Характеристика сырья и материалов,

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 9Следующая ⇒

Целевых и побочных продуктов

В данном разделе приводятся требования межгосударственных (ГОСТ), отраслевых (ОСТ) стандартов или технических условий (ТУ) на исходное сырье,  изготовляемое вещество или материал.

Показатели качества исходного сырья и материалов целесообразно привести в пояснительной записке в виде таблицы 1.

Если существует возможность получения данного продукта из различных видов сырья, то следует провести сравнительный технико-экономический анализ и предложить оптимальное решение.

Таблица 1 - Характеристика сырья и материалов

Необходимо указать также основные физические и химические константы веществ (молярная масса, температуры превращений, плотность, энтальпия и т.д.). Кроме того должно быть дано достаточно подробное кристаллохимическое описание исходных минералов и получаемых веществ.

3.2.3 Операционное описание технологического процесса

В данном разделе дается описание  технологической схемы производства, представленной в графической части бакалаврского или магистерского проекта на листе С6 - «Схема комбинированная общая».  При этом,  описание каждой стадии оформляется отдельным пунктом (подпунктом) с указанием позиции аппарата. После упоминания названия аппарата в круглых скобках указывается его позиция (номер, стоящий на схеме). Изображение оборудования на схеме должно быть выполнено согласно ГОСТ, указанному в Приложении 3 (табл. 3.1-3.11), нумерация материальных потоков согласно ГОСТ 14202-69 Приложение 7. Пример изображения схемы комбинированной общей приведен в Приложении 8.

Из описания должно быть ясно направление движения материальных потоков по аппаратам и последовательность операций получения готового продукта. Кроме того необходимо указать режим их работы (время выдержки, допустимый температурный интервал содержимого реактора или аппарата, наличие давления или вакуума, частота вращения мешалки и т.д.). На схеме должны найти отражение те новшества, которые предлагает выпускник.

Черновой вариант технологической схемы целесообразно разработать в период производственной практики и обсудить его с заводскими специалистами.

Расчетная часть

Данный раздел включает материальные и тепловые расчеты, расчет и подбор прогрессивного оборудования для выполнения различных операций (перемешивание, фильтрование, абсорбция, адсорбция, обжиг, сушка, измельчение, фасовка и т.д.), определение их количества, а также другие необходимые расчеты с целью подтверждения эффективности работы в заданных условиях.

Материальные расчеты

Материальные расчеты проводятся на основе закона сохранения вещества с целью определения необходимого количества сырья и вспомогательных материалов; количества циркулирующих в процессе веществ; образующихся стоков и выбросов. Они позволяют установить:

– расходные коэффициенты сырья на 1т готового продукта;

– количество сырья и материалов, загружаемых в аппарат;

– количество отходов, сточных вод и газовых выделений.

В результате указанных расчетов получают исходные данные, необходимые для расчета основного и вспомогательного оборудования, а также технико--экономических показателей.

Критерием правильности произведенных материальных расчетов является материальный баланс веществ или отдельных компонентов, участвующих в процессе и оформленный в таблице. Различают материальный баланс всего производства, отделения  и отдельного аппарата.

Основой для расчета баланса является уравнение химической реакции. Сначала необходимо определить часовую или суточную производительность отделения (цеха), при этом достоверно учитывать степень использования материалов и установить обоснованные величины потерь на разных стадиях производства (обычно их принимают по данным действующих предприятий). При непрерывном методе производства, как правило, составляется часовой материальный баланс, а при периодическом - суточный. В отдельных случаях основанием для материальных расчетов принимают 1 т используемого сырья или 1 т получаемой продукции. В расчетах конечная неувязка баланса допускается до 0,5 % (из-за округления чисел при расчетах). В качестве примера в табл. 2 и 3 представлен материальный баланс сжигания серного колчедана (основное вещество FeS₂) в производстве серной кислоты·и варки гипса (СаSО₄·2Н₂О) в производстве алебастра.

Таблица 2 – Материальный баланс сжигания 1 т колчедана

Таблица 3 - Материальный баланс варки гипса

Необходимо также привести расчетные данные о потребности в сырье и материалах в смену, сутки, месяц и год.

3.3.1.1 Методика составления материального баланса

Материальный баланс составляется отдельно на каждую стадию производства (далее на производство в целом).

Материальный баланс предыдущих стадий используются далее для составления материальных балансов последующих стадий.

Материальный баланс составляется на производство единицы целевого продукта (1 т твердого вещества; жидкости, 1 м³ газа и т.д.)

На практике обычно сначала составляют материальный баланс производства целевого продукта из 1 т основного сырья.

Далее пересчитывают баланс на производство 1 т целевого продукта.

