Производство уксусной кислоты

В узле моноэтаноламиновой очистки регулированию подлежат следующие параметры:

- давление в верхней части отпарной колонны;

- температура регенерированного моноэтаноламина после холодильников;

- температура в кубе отпарной колонны;

- расход моноэтаноламина пред фильтрами отводимого из общего потока поступающего в контактный адсорбер;

- состав раствора моноэтаноламина в отпарной колонне;

- уровень очищаемого моноэтаноламина в смолоотделителе;

- температура в смолоотделителе;

- уровень в флегмовой ёмкости.

Вследствие, пожаровзрывоопасности производства, в целях предотвращения аварийной ситуации и для обеспечения правильной и безопасной работы агрегатов в отделении, сигнализации подлежат все вышеперечисленные параметры.

В схеме предусмотрено защитное отключение фильтров при достижении перепада давления на них 0,5 кгс/см².

Для предотвращения роста давления выше критического значения, в колонне отпарки предусмотрена блокировка. При увеличении давления выше 1,0 кгс/см² закрывается клапан на линии подачи пара в кипятильник колонны отпарки.

1.6.1.2 Описание функциональной схемы автоматизации техологического процесса

1.6.1.2.1 Автоматическое регулирование

Для стабилизации давления в верхней части отпарной колонны используется комплект приборов: измерительный преобразователь Сапфир 22 ДИ (поз. 2-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-4-8 (поз. 5-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 2-3), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 2-4).

Для стабилизации температуры регенерированного моноэтаноламина после холодильников используется комплект приборов: термоэлектрический преобразователь ТХК Метран - 202 типа хромель-копель (поз. 9-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-8-8 (поз. 12-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 9-3), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 9-4).

Для стабилизации температуры в кубе отпарной колонны используется комплект приборов: термоэлектрический преобразователь ТХК Метран - 202 типа хромель-копель (поз. 11-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-8-8 (поз. 12-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз.11-3), (поз. 11-5), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 11-4), (поз. 11-6).

Для стабилизации расхода регенерированного моноэтаноламина отводимого на фильтры из общего потока регенерированного моноэтаноламина поступающего в контактный адсорбер, используется комплект приборов: вихревой расходомер Vortex 8800 (поз. 14-1), (поз. 14-2), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-8-8 (поз 19-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 14-4), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 14-5).

Для стабилизации состава в отпарной колонне и регулирования содержания воды в системе используется комплект приборов: концентратомер АЖК 3103.3 (поз. 17-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-8-8 (поз. 19-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 17-3), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 17-4).

Стабилизация значения уровняв смолоотделителе осуществляется с помощью комплекта приборов: измерительного преобразователя давления Сапфир 22 ДД (поз. 20-1), видеографического регистратора и регулятора Метран 910-4-8 (поз. 23-1), магнитного пускателя ПБР-3А (поз. 20-3), исполнительного механизма МЭО 250/10-0 (поз. 20-4).

Для стабилизации температуры в смолоотделителе используется комплект приборов: термоэлектрический преобразователь ТХК Метран - 202 типа хромель-копель (поз. 21-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-4-8 (поз. 23-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 21-3), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 21-4).

Стабилизация значения уровня в флегмовой ёмкостиосуществляется с помощью комплекта приборов: измерительный преобразователь давления Сапфир 22 ДД (поз. 22-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-4-8 (поз. 23-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 22-3), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 22-4).

1.6.1.2.2 Автоматический контроль

Контролируется значение перепада давления в фильтрах с помощью комплекта приборов: измерительного преобразователя Сапфир 22 ДИ (поз. 1-1), видеографического регистратора и регулятора Метран 910-4-8 (поз. 5-1).

Контролируетсязначение перепада давления в фильтрах с помощью комплекта приборов : измерительного преобразователя Сапфир 22 ДД (поз. 3-1), (поз. 4-1), видеографического регистратора Метран 910-4-8 (поз. 5-1).

Контролируются значения температуры конвертируемого газа на входе в контактный адсорбер, температуры в контактном адсорбере, температуры паров регенерируемогомоноэтаноламинав шлемовой трубе отпарной колонныс помощью комплекта приборов: термоэлектрический преобразователь ТХК Метран -202 типа хромель-копель (поз. 5-1), (поз. 6-1), (поз. 7-1), (поз. 8-1), (поз. 10-1), видеографический регистратор Метран 910-8-8 (поз. 12-1).

Контролируется значение состава синтез-газа после адсорберов с помощью приборов: газоанализатора АГК-3103.3 (поз. 17-1), (поз. 18-1), видеографического регистратора Метран 910-8-8 (поз. 13-2).

Контролируется значение расхода моноэтаноламина перед фильтрами с помощью комплекта приборов: вихревой расходомер Vortex 8800С (поз. 13-1), видеографический регистратор Метран 910-8-8 (поз. 19-1).

1.6.2 Аналитический контроль

1.6.2.1 Значение аналитического контроля производства

1.6.2.2 График аналитического контроля

уксусный кислота метанол катализатор

Таблица 4 - График аналитического контроля

Наиме-нование анализи-руемой пробы	Место отбора пробы	Частота отбора пробы	Характер пробы	Что опре-деляется	Норма	Кто отбирает пробу	Кто анализи-рует пробу
Конвер-тированный газ	Из сепаратора	1 раз в сутки	Разовый По требованию	Объемная доля: 1.Н2 2.СО 3.СО2 4.N2 5.CH4 6.H2O	н\м 36,9% н\б 35,4 % н\б 24,9 % н\б 1,2 % н\б 0,8 % н\б 0,8 %	Дневной лаборант	Дневной лаборант
Газовое сырье	Из контактного аппарата МЭА	1 раз в смену и в конце работы каждого адсорбера 2,3,4-1 раз в сутки По требованию	Разовый Разовый	Объемная доля: 1.Н2 2.СО 3.СО2 4.CH4 5. Н2О	н\м 49% н\м 40% н\б 50 ррm н\б 1% н\б 0,8 %	Дневной лаборант	Дневной лаборант
Насыщенный раствор МЭА	На выходе	1 раз в сутки	Разовый	Массовая доля: 1.МЭА 2.СО2	н\б 20 % н\б0,46 моль\моль МЭА	Аппаратчик	Лаборант
Регенерированный МЭА	На выходе из регенератора	1 раз в сутки	Разовый 1 раз в неделю 1 раз в неделю 1 раз в неделю 1 раз в неделю 1 раз в месяц	Массовая доля: 1.МЭА 2.СО2 3. пена Массовая концентрация 4. смолистые 5. НСООН 6. NaOH 7. железа 8. Cl-	н\б 20% н\б 0,2 отс. н\б 2,0 н\б 100 н\б 2 н\б 50ррm н\б 40ррm	Аппаратчик	Лаборант
Регенерированный раствор МЭА	На выходе из регенератора	1 раз в сутки	Разовый	1. активированный уголь 2. массовая доля железа	Отс. н\б 50 ррm	Аппаратчик Аппаратчик	Аппаратчик Лаборант
Раствор МЭА	Из смолоотделителя	1 раз в неделю	Разовый	Массовая концентрация 1. смолистых 2. NaOH 3. железа	н\б 120 г\дм3 не норм.( г\дм3) не норм (ррm)	Аппаратчик	Дневной лаборант
Конденсат МЭА	Из линии ПГС смолоотделителя	1 раз в неделю	Разовый	Массовая концентрация 1. смолистых 2. NaOH 3. железа	н\б 20 г\дм3 н\б 2 г\дм3 н\б 50 ррm	Аппаратчик	Дневной лаборант
Дымовые газы	Из печи риформинга	1 раз в месяц 1 раз в квартал	Разовый Разовый	Объемная доля: 1. О2 2. NO+NO2 3.СО 4. SO2	2-4 % н\б 88 мг\м3 н\б 50 мг\м3	Дневной лаборант	Дневной лаборант
Конвертированный газ	Из установки риформинга	По требованию (при необходимости определения соотношения пар: газ)	Разовый	Объемная доля: 1. СН4 2.СО 3. Н2 4. N2 5. CO2 6. соотношение пар: газ	н\б 0,8 % н\б 35,4 % н\б 36,9 % н\б 1,2 % н\б 24,9 % н\м 0,31	Дневной лаборант	Дневной лаборант
Адсорбционный газ	На выходе из работающего адсорбера	1 раз в смену и в конце работы каждого адсорбера 1 раз в смену	Разовый	1. Н2О 2. СО2 3.объемная доля: Н2 4.СН4 5. СО 6. N2	н\б 1,5 ррm н\б 2,0 ррm н\б 58,0 % н\м 3,0 % н\м 37,0 % н\б 1,6 %	Аппаратчик	Аппаратчик
Куб промывной колонны	В кубе	По требованию при нарушении режима работы НТБ	Разовый	Объемная доля: 1. СО 2. СН4	н\м 62% н\б 31,3 %	Аппаратчик	Лаборант

