На основании полученных данных строим график



Рисунок 3 - Теплопотери через свод хлоратора. График Температура свода 1980С



Рисунок 4 - Потери тепла через вертикальные стенки хлоратора

На основании графика t = 1600С

Qт = K*F (tв-tн) = 2,5*71,44(730-158) = 102159 ккал = 427025,4 кДж

Потери тепла через стенку хлоратора.

F1 = 2*1,9*3,2+2*2,64*3,2 = 29,156 м2

F2 = 2*3,6*3,2+2*4,34*3,2 = 50,816 м2

Q = K*F (tl*tn)



Принимаем t температуру 600С 800С 1000С

t = 60-30 = 300C

= 1,81*10-5d = 2,2 м

Рr = 2 = 0,72*3,0-1010 = 2,16*1010

к = А3*(t) 1/3

А3 = 1,27

к1 = 1,27*(30) 1/3 = 8,94

А3 = 1,22

к2 = 1,22*(30) 1/3 = 4,49

А3 = 1,19

к3 = 1,19*(70) 1/3 = 4,9

Qт1 = 0,846*38,49 (730-60) = (22235,3 ккал) = 92943,5 кДж

Qт2 = 0,846*38,49 (730-80) = (21571,5 ккал) = 90169 кДж

Qт2 = 0,846*38,49 (730-100) = (20908 ккал) = 87394,6 кДж

Q1k+ = 3,94*38,49 (60-30) + 4,9*0,75*38,49 (122,96-86,28) = (9737,93 ккал) = 40704,5 кДж

Q2k+ = 3,94*38,49 (80-30) + 4,9*0,75*38,49 (115,27-86,28) = (18399,69 ккал) = 76910,7 кДж

Q3k+ = 3,94*38,49 (100-30) + 4,9*0,75*38,49 (193,56-86,28) = (28376,91ккал) = 118615,5 кДж

На основании полученных данных строим график

Рисунок 5 - Потери тепла через стенку хлоратора

По графику t = 850С

Qт = 0,846*38,49 (730-85) = (21239,7 ккал) = 88781,9 кДж

Потери тепла через подину

F1 = 1,9*2,64 = 5м2

F2 = 3,6*4,34 = 15,6 м2

Принимаем температуру 600С, 800С, 1000С

Qт1 = 1,4*8,85(730-60) = 6166,68 ккал = 25776,7 кДж

Qт2 = 1,04*8,85(730-80) = 5982,6 ккал = 25006,9 кДж

Qт3 = 1,04*8,85(730-100) = 5798,5 ккал = 24237,8 кДж

Для вычисления Qк пользуемся значениями к для вертикальных стенок, залитых расплавом, уменьшенным на 30%.

к1 = 3,94*0,7 = 2,76

к2 = 4,49*0,7 = 3,14

к3 = 4,9*0,7 = 3,43

Qк1 = 2,76*8,85(60-30)+4,9*0,75*8,85*(122,96-86,28) = (1951,53 ккал) = 8049,6 кДж

Qк2 = 3,14*8,85(80-30)+4,9*0,75*8,85*(155,27-86,28) = (3633,3 ккал) = 15118 кДж

Qк3 = 3,43*8,85(100-30)+4,9*0,75*8,85*(193,56-86,28) = (5605 ккал) = 23429 кДж

На основании полученных данных строим график



Рисунок 6 - Потери тепла через подину хлоратора

Температура tпода - 1010С

Qт = 1,04*8,85(730-102) = 5780,11 ккал) = 24160,9 кДж

Общие потери тепла:

1) Потери тепла с парогазовой смесью 408140,2*2,363 = (964435,2 ккал) = 4031242,3 кДж

2) Потери тепла со слитым расплавом

1942,5*2363 = (4590,12 ккал) = 19186,2 кДж

3) Потери в окружающую среду

159873*2,363 = (377782,21 ккал) = 1579129,6 кДж

По практическим данным АО УКТМК, количество тепла, отдаваемое одной штангой равно 13000 ккал/час = 54428,4 кДж/час

