Поняття про суспільне виробництво

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Контрольна робота з дисципліни "Системи технологій промисловості".

Слово "технологія" - грецького походження: techne - мистецтво (ремесло, уміння), logos - навчання, тобто дослівний переклад слова "технологія" - навчання про мистецтво одержання, про вміння робити щось.

Щоб зрозуміти зв'язок технології з наукою й суспільством, їхній вплив один на одного й на природне середовище, необхідно усвідомити сутність технології, її роль і місце в сучасному світі, можливості й обмеження. Технологія є невід'ємною частиною людської культури. Сучасної людини оточують найрізноманітніші предмети, створені для задоволення численних потреб. Вся ця створена людьми технологічне середовище зветься "промислова власність", що дозволяє нам визначити технологію, як процес задоволення людських потреб за допомогою штучно створених матеріальних об'єктів", а будь-яка технологічна система буде конкретним представником цього штучного миру. Комплексне технологічне утворення має на увазі розгляд технології, як процесу постановки й рішення проблеми, що опирається на досвід і знання, що враховує соціальну значимість досягнутого результату.

Мета контрольної роботи - сформувати поняття про суспільне виробництво, розвинути практичні навички системного аналізу, вибору на основі порівняння найбільш вигідних варіантів проведення технологічного процесу з точки зору енерго - та матеріалоємності та ефективної організації процесу.

Завдання 1

Одержання сірчаної кислоти

Безводна сульфатна (сірчана) кислота являє собою важку маслянисту рідину (щільність при 20°С 1830 кг/м³, температура кипіння при атмосферному тиску 296,2°С, температура кристалізації -- 10,5 °С). Сульфатна кислота змішується з водою в будь-яких співвідношеннях зі значним виділенням тепла, у ній дуже добре розчиняється сульфатний ангідрид SO_3. Розчин S0₃ у 100 % сульфатній кислоті має назву олеум.

Висока активність і невисока вартість сульфатної кислоти обумовлюють значні масштаби її виробництва і різноманітне використання практично в усіх галузях народного господарства. Сульфатна кислота використовується для виробництва добрив, неорганічних і органічних кислот, солей, для одержання штучних і синтетичних волокон, вибухових речовин, отрутохімікатів, барвників, лаків, деяких лікарських речовин, при переробці харчових продуктів і т. д.

Виробляється сульфатна кислота двома способами: контактним і нітрозним (баштовим). Контактним способом одержують близько 90 % від загального обсягу виробництва кислоти, оскільки цей спосіб забезпечує більш високу концентрацію і чистоту продукту.

Як сировину для виробництва сульфатної кислоти використовують самородну сірку і сірчаний колчедан (FeS₂), окрім цього, широко використовують промислові відходи, що містять сірку.

Якщо як сировину для одержання кислоти використовують сірчаний колчедан FeS₂, то хімізм першої стадії описується таким рівнянням:

4FeS₂ + 11О₂ > 2Fe₂0₃ + 8S0₂ + Q

Для прискорення цієї реакції, а, отже, і для інтенсифікації всього процесу, вихідну руду тонко подрібнюють, а процес проводять при надлишку повітря або з повітрям, збагаченим киснем.

Принципова (структурна) схема цього виробництва приведена на Рис. 1.

Рис. 1. Структурна схема виробництва сірчаної кислоти з сірчаного (залізного) колчедану методом одинарного контакту: I - отримання обпалювального газу; II - контактне окислення ; III - абсорбція.

Елемент 1. До апаратів першої стадії процесу відноситься обпалювальна піч, в якій одержують сірчистий газ, і сухий електрофільтр, в якому обпалювальний газ очищається від пилу.

Як реактори для випалення колчедану можуть застосовуватися печі різної конструкції: механічні, пилоподібного випалення, киплячого шару (КШ). Печі киплячого шару відрізняються високою інтенсивністю (до 10 000 кг/м²·сут), забезпечують більш повне вигоряння дисульфида заліза (вміст сірки в огарку не перевищує 0,005 мас. часткою) і контроль температури, полегшують процес утилізації теплоти реакції випалення. До недоліків печей КШ слід віднести підвищений вміст пилу в газі випалення, що утрудняє його очищення. В даний час печі КШ повністю витіснили печі інших типів у виробництві сірчаної кислоти з колчедану.

Випалення колчедану в струмі повітря є необоротним некаталітичним гетерогенним процесом, що протікає з виділенням тепла через стадії термічної дисоціації дисульфида заліза:

FеS₂ = 2FеS + S₂

і окислення продуктів дисоціації:

S₂ + 2О₂ = 2SО₂

4FеS + 7О₂ = 2Fе₂S₃ + 4SО₂

що описується загальним рівнянням

4FeS₂ + 11О₂ > 2Fe₂0₃ + 8S0₂ + Q

де Q = 3400 кДж.

