G_кп= G_н?(Х_нп- Х_кп)+W?Х_кп/ К-Х_кп, кг/с (3.18)

где К - отношение молекулярных масс безводного фосфогипса и полугидрата в кристаллическом продукте.

К = М(CaSO₄) / M(CaSO₄?0.5H₂O)= 40+32+16?4/40+32+16?4+9=0,93 (3.19)

G_кп=13,92?(0,028-0,047) + 5,67?0,047/0,93-0,047=2,7 кг/с = 9720 кг/ч.

3.2 Температурнгый режим аппарата

Расчитаем температуру вторичного пара в испарителе выпарной установки:

t₁= t₀ + t_г.с, ⁰С (3.20)

где t_o- температура насыщенного водяного пара при Р ₀= 0,7 кгс/см², t_o = 89,3 ⁰С, [23];

t_г.с - гидравлическая депрессия, t_г.с = 1 ⁰С.

t₁= 89,3+1= 90.3 ⁰С.

Температура кипения раствора в испарителе выпарного аппарата составит t_кон = 97 ⁰С [23].

Из данного выражения определяем t_депр- температурную депрессию:

t_депр= t_кон- t₁= 97- 90,3= 6,7 ⁰C (3.21)

Давление в среднем слое греющей камеры:

Р_ср= Р ₀+ 0,5gH, кгс/см² (3.22)

где - плотность раствора, 1480 кг/м³, [24];

Н- уровень раствора до середины греющей камеры, принимаем 2 м.

Р_ср= 0,7+ 0,5*1480*9,81*2/ 9,81*10⁴= 0,81 кгс/см²

Средняя температура кипения воды при давлении Р_ср= 0,81 кгс/см² равна t_ср = 93,3 ⁰С; при Р ₀= 0,7 кгс/см ^{2 -} 89,3 ⁰С.

Гидростатическая депрессия составит:

t_г.эф= t_ср- t₁= 93,3- 89,3= 4 ⁰C (3.23)

Рассчитаем температуру до которой должен подогреваться раствор в греющей камере:

t_кип= t_кип+ t_г.эф= 97+4=101 ⁰С (3.24)

Подогрев раствора в греющей камере осуществляется глухим паром с давлением 3,5 кгс/см², при этом давлении температура греющего (первичного) пара равна 135 ⁰С, [22].

Таким образом, полезная разность температур составит:

t_пол = t_г.п - t_кип = 135-101=34 ⁰С (3.25)

3.3 Тепловой баланс аппарата

Рассчитаем массовый расход греющего пара:

Д_г.п = G_кп·(С_кп·t_кп - С_н·t_н - g_к) + W·(Н_сп-С_н·t_н) + G_к·(С_к·t_кп - С_н·t_н) / Н_г.п - -Н_конд, кг/с (3.26)

где С_кп - теплоемкость полугидрата, С_кп = 1370 Дж/кг·К;

С_н - теплоемкость исходного раствора, С_н = 2,12·10³ Дж/кг·К, [25];

С_к - теплоемкость упаренной кислоты, С_к = 2,56·10³ Дж/кг*К [25];

t_кп - температура кристаллизации, t_кп = 80 ⁰С;

t_н - температура исходного раствора, t_н = 62⁰С;

g_к - теплота кристаллизации, g_к = 97,6 кДж/кг;

Н_конд - удельная энтальпия воды;

Н_конд=С·t_г.п= 4,19·125 = 523,75 кДж/кг;

Н_г.п - удельная энтальпия греющего пара, Н_г.п = 2718 кДж/кг, [23]

Д_г.п = 2,7·(1,370·80-2,12·62-97,6) + 5,67(2671-2,12·62) + 8,25· (2,56·80- - 2,12·62)/ 2718-523,75 = 5,52 кг/с = 8900 кг/ч

Общую площадь поверхности теплопередачи рассчитаем по формуле:

F_об= Д_г.п·(Н_г.п - С_в·t_конд)/ К·t_пол, м² (3.27)

где К - коэффициент теплопередачи, К = 700 Вт/м²·К;

t_пол - полезная разность температур, t_пол = 34 ⁰С.

F_об = 5,52·(2718000-4190·135)/ 700·34 = 537 м²

В вакуум-выпарной установке содержится три греющие камеры, следовательно, поверхность теплопередачи одной будет равна:

F` = F_об/3 = 537/3 = 179 м ²

Выбираем графитовый теплообменник с размером одного стандартного блока 510х 1062х 1062 мм с площадью поверхности теплопередачи 175 м ².

3.4 Расчет испарителя

Рассчитаем часовой расход вторичного пара:

V_ч=W/_п, м ³/ч (3.28)

где _п- плотность вторичного пара при давлении 0,7 кгс/см², составит 0,4147 кг/м³, [23];

W- количество выпаренной воды, кг/ч.

V_ч = 5,67·3600/0,4174 = 48902 м ³/ч

Для проведения дальнейшего расчета, принимаем диаметр испарителя D_u = 3 м.

Рассчитаем скорость пара в паровом пространстве:

_п = V_ч/ 3600·0,785·D_u², м/с (3.29)

_п = 48902/3600·0,785·3² = 1,92 м/с

Определим величину критерия Рейнольдса:

Re=_n*_n*d_k/_n, (3.30)

где d_k - диаметр капли, 0,5 мм;

_n- коэффициент динамической вязкости пара, 11,7·10^-6 Па·с, [25].

