Сутягин В.М., Бондалетов В.Г., Кукурин О.С. Принципы разработки малоотходных и безотходных технологий

Подождите немного. Документ загружается.

141

1.8. Выполнениерабочегопроекта

безотходногохимическогопроизводства

ПослерассмотренияТЭО министерствомиливедомством, плани-

рующимстроительствоБОП, иутверждениязаданиянапроектирование

начинаетсяразработкаПСД, вернее, первойстадиипроекта. Деловтом,

чтотолькосравнительнонесложныеинекрупныесооруженияразреша-

етсяпроектироватьводнустадию, т.е. выполнятьсразутакназывае-

мыйрабочийпроект, которыйможетбытьнепосредственноиспользо-

вандлястроительстваобъекта.

Большинствожепромышленныхобъектов, цехов, сооруженийпро-

ектируютвдвестадии:

готовыйпроект;

рабочаядокументация.

Кпроектуприлагаетсяпояснительнаязаписка, вкоторойприводят-

сявсетехнологическиерасчеты, полныйматериальныйбалансполуче-

нияготовойхимическойпродукцииипереработкиотходов, принципи-

альныетехнологическиесхемыповсемстадиямтехнологическогопро-

цесса, трубопроводов, атакжеместоустановкиипринципдействия

контрольно-измерительныхприборов.

Взапискедаетсяполноеиподробноеописаниеработытехнологи-

ческихсхем, атакжехарактеристикаосновныхрешенийпомеханиза-

циииавтоматизациитехнологическогопроцесса.

Впроектерассчитываетсяивыбираетсявсетехнологическоеобо-

рудование, приборы, средстваавтоматизацииимеханизации. Наосно-

ваниитехнологическихсхемиспецификацииподобранногооборудова-

ниявпроектепрорабатываютегорациональноеразмещениевцехе.

Вдальнейшем, настадииразработкирабочейдокументации, при-

нятыеипроработанныевпроектерешениябудутвоплощеныврабочие

чертежи, ивэтомвидеихпередаютнастройкудляпроизводствастрои-

тельныхимонтажныхработ.

Кактехнологические, такистроительныерешенияпроектаиллю-

стрируютсяграфическимиматериалами. Основнымичертежамиявля-

ются:

принципиальныесхемытехнологическихпроцессовимеханиза-

циипроизводства,совмещенныесрешениемпоихавтоматизации;

технологическаякомпоновкапоцехамсразмещениемосновного

оборудованияитранспортныхсредств;

схемыфункциональнойиорганизационнойструктуры;

принципиальныесхемыэлектроснабжения;

схемытрасстепловыхсетей;

142

принципиальныесхемыорганизациисвязиисигнализации;

планы, разрезыифасадызданийисооружений;

схемагенеральногопланаснанесеннымисуществующимипро-

ектируемымизданиямиисооружениямиит. д.

Помиморабочихчертежейрабочаядокументациясодержитсметы,

составляемыепорабочимчертежам, испецификациинаоборудование

сопроснымилистами, атакжесводныеведомостипотребностимате-

риалов.

Врабочейдокументациисодержитсядетальнаяразработка, доработ-

ка, конкретизация принципиальных технологических, архитектурно-

строительныхидругихрешений, принятыхвутвержденномпроекте. Сте-

пеньконкретизацииопределяетсятребованиемгосударственныхстандар-

товСПДС(системапроектнойдокументациидлястроительства).

В соответствии сэтимитребованиямидолжны разрабатываться

следующиерабочиечертежи:

чертежи, предназначенные для производства строительно-

монтажныхработ;

чертежи(планыиразрезы) установкитехнологическогоидруго-

гооборудованияисвязанныхснимкоммуникаций;

чертежисооруженийиустройств, связанныхсохранойокру-

жающейсреды, трудаитехникойбезопасности;

эскизныечертежиобщихвидовнетиповыхтехнологическихуст-

ройствиконструкций, атакженестандартногооборудованиявобъеме,

необходимомдляразработкиконструкторскойдокументации.

ВПСД«рабочемпроекте» практическивсятадокументация,

котораябылаперечисленавыше, прирассмотрении«проекта», должна

иметьсяивслучае«рабочегопроекта», т. к. онанеобходимадляпред-

ставленияэтогопроектанаэкспертизуиутверждение. Ноодновремен-

новэтомслучаеразрабатываютирабочуюдокументацию, котораясра-

зупослеутверждениярабочегопроектаможетбытьиспользованадля

строительстваобъекта.