Всего принимаем три штанги, тогда количество тепла, отдаваемое штангами:

Q = 54428,4*3 = 163285,2 кДж/час

Определяем расход воды на охлаждение

(44)

гден - удельный вес воды, т/м3

с - теплоемкость воды - 4,193 кДж/кг0С

Принимаем температуру воды, поступающей на охлаждение tвх = 200С, tвых = 350С

Количество тепла, которое необходимо отвести пульпой TiCl4, подаваемого на расплав хлоратора

5917563,6*(163285,2+4031242,3+19186,2+1579129,6) = 124720 кДж

Определим количество, которое необходимо отвести от хлоратора при получении одной тонны TiCl4

Q = 1000[0,19*136+11,9+0,19(730-136)] = 150600 ккал = 629492,9 кДж

Определим количество пульпы, которое необходимо подать в хлоратор для отвода тепла

124720/629492,9 = 0,19 т/час

На основании полученных данных составляем таблицу теплового баланса хлоратора

Таблица 9 - Тепловой баланс процесса хлорирования

Приход тепла	Расход тепла
Наименование	КДж	Наименование	кДж
Физическое тепло	87339	Тепло, уносимое пгс	4031242,3
Тепло реакций	5830224,6	Тепло, уносимое расплавом	19186,2
Всего	5917563,6	Потери в окружающую среду	1579129,6
	Тепло, отводимое штангами	163285,2
	Тепло, отводимое пульпой	124720
	Всего	5917563,6

3.5 Выбор и технологический расчет основного оборудования

3.5.1 Расчет электрических параметров хлоратора

Трансформатор подбираем из расчета основных затрат на разогрев хлоратора в период пуска в течение 48 часов.

При разогреве, тепло затрачивается на компенсацию потерь его через грутеровку хлоратора и на разогрев кладки элоратора по тепловому балансу потери тепла во внешнюю среду составляют 1579129,6 кДж.

В период разогрева в каждый хлороподвод подается воздух в количестве 25 м3/ч, или на 4 хлороподвода 100 м3/ч.

Количество тепла отбираемое воздухом:

Qв (100/1,293*28,96) * 11600 = 3098 кДж/ч

1,293 - плотность воздуха, кг/м3

11600 - энтальпия отходящего воздуха, кг/м3

28,96 - молекулярная масса воздуха

Расход тепла на разогрев кладки хлоратора рассчитываем по массе шамота футеровки печи и графита штанг.

Считаем, что на хлоратор расходуется 166т шамота и 4,2т графита. При средней температуре наружной стенки хлоратора 1000С и температуре в хлораторе 7500С средняя температура шамотной кладки составит:

tш = (750+100)/2 = 4250С

Среднюю температуру графитовых штанг принимаем равной 3000С.

Первоначальная температура шамота и графита 200С

Теплоемкость шамота и графита составляет 0,935 и 0,952 кДж/кг

Определяем расход тепла на разогрев шамота:

Qш. = 166000*0,935*0,995 (425-20) = 62860050 кДж и графита

Qгр. = 62860050+119552 = 63979602 кДж

Всего расход тепла на разогрев остальных частей футеровки (шамотная крошка, диабазовая плитка), принимаем равным 10% от расхода тепла на разогрев шамота и графита. Тогда на разогрев кладки хлоратора потребуется:

Q = 63979602*1,1 = 70377562 кДж

Расход тепла на разогрев кладки хлоратора:

Q4к = 70377562/48 = 1466199 кДж/ч

Общий расход тепла в период разогрева составит:

Qрас. = 430457,7+3098+1466199 = 1899754,9 кДж

Учитывая неравномерность разогрева кладки расход тепла увеличивается на 30%

Qрасх. = 189975,49*1,3 = 2469681,3 кДж/ч

Необходимую электрическую мощность для разогрева хлоратора находим по формуле:

N = Qр / 3600(46)

N = 2469681,3600 = 586 кВт

К установке принимаем два трансформатора этмик - 1100/10, с последовательным соединением вторичных цепей. При этом возникает линейное напряжение вторичных цепей.