Re = 1,92·0,4147·0.0005/11,7·10^-6 = 34

При 0,2<Re<50 коэффициента сопротивления рассчитаем по формуле:

=18.5/Re^0.6 = 18.5/34^0.6 = 1,98 (3.31)

По формуле 3.32 рассчитаем скорость витания капли:

_вит =, м/с (3.32)

где _в- плотность воды при температуре 90,3 ⁰С, 965 кг/м³ [23].

_вит== 2,75 м/с.

Так как скорость витания капли больше чем скорость движения пара в паровом пространстве, значит диаметр испарителя принят верно.

Рассчитаем необходимый объем парового пространства:

V_пп= V_ч/g, м³ (3.33)

где g- допускаемая нагрузка парового пространства при давлении 0,7 кгс/см² составит 2500 кг/м³ч, [25]

V_пп= 48902/2500=19,56 м³

Высота парового пространства составит:

Н_пп=V_пп/0,785·D_и, м (3.34)

Н_пп=19,56/0,785·2,5² = 3,9 м

Принимаем D_и = 3 м, Н_пп = 4 м.

3.5 Расчет кристаллизатора

По заданному среднему размеру кристаллов и физико-химическим параметрам системы кристаллы-раствор определяем число Архимеда:

A_r=d_kp³g(_kp-_p)_p/_p², (3.35)

где d_kp - средний размер кристалла получаемого полугидрата, 0,5·10^-3 м;

_кр - плотность полугидрата, кг/м³;

_р - плотность упаренной кислоты, кг/м³.

A_r = (0.5·10^-3) ·9,1· (1700-1550) ·1550/(3,5·10^-3)² = 24,2

Рассчитаем рабочую скорость раствора в расчете на полное сечение аппарата:

₁=Re·_p/d_kp·p, м/с (3.36)

Re=Ar/18=24,2/18=1,4 (3.37)

₁=1,4·3,5·10^-3/0,5·10^-3·1550 = 0,02 м/с

Найдем диаметр внутренней центральной трубы:

d_цт=, м (3.36)

где _рт - скорость движения раствора, м/с;

V_цн - объем раствора с учетом кратности циркуляции, м³.

d_цт = = 0,6 м.

Принимаем диаметр внутренней центральной трубы 600 мм.

Определим диаметр кристаллизатора:

D_к=, м (3.37)

D_к==3,8 м

3.6 Расчет диаметра штуцеров

Определим диаметр патрубка одной греющей камеры для ввода греющего пара:

d₁=, м (3.38)

где ₁ - скорость движения греющего пара 15-40 м/с;

V₁ - объем пара для одной греющей камеры, м³/с.

Рассчитаем объем греющего пара для всей выпарной установки:

V = D_гп/_гп, м³/с (3.39)

где _гп - плотность греющего пара, при давлении 3,5 кгс/см² _гп = 1,863 кг/м³, [23]

V = 5,52/1,86 = 2,97 м³/с

V₁ = 2,97/3 = 0,98 м³/с

d₁== 0,29 м

Принимаем d₁ = 300 мм.

Рассчитаем диаметр патрубка одной греющей камеры для отвода конденсата:

d₂=, м (3.40)

где ₂ - скорость движения конденсата, 0,5 м/с;

V₂ - объем конденсата в одной греющей камере, м³/с.

V₂ = D_гп/3_конд, м³/с (3.41)

где _конд - плотность конденсата, при температуре 135 ⁰С _конд = 930 кг/м³.

V₂ = 5,52/930·3 = 1,9 · 10^-3, м ³/с

d₂== 0,08 мм.

Принимаем d₂ = 100 мм.

Рассчитаем диаметр патрубка для ввода исходного раствора:

d₃=, м (3.42)

где ₃ - скорость движения раствора, 0,5 м/с;

V₃ - объем исходного раствора подоваемый для подогрева в одной греющей камере, м³/с.

V₃=G_н/3_рн, м ³/с (3.43)

где _рн - плотность исходного раствора, 1400 кг/м³.

V₃ = 13,92/1400·3=3,3·10^-3, м³/с

d₃= = 0.09 м.

Принимаем d₃= 100 мм.

Рассчитаем диаметр патрубка для отвода упаренной кислоты:

d₄=, м (3.44)

где ₄ - скорость движения кислоты, 0,5 м/с;

V₄ - объем упаренной кислоты отводимый из одной циркуляционной трубы, м³/с.

V₄ = G_к/3_рк, м³/с (3.45)

где _рк - плотность упаренной кислоты, 1550 кг/м ³.

V₄ = 8,25/3·1550 = 1,8·10^-3, м³/с

d₄ == 0,07 м

Принимаем d₄ = 100 мм.

Рассчитаем диаметр патрубка для выхода вторичного патрубка:

d₅ = , м (3.46)

где V₅ - объем вторичного пара, м³/с

V₅ = W/_п, м³/с (3.47)

V₅ = 5,67/0,41= 13,83 м³/с

d₅ = = 0,66 м.

Принимаем d₅ = 700 мм.

Диаметр для люка в испарителе и кристаллизаторе принимаем

d_ул = 700 мм.

