Рисунок 8 - Диаграмма реверсивного тока

ф0 - длительность одного периода; фn - положительный импульс; фр - отрицательный импульс (реверс).

Катодная плотность тока на отечественных заводах находится в пределах 240-285 А/м². В настоящее время доказана экономическая целесообразность работы на. плотности тока порядка 400-500 А/м² при условии применения реверсивного тока - постоянного по величине, но периодически изменяющегося по направлению (рис. 14). Положительный импульс в 15-20 раз длиннее отрицательного.

Применение реверсивного тока приводит к уменьшению концентрационной поляризации электродов. На катоде улучшаются условия осаждения плотной меди, растворение анодов протекает при меньшей пассивации. Кроме того, при более высокой плотности тока в ваннах выделяется больше тепла, а значит, сокращаются затраты на подогрев электролита. Несмотря на возрастание расхода электроэнергии и сравнительно низкий выход по току (84-89%) рафинирование на высокой плотности тока оказывается рентабельным.

2.3.5 Межэлектродное расстояние (МЭР)

Расстояние между вертикальными осями двух соседних анодов относится к важнейшим параметрам: чем оно меньше, тем меньше сопротивление ванны, а, следовательно, расход электроэнергии. При равных габаритах ванна, у которой расстояние между электродами меньше, более производительна, так как в ней помещается больше электродов. Но с уменьшением МЭР возрастает неравномерность распределения тока на анодах и катодах, увеличивается вероятность коротких замыканий электродов, что приводит к снижению выхода по току и ухудшению качества е одной меди.

В процессе рафинирования меди М/ЭР периодически изменяется. Минимальным оно бывает при наращивании первой партии катодов после загрузки новых анодов. Вторая и последующие партии катодов наращиваются при все возрастающем МЭР за счет срабатывания анодов. На товарных ваннах отечественных заводов это расстояние равно 102-110 мм; на зарубежных заводах - от 96 до 114 мм. На ваннах регенерации электролита и матричных ваннах (не всегда) расстояния между анодами больше, чем на товарных.

Для перехода на работу с меньшим межэлектродным расстоянием необходима более высокая культура производства: улучшение обслуживания ванн, изготовление более жестких маточных катодов, более точная по форме и массе отливка анодов, улучшение их структуры.

2.3.6 Исходные данные

Годовая производительность по катодной меди, тыс.т. 100.0

Состав электролита, г/дм³: Сu 45.0

Ni 10.0

Н2SO4 160.0

Выход по току на катоде ВТК, % 96.8

Плотность тока Dк, А/м² 270

Температура электролита Тэ, К 336

Скорость циркуляции Vцирк, м³/ч 1.05

Выход анодных остатков, % 18.0

Температура воздуха в цехе Тв, К 293

Межэлектродное расстояние ?мэр., м 0,102

Количество, шт.

- матриц nк 33

- анодов nа 34

Размеры матриц hк х bк х дк, мм 880 Ч 980 Ч 4

Размеры анодов hа х bа х да, мм 860 Ч 960 Ч 38.5

Зазор "торец ванны - крайний электрод" ?тбк, мм 80

Зазор "торец ванны с карманом - крайний электрод" ?тск, мм 120

Зазор " зеркало электролита - верхняя кромка ванны" h2, мм 60

Зазор "край катода - дно ванны" h3, мм 120

Зазор "бок ванны - электрод" ?бк, мм 40

2.3.7 Размеры электролизера

Для электролиза используются электролизные ванны из сборного железобетона, прямоугольной формы (рис. 9).

а) Размеры матрицы, м: ширина bк = 0.88 м; высота hк = 0.98 м; толщина дк = 0.004 м. Число катодов в ванне nк = 33 шт.

Площадь рабочей части одного катода sк, м²:

sк = bк · hк = 0.88 · 0.98 = 0.862. (35)

Площадь рабочей части всех катодов, Sк, м²:

Sк = 2 · nк · sк = 2 · 33 · 0.862 = 56.918. (36)

б) Размеры анода. Ширина и высота анода меньше, чем катода, что позволяет избежать интенсивного образования дендритов и шишек на краях катода: ширина bа = 0.86 м; высота hа = 0.96 м; толщина да = 0.0385 м. Число анодов в ванне nа = 34 шт.

Площадь рабочей части одного анода, sа, м²:

sа = bа·hа = 0.860 · 0.960 = 0.826. (37)

в) Внутренние размеры ванны. Длина ванны L, м:

L = nк·?мэр + да + ?тбк + ?тск , (38)

L = 33 · 0.102 + 0.0385 + 0.120 + 0.080 = 3.595.

Ширина ванны B, м:

В = bк + 2 · ?бк , (39)

В = 0.88 + 2 · 004 = 0.960.

Высота ванны Н, м:

Н = hк + ?д + h1, (40)

где h1 - расстояние между верхней кромкой катода и бортом ванны, м.



Рисунок 9 - Размеры электролизной ванны

Н = 0.98 + 0.120 + 0.08 = 1.18.

г) Внешние размеры ванны с учетом толщины торцовых стенок дт = 0.07 м; толщины боковых стенок дб = 0.07 м; толщины дна дд = 0.08 м.

L' = L + 2 · дm = 3.595 + 2·0.070 = 3.735, (41)

B' = B + 2 · дб = 0.960 + 2·0.070 = 1.100, (42)

Н' = Н + дд = 1.18 + 0.08 = 1.260. (43)

д) Внутренний объем ванны V, м³

V = L·H·B, (44)

V = 3.595·0.960·1.180 = 4.072 м³.

е) Объем, занимаемый анодами и катодами Vэл, м³:

Vэд = (hк·bк·дк·nк) + (hа·bа·да·nа) (45)

Vэд = (0.980·0.880·0.004·33) + (0.860·0.960·0.0385·34) = 1.195.

ж) Свободный объем ванны (над зеркалом электролита) Vсв, м³

Vсв = L·B·h2, (46)

Vсв = 3.595·0.960·0.060 = 0.207.

з) Свободная поверхность зеркала электролита, Fсв, м²

Fсв = L · B - (nк· bк·дк + nа· bа· да)

Fсв = 3.595·0.960 - (33·0.88·0.004 + 34·0.86·0.0385) = 2.209.

з) Объем электролита в ванне Vэл, м³:

Vэл = V - (Vэд + Vсв), (47)

Vэл = 4.072 - (1.195 + 0.207) = 2.670.

Общий объем электролита с учетом 20%-ного запаса электролита, находящегося в циркуляционной системе VУ, м³:

VУ = Vэл·1.2 = 2.670·1.2 = 3.204.

2.4 Материальный баланс электролизной ванны

Расчет материального баланса электролизера по анодному металлу необходим для анализа распределения металлов по продуктам электролиза (скрап, шлам, раствор, катод), для определения расходов анодов на 1 т. катодного металла, накопление основного металла и примесей в электролите, чистоты катодного металла и потерь с ним драгоценных металлов. Составление материального баланса процесса электролиза позволяет определить изменение составов электролитов за счет протекания анодных и катодных процессов, химических реакций в растворах, а также за счет испарения воды и образования аэрозолей.