U = 70,813, которое используется для питания хлоратора

Принимая потери напряжения в токоподводках = 10%, определяем направление в фазе хлоратора из выражения:

Uф = * Uл В(47)

Uф = 0,9*70,6 = 63,8 В

Расчетное фазовое сопротивление трансформатора Rф = 0,014 Ом. Тогда фазовый ток найдем из выражения:

Iф = Uф/Rф(48)

Iф = 63,8/0,014 = 4560A

Греющую мощность трансформатора найдем из уравнения:

Uф = Uл(49)

Рн = 3*63,8*4960 = 873 кВт*А

Греющая мощность трансформатора обеспечивает необходимый разогрев хлоратора.

3.5.2 Расчет количества основных аппаратов

В соответствии с практическими данными суточная производительность цеха составит 205 т/сут.

Принимаем производительность хлоратора Nх = 110 т/сут TiCl4. Следовательно, в год цех выпускает TiCl4

205*365 = 75000 тонн

Определяем необходимое количество хлораторов при заданной производительности по формуле:

(50)

гдеА - годовая производительность цеха

Nx - суточная производительность хлоратора

W - количество дней в году.

W = W1-W2; (51)

где W1 - общее количество дней в году

W2 - время на ремонт хлоратора

W = 365-36 = 329

Принимаем три хлоратора.

3.6 Конструктивный расчет хлоратора

По практическим данным АО «УК ТМК» принимаем удельную производительность хлоратора 26г/м2 сутки.

Определяем площадь сечения рабочей зоны:

,(52)

гдеF- площадь сечения рабочей зоны хлоратора

А - суточная производительность

Q - удельная производительность хлоратора

Конструктивно принимаем диаметр рабочей зоны хлоратора 3,1м.

Толщина подины и боковых стенок хлоратора под расплавом 760мм.

Засыпка шамотной крошкой 30мм.

Диабадовая плитка - 50мм.

Металлический корпус - 10мм.

Габаритные размеры хлоратора:

Диаметр внутр.= 3,1м;Диаметр внеш.=5,2м;Высота=11,45м

3.7 Вспомогательные службы

Вспомогательными службами отделения хлорирования рутилового концентрата являются:

ремонтно-механическая служба;

аналитическая служба;

служба КИПиА.

Ремонтно-механическая служба осуществляет технический контроль основного и вспомогательного оборудования.

Аналитическая служба обеспечивает экспрессный аналитический контроль технологического процесса.

Служба КИПиА обеспечивает высокий технический уровень управления производственным процессом: бесперебойную эксплуатацию схем и средств автоматики; технологической, аварийной, предупредительной сигнализации; осуществляет ремонт средств автоматики, приборов и вспомогательного оборудования.

3.8 Контроль и автоматизация процесса хлорирования

3.8.1 Основные понятия

Автоматическим регулированием называется поддержание заданного режима процесса или работы агрегата без непосредственного участия человека.

Объектом регулирования называется процесс или агрегат, управление которым автоматизируется, в данном дипломном проекте - процесс получения обезвоженного карналлита.

Регулируемой величиной или регулируемым параметром называются переменные физико-химические величины, определяющие течение технологического процесса или работу агрегата, например: температура; расход; напряжение и т.д.

Регулирование - поддержание заданного значения параметра. Регулирование может осуществляться вручную или автоматически с помощью автоматических регуляторов.

Одним из условий, характеризующих технический прогресс, является уровень автоматизации производства и управления, а также применение средств вычислительной техники.

Задача автоматизации процессов цветной металлургии и управления ими осложняется как большим разнообразием технологических (физико-химических) процессов, протекающих с высокой скоростью при критических параметрах, так и обилием подлежащих добыче и технологической обработке металлов и элементов, для каждого из которых характерны специфические особенности технологии.

Автоматизация в металлургическом производстве и, в частности, при производстве цветных металлов обеспечивает условия для дальнейшей интенсификации процессов, снижения расхода сырья и энергии, повышения выхода годного продукта и улучшения качества продукции.