1.8 Изменения, внесённые в проект

В настоящее времядовольно часто для очистки технологических газов используется в качестве поглотительного раствора 15% водный раствор МЭА. Однако все больше заводов рассматривают возможность перехода на поглотительные растворы вторичных (ДЭА) или третичных (МДЭА) аминов. Это связано, прежде всего с коррозионной активностью МЭА, которая ограничивает его концентрацию в циркулирующем растворе. Повышенную коррозионную активность раствора МЭА вызывают:

- примеси самого реагента - в свежем МЭА может содержаться некоторое количество примесей в виде ДЭА И ТЭА. При повышенных температурах (выше 170°С) происходит их поликонденсация с образованием смол, которые в виде отложений на поверхностях технологического оборудования и трубопроводов загрязняют систему.

- побочные реакции моноэтаноламина с двуокисью углерода. При повышенных температурах возможно взаимодействие МЭА с СО₂ с образованием нерегенерируемых продуктов, таких как оксазолидон-2, имидазолидон и N-(2-оксиэтил)-этилендиамин (ОЭЭДА) в присутствии которого в растворе увеличивается скорость коррозии. ОЭЭДА и другие полиамины могут образовывать комплексы железа хелатного типа, которые при охлаждении взаимодействуют с сероводородом с образованием сернистого железа не растворимого в водном растворе.

Исходный компонент, участвующий в образовании хелата регенерируется и вновь реагирует с железом. Таким образом, продукты коррозии в процессе коррозии накапливаются в растворе. При высоких температурах может протекать реакция между металлическим железом и угольной кислотой с образованием растворимого бикарбоната железа, который при десорбции превращается в нерастворимый карбонат железа.

- возможно окисление моноэтаноламина при его контакте с воздухом, что оказывает влияние на деградацию МЭА с получением в растворе щавелевой и муравьиной кислоты, а также некоторое количество уксусной кислоты. Все они находятся в виде сильно диссоциированных солей с МЭА, также образуются окси и аминокислоты, коррозионная активность которых очень высока. В целом продукты окисления МЭА являются более коррозионно-активными, чем продукты побочных реакций МЭА с СО₂.

- побочные реакции МЭА с сероводородом обычно протекают в присутствии кислорода, в этом случае может образовываться тиосульфат.

Учитывая высокую коррозионную активность раствора МЭА, а также склонность к побочным реакциям МЭА с поглощаемой углекислотой, сероводородом, кислородом воздуха (в узлах хранения аминового раствора), которые ведут к накоплению в циркулирующем растворе термостабильных солей, можно сделать вывод, чтоосновной задачей является снижение коррозионной активности поглотителя. Одним из путей снижения скорости побочных реакций является снижение температуры теплоносителя в узле регенерации. Часто по интенсификации процесса регенерации является применение теплоносителя с более высокими параметрами по температуре и давлению, но это приводит к увеличению скорости накопления термостабильных солей, увеличению скорости коррозии, потерям рабочего реагента.

Решение данной задачи возможно при переходе на новый поглотитель ДЭА или МДЭА, реакционная активность которых ниже по сравнению с МЭА. Это позволяет использовать вторичные и третичные амины в более концентрированном виде до 33% ДЭА и 50% МДЭА.

В настоящее время на рынке присутствует большое количество новых марок реагентов, основанных на МДЭА, которые учитывают специфику любой технологической схемы.

Таблица 5 - Свойства растворов этаноламинов

Температура, оС	15 % МЭА	20 % МЭА	33 % ДЭА	50 % МДЭА	50 % Ucarsol AP 802
Поверхностное натяжение, Н/м
45	0,066	0,065	0,059	0,043	0,045
60	0,0635	0,0625	0,0575	0,0395	0,0429
75	0,061	0,06	0,0545	0,037	0,041
100	0,0575	0,0565	0,0505	0,03	0,0375
130	0,053	0,052	0,049	0,024	0,0335
Вязкость, Па · с
45	0,00085	0,0009	0,0018	0,00426	0,0042
60	0,00059	0,00064	0,0013	0,00273	0,0027
75	0,00044	0,00049	0,00097	0,00193	0,0019
100	0,00029	0,00034	0,00057	0,00124	0,0011
130	0,00019	0,00023	0,00031	0,000826	0,00071
Коэффициент вспенивания
	0,9	0,8	0,7	-

Как правило, в абсорберах и регенераторах аминовых установок используют различные типы тарелок или насадки, которые должны быть проверены на новые условия работы. В случае снижения эффективности работы контактных устройств, при переходе на другой поглотитель должен быть рассмотрен вопрос о замене существующих контактных устройств на более современные конструкции.

Переход натретичный амин МДЭА дает ощутимый экономический эффект за счет снижения капитальных затрат на строительство узла очистки отходящих газов. При этом получаем ожидаемый эффектот замены реагента на существующих узлах сероочистки и регенерации аминового раствора.

1.9 Охрана труда и промышленная экология

Производство уксусной кислоты является сложной химико-технологичкской системой. Разнообразие, уникальность и сложность применяемого оборудования и техники, присутствие вредных, токсичных, пожаровзрывоопасных веществ и материалов, высоких и низких температур, оборудования, работающего под давлением и вакуумом, и т. д. всё это говорит о том, что производство синтетической уксусной кислоты является источником опасных и вредных производственных факторов.