Дано:  

– производительность по сырью (с примесями) – Х1= 1000кг;

– масса примесей основного сырья – Х_П1 = 5 %

– масса примесей вспомогательного сырья – Х_П2  = 79 %

Найти: выход целевого продукта (в кг и %);

Решение:

Записывают реакцию и уравнивают ее (суммы масс левой и правой частей должны быть равны).

Приход (расчет массы сырья в кг)

1.Масса основного сырья – серы (S) равна:

Х1(S) = Х1 ∙ (100 – Х_П1)/ 100 = 1000 кг ∙ (100 –5%) /100 % = 950 кг

2.Масса примесей основного сырья (техн. серы):

Х1(Пр) = Х1 – Х1(S) = 1000 кг – 950 кг = 50 кг

3.Масса кислорода Х2(O₂)  равна:

Х2(O₂)= Х1(S) ∙ 2 ∙ М_В(O₂ )/ М_В(S) = 950 кг ∙ 2∙ 16 г / 32 г = 950 кг

4.Масса вспомогательного сырья – воздуха (Х2) равна:

Х2 = Х2(O₂) ∙ 100 %/ (100 % – Х_П2) =

= 950 кг ∙ 100 % / (100 % – 79 %) = 4523,81 кг

5.Масса примесей воздуха (N₂, CO₂ и др. газы):

Х2(Пр) = Х2 – Х2(O₂) = 4523,81 кг – 950 кг = 3573,81 кг

6. Сумма масс реагирующих веществ (Х):

Х (Р)= Х1(S) + Х2(O₂)  = 950 кг + 950 кг =1900 кг 

7. Сумма масс примесей сырья (Х_П):

Х_П = Х_П1 + Х_П2   = 50 кг + 3573,81 кг = 3623,81 кг

8. Сумма масс сырья (Х):

Х = Х1 + Х2   = 1000 кг + 4523,81 кг =5523,81 кг

Приход (расчет массы сырья в процентах)

9. Процент основного сырья – техн. серы:

Х1% = Х1 ∙ 100 % / Х = 1000 кг ∙ 100% /5523,81 кг = 18,10 %

10. Процент серы (S):

Х1(S)% = Х1(S) ∙ 100 % / Х = 950 кг ∙ 100% /5523,81 кг = 17,20 %

11. Процент примесей в технической сере:

Х1(Пр) % = Х1(Пр) ∙ 100 % / Х = 50 кг ∙ 100% /5523,81 кг = 0,91 %

12. Процент вспомогательного сырья – воздуха:

Х2% = Х2 ∙ 100 % / Х = 4523,81 кг ∙ 100% /5523,81 кг = 81,90 %

13. Процент кислорода (O₂):

Х2(O₂)% = Х2(O₂) ∙ 100 % / Х = 950 кг ∙ 100% /5523,81 кг = 17,20 %

14. Процент примесей в воздухе:

Х2(Пр) % = Х2(Пр) ∙100 % / Х = 3573,81 кг ∙100% /5523,81 кг = 64,70%

15. Сумма масс сырья (Х%):

Х% = Х1% + Х2%   = 18,10 % +81,90 %= 1000 %

Расход (расчет массы продуктов в кг)

16.Масса чистого оксида серы (SO₂) равна:

Y(SO₂) = Х1(S) ∙ М_В(SO₂ ) / М_В(S) = 950 кг ∙ 64 г / 32 г = 1900 кг

17.Масса примесей продукта:

Y(Пр) = Х1(Пр) + Х1(Пр) = 50 кг + 3573,81 кг = 3623,81 кг

18.Масса продукта (печной газ):

Y = Y(SO₂) + Y(Пр) = 1900 кг +3623,81 кг = 5523,81 кг

Расход (расчет массы продуктов в процентах)

19. Процент продукта (печной газ):

Y % =Y ∙ 100 % / Y = 5423,81 кг∙100% /5523,81 кг =100%

20. Процент чистого оксида серы (SO₂):

Y(SO₂) % = Y(SO₂) ∙ 100 % / Y = 1900 кг ∙ 100% /5523,81 кг = 34,40%

21. Процент примесей в продукте (печной газ):

Y(Пр) % = Y(Пр) ∙ 100 % / Y = 3623,81 кг ∙ 100% /5523,81 кг = 65,60%

3.3.1.2  Расчет материального баланса в программе EXCEL

Материальный баланс отдельной стадии производства в EXCEL представлен ниже на примере получения печного газа в производстве серной кислоты и производства в целом

Пример  1.