Проектпроходитцелыйрядсогласованийвсамыхразличныхин-

станциях. Так, первоезаключениедолжнобытьполученоотнаучно-

исследовательскойорганизацииилипредприятия-автораисходныхдан-

ных, покоторымвеласьразработкатехнологическойчасти. Затемпро-

ектрассматриваетсягенеральнойподряднойстроительнойорганизаци-

ей, котораясогласовываетпроекторганизациистроительстваидаетза-

ключениепоконструктивным решениям проектируемыхсооружений

ипосводномусметномурасчету.

143

Принятыевпроектерешенияпозащитеокружающейсредыдолж-

ныбытьсогласованысорганами, ответственнымизапроведениеэколо-

гическойэкспертизыпроекта.

Поокончанииэкспертизыпроекта(рабочегопроекта) онутвержда-

етсяведомством, утвердившимзаданиенапроектирование.

Утвержденный проект является основанием для планирования

ифинансированиястроительстваобъекта, заказаосновногооборудова-

ния, разработкирабочейдокументацииит. д.

Заключение

В настоящеевремянастадиипроектированияи строительства

предприятийпринимаютмеры, восновекоторыхзаложенпринципне

борьбаспоследствиямизагрязнений, аликвидацияпричинэтогонебла-

гоприятногоявления.

Необходимоизменятьисовершенствоватьтехнологическиепро-

цессы стем, чтобы комплексноинаиболееполноперерабатыватьв

процессепроизводстваисходныематериалы, сокращатьтемсамымобъ-

емотходов, переводитьихвформы, наименеевредныедляокружаю-

щейсредыилилегкоподдающиесявторичнойпереработке, т. е. необ-

ходимосоздаватьмалоотходныеибезотходныетехнологическиепро-

цессы.

Безотходноепроизводствоэтотакаяформаорганизациитехноло-

гическогопроцесса, прикоторойотходыпроизводствасведеныкмини-

мумуилиполностьюперерабатываютсявовторичныематериальныере-

сурсы.

Методологияпроектированиябезотходныхпроизводстввключает

выполнениебольшогокругавопросов. Длявновьстроящихсяпредпри-

ятийорганизациябезотходныхтехнологическихпроцессовдолжнабыть

заложенанапоисковойипредпроектнойстадиях. Затемконкретизиро-

ванаприпроектированиииреализованавходестроительно-монтажных

работ.

Проектированиебезотходныхпроизводствосуществляетсявсоот-

ветствиис«Инструкциейосоставе, порядкеразработки, согласованияи

утвержденияпроектно-сметнойдокументациинастроительствопред-

приятий, зданийисооружений».

144

Глава2. РАЗРАБОТКАТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙСХЕМЫ БОП

2.1. Общиеположения

СозданиетехнологическойБОПилиМОПявляетсяоднимизваж-

нейшихэтаповприразработкеПСД. Приработенадсхемойтехнолог-

проектировщикдолженобеспечить:

эффективноеосуществлениетехнологическогопроцесса;

возможностьвыработкинеобходимогоассортиментапродуктов

нужногокачестваприминимальныхкапитальныхзатратах;

безусловноесоблюдениенорм содержаниявеществввоздухе

ивводныхбассейнах;

использованиевозможноболееэкономичных(сучетомсоблю-

дения предыдущих условий) технологических схем очистки газов

ижидкостей;

безопасностьинадежностьэксплуатации.

Любоехимическоепроизводство, включаяиБОП, − этосовокуп-

ностьпроцессовиопераций, осуществляемыхвмашинахиаппаратах

ипредназначенныхдляпереработкисырьяпутемхимическихпревра-

щенийвнеобходимыепродукты. Несмотрянамногообразиепродукции

химическихпредприятий, дляпроизводствавсегоассортиментадоста-

точносравнительнонебольшогочислатиповхимическихифизических

процессов:

химическиепроцессы− хлорирование, гидратация, сульфирова-

ние, полимеризацияидругие, осуществляемыевреакционныхаппара-

тахразличноготипа;

процессы массообмена− ректификация, перегонка, абсорбция,

проводимыепреимущественноваппаратахколонноготипа;

гидромеханическиепроцессы − отстаивание, центрифугирова-

ние, фильтрование, протекающиевразличныхотстойниках, центрифу-

гах, фильтрах;

процессы теплообмена− подогревиохлаждение, проводимые

втеплообменниках;

механическиепроцессы− измельчение, рассев, транспортирова-

ниежидких, газообразныхитвердыхматериаловипр.

Дляосуществленияэтихпроцессовпроектируютсятехнологиче-

скиеузлы. Технологическимузломназываютаппаратыилигруппыап-

паратовсобвязочнымитрубопроводамииарматурой, вкоторыхначи-

наетсяиполностью заканчиваетсяодинизфизических(химических)

процессов, необходимыхдляполученияцелевогопродукта.

