Технологічний регламент і матеріальний баланс

Технологічний регламент – це основний технічний доку­мент, який визначає режими й порядок проведення кожної з операцій технологічного процесу виробництва конкретного продукту. Для кожного нового виробництва він розробляється науково-проектними організаціями галузі або підприємством безпосередньо чи за участю науково-проектних установ на основі патентів і ліцензій. До впровадження у виробництво проект технологічного регламенту розглядається на вченій раді наукового закладу або технічній раді підприємства, після чого затверджується особисто керівниками цих установ і підприємств та представниками екологічної експертизи. На виробництво продукції розробляються державні стандарти. Будь-які корисні зміни чинного технологічного регламенту ще до їх впро­вадження у виробництво треба затвердити в тих самих інстанціях.

Кожний технологічний регламент починається з титульного аркуша, де зазначено назву технологічного процесу, назву під­приємства, поставлено підпис керівника та печатку підпри­ємства, підписи й назви посадових осіб, відповідальних за розроблення технологічного процесу та експертні екологічні висновки.

За титульною сторінкою вміщують перелік розділів техно­логічного регламенту, зокрема:

1. Загальна характеристика виробництва.

2. Характеристика продукції, вихідної сировини й допоміжних матеріалів.

3. Рецептура та матеріально-енергетичні розрахунки.

4. Схема матеріальних потоків.

5. Опис операцій технологічного процесу.

6. Технологічна схема.

7. Норми робочого часу.

8. Можливі порушення процесу та способи їх усунення.

9. Характеристика відходів виробництва, їхні токсичні властивості.

10. Матеріальний баланс операцій та всього технологічного процесу.

11. Метрологічне забезпечення технологічного процесу, перелік контрольно-вимірювальних приладів і засобів автоматизації.

12. Охорона праці та санітарія.

13. Засоби для додержання екологічних норм виробництва.

14. Специфікація (перелік і характеристика) технологічного устаткування.

15. Специфікація контрольно-вимірювальних приладів і засобів автоматизації технологічного процесу.

16. Перелік обов’язкових інструкцій.

Економісту чи екологу починати вивчати конкретне вироб­ництво треба з вивчення технологічного регламенту, дані якого є основною базою для техніко-економічного й екологічного аналізу.

Як приклад, наведемо фрагменти технологічного регламенту вітчизняного виробництва найпростішого продукту – солі (Слов’янський солеварний завод на Донеччині).

У розділі «Характеристика продукту, його призначення й сировина» подано такі дані:

Продукти виробництва – хлорид натрію (NaCl). Товарна назва продукту – кухонна сіль «Екстра».

Призначення продукту – застосовується як смакова приправа в харчовій промисловості та побуті, а також як сировина в інших виробництвах, наприклад, у виробництві кальцинованої соди, медичних препаратів та ін.

Вимоги до якості продукту визначаються державним стандартом ГОСТ 13830–84 за такими параметрами:

Температура плавлення t = 800 °C.

Температура початку розтріскування за нагрівання t = 78 °C.

Фракційний склад часток – 0,18–0,2.

Густина кристалів – 2,16 г/см³.

Розчинність у воді за 20 °С – 317 г/літр (317 кг/м³).

Вихідна сировина – насичений розчин природної кам’яної солі (ропа).

Уміст складових розсолу:

Густина ропи ρ – 1 195 кг/м³.

У розділі «Стадії технологічного процесу» названо такі операції та характеристики проміжних напівпродуктів (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Схема технологічних стадій і матеріальних потоків виробництва кухонної солі

Стадія 1. Видобування сировини. Насичений розчин NaCl одержують вилужуванням [Вилужування – розчинення (техн.)] підземних природних покладів кам’яної солі та транспортують його по свердловинах на поверхню до виробничого цеху очищення.

Стадія 2. Очистка сирої ропи методом оброблення содою (Na₂CO₃) і вапняком (Сa (OH)₂), що спричинює зв’язування іонів Са₂+ та іонів Mg₂+, розчинених у ропі CaSO₄, MgSO₄ в карбонати й випадання їх в осад за реакціями:

CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + Na₂SO₄;

MgCl₂ + Ca(OH)₂ = Mg(OH)₂↓ + CaCl₂;

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓+ 2NaCl.

Очищена ропа містить:

NaCl – 300 г/л; Na₂CO₃ не більше 6 г/л; Na₂SO₄ – 5 г/л; NaOH – 0,1 г/л.

Усього – 311 грамів солей в одному літрі ропи.

Стадія 3. Концентрування (перенасичення) розчину NaCl методом вакуумного випаровування води.

У процесі випаровування води концентрація розсолу підви­щується до граничної межі, і надлишок солі випадає в осад.

Стадія 4. Відділення солі (NaCl), яка випала в осад, від її насиченого розчину (300 кг/м³) методом центрифугування.

Стадія 5. Сушіння кухонної солі.

Стадія 6. Розсівання (за фракціями зерен 0,18–0,2 мм).

Стадія 7. Видалення із солі механічних домішок (металевих часток, окалини).

Стадія 8. Фасування та затарювання солі на автоматах у поліетиленові пакети масою 200 г і 1 кг, паперові мішки – 20 кг.

У розділі «Специфікація та характеристика устаткування» описано будову, параметри устаткування та принципи режиму його функціонування.

Буріння свердловин на глибину 200–300 м (у пласт солі) здійснюють спеціальною буровою установкою. Над свердлови­ною споруджують систему трубопроводів, якими воду зака­чують до пласту солі. Вилужування NaCl із пласта солі відбу­вається протягом двох-трьох років, після чого за допомогою глибоконасосної установки ропу викачують на поверхню й трубопроводами подають до цеху очистки.

На стадії 2 застосовуються відцентрові насоси й реакційні ємності з механічними мішалками для розчинів. Після від­стоювання розчини відокремлюються від твердих домішок способом декантації.

На стадії 3 застосовуються вакуумно-випарювальні апарати (ВВА), з’єднані в батарею із двох чи трьох апаратів, принципову схему яких показано на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Схема батареї вакуумно-випарних апаратів у технології виробництва кухонної солі

ВВА – це сталеві, вертикально встановлені циліндричні ємності об’ємом близько 50 м³ з конічним днищем і трубчастим теплообмінником. Апарат заповнюється ропою вище від рівня теплообмінника. У міжтрубний простір першого апарата по­дається з котельні пара під тиском до 4 атм, конденсат якої повертається до котельні. Вторинна пара, утворена від випа­рювання ропи в першому апараті, переходить до міжтрубного простору теплообмінника другого апарата батареї, де конден­сується, завдяки чому над ропою першого ВВА постійно підтримується розрідження.

У свою чергу вторинна пара другого апарата використо­вується як теплоносій для упарювання ропи в третьому апараті батареї. З останнього ВВА пара надходить до барометричного конденсатора, звідки засолений конденсат надходить до кана­лізації. Отже, у наведеному процесі бачимо приклад раціональ­ного використання енергії первинної пари в замкнутому циклі вода – пара – конденсат (вода) – пара та тепла вторинної пари 1-го ВВА для випаровування ропи 2-го і 3-го ВВА. Під час випарювання води з ропи концентрація хлориду натрію (NaCl) підвищується до межі розчинності, надлишкова сіль криста­лізується й випадає в осад у нижній частині апарата. Періодично її випускають в апарат вилучення солі, звідки надлишкова ропа повертається знову на випарювання.

На стадію 4 сіль надходить як концентрована пульпа [Пульпа – суміш твердих часток із рідиною] спе­ціальним трубопроводом. На цій стадії на великих горизон­тальних центрифугах періодичної дії діаметром 1,2 м за частоти обертання 1 200 об./хв сіль відокремлюється від маточної рідини, що збагачується натомість сульфатами й карбонатами магнію та кальцію, які майже не випадають в осад. Цю рідину, як непридатну до подальшого випарювання, скидають в «озеро» за межами заводу.

Вивантажену з центрифуг вологу сіль (до 4 % Н₂О) стрічко­вий конвеєр подає на стадію 5, де вона висихає (за інтенсивного переміщування) у газовому потоці з температурою 120 °C, утво­реному від спалювання природного газу з 30-кратним надлиш­ком повітря, до залишкової вологості 0,3–0,4 %. Розсівання солі за фракціями здійснюється на барабанних ситах, а вилучення металевих часток і окалини – на магнітних сепараторах. Фасу­вання солі забезпечують об’ємно дозуючі автомати безперервної дії вітчизняного та фінського виробництва безпосередньо на конвеєрі. На схемі рис. 8.2 показано приклади матеріальних потоків на стадії очищення ропи.