Рассчитаем диаметр патрубка для отвода полученного полугидрата:

d₆ =, м (3.48)

где ₆ - скорость движения полугидрата, 0,3 м/с;

V₆ - объем отводимого полугидрата, м³/с.

V₆ = G_кп/_кр, м/с. (2.63)

V₆ = 2,7/1700 = 2·10^-3, м³/с

d₆ == 0,09 м.

Принимаем d_{у 6}= 100 мм.

Определяем диаметр циркуляционной трубы между кристаллизатором и греющей камерой для одного отвода:

d₇ = , м (3.49)

где V₇ - объем циркулирующего раствора, м ³/с.

V₇ = G_к·n/_рк·3, м³/с (3.50)

V₇ = 8,25·35/1550·3 = 0,06 м ³/с

d₇== 0,4 м

Принимаем d₇= 400 мм.

3.7 Расчет барометрического конденсатора

Рассчитаем расход охлаждающего агента - воды:

G_в = W·(i"-C·t_k)/C· (t_k-t_н), кг/с (3.51)

где i"- удельная энтальпия пара, при давлении 0,7 кгс/см ² i" = 2657 кДж/кг;

C- удельная теплоемкость воды, 4,19 кДж/кг;

t_k- конечная температура смеси воды и конденсата, 50 ⁰С;

t_н- начальная температура воды, 20 ⁰С.

G_в= 5,67·(2657 - 4,19·50) /4,19· (50 - 20) = 94 кг/с.

Используя уравнение расхода (3.52) рассчитаем диаметр барометрического конденсатора:

D_бк=, м (3.52)

где - рекомендуемая скорость пара, 15 м/4с.

D_бк == 1,01 м

Принимаем D_бк= 1000 мм.

Рассчитаем скорость воды в барометрической трубе:

= 4(G_в+W)/d_бт ², м/с (3.53)

где d_бт - диаметр барометрической трубы, 300 мм.

= 4· (92,04 + 5,67)/3,14·988·0,3²) = 1,4 м/с.

Рассчитаем высоту барометрической трубы:

Н_бт = В/_в·g + (1++Н_бт/d_бт)²/2g + H_1, м (3.54)

где В - вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений;

- коэффициент трения в барометрической трубе;

Н₁ - запас высоты на возможное изменение барометрического давления, 0,5 м.

В = Р_атм - Р_бк, Па (3.55)

В = 10,13·10⁴ - 6,86·10⁴ = 3,27·10⁴ Па.

=, (3.56)

где - коэффициент местного сопротивления на входе в барометрическую трубу, = 0,5; - коэффициент местного сопротивления на выходе из трубы, = 1,0.

= 0,5+1,0 = 1,5.

Число Рейнольдса определим по формуле:

Re=d_бт/, (3.57)

Re=1,4·0,3·988/0.549·10^-3 = 7,5·10⁵

При данном значении числа Рейнольдса и значении шероховатости стенки трубы =0,1 мм коэффициент трения составит =0,016.

По формуле 3.54 высота трубы составит Н_бт = 4,5 м.

3.8 Конструктивный расчёт аппарата

3.8.1 Выбор конструкционных материалов

Аппарат предназначен для работы при высокой температуре и агрессивной среде H₃PO₄. Так как детали аппарата непосредственно контактируют со средой, являющейся агрессивной, то испарительная емкость и кристаллизатор выполнены из стали марки ВМСт 3сп [26]. Предел прочности = 380 МПа. Модуль продольной упругости Е = 2,15·10⁵ МПа [27].

Сталь имеет внутреннее защитное покрытие, которое состоит из слоя технической резины марки 4849 и слоя футеровочных плит - графитопласт марки АТМ-1.

Для сборочных единиц выбираем сталь Х 23Н 28М 3Д 3Т. В качестве прокладочного материала принимаем паронит УВ-10.

3.8.2 Расчет толщины цилиндрической обечайки испарителя

Определяем толщину стенки цилиндрической обечайки нагруженной наружным давлением.

Определим толщину стенки обечайки S, м:

S S_R + c, (3.58)

S_R = max {K₂•D_вн •10^-2; }, (3.59)

где D- диаметр цилиндрической обечайки, м;

К₂- коэффициент, зависит от значений коэффициентов К₁, К₃ и определяется по номограмме;

[]- допускаемое напряжение для стали 3, мПа;

Р_R- расчетное наружное давление, мПа.

Определяем значение коэффициентов К₁ и К₃:

К₁ = , (3.60)

где Е - модуль упругости;

n_u- запас устойчивости, n_и=2,4;

р_{R -} расчетное давление в рубашке;

К ₃ = , (3.61)

где l_R - расчетная длина обечайки, м.

Ее величина определяется по формуле:

l_R=, (3.62)

;

Теперь мы можем определить коэффициенты К ₃ и К ₁:

К₁ =

К₃ =

По расчетной номограмме на рис. 6.3 [27] принимаем К₂ = 0,6. Полученное значение подставляем в формулу (3.59):

S_R =

Принимаем за расчетное значение S_R = 7,52^.10^-3 м. По ГОСТ 19903-74 [28] для стали марки ВМСт 3сп с расчетной толщиной стенки 8^.10^-3 м находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки с₃=2,3^.10^-3 м.

S 7,52^.10^-3 + 2,3•10^-3 = 9,82•10^-3 м.

По ГОСТ 19903-74 принимаем толщину стенки обечайки S = 10^.10^-3 м.