В ЗАО "КМЭЗ" медеплавильный цех перерабатывает огневым рафинированием черновую медь, вторичную медь (отходы цветных металлов), обеспечивая получения анодной меди следующего усредненного состава, %: Сu 99.34; Ni 0.19; Аs 0.03; Sе 0.03; Zn 0.016; Sb 0.09; Те 0.02; Fе 0.07; Вi 0.002; Аu 0.015; Sn 0.006; О2 0.15; Рb 0.13; S 0.004; Аg 0.07.

Распределение компонентов, содержащихся в анодной меди, между раствором, шламом и катодами при электрорафинировании меди отражено в таблице 1. Расчет выполнен по среднестатистическим показателям распределения компонентов анода (табл. 1, колонки 4, 7, 10, 12).

Масса меди в продуктах электролиза, кг:

- в скрапе: 99.340 * 0.1800 = 17.88120

- в шламе: 99.340 * 0.0180 = 1.78812,

- в электролите: 99.340 * 0.0110 = 1.09274,

- в катодах: 99.340 * 0.7910 = 78.57794,

где 99.340 - концентрация меди в аноде, %; 0.180, 0.0180, 0.0110, 0.7910 - доля меди, перешедшей в скрап, шлам, электролит и катоды от всей растворившейся меди (18.00, 1.80, 1.10, 79.10%, соответственно).

Концентрация меди в шламе и катодах рассчитана после определения массы этих продуктов. Так, концентрация меди в катодах равна, %:

78.57794 * 100 / 78.58235 = 99.99439.

Таким образом, для получения 1 т катодной меди необходимо использовать анодов, т: 1 * 100 / 78.57794 = 1.273.

Для остальных элементов расчеты выполнены аналогично.

Таблица 1 - Распределение примесей на 100 кг анодной меди по продуктам электролиза

Эле-	Поступило	Продукты электролиза
мент	Аноды	Скрап	Шлам	Электролит	Катоды
	концент.,	масса,	извлеч.,	масса,	концент.,	извлеч.,	масса,	концент.,	извлеч.,	масса,	извлеч.,	масса,	концент.,
	%	кг	%	кг	%	%	кг	%	%	кг	%	кг	%
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Cu	99.340	99.340	18.00	17.88120	99.340	1.80	1.78812	84.375	1.10	1.09274	79.10	78.57794	99.96942
Ni	0.180	0.180	18.00	0.03240	0.180	5.70	0.01026	0.484	75.80	0.13644	0.50	0.00090	0.00115
Fe	0.070	0.070	18.00	0.01260	0.070	3.70	0.00259	0.122	77.90	0.05453	0.40	0.00028	0.00036
Pb	0.130	0.130	18.00	0.02340	0.130	80.40	0.10452	4.932	0.00	0.00000	1.60	0.00208	0.00265
As	0.030	0.030	18.00	0.00540	0.030	49.20	0.01476	0.696	31.10	0.00933	1.70	0.00051	0.00065
Sb	0.090	0.090	18.00	0.01620	0.090	81.20	0.07308	3.448	0.40	0.00036	0.40	0.00036	0.00046
Bi	0.002	0.002	18.00	0.00036	0.002	65.60	0.00131	0.062	16.00	0.00032	0.40	0.00001	0.00001
S	0.004	0.004	18.00	0.00072	0.004	80.30	0.00321	0.152	0.00	0.00000	1.70	0.00007	0.00009
Se	0.030	0.030	18.00	0.00540	0.030	81.50	0.02445	1.154	0.30	0.00009	0.20	0.00006	0.00008
Te	0.020	0.020	18.00	0.00360	0.020	81.60	0.01632	0.770	0.30	0.00006	0.10	0.00002	0.00003
Au	0.015	0.015	18.00	0.00270	0.015	81.50	0.01223	0.577	0.00	0.00000	0.50	0.00008	0.00010
Ag	0.067	0.067	18.00	0.01206	0.067	80.00	0.05360	2.529	2.00	0.00134	0.00	0.00000	0.00000
Zn	0.016	0.016	18.00	0.00288	0.016	0.00	0.00000	0.000	82.00	0.01312	0.00	0.00000	0.00000
Sn	0.006	0.006	18.00	0.00108	0.006	81.20	0.00487	0.230	0.00	0.00000	0.80	0.00005	0.00006
Итого	100.000	100.000		18.00000	100.000		2.10932	99.531		1.30833		78.58235	99.97502

2.4.1 Свойства электролита

а) Плотность электролита сэл, г/см³, определяется на основании принципа аддитивности:

сэл = 0.01(с1а1 + с2а2 + … + сiаi), (48)

где с1, с2, … сi - плотность компонентов раствора, кг/дм³;

a1, a2,… ai - объемная концентрация компонентов раствора, %.

Плотности компонентов равны: сCuSO4 = 3.603; сNiSO4 = 4.010; сH2SO4 = 1.841;

сH2O = 1.000 (справочные данные).

Для заданного состава электролита, г/дм³ (45.0 Cu, 10.0 Ni, 160.0 H2SO4):

aCuSO4 = 45.0·159.60·100)/(63.54·3.603·1000) = 3.137;

aNiSO4 = 10.0·154.76·100/(58.70·4.010·1000) = 0.657;

aH2SO4 = 160.0·100/(1.841·1000) = 8.691;

aH2O = 100.0 - (3.137 + 0.657 + 8.691) = 87.515 (по разности).

Здесь 159.60, 154.76 - молярные массы сульфатов меди и никеля; 63.54, 58.70 - атомные массы меди и никеля.

сэл = 0.01(3.603·3.137 + 4.010·0.657 + 1.184·8.691 + 1.000·87.515) = 1.117.

б) Теплоемкость электролита Сэл, кДж/(кг·град), также определяется на основании принципа аддитивности:

,(49)

где С1, С2, … Сi - удельные теплоемкости компонентов электролита, Дж/(г·К) (табл. 2);

X1, X2, … Xi - массовые доли компонентов электролита, доля ед.

Массовые доли компонентов Xi в электролите:

Xi = mi / сэл(50)

где: mi - масса i - го компонента в 1 дм³ электролита, г;

- плотность электролита, г/дм³ (1117).

Таблица 2

Удельная теплоемкость компонентов электролита, Дж/(г·К)

Компонент	Температура, К
	293	303	313	323	333	343	353
CuSO4	0.6122	0.6249	0.6370	0.6486	0.6596	0.6701	0.6802
NiSO4	0.8903	0.8930	0.8957	0.8984	0.9011	0.9037	0.9064
H2SO4	1.4052	1.4243	1.4435	1.4627	1.4821	1.5016	1.5211
H2O	4.1851	4.1814	4.1804	4.1816	4.1849	4.1901	4.1970

Для заданного состава электролита, г/дм3 (45.0 Cu, 10.0 Ni, 160.0 H2SO4):

= 45.0 · 159.6 / 63.54 = 113.0;

где: 45.0, 10.0 160 - концентрации компонентов (по заданию);

59.6, 154.8 - молярные массы сульфатов меди и никеля;

63.54, 58.71 - атомные массы меди и никеля, соответственно;

XCuSO4 = 113.0 / 1117 = 0.1012;

XNiSO4 = 26.4 / 1117 = 0.0236;

XH2SO4 = 160.0 / 1117 = 0.1432;

XH2O = 861.6 / 1117 = 0.7714.