1.9.1 Основы техники безопасности

По природе своего действия в производстве уксусной кислоты присутствуют следующие группы опасных и вредных производственных факторов:

- физические;

- химические;

- психофизиологические;

Физические опасные и вредные производственные факторы подразделяются на:

- движущиеся машины и механизмы; подвижные части производственного оборудования; передвигающиеся изделия;

- повышенная запылённость и загазованность воздуха рабочей зоны;

- повышенная и пониженная температура поверхностей оборудования, материалов;

- повышенная и пониженная температура воздуха рабочей зоны;

- повышенный уровень шума на рабочем месте;

- повышенный уровень вибрации;

- повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

- повышенный уровень статического электричества;

- расположение рабочего места на значительной высоте относительно поверхности земли (пола).

Химические опасные и вредные производственные факторы подразделяется :

по характеру воздействия на организм человека:

- токсичные;

- раздражающие;

- сенсибилизирующие;

по пути проникновения в организм человека:

-через органы дихання;

- через желудочно-кишечник тракт;

- черезкожные покровы и слизистые оболочки.

Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы по характеру действия подразделяются на :

- физические перегрузки (статические или динамические);

- нервно-психические перегрузки (умственное напряжение перенапряжение анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки).

Производство уксусной кислоты по характеру применяемых и получаемых продуктов является газо-взрыво-пожароопасным. При нарушениях технологического режима и при авариях возможны значительные выделения паров, газов и, как следствие, загорания, взрывы, получение химических и термических ожогов и отравлений. Работа в производстве уксусной кислоты характеризуется следующими видами опасности:

- газоопасность - определяется наличием токсичных и удушающих газов и паров (оксид углерода, азот, природный газ, метанол, йод);

- взрывоопасность - определяется наличием газов, которые с кислородом воздуха образуют взрывоопасные смеси (природный газ, водород, оксид углерода, пары метанола, конвертированный газ, азото-водородная смесь (АВС);

- пожароопасность - определяется наличием легковоспламеняющихся и горючих веществ;

- наличие агрессивных веществв результате попадания которых на тело человека возможны химические ожоги;

- наличие высокотемпературных сред при соприкосновении с которыми возможны термические ожоги;

- наличие высокого напряжения;

- наличие вращающихся и движущихся механизмов;

- опасности, связанные в эксплуатацией оборудования под высоким давлением, выполнением работ на высоте, шум, вибрация.

1.9.2 Основы пожарной безопасности и основы взрывобезопасности

Таблица 6 - Пожаро-взрывоопасные свойства применяемых веществ и правила обращения с ними.

Наименование вещества	Молек. вес, г/моль	Уд. вес, кг/м3 (20С)	Плотность паров по отношению к воздуху	Темпера-тура кипения, С	Темпе-ратура вспышки, С	Темпер-тура воспламенения, С	Пределы взрыва-емости, % (об.) (нижний - верхний)
Метиловый спирт (метанол)	32,04	0,791	1,1	64	8	464	6-34,7
Природный газ		0,73-0,85	0,55	-161,6	-	560	5-15
Уксусная кислота	66	1049	2,1	118,1	38	454	3,3-22
Диоксид углерода	44	1,5
Оксид углерода	28	1,254	0,95	-191,5		610	12,5-74
Водород	2		0,07	-252,8		510	4-75
Йодистоводородная кислота		1500	4,477	127		151
Фосфорноватистая кислота		1483				149
Йод		4240		184,3
Гидрооксид калия		1044		130
Трехйодистый родий		12400		1985
Конвертированный газ			0,1	-253		510	4-75
Метилиодид	141,94	2279		42,5		102	3-64
Метил ацетат	74,08	0,924		57,1
Азот	28
Метан	16	0,554		-161,5		537	5-15
Моноэтаноламин	61,08	1020		172,2	120	450	4-11
Морфолин	87,12	1000		129	25	230	25-95
Гидразин-гидрат	50,06	1800		120	73	267	7,3-100
Сода кальцинированная
Тринатрийфосфат
Триполифосфат
Натр едкий технический

Пожароопасность любого производства определяется свойствами применяемого сырья, материалов и получаемой продукции. Все газы и жидкости, применяемые на различных стадиях производства уксусной кислоты, делятся на три основные группы:

1. Горючие газы и жидкости (природный газ, конвертированный газ, смазочные масла, метанол, уксусная кислота, водород, оксид углерода).

2. Поддерживающие горение (воздух).

3. Не горючие газы ( азот, диоксид углерода).

Горючие газы взрывоопасны при любых температурах окружающей среды и образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Взрывоопасность газовоздушных смесей определяется концентрационными пределами содержания горючих газов в воздухе, так называемыми пределами взрываемости и температурой самовоспламенения.

Пределы взрываемости - это минимальное (нижний предел) и максимальное ( верхний предел) концентрационное содержание горючих газов в воздухе. Опасной для взрыва является газовоздушная смесь с наличием горючих газов в концентрированных количествах между минимальном и максимальным содержанием их в воздухе.

Чем больше интервал между нижним и верхним концентрационными пределами взрываемости, тем взрывоопаснее смесь. Пожарная опасность горючих жидкостей характеризуется температурой самовоспламенения, концентрационными и температурными пределами взрываемости паров в воздухе. При повышении температуры пределы взрываемости газовоздушных смесей расширяется. Это необходимо учитывать при ведении технологических процессов, связанных с применением высоких температур.

При достижении температуры воспламенения, способность воспламеняться приобретает газовоздушная смесь, имеющая любое соотношение объемов газа и воздуха. Поэтому вести технологический процесс при высоких температурах более опасно.

Для предотвращения взрывов и загораний необходимо нормально вести технологический процесс, не превышая предельно допустимые показатели температуры и давлении, установленные инструкцией, постоянно следить за герметичностью оборудования и коммуникаций, не допускать выбросов и утечек газов и жидкостей следить за исправностью и показаниями приборов и всех противоаварийных устройств.

Условия, при которых возможно возникновение пожара или взрыва.

- нарушение герметичности аппаратов и коммуникаций в результате завышения рабочих температур и давлений;переполнение емкостей свыше 80% установленного уровня и перелив их;пропуск продуктов через сальники насосов, арматуры, фланцевых соединений;розлив продуктов по территории и помещениямпри проведении операций слива-налива цистерн;

- попадание ЛВЖ на нагретые поверхности аппаратов и пароспутников, в результате чего создаются условия для их усиленного испарения и получения взрывоопасных концентраций;

- удар молнии;

- при скоплении в больших количествах промасленной ветоши;

- при образовании в помещении или в замкнутом пространстве взрывоопасной концентрациипаров жидкостей или пыли и при наличии источника огня (проведение огневых работ с нарушением правил безопасной работы, использование неомеднённого инструмента, курение в неположенном месте и т.д.).

Поэтому необходимо соблюдать нормы технологического режима, правила техники безопасности при ведении всех видов работ, правила эксплуатации трубопроводов, аппаратов, сосудов, работающих под давлением.

