Н _а^с - теплота сгорания одного грамм- атома элемента, кДж;

Н^с - теплота сгорания соединения, кДж/моль.

Н _а^с = 395,45 · 14 + 143,26 · 9 = 6825,64 кДж

Теплота сгорания жидких органических соединений определяются по формуле Кароша:

Н _с = - 109,15 n + Уж, (9.10)

где n - число перемещающихся электронов; n = С · 4 + С · 3 + С · 2 + С · 1 + Н · 1;

С - число атомов углерода, у которых при данной реакции перемещаются в сторону гетероатома соответственно 4, 3, 2, 1 электрон;

Н - число атомов водорода, у которых перемещается электрон;

- тепловая поправка, соответствующая данному заместителю;

ж - число одноименных заместителей.

n = 4 · 11 + 3 · 1 + 22 + 8 · 1 = 59

Числовые значения тепловых поправок взяты из [ 38 ].

Поправки:

Аr - ОН -14,6 кДж/моль

Аr - NН₂ - 27,2 кДж/моль

Аr - СО - Аr 27,2 (2) кДж/моль

Аr - N = -14,6 кДж/моль

Н _с = - 109,15 · 59 + (14,6 + 27,2 + 27,2 · 2 - 14,6) = -6358,25 кДж

Н ^о = -6825,64 + 6358,25 = -467,39 кДж

Определение теплоты образования иминооксиантрахинона (С₁₄Н₇NО₃):

Н _а^с = 395,45 · 14 + 143,26 · 7 = 6539,12 кДж

n = 4 · 11 + 3 · 0 + 2 · 3 + 7 · 1 = 57

Поправки:

Аr = NН 27,2 кДж/моль

Аr - СО - Аr 27,2 (2) кДж/моль

Н _с = - 109,15 · 57 + (27,2 · 4) = - 6112,75 кДж

Н ^о = - 6539,12 + 6112,75 = - 426,37 кДж

Определение теплоты образования лейко-1,4-диаминоантрахинона (С₁₄Н₁₂N₂О₂):

Н _а^с = 395,45 · 14 + 143,26 · 12 = 7255,42 кДж

n = 4 · 12 + 3 · 2 + 2 · 0 + 10 · 1 = 64

Поправки:

Аr - ОН 14,6 (2) кДж/моль

Аr - NН₂ 27,2 (2) кДж/моль

Аr - N = -14,6 (2) кДж/моль

Н _с = - 109,15 · 64 + (27,2 · 2 + 14,6 · 2 - 14,6 · 2) = - 6930,4 кДж

Н ^о = -7255,42 + 6930,4 = - 324,22 кДж

Определение теплоты образования остальных веществ:

МnО₂: Н ^о = -124,5 · 4,19 = -521,655 кДж

Н₂SО₄: Н ^о = -193,94 · 4,19 = -812,4829 кДж

МnSО₄: Н ^о = -254,24 · 4,19 = -1065,2656 кДж

(NН₄)SО₄: Н ^о = -281,86 · 4,19 = -1180,9934 кДж

Н₂О₂: Н ^о = -68,3174 · 4,19 = -286,2499 кДж

NаНSО₃: Н ^о = -229,3 · 4,19 = -960,767 кДж

NаНSО₄: Н ^о = -276,8 · 4,19 = -1159,792 кДж

Nа₂SО₄: Н ^о = -330,9 · 4,19 = -1386,471 кДж

SО₂: Н ^о = -70,96 · 4,19 = -297,3224 кДж

Н_р = (-467,39 - 426,37 -1065,2656 · 3 - 1180,9934 - 286,2499 · 4) - (-325,02 · 2 - 521,655· · 3 - 812,4829 · 4) = -950,6132 кДж

Q₃ = (1000 · (-950,6132) · 445,81 · 0,15 · 0,905) / 240 = -239707,8425 кДж

Определение Q₄ - количества тепла, уносимое из аппарата с продуктами реакции:

Q₄ = У G_і С_і (Т -Т₀) = G₁ С₁ (Т -Т₀) + G₂ С₂ (Т -Т₀) + … + G_і С_і (Т -Т₀), (9.11)

где G - масса вещества, кг. Ее берут по данным материального баланса. Для периодических процессов - это масса вещества в расчете на одну операцию;

С - удельная теплоемкость вещества, кДж/(кг·К);

Т - температура вещества, К. Задается технологическим регламентом;

Т₀ = 273 К.

Вес продуктов, полученных после стадии окисления первой порцией пиролюзита сведен в табл. 9.3.

Таблица 9.3 -Вес продуктов, полученных после стадии окисления первой порцией пиролюзита

Продукты	Вес продуктов
	С 1 т готового продукта, кг	С одной операции, кг	%
1-амино-4-оксиантрахинон	896,2906	333,2883	7,12
иминооксиантрахинон	180,8135	40,4626	0,86
Серная кислота	6853,554	2548,5144	54,48
Сульфат магния	952,536	354,2033	7,57
Сульфат аммония	277,5601	103,2115	2,12
Смачиватель НБ	10,6695	3,9675	0,08
Масло растительное	17,085	6,3531	0,14
Примеси органические	111,8236	41,5819	0,89
Примеси неорганические	113,1974	42,0928	0,90
Итого	12291,306	4570,559

1-амино-4-оксиантрахинон: 1005,1041 - 108,8135 = 896,2906 кг

Удельные теплоемкости веществ определяются по формуле (9.6).

1-амино-4-оксиантрахинон:

С_Т=273К = (11,7 · 14 + 25,1 · 3 + 18 · 9 + 33,5) / 239 = 1,8184 кДж/(кг·К)

С = 2,00024 кДж/(кг·К)

Иминооксиантрахинон:

С_Т=273К = (11,7 · 14 + 25,1 · 3 + 18 · 7 + 33,5) / 237 = 1,6819 кДж/(кг·К)

С = 1,85009 кДж/(кг·К)

Пиролюзит :

С_Т=273К = (33,5 + 25,1 · 2) / 239 = 0,9621 кДж/(кг·К)

С = 1,05831 кДж/(кг·К)

Серная кислота:

С_Т=273К = 1,404 кДж/(кг·К)

С = 1,5444 кДж/(кг·К)

Сульфат аммония:

С_Т=273К = (33,5 · 2 + 18 · 8 + 25,1 · 4 + 31) / 132 = 2,5939 кДж/(кг·К)

С = 2,85329 кДж/(кг·К)

Сульфат магния

С_Т=273К = (33,5 + 25,1 · 1 + 31) / 151 = 1,09 кДж/(кг·К)

С = 1,199 кДж/(кг·К)

Бисульфит натрия:

С_Т=273К = 1,6004 кДж/(кг·К)

С = 1,76 кДж/(кг·К)

Смачиватель НБ, растительное масло и органические примеси:

С = 1,7 кДж/(кг·К)

Вода: С_Т=273К = 4,185 кДж/(кг·К)

С = 4,6035 кДж/(кг·К)

Определение теплоемкости раствора:

С = 2,00024 · 0,0712 + 1,85009 · 0,0086+ 1,05831· 0,0013 + 1,5444 · 0,5448 + 1,199 · 0,0757 + 2,85329 · 0,0221 + 1,7 · 0,0008 + 1,7 · 0,0014 + 1,76 · 0,009 + 4,6035 · 0,2562 = 2,369 кДж/(кг·К)

Q₄ = (4570,559 ·1,5067 · 0,85 + 4687,2186 · 2,369 · 0,15) · (348 -273) =563921,343 кДж

Расчет тепла, расходуемого на нагревание отдельных частей аппарата Q₅

Тепло, расходуемого на нагревание аппарата:

Q₅^а = G_а · С_а (Т_к - Т_н), (9.12)

G_а - масса аппарата, кг. G_а = 5205 кг;

С_а - удельная теплоемкость стали, кДж/ (кг· К). С_а = 0,5 кДж/(кг·К);

Т_к - конечная температура в аппарате, К;

Т_н - начальная температура в аппарате, К.