Удельная теплоемкость компонентов электролита (табл. 5) при температуре Тэл = 336 К, кДж/(кг·град), определяется методом интерполяции:



Удельная теплоемкость электролита при температуре Тэл = 336 К, кДж/(кг·град):

Cэл = 0.6628·0.1012 + 0.9019·0.0236 + 1.4880·0.1432 + 4.1865·0.7714 = 3.531.

в) Удельная электропроводность электролита к, См/см, нелинейно зависит от концентрации его компонентов, ее рассчитывают для электролитов с концентрацией, г/дм³: меди Cu 30…50, никеля Ni 0…33, серной кислоты S 158…225 при температуре T 328…348 K по полиному [3]:

к = 0.04 - 0.2656·Сu - 0.0815·Ni + 0.3513·S + 0.3842·[T-273] + 0.0025·Сu2 + 0.00267·Ni2 - 0.000503·S2 - 0.00407·[T-273]2 + 0.00241·Сu·Ni - 0.001585·Сu·S - 0.00201·Ni·S - 0.001766·Ni·[T-273] + 0.00273·S·[T-273],(51)

где Сu - концентрация ионов меди в растворе, г/дм³ (45); Ni - концентрация ионов никеля в растворе, г/дм³ (10); S - концентрация серной кислоты в растворе, г/дм³ (160); T - температура электролита, К (336).

к = 0.04 - 0.2656·45 - 0.0815·10 + 0.3513·160 + 0.3842·60 + 0.0025·452 + 0.00267·102 - 0.000503·1602 - 0.00407·602 + 0.00241·45·10 - 0.001585·45·160 -0.00201·10·160 - 0.001766·10·60 + 0.00273·160·60 = 56.85.

2.5 Электрический баланс электролизной ванны

Баланс напряжения на ванне складывается из следующих величин [4], В:

Uв = Ер + ДЕа-к + ДUэл + ДUшл + ДUшт + ДUтэ + ДUконт (52)

где Ер - напряжение разложения; ДЕа-к - электродная поляризация; ДUэл - падение напряжения в электролите; ДUшл - падение напряжения в шламе; ДUшт - падение напряжения в катодных штангах; ДUтэ - падение напряжения в теле электродов; ДUконт - падение напряжения в контактах.

а) Напряжение разложения Ер определяется по разности термодинамических потенциалов анода и катода:

(53)

б) Электродная поляризация ДЕа-к определяется как разность перенапряжений анодного и катодного процессов, которые при заданных значениях плотности тока и температуры могут быть приняты равными соответственно +0.02 В и -0.02 В, т.е.

ДЕа-к = ДЕа - ДЕк = 0.020 - (-0.020) = 0.040.

в) Падение напряжения в электролите ДUэл

Uэл = Rэл · I, (54)

где Rэл - сопротивление электролита, Ом;

I - сила тока через электролизер, А.

, (55)

где - удельная электропроводность электролита, См/см (56.85); л - расстояние между анодом и катодом, м;

л = (?мэр - дк - да)/2 = (0.102 - 0.004 - 0.0385)/2 = 0.02975;

S - сечение электролита, по которому протекает ток между анодом и катодом, м²:

S =

где - число межэлектродных промежутков.

, (56)

где Sк - рабочая поверхность катодов (матриц) м²:

(57)

Sк = 2 · 33 · 0.88 · 0.98 = 56.92.

I = 270 · 56.92 = 15368.

Uэл = 9.39 · 10-6 · 15368 = 0.14.

г) Падение напряжения в шламе ДUшл составляет 10-15% от падения напряжения в электролите [4] и равно, В:

ДUшл = 0.14 · 0.12 = 0.017.

д) Падение напряжения в контактах ДUконт составляет 15-17% [4] и равно:

ДUконт = (0,15 ч 0,17)·(Уза,к + ДUэл + ДUшл + ДUконт), (58)

По данным практики и литературным источникам [2, 6, 7, 8] Уза,к = 0.080 В. Тогда:

ДUконт 0.17 · (0.08 + 0.16 + 0.0017+ ДUконт),

ДUконт = = 0,053 В

е) Падение напряжения в теле электродов ДUтэл определяется электрическим сопротивлением, Ом, тела анода R.та и тела катода Rтк при температуре электролита

ДUтэл = Iшт · (R.та + Rтк) (59)

(60)

(61)

где: - удельное сопротивление при температуре 288 К, Ом·мм²/м, титана (0.435) и меди (0,0175);

бCu , бTi - температурный коэффициент удельного сопротивления, град-1 , меди (0.004) и титана (0.006)

КСu - коэффициент, учитывающий повышение электрического сопротивления черновой меди по сравнению с чистой медью (10);

hа , hк - высота, м, анода (0.960) и катода (матрицы - 0.980);

sа , sк - поперечное сечение, мм², анода (860·38.5) и катода (матрицы - 880·4);

= 0.0175·0.960·[1 + 0.004·(336 - 288)] ·10 / (860·38.5) = 6.05·10-6,

= 0,435·0,980·[1 + 0.006·(336 - 288)] / (880·4) = 1.56·10-4

ДUтэл = 466 · (6.05·10-6 + 1.56·10-4) = 0.075.

Электрический баланс ванны (таблица 3) показывает, что основная статья баланса напряжений - падение напряжений в электролите. Снижение этой величины является одной из задач для уменьшения удельного расхода электроэнергии при электрорафинировании меди.

Таблица 3

Электрический баланс электролизной ванны

Статьи баланса	Падение напряжения
	В	%
Электродная поляризация ДЕа-к	0.040	12.3
Падение напряжения в электролите ДUэл	0.140	43.1
Падение напряжения в шламе	0.017	5.2
Падение напряжения в контактах ДUконт	0.053	16.3
Падение напряжение в теле электродов	0.075	23.1
Итого:	0.325	100.0

Удельный расход электроэнергии постоянного тока Wуд, кВт·час/т:

(62)

где: 1.2 - коэффициент, учитывающий падение напряжения в подводящих шинах от подстанции до серии;

q - электрохимический эквивалент меди, г/(А·час)(1.186);

ВПТ - выход меди по току на катоде, % (96.8).

Wуд = 0.325 · 1000 · 1.2 / (1.186 · 0.968) = 339.7.

2.6 Тепловой баланс электролизной ванны

2.6.1 Статьи прихода тепла

а) Тепло, выделяемое при прохождении электрического тока Q1:

Q1 = 3.6 · I · (Uв - ДUконт), (63)

Q1 = 3.6 · 15368 · (0.325 - 0.053) = 15.60·103.

б) Тепло, поступающее с электролитом Q2 - рассчитывается по итогам составления баланса.