Побіжний аналіз розглянутого технологічного процесу пере­конує, що навіть у такому простому виробництві, де готовий продукт лише вилучається з природних покладів, не обходиться без негативних екологічних наслідків.

По-перше, буріння багатьох свердловин призводить до пору­шення природної міграції ґрунтових вод, їх насичення солями ропи, що негативно впливає на рослинний світ регіону. По-друге, великі об’єми дефіцитної в цьому регіоні прісної води витрачаються на вилужування хлориду натрію, що водночас призводить до утворення підземних порожнин. Останні стають причиною просідання та обвалів верхніх шарів ґрунту на те­риторії міста. У місті є кілька соляних озер природного по­ходження, але є й такі, що утворилися на місцях перших соляних заводів. Великі площі довкола міст, через які протікала колись «солона річка», перенасичена сульфатами та хлоридами заводських відходів, сьогодні є справжньою мертвою пустелею. Але й це ще не все. Як правило, у регіоні соляних заводів за наявності поблизу покладів вапняку, як, наприклад, у Слов’ян­ську, будують потужні содові заводи, що використовують сіль як сировину за так званою аміачно-хлоридною технологією.

Вапняк добувають у кар’єрі на березі річки Сіверський Донець (руйнуючи прекрасний реліктовий пейзаж).

Опалюванням вапняку за t = 900 °C отримують діоксид вуглецю

СаСО₃ = СаО + СО₂, (1)

який пропускають (барботують) через концентрований водний розчин хлориду натрію, насиченого аміаком. При цьому послідовно в розчині відбуваються дві реакції:

утворення гідрокарбонату амонію:

NH₃ + CO₂ + H₂O = NH₄HCO₃ (2)

і утворення гідрокарбонату натрію та хлориду амонію:

NH₄HCO₃ + NaCl = NaHCO₃ + NH₄Cl. (3)

Гідрокарбонат натрію слабо розчиняється в холодній воді й випадає в осад, який відфільтровують і прожарюють, отри­муючи кальциновану соду:

2NaHCO₃ = Na2CO₃ ↓ + CO₂ + H₂O. (4)

Кальцинована сода Nа₂СО₃ не містить кристалізаційної води та є готовим товарним продуктом.

За наведеними стереометричними рівняннями (1–4) вико­наємо техніко-економічні й екологічні розрахунки: витрат речо­вини природного ресурсу (СаСО₃ і NаС1) і шкідливих для природи відходів (СаСl₂) на 1 т товарної продукції – кальци­нованої соди (Nа₂СО₃).

Нагадаємо, що теорія та практика таких розрахунків, адаптованих до вирішення поставленого завдання, викладалися в попередніх розділах посібника на базі програми вітчизняної середньої освіти.

Розрахунок почнемо з останнього рівняння (4), за яким отримуємо товарну продукцію – кальциновану соду (Nа₂СО₃). Позначення одиниць фізичних величин будемо використовувати за Міжнародною системою SI.

1. З рівняння 4 за співвідношення молярних мас гідрокар­бонату натрію та кальцинованої соди визначимо витрати маси (т) першої (вихідної) речовини (NаНСО₃) на одиницю маси (т) другої (продукту Nа₂СО₃):

2NаНСО₃ / Nа₂СО₃ = 168 / 106 = 1,58 т NаНСО₃.

Отже, на 1 тонну отриманого товарного продукту – кальци­нованої соди Nа₂СО₃, буде витрачено 1,58 т гідрокарбонату натрію NаНСО₃.

2. З рівняння 3 аналогічно за співвідношення молярних мас

NаСl / NаНСО₃ = 58 / 84 = 0,69.

визначимо витрати хлориду натрію на 1,58 тонни витраченого (за рівнянням 4) гідрокарбонату натрію NаНСО₃.

0,69 · 1,58 = 1,091 т NаС1.

Витрата маси гідрокарбонату амонію на одиницю маси (т) гідрокарбонату натрію за рівнянням (3) відповідно буде

NH₄НСО₃ / NаНСО₃ = 79/58 = 1,36 т NH₄НСО₃,

а на 1,58 тонни гідрокарбонату натрію витрати гідрокарбонату амонію NH4НСО3 становитимуть відповідно

1,36 · 1,58 = 2,15 т NH₄НСО₃.