1.9.3 Производственная санитария

Таблица 7 - Твердые и жидкие отходы производства и их использование

Наимено-вание отходов, отделе-ние аппарат	Куда складируется, транспорт, тара	Количество отходов	Характеристика твердых и жидких отходов	Период образо-вания
		т/ г	м3/г
Отрабо-танные синтети-ческие цеониты из адсор-беров Отечественный аналог	Вывозится автотранспортом в отвал	5,9 4,92		Алюмосиликаты 98-99 Углеводород ди 1-2 МЭА - следы	720		Один раз в год
Отработанный активрованный уголь из адсорбер-ров. Отечественный аналог	Вывозится автотранспортом в отвал	0,43		Уголь 97-98 МЭА - следы Fe - 0,2-0,4 Ca - 0,3-0,5 SO4 - 0,1-0,3 Растворенные компоненты HCl - 1-2 Уголь 97-98 МЭА - следы Fe - 0,2-0,4 Ca - 0,3-0,5 SO4 - 0,1-0,3 Растворенные компоненты HCl - 1-2	460 240		Один раз в три года
Отрабо-танный активи-рованный уголь на фильтр. Отечественный аналог	Вывозится автотранспортом в отвал Вывозится автотранспортом в отвал	8,67 4,53		Активированный уголь - 79-85 содержащий продукты разложения МЭА - 10-15 Углеводород и жирные кислоты - 4-3 Активированный уголь - 79-85 содержащий продукты разложения МЭА - 10-15 Углеводород и жирные кислоты - 4-3	460 240		Два раза в год
Полиэтиленовая тара -полиэтиленовые банки 70-100 шт.	Вывозится автотранспортом в накопитель твердых отходов	70-100 шт			240		1-2 раза в год

2. Расчётная часть

Исходные данные:

1) Состав природного газа, поступающего на реформинг, % (объёмные):

СО₂0,5

СН₄ 91

С₂Н₆ 4,5

С₃Н₈1,5

С₄Н₁₀0,7

С₅Н₁₂0,5

N₂ 1,3

2) Соотношения реагентов, %:

Н₂О (пар) : СН₄ (природный газ) 1,35 : 1, пар (1,24-1,5)

СО₂ : СН₄(природный газ)2,38 : 1, СО₂ (2,1-2,5)

Н₂ (водород) : СН₄(природный газ) 0,2 : 1, СН₄(1,0-2,5)

3) Примеси в уксусной кислоте, % (объёмные) 0,3

4) Концентрация уксусной кислоты, % (массовые) 99,7

Потери реагирующих веществ и готового продукта, % (объёмные):

СН₃СООН (кислота уксусная )0,3

СО₂3

СН₄ (природный газ)3

Н₂О (пар) 3

СО5

N₂ 1

Н₂ 1

5) Суточная производительность (по оксиду углерода СО), т/сутки

190

6) Состав эспандерного газа,% (объёмные):

СО₂98,7

N₂ 1,3

7) Остаточное содержание СН₄ в конвертируемом газе, % (объёмные)

0,7

Состав газа, поступающего из сепаратора в контактный адсорбер, % (объёмные):

Н₂36,9

СО35,4

СО₂ 24,9

N₂1,2

СН₄ 0,8

Н₂О0,8

8) Плотность компонентов при атмосферном давлении, кг/м³:

СО₂1,07

СО 1,25

СН₄0,72

Н₂0,09

N₂1,25

9) Концентрация водного раствора моноэтаноламина,% (объёмные):

20

2.1 Материальный расчёт

2.1.1 Предварительный расчёт

Часовая производительность агрегата, т/ч:

N_час = N_сут. / 24 (1)

гдеN_сут. - суточная производительность, т/сут;

24 - количество часов в сутки, ч.

N_час = 190000/24 = 7916,67 м³/ч или 9895,83 кг/ч

Часовую производительность принимаем равной 9,90 т/ч.

С учётом потерь СО, в процессе необходимо получить готового продукта, кг/ч:

7916,67 - 100 %

х -105 %,

отсюда х = 8312,5 м³/ч или 10390,63 кг/ч.

Теоретическое количество необходимых на процесс оксида углерода (СО) и метанола (СН₃ОН) без учёта потерь получившейся уксусной кислоты (СН₃СООН), кг/ч:

СН₃ОН + СО = СН₃СООН

Молярные массы:

М (СН₃ОН) = 32,00

М (СО) = 28,00

М (СН₃СООН) = 60,00.

оксида углерода (СО):

9895,83 кг - х кг

28,00 - 60,00 ,

отсюда х = 21205,35 кг/ч;

метанола (СН₃ОН):

9895,83 кг - 28,00

у кг - 32,00 ,

отсюда у = 11309,52 кг/ч.

С учётом потерь уксусной кислоты, оксида углерода (СО) необходимо, кг/ч:

21203,35*1,003 = 21268,97.

С учётом концентрации уксусной кислоты, оксида углерода (СО) необходимо, кг/ч:

21268,97кг составляет 99,7%

х кг составляет 100%,

отсюда х = 21332,97.

2.1.2 Теоретические расходные коэффициенты

Оксид углерода (СО) получают по реакциям:

СН₄ + Н₂О = СО + 3Н₂ - Q;

СН₄ + СО₂ = 2СО + 2Н₂ - Q;

Суммарная реакция получения оксида углерода выражается уравнением:

2СН₄ + Н₂О + СО₂ =3СО + 5Н₂ - Q

Молярные массы

М(СН₄) - 16,00

М(H₂О) - 18,00

М(СО₂) - 44,00

М(H₂) - 2,00

М(СО) - 28,00

2.1.2.1 Теоретический расход метана на одну тонну оксида углерода , м³/1 т СО

m (СН₄) - 1 тонна

2*16,00 - 3*28,00 ,

отсюда m (СН₄) = 380,95 кг СН₄ /1т СО или 533,33 м³ /1т СО.

2.1.2.2 Теоретический расход водяного пара на одну тонну оксида углерода , м³/1 т СО

m (Н₂О) - 1 тонна

18,00 - 3*28,00 ,

отсюда m (Н₂О) = 214,29 кг Н₂О /1т СО или 266,67 м³ /1т СО.

2.1.2.3 Теоретический расход оксида углерода (IV) на одну тонну оксида углерода , м³/1 т СО

m (СО₂) - 1 тонна

44,00 - 3*28,00 ,

отсюда m (СО₂) = 523,81 кг СО₂ /1т СО или 266,67 м³ /1т СО.

2.1.2.4 Теоретический расход водорода на одну тонну оксида углерода , м³/1 т СО

m (Н₂) - 1 тонна

3*28,00 - 2*5,

отсюда m (Н₂) = 119,05 кг Н₂ /1т СО или 1333,33 м³ /1т СО.

2.1.3 Практические расходные коэффициенты

2.1.3.1 Практический расход метана на одну тонну оксида углерода, с учётом остаточного содержания, м³/1 т СО

533,33*1,007 = 537,06 м³/1 т СО

Практический расход метана на одну тонну оксида углерода, с учётом потерь СН₄ , м³/1 т СО

537,06*1,03 = 553,17 м³/1 т СО или 395,12 кг/1 т СО.

2.1.3.2 Практический расход оксида углерода (IV) на одну тонну оксида углерода, с учётом потерь СО₂, м³/1 т СО

266,67*1,03 = 274,67 м³/1 т СО или 539,53 кг/1 т СО.

2.1.3.3 Практический расход водяного пара на одну тонну оксида углерода, с учётом потерь Н₂О, м³/1 т СО

266,67*1,03 = 274,67 м³/1 т СО или 220,72 кг/1 т СО.