2.6.2 Статьи расхода тепла

в) Потери тепла на испарение воды с зеркала электролита Q3, [1]:

(64)

где: - количество воды испаряющейся за 1 час с 1 м2 поверхности электролита, кг:

,(65)

где: 45.6 - плотность потока испарения при температуре окружающего воздуха Тв (373 К) в сухой воздух (при Р1 = 0 и Р1 = Р2), кг/(м²·час) [1]

Кв - коэффициент, характеризующий условия отвода пара (0.70 - для медленно движущегося воздуха)

Р1 - давление насыщенного водяного пара в помещении при температуре электролита Тэл (336 К), Па (1.992 ·104) (табл. 4);

Таблица 4

Давление насыщенного водяного пара

Температура, К	293	303	313	323	333	343	353
Давление, Па/10^4	0.233	0.425	0.738	1.234	1.992	3.117	4.738

Значение Р1 для температуры электролита 336 К найдено методом интерполяции:

;

Р2 - давление насыщенного водяного пара в помещении при температуре окружающего воздуха Тв (293 К), Па (0.233 ·104) (табл. 5);

ц - относительная влажность в цехе, доли ед. (0.70).

Pа - атмосферное давление, Па (1.013 · 105);

;

- удельная теплота парообразования воды при Тэл (336 К), кДж/кг

Значение для температуры электролита 336 К найдено методом интерполяции (табл. 5).

Таблица 5

Удельная теплота парообразования воды

Температура, К	293	303	313	323	333	343	353
Удельная теплота, кДж/кг	2448.2	2425.6	2403.0	2380.0	2356.9	2333.0	2310.0

Fисп - свободная поверхность зеркала электролита, м² (2.209, стр. 38).

Q3 = 6.828 · 2349.7 · 2.209 = 35.44·103.

г) Потери тепла зеркалом электролита лучеиспусканием и конвекцией Q4:

(66)

где: Fт - теплоотдающая поверхность электролита, м² (2.209, стр. 38);

К - коэффициент теплопередачи, кДж/(м²·час·град)

(67)

где бл и бк - коэффициенты лучеиспускания и конвекции;

(68)

(69)

где Со - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, кДж/(м²·час) (20.75);

е - степень черноты излучающей поверхности, ед. (принимаем 0.96);

С2 - коэффициент, зависящий от расположения поверхности относительно поступающего тепла, кДж/(м²·ч) (9.009 - горизонтальная поверхность, тепло передается снизу; 4.735 - горизонтальная поверхность, тепло передается сверху; 7.123 - вертикальная поверхность);

;

Q4 = 47.97 · 2.209 · (336 - 293) = 4.56·103.

д) Потери тепла стенками и дном электролизера Q5 составляют в среднем 0.20 от величины Q3, т.е. Q5 = 0.20 · 35.44·103 = 7.09·103.

е) Потери тепла выступающими частями электродов Q6 составляют в среднем 0.18 от величины Q3 , т.е. Q6 = 0.18 · 35.44·103 = 6.38·103.

ж) Потери тепла с уходящим электролитом, Q7

, (70)

где - масса электролита, уходящего из ванны, кг; - удельная теплоемкость электролита, уходящего из ванны, кДж/(кг·град) (3.531); - температура электролита, уходящего из ванны, К (принята на 3 градуса меньше заданной температуры электролита, т.е. 333).

, (71)

= 1.05 · 1117 = 1172.9;

Q7 = 1172.9 · 3.531 · (333 - 273) = 248.49·103.

Суммарный расход тепла УQрас:

УQрас. = Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7, (72)

УQрас. = 35.44·103 + 4.56·103 + 7.09·103 + 6.38·103 + 248.49·103 = 301.96·103.

Тепло, поступающее с электролитом, Q2 , определяется из баланса тепла:

Q2 = УQрас. - Q1 = 301.96·103 - 15.60·103 = 286.36·103.

Температура поступающего электролита, T3 , К:

;(73)

 = 286.36·103 / (1.05 · 1117 · 3.531) = 69,

т.е. = 273 + 69 = 342 К, т.е. на 6 градусов больше заданной температуры электролита (336 К).

Повтор расчетов с , меньшей заданной температуры электролита на 4 градуса (332 К):

Q7 = 1172.9 · 3.531 · (332 - 273) = 244.35·103.

УQрас. = 35.44·103 + 4.56·103 + 7.09·103 + 6.38·103 + 244.35·103 = 297.82·103.

Q2 = УQрас. - Q1 = 297.82·103 - 15.60·103 = 282.22·103.

= 282.22·103 / (1.05 · 1117 · 3.531) = 68,

т.е. = 273 + 68 = 341 К, т.е. на 5 градусов больше заданной температуры электролита (336 К). Значение можно принять, т.к. заданная температура электролита (336 К) с точностью до 1 градуса является средней между (341 К) и (332 К). Поскольку > , электролит, уходящий из ванны, необходимо нагревать (табл. 6).

Таблица 6 - Тепловой баланс электролизера для рафинирования меди

Статьи прихода тепла	Q	Статьи расхода тепла	Q
	мДж/ч	%		мДж/ч	%
Тепло, выделяемое при прохождении электрического тока, Q1	15.60	5.2	Потери тепла на испарение воды с зеркала электролита, Q3	35.44	12.0
Тепло, приходящее с электролитом Q2	282.22	94.8	Потери тепла лучеиспусканием и конвекцией, Q4	4.56	1.5
			Потери тепла корпусом ванны, Q5	7.09	2.4
			Потери тепла выступающими частями электродов, Q6	6.38	2.1
			Тепло с уходящим электролитом, Q7	244.35	82.0
Итого:	297.82	100.0	Итого:	297.82	100.0

2.7 Выбор оборудования

Ванна (электролизер) - основной агрегат для электрорафинирования меди.

К конструкции ванн предъявляются ряд требований, основным из которых являются физическая прочность, способность противостоять гидростатическому давлению электролита, высокая коррозионная стойкость, и стойкость к термоударам, возможность компоновки ванн в серию.

На ряде предприятии в качестве материала электролизера используют ванны из монолитного или сборного железобетона, полимербетона, чаще всего из кислотоупорного, что позволяет несколько снизить затраты на их сооружение, и увеличить срок службы.

Предлагается использовать ванны из железобетона, такими ваннами в отечественной практике эксплуатируют в цехе электролиза меди на ЗАО "КМЭЗ".

Для удобства обзора и устранения неполадок при эксплуатации электролизеры монтируют на высоте 4,8 м от нулевой отметки.

Кроме основного оборудования каждая циркуляционная система оснащена емкостями для приготовления добавок ПАВ, дозирующими устройствами для раздачи ПАВ, зумпфами для сбора возможных проливов электролита и промывных вод.



Рисунок 10 - Схема циркуляции электролита

1 - электролизная ванна, 2 - серия ванн, 3 - распределительная труба, 4 - обратная труба, 5 - сборный бак, 6 - центробежный насос, 7 - теплообменник.

Циркуляционная система связана технологическими трубопроводами и замкнутый цикл (рис. 10), с которым электролит поступает в ванны. Подача электролита в ванны осуществляется через подающий карман у дна ванны, а слив - через верхний сливной лоток. Из них 28 серий по 24 ванны.