3. З наведеного вище зрозуміло, що відношення молярної маси речовини А (чисельника) до молярної маси речовини В (у знаменнику) дорівнює витраті маси речовини А (у будь-яких вибраних нами одиницях: г, кг, т) на одиницю маси речовини В (у знаменнику). Отже, для визначення витрат маси будь-якої речовини А (чисельника) для отримання будь-якої маси речо­вини В (у знаменнику) за скороченою формулою достатньо результат відношення даних молярних мас (А, В) помножити на задану масу (г, кг, т) речовини В (знаменника). Наприклад, для визначення витрат діоксиду вуглецю на отримання 2,15 т гідрокарбонату амонію, за рівнянням 2, достатньо відношення їхніх молярних мас (СО₂/NН₄НСО₃) помножити на масу гідро­карбонату амонію (2,15 т). Звідки маса витраченого діоксиду вуглецю (т) за рівнянням 2 дорівнюватиме:

(48/79) · 2,15 = 1,3 т СO₂,

а витрати аміаку, відповідно, на 2,15 т гідрокарбонату амонію,

(17/79) · 2,15 = 0,46 т NН₃.

4. Витрати вапняку (СаСО₃) визначимо за рівнянням 1, ви­ходячи з витрати діоксиду вуглецю 1,3 л (рівняння 2):

(100/48) · 1,3 = 2,7 т СаСО₃.

Результати виконаних розрахунків витрачених вихідних матеріалів на 1 т кальцинованої соди такі:

Отже, на 1 тонну продукту Nа₂СО₃ витрачається 4,25 т сиро­вини. Цей показник свідчить про можливі мінімальні витрати (теоретичний вихід), що не враховує технологічні втрати сировини в реальних процесах чи, навпаки, її економії завдяки впровадженню інновацій НТП. Так, у наведеній технології виробництва кальцинованої соди діоксид вуглецю й витрачений аміак (реакція 2) знов повертаються у виробництво. Це досяга­ється нагріванням розчину (реакція 3), що залишився після відфільтровування гідрокарбонату, разом зі стехіометричною кількістю доданого гашеного вапна:

2NН₄Сl + Са(ОН)₂ = 2NН₃↑ + СаСl₂ ↓ + 2 Н₂O.

Як бачимо, технологія отримання кальцинованої соди перед­бачає раціональне використання сировини: СО₂ і NН₃ цирку­люють у замкненому виробничому циклі, але нерозчинений у воді дихлорид кальцію є багатотонним відходом. На 1 т соди відходи СаСl₂ становлять разом з NaCl понад 3 т.

Отже, і тут підтверджується теза: цілком безвідходних техно­логій практично не існує. У сучасному індустріальному вироб­ництві вони були б економічно збитковими.

Сьогодні біля содових заводів, як і в Слов’янську, утворилися величезні «білі моря» – відходи суспензії (СаCl₂, NaCl), обнесені земляними дамбами заввишки до 20 м. Щороку такий завод поглинає додатково 3–4 га нової земельної площі. В інших містах такі відходи скидають у вироблені шахти чи нафтові й газові свердловини, що становить небезпеку для навколишнього середовища, наслідки якої непередбачувані. Спроби знайти для таких відходів якесь промислове застосування не мали успіху.

Розглянутий конкретний виробничий комплекс (сіль –сода) у м. Слов’янську, у якому, крім цього, ще побудовано понад два десятки промислових підприємств, наочно ілюструє згубні наслідки індустріалізації економіки. Колись зелене курортне місто північного Донбасу, розміщене поблизу унікального за красою району Слобожанщини в басейні річки Сіверський Донець із гористими крейдяними берегами й реліктовими соснами, «української Швейцарії», чи не назавжди втратило колишні рекреаційні властивості. Можливо, що в майбутньому, коли економіка ноосфери замінить індустріальну, такі регіони почнуть відроджуватися до життя.

Теми рефератів

1. Правила складання технологічних карток у машино­будуванні.

2. Правила складання технологічних карток у м’ясопере­робній промисловості.

3. Правила складання технологічних карток у ресторанному господарстві.

4. Проблеми впровадження технічних інновацій в Україні.

5. Причини виникнення проблем впровадження технічних інновацій в Україні.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: