Аналитический обзор научной и патентной литературы с целью выбора эффективного способа производства

В этом разделе указываются современные промышленные способы производства данного продукта, рассмотренные в монографиях, в периодической и патентной литературе. Дается краткое описание каждого способа с обязательной ссылкой на литературный источник. Помимо этого, обязательно должны быть проанализированы пути развития рассматриваемого процесса, направления его усовершенствования.

Обзор литературы не должен быть формальной сводкой. Необходимо проанализировать опубликованные данные, показать свое отношение к ним, наметить возможные пути решения поставленных задач. Особое внимание при сравнении методов производства должно быть уделено простоте технологической схемы и применяемого оборудования, величинам расходных коэффициентов по основному и вспомогательному сырью и энергии, качеству получаемого продукта, использованию отходов производства, наличия систем автоматического контроля и регулирования и т.д. Целесообразно сопоставить рассматриваемые методы по приведенным затратам на единицу продукции, использовав при этом данные по аналогичному производству, полученные в период преддипломной практики.

На основании сравнительных оценок технологических и технико-экономических показателей рассмотренных способов производства производится выбор оптимального метода производства, отвечающего задачам, поставленным в задании на курсовое проектирование.

 

Обоснование необходимости производства данного вида продукции. Обоснование объёма производства и его типа. Обоснование и выбор географической точки строительства с точки зрения привязки технологии, сырьевых, энергетических и кадровых ресурсов, а также экологической нагрузки на окружающую природную среду

Важнейшим экономическим фактором, определяющим необходимость проектирования, тип и мощность данного производства, является потребность рынка в продукте заданного состава и качества. В связи с этим в пояснительной записке необходимо дать тщательный анализ существующих и перспективных потребностей в продукте, оценить существующие и перспективные масштабы производства с учетом потребности в продукте и на основе произведенной оценки подтвердить правильность выбранной мощности производства. Наряду с данными о производстве продукта в нашей стране желательно привести материалы о производстве этого продукта в других странах. Сопоставление указанных сведений позволяет более правильно подойти к выбору технологической схемы производства, единичной мощности агрегата и т.д.

С учетом полученных данных, и, в соответствии с принципами размещения химических производств обосновывается выбор места строительства предприятия с учетом необходимости производства данного вида продукции. Обосновывается тип проектируемого производства (единичное, серийное или массовое). Учитывается наличие квалифицированной рабочей силы, сырья, ресурсов для производства и т.д.

Сырье для принятого метода производства выбирается и обосновывается на основании технологических принципов, сформулированных в ранее прослушанных курсах. При выборе энергоресурсов следует помнить о необходимости их экономии и более широкому применению вторичных энергоресурсов, используя энерготехнологические системы и различные способы рекуперации тепла и других видов энергии.

При проектировании отдельной стадии (отделения) промышленного производства необходимо рассматривать все предприятие целиком, при этом понимая, что проектируемая стадия является его неразрывной частью.

Для оценки экологической нагрузки на окружающую среду от проектируемого производства приводятся характеристики промышленных выбросов, сбросов и отходов предприятия, указываются пути их использования или обезвреживания. При наличии выбросов, сбросов и отходов, которые по какой-либо причине не могут быть использованы, указываются объемы газовых выбросов, сточных вод и количество отходов, их примерный состав, предполагаемые меры по обезвреживанию сточных вод и уменьшению загрязнения атмосферы вредными промышленными выбросами газов, утилизации отходов.

 

Теоретическая часть

При проведении термодинамического анализа необходимо оценить влияние температуры, давления, концентрации реагентов и их соотношения на термодинамическое равновесие или на термодинамическую вероятность процессов, а также определить и обосновать наиболее целесообразные пути его сдвига в сторону продуктов реакции, а также термодинамическую возможность образования побочных продуктов. Для обратимых реакций следует рассчитать температуру инверсии.

При отсутствии в процессе химических реакции необходимо произвести статический анализ процесса с использованием фазовых диаграмм, предварительно задавшись технологическим критерием оптимальности, таким как, степень выделения, чистота продукции, количество растворителя и т..д.

При проведении кинетического анализа необходимо рассмотреть механизм процессов образования целевых и побочных продуктов, определить лимитирующую стадию процессов, и сделать выводы о влиянии температуры, давления, концентрации реагентов и их соотношения на скорость протекания процессов и на время пребывания реагентов в реакторе. При лимитировании процесса кинетикой, необходимо проанализировать кинетическое уравнение, а при лимитировании диффузионными ограничениями – определить влияние параметров, положительно сказывающиеся на скорости процесса. Сделать выводы о необходимости использования катализаторов и сформулировать требования к их селективности, а также рассмотреть их виды и т.д.

При обосновании оптимального технологического режима на основании термодинамического и кинетического анализов делаются общие выводы и даются рекомендации по изменению отдельных параметров с целью повышения выхода или улучшения качества продукта. Обосновывается оптимальный, с точки зрения теоретических закономерностей, температурный и концентрационный режим, а также связанная с этим конструкция основного технологического оборудования и режимы его работы.