Збільшення рушійної сили процесу випалення досягається флотацією колчедану, що підвищує вміст дисульфида заліза в сировині, збагаченням повітря киснем і застосуванням надлишку повітря при випаленні до 30 % понад стехиометричної кількісті. На практиці випалення ведуть при температурі не вище 1000 ^оС, оскільки за цією межею починається спеканя частинок опалюваної сировини, що приводить до зменшення поверхні їх і утрудняє обмивання частинок потоком повітря.

Елемент 2. Казан-утилізатор, де відбувається охолоджування газу. На очищення обпалювального газу від домішок, отруйних по відношенню до каталізатора, газ поступає при 300--400°С.

Елемент 3. Загальне очищення газу. Газ очищають, промиваючи його більш холодною, ніж сам газ, сірчаною кислотою. Для цього послідовно газ пропускають через такі апарати: промивні башти, перший мокрий електрофільтр, зволожувальну башту і другий мокрий електрофільтр. В цих апаратах газ очищається від миш'яковистого, сірчаного і селенистого ангидридів, а також від залишків пилу.

Елемент 4. Спеціальне очищення газу. Далі газ звільняється від вологи в сушильній башті і бризок сірчаної кислоти в бризкоуловлювачі. Обидва промивні, зволожувальна і сушильна башти зрошуються циркулюючою сірчаною кислотою. В циклі зрошування є збірки, з яких сірчана кислота насосами подається на зрошування башт. При цьому кислота заздалегідь охолоджується в холодильниках, де з промивних башт відводиться фізичне тепло обпалювального газу, а з сушильної -- тепло розбавлення сушильної сірчаної кислоти водою.

Елемент 5. Підігрів газу в теплообміннику.

При окисленні сірчистого ангідриду до сірчаного виділяється велика кількість тепла, яке використовують для нагрівання обчищеного обпалювального газу, що поступає в контактний апарат. Гарячий сірчаний ангідрид через стінки труб, по яких він проходить в теплообміннику, передає тепло більш холодному сірчистому ангідриду, що проходить в міжтрубному просторі теплообмінника і що поступає в контактний апарат.

Елемент 6. Контактне окислення. Ця стадія виробництва сірчаної кислоти є основною. Сухий очищений грубний газ надходить на контактне окиснення SO₂ до SO₃ що відбувається за оборотною екзотермічною реакцією, що протікає зі зменшенням обсягу газу:

2S0₂ + 0₂ = 2S0₃ + Q

Виходячи з принципу Ле-Шательє, рівновага даної реакції зміщується у бік утворення SO₃ при зниженні температури і збільшенні тиску газового середовища. Однак, оскільки у випалювальному газі концентрації сірчистого газу і кисню невеликі, збільшення тиску в сірчанокислотному виробництві недоцільне, і основним регулятором рівноваги реакції окислювання сірчистого газу є температура. Однак навіть при високих температурах швидкість окислювання SO₂ у SO₃ мала тому для прискорення процесу необхідно використовувати каталізатор.

На сірчанокислотних заводах як каталізатор використовують, головним чином, ванадієві контактні маси із вмістом V₂0₅, приблизно 7 % інше -- носій, у якості якого застосовують високопористі алюмосилікати, оксиди лужних металів.

Для досягнення максимальної швидкості окиснення SO₂ у SO₃ процес варто починати при температурі 600 °С і закінчувати при 400°С. Конструкції сучасних полочних контактних апаратів забезпечують ці умови.

Елемент 7. Абсорбція оксиду сірки (IV) і утворення сірчаної кислоти.

Охолоджений окисленим газ в останній стадії процесу виробництва сульфатної кислоти направляється в абсорбційне (поглинальне) відділення цеху. Поглинання газу водою описується рівнянням:

SO₃ + H₂O > H₂S0₄ + Q

Однак, поглинати SO₃ чистою водою недоцільно, оскільки за рахунок тепла, що виділяється при реакції, вода перетворюється на пару, утворюючи в подальшому дрібні крапельки кислоти -- туман, уловити який у подальшому дуже важко. Тому SO₃ поглинають концентрованою сульфатною кислотою за дві стадії.

Термінологічний словник.

Вищеописана технологічна схема виробництва сірчаної кислоти містить 7 основних елементів (підсистем), кожен з яких містить одну або кілька технічних систем.

Для термінологічного словнику використаємо три елементи.

1) Так, елемент 1 вміщує флотація - (від фр. Flottation) -- спосіб розділення сумішей твердих дрібних частинок, що належать різним речовинам, а також виділення крапель дисперсної фази з емульсій, заснований на їх різній змочуваності і здатності накопичуватися на поверхні розділу фаз. Флотація можлива тільки при неповному змочуванні поверхні частинок, що виділяються рідиною. Зазвичай це досягається шляхом додавання невеликих кількостей спеціальних речовин -- флотореагентів.

2) Елемент 5 - теплообмінник (теплообмінний апарат) -- пристрій для перенесення теплоти від одного теплоносія до другого або від теплоносія до поверхні тіла, що його нагрівають. До теплообмінного апарату належать випарники, економайзери, льодогенератори, парогенератори, повітронагрівачі, градирні тощо.

3) Елемент 7 - абсорбція - вбирання газів або рідин, а також електромагнітних коливань (світла і звуку) всім об'ємом (на відміну від адсорбції) рідини чи твердого тіла, що є абсорбентом. Абсорбція -- один з видів сорбції рідини. Абсорбція -- основа технологічних процесів вилучення парів води, вуглеводневих компонентів, сірчаних сполук тощо з потоків природного та синтетичного газів, очищення (знешкодження) газових викидів з метою охорони довкілля.

Завдання 2

Розрахувати та порівняти поверхню теплообміну, необхідної для нагріву керосину від 20 до 44 єС (витрата керосину 540 кг/с) в прямоточному та протиточному теплообмінних апаратах за таких умов:

ѕ коефіцієнт теплопередачі - 190 Вт/(м²К);

ѕ середня різниця температур для прямотоку 48°С;

ѕ середня різниця температур для протитоку 55°С.

Рішення:

Для того, щоб виявити перевагу однієї схеми руху теплоносіїв над другою, необхідно і досить порівняти площу поверхні теплообміну, яка необхідна для передачі тепла під час прямо- і протитоку при інших рівних умовах.

Якщо в першому наближенні знехтувати тепловими втратами, тоді

Q= (1)

де Gг, Gх і сг, сх - масові витрати гарячого і холодного теплоносіїв та їх питомі теплоємкості, відповідно;

tвх і tвих - температури теплоносіїв на вході і виході із теплообмінника, відповідно.

В той же час, згідно з основним рівнянням теплопередачі

Q=K•F•?tсер (2)

де K - коефіцієнт теплопередачі;

F - поверхня теплообміну.

Розрахуємо кількість тепла, необхідну для нагріву сировини:

Q=

Q=540•2,81•(44-20)=36417,6 (кВт)

Використовуючи значення Дt_сер для протитоку та прямотоку розрахувати необхідну поверхню теплообміну:

F = (3)

F₁ = =3,49 (м²) - для протитоку;

F₂ = =3,99 (м²) - для прямотоку.

Порівняємо, F₂>F₁.

Це означає, що в умовах прямоточної подачі теплоносіїв необхідна більша поверхня теплопередачі, що безумовно дорожче коштує.

Таким чином, використання протиточного теплообміну дозволяє скоротити витрати на обладнання (теплообмінник).

Завдання 3

сульфатний кислота ацетилен матеріалоємність

Розрахувати і порівняти питому матеріалоємність процесу одержання ацетилену з карбіду кальцію різного складу мокрим та сухим способом, використовуючи такі вихідні дані.

Питому матеріалоємність розрахувати в натуральному вираженні як відношення маси витрачених матеріальних ресурсів на виробництво ацетилену до кількості ацетилену.

Рішення:

Для вирішення необхідно обрахувати 4 варіанта технологічного процесу, одержати 4 значення матеріалоємності для сухого та мокрого способів виробництва ацетилену з двох видів сировини.

Визначимо теоретичну кількість карбіду кальцію, необхідну для випуску П т/рік ацетилену за формулою

G_теор = 2,46 • П = 2,46 • 30 = 73,8 (т)

Визначимо кількість технічного карбіду кальцію використовуючи відомості про кількість домішок в цьому виді сировини та ефективність її використання .

G_практ =

G_практ1 = =

G_практ2 = =

Визначимо кількість води за сухим та мокрим способами виробництва ацетилену, використовуючи вихідні дані про масове співвідношення вода/карбід для двох видів сировини:

G_вод = G_практ •в

G_вод1 = G_практ1 •в₁= 95,3•0,9= 85,77 (т)

G_вод2 = G_практ1 •в₂= 95,3•2= 190,6 (т)

G_вод3 = G_практ2 •в₁= 101• 0,9 = 90,9 (т)

G_вод4 = G_практ2 •в₂ = 101•2 = 202 (т)

Розрахуємо матеріалоємність для кожного з 4-х варіантів проведення процесу за формулою:

М =

М₁ = = =6,04 (т)

М₂ = = =9,53 (т)

М₃ = = =6,23 (т)

М₄ = = =9,72 (т)

Порівняємо результати розрахунків:М₁ < М₃ < М₂ < М₄,

Таким чином, найбільш вигідним з точки зору матеріалоємності є варіант процесу №1. процес проводять з використанням більш чистої сировини і меншим водоспоживанням.

