от снижения затрат на 40 коп.

3. Рассчитанный коэффициент экономической эффективности К_эф= 0,4 больше принятого нормативного коэффициента сравнительной экономической эффективности Е_н=0,12, значит, что капитальные вложения в новую технику являются эффективными.

Поэтому проектируемая новая техника является экономически целесообразной.

Технико-экономические показатели новой техники

Наименование показателя	Показатели оборудования по вариантам
	базовый	новый
Показатели назначения
Производительность в сутки, т	15	15
Производительность в год, т	5250	5250
Показатели технического уровня
Масса конструкции, т	3,65	3
Экономические показатели
Оптовая цена, грн.	386187,3	259240,43
Капитальные затраты потребителя, грн.	648794,65	144328,92
Эксплуатационные затраты потребителя, грн., в том числе: - заработная плата обслуживающего персонала - текущий ремонт оборудования - амортизационные отчисления	125851,92 38728,08 22244,38 64879,46	68093,21 38728,08 14932,24 14432,89
Годовая экономия потребителя на эксплуатационных затратах, грн.	-	57749,29
Годовой экономический эффект потребителя, грн.	-	118285,17
Коэффициент экономической эффективности	-	0,4
Срок окупаемости капитальных вложений, лет	-	2,4
Рентабельность новой техники, %	-	82

Размещено на Allbest.ru

...