Q₅^а = 5205 · 0,5 (348 - 293)= 143137,5 кДж

Тепло, расходуемого на нагревание изоляци:

Q₅^из = G_из · С_из (Т_к'- Т_н'), (9.13)

где G_из - масса изоляции, кг;

С_из - удельная теплоемкость изоляции, кДж/ (кг· К). Для асбеста С_из = 0,84 кДж/ (кг· К).

Т_к' - средняя конечная температура изоляции, К;

Т_н' - средняя начальная температура изоляции, К.

Масса изоляции определяется по формуле:

G_из = F · д · , (9.14)

где F - поверхность изоляции, м²;

д - толщина изоляции, м;

плотность изоляции для асбеста - 600 кг/м².

Площадь изоляции определяется, исходя из геометрических размеров поверхности аппарата, защищенного изоляцией:

F = р (R² + r²) + рDН, (9.15)

где R - радиус аппарата, м;

D - диаметр аппарата, м;

Н - высота цилиндрической части аппарата, м.

F = 3,14 (0,95² + 0,65²) + 3,14 · 1,9 · 1,795 = 14,8 м²

Толщина изоляции находится по формуле:

д = (Т_{1 из} - Т_{2 из}) / б (Т_{2 из} - Т_в), (9.16)

где - теплопроводность изоляции, Вт/(м ·К). Для асбеста = 0,151 Вт/(м ·К).

б - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² ·К), определяется по формуле Линчевского:

б = 9,74 + 0,07 (Т_{2 из} - Т_в), (9.17)

где Т_{1 из} - температура внутренней стенки изоляции, принимается равной температуре теплоносителя. Т_{1 из} = 406 К = 133⁰С (по [ 38 ]).

Т_{2 из} - температура наружной стенки изоляции, принимается равной 303 К;

Т_в - температура окружающей среды. Принимается равной 293 К;

Средняя конечная температура изоляции определяется по формуле:

Т_к' = (Т_к + Т_{2 из}) / 2, (9.18)

где Т_к - конечная температура в аппарате или рубашке, К;

Т_{2 из} - температура наружной стенки изоляции, принимается равной 303 К;

Т_н' - средняя начальная температура изоляции в начале изоляции, К.

Т_н' = (Т_низ + Т_в) / 2, (9.19)

где Т_низ - начальная температура в аппарате или рубашке, К;

Т_в - температура воздуха. Т_в = 293 К.

Т_к' = (55 + 30) / 2 = 42,5 ⁰С

Т_н' = (20 + 20) / 2 = 20⁰С

б = 9,74 + 0,07 (303 - 293) = 10,44 Вт/(м² ·К)

д = 151(133 - 30) / 10,44 (30 - 20) = 0,15 м

G_из = 14,8 · 0,15 · 600 = 1332,8073 кг

Q₅^из = 1332,8073 · 0,84 (42,5- 20) = 25190,058 кДж

Общее количество тепла, пошедшее на нагревание аппарата и изоляции:

Q₅ = Q₅^а + Q₅^из (9.20)

Q₅ = 143137,5 + 25190,058 = 168327,55 кДж

Расчет теплопотерь в окружающую среду Q₆

Теплопотери в окружающую среду Q₆ определяются по формуле:

Q₆ = б· F_из · ф (Т_{2 из} - Т_в) · 10^-3, (9.21)

где ф - длительность зоны, с;

Т_{2 из} - температура наружной стенки изоляции, Т_{2 из} = 303 К;

Т_в - температура окружающего воздуха, Т_в = 293 К;

F_из - поверхность изоляции, м². Определяется по формуле 9.16.

б - коэффициент теплоотдачи изолированной части, Вт/(м²· К). Определяется по формуле (9.16).

Q₆ = 10,44 · 12,1 · 2,5 · 3600 · (303 - 293) · 10^-3 = 17673,876 кДж

Q₂ = Q₅ + Q₆ + Q₄ - Q₁ - Q₃ = 563921,34 + 168327,55 + 17673,88 - 137725,04 - (-239707,84) = 851905,5764 кДж

ІІІ зона - выдержка при температуре 75⁰С

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₆ + Q₄

Q₁ = (4570,559 ·1,5067 · 0,85 + 4687,2186 · 2,369 · 0,15) · (348 -273) =563921,343 кДж

Q₄ = (4570,559 ·1,5067 · 0,75 + 4687,2186 · 2,369 · 0,25) · (348 -273) =595556,3172 кДж

Q₃ = (1000 · (-950,6132) · 445,81 · 0,1 · 0,905) / 240 = -159805,2283 кДж

Q₆ = 10,44 · 14,02 · 3600 · (303 - 293) · 10^-3 = 4547,664 кДж

Q₂ = Q₆ + Q₄ - Q₃ - Q₁ = 595556,32 + 4547,664 - 563921,343 + 159805,2283 = 195987,867 кДж

lV зона - охлаждение до температуры 55⁰С

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₅ + Q₆ + Q₄

Q₁ = (4570,559 ·1,5067 · 0,75 + 4687,2186 · 2,369 · 0,25) · (348 -273) =595556,3172 кДж

Q₄ = (4570,559 ·1,5067 · 0,7 + 4687,2186 · 2,369 · 0,3) · (348 -273) =448340,7899 кДж

Q₃ = (1000 · (-950,6132) · 445,81 · 0,05 · 0,905) / 240 = -79902,61416 кДж

Q₆ = 10,44 · 12,1 · 3600 · 5 / 6 · (303 - 293) · 10^-3 = 3789,72 кДж

Q₅^а = 5205 · 0,5 (328 - 348)= -52050 кДж

Т_к' = (55 + 30) / 2 = 42,5 ⁰С

Т_н' = (75 + 20) / 2 = 47,5⁰С

Q₅^из = 1332,807 · 0,84 (42,5- 47,5) = -5597,7894 кДж

Q₅ = -52050 + (-5597,7894) = -57647,789 кДж

Q₂ = Q₅ + Q₆ + Q₄ - Q₃ - Q₁ = 448340,7899 + 3789,72 - 57647,789 - 595556,3172 + 79902,61416 = = -5875,404 кДж

V зона - загрузка второй порции пиролюзита

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₆ + Q₄

Q₁ = (65,03 · 0,6831 + 4570,559 · 1,5067 · 0,7 + 4687,2186 · 2,369 · 0,3) · (348 -273) = =450783,9995 кДж