145

Подарматуройследуетпониматьвсемеханизмыиустройства, пред-

назначенныедляполногоиличастичногоотключенияотдельныхучастков

трубопровода, предотвращенияобратноготокажидкостиилигаза, атакже

опасногоповышениядавления(вентили, задвижки, краныидр.).

Последовательноеизображениеилиописаниепроцессовисоответ-

ствующихимаппаратовназываетсятехнологическойсхемой.

Таким образом, технологическаясхемапредставляетсобойсово-

купностьрядатехнологическихузлов. Наиболеечастовстречаютсясле-

дующиетехнологическиеузлы: ректификационнаяколонна, насосы

икомпрессоры, трубчатаяпечь, теплообменник,реакторныйблокит. п.

Технологическаясхемаявляетсяглавнымдокументом, наоснова-

нии которого осуществляется дальнейшее проектирование. Схема

должнаполностьюотражатьБОП, т. е. включатьвсеегостадии, начи-

наяспоступлениясырьявцехикончаяупаковкойготовойпродукции.

Разработкатехнологическойсхемывключаетрядэтапов:

анализиобоснованиевыбранногометодапроизводства;

определениеперечня технологических операций, намеченных

креализациивпроцессе, исоставлениевариантовпринципиальныхтех-

нологическихсхем;

расчетматериальныхбалансовпроцессапостадиям;

расчетивыбортехнологическогооборудования;

проектированиеобвязки оборудованиятрубопроводамии вы-

черчиваниетехнологическойсхемы;

разработкасхемавтоматизацииБОП.

2.2. Выборметодапроизводства

Внастоящеевремязадачаанализаиобоснованиявыбранногоме-

тодапроизводстваоблегчаетсятем, чтометодпроизводстварекоменду-

ется технологическим регламентом или научно-исследовательскими

данными, заменяющимирегламент.

ВыбороптимальноговариантаБОП− ключеваяпроблематехнологии.

Технологическийпроцессдолженпредставлятьсобойстрогоопре-

деленную комбинациювариантов. Однакоихвыборнараннейстадии

работможетпривестикогромнымпотерям, еслисилыисследователь-

скогоколлективабудутнаправлены поневерномупути. Обычнодля

выборанаилучшеговариантапроводитсяэкспертнаяоценкагруппой

ведущихспециалистов, которыевсвоейработеруководствуютсяэко-

номическимиитехнологическимикритериями:

технико-экономическимипоказателямиметода;

возможностью обеспечениясырьем, организациидоставкипро-

дукта, сырьяивывозаготовойпродукции;

146

наличиемоборудованиядляпромышленнойреализацииметода;

обеспечениемзаданноймощностиикачествапродукции;

соблюдениемвопросовэкологии.

В случаеальтернативныхвариантовосуществленияБОП (жидко-

фазногоилигазофазного) можносуверенностьюсказать, чтобольшин-

ствоисследователей, которым порученаразработкаБОП и которые

имеютопытсозданияпроизводств, основанныхнажидкофазнойреак-

ции, выскажутсязаразработкужидкофазногопроцесса.

Еслижегазофазныйвариантимеетявноепреимущество, товэтом

случаеразработчикиокажутсяпередсложнойдилеммой. Ведьдляуспеш-

нойразработкипринципиальноновойдлянихтехнологиипотребуется

значительнобольшевремени, т.к. необходимоизучениетеориигазофаз-

ногопроцесса, поискконсультантов, стажировкаспециалистовит.п.

Сравнимметодыпрямойисернокислотнойгидратацииолефинов:

2 2 2 2 5

CH =CH +H O C H OH



(81)

Прямаягидратацияолефиновимеетрядпреимуществпередсерно-

кислотнымметодом:

исключениерасходаH

иминимальныепотребностивдру-

гихреагентах, кромеэтиленаиводяногопара;

одностадийностьпроцесса;

болеевысокийвыходспирта.

Длясравненияэтих двух методовнапримересинтезаэтанола

втабл. 6 приведенырасходныекоэффициенты(втна1 тС

ОН).

Таблица6

Расходныекоэффициентыреагентоввтна1 тС

ОН

Реагенты

Сернокислотная

гидратация

Прямая

гидратация

Этилен(100 % С

) 0,75 0,69

Сернаякислота(100 % H

) 1,15 −

Щелочь(100 % NaOH) 0,04 0,02

Фосфорнаякислота(H

) − 0,006

Недостаткамипрямойгидратацииявляютсячастаязаменакатали-

затораи использованиеболеедорогихконцентрированныхфракций

олефина. Поэтимпричинамвпромышленностисуществуетдваметода,

вРоссииспиртполучаютпрямойгидратацией, аизопропиловый− сер-

нокислотнымметодом.

147

2.3. СоставлениепринципиальнойтехнологическойсхемыБОП

Выбравметод производствапродукта, технолог-проектировщик

определяетпереченьиназначениетехнологическихстадий(операций)

иихпоследовательность. Результатыизображаютграфически:

отдельныестадиипроцессаобозначаютввидепрямоугольника

иликруга;

путиперемещенияматериалов− сплошнымилиниями.

Дляновыхсложныхпроизводствчастосоставляютблок-схему, на

которойпоказываютосновныетехнологическиестадии. Выявляюттех-

нологическиестадии, подлежащиеусовершенствованию. Послеэтого

последовательностьстадий(операций) производстваизображаютввиде

принципиальнойтехнологическойсхемы.

Вкачествепримеранарис. 36 показаныблок-схемаипринципи-

альнаятехнологическаясхемасинтезааммиака.

СинтезNH

включаеттристадии:

А: синтезNH

пореакции

2 2 3

3H +N 2NH



Б: ВыделениеNH

В: ВозвратнепрореагировавшихH

иN

вреактор(настадиюА).

Нарис. 36, бпоказананесколькосокращеннаятехнологическая

схемасинтезааммиака. СмесьH

иN

поступаетвреактор1 черезряд

аппаратов. Нагретаязасчеттеплотыэкзотермическойреакциипрореа-

гировавшаяреакционнаясмесьохлаждаетсявтрехтеплообменниках

2, 3 и4. Окончательноеохлаждениепроисходитввоздушномхоло-

дильнике4. Вохлажденномгазечастичноконденсируетсяаммиак, иего

отделяютваппарате5. ЖидкийNH

собираетсявсборнике6 какконеч-

ныйпродукт. Охлаждениедотемпературыокружающейсредынедоста-

точнодляполноговыделенияNH

, игазизсепаратора5 направляется

вконденсационную колонну8. В этой колоннегазохлаждаетсядо

–(2÷3) °С, такчтовнемостается3÷5 % NH

. Охлаждениеосуществля-

ютзасчетиспаренияжидкогоNH

виспарителе9. Испарительможет

бытьсовмещенконструктивносконденсационнойколонной8. Внейже

отделяютотгазаинаправляютвсборник6. Холодныйгаззатем

подогреваютвтеплообменнике3 ивозвращаютвколоннусинтеза1.

Обеспечиваютциркуляцию потокациркуляционным компрессором7.

Переднимвциркулирующийреакционныйгаздобавляютсвежуюазот-

водороднуюсмесь.

Нарис. 36, апунктиромвыделеныэлементыблок-схемы.

Натехнологическойсхемеобязательнопоказывают, откудаикакпо-

ступаетвцехсырье, вспомогательныематериалы, кудаикакимспособом

удаляетсяготоваяпродукция, сбросы, выбросыитвердыеотходы.

148

Рис. 36. Технологическаясхемасинтезааммиака:



блок-схема: А− синтезNH

; Б− выделениеNH

; В− компрессияирециркуляция;

бпринципиальнаятехнологическаясхемасинтезааммиака: 1 − реакторсинтезаNH

Натехнологическуюсхемунаносятоборудованиенетолькооснов-

ных, ноивспомогательныхопераций, такихкакдозировкаиподготовка

сырья, поглощениеилиочисткаотходящихгазовит. п.

Впроцессеразработкитехнологическойсхемыпроводятвыборти-

паоборудования, которыйуточняютприпоследующихрасчетахиком-

поновкеоборудования.

Автоматизациятехнологической схемы должнаобеспечитькон-

трольрегулированияпараметровпроцесса, сигнализациюопредельных

значенияхрегулируемыхпараметрови, вслучаенеобходимости, − бло-

кировкуиостановкуагрегатававтоматическихрежимах.

Технологическаясхемаснабжаетсяспецификациейоборудования,

вкоторомсодержатсяследующиеданные:

149

номераппаратанасхемеиегонаименование;

основнаяхарактеристикааппарата(объем, размерит. д.);

основнойматериалдляизготовленияданногоаппарата;

номерчертежааппарата.

