Проект производства формалина

3,85 10⁷

9,5

III

0,8

6.Ректификация

формалина

Ректификационная ко-

лона поз.К2, сборник

поз.Е5, вакуум-насос

поз.Н7/1,2

3,03 10⁷

18,9

II

3,3

7.Транспорти-ровка метанола в испаритель

Насос поз.Н6/1,2

2,3 10⁷

17,2

III

2,8

8.Стандартиза-ция

Стандатизатор

1,04 10⁷

6,1

II

-

9.Транспорти-ровка формалина

Насос

0,78 10⁷

5,7

II

0,23

10.Прием и подача

метанола в процесс

Трубопроводы мета-

нала

5,06 10⁷

22,4

III

4,2

11.Опорожне-ние метанола

Емкость

4,88 10⁷

4,8

II

0,18

12.Хранение формалина

Емкость

5,06 10⁷

22,4

II

1,6

13.Перекачива-ние формалина в емкостях и налив в ж/д цистерны

Насосы

1,16 10⁷

16,8

II

1,2

Пожаровзрывоопасные свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства представлены в таблице 12.5.

Таблица 12.5 - Пожаровзрывоопосные свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства (ГН 2.2.4.586 - 98)

Наименование сырья, полупродуктов, готовой продукции, отходов производства	Класс опас-ности ГОСТ 12.1.007 -76	Температура, °С	Концентрационный предел воспламенения
		ВСП	ВОСП	Само. ВОСП.	Нижний	Верхний
1	2	3	4	5	6	7
Метанол	3	8	13	464	6	34,7
Формалин (по формальдегиду)	2	56-85	62-80	435	7	73
Едкий натр	2	-	-	-	-	-
Надсмольная вода	-	63	-	610	-	-
Азотная кислота	3	Не горючая. При контакте с горючими веществами вызывает их самовозгорание.
Азотнокислое серебро		Не горючее
Окислы азота	3	Не горючие
Выхлопные газы (абгазы)	3			по водороду
				500	4	75
				по окиси углерода
				610	12,5	74
Природный газ (по метану)	3			с воздухом
				537	4,9	15,4
				с кислородом
					5,6	6,1

Для обеспечения пожарной безопасности производство формалина оборудуется первичными противопожарными средствами согласно "Нормам первичных средств пожаротушения для производственных складских и жилых помещений".

Пожаротушение внутри помещений осуществляется от пожарных кранов, оборудованных рукавами и стволами - распылителями.

В помещении насосной предусмотрена автоматическая система пожаротушения, сблокированная с отключением вентиляции.

Для пожаротушения наружной установки предусмотрены лафетные установки и стояки - сухотрубы.

На лестничных клетках на входе в здание и у этажерки по периметру здания установлены пожарные извещатели.

Для обнаружения подачи сигнала пожарной тревоги, локализации и ликвидации возможного пожара, в насосной и на наружной установке предусмотрена установка автоматического пожаротушения. Огнегасящее вещество - тонко распыленная вода. Подача воды на установку осуществляется по трубопроводам из распределительного пункта по секциям.

Насосная формалина (секции 4-13, 26-28) обслуживается дренчерной установкой, которая приводится в действие автоматически или дистанционно (с ЦПУ), или вручную.

Наружная установка, секции (14-17), обслуживается до 30 м - лафетными стволами, а колонные аппараты выше 30 м - кольцами орошения. Секции (14-17) приводятся в действие дистанционно и вручную.

Узлами управления являются клапаны типа КМ и вентили с электромагнитным приводом.

Для хранения необходимого запаса воды предусмотрен резервуар емкостью 1000 м³.

До пожара элементы установок находятся в состоянии контроля, трубопроводы до узлов управления заполнены водой и находятся под давлением импульсного устройства, а от узлов управления до секций (4-17) - "сухотрубы".

Автоматический пуск установки: При возникновении пожара в секциях (4-13), (22-26) срабатывают электроизвещатели, и сигналы поступают на вскрытие вентиля с электромагнитным приводом и включение насосов. При вскрытии вентиля срабатывает узел управления установкой, пропуская огнетушащее вещество по трубопроводам через оросители на очаг пожара.

Дистанционный пуск установки: Производится от приемной станции ППС-1 в корпусе в случае, если не сработала автоматическая система пуска.

На пульте ППС-1 тумблер соответсвующей секции переводится в положение "дистанционное управление" и после нажатия кнопки "пуск" осуществляется дистанционное включение насосов, поступает сигнал на срабатывание электромагнитного вентиля, вскрывается соответсвующий клапан типа КМ-150 в распределительном пункте и поступает вода по трубопроводам через оросители на очаг пожара.

Ручной пуск осуществляется при отказе автоматического пуска и при проверке системы.

Для вызова пожарной части у входа в корпус производства формалина, на ЦПУ расположены пожарные извещатели и кнопки отключения приточной вентиляции. Взрывопожарная и пожарная опасность, санитарная характеристика производственных зданий, помещений и наружных установок в таблице 11.6.

Таблица 11.6 - Взрывопожарная и пожарная опасность производственных зданий, помещений и наружных установок

Наименование производственных зданий, помещений, установок.	Категория взрывопожар.и пожароопасности помещений и зданий ОНТП 24-86	Классификация зон внутри помещений для выбора и установки электрооборудования (ПУЭ)
		Класс взрывоопасности или пожароопасной зоны	Категория и группа взрывоопасных смесей
Наружная установка	-	В-1г	2В-Т1 2В-Т2 2А-Т2
Стандартизация формалина.	-	П-3	-
Насосное отделение	А	В-1а	2А-Т2 2В-Т2
Воздуходувное отделение	Д	норм.	-
Теплопункт	Д	норм.	-
Факельная установка	-	В-1г	2В-Т2

12. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Мероприятия, связанные с охраной окружающей среды:

- охрану атмосферного воздуха от загрязняющих веществ;

- снижение концентрации загрязняющих веществ в сточных водах производства.

Твердых отходов в производстве формалина нет.

12.1 Охрана атмосферного воздуха

Возможными источниками загрязнения атмосферы являются:

- абсорбционная колонна поз.К1,

- вакуум-насосы поз.Н6 процесса ректификации,

- сальники насосов,

- воздушки от аппаратов,

- факельная установка,

- дымовая труба УТО,

- парк емкостей формалина и наливная эстакада,

- аппараты катализаторного отделения.

Выбросы формальдегида и метанола на производстве сведены до минимума.

Абсорбционные газы с верха колонны поз.К1 при стабильном ведении процесса получения формалина подаются на установку термического обезвреживания в водогрейные котлы КВГМ-10-150, где сгорают с выделением тепла.

Избыток выхлопных газов с узла абсорбции при работе и при аварии сжигается на факельной установке.

При остановке УТО в течение продолжительного времени возможно сжигание абсорбционных газов на факеле.

При пуске в атмосферу выбрасывается воздух с парами метанола. При остановке технологической нитки абгазы выбрасываются в атмосферу в течение 0,5 часа.

