Министерство  образования  и науки Российской Федерации 

Санкт-Петербургский  государственный инженерно-экономический  университет 

Факультет экономики и управления в химической промышленности и природопользовании

Кафедра экономики и менеджмента в  нефтегазохимическом комплексе 

Курсовая  работа по дисциплине

  “ ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ”

Выполнил:       Сарыев Э.М.                                                              .

                             _{(Фамилия  И.О.)} 

студент __IV___ курса __4 г.10 м._ специальности_080502________

группа ___681____ № зачетной книжки ________________

Подпись:_________________

Преподаватель: ______Дыбаль С.В.____________________________

                         (Фамилия И.О.)

Должность: _____кандидат экономических наук, профессор_________

Оценка: ______________ Дата ______________________

Подпись: _________________ 

Санкт-Петербург

2011

Индивидуальное  задание на проектирование

       Основные  технико-экономические характеристики

       технологического  оборудования

Вариант №6

       Планируемая производственная программа

Содержание

Введение 4

1. Технико-экономическая  характеристика рассматриваемой  продукции, ее  назначение и области  применения 5

2. Описание технологического  метода производства  серной кислоты. 9

3. Выбор и расчет  потребности в  основном технологическом  оборудовании для  выполнения программы 16

4. Расчет производственной  мощности производственных  участков (стадий) и  цеха в целом. 23

5. Производственная  структура цеха  и организационная  структура цеха 26

6. Организация работы  участка фасовки  и комплектации  готовой продукции  (ГП) 28

Заключение 35

Список  литературы 36 

Введение

     Организация производства – это процесс создания предприятия определенной правовой формы и формы собственности  для выпуска продукции, выполнения работ, оказания услуг и получения  дохода. Организация производства –  это оптимальное объединение  элементов производства (средств  труда, предметов труда, рабочей  силы) во времени и пространстве.

     Основной  задачей организации производства как науки является изучение закономерности форм и принципов создания и функционирования производственных систем, исследование оптимального сочетания элементов производственного процесса с учетом особенностей химической технологии и аппаратурного оформления химических производств.

     Любое предприятие представляет собой  органически целостную совокупность обусловленных элементов, взаимодействие которых создает возможность  эффективного воспроизводства в  зависимости от характера внутренних и внешних условий, реализации целей  данной системы. Процесс изучения структуры  и функций предприятия и представляет собой организацию производства.

     Целью данной курсовой работы является изучение принципов и правил организации  производства, а также проверка и  закрепление полученных в ходе изучения дисциплины знаний и приобретение практических навыков в вопросах организации и проектировании производственной системы промышленного предприятия, специализирующегося на производстве химической продукции.  

1. Технико-экономическая  характеристика рассматриваемой  продукции, ее  назначение и области  применения

     Серная  кислота (H₂SO₄) – сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота – тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. Она наиболее сильная и дешевая. Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не разрушает черные металлы, в то же время является одной из самых сильных кислот, в широком диапазоне температур (от 40…-20 до 260 336,5°С) находится в жидком состоянии.

     Серную  кислоту применяют:

     -в  производстве минеральных удобрений;

     -как  электролит в свинцовых аккумуляторах;

     -для  получения различных минеральных  кислот и солей;

     -в  производстве химических волокон,  красителей, дымообразующих веществ  и взрывчатых веществ;

     -в  нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной,  кожевенной и др. отраслях промышленности;

     -в  пищевой промышленности — зарегистрирована  в качестве пищевой добавки  E513(эмульгатор);

     -в  промышленном органическом синтезе  в реакциях:

• дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);

     гидратации (этанол из этилена);

• сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
• алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.

     Самый крупный потребитель серной кислоты  — производство минеральных удобрений. Поэтому сернокислотные заводы стремятся  строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

     Серная  кислота находит разнообразное  применение в нефтяной, металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, используется в качестве водоотталкивающего и осушающего средства, применяется  в процессах нейтрализации, травления  и т.д.

     В промышленности применяют два метода окисления SO₂ в производстве серной кислоты: контактный — с использованием твердых катализаторов (контактов), и нитрозный — с оксидами азота.

     Контактный  способ вытесняет нитрозный (башенный). Первой стадией сернокислотного  производства по любому методу является получение диоксида серы при сжигании сернистого сырья. После очистки  диоксида серы (особенно в контактном методе) ее окисляют до триоксида серы, который соединяют с водой  с получением серной кислоты. Окисление SO₂ в SO₃ в обычных условиях протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы.

     В настоящее время контактным методом  получают концентрированную серную кислоту, олеум и 100% серный ангидрид.

     Одновременно  с увеличением объема производства серной кислоты расширяется ассортимент  продукции сернокислотных заводов, организуется выпуск особо чистой кислоты, 100% SO₂, высококачественного олеума и кислоты, а также увеличивается производство новых продуктов на основе SO₂. Кроме олеума, концентрированной серной кислоты и аккумуляторной кислоты, отечественные заводы выпускают также более чистую контактную кислоту улучшенного качества (для производства искусственного волокна, титановых белил и др.), чистый олеум, химически чистую и реактивную серную кислоту.

     За  последние годы в процессе производства серной кислоты внесены существенные улучшения. Широко применяется обжиг  колчедана в кипящем слое и  сжигание серы в циклонной печи, значительно увеличивается использование  тепла, выделяющегося при обжиге сырья, и на других стадиях производства серной кислоты. Непрерывно повышается производительность башенных сернокислотных систем в результате поддержания  оптимального технологического режима, разработанного на основе исследований; интенсивность башенных систем достигает 250 кг/м3 в сутки. Освоен контактно-башенный процесс производства серной кислоты, при котором расход HNO3 составляет 6-7 кг на 1 тонну H₂SO₄.

     В контактном методе производства серной кислоты окисление диоксида серы в триоксид осуществляется на твердых  контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства, себестоимость более чистой и  высококонцентрированной контактной серной кислоты лишь незначительно  выше, чем башенной. В настоящее  время свыше 90% всей кислоты производится контактным способом.

     Основными источниками сырья являются сера и железный (серный) колчедан. Значительное место в сырьевом балансе занимают отходящие газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы.

Технологические свойства серной кислоты.

     В технике под серной кислотой понимают системы, состоящие из оксида серы (VI) и воды различного состава: nSO₃*mH₂O.

     При п = т — 1 это моногидрат серной кислоты (100% кислота), при т> п —водные растворы моногидрата, при m < n растворы оксида серы (VI) в моногидрате (олеум)

     Моногидрат  серной кислоты —бесцветная маслянистая  жидкость с температурой кристаллизации 10,37°С, температурой кипения 296,2°С и плотностью 1,85т/м³. С водой и оксидом серы (VI) он смешивается во всех отношениях, образуя гидраты состава H₂SO₄-H₂O; H₂SO₄-2H₂O; H₂SO₄-4H₂O и соединения с оксидом серы (VI) состава H₂SO₄-SO₃ и H₂SO₄-2SO3.

     Серная  кислота — довольно сильный окислитель, особенно при нагревании и в концентрированном  виде; окисляет HI и частично HBr до свободных  галогенов, углерод до CO₂, S — до SO₂, окисляет многие металлы (Cu, Hg и др.). При этом серная кислота восстанавливается до SO₂, а наиболее сильными восстановителями — до S и H₂S. Концентрированная H₂SO₄ частично восстанавливается H₂. Из-за чего не может применяться для его сушки. Разбавленная H₂SO₄ взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением. Окислительные свойства для разбавленной H₂SO₄ нехарактерны. Серная кислота образует два ряда солей: средние — сульфаты и кислые — гидросульфаты, а также эфиры. Известны пероксомоносерная (или кислота Каро) H₂SO₅ и пероксодисерная H₂S₂O₈ кислоты.