Составить материальный баланс отделения сжигания серы производства серной кислоты   Н₂SО₄:

S + О₂ = S О₂

Производительность: S   (сырье) – 1000 кг

Содержание примесей: в техн. сере – 5 % (тв. примеси);

                                   в атмосферном воздухе – 79 % (N₂ и др. газы)

Отделение сжигания серы

3

Дано: Производительность по техн. сере  (сырье), кг

1000

4

Примеси:

в техн. сере (твердые примеси), %

5

5

в воздухе (N₂, СО₂ и др газы), %

79

6

Проверка уравнения

7

Мв (су мма)

32

32

64

0

8

Мв, г

32

32

64

0

9

Реакция

S +

O₂  

=

S O₂

Таблица 1 - Материальный баланс

C

D

E

F

G

H

I

11

Приход

Расход

12

Масса, кг

%

Масса, кг

13

Сырье

Вещество

примеси

Про-

Дукты

Продукты

Компо-

ненты

14

1000

18,1

1. Газ

печной

5524

15

950

17,2

в т.ч.SO₂

1900

16

примесь 1(тв)

50

0,9

примеси 1 (т)

3624

17

4524

81,9

примеси (2)

3574

18

950

17,2

19

примесь 2 (N₂ и др)

3574

64,7

20

5524

1900

3624

Cумма(кг)

5524

5524

21

100

Сумма(%)

Содержимое ячеек

№ ячейки

Приход, кг

Формула

1.C14

Исходная масса серы технической

Дано)

2. D15

Масса необходимой чистой серы

=С14*(100-J4)/100

3.E16

Масса примесей техн. серы

=С14-D15

4.D18

Масса О₂, реагирующего с серой

=D15*E7/D7

5.C17

Масса атмосферного воздуха

=D18*100/(100-J5)

6.E19

Масса примесей воздуха (N₂, СО₂)

=C17-D18

7.C20

Суммарная масса всего сырья

=CУММ(C14:C19)

8.D20

Масса реагирующих компонентов

=CУММ(D15:D19)

9.E20

Суммарная масса примесей

=CУММ(E16:E19)

Приход, %

10. F14

Процент технической серы

 (от массы всего сырья)

=С14*100/$C$20

11. F15

Процент S в техн. сере

=D15*$F$21/$C$20

12. F16

Процент примесей в техн. сере

=E16*100/$C$20

13. F17

Процент воздуха (от массы сырья)

=C17*100/$C$20

14. F18

Процент О₂ в воздухе

=D18*100/$C$20

15. F19

Процент примесей в воздухе

=E19*100/$C$20

F21

Сумма процентов компонентов (100%)

= (F14+F17)

Расход, кг

17.I15

Масса образовавшегося SO₂

=D15*G7/D7

18.I16

Масса примесей техн. серы

=E16

19.I17

Масса примесей воздуха

=E19

20.Н14

Масса печного газа

=I15+I16+I17

21.H20

Сумма продуктов

=CУММ(H14:H19)

22.I20

Сумма компонентов продуктов

=CУММ(I15:I20)

Расход, %

23. J14

Процент печного газа

=H14*100/Н20

24. J15

Процент SО₂ в печном газе

=I15*100/$Н$20

25. J16

Процент примесей (из техн. серы)

=I16*100/$Н$20

26. J17

Процент примесей (из воздуха)

=I17*100/$Н$20

J 21

Сумма процентов компонентов(100%)

= J1 4

1

В

С  

D

E

F

G

H

I

J

2

Производство серной кислоты

3

Дано: Производительность по техн. сере  (сырье), кг

1000

4

Примеси:

1-й компонент (сера техн.), %

5

5

2-й компонент (воздух), %

79

6

3-й компонент (воздух), %

2

7

Проверка уравнения

8

Мв (су мма)

32

48

18

98

0

9

Мв, г

32

32

18

98

16

10

Реакция

S +

1,5O₂ +

Н₂O

=

Н₂ S O₄

Таблица 2.10 - Материальный баланс производства Н₂ S O₄

C

E

F

G

H

I

11

Приход

Расход

12

Масса, кг

%

Масса, кг

%

13

Сырье

примеси

Про-

Дукты

Про-

дукты

Компо-

ненты

14

1000

12

1. СК

2970

35,7

15

11,4

в т.ч. Н₂SO₄

2909

34,9

16

примесь 1(тв)

50

0,6

примеси 1 (т)

50

0,6

17

6786

81,5

примеси 3 (ж)

11

0,1

18

17,1

2. Газы

5361

64,4

19

примесь 2 (N₂ и др)

5361

64,4

примеси 2 (г)

5361

64,4

20

545

6,5

21

6,4

22

11

0,1

23

8331

5422

Cумма(кг)

8331

8331

24

100

Сумма(%)

100

Теплота реакции,

DН^о(р), кДж

1

В

С  

D

E

F

G

H

I

J

2

B