Q₄ = (4635,5886 · 1,5067 · 0,65 + 4687,2186 · 2,369 · 0,35) · (348 -273) =463442,9842 кДж

Q₃ = (1000 · (-950,6132) · 445,81 · 0,05 · 0,905) / 240 = -79902,61416 кДж

Q₆ = 10,44 · 12,1 · 3600 · 0,25 · (303 - 293) · 10^-3 = 1136,916 кДж

Q₂ = Q₆ + Q₄ - Q₃ - Q₁ = 463442,9842 + 1136,916 - 450783,9995 + 79902,61416= 93698,515 кДж

VI зона - подъем температуры до 80⁰С

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₅ + Q₆ + Q₄

Q₁ = (4635,5886 · 1,5067 · 0,65 + 4687,2186 · 2,369 · 0,35) · (348 -273) =463442,9842 кДж

Q₄ = (4635,5886 ·1,5067 · 0,45 + 4687,2186 · 2,369 · 0,55) · (353 -273) =740019,1875 кДж

Q₃ = (1000 · (-950,6132) · 445,81 · 0,2 · 0,905) / 240 = -319610,4566 кДж

Q₆ = 10,44 · 12,1 · 3600 · (303 - 293) · 10^-3 = 4547,664 кДж

Q₅^а = 5205 · 0,5 (353 - 348)= 61250 кДж

Т_к' = (80 + 30) / 2 = 55 ⁰С

Т_н' = (55 + 20) / 2 = 37,5⁰С

Q₅^из = 1332,807 · 0,84 (55- 37,5) = 19592,262 кДж

Q₅ = 61250+ 19592,262 = 80842,262 кДж

Q₂ = Q₅ + Q₆ + Q₄ - Q₃ - Q₁ = 740019,187 + 4547,664 + 80842,262 - 463442,984 + 319610,456 = = 681576,944 кДж

VII зона - выдержка при температуре 80⁰С

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₆ + Q₄

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₅ + Q₆ + Q₄

Q₁ = (4635,588 ·1,506 · 0,45 + 4687,218 · 2,369 · 0,55) · (353 -273) =740019,187 кДж

Q₄ = (4635,588 ·1,506 · 0,35+ 4687,218 · 2,369 · 0,65) · (353 -273) =772979,338 кДж

Q₃ = (1000 · (-950,613) · 445,81 · 0,1 · 0,905) / 240 = -159805,228 кДж

Q₆ = 10,44 · 12,1 · 3600 · (303 - 293) · 10^-3 = 4547,664 кДж

Q₂ = Q₆ + Q₄ - Q₃ - Q₁ = 772979,338 + 4547,664 - 740019,187 + 159805,228 = 197313,153 кДж

VIII зона - охлаждение до температуры 55⁰С

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₅ + Q₆ + Q₄

Q₁ = (4635,588 ·1,506 · 0,35+ 4687,218 · 2,369 · 0,65) · (353 -273) =772979,338 кДж

Q₄ = (4635,588 ·1,506 · 0,3+ 4687,218 · 2,369 · 0,7) · (328 -273) =542753,316 кДж

Q₃ = (1000 · (-950,613) · 445,81 · 0,05 · 0,905) / 240 = -79902,614 кДж

Q₅^а = 5205 · 0,5 (303 - 358)= -122500 кДж

Т_к' = (55 + 30) / 2 = 42,5 ⁰С

Т_н' = (80 + 20) / 2 = 50⁰С

Q₅^из = 1332,804 · 0,84 (42,5- 50) = -8060,816 кДж

Q₅ = -122500 + (-8060,816) = -130560,81 0 кДж

Q₆ = 10,44 · 12,1 · 3600 · 1,5 · (303 - 293) · 10^-3 = 6821,496 кДж

Q₂ = Q₅ + Q₆ + Q₄ - Q₃ - Q₁ = -130560,81 0 + 6821,496 + 542753,316 - 772979,338 + 79902,614 = = - 274062,691 кДж

IХ зона - загрузка третьей порции пиролюзита

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₆ + Q₄

Q₁ = (51,63 · 0,683 + (4635,588 ·1,506 · 0,3+ 4687,218 · 2,369 · 0,7) · (328 -273) =542788,615кДж

Q₄ = (4687,218 ·1,506 · 0,25+ 4687,218 · 2,369 · 0,75) · (328 -273) =555152,991 кДж

Q₃ = (1000 · (-950,613) · 445,81 · 0,05 · 0,905) / 240 = -79902,614 кДж

Q₆ = 10,44 · 12,1 · 3600 · 0,25 · (303 - 293) · 10^-3 = 1136,916 кДж

Q₂ = Q₆ + Q₄ - Q₃ - Q₁ = 555152,991 + 1136,916 - 542788,615 + 79902,614 = 93403,906 кДж

Х зона - нагрев до температуры 80⁰С

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₅ + Q₆ + Q₄

Q₁ = (4687,218 ·1,506 · 0,25+ 4687,218 · 2,369 · 0,75) · (328 -273) =555152,991 кДж

Q₄ = (4687,218 ·1,506 · 0,05+ 4687,218 · 2,369 · 0,95) · (328 -273) =872170,944 кДж

Q₃ = (1000 · (-950,613) · 445,81 · 0,2 · 0,905) / 240 = -319610,456 кДж

Q₅^а = 5205 · 0,5 (353 - 328)= 61250 кДж

Т_к' = (80 + 30) / 2 = 55 ⁰С

Т_н' = (55 + 20) / 2 = 37,5⁰С

Q₅^из = 1332,807 · 0,84 (55- 37,5) = 19592,262 кДж

Q₅ =61250+ 19592,262 = 80842,262 кДж

Q₆ = 10,44 · 12,1 · 3600 · (303 - 293) · 10^-3 = 4547,664 кДж

Q₂ = Q₅ + Q₆ + Q₄ - Q₃ - Q₁ = 872170,944 + 80842,262 + 4547,664 - 555152,991 + 319610,456 = = 722018,336 кДж

ХІ зона - выдержка при температуре 80⁰

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₆ + Q₄

Q₁ = (4687,218 ·1,506 · 0,05+ 4687,218 · 2,369 · 0,95) · (328 -273) =872170,944 кДж

Q₄ = 4687,218 · 2,369 · (328 -273) =888339,865 кДж

Q₃ = (1000 · (-950,613) · 445,81 · 0,05 · 0,905) / 240 = -79902,614 кДж

Q₆ = 10,44 · 12,1 · 3600 · (303 - 293) · 10^-3 = 4547,664 кДж

Q₂ = Q₆ + Q₄ - Q₃ - Q₁ = 888339,865 + 4547,664 - 872170,944 + 79902,614 = 100619,199 кДж