Инертные газы, содержащие метанол и формальдегид, от вакуум-насосов поз.Н6/1-2 направляются в верхнюю часть колонны поз.К1 и далее на сжигание.

Загрязнение воздуха от сальников насосов уменьшается ввиду использования герметичных насосов и насосов с двойным торцевым уплотнением.

Ко всем аппаратам с метанолом и формалином подведено "азотное дыхание", которое объединяются в общий коллектор и направляется на сжигание.

На складе формалина выбросы от "дыхания" емкостей, при приеме и перекачивании формалина, и выбросы с наливной эстакады при заполнении железнодорожных цистерн очищаются частично в ловушках. Выбросы в атмосферу в таблице12.1.

Таблица 12.1 - Выбросы в атмосферу

Аппарат, диаметр и высота выброса	Количество источников выбросов	Суммарный объем от- ходящих газов, м3/ч	Периодичность, ч/сутки	Характеристика выбросов
				Температура, °С	Состав выброса	Допустимое количество Нормируемых компонентов, кг/ч
1.Колонна абсорбци- онная поз.К1 Н-14 м, d-4 м	3	6660,0	6 ч/год	21	Формальдегид-4 г/м3 метанол - 7,0 г/м3, окись углерода - 50 г/м3	0,012 0,0082 0,0145
2.Факел поз.Ф1 Н-23,5 м, d-0,5 м	1	20000,0	24	20	Окись углерода -0,561 г/м3, оксиды азота - 0,084 г/м3, метан - 0,014 г/м3	11,232 1,6848 0,2808

12.2 Очистка сточных вод

Сточные воды от производства формалина, образующиеся при опорожнении промывке насосов, перед ремонтом собираются в подземную емкость и по мере заполнения передавливаются азотом в стандартизатор и далее в процесс.

Сточные воды от смыва полов через приямок у II технологической нитки направляются в химически загрязненную канализацию.

Ливневые стоки с отметок наружной установки через приямки технологических ниток направляются в ливневую канализацию.

Стоки от катализаторного отделения после предварительной нейтрализации растворенной азотной кислоты через подземную емкость направляются в химически загрязненную канализацию.

Стоки от продувки водогрейных котлов, содержащие соли жесткости (Na₂CO₃, СaCO₃, МgCO₃) направляются в ливневую канализацию.

Стоки от смыва полов на складе формалина направляются в химически загрязненную канализацию. Сточные воды в таблице 12.2.

Таблица 12.2 - Сточные воды

Наименова- ние стока	Куда сбра- сывается	Количес- тво стоков, м3/сутки	Перио- дичность стоков	Состав сбросов, мг/м	Допустимое количество сбрасывае- мых вредных веществ, кг/сутки
1.Сточные воды от промывки насосов	В емкость	0,5	Перио- дически 1 раз в 3 дня	Формальдегид-2000 метанол - 2000	ДВП, мг/л формальде- гид 1,0, метанол-12,5
2.Сточные воды от смыва полов и ливневые стоки	В химзаг- рязненную канализа- цию	не более 20 м3, на операцию	Перио- дически 2 раза в сутки	Формальдегид-1860 метанол-1550	Формальде- гид-1,0, метанол-12,5

12.3 Твердые отходы

Твердые отходы в таблице 13.3.

Таблица 12.3 - Твердые отходы

Наименова- ние отхода	Куда скла- дируется	Коли- чество отходов кг/сутки	Периодичность образования	Характеристика отхода
				Химический состав	Физические показатели
1.Отработан- ный катали- затор «сере- бро на пемзе»	Сдается на завод реге- нерации драгоцен- ных метал- лов	7,40	При перегрузках катализатора в реакторах 3 раза в год	Металличес- кое серебро, нанесенное на гранулы пемзы, заг- рязненное сажей (мас- совая доля до 40%)
2.Пемза раз- мером зерен менее 2 мм	Сдается как строи- тельные отходы на полигон ТБО в р-не д.Михай- ловки	0,192	При просеивании гранулированной пемзы перед про- цессом наработки катализатора	SiO2 до 74%, AlO+FeO+TiO до 24%, Mg н/б 3%, CaO н/б 5%	Твердое ве- щество пем- за кусковая или грану- лированная

13. ЗАЩИТА ЧЕЛОВЕКА В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

13.1 Производственные аварии

В связи с тем, что в производстве формалина используются взрыво- пожароопасные метанол и формальдегид, возможны аварийные ситуации, которые могут привести к разрушению зданий, сооружений, технологического оборудования и несчастным случаям с технологическим персоналом, разработан план ликвидации аварийных ситуаций. Все аварийные ситуации выходят на уровень А.

Межблочная арматура, которая используется в аварийных ситуациях, перекрывается дистанционно или вручную.

Расчетное время для закрытия межблочной арматуры - дистанционно 50 секунд, вручную - 2-5 минут.

Меры безопасности при ведении технологического процесса, и производственных операций

Работать только на исправном оборудовании с исправными приборами КИП и средствами автоматизации и управления. Работа на неисправном или негерметичном оборудовании может создать условия для прорыва горючих, токсических паров или газов и образования взрывоопасных смесей. Работа с неисправными приборами КИП может привести к значительному отклонению технологических параметров от норм, что, в свою очередь, может вызвать повышенную загазованность, взрыв или пожар.

Не допускать работы оборудования без ограждения движущихся частей и надежного заземления с целью защиты от статического электричества, грозы и вторичных проявлений молнии.

Технологический процесс вести только при нормально работающей вентиляции. Неисправность вентиляционных систем может привести к загазованности производственных помещений и, как следствие, вызвать отравление, пожар, взрыв.

Не допускать заполнения емкостей с ЛВЖ и ГЖ более, чем на 80 % объема во избежание проливов, утечек.

К работе с оборудованием, подведомственным органам Госгортехнадзора, допускаются лица, имеющие удостоверение о сдаче экзамена по "Правилам и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением".

Подвод азота, воздуха к аппаратам и трубопроводам для продувки осуществлять с помощью съёмных участков трубопроводов или гибких шлангов. Крепление шлангов к штуцерам производить с помощью хомутов.

Обслуживающий персонал должен находиться на рабочем месте в спецодежде установленной формы, иметь при себе индивидуальные средства защиты, знать расположение аварийных запасов противогазов и средств пожаротушения.

Курение, проведение постоянных огневых работ разрешается только в специально отведенных местах.

Возможные неполадки, аварийные ситуации и способы их ликвидации в таблице 13.1.