Промывка, сдирка катодов с матриц, их стопирование, взвешивание и обвязка пакетов производятся в автоматическом режиме на стрип-машине финской фирмы "WENMEC SYSTEMS OY". Подача анодов и вывоз из отделения электролиза меди катодов, анодных остатков и отходов производства осуществляют железнодорожным транспортом узкой колеи.

Необходимое количество ванн и их производительность. Производительность одного электролизера за сутки, кг:

m = q·ВТК·ф·Кмв·I·10-3, (74)

где q - электрохимический эквивалент меди, г/(А·ч) (1.186);

ф - длительность суток, час. (24);

Кмв - коэффициент машинного времени работы ванны (0.98);

I - токовая нагрузка электролизера, А:

I = Dк · Sк(75)

где Dк - катодная плотность тока, А/м² (270);

I = 270 · 56.918 = 15368.

m = 1.186 · 0.968 · 24 · 0.98 · 15368 · 10-3 = 415.82.

Расчетное количество ванн N', шт.:

N' = Q ·1000 / (m· Тк), (76)

где Q - производственная мощность участка, тонн катодов медных за год (100000); m -- производительность одного электролизера за сутки, кг (415.82); Тк - календарный фонд рабочего времени, суки, (365 для непрерывного производства).

N' = 100000 · 1000 / (415.82 · 365) = 659. (77)

Принимаем число ванн N равным 672 (по 24 ванны в серии, 28 серий). Производительность всех электролизеров в сутки, кг:

qсут = m · N, (78)

qсут = 415.82 · 672 = 279431.

3. Экономическая часть

3.1 Расчет стоимости производственных фондов

3.1.1 Производственная мощность объекта и ее использование

Производственная мощность цеха есть максимально возможный годовой выпуск продукции при наиболее полном использовании оборудования и рациональной организации труда. Производственная мощность М, т/год, проектируемого цеха определяется на основании предварительных технологических расчетов:

М = n · П · Тэф, (79)

где n - количество единиц основного оборудования (672 электролизера); П - часовая производительность единицы основного оборудования в натуральных единицах (0,0155 т); Тэф - годовой эффективный фонд времени работы основного оборудования, ч:

Тэф = Ткал - Тпр,(80)

где Ткал - режимный фонд времени, для непрерывного процесса равный 8760 ч · 672 = 5886720 ч); Тпр - время простоя на плановых ремонтах, час. Расчет времени простоя на плановых ремонтах с использованием нормативов представлен в таблице 7.

Таблица 7 - Время простоя на плановых ремонтах

Основное оборудование	Периодичность ремонтов	Виды и количество ремонтов в проектируемом году	Время простоя, ч
	Вид ремонта	Время, ч
Электролизер	ППР	10	ППР, 1 ремонт в году	10
Итого		10		10

Тэф = 5886720 - 672·10 = 5880000 ч.

М = 672 · 0.0155 ·* 5880000 = 61246 т/год.

Коэффициент использования производственной мощности объекта Км, который рассчитывается как отношение предусмотренного выпуска продукции (В) к полученной мощности цеха:

Км = В/М = 100000/612460 = 0,95.(81)

3.1.2 Расчёт потребного количества оборудования

Правильный выбор количества оборудования определяет его рациональное использование во времени. Этот фактор должен учитываться таким образом, чтобы исключить простои оборудования, т.е. нужно выбирать его по производительности. С этой целью определяют наряду с другими технико-экономическими показателями критерии, показывающие степень использования каждого электролизера в отдельности и всех вместе по разработанному технологическому процессу.

Для каждого электролизера в технологическом процессе должны быть подсчитаны коэффициент загрузки и коэффициент использования по основному времени.

Эффективный годовой фонд времени работы оборудования , час, рассчитывается по формуле:

, час.(82)

гдеD - число рабочих дней в году (247 дня); P - продолжительность смены (8 часов); d - режим работы; б - потери на ремонт оборудования (5-10%).

час.

Расчетное количество электролизеров равно 672 шт. Стоимость технологического оборудования вспомогательных служб, приходящихся на участок, рассчитывается, исходя из его необходимого количества и цен. Количество вспомогательного оборудования рассчитывается в долях от технологического. Транспортно-заготовительные расходы принимаются в среднем равными 5% от стоимости оборудования, затраты на его монтаж - 5-10% от цены приобретения.

Таблица 8 - Расчёт стоимости технологического оборудования

Наименование оборудования	Базовый вариант	Проектный вариант
	Кол-во	Сумма, руб.	Кол-во	Сумма, руб.
Электролизные ванны	672	7830000	672	7830000
Теплообменник трубчатый	8	1495356	8	1495356
Циркуляционные сборники электролита	16	2800520	16	2800520
Бак дегазационный	10	243572	10	243572
Бак ввода ПАВ	1	2223880	1	2223880
Бак для распаривания желатина	1	4672250	1	4672250
Дозатор ПАВ	4	3658129	4	3658129
Бак - мерник кислоты	2	113629	2	113629
Механизированная линия по обработке матриц и катодной меди фирмы "OUTOKUMPU"	1	10250000	1	10250000
Устройство укладки анодных остатков	1	1366001	1	1366001
Бак - сборник электролита	4	5464005	4	5464005
Бак циркуляционный	4	1366001	4	1366001
Насос центробежный	10	2500000	10	2500000
Насос погружной	6	1360500	6	1360500
Насос вакуумный	4	4780000	4	4780000
Итого		47322324		47322324

3.1.3 Расчет стоимости производственных площадей

Для определения стоимости участка производится расчет общей и производственной площади:

а) общая производственная площадь S, м², принимается равной 12636 м²;

б) вспомогательная площадь Sвсп, м², принимается в размере 2535% от производственной:

Sвсп = 12636 · 0.25 = 3159;

в) площадь конторских и бытовых помещений Sбыт, м², принимается в размере 2030% от производственной площади:

Sбыт = 12363 · 0.2 = 2527;

г) общая площадь Sобщ, м²:

Sобщ = 12363 + 3159 + 2527 = 18322

д) объем здания V, м³:

V = (12363 + 3159) ·15 + 2527·3 = 240411,

где 15 высота производственных и вспомогательных помещений, м; 3 высота бытовых помещений м;

е) стоимость производственных помещений, руб.:

12363·15·800 + 3159·15·450 + 2527·3·450 = 173090700,

где 800 - стоимость 1 м³ для производственных помещений, руб.; 450 - стоимость 1 м³ для вспомогательных и бытовых помещений, руб.

3.1.4 Полный расчет стоимости производственных фондов

Стоимость инструмента и приспособлений принимается в размере 10% от балансовой стоимости оборудования, производственно-хозяйственного инвентаря - 1% от стоимости здания и оборудования.

3.2 Определение численности основных производственных рабочих

К основным производственным рабочим относятся рабочие, которые участвуют в технологическом процессе по изготовлению основной продукции. Для определения численности основных рабочих необходимо установить, сколько в среднем часов в году работает один рабочий, то есть определить фонд эффективного времени. Составляется баланс рабочего времени.

Численность основных рабочих принимаем равной 83 - по штатному расписанию.

К вспомогательным рабочим относятся рабочие, занятые обслуживанием основного производства и способствующие труду основных рабочих.