2. Описание  технологического  метода производства  серной кислоты.

     Исходным  веществом для производства серной кислоты является диоксид серы SO₂, который образуется в результате сжигания серы или другого серосодержащего сырья. Производство серной кислоты из серосодержащего сырья включает несколько химических процессов, в которых происходит изменение степени окисления сырья и промежуточных продуктов.

      В реальном производстве к этим химическим процессам добавляются процессы подготовки сырья, очистки печного газа и другие механические и физико-химические операции. В общем случае схема производства серной кислоты может быть выражена  в следующем виде:

Химическая  схема процесса

1. Сжигание  серы.

     При получении обжигового газа путем  сжигания серы отпадает необходимость  очистки от примесей. Стадия подготовки будет включать лишь осушку газа и  утилизацию кислоты. При сжигании серы протекает необратимая экзотермическая  реакция:

     S + O₂ = SO₂                          (1)

       с выделением очень большого  количества  теплоты: изменение  Н= -362,4 кДж/моль, или в пересчете  на единицу массы 362,4/32=11,325 кДж/т  = 11325 кДж/кг S.

     Расплавленная жидкая сера, подаваемая на сжигание, испаряется (кипит) при температуре 444,6 ºС; теплота  испарения составляет 288 кДж/кг. Как  видно из приведенных данных, теплоты  реакции горения серы вполне достаточно для испарения исходного сырья, поэтому взаимодействие серы и кислорода  происходит в газовой фазе (гомогенная реакция).

     Сжигание  серы в промышленности проводят следующим  образом. Серу предварительно расплавляют (для этого можно использовать водяной пар, полученный при утилизации теплоты основной реакции горения  серы). Так как температура плавления  серы сравнительно низка, то путем отстаивания  и последующей фильтрации от серы легко отделить механические примеси, не перешедшие в жидкую фазу, и получить исходное сырье достаточной степени  чистоты. Для сжигания расплавленной  серы используют два типа печей –  форсуночные и циклонные. В них необходимо предусмотреть распыление жидкой серы для ее быстрого испарения и обеспечения надежного контакта с воздухом во всех частях аппарата.

     Из  печи обжиговый газ поступает  в котел-утилизатор и далее в  последующие аппараты.

     Концентрация  диоксида серы в обжиговом газе зависит  от соотношения серы и воздуха, подаваемых на сжигание. Если воздух берут в  стехиометрическом количестве, т.е. на каждый моль серы 1 моль кислорода, то при полном сгорании серы концентрация будет равна объемной доле кислорода  в воздухе С_so2.max=21%. Однако обычно воздух берут в избытке, так как в противном случае в печи будет слишком высокая температура.

     При адиабатическом сжигании серы температура  обжига для реакционной смеси  стехиометрического состава составит ~ 1500°С. В практических условиях возможности повышения температуры в печи ограничены тем, что выше 1300ºС быстро разрушается футеровка печи и газоходов. Обычно при сжигании серы получают обжиговый газ, содержащий 13 – 14% SO₂.

2. Контактное окисление SO₂ в SO₃.

     Контактное  окисление диоксида серы является типичным примером гетерогенного окислительного экзотермического катализа.

     Это один из наиболее изученных каталитических синтезов. Реакция окисления диоксида серы

     SO₂ + 0,5 O₂ = SO₃               (2)

     характеризуется очень высоким значением энергии  активации и поэтому практическое ее осуществление возможно лишь в  присутствии катализатора. В промышленности основным катализатором окисления  SO₂ является катализатор на основе оксида ванадия V₂O₅ (ванадиевая контактная масса). Каталитическая активность в этой реакции проявляют и другие соединения, прежде всего платина. Однако, платиновые катализаторы чрезвычайно чувствительны даже к следам мышьяка, селена, хлора и других примесей и поэтому постепенно были вытеснены ванадиевым катализатором.

     Скорость  реакции повышается с ростом концентрации кислорода, поэтому процесс в  промышленности проводят при его  избытке.