Таблица 13.1 - Возможные неполадки, аварийные ситуации и способы их ликвидации

Возможные неполадки, аварийные ситуации	Причины возникновения	Способы устранения
1	2	3
1.Понижение давления пара на паровом коллекторе или на РОУ	1.Неисправность клапана 2.Прекращение подачи пара с котельной	1.Отрегулировать давление пара вручную, открыв байпас на клапане 2.При снижении давле- ния пара менее 1,75 кгс/см2 произвести аварийную остановку отделения согласно инструкции Ц-2
2.Понижение давления оборотной воды менее 2 кгс/см2	Неисправность насоса или его остановка	1.Снизить нагрузку по воздуху на установку до (4000-5000) м3/ч 2.Включить резервный насос. При длительном отсутствии воды произвести аварийную остановку согласно инструкции Ц-2
3.Понижение напряжения в сети	Кратковременное падение напряжения, менее 2 сек 2.Падение напряжения более 2 сек	1.Провести работоспособность всех эл.агрегатов. В случае отключения, произвести запуск 2.Произвести аварийную остановку отделения согласно инструкции Ц-2
4.Прекращение подачи метанола	Неполадки в работе насосов	Снизить нагрузку по воздуху до (4000-5000) м3/ч Откачать метанол из емкости (до уровня 30%) в испаритель поз.Е2а При длительном отсутствии метанола произвести аварийную остановку отделения согласно инструкции Ц-2
5.Массовая доля метанола в испарителе поз.Е2а менее 20%	Неисправен уровнемер поз.LIRCSA-11	Увеличить расход метанола для получения заданной по регламенту концентрации, отрегулировав уровень визуально по стеклам Закрыть арматуру у уровнемера поз.LIRCSA-11 и проверить работу Контроль вести визуально по стеклам
6.Возникновение местного пожара	Разгерметизация трубопроводов, оборудования (загорание пролитой жидкости)	Выключить приточно-вытяжную вентиляцию. Закрыть окна и двери, если пожар произошел в помещении. Вызвать пожарную охрану по телефону или по пожарному извещателю. Вызвать газоспасательную службу. Приступить к тушению пожара первичными средствами пожаротушения. Порядок дальнейших дейст-
		вий определяется согласно «Плана ликвидации аварийных ситуаций».

13.2 Стихийные бедствия

Чтобы землетрясение и наводнение не наносили урон технологическому оборудованию, следует повышать механическую прочность вновь строящихся зданий и сооружений. Это достигается соответствующей планировкой, а также применением более прочных конструкций и материалов. Построенные здания и сооружения для повышения их прочности могут усиливаться металлическими стойками и балками. Кроме того, необходимо стремиться к уменьшению высоты производственных зданий.

Большинство толстостенных реакционных и ректификационных колонн, аппаратов довольно устойчивы к воздействию ударной волны. Наиболее характерным повреждением является их опрокидывание.

Емкости и хранилища, установленные внутри и снаружи зданий могут быть сброшены с фундаментов или разрушены вследствие отрыва днища или разрыва по швам. Наиболее эффективный способ повышения устойчивости этих сооружений - заглубление их на высоту с усилением крепления.

Емкости с сжиженными или газообразными веществами, находящиеся под давлением, устанавливают на фундаменты с глубокими гнездами и мощной анкеровкой. Штуцера таких емкостей защищают стальными колпаками.

Здания цехов, оборудование, емкости могут обкладываться мешками с песком для защиты от поражающих факторов землетрясения и падающих обломков разрушающих конструкций.

При строительстве новых предприятий необходимо предусматривать, чтобы запасы сильнодействующих и легколетучих веществ были рассредоточены по территории завода.

Для быстрой ликвидации последствий разлива ядовитых жидкостей необходимо заблаговременно создать запасы дегазирующих веществ и воды вблизи хранилищ.

Гражданская оборона

Гражданская оборона представляет собой систему общегосударственных мероприятий, осуществляемых в мирное и военное время для защиты населения и народного хозяйства от оружия массового поражения и других средств нападения противника, а также для проведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ в очагах поражения.

Необходимо повысить огнестойкость зданий и сооружений. Для этого здания и сооружения выполняют из железобетона. В целях уменьшения разрушения все основное оборудование расположено на открытой площадке на фундаментах. Компоновка выбрана так, что аппараты с веществами, представляющими наибольшую опасность, расположены на максимальном расстоянии от места нахождения персонала.

Повысить устойчивость зданий и сооружений можно следующим образом:

- увеличить механическую прочность зданий и сооружений установкой железобетонных каркасов, усилением металлическими балками и стойками;

- повысить устойчивость наиболее важных сооружений. Для этого их необходимо строить заглубленными или с уменьшением площадью стен и высотностью, что значительно увеличивает сопротивляемость их ударной волне.

14. ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА ПРОИЗВОДСТВА

Анализ среды предприятия

1. Потребитель

1.1 Отрасль: производство карбамидоформальдегидных смол.

1.2 Текущее состояние этой отрасли: состояние роста.

1.3 Размер предприятия: крупное.

1.4 Тип производства: массовое.

1.5 Потребность в оборудование и уровень автоматизации производства:

оборудование предприятия не нуждается в модернизации, производство полностью автоматизировано.

2. Конкуренты.

2.1 г.Томск Нефтехимический завод, Новомосковский химический завод.

К_КС > 1, предприятие конкурентоспособно.

Расчет производственной мощности

Требуемые производственные мощности для непрерывного производства рассчитываются следующим образом:

М=П_час Т_эфф n; (15.1)

где,П_час - часовая производительность ведущего оборудования, час;

Т_эфф - эффективное время работы оборудования за год по выпуску данного вида продукции, час;

Т_эфф=Т_н - Т_ппр - Т_то; (15.2)

Т_н- номинальный фонд рабочего времени оборудования, Т_н = 365 дней;

Т_ппр-время простоя в ремонтах за расчетный период, которые определяются из графика ППР, который берем из технологического регламента;

Т_то - время технологических остановок;

Т_н= 365 дней=8760 часов;

Т_ппр = 18 дней = 432 часа;

Т_то = 3 8 = 24 часа (3 дня по 8 часов на каждый год);

Т_эфф= 8760 - 360 - 72 - 24 = 8304 часов;

П_час=15,8 т/ч;

n- количество однотипного оборудования, n=3.

По формуле (15.1) определим производственную мощность:

М = 15,833 3 = 393609,6 тонн/год.

Производственная программа:

;(15.3)

где,К_м - коэффициент используемой мощности.

; (15.4)

(15.5)

(15.6)

где, П_раб - действительная производительность;

П_техн - техническая, максимально возможная часовая производительность;

(15.7)

К_ИМ = 0,94795 0,9875 1 = 0,93609;

N_год = 0,93609 393609,6 = 368456,33.

Потребность в основных фондах

Потребность в основных фондах в таблице 15.1.