Таблица 9 - Расчет стоимости производственных фондов

Группа основных производственных фондов	Балансовая стоимость, руб.	Норма- амортизации, %	Годовая сумма амортизационных отчислений, руб.
	Базовый	Проектный		Базовый	Проектный
1. Здание	39897900	39897900	2.8	493826760	493826760
2. Рабочие машины и оборудование	47322324	47322324	12.5	5915290	5915290
3. Инструменты и приспособления	4732232	4732232	20.0	591529	591529
4. Контрольно-измерительные приборы	1680	1680	8.5	134	134
5. Транспортные средства	4276737	4276737	16.5	705661,6	705661,6
6. Производственный и хозяйственный инвентарь	4066400	4066400	12.5	508300	508300
Итого	17697069373	17697069373		495632385	495632385

Таблица 10 - Подъёмно - транспортные средства

Модель	Кол-во	Балансовая стоимость всего оборудования
Кран электрический мостовой	2	1912816
Таль электрическая ТЭ 200-52Д-122	2	456320
Таль электрическая ТЭ 050-53Д	1	225001
Кран мостовой электрический однобалочный	2	984300
Вентилятор приточный	6	698300
Итого		4276737

Таблица 11 - Баланс рабочего времени одного рабочего

Состав рабочего времени	Дни	Часы
Календарные дни	365	-
Выходные дни	-	-
Праздничные дни	-	-
Предпраздничные часы	-	-
Количество рабочего времени:	365	8760
Невыходы на работу: а) очередные и дополнительные отпуска б) отпуска в связи с беременностью и родами в) выполнение гос. обязанностей г) по болезни	56 0.8 0.3 3.3
	60.4	1449.6
Потери внутри работы: а) сокращенный рабочий день б) перерывы на кормление	- -	14 94
		22
Эффективный фонд рабочего времени (часов): 8760-(1449+94)		7217

Их численность определяется по трудоемкости работ, по местам и нормам обслуживания:

- по рабочим местам определяется численность кладовщиков, транспортных рабочих контролеров и др. - по нормам обслуживания определяется численность дежурных слесарей, электромонтеров. Численность вспомогательных рабочих рассчитывается укрупнено по нормативам. Количество основных рабочих на проектируемом участке составляет до 200 человек, поэтому необходимо принять следующее количество вспомогательных рабочих:

Численность руководителей, специалистов и служащих определяется по штатному расписанию.

Все расчеты по численности работающих сведены в таблицу 14.

Таблица 12 - Расчет численности вспомогательных рабочих

Профессия	Расчетная единица	Норма обслужив.	Численность рабочих	Тарифный разряд
	Наименование.	Кол-во		Расчетное	Принятое
Наладчик оборудования	Кол-во обслужен. станков	18	10	1.8	2	3
Уборщик	Производ. площади	540	300	1.8	2	2
Транспортные рабочие	Основные рабочие	15	25	0.5	1	3
Кладовщики и раздатчики инструментов	Основные рабочие	15	20	0.75	1	3
Контролёр	Основные рабочие	15	25	1.67	2	5

Таблица 13 - Численность работающих на участке

Категория работающих	Численность
Основные рабочие	83
Вспомогательные рабочие	19
Служащие	14
Руководители	7
Итого	123

3.3 Расчет фонда заработной платы

Расчет фонда заработной платы должен соответствовать основным принципам организации заработной платы на предприятии, т.е. правильному соотношению величины зарплаты и результатов труда. Принимаем цеховой фонд заработной платы рабочих, служащих и руководителей равным 24241135.65 руб.

Таблица 14 - Смета расходов по содержанию и эксплуатации оборудования

№ п/п	Статьи	Сумма затрат, руб.
1	Содержание оборудования:
	- стоимость вспомогательных материалов	2851308.25
	- стоимость электроэнергии на технологию	66502533.83
	- стоимость сжатого воздуха	98564.14
	- стоимость воды технической	13972.09
	- стоимость воды оборотной	597807.02
	- зарплата основных рабочих	18993930.95
2	Амортизация оборудования	495632385.00
Итого	584690501.28

Таблица 15 - Смета цеховых расходов

№ п/п	Статьи	Сумма затрат, руб.
1	Содержание аппарата управления:
	- основная и вспомогательная зарплата служащих	1892437.18
2	Содержание зданий, сооружений:
	- стоимость пара	5998253.63
	- стоимость электроэнергии	356818.18
	- стоимость воды на хозяйственные нужды	59386.85
	- затраты на ремонт зданий, инвентаря	2053532.00
	- амортизация зданий, сооружений, инвентаря	11894220.00
3	Испытания, опыты, исследования	3380.00
4	Охрана труда	2600.00
5	Прочие расходы	318762.17
Итого	44521255.68

3.4 Расчет себестоимости изготовления катода

Себестоимость - это затрата на изготовление и реализацию продукции. Себестоимость катодов рассчитана на выпуск единицы продукции - 1 т катодов при стоимости анодной меди 35590 руб./т. и ее норме расхода 1.233. Отсюда:

а) затраты на основные материалы 3 м, руб.:

35590 · 1.233 = 43882.47;

б) транспортно-заготовительные расходы в размере 5% от 3 м:

43882.47 · 0.05 = 2194.12 руб.

в) основная заработная плата принята равной 224.86 руб.

г) дополнительная заработная плата принята равной 10% от основной

224.86 · 0.10 = 22.49 руб.

д) отчисления на социальное страхование в размере 26.7% от основной заработной платы:

224.86 · 0.267 = 60.03 руб.

е) расходы по содержанию и эксплуатации оборудования

31.26 · 339 / 100 = 105.97 руб.

ж) цеховые расходы приняты равными 507.97 руб.

з) общезаводские расходы

31.26 · 195 / 100 = 60.96 руб.

и) производственная себестоимость составляет 47058.87 рублей

к) внепроизводственные расходы приняты равными 95% от производственной себестоимости:

47058.87· 0.95 = 44705.93 руб.

л) полная себестоимость

47058.87 + 44705.93 = 91764.80 руб.

м) прибыль в размере 30% от полной себестоимости:

91764.80 · 0.30 = 27529.44 руб.

н) налог на добавленную стоимость в размере 18% от суммы полной себестоимости и прибыли:

(91764.80 + 27529.44) · 0.18 = 21472.96 руб.

Таблица 16 - Формирование цены на изготовление продукции

Статьи калькуляции	Затраты на единицу продукции, руб.	Затраты на весь объем, руб.
1. Основные материалы	43882,47	4388200000
2. Транспортно-заготовительные расходы	2194,12	219412000
3. Основная заработная плата	224,86	22486000
4. Дополнительная заработная плата	22,49	2249000
5. Отчисления на социальное страхование	60,03	6003000
6. Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования	105,97	10597000
7. Цеховые расходы	507,97	50797000
8. Общезаводские расходы	60,96	6096000
Производственная себестоимость	47058,87	4705887000
9. Внепроизводственные расходы	44705,93	4470593000
Полная себестоимость	91764,80	9176480000
10. Прибыль	27529,44	2752944000
11. Налог на добавленную стоимость	21472,96	2147296000
Цена	140767,20	14076720000

3.5 Расчет экономической эффективности и срока окупаемости проектируемого технологического процесса

Экономическая эффективность проектируемого технологического процесса:

Э = (Сб - Сп ) · N, (83)

где Сб и Сп - соответственно себестоимости единицы продукции по базовому варианту и по проекту, руб.; N - объём производства, т/год.