2.1.3.4 Практический расход природного газа на одну тонну оксида углерода, м³/1 т СО

553,17 м³СН₄ составляет 91% (объёмных)

х м³СН₄ составляет 100%(объёмных),

отсюда х = 607,88м³/1 т СО .

Таблица 10 - Состав природного газа (без учёта соотношений реагирующих веществ)

Компонент	Объёмный расход, м3/1тСО	% (объёмные)	Массовый расход, кг/1тСО	% (массовые)
СО2	3,04	0,5	5,97	1,23
СН4	553,17	91	395,12	81,3
С2Н6	27,35	4,5	36,64	7,54
С3Н8	9,12	1,5	17,91	3,68
С4Н10	4,26	0,7	11,02	2,27
С5Н12	3,04	0,5	9,5	1,95
N2	7,9	1,3	9,88	2,03
Всего:	607,88	100	486,03	100

2.1.3.5 Состав и количество эспандерного газа

1) Состав и количество эспандерного газа (СО₂+ N₂) без учёта соотношения СО₂ :N₂ количество СО₂ в эспандерном газе:

274,67 м³ составляет 98,7% (объёмных) (СО₂)

х м³ составляет 100% (объёмных) (СО₂+ N₂),

отсюда х = 278,29 м³;

количество N₂ в эспандерном газе:

274,67 м³ составляет 98,7% (объёмных)(СО₂)

у(N₂) м³ составляет 1,3% (объёмных) ( N₂),

отсюда у = 3,62 м³.

Таблица 11 - Состав и количество эспандерного газа (СО₂+ N₂) без учёта соотношенияСО₂ :N₂

Компонент	Объёмный расход, м3/1тСО	% (объёмные)	Массовый расход, кг/1тСО	% (массовые)
СО2	274,67	98,7	539,53	99,17
N2	3,62	1,3	4,52	0,83
Всего:	278,29	100	544,06	100

2) Состав и количество эспандерного газа с учётом соотношения (2,38:1), м³/1тСО

607,88*2,38 = 1446,75 м³/ 1 т СО или 2841,84кг/1 т СО

1446,75 м³/ 1 т СО составляет 100% (объёмных)

х (СО₂) м³ составляет 98,7 % (объёмных),

отсюда х = 1427,95 м³ СО₂ или 2804,9 кгСО_2;

1446,75 составляет 100 % (объёмных)

у (N₂) составляет 1,3 % (объёмных),

отсюда у = 18,80 м³ N₂ или 23,5 кг N₂.

Таблица 12 - Состав и количество эспандерного газа (СО₂+ N₂) с учётом соотношенияСО₂ :N₂

Компонент	Объёмный расход, м3/1тСО	% (объёмные)	Массовый расход, кг/1тСО	% (массовые)
СО2	1427,95	98,7	2804,9	99,2
N2	18,8	1,3	23,5	0,8
Всего:	1446,75	100	2828,4	100

2.1.3.6 Количество Н₂О с учётом соотношения пар : газ = 1,38 : 1, м³/1тСО

607,88*1,38 = 820,64 м³/1тСО или 659,44 кг/1 т СО.

Количество Н₂ с учётом соотношения водород :природный газ = 0,23 : 1, м³/1тСО

607,88*0,2 = 121,576 м³/1тСО или 10,855 кг/1 т СО.

2.1.3.7 Практический расход сырья с учётом часовой производительности

Таблица 13 - Практический расход сырья с учётом часовой производительности

Компонент	Объёмный расход м3/1тСО	% (объёмные)	Массовый расход, кг/1тСО	% (массовые)
СО2	30,05	0,31	59,1	0,6
СН4	5476,36	55,94	3911,69	41,1
С2Н6	270,81	2,77	362,69	3,8
С3Н8	90,27	0,92	177,31	1,9
С4Н10	42,13	0,43	109,1	1,1
С5Н12	30,09	0,31	94,03	1
N2	3849,38	39,32	4811,73	50,6
Всего:	9789,09	100	9518,64	100

2.1.3.8 Практический расход оксида углерода (IV) с учётом часовой производительности, м³/1тСО и кг/1тСО:

2804*9,90 = 27768,51кг/1тСО или 14136,70 м³/1тСО.

2.1.3.9 Практический расход азота с учётом часовой производительности, м³/1тСО и кг/1тСО:

23,5*9,90 = 232,67кг/1тСО или 186,14 м³/1тСО.

2.1.3.10 Практический расход паров воды с учётом часовой производительности, м³/1тСО и кг/1тСО:

659,44*9,90 = 6528,46кг/1тСО или 8124,31 м³/1тСО.

2.1.3.11 Практический расход водорода с учётом часовой производительности, м³/1тСО и кг/1тСО:

10,855*9,90 = 107,46кг/1тСО или 1203,55 м³/1тСО.

2.1.4 Материальный баланс процесса

Для того, чтобы рассчитать материальный баланс данного процесса необходимо знать состав газа, поступающего в адсорбер.

Таблица 14 - Состав газа, поступающего в адсорбер из сепаратора с учётом часовой производительности

Компонент	Объёмный расход, м3	% (объёмные)	Массовый расход, кг	% (массовые)
Н2	8664,72	36,9	773,64	3,3
СО	8312,5	35,4	10390,63	44,7
СО2	5846,93	24,9	11485,04	49,2
N2	281,78	1,2	352,22	1,5
СН4	187,85	0,8	134,18	0,6
Н2О	187,85	0,8	150,95	0,7
Всего:	23481,64	100	23286,66	100

Молярные массы:

М (Н₂) = 2

М (СО) = 28

М (СО₂) = 44

М (N₂) = 28

М (СН₄) = 16

М (Н₂О) = 18

2.1.4.1 Поглотительная способность раствора МЭА

Согласно литературным данным (А.П. Лейбуш и А.А. Шнеерстон), при температуре 50⁰С растворимость СО₂ в растворе МЭА с концентрацией 2 моль/л может быть расчитана по уравнению

m^I = 0,398*Р(СО₂)^0,083;(2)

для концентрации 5 моль/л - по уравнению

m^II = 0,398*Р(СО₂)^0,056, (3)

где m^Iи m^II - мольные отношения количества СО₂ и амина в растворе;

Р(СО₂) - парциальное давление СО₂ , мм рт.ст.

Содержание МЭА в 1 м³ раствора

G = 1000*0,20 = 200,

где1000 - плотность раствора, кг/м³;

0,20 - концентрация МЭА в растворе, весовые части.

Определяем содержание МЭА в молях в 1 м³ раствора

n^I = G/M,(4)

гдеМ - молекулярная масса МЭА, равная 61.

n^I = 200/61 = 3,28 кмоль/м³.

Равновесная концентрация СО₂ в 1 м³ 2М раствора МЭА составит

Р(СО₂) = Р_общ*m(СО₂), (5)

где Р_общ - 1,12 ат - общее давление газовой смеси;

m(СО₂) - 0,249 - объёмная доля СО₂ в газовой смеси.

Р(СО₂) = 735,6*1,12*0,249 = 205,14 мм рт.ст.

m_2,0 = 0,398*205,14^0,083 = 0,619 моль СО₂/моль МЭА.