Таблица 15.1 - Потребность в основных фондах

		Основные фонды			1 год		2 год	3 год
					Цена	Кол-во	Об.стоим.	Кол-во	Об.стоим.	Кол-во	Об.стоим.
1.Здания,сооруженпроизводственного назначения	45389762	3	136169286		136169286		136169286
2.Передаточные устройства					10000000		10000000		10000000
3.Машины и оборудования					101360000		101360000		101360000
4. Транспортные средства			500000	6	3000000	8	4000000	10	5000000
5 Инструменты со сроком службы более 1 года	1000	260	260000	300	300000	350	350000
6. Производственный инвентарь и принадлежности			243000		260000		282000
7. Хозяйственный инвентарь					647500		738400		799000
Итого							251679786		252827686		253960286

Планирование себестоимости продукции

Калькуляция себестоимости 1 тонны продукции в таблице 15.2

Таблица 15.2 - Калькуляция себестоимости 1 тонны продукции Nгод = 184228,16 тонн/год (на 1 год)

№ п/п	Наименование статей расхода		Затраты, тыс.руб
					На 1 тонну	На N год
1	Сырье и основные материалы		1,08020	199002,94
2	Энергия всех видов			0,44818	82567,66
3	Заработная плата основных рабочих	0,01969	3627,83
4	Единый социальный налог		0,00512	943,24
5	Расходы на содержание и эксплуатацию
	оборудования (РСЭО)			0,05217	9611,99
5.1.	Амортизация активной части основных фондов (АЧОФ)	0,03372	6212,35
5.2.	Затраты на ремонт АЧОФ		0,00169	310,62
5.3.	Заработная плата вспомогательных рабочих	0,01331	2451,60
5.4.	Единый социальный налог		0,00346	637,42
6	Цеховые расходы			0,14985	27607,07
6.1.	Амортизация пассивной части основных фондов (ПЧОФ)	0,01599	2945,28
6.2.	Заработная плата ИТР, МОП, руководителей	0,06376	11746,94
6.3.	Единый социальный налог		0,01658	3054,20
6.4.	Охрана труда и техника безопасности	0,01451	2673,96
6.5.	Вода на бытовые и хозяйственные нужды	0,02160	3979,49
6.6.	Отопление помещений			0,01688	3110,40
6.7.	Освещение помещений			0,00053	96,80
7	Цеховая себестоимость			1,75522	323360,73
8	Общезаводские расходы		0,35104	64672,15
9	Заводская себестоимость		2,10626	388032,88
10	Коммерческие расходы			0,26474	48772,01
10.1.	Реклама				0,00145	267,90
10.2.	Сбыт продукции			0,26328	48504,11
11	Проценты за кредит			0,57098	105190,45
	Полная себестоимость, вт.ч.:		2,94198	541995,33
	Условно-переменные затраты		1,79166	330074,72
	Условно-постоянные затраты		0,57934	106730,17

Расчет заработной платы

На предприятиях химической промышленности в зависимости от условий труда и степени вредности производства длительность рабочего дня составляет 12 часов. Поэтому возникает потребность в организации постоянной работы. Для этого на заводе организована 2-х сменная работа и составляется график сменности, т.к. работает 4 бригады (А, Б, В, Г) с дополнительными днями отдыха.

График сменности рабочих представлен в таблице 15.3

Таблица 15.3 - График сменности рабочих

Смена	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
	пн	вт	ср	чт	пт	сб	вс	пн	вт	ср	чт	пт	сб	вс	пн
А	8	8				12	12		8	8				12	12
Б				12	12		8	8				12	12		8
В		12	12		8	8				12	12		8	8
Г	12		8	8				12	12		8	8

Примечание 2: 12 - смена, работающая с 8.00 до 20.00, 8 - смена, работающая с 20.00 до 8.00.

Из графика сменности можно рассчитать величину сменооборота:

; (15.8)

где, - длительность сменооборота;

- количество бригад;

- количество дней, в течение которых бригада работает одну смену.

.

Сменооборот позволяет нам определить количество выходных дней:

; (15.9)

где, - количество выходных за год;

- время календарное;

- количество выходных за один сменооборот.

Зная количество выходных за год, можно определить эффективное время работы за год:

, (15.10)

где, - эффективное время рабочего;

- количество невыходов.

Т_эфф = 365 - 182,5 - 28 - 10 = 144,5 дня.

Рассчитаем количество эффективного времени в часах:

Т_эфф = 144,5 12 = 1734 часов.

Таблица 15.4 - Баланс эффективного времени одного среднесписочного работника

№№ п/п	Показатели			Дни	Часы
1	Календарный фонд рабочего времени		365	4380
2	Нерабочие дни
	выходные				182,5	2190
	праздничные
3	Номинальный фонд рабочеого времени		182,5	2190
4	Планируемые невыходы
	очередные и дополнительные отпуска		28	336
	невыходы по болезни			10	120
	декретные отпуска
	отпуск в связи с учебой без отрыва от
	производства			3	36
	выполнение гос. обязанностей		7	84
5	Эффективный фонд рабочего времени		144,5	1734
	время ночной работы, tнв			91	1092
	количество праздников в году, Тпраз		12	144
	количество дней невыходов на работу, Дн		38	456

Расчет годового фонда заработной платы цехового персонала

Тарифная заработная плата включает в себя:

; (15.11)

где, - тарифная ставка данной категории рабочих;

- эффективное годовое время одного среднесписочного работника.

Премиальные рассчитывается по формуле:

(15.12)

Доплата за работу в ночное время определяется по формуле:

;

где, - время ночной работы, которое для каждого рабочего в год.

Доплата за работу в праздничные дни определяется по формуле:

; (15.13)

где, - количество часов, отработанных в праздник;

- явочная численность рабочих.

Доплата из фонда мастера рассчитывается по формуле:

. (15.14)

Доплату за бригадирство определяется по формуле:

, (15.15)

с учетом того, что в цехе доплата за бригадирство идет только работникам 6-ого разряда.

Заработную плату рабочих за год определяется по формуле:

; (15.16)

где, - основная заработная плата;

- дополнительная плата за нерабочее время;

- районный коэффициент (для Томска он равен ).

; (15.17)

, (15.18)

где, - зарплата по тарифу; - доплата премиальная;

- доплата за ночное время;

- доплата за работу в праздничные дни;

- доплата за бригадирство.

Заработная плата рабочих рассчитанная по формулам, изложенным выше, в таблице 15.5. Сумма амортизационных отчислений (АО) определяется по формуле:

(15.19)

где, С_ОФ - среднегодовая стоимость основных фондов, руб;

Н - норма амортизационных отчислений на полное восстановление основных фондов, % к их балансовой стоимости.

Основные технико-экономические показатели

1. Рентабельность - относительная прибыль, она показывает, какой доход приносит один рубль вложений в используемые ресурсы. Коэффициенты рентабельности показывают отношение полученной прибыли к величине производимых затрат.

1.1 Рентабельность производства продукции:

(15.20)

где, ПР - прибыль от реализации;

С - полная себестоимость продукции.

1.2 Рентабельность продаж:

(15.21)

где, ЧП - чистая прибыль;

В - выручка от реализации.

2. Фондоотдача - выпуск продукции на 1 руб. стоимости основных производственных фондов по предприятию. Она определяется по формуле:

(15.22)

где, ВП - объем выпущенной продукции;

С_ОФ - среднегодовая стоимость основных фондов, руб.

3. Фондоемкость - показатель, обратный фондоотдаче и характеризующий стоимость основных фондов для выполнения единицы объема работ. Она определяется по формуле:

(15.23)

4. Производительность труда - показатель экономической эффективности трудовой деятельности работника. Рассчитывается по формуле:

(15.24)

где, Q - количество выпущенной продукции;

Ч - численность работников, выпустивших данный объем продукции.