ХІІ зона - охлаждение до 30⁰С

Q₁ + Q₂ = Q₅ + Q₆ + Q₄

Q₁ = 4687,218 · 2,369 · (328 -273) =888339,865 кДж

Q₄ = 4687,218 · 2,369 · (303 -273) =333120,626 кДж

Q₅^а = 5205 · 0,5 (303 - 353)= -122500 кДж

Т_к' = (30 + 30) / 2 = 30 ⁰С

Т_н' = (80 + 20) / 2 = 50⁰С

Q₅^из = 1332,807 · 0,84 (30- 50) = -22391,157 кДж

Q₅ =-122500 + (-22391,157) = -100108,84 кДж

Q₆ = 10,44 · 12,1 · 3600 · (303 - 293) · 10^-3 · 1,5 = 6821,496 кДж

Q₂ = Q₆ + Q₅ + Q₄ - Q₁ = -100108,84 + 6821,496 + 333120,626 - 888339,865 = - 644106,584 кДж

ХІІІ зона - добавление бисульфита натрия

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₆ + Q₄

Удельная теплоемкость бисульфита натрия определяются по формуле (9.6):

С_Т=273К = (33,5 + 18 + 31,0 + 25,1 · 3) / 104 = 1,5173 кДж/(кг·К)

С = 1,5173 · 1,1 = 1,669 кДж/(кг·К)

Q₁ = (31,73 · 1,669 + 4687,218 · 2,369) · (303 -273) =334179,792 кДж

Q₆ = 10,44 · 12,1 · 3600 · (303 - 293) · 10^-3 · 19,25 = 87542,532 кДж

Определение Q₃:

ДН = (-467,390-276,8 · 4,19) - (-426,37 - 229,3 · 419 - 68,3174 · 4,19) = 46,205 кДж/моль

Мn O₂ + NaHSO₃ + H ₂SO₄ Мn SO₄ + NaHSO₄ + Н₂О

ДН = (-254,24 · 4,19 - 276,8· 4,19 - 68,317 · 4,19) - (-193,91 · 4,19 - 229,3 · 419 - 68,3174 · 4,19 - -124,2 · 4,19) = -216,403 кДж/моль

H ₂SO₄ + 2 NaHSO₃ NaHSO₄ + 2 Н₂О + 2 SO₂

ДН =(-330,9 · 4,19 - 68,314· 4,19 - 70,96· 2·4,19)-(-193,91 · 4,19 - 229,3· 419) =180,401 кДж/моль

Q₃ = 1000 · (46,205 - 216,403 + 180,401) · 31,73 / 104 = 1349,001 кДж

Реакционная масса после стадии восстановления бисульфитом натрия представлена в табл. 9.4.

Таблица 9.4 -Вес продуктов, полученных после восстановления бисульфитом натрия

Продукты	Вес продуктов
	На 1 т готового продукта, кг	С одной операции, кг	%
1-амино-4-оксиантрахинон	1005,104	373,751	31,84
Серная кислота	6821,242	2536,499	53,17
Сульфат магния	980,498	364,601	7,64
Сульфат аммония	277,5601	103,211	2,16
Смачиватель НБ	10,669	3,967	0,08
Масло растительное	17,085	6,3531	0,13
Примеси органические	111,823	41,582	0,87
Примеси неорганические	231,562	86,107	1,81
Вода	3372,607	1254,114	26,29
Итого	12828,152	4770,186

Удельные теплоемкости веществ определяются по формуле (9.6).

1-амино-4-оксиантрахинон:

С_Т=273К = (11,7 · 14 + 25,1 · 3 + 18 · 9 + 33,5) / 239 = 1,8184 кДж/(кг·К)

С = 2,00024 кДж/(кг·К)

Серная кислота:

С_Т=273К = 1,7936 кДж/(кг·К)

С = 1,973 кДж/(кг·К)

Сульфат аммония:

С_Т=273К = (33,5 · 2 + 18 · 8 + 25,1 · 4 + 31) / 132 = 2,5939 кДж/(кг·К)

С = 2,85329 кДж/(кг·К)

Сульфат магния

С_Т=273К = (33,5 + 25,1 · 1 + 31) / 151 = 1,09 кДж/(кг·К)

С = 1,199 кДж/(кг·К)

Бисульфит натрия:

С_Т=273К = 1,5242 кДж/(кг·К)

С = 1,67 кДж/(кг·К)

Смачиватель НБ, растительное масло и органические примеси:

С = 1,7 кДж/(кг·К)

Вода: С_Т=273К = 4,185 кДж/(кг·К)

С = 4,6035 кДж/(кг·К)

Сернистый газ:

С=(8,38 · 3 +1)/64 = 0,408 кДж/(кг·К)

Определение теплоемкости раствора:

С = 2,00024 · 0,0784 + 1,199 · 0,764+ 2,8533· 0,0216 + 1,97296 · 0,5317 + 1,7 · 0,0008 + 1,7 · 0,0013 + 1,7 · 0,0087 + 1,7 · 0,0181 + 14,604 · 0,262 = 2,619 кДж/(кг·К)

Q₄ = 4770,186 · 2,6198 · (303 -273) = 374908,029 кДж

Q₂ = Q₆ + Q₄ - Q₃ - Q₁ = 374908,029 + 87542,532 - 1349,001 - 334179,792 = 126921,769 кДж

Определение теплового напряжения по зонам g:

g = Q₂ / ф, (9.22)

где ф - длительность зоны, ч.

I зона: g = 137725,035 / 3 = 45908,343 кДж/ч

II зона : g =851905,576 / 2,05 = 340762,231 кДж/ч

III зона : g = 195987,866 / 1 = 195987,866 кДж/ч

IV зона : g = - 5875,404 / ⁵/₆ = 7050,485 кДж/ч

V зона : g = 93698,515 / 0,25 = 374794,059 кДж/ч

VI зона : g = 681576,944 / 1 = 681576,944 кДж/ч

VII зона : g = 197313,153 / 1 = 197313,153 кДж/ч

VIII зона : g = - 274062,691 / 1,5 = 182708,461 кДж/ч

IХ зона : g = 93403,906 / 0,25 = 373615,623 кДж/ч

Х зона : g = 722018,336 / 1 = 722018,336 кДж/ч

ХІ зона : g = 100619,199 / 1 = 100619,199 кДж/ч

ХІІ зона : g = - 644106,584 / 1,5 = 429404,389 кДж/ч

ХІІІ зона : g = 126921,789 / 19,25 = 6593,339 кДж/ч

Зоной наибольшего напряжения является Х зона.

Проверка поверхности теплообмена аппарата

Целью расчета является проверка поверхности теплообмена. Расчет проводится, исходя из уравнения теплопередачи:

Q₂ = К · F · Т_ср · ф, (9.23)

где Q₂ - количество тепла, которое необходимо подвести или отвести в течение процесса, Дж;

К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²· К);

F - поверхность теплообмена, м²;

Т_ср - средняя разность температур, К;

ф - время проведения процесса, с.

Коэффициент теплопередачи определяется по уравнению:

К = 1 / (1/ б₁ + 1/ б₂ + У д_і л_і + r_з), (9.24)

где д_і - толщина аппарата, м. Она равна сумме толщины стенки аппарата и толщины защитного слоя (эмаль);

л_і - коэффициенты теплопроводности слагаемых величин толщины аппарата, Вт/ (м·К), взяты из [ 38, 39 ].