При применении автоматизации, улучшается вся организация производства, создается принудительно ритм, требующий бесперебойного снабжения производства сырьем, топливом и полуфабрикатами; при автоматизированном производстве не остаются скрытыми неполадки, связанные с плохой организацией производства и нечеткой работой персонала.

Автоматизация технологических процессов уменьшает влияние субъективных факторов человека на технологические процессы и позволяет добиться наиболее ритмичной работы. Автоматизация процесса позволит усовершенствовать и унифицировать данный технологический процесс. Автоматизация производства характеризуется освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производственным процессом и передачей этой автоматическим устройствам.

3.8.2 Краткая характеристика хлоратора как объекта управления

Хлорирование, как процесс проходит с обильным выделением тепла в результате экзотермической реакции. Титаносодержащий концентрат, взаимодействуя с коксом и хлором, образует хлорит металла и отработанный расплав. Хлорид металла в виде парогазовой смеси поступает в систему конденсации, откуда извлекается TiCl4. В процессе участвуют множество элементов и соединений. Сам ход процесса сложен, поэтому для его ведения необходимо придерживаться следующих технологических параметров.

1. Давление анодного хлоргаза-0,6-0,7

2. Температура в хлораторе -720-8000С

3. Содержание компонентов в расплаве:TiO2 - 2/5%

C - 2/5%

KCl - 20-30%

NaCl - 15-18%

SiO2 - 8%

FeCl3 - не более 20%

4. Рабочий уровень расплава3/3,5м

5. ПГС на выдохе из хлоратора:

давление+50 мм вод. столба

разряжение-50 мм вод. столба

6. Температура ПГС перед

оросительным скруббером не более 4500С

7. Температура после

оросительного скруббера90-970С

8. Температура ПГС на выходе:

из первого оросительного конденсатора+5/+100С

из второго-5/-100С

9. Разряжение создаваемое

вентилятором в р-н-300 мм вод. столба

Сложное производство тетрахлорида титана невозможно без надежного контроля и автоматизации процесса. При хлорировании рутиловых концентратов регулировка подачи шихты затруднена в качествах соответствующих расходу хлора. В связи с этим регулировка и контроль осуществляется косвенными параметрами.

В данном проекте предусмотрена автоматическая загрузка кокса и концентрата. Она основана на том, что расход рутилового концентрата и кокса связан с расходом хлоргаза, при этом учитывается концентрация хлора в анодном хлоргазе и давлении хлора.

При изменении каких-либо величин: концентрации, расхода хлора, соответственно изменяется расход концентрата и кокса.

Для основного контроля этих параметров предусмотрен отбор проб расплава каждый час работы хлоратора.

Кроме того, подача пульпы в хлоратор (для охлаждения зоны реакции) пропорциональна расходу хлора (концентрация хлора в анодном хлоргазе составляет 80-90%) с коррекцией по температуре расплава в хлораторе. Процесс хлорирования как объект представлен на рисунке 8.

Рисунок 8 - Схема хлоратора как объекта управления

Управляющие параметры

а - загружаемый рутиловый концентрат

б - загружаемый кокс

Выходные параметры

в - парогазовая смесь

г - отработанный расплав

д - отходящие газы

Возмущающие

и - хлор

к - отработанный электролит

3.8.3 Описание функциональной схемы

Загрузка компонентов шихты в хлоратор

Контроль и регулировка загрузки концентрата, кокса и электролита осуществляется с помощью весового дозатора позиции 7а, 7б, 9а, 9б, 11а, 11б.

Загрузка производится пропорционально весовому расходу хлора с коррекцией по содержанию оксида титана в расплаве хлоратора. Весовой расход хлора вычисляется из объемного (датчик расхода - позиция 16а). Путем умножения на постоянный коэффициент учитывающий давление и концентрацию хлора. Регулирование загрузки производится изменением числа оборотов ленты питателя, путем управления двигателя постоянного тока с помощью терристорного блока 1а, 2а, 3а. Управление загрузкой производится оператором с пульта управления.