5. Затраты на 1 руб. продукции:

(15.25)

6. Чистый дисконтированный доход (ЧДД) - по международной терминологии NPV - или интегральный эффект:

(15.26)

где , R_t - результаты, достигнутые на t-шаге расчета;

R_t= Пр+А;

Пр - чистая прибыль;

А - амортизационные отчисления;

S_t - затраты, осуществляемые на том же шаге;

T - горизонт расчета, равный номеру шага расчета, на котором производится ликвидация объекта, т.е. последнему году жизненного цикла проекта;

n - норма дисконта.

Сумма дисконтированных капиталовложений вычисляется как:

(15.27)

где , t - год вложения средств.

Тогда:

(15.28)

Если ЧДД0, то проект является эффективным (при данной норме дисконта). Чем больше ЧДД, тем проект эффективнее.

7. Индекс доходности ИД или индекс рентабельности капиталовложений:

(15.29)

Если ИД1, то проект отвергается.

8. Внутренняя норма доходности ВНД равна ставке дисконтирования n_вн, при которой ЧДД проекта равен нулю. ВНД вычисляется из равенства:

(15.30)

Если ВНД нормы дохода на вкладываемый капитал, то проект целесообразен. 9. Анализ безубыточности - определение точки безубыточности, т.е. минимального объема продаж, начиная с которого предприятие не несет убытков. Это означает, что выручка от реализации продукции (В) должна быть равна общим затратам на производство и реализацию продукции:

В= З_пост+З_пер (15.31)

10. Срок окупаемости проекта (Т_ок) - минимальный временной интервал (от начала осуществления проекта), за пределами которого ЧДД становится положительным. Срок окупаемости находится из равенства:

(15.32)

Основные технико-экономические показатели в таблице 15.7.

Таблица 15.7 - Основные технико-экономические показатели

1.Объем продаж			тонн/год	184228,16
2.Цена за 1 тонну		тыс.руб	3,6481
3.Выручка			тыс.руб	672074,21
4.Себестоимость год.выпуска		тыс.руб	541995,33
5.Стоимость основных фондов		тыс.руб	20973,32
6.Чистая прибыль			тыс.руб	85365,96
7.Прибыль от реализации		тыс.руб	130078,88
8.Рентабельность произв-ва прод-ии	%	24
9.Рентабельность продаж		%	13
10.Фондоотдача			руб/руб	8,7839314
11.Фондоемкость			руб/руб	0,1138442
12.Производительность труда		т/ год	1510,07
13.Затраты на 1 руб. продукции		тыс.руб	0,8064
14.ЧДД				тыс.руб	694606,12
15.ИД					2,35
16.ВНД					0,45
17.Срок окупаемости, Ток		лет	5 лет
18.Точка безубыточности		тонн	65000

Финансово - экономическая целесообразность проекта характеризуется следующими показателями:

Ккс > 1 - предприятие является конкурентно способным.

Срок окупаемости проекта 5 лет.

Индекс доходности предприятия равен 2,35 > 1

Внутренняя норма доходности равна ставке дисконтирования n = 0,45, при которой чистый дисконтированный доход (ЧДД) проекта равен нулю.

На основании всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что проект эффективен, так как все критерии эффективности отвечают условиям положительности проекта.

15. МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ

Целью материального расчета является составление материальных балансов стадии образования метаноло-воздушной смеси, контактирования, абсорбции и ректификации.

Расчеты проводим для получения формалина с массовой долей формальдегида 37 % для одной технологической нитки.

Рис. 16.1 Блок - схема материальных потоков 1 - приготовление метаноло - воздушной смеси; 2 - контактирование; 3 - абсорбция; 4 - ректификация.

G1 - воздух;

G2 - метанол со склада;

G3 - спирто - воздушная смесь;

G4 - контактные газы;

G5 - вода на орошение;

G6 - абсорбционные газы;

G7 - формалин - ?сырец?;

G8 - продукционный формалин;

G9 - метанол - ректификат.

Исходные данные

Годовая производительность одной технологической нитки производства - 126666,6 тонн, годовой фонд рабочего времени - 8000 ч.

Массовая доля формальдегида, (%):

- в продукционном формалине, 374;

- в формалине - «сырце», 28,79.

Потери формальдегида на стадиях производства - 0,4%.

Степень конверсии метанола - 0,665.

Доля превращенного метанола:

по реакции 1 - 0,26;

по реакции 2 - 0,6;

по реакции 3 - 0,12;

по реакции 4 - 0,02;

Протекающие реакции:

1) CH₃OH > CH₂O + H₂;

2) CH₃OH + ЅO₂ > CH₂O +H₂O;

3)CH₃OH + 1,5O₂ > CO₂ + 2H₂O;

4)CH₃OH > CO + 2H₂.

Часовая производительность колонны ректификации (по формалину):

по формальдегиду:

или 195,28 кмоль/ч.

M(CH₂O) = 30 г/моль.

С учетом потерь необходимо получить в контактном аппарате формальдегида кг/ч или 196,06 кмоль/ч.

15.1 Материальный баланс стадии ректификации

Обозначим массовый расход формалина - ?сырца? - G₇, массовый расход товарного формалина - G₈, массовый расход метанола - ректификата - G₉

Материальный баланс:

G_F = G_g + G_w;(16.1)

G_F = G₇; G_g = G₉; G_w = G₈; (16.2)

G₇x_F = G₉x_g + G₈x_w.(16.3)

где, G_F, G_g, G_w - массовые расходы: питания, дистиллята и кубового остатка, соответственно.

x_F, x_g, x_w - содержание формальдегида в питании, дистилляте и кубовом остатке соответственно, %.

Решим систему уравнений

(16.4)



Товарный формалин:

содержание воды: 56% т.к. формальдегида 37% и метанола 7%.

Материальный баланс стадии ректификации в таблице 16.1.

Таблица 16.1 - Материальный баланс стадии ректификации

Приход	Расход
Состав	кг/ч	Массовая доля, %	Состав	кг/ч	Массовая доля,%
1	2	3	4	5	6
[G7] 1. Формалин «сырец» в т.ч.: формальдегид метанол вода	20425 5880,36 5563,77 8980,87	100 28,79 27,24 43,97	[G8] 1. Формалин - товарный в т.ч.: формальдегид метанол вода [G9] 2. метанол - ректификат в т.ч.: метанол формальдегид вода	15833,33 5858,33 1108,33 8866,66 4591,67 4453,92 22,96 114,79	100 37 7 56 100 97 0,5 2,5
Итого:	20425	100	Итого:	20425	100

15.2 Материальный баланс стадии абсорбции

Объемная доля водяных паров в выхлопных газах:

где, 1740 - парциальное давление водяных паров, Па;

- общее давление выхлопных газов, Па.

Материальный баланс:

(16.5)

Решим систему уравнений:

(16.6)

Количество формальдегида и метанола в контактных газах соответственно 5880,36 кг/ч и 5563,77 кг/ч.