Э = (62354.42 - 61854.57) · 100000 = 49985000 руб.

Срок окупаемости технического мероприятия , год

, (84)

где к - дополнительные капиталовложения, руб.

Таблица 17 - Основные технико-экономические показатели проекта цеха электролиза меди

Наименование показателей	Значения
Наименование продукции	катод медный
1. Годовая программа, тн.	100000
2. Действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч.	5722,8
3. Себестоимость катода, руб.	61854,57
4. Годовой выпуск продукции по технологической себестоимости, руб.	6185457000
5. Средний коэффициент загрузки оборудования, %	95
6. Количество единиц производственного оборудования, шт.	672
7. Число основных рабочих, чел	83
8. Фонд заработной платы основных рабочих, руб.	4990604,4
9. Среднемесячная зарплата одного рабочего руб.	12995,53
10. Рост производительности труда, %	1
11. Экономический эффект, руб.	49985000
12. Срок окупаемости, год.	4,5

4. Безопасность и экологичность производства

4.1 Опасности, присутствующие при работе в цехе электролиза

В совокупности факторов, оказывающих влияние на здоровье обслуживающего персонала, цех электролиза меди относится к производству с вредными условиями труда.

Характерными источниками опасности в цехе являются:

- аэрозоли солей никеля, меди, серной кислоты;

- технологические сернокислые растворы с температурой нагрева 333-338 К;

- воздействие электрического тока;

- интенсивное передвижение грузов подъемно-транспортными устройствами.

Параметры микроклимата (допустимые значения рассматриваемых в совокупности температуры, влажности, скорости движения воздуха) приводят к профессиональным заболеваниям, функциональным расстройствам нервной системы, что непосредственно сказывается на производительности труда, снижение которой достигает 20-40%. Эти параметры являются наиболее важными из производственных факторов и требуют тщательного контроля и поддержания согласно ГОСТ 12.1.005-88 [10].

На предприятии для осуществления процесса электролиза используются различные электроустановки. Поражение электрическим током является одной из тяжелых травм на производстве, поэтому проблемам электробезопасности следует уделять повышенное внимание. Регламентируется электробезопасность ГОСТ 12.1.0300-81 [11].

В электролизном цехе имеет место большой грузопоток различных материалов с использованием грузозахватывающих приспособлений и подъемных устройств. Поэтому, работая в цехе, следует быть предельно внимательными к перемещающимся грузам.

Администрация цеха должна обеспечить постоянный контроль за соблюдением правил норм безопасности обслуживающего персонала.

Таблица 18 - Показатели условий труда в рабочей зоне

Наименование профессии	Электролизник
Категория тяжести работы	11 типа А
Параметры микроклимата	температура, 0С	18-20
	относительная влажность, %	40-60
Освещенность, факт/норм, лк	150/150
Наименование вредного вещества на рабочем месте	серная кислота
Концентрация вредного вещества, факт/норм, мг/м3	0,5/1,0
Наименование энергетического воздействия на среду	Повышенный уровень шума
Уровень энергетического воздействия	92 дБ 80 дБ
Площадь приходящаяся на одного работающего, факт/норма, м2	10/5.6
Степень риска
Примечание

4.1.1 Характеристика веществ, используемых при работе в цехе электролиза меди

При электролизе меди с поверхности электролита испаряется большое количество воды, поэтому воздух цеха всегда насыщен паром. В атмосфере цеха содержится туман, состоящий из мельчайших капель электролита (160 г/л H2SO4). Пары, содержащиеся в цехе, легко проникают в организм человека через дыхательные пути, поражая слизистую оболочку. При попадании на открытые участки тела серная кислота вызывает плохо заживаемые ожоги; при поражении глаз - грозит потерей зрения.

Кроме того, в воздухе присутствуют аэрозоли солей меди и никеля, которые, попадая через дыхательные пути в организм человека, вызывают нарушение функций почек и печени, а также расстройства нервной системы. Предельно допустимые концентрации (ПДК) аэрозолей в воздухе рабочей зоны составляют, мг/м³ [12]: солей никеля - 0,005; солей меди -1,0; серной кислоты -1,0. В помещениях, где проводятся работы с серной кислотой, всегда должны быть в наличии средства первой медицинской помощи: питьевая вода, вата, 2-3%-ный раствор соды. В целях профилактики все работающие в цехе обеспечиваются спецодеждой (куртка, брюки) из сукна или перхлорвиниловой ткани, кислотостойкими рукавицами, резиновой обувью, защитными очками или масками, респираторами типа "лепесток".

4.1.2 Электробезопасность

В технологическом процессе используется постоянный электрический ток силой 10-20 кА, являющийся источником опасности для обслуживающего персонала. В связи с этим компоновка серий, проходы между ними и технологическим оборудованием выполнены в соответствии с "Правилами технической эксплуатации электроустановок" (ПЭУ) и "Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок".

В соответствии с ПЭУ по опасности поражения электрическим током цех электрорафинирования меди относится к классу помещений с повышенной опасностью.

Особое внимание следует уделять заземлению и изоляции электрооборудования.

В цехе должны быть в наличии средства пожаротушения электрооборудования, изолирующие подставки, резиновые коврики.

4.1.3 Опасности, связанные с перемещением грузов

Вследствие большого грузопотока материалов в цехе, перемещаемых, главным образом, мостовыми кранами с помощью грузозахватных приспособлений (борон, цепей, тросов), обслуживающий персонал должен соблюдать правила работы с подъемно-транспортными устройствами, при эксплуатации которых необходимо уделять особое внимание их состоянию, так как в агрессивной среде из-за коррозии может наступить преждевременная потеря прочности и грузоподъемности.

Перемещение грузов с помощью грузоподъемных машин проводится в соответствии с "Правилами устройства и эксплуатации грузоподъемных машин".

4.2 Вентиляция

Вентиляция - это комплекс взаимосвязанных устройств и процессов, предназначенных для создания организованного воздухообмена. Вентиляция бывает естественной (через проемы и фонари зданий) и механической, включая местную вытяжную вентиляцию (бортовые отсосы) и общую приточную, вытяжную вентиляцию. С целью поддержания нормального атмосферного режима в цехе выполнена приточно-вытяжная вентиляция, обеспечивающая трехсменный обмен воздуха производственной зоны в течение часа.

4.3 Освещение помещений

Одним из важных факторов для создания благоприятных условий труда является рациональное освещение. В цехе электролиза предусматривается использование как естественного, так и искусственного освещения.

Естественный свет характеризуется большей степенью интенсивности и равномерности распределения. Естественное освещение может быть боковым, верхним, комбинированным. Процесс в цехе осуществляется непрерывно, поэтому одного естественного освещения недостаточно, необходимо использовать искусственное освещение по существующим нормам.