Равновесная концентрация СО₂ в 1 м³ 5М раствора МЭА:

Для 3,28 М раствора МЭА поглотительную способность в момент равновесия находим путём интерполяции

m_3,28 = 0,6385 моль СО₂/моль МЭА.

1 м³ МЭА раствора поглощает теоретически СО₂, нм³

V (CО₂) = 0,6385*3*22,4 = 42,9 нм³ СО₂/м³ раствора МЭА,

где V (CО₂) - поглотительная способность МЭА.

Действительная степень насыщения МЭА раствора углекислотой из практических данных составляет 75%, тогда

V (CО₂) = 42,9*0,75 = 32,2 нм³ СО₂/м³ раствора МЭА.

Остаточное содержание СО₂ в растворе МЭА при температуре 120⁰

V (CО₂) = 0,4*20 = 8 нм³ СО₂/м³ раствора МЭА.

Практическая поглотительная способность 20%-го раствора МЭА

V (CО₂) = 32,2-8 = 24,2 нм³ СО₂/м³ раствора МЭА.

2.1.4.2 Объёмный расход растворителя СО2, нм³/час

количество СО₂:

до очистки5846,9279

после очистки 5846,9279 - V_x;

количество конвертируемого газа:

до очистки23481,6384

после очистки23481,6384 - V_x;

где V_x - количество СО₂, растворившегося в растворе МЭА

(5846,9279 - V_x)*100 = 0,05 ,

(23481,6384 - V_x)*0,99

где 0,05 - конечная концентрация СО₂ в очищенном газе, %.

V_x = 5838,19441.

2.1.4.3 Объёмный расход подаваемого раствора МЭА, м³/час

V_{раствор} = 5838,19441/24,2 = 241,247703.

2.1.4.4 Состав газа, выходящего из адсорбера (с учётом потерь компонентов)

1) объёмный расход газа, выходящего из адсорбера, нм³/час

V(CО₂) = 5846,9279-5838,19441=8,73349;

V(СО) = 8312,5-8312,5*0,05=7896,875;

V(СН₄) = 187,8531-187,8531*0,03=182,217507;

V(Н₂) = 8664,7246-8664,7246*0,01=8578,07735;

V(N₂) = 281,7797-281,7791*0,01=278,961903;

итого: 16944,8653;

2) массовый расход газа, выходящего из адсорбера, кг/час

G(CО₂) = 8,73349*1,97 = 17,2049753;

G(СО) = 7896,875*1,25 = 9871,09375;

G(СН₄) = 182,217507*0,72 = 131,196605;

G(Н₂) = 8578,07735*0,09 = 772,026962;

G(N₂) = 278,961903*1,25 = 348,702379;

итого: 11140,2247.

2.1.4.5 Массовый расход механических потерь, кг/час

G(СО) = 103,90625*1,25 = 129,882813;

G(СН₄) = 1,341808*0,72 = 0,96610176;

G(Н₂) = 7,736361*0,09 = 0,69627249;

G(N₂) = 3,522246*1,25 = 4,4028075;

итого: 135,947995.

2.1.4.6 Общее количество СО₂ в растворе

Если остаточное содержание СО₂ в растворе равно 8 нм³ СО₂/м³ раствора МЭА, то V(CО₂) = 241,247703*8 = 1929,98162 нм³/час,

V(CО₂) = 5838,19441+1929,98162 = 7768,17603 нм³/час.

G = V*P, следовательно(6)

G(CО₂) = 1929,98162*1,97 =1939,95162 кг/час - такое количество СО₂ приходит на абсорбцию с раствором;

G(CО₂) = 7768,17603*1,97 = 15303,3068 кг/час - количество СО₂, уходящее из адсорбера с раствором.

2.1.4.7 Процентный состав газа после очистки,%

СО₂ = 8,73349*100/16944,8653 = 0,05;

СО = 7896,875*100/16944,8653 = 46,60;

СН₄ = 182,217507*100/16944,8653 = 1,08;

Н₂ = 8578,07735*100/16944,8653 = 50,62;

N₂ = 278,961903*100/16944,8653 = 1,65;

итого: 100.

Результаты расчёта сводим в таблицу.

Таблица 15 - Материальный бюаланс адсорбера

Статьи прихода	Приход	Статьи расхода	Расход
	нм3/час	кг/час		нм3/час	кг/час
Неочищенный конвертиро-ванный	23481,64	23286,66	Очищенный конвертиро-ванный газ	16944,87	11140,22
Раствор МЭА	241,25	241247,7	Раствор МЭА	241,25	241247,7
СО2 в растворе	1929,98	1939,95	СО2 в растворе	7768,18	15303,31
			Механические потери	116,58	135,95
Итого	25652,87	266474,31	Итого	25070,87	267827,18

2.2 Тепловой расчёт

Уравнение теплового баланса абсорбера

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆,(7)

гдеQ₁ - тепло, пришедшее с неочищенным газом, кДж/час;

Q₂ - тепло, пришедшее с раствором МЭА, кДж/час;

Q₃ - тепло, выделившееся в результате растворения газа в растворе, кДж/час;

Q₄ - расход тепла с газом, кДж/час;

Q₅ - расход тепла с раствором, кДж/час;

Q₆ - потери тепла в окружающую среду, кДж/час.

2.2.1 Приход тепла

Принимаем на основании данных производства температуру газа и температуру раствора на входе в адсорбер 40⁰С.

2.2.1.1 С неочищенным газом при 40⁰С тепла пришло, кДж/час

Q = ? V*C*t,(8)

гдеС - удельная теплоёмкость, равная:

С(СО₂) = 0,3959 ккал/нм³*⁰С;

С(СО) = 0,3107 ккал/нм³*⁰С;

С (СН₄) = 0,3847 ккал/нм³*⁰С;

С (Н₂) = 0,3066 ккал/нм³*⁰С;

С (N₂) = 0,3105 ккал/нм³*⁰С.

Q₁=(5846,9279*0,3959+8312,5*0,3107+187,8531*0,3847+8664,7246*0,3066+278,961903*0,3105)*40*4,19 = 1292756,0901082434.

2.2.1.2 С раствором МЭА при 40⁰С тепла пришло, кДж/час

Q₂ = G_p*C*t; G_p = V*с,(9)

гдес_{раствора} = 1000 кг/м³;

С_{раствора} = 0,763 ккал/кг* ⁰С.

Q₂ = 241,247703*1000*0,763*40*4,19 = 30850466,7623964.

2.2.1.3 С теплотой растворения тела пришло, кДж/час

Q₃ = V_x/22,4*g_р , (10)

гдеg_р - удельная теплота растворения, равная 84,6 кДж/моль.

Q₃ = (5838,19441/22,4)*84600 = 22049609,2449107.

2.2.2 Расход тепла

2.2.2.1 Расход тепла с очищенным газом при 40⁰С, кДж/час

Q₄ = ? V*C*t (11)

Q₄=(8,73349*0,3959+7896,875*0,3107+182,217507*0,3847+8578,07735*0,3066+ 278,961903*0,3105)*40*4,19 = 878856,1725393.