Материальный баланс абсорбционной колонны в таблице 16.2.

Таблица 16.2 - Материальный баланс абсорбционной колонны

Приход	Расход
Состав	кг/ч	Массовая доля, %	Состав	кг/ч	Массовая доля, %
1	2	3	4	5	6
[G4] 1. Контактные газы, в т.ч.: формальдегид метанол вода углекислый газ водород окись углерода азот [G5] 2. Вода на орошение	25302,74 5880,36 5566,60 3228,63 807,16 146,76 83,50 9589,74 7234,81	100 23,24 22 12,76 3,19 0,58 0,33 37,9 100	[G7] 1. Формалин - «сырец» в т.ч.: формальдегид метанол вода [G6] 2. Выхлопные газы, в т.ч.: азот водород углекислый газ окись углерода вода	20425 5880,36 5563,77 8980,87 12112,55 8461,83 1480,15 591,09 96,90 1482,58	100 28,79 27,24 43,97 100 69,86 12,22 4,88 0,8 12,24
Итого:	32537,55	100	Итого:	32537,55	100

15.3 Материальный баланс стадии контактирования и спиртоиспарения

На 1 моль формальдегида расходуется 1 моль метанола, т.е. кг/ч.

Расход метанола с учетом побочных реакций находим: 196,012/0,86 = 227,92 кмоль/ч или 7293,47 кг/ч;

где 0,86 - доля метанола, превращенного в формальдегид по 1^ой и 2^ой реакциям.

Подают метанол с учетом степени конверсии равной 0,567.

227,92/0,567 = 401,96 кмоль/ч или 12862,72 кг/ч;

401,96 - 227,92 = 174,04 кмоль/ч или 5569,28 кг/ч.

По реакции первой расходуется метанола: кмоль/ч или 189632 кг/ч.

Образуется:

формальдегида: 59,26 кмоль/ч или 1777,8 кг/ч;

водорода: 59,26 кмоль/ч или 118,52 кг/ч.

По реакции второй расходуется метанола: кмоль/ч или 3882,56 кг/ч;

кислорода: кмоль/ч или 2188,16 кг/ч.

Образуется:

формальдегида: 136,75 кмоль/ч или 4102,56 кг/ч;

воды: 136,752 кмоль/ч или 2461,54 кг/ч.

По реакции третьей расходуется метанола: 227,92 = 27,35 кмоль/ч или 875,21 кг/ч;

кислорода: 27,35 = 41,03 кмоль/ч или 1316,16 кг/ч.

Образуется:

диоксида углерода: 27,35 кмоль/ч или 1203,4 кг/ч;

воды: 27,35 = 54,7 кмоль/ч или 984,6 кг/ч.

По реакции четвертой расходуется метанола: 227,92 = 4,56 кмоль/ч или 145,92 кг/ч.

Образуется:

оксида углерода: 4,56 кмоль/ч или 127,68 кг/ч;

водорода: кмоль/ч или 18,24 кг/ч.

Всего образуется:

водорода: 9,12 + 59,26 = 68,38 кмоль/ч или 136,76 кг/ч;

воды: 136,752 + 54,7 = 191,452 кмоль/ч или 3446,14 кг/ч.

Общий расход кислорода: 68,38 + 41,03 = 109,41 кмоль/ч или 3501,12 кг/ч.

Расход сухого воздуха:

объемная доля кислорода в воздухе, %, 20,7;

кмоль/ч.

объемная доля водяных паров в воздухе:

%;

где, 3230 - парциальное давление водяных паров в воздухе, Па;

- общее давление воздуха, Па.

Количество водяных паров в воздухе: 528,55/100 = 9,51 кмоль/ч или 171,18 кг/ч.

Количество воды в техническом («свежем») метаноле:

а) с учетом разбавления метанолом ректификатом

12862,72 - 4453,92 = 8408,8 кг/ч - количество метанола;

б) количество воды 8408,8/99,9 = 8,42 кг/ч;

где, 0,1 - массовая доля воды «свежем» метаноле, %.

Суммарное количество водяных паров в спирто - воздушной смеси:

171,18 + 114,79 + 8,42 = 294,39 кг/ч.

Расход воздуха:

25302,74 - 4591,67 - 8417,22 = 12293,85 кг/ч;

где, 25302,74 кг/ч, 4591,67 кг/ч и 8417,22 кг/ч расход спирто-воздушной смеси, метанола - ректификата и «свежего» метанола, соответственно.

Количество азота в воздухе:

12293,85 - 3501,12 - 171,18 = 8621,55 кг/ч;

где, 3501,12 кг/ч и 171,18 кг/ч количество кислорода и воды в воздухе.

Содержание метанола в спирто- воздушной смеси:

25302,74 кг/ч или 840,71 кмоль/ч^-1;

840,71 - 100%

401,96 - х%

х = 47,81%, что соответствует оптимальному технологическому режиму.

Материальный баланс стадии контактирования и спиртоиспарения в таблице 16.3.

Таблица 16.3 - Материальный баланс стадии контактирования и спиртоиспарения

Приход	Расход
Состав	кг/ч	кмоль/ч	Массовая доля, %	Состав	кг/ч	кмоль/ч	Массовая доля, %
1	2	3	4	5	6	7	8
Контактирование
[G3] 1. Смесь воздух - метанол, в т.ч.: формальдегид метанол вода азот кислород	25302,74 22,96 12862,72 294,39 8621,55 3501,12	836,39 0,77 401,96 16,34 307,91 109,41	100 0,09 50,84 1,16 34,07 13,84	[G4] 1 Контактные газы, в т.ч.: формальдегид метанол вода углекислый газ окись углерода водород азот	25302,74 5880,36 5566,60 3228,63 807,16 83,50 146,76 9589,74	986,76 196,2 173,97 179,37 18,34 2,98 73,4 342,5	100 23,24 22 12,76 3,19 0,33 0,58 37,9
Итого:	25302,74	836,39	100	Итого:	25302,74	986,76	100
Спиртоиспарение
[G2] 1. Метанол «свежий» в т.ч.: метанол вода 2. Метанол - ректиф., в т.ч.: метанол формальдегид вода [G1] 3. Воздух, в т.ч.: кислород азот вода	8417,22 8408,80 8,42 4591,67 4453,92 22,96 114,79 12293,85 2544,83 9527,73 221,29	263,27 262,8 0,47 146,34 139,19 0,77 6,38 432,1 79,53 340,28 12,29	100 99,9 0,1 100 97 0,5 2,5 100 20,7 77,5 1,8	[G3] 1. Смесь воздух - метанол, в т.ч.: формальдегид метанол вода азот кислород	25302,74 22,96 12862,72 294,39 8621,55 3501,12	836,39 0,77 401,96 16,34 307,91 109,41	100 0,09 50,84 1,16 34,07 13,84
Итого:	25302,74		100	Итого:	25302,74		100

Сводная таблица материального баланса в таблице 16.4.