Завдання 4

1. Визначити число апаратів, необхідних для забезпечення заданої продуктивності процесу V_доб=690 м³/добу, якщо:

- процес періодичний, час проведення процесу - ф=1,5 год;

- ступінь заповнення апарата - ц=0,78;

- резерв потужності процесу - д=10%;

- об'єм апарата -Va =1,25 м³.

2. Визначити повний (номінальний) об'єм апаратів, необхідних до установки для забезпечення заданої продуктивності процесу, якщо:

- процес безперервний, тривалість перебування матеріалу в апарату

ф1 = ф - 0,5, години;

- число апаратів m прийняти рівним отриманому в попередньому завданні;

- величини , , , Vдоб такі ж, як у частині 1.

Отриманий об'єм апарата округлити до найближчого більшого з ряду.

Рішення:

При періодичному процесі кінцевий продукт вивантажується з апарата через певні проміжки часу в кількості, рівній умісту апарата.

Vдоб - добовий обсяг матеріалів, що переробляють у даній стадії технологічного процесу, м³;

Vа - обсяг обраного апарата, м³;

- тривалість процесу, година;

Vроб - робочий обсяг апарата, м³;

- ступінь заповнення апарата;

- число операцій, проведених по даній стадії протягом доби;

- число операцій, яке можна здійснити в одному апарату протягом доби;

mн - кількість необхідних апаратів;

mуст - кількість установлюваних апаратів;

д - запас потужності виробництва по даній стадії, %.

Робоча ємність апарата

Vроб = Va ^. ц.

Кількість операцій, проведених по даній стадії протягом доби, знайдемо, розділивши добовий обсяг матеріалів, що переробляють, на робочу ємність апарата:

б = = = = 708 (1/доб)

в = = 16 (1/доб)

Знаючи загальну кількість операцій , яких потрібно провести в добу по даній стадії виробництва, і кількість операцій б, що може бути проведене в одному апарату протягом доби, визначимо необхідна кількість апаратів:

m_н = = = 44 (ап)

З урахуванням запасу потужності, величина якого приймається за практичним даними до 15%, кількість установлюваних апаратів визначаємо по формулі

mуст = mн (1+ д/100) = 44 (1 + 10/100) = 48 (ап)

При безперервному методі виробництва повинні бути задані: добовий обсяг V_доб, час перебування ф матеріалів у реакційному обсязі, швидкість переміщення матеріалів w або режим переміщення матеріалу в реакційній зоні, поверхня теплообміну або поверхня контакту фаз F і ін.

Якщо задані добовий обсяг Vдоб і час ф, те робочу ємність (м³/с) апарати визначають по рівнянню секундного обсягу матеріалів, що протікають через апарат:

V_сек = = = = 0,0079 м³/с

Робоча ємність апарата (м³)

ф₁ = ф - 0,5 = 1,5 - 0,5 = 1 год = 3600 с

Vроб = Vсек • ф1 = 0,0079 • 3600 = 28,44 м³

V_a = = = 0,646 м³

Держстандарт установлює 13 типів сталевих зварених апаратів і судин ємністю від 0,01 м³ (при діаметрі 219 мм) до 200 м³ (при діаметрі 4000 мм). У відповідності до таблиці 4 вибираємо найближчий більший за об'ємом апарат V= 0,8 м³.

Висновки

Використання безперервної технологічної схеми виробництва дозволить зменшити об'єм апаратів з 1,25 м³ до 0,8 м³, що в свою чергу зменшить капітальні витрати на виробництво продукції.

Список використаних джерел

1. Конспект лекцій з курсу "Системи технологій промисловості" / Укладач: Корчуганова О. М. - Сєвєродонецьк: ТІ СНУ ім. Володимира Даля. 2008 - с.59

2. Збожна О.М. Основи технології: Навчальний посібник. - Тернопіль: Карт-бланш, 2002. - С.486

3. Контрольные задания и методические указания к их выполнению по дисциплине "Системы технологий" - Составитель: Резанцев И.Р. - Северодонецк: СТИ ВНУ им. В. Даля, 2005. - 25 с.

4. Г.М. Дубровська, А.П. Ткаченко Системи сучасних технологій.- К.: Центр навчальної літератури, 2004. - С.351

5. Смирнов В.О., Білецький В.С. Фізичні та хімічні основи виробництва. Навчальний посібник. - Донецьк: Східний видавничий дім, 2005. - 148 с.

7. Желібо Є.П., Овраменко М.А., Булик В.М., Пиртч В.П. та ін. Основи технологій виробництва в галузях народного господарства: Навч. Посіб. - К., Кондор, 2009 - 520 с.