Для искусственного освещения выбирают лампы ДРЛ, что обусловлено комплексом достоинств: большая электрическая и световая мощность, сосредоточенная в ограниченном объеме. Их работа практически не зависит от температуры окружающей среды и положения лампы.

Количество светильников Nn, шт, необходимое для обеспечения нормальной освещенности электролизного цеха Е = 160 лк [13]:

Nn = Е · К · S · Z / (n · л · ), (85)

где: К - коэффициент запаса (1.1 -1.3); S - площадь пола, м² (12660); Z - поправочный коэффициент светильника (1.25); n - число ламп в светильнике, шт (2); л - световой поток, обеспечиваемый одной лампой, лм (21000), - коэффициент использования светового потока (0,52) [13].

Nn =150 · 1,1 · 12660 · 1,25 / (2 · 21000 · 0,52) = 120 шт.

Электрическая мощность осветительной установки W , кВт, составит:

W = Nn · Р = 120 · 0,5 = 60.0. (86)

Расстояние между светильниками L, м:

L = c · h, (87)

где c - коэффициент светотехнически воздействующего расположения светильников (1,3); h - расстояние от основного оборудования до светильника, м (5.0) . Тогда L = 1,3 · 5 = 6,5 м.

В цехе предусматривается устройство ремонтного освещения при проведении работ в затемненных местах. Напряжение в сети ремонтного освещения 12 В, мощность ламп накаливания до 100 Вт.

Также в цехе необходимо аварийное освещение:

- для эвакуации людей из помещения,

- для продолжения работы при аварийном отключении основного освещения, причем Еав = 0,1 · Ер = 0,1·150 = 15 лк.

4.4 Пожарная безопасность

По степени пожарной опасности производства медеэлектролитных цехов относят категории "Д". Для обеспечения пожарной безопасности цех должен быть снабжен необходимым количеством огнетушителей, противопожарным инвентарем согласно ГОСТ 12.1.004-85 Предусматриваем наличие эвакуационных выходов, которые должны всегда держаться свободными с целью обеспечения быстрой эвакуации людей в случае пожара.

4.5 Экологичность производства

Экология является базой охраны окружающей среды - области знаний, разрабатывающей комплекс мероприятий, направленных на предупреждение вредных воздействий на природу. Неблагоприятная экологическая обстановка в цехе сказывается не только на людях, но и на оборудовании, значительно (на 30-50%) сокращая срок службы основных производственных фондов.

Медеэлектролитные производства являются крупными потребителями таких природных ресурсов как вода и воздух. В процессе получения чистой катодной меди значителен расход воды, но этот факт не заслуживает особого внимания, так как достоинством производства является 100%-ный водооборот.

Проблема в данном случае заключается в предотвращении попадания загрязненных продуктов в атмосферу, землю, природный водооборот. За поддержанием показателей ПДК вредных веществ следит химическая лаборатория комбината.

4.6 Чрезвычайные ситуации

Чрезвычайная ситуация - неожиданная, внезапно возникшая обстановка, характеризующаяся резким нарушением установившегося процесса или явления и оказывающая значительное отрицательное влияние на жизнеспособность населения, функционирование экономики, социальную сферу и природную среду.

По причинам возникновения чрезвычайные ситуации подразделяют на стихийные бедствия, техногенные катастрофы, социально-политические катаклизмы.

В условиях медеэлектролитного производства наиболее вероятной чрезвычайной ситуацией является пожар, относящийся к техногенным катастрофам. При образовании обширных очагов пожара или при быстром распространении огня необходимо:

- отключить электроэнергию;

- начать тушение пожара собственными силами;

- оповестить о пожаре работающих;

- организовать эвакуацию работающих;

- вызвать пожарную охрану.

Заключение

На основании современного состояния технологии электролитического рафинирования меди на ЗАО "Кыштымский медеэлектролитный завод" для производства 100 тыс. тонн катодной меди в год необходимы 672 ванны (28 серий по 24 ванны в серии) размерами, м, 3.735 * 1.100 *1.260 и помещения общей площадью 18.3 тыс. м².

Товарная катодная медь соответствует марке М00К ГОСТ 859 (стандарт ИСО 197/1 - 1983).

Выполнение производственной программы обеспечивается 123 работающими, в т.ч. ИТР - 21 чел. Цеховой фонд заработной платы рабочих, служащих и руководителей равен 24.2 млн. руб.

Экономический эффект мероприятия - перехода на безосновную технологию производства катодов - составил 49.9 млн. руб. при сроке окупаемости 4.5 года.

Производство катодной меди является безопасным и экологически чистым.

Библиографический список

1. Набойченко С.С. Расчеты гидрометаллургических процессов / С.С. Набойченко, А.А. Юнь. - М.: Металлургия, 1995. - 428 с.

2. Вольхин А.И. Анодная и катодная медь / А.И. Вольхин, Е.И. Елисеев, В.П. Жуков и др.; под редакцией Смирнова Б.Н. - Челябинск: Полиграфическое объединение "Книга", 2001. - 431 с.

3. Набойченко С.С. Процессы и аппараты цветной металлургии: учебник для вузов / С.С. Набойченко, Н.Г. Агеев, А.П. Дорошкевич и др. - Екатеринбург: Изд. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. - 700 с.

4. Алкацев М.И. Электропроводность медных электролитов как функция состава и температуры / М.И. Алкацев, В.И. Карлов // Известия вузов. Цветная металлургия. - 1987. - №3 - С. 13-18.

5. Основы проектирования электрохимических производств: методические указания к курсовому и дипломному проектированию / сост. В.Н. Самойленко, А.В. Помосов. Ч. I. - Свердловск: Изд. УПИ, 1985. - 41 с.

6. Юрьев Б.П. Проектирование цехов электролитического рафинирования и получения тяжелых цветных металлов. Учебное пособие. - Л.: ЛТЦ, 1981. - 76 с.

8. Баймаков Ю.В. Электролиз в гидрометаллургии / Ю.В. Баймаков, А.И. Журин;. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1977. - 616 с.

9. Худяков И.Ф. Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов / И.Ф. Худяков, С.Э. Кляйн, Н.Г. Агеев - М.: Металлургия, 1993. - 432 с.

10. Лоскутов Ф.М. Расчеты по металлургии тяжелых цветных металлов / Ф.М. Лоскутов, А.А. Цейдлер - М.: Металлургия, 1963. - 542 с.

11. Гудима Н.В. Технологические расчеты в металлургии тяжелых цветных металлов / Н.В. Гудима, Ю.А. Карасев, Б.Б. Кистяковский и др. - М.: Металлургия, 1977. - 256 с.

12. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков - М.: Химия, 1981. - 552 с.

13. Система стандартов безопасности труда: [сборник]. - М.: Изд-во стандартов, 2002. - 102 с. - (Межгосударственные стандарты).

14. ГОСТ 12.1.030 - 81. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление. - Введ. 1981-01-01. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001. - IV, 27 с.

15. ГОСТ 21.1.007 - 2001. ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. - Введ. 2002-01-01. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001. - IV, 27 с.

16. СНиП Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение - М.: Стойиздат, 1995. - 57 с.

Размещено на Allbest.ru