Таблица 16.4 - Сводная таблица материального баланса

Потоки	Приход	Расход
	G1	G2	G5	G6	G8	G9
Компоненты	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч	кг/ч
CH2O		22,96			5858,33	22,96
CH3OH		12862,72			1108,33	4453,92
H2O	221,29	123,21	7234,81	1482,58	8866,66	114,79
N2	9527,73			8461,83
O2	2544,83
CO2				591,09
CO				96,90
H2				1480,15
?(комп.)	12293,85	13008,89	7234,81	12112,55	15833,32	4591,67
Итого:	32537,55	Итого:	32537,55

Рассчитаем состав выхлопных газов в объемных долях и определим степень конверсии метанола в формальдегид по составу, пользуясь формулой:

(16.7)

СO - 2,98 кмоль/ч 0,48 %;

CO₂ - 18,34 кмоль/ч 2,97 %;

N₂ - 342,5 кмоль/ч 55,55 %;

H₂ - 73,4 кмоль/ч 11,9 %;

H₂O - 179,37 кмоль/ч 29,1 %.

Расчет основных расходных коэффициентов

1. Расходный коэффициент по метанолу:

2. Расходный коэффициент по воде:

3. Расходный коэффициент по воздуху:

16. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Рис.17.1 - Схема теплового баланса контактного аппарата.

Q_пр = G₁Cp₁t + G₂Cp₂t + G₃Cp₃t + G₄Cp₄t + G₅Cp₅t; (17.1)

Q_расх = G₆Cp₆t + G₇Cp₇t + G₈Cp₈t + G₉Cp₉t + G₁₀Cp₁₀t + G₁₁Cp₁₁t + G₁₂Cp₁₂t 17.2)

1. Стадия синтеза

Приход:

а) теплота реакции дегидрирования;

б) теплота реакции окисления;

в) теплосодержание спирто-воздушной смеси.

Расход:

а) теплосодержание реакционных газов на входе из зоны контактирования;

б) теплопотери в окружающую среду.

Приход:

а) на реакцию дегидрирования расходуется CH₃OH = 5787,88 кг/ч;

1) CH₃OH > CH₂O + H₂.

б) на реакцию окисления расходуется CH₃OH = 7074,84 кг/ч;

2) CH₃OH + ЅO₂ > CH₂O + H₂O.

Тепловой эффект реакции при 20^оС (293К):

реакции (1) - (-9791,18 Вт);

реакции (2) - 492840Вт [1 с. 448];

Определим тепловой эффект реакции при 650^оС (923К):

Q₉₂₃ = Q₉₂₃ + Ь (T - 293) + в (T² - 293²) + j (T³ - 293³);(17.3)

где, Т - температура реакции;

в - алгебраическая сумма коэффициентов деленная пополам;

Ь - алгебраическая сумма коэффициентов из выражений молярных теплоносителей веществ;

j - алгебраическая сумма коэффициентов деленная на три [1 с. 450].

Тепловой эффект реакции дегидрирования - (-12782,14 Вт).

Тепловой эффект реакции окисления - 24837901,83 Вт.

в) теплосодержание спирто-воздушной смеси при 100^°С определяем из уравнения:

(17.4)

где, Ср - теплоемкость, [Дж/кг К] [1 с. 471];

G - массовый расход, кг/ч [таблица 13].

Q_с.в.с. = 3299796 Вт.

Расход:

а) теплосодержание контактных газов при 650^оС

(17.5)

где, Ср - теплоемкость, Дж/кг К;

Q_к.г. = 26505323 Вт.

б) материальный баланс стадии контактирования:

Q_с.в.с. + Q_p = Q_к.г. + Q_пот;(17.6)

Q_p = -12782,14 + 24837901,83 = 24825119,69 Вт.

Теплопотери определяются по разности:

Q_пот = Q_с.в.с. + Q_р - Q_к.г;_. (17.7)

Q_пот = 3299796 + 24825119,69 - 26505323 = 1619592,69 Вт;

что, составит:

от прихода тепла.

2. Количество воды на охлаждение контактных газов в подконтактном холодильнике: теплосодержание газов на входе в холодильник, Q_к.г. = 26505323 Вт.

Температуру газов на входе из холодильника принимаем 180^оС, определяем теплосодержание газов при 180^оС.



Всего: i = 5416347,534 Вт.

Количество теплоты, принятой водой в холодильнике составляет:

Q_охл = 26505323 - 5416347,534 = 21088975,47 Вт.

Отсюда определяем расход воды на охлаждение:

t_вх = 90^оС (конденсат);

t_вых = 123^оС (пар Р = 0,2МПа).

(17,8)

G_H2O = 37966,56 кг/ч = 10,5 кг/с.

3. Абсорбция

Приход:

а) количество тепла приходящего с контактными газами:

Q_к.г. = 5416347,53 Вт;

б) тепло приходящее с оросительной водой при 20°С:

(17.9)

где, Ср - теплоемкость воды (кДж/кг К).

в) количество тепла процесса абсорбции:

(17.10)

Расход

а) количество тепла, уходящее с выхлопными газами, при 20°С:

(17.11)

где, G - массовый расход (кг/ч);

Ср - удельная теплоемкость (кДж/кг К); t - температура (° С).



б) количество тепла, уходящее в окружающую среду (принимаем 2 % от прихода тепла):

в) количество теплоты, принятое хладоагентом теплообменников (встроенных и выносных)

(17.12)

где, Q_ф.с. - количество тепла, уходящее с формалином-?сырцом? и рассчитывается по формуле:

(17.13)

4. Ректификация

Тепловой баланс:

(17.14)

где, Q_ф.с. - тепло формалина-?сырца?;

Q₈ - тепло формалина стандартного;

Q₉ - тепло формалина-?сырца?; Q_рект. - тепло процесса ректификации.

17. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОСНОВНОГО АППАРАТА

17.1 Технологический расчет реактора

Главной целью технологического расчета секции контактирования является определение высоты слоя катализатора, при которой может быть обеспечена новая производительность. Расчеты будем проводить согласно методике, предложенной в [9], где рассматривается аналогичный случай.

Процесс каталитического окислительного дегидрирования метанола в формальдегид происходит в реакторе поверхностного контакта при Р = 0,76 10⁵ Па.

Реактор (контактный аппарат) предназначен для окислительного дегидрирования метанола в формальдегид в газовой фазе на пемзосеребряном катализаторе. Для расчета выбран вертикальный стальной цилиндрический аппарат, смонтированный непосредственно над верхней трубной решеткой подконтактного холодильника. В нижней части аппарата на свободно лежащую решетку, покрытую двумя слоями сеток, засыпан катализатор. Над слоем катализатора предусмотрено распределительное устройство, имеющее 24 щели размером 200500 мм для равномерного распределения потока спиртовоздушной смеси. Разогрев катализатора производят двумя нихромовыми электроспиралями (d = 0,4 м, U = 220 В).

Аппарат снабжен штуцером входа спиртовоздушной смеси D_y = 600 мм, Р_y = 0,6 МПа, одним предохранительным устройством D_y = 350 мм, Р_y = 0,6 МПа, люком-лазом D_y = 500 мм, Р_y = 1,6 МПа.