2.2.2.2 Расход тепла с насыщенным раствором при температуре 60⁰С, кДж/час

Q₅ = (241,247703*1000*0,8+5838,19441*0,4052)*4,19*t_x = 818574,316867* t_x,

гдеС_{раствора} = 0,8 ккал/кг*⁰С;

С(СО₂) = 0,4052 ккал/нм³*⁰С.

2.2.2.3 Потери тепла в окружающую среду, кДж/час

Q₆ = 0,01*Q_{прихода}, где(12)

Q_{прихода} = Q₁ + Q₂ + Q₃(13)

Q_{прихода} =1292756,0901082434+ 30850466,7623964+22049609,2449107 = 54192832,0974153;

Q₆ = 0,01*54192832,0974153 = 541928,3209742.

2.2.2.4 Из уравнения теплового баланса определяем t_x

54192832,0974153 = 878856,17253939+818574,316867* t_x+541928,320974252772047,60390171 =818574,316867* t_x

t_x= 64,47⁰С,

следовательно Q₅ = 818574,316867*64,47 = 52773486,2084155 кДж/час.

Тепловой баланс адсорбера приведён в таблице.

Таблица 16 - Тепловой баланс адсорбера

Статьи прихода	Приход, кДж/час	Статьи расхода	Расход, кДж/час
Тепло, приходящее с неочищенным газом	1292756,09	Расход тепла с очищенным газом	878856,17
Тепло, приходящее с раствором МЭА	30850466,76	Расход тепла с раствором МЭА	52773486,21
Тепло, выделившееся при растворении газа	22049609,24	Потери тепла в окружающую среду	541928,32
Итого	54192832,1	Итого	54194270,701929

Неувязка в балансе ((54194270,701929 - 54192832,1)/ 54194270,701929)*100 = 0,003%.

2.3 Технологический расчёт основного аппарата

На основании данных материального и теплового расчёта приступают к определению основных размеров аппарата. Рассчитывают диаметр и высоту аппарата, толщину обечайки, крышки, днища, диаметр штуцеров и так далее.

Для того чтобы определить размеры абсорбера необходимо вычислитьвеличины, приведённые ниже.

Скорость захлёбывания адсорбера:

щ₀^I = (Re_r*f*м_r)/4с_r(14)

где щ₀^I - скорость захлёбывания, м/сек;

Re_г- критерий Рейнольдса;

f - удельная поверхность насадки, м²/м³;

м_r - вязкость газовой смеси, н*сек/м²;

с_r - плотность газовой смеси, кг/м³.

Эквивалентный диаметр насадки:

d_экв = (4е)/f, м (15)

где е - свободный объём насадки (керамические кольца), равный 0,785 м³/м³;

f - удельная поверхность насадки, равная 90 м²/м³;

d_экв = (4*0,785)/90 = 0,0348 м.

Критерий Архимеда

Ar = [g*d³_экв*с_r*(с_ж - с_r)]/ м_r²,(16)

где g - ускорение силы тяжести, м/сек²;

d_экв - эквивалентный диаметр насадки,м;

с_r - плотность газа, кг/м³;

с_ж - плотность жидкости, кг/м³;

м_r - вязкость газовой смеси, н*сек/м².

Плотность газовой смеси определяем по зависимостям:

с_r = (с_вх.r + с_вых.r )/2,(17)

гдес_вх.r - плотность газовой смеси на входе в абсорбер, равная

с_вх.r= G_вх.г/V_вх.г , кг/м³(18)

с_вх.r = 23286,66/23481,64 = 0,9917 кг/м³;

с_вых.r- плотность газовой смеси на выходе из абсорбера, равная

с_вых.r= G_вых.г/V_вых.г , кг/м³ (19)

с_вых.r= 11140,22/16944,87 = 0,6674 кг/м³.

с_r = (0,9917+0,6674)/2 = 0,83 кг/м^3.

Вязкость газовой смеси:

М_смеси/м_r = [(m(СО₂)*М(СО₂))/м(СО₂)]+[(m(СО)*М(СО))/м(СО)]+...,(20)

где М_смеси, М(СО₂), М(СО) ... - молекулярные массы компонентов газовой смеси, кмоль;

м_r, м(СО₂), м(СО) ... - вязкости компонентов газовой смеси, н*сек/м²;

m(СО₂), m(СО) ... - объёмные доли компонентов газовой смеси,

М_смеси = [m(СО₂)* М(СО₂)]+[ m(СО)* М(СО)]+ …

М_смеси = (0,249*44)+(0,354*28)+(0,08*16)+(0,369*2)+(0,012*28) = 23,222

23,222/ м_смеси = 23,222/1466,443 = 0,016 спз или 0,16*10^-4 н*сек/м²;

м(СО₂) = 0,015 спз;

м(СО) = 0,018 спз;

м(СН₄) = 0,0115 спз;

м(Н₂) = 0,0145 спз;

м(N₂) = 0,0145 спз.

Ar = [9,8*0,0348³*0,83*(1000 - 0,83)]/ (0,16*10^-4)² = 13,38*10⁸.

Определим значение Re_r, заменивв формулеотношение W_г/W_ж на равное ему отношение G_ср/L,

где G - расход гза, кг/час;

L - расход жидкости, кг/час;

W - массовая скорость, кг/м²*сек.

Re_r= 0,045(13,38*10⁸)^0,57*(17213,44/241247,703)^0,43 = 2302,801 кг/час,

где L - 241247.703 кг/час МЭА.

G_ср= G_вх+G_вых/2 = 23286,6569+16944,8653 = 17213,44 кг/час,

где G_ср - средний расход газа, кг/час.

щ₀^I = (2302,87*90*0,16*10^-4)/4*0,83 = 1 м/сек.

Определим рабочую скорость газа в абсорбере

щ₀ = 0,85*1 = 0,85 м/сек.

Площадь сечения абсорбера определяем из уравнения расхода:

V_сек=щ*S ,(21)

гдеV_сек- секундный объём газа, м³*сек;

щ - скорость газа, м/сек;

S - площадб сечения аппарата, м².

V_сек=G_ср/(3600*Р_ср) = 17213,44/(3600*0,83) = 5,76 м³/сек

S = 5,76/0,85 = 6,8.

Диаметр абсорбера, м

В соответствии с Государственным стандартом ГОСТ 9617-67 принимаем диаметр абсорбера 3 м.

Исходя из принятого диаметра, определим соответствующее ему сечение:

S = (П*D²)/4 = 7 м².(22)

Рабочаяскорость газа в абсорбере равна

щ₀= V/S, (23)

щ₀= 5,76/7 = 0,82 м/сек.

Определим плотность орошения насадки:

U = L/S, (24)

U = 241247,703/7 = 34463,96 кг/м²*час.

Определим высоту насадки абсорбера:

Н = V(СО₂)/(К_абс*?Р_ср*0,785*D²), м(25)

гдеV(СО₂) - объём поглощаемой СО₂;

К_абс - коэффициент абсорбции, нм³/час;

Р_ср - средняя движущая сила, ат;

?Р_ср - 0,0731 атм.

D - диаметр абсорбера,м;

Н = 5838,19441/(260*0,0731*0,785*25) = 15,65м.

Принимаем высоту насадки с запасом 20%:

15,65*1,12 = 17,53 м. Высоту абсорбера принимаем 20 м.