Окончательнаятехнологическаясхемасоставляетсяпослеразра-

боткивсехразделовпроектаивычерчиваетсявсоответствиистребова-

ниямиЕСКД. Послеэтогосоставляетсяописаниетехнологическойсхе-

мы. Вначалеследуетуказать, какоесырьеподаетсявцех, каконопо-

ступает, гдеикакхранитсявцехе, какдозируетсяизагружаетсяваппа-

рат. Приописаниисобственнотехнологическихоперацийкраткосооб-

щаетсяоконструкцииаппарата, способеегозагрузкиивыгрузке, ука-

зываютсяхарактеристикипротекающегопроцессаиспособпроведения

(периодическийилинепрерывный), перечисляютсяосновныепарамет-

рыпроцесса, методыегоконтроляирегулирования, отходыипобочные

продукты испособы ихутилизации. В описаниисхемыдолжныбыть

перечисленывсемашиныиаппараты, изображенныеначертежахсхе-

мы, суказаниемприсвоенныхимпосхеменомеров.

2.4. ОбщиеспособыразработкиБОП

Главным направлением развитияисследованийвобластипроиз-

водствахимическойпродукциидолжнобытьсозданиеБОП.

Во-первых, БОПможетбытьсоздано, есливскрытыпринципиаль-

ныенедостаткитрадиционныхтехнологическихпроцессов. Покасуще-

ствующийтехнологическийпроцессиегоосновныерешенияприняты

вкачествеэталонных, томожнолишьсоздаватьусложненныеикапита-

лоемкиесистемы очисткипрежнихстоковивыбросов. Оптимальные

технологическиепроцессы отличаютсятем, что, всилусвоеобразия

принятыхрешений, внихнеобразуютсявыбросыисбросы.

Во-вторых, БОП, какправило, отвечаеттемжетребованиям, что

иоптимальныетехнологическиепроцессы. Действительно, такойпро-

цессдолжен отличатьсявысоким выходом продуктов, надежностью

истабильностью, такжеминимальнымизатратаминаочисткуотходов

производства. Принципиальноеотсутствиетоксичныхжидких, газооб-

разныхитвердыхотходов− критерийсовершенствалюбоготехнологи-

ческогопроцесса.

ТретьимусловиемсозданияБОПдолжнобытьопределениеоснов-

ныхпричин, противоречий, мешающихсозданию технологическисо-

вершенногопроцесса. Впроизводствекарбамида, например, этонесо-

вершенствоконструкцииреакторасинтезаипроцессгранулированияв

огромномобъемевоздуха. Впроизводствеполимеров− этосъемтепла.

150

Четвертоеусловие− критическоеотношениеккажущимсяпро-

стымилегкимрешениям. Посуществу, традиционнаяочисткагазов

источныхвод− простейшеерешение, онокажетсясамымдоступным

ирешающимвсепроблемы. Вдействительностииспользованиюочист-

кимешаетрешениеглобальнойзадачи− разработкатехнологического

процесса, вкоторомвыбросовнебудетилионибудутутилизированы.

Так, применениепростыхпустотелыхилинасадочныхабсорберовпо-

зволяетизбежатьмногочисленныхтрудностей, связанныхснарушени-

ем противотока, неизбежным использованием огромныхплотностей

орошенияизначительным уменьшением полноты очисткигазовпри

одновременномувеличенииэнергетическихзатрат.

Пятоеусловиезаключаетсявпоискесвязеймеждуразличнымиуз-

ламитехнологическогопроцесса, установлениикосвенныхвоздействий

наотдаленныеучасткитехнологическогопроцесса. Например, степень

очисткиСО

передподачейеговреакторсинтезакарбамидавитогеоп-

ределяетпотериаммиакаприабсорбцииегоизотходящихгазовкон-

денсации.

Шестоеправило: найдяудачноерешение, следуетоценитьего

комплексноевоздействиенапоследующиеузлы. Так, например, пред-

варительнаятермическаяобработкашихтыпередкоксованиемнетоль-

коулучшаеткачествококсаиповышаетпроизводительностькоксовых

печей, ноиодновременноуменьшаетвнесколькоразобъемтоксичных

сточныхвод.

Анализтехнологическойсхемыиопределениерешений, приводя-

щихксозданию БОП, могутбытьпроведеныспомощью следующего

плана-графика(см. рис. 37):

При реконструкциии усовершенствованиидействующихпроиз-

водствсхемаанализааналогична, ноболеежесткиеограничениявоз-

можностиизмененияпроцессатребуютдополнительногоисследования

направлениймодернизации(см. рис. 38).

СозданиеБОПявляетсякомплекснойпроблемой, какужеотмеча-

лосьвыше, иопределениеэкономическойцелесообразностиподобных

процессоввзаментрадиционнойтехнологииотличаетсяотобычныхме-

тодовоценкиэкономичноститехническихрешений.