Определяющим эталоном является диффузия.

Состав исходного газа [таблица 16.3]

CH₃OH -50,84%; O₂ -13,84%;

CH₂O - 0,09%; N₂ -34,07%.

H₂O - 1,16 %;

Состав контактного газа:

CH₃OH -22%; СО - 0,33%;

CH₂O - 23,24%; Н₂ - 0,58% ;

H₂O - 12,76 %; N₂ - 37,9%.

СО₂ - 3,19%;

Плотности и вязкости компонентов смеси в таблице 18.1.

Таблица 18.1 - Плотности и вязкости компонентов смеси

t, oC	константа	Компоненты газовой смеси
		CH3OH	CH2O	O2	H2O	N2	H2	CO	CO2
100	с	1,04	0,925	1,04	0,588	0,913
	м	0,864		0,104	0,0028	0,0748
650	с	0,4216	0,3952		0,237	0,368	0,026	0,368	0,605
	м	0,082	0,0926		0,107	0,131	0,0658	0,131	0,13

Вязкости взяты [4, с. 294, таб. 10] и [7, с. 596, рис. 5]

Плотности веществ определяются по формуле:

(18.1)

Среднее значение молекулярных масс М и плотностей газов определяют по правилу аддитивности:

(18.2)

(18.3)

где, n - доли компонентов смеси;

М^'_см = 0,5084 32 + 0,0009 30 + 0,016 18 + 0,1384 32 + 0,3407 28 = 16,27 + 0,027 + 0,288 + 4,4288 + 9,5396 = 30,53;

М^"_см = 0,22 32 + 0,2324 30 + 0,1276 18 + 0,0319 44 + 0,0033 28 + 0,0058 2 + 0,379 28 = 7,04 + 6,972 + 2,2968 + 1,4036 + 0,0924 + 0,0116 + 10,612 = 28,43;

с^'_см = 0,5084 1,04 + 0,0009 0,925 + 0,016 0,588 + 0,1384 1,04 + 0,3407 0,913 = 0,5271 + 0,0008325 + 0,009408 + 0,143936 + 0,3110591 = 0,9923 [кг/м³];

с^"_см = 0,22 0,4216 + 0,2324 0,3952 + 0,1276 0,237 + 0,0319 0,605 + 0,0033 0,368 + 0,0058 0,026 + 0,379 0,368 = 0,092752 + 0,09184448 + 0,0302412 + 0,0192995 + 0,0012144 + 0,0001508 + 0,139472 = 0,3749 [кг/м³].

На входе (100^оС): М = 30,53;

с₁₀₀ = 0,9923.

На выходе (650^оС): М = 28,43;

с₆₅₀ = 0,3749.

Степень превращения метанола в формальдегид 0,9067.

Температура исходной смеси 100^оС, температура выхода смеси в подконтактный холодильник 650^оС.

Материальный баланс реактора [таб. 16.3]

Приход спирто-воздушной смеси [м³/ч] составляет:

(18.4)

V = 25302,74/0,9923 = 25499,08 м³/ч.

Зададимся линейной скоростью исходной газовой смеси щ = 0,8 м/с

Определяем диаметр реакционной зоны:

(18.5)

где, S - 0,785 D² - площадь поперечного сечения реакционной зоны, м²;

D - диаметр реактора, м.

Принимаем D = 3,00 м.

Площадь сечения реактора S_P = 0,785 3,0² = 7,065 м².

Реакторы с катализатором в очень тонком слое в виде металлических сит используют для проведения реакций, протекающих с большой скоростью.

Установлено, что скорость процесса определяется скоростью диффузии от контактной поверхности катализатора. Это явление было описано Андрусовым, который сравнивая количество реагирующего метанола и метанола, проникающего путем диффузии до поверхности серебряных сит, установил, что они равны между собой.

Количество метанола, диффундирующего к поверхности катализатора, можно рассчитать, если известен коэффициент переноса массы, допустив при этом, что концентрация метанола на поверхности контакта рана нулю, т.е. скорость реакции настолько велика, что метанол непосредственно достигает контакта с серебром.

Расчет проводится для слоя катализатора с сечением 1 см² и толщиной l образованный рядами сеток из серебряной проволоки.

Характеристика катализатора из серебра (сита):

проволоки ТУ 48 - 1 - 112 - 85;

толщина проволоки, мм - 0,22;

число ячеек на 1 см² - 225.

Для определения коэффициентов диффузии устанавливаем с помощью материального баланса состав конечной газовой смеси. Рассчитаем производительность реактора на 1 м² поверхности катализатора.

Производительность по метанолу составит:

Массовая скорость всей газовой смеси:

Результаты расчета в таблице 18.2.

Таблица 18.2 - Конечный состав газовой смеси

Приход	кг/м2ч	%	Расход	кг/м2ч	%
Контактирование
Смесь воздух - метанол, в т.ч.: формальдегид метанол вода азот кислород	3581,42 3,22 1820,63 41,54 1220,19 495,67	100 0,09 50,84 1,16 34,07 13,84	Контактные газы, в т.ч.: формальдегид метанол вода углекислый газ окись углерода водород азот	3581,42 832,32 787,91 456,99 114,25 11,82 20,77 1357,36	100 23,24 22 12,76 3,19 0,33 0,58 37,9

Для определения высоты слоя катализатора воспользуемся методом расчета скорости каталитического процесса, лимитируемого массообменом.

По этому методу определяем высоту единицы переноса СН₃ОН (ВЕП) и число единиц переноса (Z) по формулам:

(18.6)

где, S_уд - удельная поверхность катализатора, [м²/м³];

k_М - коэффициент массопередачи, [м/ч];

P_r - критерий Прандля .

С этой целью находим физико - химические константы исходной и конечной газовой смеси - плотности с_г [кг/м³], динамические коэффициенты вязкости м_г [кг/мч], коэффициенты диффузии D [см²/с].

Значение плотностей и вязкостей компонентов смесей при начальной температуре и температуре в зоне реакции в таблице 18.1.

Коэффициенты диффузии находим последующим соотношениям, определяемым общими закономерностями диффузии газов. Для диффузии газа А в газ В.

(18.7)

где, х_А, х_В - мольные объемы газов А и В, [см³/моль];

М_А, М_В - молекулярные массы газов А и В;

Р - общее давление.

Для расчета принимаем следующие значения мольных объемов [см³/моль], [ 1, с. 288, таб. 6.3]:

СН₃OH - 37; N₂ - 31,2;

CH₂O - 29,37; H₂ - 14,3;

H₂O - 18,9; CO - 29,6;

O₂ - 25,6; CO₂ - 34.

Коэффициенты диффузии D_Асм для газа А, диффундирующего через смесь газов (В + С), вычисляем по формуле:

 (18.8)

где, N_A, N_B, N_C - мольные доли компонентов в газовой смеси;

D_AB, D_AC - коэффициенты диффузии для бинарных газовых смесей.