3.8.3 Расчет толщины эллиптической крышки испарителя

За расчетное наружное избыточное давление принимаем давление р_R = 0,1 МПа.

Определим толщину стенки отбортованного днища S_R, м:

S_R = max {;}, (3.63)

где К_Э - коэффициент приведения радиуса кривизны днища и крышки. Для эллиптического днища и крышки К_Э = 0,9;

S_R== м

S_R = = м

Принимаем за расчетное значение S_R=3 мм.

По ГОСТ 19903-74 для стали марки ВМСт 3сп с расчетной толщиной стенки S₁=5•10^-3 м находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки с = 0,5•10^-3 м.

S 3•10^-3 + 2•10^-3 = 5•10^-3 м.

По ГОСТ 19903-74 принимаем толщину стенки эллиптического отбортованного днища S = 5•10^-3 м.

3.8.4 Расчет толщины конического днища испарителя

Определим толщину стенки крышки S, м, нагруженной наружным давлением по формуле:

S_R = , (3.64)

где k₂ = f (k₁; k₃).

Коэффициенты k₁ и k₃ определим по формулам:

К₁ = ,

К ₃ = ,

(3.65)

l₁ определим по формуле:

; (3.66)

м

м

Определим К₃:

К ₃ = .

По расчетной номограмме на рис. 6.3 [27] принимаем К₂ = 0,25.

Определим толщину стенки днища:

м

Принимаем за расчетное значение S_R=4•10^-3 м. По ГОСТ 19903-74 для стали марки ВМСт 3сп с толщиной стенки S₁=5,5•10^-3 м находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки с = 2,1•10^-3 м.

S 4•10^-3 +2,1 •10^-3 =6,1•10^-3 м.

По ГОСТ 19903-74 принимаем толщину стенки крышки S = 8•10^-3 м.

Определяем допускаемое наружное давление:

[P]=[P]_p/, мПа (3.67)

[P]=1,045/=0,402 мПа

Условие [P]>P_R (0,402>0,1) выполняется, следовательно, прочность обеспечивается.

4. Безопасность и экологичность проекта

4.1 Производственная безопасность

4.1.1 Химические ОВПФ

При производстве экстракционной фосфорной кислоты в качестве исходных компонентов и веществ, образующихся в ходе технологического процесса, применяются токсичные вещества. Сведения о применяемых веществах и индивидуальных средствах защиты от них представлены в таблице 4.1, в соответствии с ГН 2.2.5.1313-03.

Для коллективной защиты от повышенных концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны установлена приточно-вытяжная промышленная вентиляция. В целях защиты персонала от химических ОВПФ следует следить за герметизацией оборудования [31].

Таблица 4.1 - Характеристика токсичных веществ

Вещество (название, хим. формула)	ПДКр.з., мг/м 3	Класс опасности	Действие на организм человека	Индивидуальные средства защиты
Фосфорит	6	III	Раздражает верхние дыхательные пути, вызывает профессиональные заболевания органов дыхания. Возможны изменения в зубной и костной ткани.	Противопылевые респираторы "Лепесток"; очки ЗП 1 - 80, защитные мази или пасты типа силиконовых кремов; спецодежда.
Полугидрат сульфата кальция, CaSO4*0,5H2O	6	III	Раздражение верхних дыхательных путей и слизистых оболочек.	Противопылевые респираторы "Лепесток"; очки ЗП 1 - 80, защитные мази или пасты типа силиконовых кремов; спецодежда.
Фосфорная кислота, H3PO4	1	II	Вызывает патологические процессы в слизистых оболочках, крошение зубов, воспалительные заболевания кожи	Суконный костюм, защитные очки или наголовный щиток из оргстекла, резиновые перчатки, резиновые сапоги, фильтрующие промышленные противогазы, спецодежда.
Серная кислота, H2SO4	1,0	II	Пары поражают дыхательные пути, кожу, слизистые оболочки, вызывают затруднение дыхания.
Кремнефтористоводородная кислота, Н 2SiF6	0,5	II	Отравления приводят к нарушению кальциевого и фосфорного обмена в организме и поражения центральной нервной системы, вызывает химические ожоги
Фтористые соединения	0,5 в пересчете на HF	II	Обладают выраженным ингаляционным действием, раздражающим действием на кожу и слизистые оболочки глаз, вызывает болезненные ожоги и изъязвления.	Фильтрующий противогаз марки БКФ, В, резиновые перчатки, фартук, сапоги, защитные очки ВН 4 - 80 из оргстекла; спецодежда

4.1.2 Физические ОВПФ

Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на тепловое самочувствие человека и его работоспособность. Выполняемые работниками операции относятся к работе средней тяжести IIб.

Таблица 4.2 - Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

Период года	Категория работ	Температура воздуха, оС	Температура поверхностей, оС	Относительная влажность воздуха. %	Скорость движения воздуха, м/с
Холодный	IIб	17-19	16-20	60-40	0,2
Теплый	IIб	19-21	18-22	60-40	0,2

Для обеспечения нормативных параметров микроклимата используются вентиляция, очистка воздуха и отопление.

За производственным процессом ведется общее наблюдение в соответствии с СНиП 23-05-95 разряд зрительных работ VIII. Характеристика освещения производственного помещения приведена в таблице 4.3 (извлечение из СНиП 23-05-95).