     Так как реакция окисления SO₂ относится к типу экзотермических, температурный режим ее проведения должен приближаться к линии оптимальных температур. На выбор температурного режима дополнительно накладываются два ограничения, связанные со свойствами катализатора. Нижним температурным пределом является температура зажигания ванадиевых катализаторов, составляющая в зависимости от конкретного вида катализатора и состава газа 400 – 440*С. Верхний температурный предел составляет 600 – 650*С и определяется тем, что выше этих температур происходит перестройка структуры катализатора, и он теряет свою активность.

     В диапазоне 400 – 600ºС процесс стремятся  провести так, чтобы по мере увеличения степени превращения температура  уменьшалась.

     Чаще  всего в промышленности используют полочные контактные аппараты с наружным теплообменом. Схема теплообмена  предполагает максимальное использование  теплоты реакции для подогрева  исходного газа и одновременное  охлаждение газа между полками.

     Одна  из важнейших задач, стоящих перед сернокислотной промышленностью - увеличение степени превращения диоксида серы и снижение его выбросов в атмосферу. Эта задача может быть решена несколькими методами.

     Один  из наиболее рациональных методов решения  этой задачи, повсеместно применяемой  в сернокислотной промышленности, - метод двойного контактирования  и двойной абсорбции (ДКДА). Для  смещения равновесия вправо и увеличения выхода процесса, а также для увеличения скорости процесса  процесс проводят по этому методу. Его сущность состоит в том, что реакционную смесь,  в которой степень превращения SO₂ составляет 90 – 95%, охлаждают и направляют в промежуточный абсорбер для выделения SO₃. В оставшемся реакционном газе соотношение O₂:SO₂ существенно повышается, что приводит к смещению равновесия реакции вправо. Вновь нагретый реакционный газ снова подают в контактный аппарат, где на одном-двух слоях катализатора достигают 95% степени превращения оставшегося SO₂. Суммарная степень превращения SO₂ составляет в таком процессе 99,5% - 99,8 %.

3. Абсорбция триоксида серы.

     Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным способом является абсорбция триоксида серы из газовой  смеси и превращение его в  серную кислоту.

     nSO₃ + H₂O = H₂SO₄ + (n-1)SO₃+Q………(3)

     если  n>1, то получается олеум (раствор SO₃ в H₂SO₄)

     если  n=1 , то получается моногидрат (98,3% H₂SO₄)

     если  n<1, то получается разбавленная серная кислота

     При выборе абсорбента и условий проведения стадии абсорбции необходимо обеспечить почти 100%-ное извлечение SO₃ из газовой фазы. Для полного извлечения SO₃ необходимо, чтобы равновесное парциальное давление SO₂ над растворителем было ничтожно малым, так как при этом будет велика движущая сила процесса абсорбции. Однако, в качестве абсорбента нельзя использовать и такие растворы, над поверхностью которых велико равновесное парциальное давление паров воды. В этом случае еще не растворенные молекулы SO₃ будут реагировать с молекулами воды в газовой фазе с образованием паров серной кислоты и быстро конденсироваться в объеме с образованием мельчайших капель серной кислоты, диспергированных в инертной газовой среде – азоте, т.е. с образованием сернокислотного тумана:

      SO_3(г) + H₂O_(г)                H₂SO_4(г)                H₂SO_{4(туман)} ; Q>0

     Туман плохо улавливается в обычной  абсорбционной аппаратуре и в  основном уносится с отходящими газами в атмосферу, при этом загрязняется окружающая среда и возрастают потери серной кислоты.