д_і = д_ст + д_{з сл}; (9.25)

л_і = л_ст + л_{з сл}, (9.26)

r_з - термическое сопротивление загрязнения, м² · К / Вт;

б₁ - коэффициент теплоотдачи от греющего агента к стенке, Вт/ (м²·К);

б₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости, Вт/ (м²·К).

д_і = 0,015 + 0,001 = 0,016 м

л_і = 46,5 + 1,22 = 47,42 Вт / м²·К

Определение коэффициента теплоотдачи от греющего агента (пара) к стенке :

б₁= 2,04 · А· (r / Н · ДТ)^0,25, (9.27)

где А - коэффициент, зависящий от температуры пленки конденсата. Для нагревания реакционной массы до 358 К используется пар давлением 0,3 МПа с температурой 406 К; для этой температуры пленки конденсата А = 188 [ 40 ];

r -теплота конденсации пара, Дж/кг; для 406К r = 517,2 · 10³ кал/ кг =2165412,9 Дж/кг [ 40 ];

Н - высота рубашки, м. Н = 1,795 м (из технологического расчета);

ДТ - разность температуры конденсации пара и стенки рубашки.

ДТ = Т _конд. - Т_ст. ? 8

б₁= 2,04 · 188· (2165412,9 / 1,795 · 8)^0,25 = 6793,81 Вт/ (м²·К)

Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости б_2:

б₂ = c · (л _ж/ D_a) · (с_ж n d_м ²/ м_ж)^m · (С_р м_ж /л_ж)^0,33, (9.28)

где c и m - коэффициенты, взяты из [ 38 ]; c = 0,46; m = 0,67;

л _ж - коэффициент теплопроводности реакционной массы, Вт/ (м·К);

D_a - диаметр аппарата, м;

с_ж - плотность реакционной массы, кг / м³;

n - число оборотов мешалки, с^-1;

d_м - диаметр мешалки, м;

м_ж - вязкость реакционной массы, Па · с;

С_р - удельная теплоемкость реакционной массы при постоянном давлении, Дж / (кг·К).

Диаметр аппарата, диаметр и число оборотов мешалки взяты из технологического расчета: D_a = 1,8 м; d_м = 1,4 м; n = 75 с^-1. Плотность реакционной массы - из материального расчета: с_ж = 1,32 кг / м³. Удельная теплоемкость реакционной массы при постоянном давлении взята из [ 38 ]: С_р = 1404 Дж / (кг·К).

Коэффициент теплопроводности реакционной массы определяется по формуле:

л _ж = А· с · , (9.29)

где А - коэффициент, зависящий от степени ассоциации жидкости. Для ассоциированных жидкостей А = 4,22 · 10 ^-8;

с - удельная теплоемкость, Дж/ (кг · К), с = 1404 Дж/ (кг · К);

с - плотность, кг/м³; из [ 37 ]; с = 1,32 кг/м³;

М - молярная масса основного компонента, М = 240.

л _ж = 4,22 · 10^-8 · 1404 · 1320 · = 0,14 Вт/ (м·К)

Коэффициент вязкости реакционной массы определяется по формуле из [ 40 ]:

м_ж = м · (1+ 2,5 ц), (9.30)

где м - динамический коэффициент вязкости жидкой части, Па · с;

ц - объемная доля твердой фазы в реакционной массе.

Масса жидкой фазы: 4141,05 + 8,07 + 6,59 = 4155,71 кг (из материального баланса)

Масса твердой фазы: 250,33 + 445,61 = 695,94 кг

ц = 695,94 · 100 / 4155,71 = 16,7 %

м_ж = 0,0041 · (1+ 2,5 · 0,167) = 0,0058 Па · с

б₂ =0,46 · (0,14/ 1,8) · (1320· 0_,75· 1,4 ²/ 0,0058₎^0,67 · (1404· 0,0058 /0,14)^0,33 = 687,61 Вт/ (м²·К)

К = 1 / (1/ 6793,81 + 1/ 687,61 + 0,016/18,72 + 1/5800 = 380,5 Вт/(м²· К)

Т_ср = ((133-80)+(133-55))/2 = 65,5⁰С = 65,5 К

Из формулы (9.22) следует:

F = Q₂ / (К · Т_ср · ф)

F = 722018,336 / (380,5 · 65,5 · 3,6) = 8,06 м²

Отсюда следует, что поверхность рубашки (12,1 м²) достаточна для проведения процесса в заданном температурном режиме.

Расчет расхода теплоносителя:

G = Q₂ / (r · Х), (9.31)

где r - теплосодержание пара, Дж/кг;

Х - степень сухости греющего пара; Х = 0,95;

Q₂ - подведенное тепло, Дж.

G = 722018336 / (2165412,9 · 0,95) = 35,098 кг

10. СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ. КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ

При выборе районной планировки необходимой задачей является наиболее рациональное решение территориально- хозяйственного устройства проектируемого района, формирование его архитектурно- планировочной структуры и функционального зонирования в целях обеспечения оптимальных условий для развития производства.

Под площадку для строительства предприятия отводят, как правило, земли, не пригодные для сельскохозяйственного использования. При оценке площадки должны быть соблюдены следующие условия: наличие сырьевой базы, которая позволит вырабатывать полуфабрикаты или готовые изделия; рельеф местности, удобный для строительства, наличие квалифицированной рабочей силы; близкое расположение удобных путей сообщения для доставки предприятию необходимых исходных и вспомогательных материалов и топлива, а также использование их для отправки полуфабрикатов и готовых изделий; возможность получения в достаточном количестве воды, годной для питья и производственных целей; правильный выбор направления господствующих ветров по отношению к населенному пункту; выбор места для спуска сточных промышленных вод; сбыт полуфабрикатов и готовых изделий потребителям; наличие дешевых строительных материалов.

Так как химические предприятия потребляют большое количество воды, электроэнергии, тепла, поэтому их следует максимально приближать к крупным источникам водоснабжения и ТЭЦ.

Основное требование, предъявляемое при компоновке цеха или отделения: чтобы все материалы, сырье и полуфабрикаты в процессе обработки перемещались по кратчайшему пути, поточные пути производственного процесса не должны пересекаться, так как это вызывает задержку передвижения сырья или полуфабриката, в результате нарушается непрерывность технологического процесса.

Производство Дисперсного красного 2С расположено в двухэтажном здании, высота первого этажа - 7,2 м, второго - 6 м, объем производственного помещения 18 x 18 x 13,2 (5702 м³), вспомогательных помещений 6 x 18 x 13,2 (633,6 м³).

Поскольку проектируемое производство относится к категории В по взрыво-, пожароопасности, бытовые помещения располагаются в отдельном здании.

Характеристика конструкционных элементов здания

Сборный железобетонный фундамент столбчатой конструкции. Состоит из нескольких элементов: подколонника со стаканом для установки колонны, опорной фундаментной плиты и бетонного столбика для опирания фундаментных балок.

Железобетонные подколонники для колонн с поперечным сечением ствола 400 х 400 имеют следующие размеры:

высоту от 1200 до 2700 мм;

ширину от 900 до 1200 мм.

Сборные опорные фундаменты железобетонных плит проектируют с размерами сторон от 1900 х 2500 до 2900 х 4700 мм, а монолитные от 4700 х 5100 мм до 6900 х 8100 мм, с высотой их от 300 до 900 мм.

Верхнюю грань фундамента независимо от глубины заложения подошвы размещают на 150мм ниже уровня отметки чистого пола цеха.

Применяется сплошная фундаментная балка (рандбалка). Служит для опирания самонесущих или навесных стен по периметру промышленного здания. Балки образуют сплошную железобетонную плиту под всем зданием толщиной от 500 мм до 1500 мм. Укладку железобетонных фундаментных балок выполняют по обрезкам фундамента между подколонниками или их опирают на специальные бетонные столбики, которые бетонируют на месте при установке колонн каркаса. Применение фундаментных балок облегчает прокладку под стенами различных коммуникаций, тоннелей, каналов и других устройств. Фундаментную балку укладывают так, чтобы верхняя грань ее была выше поверхности грунта, но всегда ниже уровня чистого пола здания (отметка -0,03 м). В этом случае при посадке отмостки фундаментная балка защищает конструкцию пола снаружи и не охлаждает зимой здание.

Для защиты стен от переувлажнения на верхней грани фундаментных балок наклеена гидроизоляция, которая состоит из одного - двух слоев рубероида на битумной мастике. Для отвода талых и дождевых вод от фундаментов по периметру всех промышленных зданий делают отмостку из асфальта или бетона шириной 0,9-1,5 м с уклоном от стены 3-5 %.

Стыковку колонн с фундаментами выполняют сваркой выпусков арматуры с последующей заливкой бетоном. Заделку в стакан фундамента производят на 750 мм.

Колонны выполнены из сборного железобетона 400 х 400. В крайних колоннах имеются закладные элементы, с болтами для крепления балок, стеновых панелей.

При пролетах от 6 до 18 м в качестве покрытия применяется железобетонная балка с уклоном скатов 1,12. В верхнем поясе балок заложены стальные пластинки, к которым прикрепляют сваркой панели перекрытия. Опорные части балок имеют стальные листы с вырезами для крепления их к колоннам.

Стены сделаны из железобетонных панелей. Они снижают массу здания, трудоемкость их на 30- 40% меньше, чем у стен из кирпича. Для промышленных отапливаемых зданий толщина панели составляет 300 мм.

Переплеты сделаны из железобетона. Они огнестойки, не подвержены загниванию и коррозии, менее металлоемки по сравнению со стальными конструкциями окон и дешевле в эксплуатации. Высота - 1085 мм или 1185 мм, ширина - 1490 мм или 1990 мм.

Стекла в железобетонных переплетах закрепляют в четверти глубиной 12 мм посредством оцинкованных кляммер (полоски 70 х 8 мм, толщиной в 1 мм) с последующим применением оконной замазки.

Ворота промышленных зданий устраивают для проезда напольных средств транспорта (автопогрузчиков, тягачей, тракторов, электрокар). Ворота имеют следующие размеры : 4 х 4,2 м. Ворота распашные, выполнены из дерева. В полотне ворот предусмотрена калитка для удобства эксплуатации и прохода людей. Для сокращения теплопотерь зимой предусмотрено полотно из упругого пластика, которое натягивают на раму.

Пол в многоэтажном здании установлен по железобетонным плитам междуэтажных перекрытий. Конструкция пола состоит из покрытия (чистый пол), прослойки, стяжки, гидроизоляции и основания.

Покрытие - это верхний слой пола, материал которого дает название различным видам полов. Прослойка является соединительным (клеевым) слоем между покрытием и стяжкой пола. Стяжка - выравнивающий слой под покрытием пола. Она образует местную корку с ровной поверхностью под покрытие поливинилацетатных и паркетных полов, а так же для покрытий из рулонных и листовых материалов с созданием требуемого уклона по железобетонным плитам перекрытий.

Гидроизоляция применяется, если пол подвергается воздействию агрессивных производственных жидкостей.

Химически стойкие полы должны отвечать повышенным требованиям. В конструкцию такого пола входят коррозионостойкие материалы и гидроизоляция из полиизобутилена. В производствах с воздействием кислот и щелочей покрытие пола выполняют из асфальтобетона.

Лестницы предусмотрены:

входные (основные);

служебные (цеховые) - для обслуживания оборудования и механизмов;

пожарные (при высоте здания более 10 м).

Основная лестница спроектирована в замкнутом помещении, огражденном стенами, степень несгораемости которых должна соответствовать степени огнестойкости основных несущих конструкций промышленного здания.

Основные лестницы - сборные железобетонные с площадками, внутри цехов - стальные с шириной марша не менее 0,7-0,8 м [ 41, 42 ].

11 ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

11.1 Опасные и вредные факторы проектируемого производства

Производство основания Дисперсного красного 2С пожароопасное, особовредное. Характеризуется возможностью получения острых и хронических отравлений, ожогов, поражений электрическим током, механических травм.

Острые отравления могут возникнуть при воздействии пиролюзита, серной кислоты, бисульфита натрия, хронические - лейко-1,4-диаминоантрахинона вследствие негерметичности оборудования, коммуникаций и сальниковых уплотнений, нарушения рабочих инструкций и инструкций по технике безопасности. Ожоги возможны при приеме серной кислоты из автоконтейнера в хранилище, из хранилища в расходную емкость, при дозировке серной кислоты, при загрузке едкого натра из хранилища в расходную емкость, при нарушении теплоизоляции оборудования, коммуникаций и гидравлических ударах, при пропусках пара, при выдавливании горячей реакционной массы из аппарата. Поражение электрическим током возможно при нарушении изоляции электропроводки и электродвигателей, при отсутствии исправного заземления электродвигателей. Механические травмы можно получить при соприкосновении с движущимися частями механизмов, оборудования; при плохой освещенности рабочих мест; при отсутствии ограждении переходов, площадок, лестниц, открытых колодцев, приямков, переходных мостиков и др.; при отсутствии чистоты на рабочих местах; при использовании случайных площадок, неисправных лестниц, подставок и др.; при нарушении правил техники безопасности, работая на высоте.

Пожары могут возникнуть в производственном помещении вследствие плохой герметичности технологического и энергетического оборудования, трубопроводов, арматуры; в результате проливов и просыпки сырья, неправильного хранения сырья и нарушения требований обязательных инструкций; вследствие скопления пыли лейко-1,4-диаминоантрахинона на трубопроводах, воздуховодах; в реакционном оборудовании - за счет превышения давления или температуры в аппарате; неисправности КИП; вследствие нарушения правил техники безопасности.

Токсичность и пожаро-взрывоопасные свойства применяемых и получаемых веществ на проектируемом производстве приведены в табл. 11.1 и 11.2.

Таблица 11.1 - Токсичность применяемых и получаемых веществ

№	Наименование вещества	Характер воздействия на организм человека	Класс опасности	ПДК
				Р.з.,мг/м3	М.р., мг/м3	С.с., мг/м3	В., мг/л
1	лейко-1,4-диамино-антрахинон	Угнетает гемопоэз, нарушает синтез белков в печени, приводит к дефициту витамина С в организме. Вызывает функциональные сдвиги в ЦНС и печени.
2	Пиролюзит	Сильный яд, действующий на центральную нервную систему, вызывая в ней тяжелые органические изменения	2	0,3		0,01
3	Кислота серная	Раздражает и прижигает слизистые верхних дыхательных путей, поражает легкие, при попадании на кожу вызывает тяжелые ожоги	2	1,0	0,3	0,1
4	Бисульфит натрия	Случайный прием нескольких миллиграммов вызывает боли в теле. При приеме нескольких граммов наблюдается неоднократная рвота, сильный понос, вялость, расстройства кровообращения, превращение гемоглобина в метгемоглобин,синюха, сердцебиение, холодный пот.	3	0,5
5	Натр едкий технический жидкий	Действует на ткани прижигающим образом. При попадании растворов на кожу и в особенности на слизистые образует мягкий струп. Проникает и в более глубокие ткани. Опасно попадание даже самых малых количеств в глаза. Исходом может быть слепота.	2	0,5			120
6	Препарат ОС-20	Жжение в глазах, ощущение покалывания и жжение на открытых участках кожи, головная боль во время работы, замедление пульса.	3
7	Дисперсный красный 2С	Малосложное химическое вещество. По характеру токсического действия отличается политропностью с преимущественным поражением почек и крови. Местное действие на кожу не характерно.	4
8	Спирт бутиловый	Наркотик с раздражающим лействием паров на слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей.	3	10,0	0,1	0,1	1,0
9	Сернистый газ	При концентрации 30-50 мг/м3 в воздухе вызывает раздражение глаз, горла, заболевания верхних дыхательных путей	3	10,0	0,5	0,15

Таблица 11.2 - Показатели взрыво-, пожароопасности

№	Наименование вещества	Агрегатное остояние	Группа горючести	Температура,0С	Пределы воспламенения	Особые свойства
				Вспышки	Самовоспламенения	Нижний	Верхний
	Лейко-1,4-диамино-антрахинон	аэрогель аэрозоль	ГВ		612 664	21 г/м3
	Пиролюзит	Тв.	НГ
	Серная кислота	Ж.	НГ					При взаимодействии с водой значительное повышение температуры
	Натрия бисульфит	Ж.	НГ
	Натр едкий технический жидкий	Ж.	НГ
	Масло растительное подсолнечное	Ж.	ГВ	229	370	2040С	2290С
	Препарат ОС-20	Тв.	ГВ	171(закр) 292(откр)
	Дисперсный красный 2С	Паста	НГ
	Спирт бутиловый	Ж.	ЛЖВ	34(закр) 41(откр)	345	1,7-12% 31	600

Таблицы составлены с помощью 43-47 .

Средства индивидуальной защиты работающих (СИЗ):

Лейко-1,4-диаминоантрахино: спецодежда и спецобувь общего назначения, резиновые перчатки, респиратор типа «Лепесток», «У-2К», прорезиненный фартук, защитные очки, головной убор.

Пиролюзит: пылезащитная одежда и спецобувь общего назначения, рукавицы, респиратор типа «Лепесток», «У-2К», защитные очки, головной убор.

Кислота серная: кислотозащитная спецодежда и кислотощелочная спецобувь, резиновые рукавицы, прорезиненный фартук, промышленный фильтрующий противогаз с коробкой марки «БКФ».

Натрия бисульфит (водный раствор): спецодежда и спецобувь общего назначения, резиновые перчатки, прорезиненный фартук, промышленный фильтрующий противогаз с коробкой марки «БКФ».

Натр едкий жидкий: щелочнозащитная спецодежда и кислотощелочная спецобувь, резиновые перчатки, прорезиненный фартук, шлем-маска противогаза.

Смачиватель НБ: спецодежда и спецобувь общего назначения, резиновые перчатки, прорезиненный фартук, респиратор типа «Лепесток», «У-2К», защитные очки, головной убор.

Препарат ОС-20: спецодежда и спецобувь общего назначения, резиновые перчатки, прорезиненный фартук, респиратор типа «Лепесток», «У-2К», защитные очки, головной убор.

Спирт бутиловый: спецодежда и спецобувь общего назначения, резиновые перчатки, прорезиненный фартук, защитные очки, фильтрующий противогаз «БКФ».

Категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности

Категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности производства Дисперсного красного 2С - В (легковоспламеняющиеся, горючие и трудногорючие жидкости вещества и материалы; вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или один с другим только гореть при условии, что помещение, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся категории А или Б).

Класс взрывоопасных и пожароопасных зон

Класс взрывоопасных и пожароопасных зон в производстве Дисперсного красного 2С - П-1

(помещения, в которых содержатся вещества с температурой вспышки выше +61⁰С)

Санитарная характеристика проектируемого производства

Класс производства - ІІІа, ширина санитарно- защитной зоны - 300 м.

11.2 Мероприятия по нормализации воздушной среды

11.2.1 Метеорологические условия воздушной среды

Оптимальные и допустимые значения метеофакторов в рабочей зоне для работ ІІа категории тяжести приведены в табл. 11.3.

Таблица 11.3 - Оптимальные и допустимые значения метеофакторов в рабочей зоне для работ ІІа категории тяжести

Период года	Температура, 0С	Относительная влажность, %	Скорость движения воздуха
	Оптим.	Допуст.	Оптим.	Допуст.	Оптим.	Допуст.
Холодный	18-20	17	40-60	75	0,2	0,3
Теплый	21-23	29	40-60	65	0,3	0,2-0,4

Данные для составления табл. 11.3 взяты из [ 48 ].

11.2.2 Вентиляция

Вентиляция обеспечивает нормальные метеорологические условия и чистоту воздуха на рабочих местах. Основное требование вентиляции - работа вентиляционных систем должна создавать на постоянных рабочих местах, в рабочей и обслуживаемой зонах помещений метеорологические условия и чистоту воздушной среды, соответствующие действующим санитарным нормам.

Производственное помещение обеспечено смешанной системой вентиляции: организованой естественной вентиляцией и механической. При естественной вентиляции воздух перемещается под влиянием естественных факторов: теплового напора и действия ветра. Наружный воздух поступает в помещение через открытые проемы с наветренной стороны здания и выходит через отверстия на противоположной заветренной стороне и отверстия в крыше.

Так как технологический процесс сопровождается выделением сернистого газа, то в помещении предусмотрена механическая вентиляция. При механической вентиляции воздух перемещается с помощью вентиляторов. При использовании механической вентиляции, в отличие от естественной, имеется возможность предварительно очищать, нагревать или охлаждать, увлажнять приточный воздух. Воздух подается по воздухопроводам в любую зону помещения или удаляется из мест наиболее интенсивного образования вредностей.

Требования к организации воздухопотоков в помещении

В промышленном помещении, в котором идет производство Дисперсного красного 2С, применяется приточно-вытяжная общеобменная механическая вентиляция.

Приточно-вытяжная общеобменная механическая вентиляция состоит из двух отдельных установок: через одну подается чистый воздух, через другую удаляется загрязненный.

Приточно-вентиляционная система состоит из воздухозаборных устройств, устанавливаемых снаружи здания в тех местах, где воздух наиболее загрязнен; устройств, предназначенных для придания воздуху необходимых качеств (фильтры, калориферы); воздуховодов для перемещения воздуха к месту назначения; возбудителей движения воздуха - вентиляторов и эжекторов; воздухораспределительных установок (патрубков, насадок), обеспечивающих подачу воздуха в нужное место с заданной скоростью и в требуемом количестве.

Вытяжная вентиляционная система, помимо воздуховодов, по которым удаляемый воздух транспортируется из помещения к месту выброса, имеет местные укрытия, максимально сокращающие выделение вредностей в рабочее помещение; устройства для очистки удаляемого воздуха в тех случаях, когда воздух используется для рециркуляции или настолько загрязнен, что выброс его в атмосферу недопустим по санитарным требованиям; устройства для выброса удаляемого из помещений воздуха в атмосферу, которое расположено на 1,5 м выше конька крыши.

Место для забора свежего воздуха выбрано с учетом направления ветра, с наветренной стороны по отношению к выбросным отверстиям и на расстоянии не менее 8 м от них, вдали от мест загрязнений.

В холодное время года приточный воздух подогревается.

Количество свежего, вторичного и выбрасываемого воздуха регулируется клапанами.

Фильтры, калориферы и вентиляторы приточной вентиляции установлены в вентиляционных камерах. Вентиляционные камеры изолированы от основного производственного помещения.

Воздух подаётся в рабочую зону на уровне дыхания (до 2 м) в месте наибольшего выделения вредностей, при этом скорости выхода воздуха ограничиваются допустимым шумом и подвижностью воздуха на рабочем месте. Вытяжные отверстия расположены близко к местам наибольшего выделения вредностей.

Вытяжные вентиляционные камеры устроены отдельно от приточных вентиляционных камер. В них размещены вентиляторы для побуждения движения воздуха. Вытяжные камеры размещены в технических этажах.

Аварийная вентиляция представляет собой вентиляционную установку и имеет большое значение для обеспечения безопасности эксплуатации взрыво- и пожароопасных производств, связанных с использованием вредных веществ.

Расчет вентиляции

В производственных помещениях с объемом на одного работающего более 20м³ должен подаваться наружный воздух не менее 20 м³/ч на каждого работающего.

Расчет вентиляции по количеству выделяющихся вредностей

Объем подаваемого в помещение свежего воздуха, м³/ч, необходимого для разбавления вредных веществ, выделяющихся в рабочее помещение, до предельно допустимых концентраций, определяется по формуле:

W = (G · 10⁶) / (С_у - С _n),

где G - количество вредных веществ, выделяющихся в помещение, кг/ч;

С_у, С _n - концентрация вредных веществ в удаляемом и подаваемом воздухе, мг/м³. ПДК для сернистого газа 10 мг/м³.

С _n = 0,3 С_у

Количество вредных веществ, выделяющихся в помещение определяется по формуле:

G = 3,57 · 10^-5 · к · р_изб · R · V_а · ,

где 3,57 · 10^-5 - коэффициент;

к - коэффициент запаса, к = 2;

р_изб - избыточное давление, Па, р_изб = 3 · 10⁵ Па;

R - коэффициент негерметичности, ч^-1; R = 0,005 ч^-1;

V_а - внутренний суммарный объем аппаратуры и коммуникаций (30% от объема основных аппаратов) в цехе, м³;

М - молекулярная масса газообразного или жидкого химического соединения. Для сернистого газа М = 64,04;

Т - абсолютная температура среды в аппарате, К. Т = 80 + 273 = 317 К.

G = 3,57 · 10^-5 · 2 · 3 ·10⁵ · 0,005 · 6,3 · 0,3 · v 64,04/317 = 0,1213 кг/ч

W = (0,1213 · 10⁶) / (10 - 3) = 173295,8 м³/ч

Принимается к установке один центробежный вентилятор В-Ц4-70 производительностью 24000 м³/ч (номер вентилятора 10,0, напор 80 мм вод. ст., частота вращения 750 об/мин, электродвигатель типа 4А160М8 с мощностью 10,0 кВт).

Аварийная вентиляция

Аварийная вентиляция представляет собой самостоятельную вентиляционную установку и имеет большое значение для обеспечения безопасности эксплуатации пожароопасного производства, связанного с использованием вредных веществ. Для автоматического включения аварийная вентиляция блокирована с автоматическими газоанализаторами, установленными на величину ПДК. Кроме того, предусмотрен дистанционный пуск пусковыми устройствами, расположенными у входных дверей снаружи помещения. Аварийная вентиляция устроена только вытяжной, чтобы предотвратить переток вредных веществ в соседние помещения.

Для аварийной вентиляции предусмотрен центробежный вентилятор В-Ц4-70 производительностью 24000 м³/ч (номер вентилятора 10,0, напор 80 мм вод. ст., частота вращения 750 об/мин, электродвигатель типа 4А160М8 с мощностью 10,0 кВт).

Контроль чистоты воздушной среды

Так как сернистый газ относится к третьему классу опасности, то контроль чистоты воздушной среды должен проводится периодически с помощью газоанализаторов «ЩИТ-2».

Систематический контроль воздуха на содержание в тем токсичных и пожаровзрывоопасных концентраций веществ ведет газовая лаборатория предприятия.

Схема организации воздухообмена приведена на рисунке 11.1.



Рисунок 11.1. Схема организации воздухообмена при общеобменной вентиляции

11.3 Организация производственного освещения

Основное производственное помещение по зрительным условиям работ относится к четвертому разряду - работы малой точности.

Естественное освещение

Источник естественного (дневного) освещения - солнечная радиация, то есть поток лучистой энергии солнца, доходящей до земной поверхности в виде прямого и рассеяного света. Естественное освещение в проектируемом цехе - боковое (через световые проемы в наружных стенах).

Естественное освещение определяется коэффициентом естественной освещенности (КЕО), который представляет собой отношение в процентах освещенности в данной точке помещения к наблюдаемой на том же уровне, в то же время освещенности диффузным светом открытого небосвода.

Нормы коэффициента естественной освещенности в процентах для четвертого разряда- минимум 0,5.

Расчет естественного освещения заключается в определении площади световых проемов (S_0, м²) для помещения. Рассчитывается, исходя из отношения площади световых проемов к площади пола - световой коэффициент. Для зданий химических производств (цехов) световой коэффициент принимается в пределах 1/6 - 1/5.

S_n - площадь пола помещения, м².

S_n = 18 · 18 = 324 м²

S₀ = 324 / 5 = 64,8 м²

Принимается 15 окон площадью 4,32м² каждое.

Искусственное освещение

Для освещения основного производственого помещения применены светильники ВЗГ - взрывозащищенные с отражателями, с лампами накаливания.

Число светильников, потребное для освещения помещения, определяется по формуле метода светового потока:

N = E · S · K· Z / (F · U · М),

где E - минимальная допустимая освещенность рабочих поверхностей; Е = 100 лк;

S - освещаемая поверхность, м²; S = 18 · 18 = 324 м^2;

K - коэффициент запаса; К = 1,1;

F - световой поток одной лампы, лм; F = 2510 лк (при напряжении в сети 220 В и мощности лампы 220 Вт);