Таблица 4.3 - Характеристика освещения производственного помещения

Разряд зрительных работ	Естественное освещение	Искусственное освещение
	Система освещения	К.Е.О., %	Нормативная освещенность, лк	Тип светильника
VIII	Боковое одностороннее	0,6	200	ЛДЦ

В проектируемом производстве шум возникает при работе вентиляционных установок, электродвигателей, насосов, мешалок экстрактора и сборников, транспортерных лент. В соответствии с СНиП 23-03-2003 в помещениях с постоянными рабочими местами производственных предприятий L_Aэкв = 69дБА, L_Aмакс.= 90 дБА. Общий уровень шума на проектируемом предприятии может достигать 105 дБА.

Снижение вредного воздействия шума в цехе может достигаться следующими мероприятиями:

- правильная ориентация источника шума, например, устройства для забора и выброса воздуха следует устанавливать в "звуковой тени";

- применение звукопоглотителей: фибролитовые плиты, стекловолокно, минеральная вата, полиуретановый поропласт, пористый поливинилхлорид;

- применение звукоизоляции;

- использование индивидуальных средств защиты (ушные вкладыши) [31,32].

На предприятии вибрация распространяется при работе такого оборудования, как вибрационная сушилка, вибросито и дезинтегратор.

Для борьбы с вибрацией в цехе предусмотрена изоляция фундамента вибрационной сушилки и вибросита, виброизолированные от пола специальные амортизаторы, прокладки из резины, пружины; предполагается применение СИЗ от вибрации (поролоновые рукавицы, спецобувь).

На предприятии имеются источники электромагнитных полей (ЭМП) промышленной частоты (50 Гц) и статического электричества. К ним относятся устройства защиты и автоматики, измерительные приборы.

Для обеспечения безопасности нормируется допустимое напряжение прикосновения и токов. Для переменного тока с частотой 50 Гц допустимое значение напряжение прикосновения и тока равно U = 2,0 В; I = 0,3мА (извлечение из ГОСТ 12.1.038-82 с изм. 1996 г.).

С целью защиты людей от поражения электрическим током в условиях отделения производят следующие мероприятия: контролируют состояние изоляции, обеспечивают недоступность токоведущих частей, применяют защитное заземление; используют средства индивидуальной защиты.

Наименьшая величина сопротивления изоляции проводов относительно земли для установок напряжением до 1000 В, не должна быть ниже 0,5 МОм.

Сопротивление защитного заземления не более 4 Ом. Измерение сопротивления изоляции проводят при повышенном напряжении при вводе электрооборудования в эксплуатацию и после ремонта. Исправность изоляции должна проверяться не реже 1 раза в год.

Недоступность токоведущих частей обеспечивается защитными коробками и ограждениями, блокировкой, предупреждающими знаками и надписями, размещением токоведущих частей в недоступном месте.

Помещение цеха по электроопасности относится ко II категории, в соответствии с ГОСТ 12.1.038-82, с изм. 1996г.

На производстве имеются факторы, создающие опасность механических травм, приведены в таблице 4.6.

Таблица 4.6 - Травмоопасные физические факторы на предприятии

Наименование фактора	Зоны и операции с повышенным риском	Меры защиты
Работа на неровных, влажных или скользких поверхностях	смазка конвейера	Для предотвращения механических травм на предприятии используются средства коллективной защиты такие, как оградительные тормозные устройства; знаки безопасности [31, 32]
Наличие оборудования с подвижными частями	конвейер; емкости с мешалкой; карусельный вакуум-фильтр.
Подъем грузов	работы по техническому обслуживанию
Транспортные средства	погрузочно-разгрузочные операции; внутрицеховые электрокары

4.2 Экологическая безопасность

При получении фосфорной кислоты из фосфоритов образуется непрерывно твердый отход производства - фосфогипс полугидратный.

Фосфогипс вывозится автотранспортом на специальные отвалы.

При кислотной переработке фосфоритов в газовую фазу выделяются фторсодержащие соединения SiF₄ и HF. Перед выбросом в атмосферу фторсодержащие газы проходят мокрую очистку.

Отработанный воздух, транспортирующий фосфорит в бункер над дозатором перед выбросом в атмосферу очищается до нормативного уровня от пыли в циклоне и аппарате мокрой очистки.

Очищенные до нормативного уровня по фтористым соединениям газы выбрасываются в атмосферу.

В ходе мокрой очистки газа от фторсодержащих соединений образуются сточные воды, которые откачиваются для обезвреживания известковым молоком на станцию нейтрализации цеха фтористых солей.

При работе вакуум-выпарных аппаратов до 75% фтористых соединений из фосфорной кислоты выделяется в газовую фазу и улавливается с получением кремнефтористоводородной кислоты концентрацией не менее 12%.

Для повышения выхода кремнефтористоводородной кислоты подпитка систем абсорбции отделения ВВУ ведется стоками из бака

Слабокислые стоки при работе вакуум-выпарных аппаратов образуются при конденсации паров воды, выделившихся в ходе концентрирования фосфорной кислоты в поверхностных конденсаторах и пароэжекторных насосах.

Кислый конденсат из этих аппаратов собирается в сборнике от ВВУ, часть кислого конденсата из сборника направляется для отмывки полотен фильтра и далее поступает на промывку фосфогипса, откуда перетекает в бак и далее на станцию нейтрализации.