Определим толщину стенки:

S = S^I*C ; (26)

S = (D_в*Р)/(2д_р*ц-Р), см,(27)

гдеD_в - внутренний диаметр аппарата, см;

Р - давление в аппарате, кгс/см²;

д_р - допустимое напряжение на растяжение, , кгс/см²;

ц - коэффициент прочности шва.

С = С_к+С_э+С_о, (28)

гдеС_к - прибавка на коррозию, см;

С_э - прибавка на эрозию или другой вид механического повреждения, см;

С_о - прибавка на округление размера, см.

S = (300*1,12)/(2*1450*0,95)+0,2= 0,32 см.

Принимаем толщину стенки 10 мм.

Расчёт штуцеров.

Определим диаметр штуцера для входа газа в абсорбер:

(29)

где Vсек - секундный расход газа, м³/сек;

W - скорость газа. м/сек.

Согласно Государственному стандарту ГОСТ 9617-67, принимаем диаметр штуцера 650 мм. Для выхода газа из абсорбера принимаем такой же диаметр, что и для входа газа.

2.4 Экономический расчёт

2.4.1 Исследование зависимости издержек производства от объема выпуска продукции

В условиях рыночной экономики предприятия постоянно находятся в состоянии выбора, адаптируясь к внешним и внутренним условиям. В данном разделе дипломном проекте проводится исследование зависимости издержек производства от объема выпуска продукции в краткосрочном периоде и выбор на этом основании оптимального объема выпуска при сложившейся конкретной цене на рынке на продукт и имеющемся уровне издержек производства. Исследование проводится на базе проектной калькуляции за месяц, которая приводится далее, таблица 17.

С изменением объема выпуска продукции в краткосрочном периоде изменяется только часть издержек производства - переменные издержки. Для исследования можно задать несколько объемов реализации продукции и при этих объемах рассчитать соответствующие значения условно-постоянных и условно-переменных издержек на единицу продукции.

Постоянными издержками для данного производства являются основная и дополнительная зарплата, начисления на зарплату, амортизация, расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, общепроизводственные расходы, коммерческие расходы.

К переменным издержкам относятся расходы на сырье и материалы, топливо и энергию.

По данным таблицы 17 величина издержек составляет:

- постоянные - 769,79 руб./т,

- переменные - 5721,63 руб./т,

Результаты расчетов сведены в таблице 17.

Таблица17 - Плановая калькуляция себестоимости

№	Наименование статей расхода	Ед. изм.	Данные аналога
			на единицу продукции	на весь выпуск
			количество	цена	сумма	количество	сумма
1.	Материальные расходы				4610,49		485 618 106
1.1	Сырье и материалы	руб.			883,47		148 374 621
	Газ природный	тыс. м3	0,45	1963,27	883,47	75575,25	148 374 621
1.2	Полуфабрикаты собственного производства	руб.			2790,45		468 643 749
	Азот компримированный	тыс. м3	0,057	1720,41	98,06	9572,865	16 469 253
	Двуокись углерода	тыс. м3	0,47	69,05	32,45	78934,15	5 450 403
	Метанол технический	т	0,54	4925,82	2659,94	90690,3	446 724 094
1.3	Возвратные отходы	руб.			859,49		144 347 468
	Водород	тыс. м3	0,44	617,00	271,48	73895,8	45 593 709
	Газы продувочные	тыс. м3	0,56	955,00	534,8	94049,2	89 816 986
	Конденсат	т	2,25	23,65	53,21	377876,25	8 936 773
1.4	Вспомагательные материалы	руб.			77,08		12 947 203
	Моноэтаноламин	кг	0,2	77,69	15,54	33589	2 609 529
	Йод	кг	0,06	703,39	42,2	10076,7	7 087 850
	Гидразин - гидрат	кг	0,00027	156,80	0,04	45,34515	7 110
	Морфолин	кг	0,0071	267,80	1,9	1192,4095	319 327
	Тринатрийфосфат	кг	0,0035	55,60	0,19	587,8075	32 682
	Натр едкий	кг	0,00001	16,36	0	1,67945	27
	Калия гидроокись	кг	0,056	42,87	2,4	9404,92	403 189
	Ингибитор коррозии	м3	0,0001	58021,86	5,8	16,7945	974 448
	Антивспениватель	кг	0,00024	202,40	0,05	40,3068	8 158
	Биопаг	кг	0,00596	1503,45	8,96	1000,9522	1 504 882
2	Топливо и электроэнергия	руб.			1099,64		184 678 662
	Вода частично обессол.	тыс. м3	0,187	33,60	6,28	31405,715	1 055 232
	Пар 10 атм	гкал	0,8	283,40	226,72	134356	38 076 490
	Пар 20 атм	гкал	0,9	457,58	411,82	151150,5	69 163 446
	Конденсат	т	0,25	49,66	12,42	41986,25	2 085 037
	Холод	гкал	0,00295	1302,21	3,84	495,43775	645 164
	Воздух влажный	тыс. м3	0,0088	189,72	1,67	1477,916	280 390
	Вода промышленная	тыс. м3	0,0049	2103,08	10,31	822,9305	1 730 689
	Электроэнергия	тысКВтч	0,42	1015,67	426,58	70536,9	71 642 213
3	Прочие производственные расходы				11,5		1 931 792
	Стоки промышленные	тыс. м3	0,0014	8216,09	11,5	235,123	1 931 792
4	Основная и дополнительная				14,9		2 501 951,16
	Оплата труда основных рабочих	руб.			11,78		1 977 827
5	Отчисления на соцнужды	руб.			3,12		524 124
6	Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	руб.			52,66		8 844 299
7	Амортизация	руб.			329,43		55 326 667
8	Цеховая себестоимость	руб.			6 119		1 364 839 896
9	Общепроизводственные расходы	руб.			340,05		57 110 340
10	Коммерческие расходы	руб.			32,75		5 500 000
	Полная себестоимость	руб.			6491,42		1427450236,6

Таблица 18 - Издержки производства на единицу продукции.

Объём выпуска продукции Затраты, руб.	140000	150000	160000	167945	20000
Условно - постояные	923,44	861,88	808,01	769,79	646,41
Условно - переменые	5721,63	5721,63	5721,63	5721,63	5721,63
Удельные валовые	6645,07	6583,51	6529,64	6491,42	6368,04

Рисунок 1- График зависимости издержек производства от объема выпуска продукции.

Исследование:

Предположим, что цена на рынке составляет 6700 руб., тогда Q_{критич.} составит 78000 т, принимаемый объем продукции 140000 т, при этом себестоимость составит 6645,07 руб., тогда рентабельность составит ((Ц-С)/С)·100% =((6700-6645,07)/ 6645,07)·100% =0,82 %. Принимаем объем 167945 т. тогда рентабельность составит ((Ц-С)/С)·100% =((6700-6491,42)/ 6491,42)·100% =3,2 %.

Принимаем объем 200000 т. тогда рентабельность составит ((Ц-С)/С)·100% =((6700-6368,04)/ 6368,04)·100% =5,2 %.

Если же цена упадет снизится до такой величины 3,2% то уровень рентабельности будет ниже желаемого.

2.4.2 Расчет проектной себестоимости продукции