     Высказанные соображения позволяют решить вопрос о выборе абсорбента. Оптимальным  абсорбентом является 98,3% -ная серная кислота (техническое название –  моногидрат), соответствующая азеотропному составу. Действительно, над этой кислотой практически нет ни паров воды, ни паров SO₃. Протекающий при этом процесс можно условно описать уравнением реакции:

     SO₃ + nH₂SO₄ + H₂O= (n+1) H₂SO₄

     Использование в качестве поглотителя менее  концентрированной серной кислоты  может привести  к образованию  сернокислотного тумана, а над 100%-ной  серной кислотой или олеумом в  паровой фазе довольно велико равновесное  парциальное давление SO₃, поэтому он будет абсорбироваться не полностью. Однако если в качестве одного из продуктов процесса необходимо получить олеум, можно совместить абсорбцию олеумом (1-й абсорбер) и абсорбцию 98,3%-ной кислотой (2-й абсорбер).

     В принципе, при высоких температурах, над 98,3%-ной кислотой, может быть значительным парциальное давление паров самой кислоты, что также  будет снижать степень абсорбции  SO₃. Ниже 100*С равновесное давление паров H₂SO₄ очень мало и поэтому может быть достигнута практически 100%-ная степень абсорбции.

     Таким образом, для обеспечения высокой  степени поглощения следует поддерживать в абсорбере концентрацию серной кислоты, близкую к 98,3%, а температуру  ниже 100ºС. Однако в процессе абсорбции  SO₃ происходит закрепление кислоты (повышение ее концентрации) и в силу экзотермичности реакции увеличивается температура. Для уменьшения тормозящего влияния этих явлений абсорбцию ведут так, чтобы концентрация H₂SO₄ при однократном прохождении абсорбера повышалась только  на 1-1,5%, закрепившуюся серную кислоту разбавляют в сборнике до концентрации 98,3%, охлаждают в наружном холодильнике и вновь подают на абсорбцию, обеспечивая высокую кратность циркуляции. 

Технические параметры серной кислоты

ГОСТ 2184-77

Массовая  доля серной кислоты (H2SO4), %, не менее 95,0-96,5

Массовая  доля железа (Fe), мг/кг 75

Массовая  доля меди (Cu), мг/кг 0,2

Массовая  доля хрома (Cr), мг/кг 0,7

Массовая  доля молибдена (Mb), мг/кг 0,1

Массовая  доля диоксида серы (SO2), мг/кг 20

Массовая  доля свободной серы (S), мг/кг 0,15

Массовая  доля органических веществ, у.е. оптическая плотность. 0,08

Упаковка

     Упаковывают в кварцевые или стеклянные емкости в зависимости от марки кислоты.

Транспортировка

     Транспортируют  в цистернах из кислотостойкой стали Ст3. Все люки цистерны после налива закрываются крышками на все болты с установкой фторопластовой прокладки или другого коррозиестойкого материала по отношению к кислоте.

Срок  хранения

     Один  месяц со дня изготовления. Хранится в емкостях из стали марки Ст3 или специальной стали, как не футерованных, так и футерованных кислотоупорным кирпичом или кислотоустойчивым материалом. 

Список  оборудования применяемого в данном проекте:

1. Печь для сжигания серы КС-200.
2. Промывная башня (брызгоулавливатель) марки ПБ.
3. Сушильная башня марки СБ .
4. Контактный аппарат марки К-39-4 (производительность 2,92 т /ч).
5. Абсорбер для кислоты технической марки АТ.
6. Абсорбер для кислоты реактивной АР.

3. Выбор и расчет  потребности в  основном технологическом  оборудовании для  выполнения программы

     Расчет  производственной мощности предприятия  является важнейшим этапом обоснования  производственной программы. На основе расчетов производственной мощности выявляются внутрипроизводственные резервы роста  производства, устанавливаются объемы выпуска продукции и определяется потребность в увеличении производственных мощностей за счет технического перевооружения, реконструкции и расширения действующих  и строительства новых мощностей.

     В общем виде производственную мощность можно определить как максимально  возможный выпуск продукции в  соответствующий период времени  при обозначенных условиях использования  оборудования и производственных ресурсов (площадей, энергии, сырья, живого труда). Ведущим фактором, влияющим на производственную мощность и определяющим ее название, является  оборудование, то есть средство изменения материальной составляющей производственного процесса.