При аварийных проливах жидких технологических сред и необходимости опорожнения аппаратов на ремонт предусматривается сбор высококонцентрированных растворов в баке и последующая перекачка таких растворов в экстрактор.

На предприятии ведется контроль состава и количества отходов производства, ежесменно ведется учет количества фосфогипса, вывезенного в отвалы автотранспортом.

4.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях (ЧС)

Согласно противопожарным нормам промышленных предприятий цех ЭФК относится к категории "Д" (производство, связанное с образованием несгораемых веществ и материалов в холодном состоянии). Все применяемые в технологическом процессе вещества, продукты, отходы производства негорючие. Огнеопасные вещества могут применяться только для проведения ремонтных и строительных работ.

При работе проектируемого оборудования возможно возникновение аварийных ситуаций при нарушении требований технологического регламента цеха. Учитывая вероятность техногенной аварии и ее последствия, в цехе проводится организационно - техническая работа по предупреждению чрезвычайных ситуаций и заблаговременная подготовка к действиям в условиях ЧС.

В соответствии со СНиП 21-01-97 с изм. 2002 г. на предприятии предусмотрены следующие конструктивные, объемно-планировочные и инженерно-технические решения:

- герметизация оборудования;

- использование взрывозащищенного электрооборудования и светильников;

- эвакуационные выходы из здания;

- прокладка противопожарного водопровода;

- создание емкостей с запасом воды;

- в строительных материалах здания используются несгораемые материалы;

- используются системы автоматической пожарной (АПС) и охранно-пожарной сигнализации (ОПС) с комбинированными извещателями типа КИ-1;

- оснащение здания первичными средствами пожаротушения: порошковыми и углекислотными огнетушителями (ОП-5 и ОУ-80), ведрами, ящиками с песком, лопатами;

- установка взрывных клапанов на оборудовании и воздуховодах, предотвращающими повышенное давление при чрезвычайных ситуациях.

5. Технико-экономические расчеты

5.1 Резюме

Целью дипломного проекта является модернизация узла концентрирования экстракционной фосфорной кислоты

Основные идеи проекта:

1) совершенствование технологического процесса и его управления;

2) повышение качества продукции.

5.2 Характеристика продукции

Для производства концентрированных фосфорных и сложных удобрений требуется фосфорная кислота, содержащая 37-55% Р₂О₅, а для получения полифосфатов аммония и концентрированных жидких удобрений - полифосфорная кислота с 72-83% Р₂О₅. Поэтому во многих случаях фосфорную кислоту выпаривают.

Фосфорная кислота (ортофосфорная кислота) - неорганическая кислота средней силы, с химической формулой H₃PO₄, которая при стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы.

Фосфорная кислота хорошо растворима в воде. Обычно ортофосфорной кислотой называют 85 %-й водный раствор (бесцветная сиропообразная жидкость без запаха).

В процессе получения экстракционной фосфорной кислоты полугидратным способом, ее концентрация составляет 35-40 %до отделения концентрирования, 85 % - после процесса упарки.

5.3 Особенности рынков сбыта

Основной сферой применения фосфорной кислоты остается производство фосфатных и сложных удобрений, более 90 % фосфорсодержащей руды используется именно для этих целей. Среди иных сфер можно отметить звероводство, пищевую, деревообрабатывающую и фармацевтическую промышленность, производство бытовой химии, стройматериалов и др.

Мировое производство фосфорной кислоты в 2015 г. выросло по сравнению с предыдущим годом на 6%. Загрузка мощностей её производителей составила 79%. Мировая торговля фосфорной кислотой увеличилась более чем на 15% [36]. 87 % мирового производства фосфорной кислоты идёт на получение удобрений,7 % - на технические и пищевые соли и 6 % - на кормовые фосфаты [10, 37].

Наибольший прирост объемов производства наблюдался в Китае, США, Марокко и России, в остальных регионах показатели практически не изменились[38].

Потребление фосфорных удобрений в мире будет расти на 2,7% в год и в 2018 г. составит 40,2 млн т Р₂О₅. В 2018 г. мировые мощности по производству фосфорной кислоты достигнут 47,6 млн т Р₂О₅, а её мировое производство - 40,6 млн. т [39].

5.4 Календарный план

При составлении плана учитываются затраты времени на реализацию следующих стадий проекта [35]:

Таблица 5.1 Затраты времени на реализацию стадий проекта

№	Наименование этапа	Календарные сроки	Содержание этапа
1	Получение денежных средств для инвестирования проекта	7 дней	Получение необходимых денежных средств для реализации проекта
2	Подготовка чертежей для изготовления деталей и аппаратов	2 месяца	Чертеж установки, сборочных единиц, основных узлов и деталей
3	Сроки изготовления оборудования	2,5 месяца	1.Отправка рабочих чертежей изготовителю 2. Изготовление
4	Поиск, закупка и доставка готового оборудования	1,5месяца	Закупка дополнительного оборудования
5	Наем рабочей силы	25 дней	Наем рабочих
6	Сборка оборудования	1 месяц	Монтаж установки
7	Пробный период работы	7 дней	Испытание в промышленных условиях

После выполнения всех стадий проекта установка сможет работать в промышленных масштабах, через 244 дня.