 

Технологическая часть

При синтезе технологической схемы с учетом современных требований, на основании выполненных обоснований и теоретического анализа разрабатывается технологическая схема производства и дается ее описание. При этом указываются основные аппараты, в которых будет осуществляться процесс, дается их общая характеристика и сведения об условиях их работы. Технологическая схема в небольшом масштабе прилагается к расчетно-пояснительной записке. На схеме указываются номера аппаратов в направлении прохождения сырья и полупродуктов до получения готовой продукции. В целях упрощения технологической схемы разрешается изображать на ней лишь одну производственную нитку, связанную единым материальным потоком. Параллельно работающее оборудование указывается при описании технологической схемы и в спецификации оборудования. Если технологическая схема сложная, то по согласованию с руководителем проекта разрешается заменять ее принципиальной схемой производства и схемой материальных потоков. В этом случае для описания используют технологическую схему, изображенную на большом листе.

Размеры и количество аппаратов определяются материальными расчетами с использованием результатов кинетического анализа.

Материальный баланс должен рассчитываться на реальную часовую производительность с учетом состава сырья и особенностях протекающих процессов. Расчет материального баланса желательно производить в Excel. При расчетах необходимо обязательно производить анализ размерностей.

Степени конверсии сырья в целевые продукты выбираются студентом на основании литературных данных по составу выходящего потока, т.е. методом перебора по составу сырья и реакционной смеси. Сведения о практических выходах собираются студентом в период практики или принимаются по литературным данным.

Расчет материального баланса каждого аппарата или расчет отделения (цеха) в целом должен заканчиваться таблицей материального баланса и расчетом расходных коэффициентов по сырью на единицу продукции.

Расчет энергетического баланса с оценкой использования вторичных энергоресурсов производится по аппаратам или стадиям производства для определения расхода охлаждающей воды, топлива, греющего пара или температуры системы в конце процесса. Расчеты желательно производить в Excel. При расчетах необходимо обязательно производить анализ размерностей.

При отсутствии практических данных потери тепла в окружающую среду могут быть приняты в пределах 3-5% от прихода тепла Для тех аппаратов, в которых температура системы не влияет на протекание процесса или ее колебания невелики, тепловой баланс можно не составлять. Если в результате протекания химических реакций выделяется теплота или возникает избыточное давление, следует предусмотреть использование этих вторичных энергоресурсов.

Составленные тепловые балансы оформляются в виде таблиц.

При расчете размеров основного аппарата и выявлении резервов увеличения его производительности и интенсификации процесса следует учесть, что основной целью технологического расчета основных аппаратов – выбор их окончательной конструкции и определение основных характеристик. Для контактных аппаратов – это площадь поперечного сечения и высота слоя катализатора, для абсорбционных и ректификационных колонн – их диаметр и высота, для сушилок-грануляторов – диаметр и длина, для аппаратов, в которых процесс лимитируется теплопередачей, – это поверхность теплопередачи и т.д. При этом обязательно должны быть использованы результаты материальных и энергетических расчетов, данные о кинетическом времени пребывания реагентов, полученные при проведении теоретического анализа процесса, результаты математического моделирования химико-технологического процесса, протекающего в основном аппарате.

При технологическом расчете аппаратов параллельно решаются вопросы их обслуживания и контроля работы.

В настоящее время химические процессы очень часть протекают при высоких температурах и давлениях, поэтому для предупреждения аварий и взрывов наряду с технологическим расчетом аппаратов обязательно производится расчет их на прочность. В большинстве случаев аппараты высокого давления, затворы к ним и прочие элементы являются типовыми и подбираются по данным технологического расчета по соответствующим каталогам. Поэтому под расчетом аппарата на прочность понимают проверку толщины его стенки, толщины крышки (затвора) и прочности болтовых соединений в наиболее опасных местах. В аппаратах, работающих под избыточным наружным давлением, проверяется только толщина их стенок.

При размещении аппаратов вне помещения выборочно производится проверка аппарата на ветровую устойчивость. Обычно проверяется наиболее высокий аппарат с большим лобовым сопротивлением.

Если аппараты в соответствии с технологическим процессом работают при атмосферном давлении или давлении, близком к нему, например сушильные и промывные башни, наливные сосуды и другие, проверка толщины их стенки производится с учетом гидростатического давления и давления, которое может возникнуть за счет давления паров жидкости. Болтовые соединения таких аппаратов рассчитываются, исходя только из обеспечения необходимой герметичности. Для тех аппаратов, у которых необходимо уменьшить потери тепла в окружающую среду, рассчитывается толщина тепловой изоляции.

Все механические расчеты и расчеты тепловой изоляции в обязательном порядке сопровождаются эскизами.

Механические расчеты основных аппаратов могут следовать за технологическим расчетом каждого аппарата или могут быть вынесены в отдельный подраздел технологического расчета.

После проведения аппаратурных расчетов необходимо оценить имеющиеся у основного аппарата резервы производительности и возможные пути дальнейшей интенсификации процесса.

При рассмотрения перспектив развития производства в современных условиях, на основе проведенного технико-экономического обоснования производства указываются возможные пути дальнейшего улучшения технико-экономических показателей, возможные направления использования попутных продуктов реализуемых отходов производства.