5.5 Обеспечение проекта материальными и трудовыми ресурсами

При реализации проекта будут востребованы:

- основное оборудование - вакуум-выпарной аппарат

- комплектующие - барометрический конденсатор, тарельчатый абсорбер, сборник с турбинной мешалкой, насос, греющая камера, трубопроводы;

- приборы - расходомеры, манометры, персональный компьютер;

- электроэнергия - для обеспечения работы оборудования и комплектующих;

- персонал для обслуживания установки.

5.6 Источники финансирования проекта

Существуют различные способы финансирования:

- собственные средства;

- заемные средства (кредиты, займы);

- государственные субсидии.

Основным источником финансирования проекта является преимущественно собственный капитал и часть заемного капитала предприятия, на котором устанавливается данная установка.

5.7 Оценка риска выполнения проекта

Функционирование предприятия в условиях рыночной экономики неизбежно связано с риском. Вопросы, связанные с риском в деятельности предприятия, интересуют как работников предприятия, так и его акционеров, инвесторов, поставщиков, потребителей.

Под финансовым риском предприятия понимается вероятность возникновения неблагоприятных финансовых последствий в форме потери дохода и капитала в ситуации неопределенности условий осуществления его финансовой деятельности.

В таблице приведены возможные риски (как внутренние, так и внешние).

Таблица 5.2 Возможные риски

Наименование риска (группы рисков)	Возможные последствия реализации риска	Превентивные меры борьбы с риском
1	2	3
Инфляционный	Обесценивание стоимости основного капитала	Приспособление к инфляции
Налоговый риск	Невозможность уплаты налогов	Наличие запасных денежных средств
Кредитный	Риск несвоевременного расчета за отпущенную предприятием в кредит продукцию, превышения расчетного бюджета по инкассированию долга.	Наличие запасных денежных средств
Коррупция	Потеря денежных средств	Страхование денежных средств
Отказ от финансирования	Нехватка денежных средств на реализацию проекта	Наличие надежного источника финансирования или альтернативного источника финансирования.
Болезнь персонала	Остановка работы оборудования, неправильная эксплуатация	Наличие запасного компетентного персонала, готовые подменить основной
Кража оборудования	Остановка работы установки	Страхование оборудование от кражи

5.8 Технико-экономические расчеты

При проведении технико-экономических расчетов и определении экономической эффективности реализации проекта предполагаем, что количество часов непрерывной работы установки в течении года 8400 часов.

Необходимые для технико-экономических расчетов данные приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Исходные данные для технико-экономических расчетов

Показатель	Обозначение	Ед.изм.	Значение
1	2	3	4
1. Объем производства	Впр	т/год	60000
2. Цена реализации 1 т продукции	Ц1	руб.	25000
3. Проектируемая цена реализации единицы продукции	Ц2	руб.	30000
4. Стоимость 1 чел.ч. проектных работ	Цчч	руб.	120
5. Среднеотраслевая экономическая эффективность капитальных затрат	Ен	%	15
6. Норматив расхода на текущий ремонт, содержание и амортизацию	Нар	%	6
7. Режим работы установки (продолжительность работы энергопотребляющих устройств и оборудования)	Тн	ч/год	8400
8. Стоимость 1 кВт•ч электроэнергии	Цэ	руб.	4,2

5.8.1 Расчет капиталовложений

Величину предполагаемых капитальных затрат определяем по формуле:

, (5.1)

где - балансовая стоимость основного, вспомогательного и резервного оборудования, дополнительно устанавливаемого по проекту, включая расходы на приобретение, изготовление, транспортировку, хранение, монтаж и наладку, тыс.руб.;

- предпроизводственные затраты, включающие расходы на проектирование и разработку проектной документации, тыс.руб.

Балансовую стоимость оборудования определим на основе примерной номенклатуры приобретаемого оборудования, приведенной в таблице 5.4. А так как для реализации проекта необходимо изготовить новое оборудование, то при определении величины К_б учитываются использованные материальные ресурсы (см. таблица 5.5), а также трудовые затраты (см. таблица 5.6), т. е. прямые затраты на изготовление оборудования, а также накладные расходы.

Таблица 5.4 - Примерная номенклатура приобретаемого оборудования

Наименование	Единица измерения	Цена за единицу, р.	Количество единиц на одно изделие	Сумма, р.	Основание
Вакуум-выпарной аппарат	шт.	3750000	1	4750000	Каталог цен
Барометрический конденсатор	шт.	1250000	1	3250000	Каталог цен
Тарельчатый абсорбер	шт.	2888000	1	3888000	Каталог цен
Сборник с турбинной мешалкой	шт.	500000	1	500000	Каталог цен
Греющая камера	шт.	900000	1	100000	Каталог цен
Комплектующие	шт.	1 000 000	1	500 000	Каталог цен
Итого 10288000

Таблица 5.5 - Расчет материальных расходов

Наименование материальных ресурсов	Ед. изм.	Цена единицы, руб.	Расход на единицу	Стоимость потребленных ресурсов, руб.
Сырье и материалы
Труба 25Ч1,6	кг	3000	312	936000
Труба 35Ч1,6	кг	2600	161	418600
Швеллер 5П	кг	1000	37	37000
Распределительные тарелки	шт	100000	2	200000
Разгрузочное устройство	шт	40000	1	40000
Электроды	пачка	1500	1	1500
Осушитель	кг	1200	30	36000
Топливо, энергия
Электроэнергия	кВт/ч	4,2	1500	6300
Всего (Зм)				1675400

Таблица 5.6 - Расчет трудозатрат и средств на оплату труда

Вид работ	Тарифный разряд	Трудоемкость, чел.ч	Часовая тарифная ставка	Тарифный фонд оплаты труда, тыс. руб.
Сварочные	5	25	65,6	1, 640
Слесарные	4	10	55,6	0,556
Сборочные	6	12	78,6	0,944
Итого (Зтр)				3,140

В таблице 5.6 производится расчет средств на оплату труда основных работников. Однако значение данного показателя должно быть скорректировано с учетом начислений и дополнительной заработной платы

, (5.2)

где - коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату и начисления.

.

Полная себестоимость изготовления оборудования составит

, (5.3)

где - коэффициент, учитывающий накладные расходы.

.

Капитальные затраты на приобретение нового оборудования

, (5.4)

.

Затраты на проектирование (К_п) следует определять исходя из трудоемкости проектных работ и средней стоимости одного человеко-часа проектных работ:

, (5.5)

, (5.6)

где - трудоемкость проектных работ, чел. ч.

- количество проектировщиков, принятое путём экспертной оценки;

- длительность проектирования, принятая путём экспертной оценки;

- длительность рабочего дня проектировщика.

С учетом полученных значений получим

.

5.8.2 Расчет текущих расходов

Величину текущих расходов, связанную с реализацией проекта, определяем на отчетный год по формуле:

, (5.7)

где - расходы на содержание, текущий ремонт и амортизацию оборудования и технических средств, тыс.руб./год.

.

5.8.3 Расчет экономии текущих затрат при реализации проекта

Экономию текущих затрат , обусловленную реализацией проекта, тыс. р./год, находим по формуле:

, (5.8)

где Э_к - экономия, обусловленная повышением качества продукции, определяется по разнице цен на выпускаемую продукции до и после внедрения инновационных мероприятий:

, (5.9)

где В₂ - объем производства продукции после внедрения проекта.

- цены продукции до и после внедрения проекта, соответственно.

= 300000 тыс.руб.,

5.8.4 Расчет годового экономического эффекта и показателя рентабельности капиталовложений (инвестиций)

Годовой экономический эффект, обусловленный внедрением проекта, который может быть достигнут при реализации инновационного проекта, определяем по формуле:

, (5.10)

где - среднеотраслевой коэффициент экономической эффективности капитальных вложений в проект.

.

Расчетный срок окупаемости капиталовложений (инвестиций) в проект с момента начала его реализации определяется по следующей формуле:

, (5.11)

.

Т_о= 0,18?12 = 2 мес.

Прирост прибыли предприятия, обусловленный реализацией проекта, будет равен экономии текущих затрат и составит

.

Показатель рентабельности (эффективности) капиталовложений в проект определяем по формуле:

, (5.12)

Результаты расчета экономической эффективности реализации проекта приведены в таблице 5.7.

Таблица 5.7 - Результаты реализации проекта.

Наименование показателя	Величина показателя
Цена на продукцию, тыс.руб.	до внедрения	после внедрения	результат
	25000	35000	10000
Капитальные вложения, тыс.руб.	35354,2
Экономия текущих затрат, тыс.р.	297878,75
Годовой экономический эффект, тыс.руб.	292575,62
Эффективность капиталовложений, %	85
Срок окупаемости капиталовложений, месяцев	2

Таким образом, при реализации проекта годовой экономический эффект предприятия составит 292575,62 тыс.руб./год при эффективности капитальных вложений 85% и срок окупаемости составит 2 месяца, что дает основание для выводов о целесообразности реализации проекта.

Заключение

В ходе выполнения дипломного проекта был проведен обзор научно-технической литературы, в результате которого выявлены основные физические и химические свойства, значение и области применения фосфорной кислоты, представлены способы производства ЭФК, характеристики сырьевых источников для ее получения. Выявлены достоинства и недостатки различных технологических схем производства фосфорной кислоты. Выяснено, что наиболее распространенным является способ получения фосфорной кислоты экстракционным полугидратным способом. Разработана принципиальная технологическая схема процесса получения экстракционной фосфорной кислоты полугидратным методом с отделением ее концентрирования. Особое внимание было уделено конструкции и принципу работы вакуум-выпарного аппарата. Особенностью данного аппарата является то, что содержит кристаллизатор, который способствует увеличению чистоты фосфорной кислоты; в верхней части испарительной емкости содержится промывная труба и насадочный брызгоуловитель; процесс выпарки ведется естественным методом, что позволяет исключить осевой циркуляционный насос.

В данной дипломной работе проведены материальный и тепловой баланс аппарата, проведен расчет испарителя, кристаллизатора, барометрического конденсатора и конструктивный расчет аппарата.

Изучены вопросы безопасности жизнедеятельности персонала на производстве экстракционной фосфорной кислоты, выявлены основные физические и химические ОВПФ и приведены методы защиты от них в соответствии с нормативными документами.

Проведены технико-экономические расчеты научно-исследовательской работы и расчеты по проектированию нового цеха. В результате чего определена рентабельность данного проекта и срок его окупаемости, которые в свою очередь равны 85 % и 2 месяца соответственно.

Приложение А

Приложение Б

Размещено на Allbest.ru

...