Контроль расхода давления хлора

В качестве датчика изменения расхода хлора, служит диафрагма позиции 16а. Контроль по месту осуществляется V-образным манометром. Контроль и регулирование в щитовой производится системой централизованного контроля и управления.

Расход хлора по фурмам измеряется с помощью диафрагм, контролируется V-образным манометром.

Давление хлора, поступающего в хлоратор, контролируется по месту манометром 05м-160 (позиция 15а, 15б), а в щитовом помещении осуществляется контроль и регистрация (позиция 15в).

Регулировка подачи пульпы

Регулировка производится изменением числа оборотов пневмодвигателя насоса пропорционально расходу хлора с коррекцией по температуре расплава в хлораторе с помощью регулятора пропорционально - интегрального КР3-24.

Регулирование оборотов насоса выполняется изменением подачи воздуха в пневмодвигатель через клапан. Контроль давления воздуха производится с помощью манометра 05м-160. Измерение расхода пульпы производится путем измерения оборотов двигателя насоса (тахогенератор ТМГ-30) позиция. Сигналы тахогенератора преобразуются в стандартные электросигналы, затем поступают в блок обработки данных ПЭВМ и контролируются системой централизованного контроля и управления.

Контроль и регулирование температуры

Давление регулируется V-образными манометрами. Температура контролируется термоэлектрическими термометрами ТХА-0806 (позиция 4а). Также производится контроль температуры расплава хлоратора TXA-0806 (позиция 13а, 14а) находится в щитовой.

Контроль температуры пульпы на орошение после холодильника осуществляется термоэлектрическими преобразователи температуры ТХИ-0515.

Контроль температуры пульпы ПГС после полевой камеры, после оросительных конденсаторов № 1 и № 2.

Контроль температуры пульпы в баке или в танке производится термопарами ТХИ-0515.

Контроль давления ПГС после ОК-1 и ОК-2 производится V-образным манометром.

Контроль и регулирование температуры в танке пульпы

Стабилизация температуры в танке пульпы с насосом осуществляется путем изменения подачи воды на холодильник, охлаждающей пульпы с коррекцией по уровню в танке, регулятором ПР3-24. Контроль уровня в танке пульпы производится при помощи радиоизотопных релейных приборов и сигнализации верхнего и нижнего уровней (М1-10, М2-13). Аналогично измеряется уровень в аварийных баках, при помощи буйкового уравномера с пневмовыходом. Сигнал подается на систему централизованного контроля и управления.

Применение системы централизованного контроля и управления

Проектом предусмотрено применение АСУТП, что позволяет заменить многочисленные щиты с вторичными приборами, и предоставляет операторам и технологам следующие дополнительные условия:

1. Централизация технологической и аварийной сигнализации на пульте управления позволяет быстро определить как общее состояние технологического процесса, так и все местные нарушения.

2. Осуществить контроль с пульта управления за изменением любого параметра, определять за две три секунды величину параметра, задание регулятору.

3. Централизация и регистрация параметров позволяет оценивать комплексно и в деталях протекание процесса в любой предыдущий момент времени.

Применение АСУТП является технологически необходимым, для получения технического тетрахлорида титана соответствующего мировым стандартам.

3.9 Электроснабжение и электрооборудование

Энергоснабжение отделения осуществляется от подстанции напряжением 10 кВ. Питание получают трансформаторы:

отделение хлорирования: ТП-32 - один трансформатор 1000 кВА;

Электроды являются потребителями электроэнергии постоянного тока, щитовая контроля и регулирования - потребителями электроэнергии переменного тока.

4. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

4.1 Анализ опасных производственных факторов

В процессе производства тетрахлорида титана, возникает немало опасных производственных факторов.

Пыль титаносодержащего сырья присутствует в атмосфере производственного здания передел хлорирования. Предельно допустимая концентрация (ПДК) ее в атмосфере производственных помещений составляет 10мг/м3. Эта пыль является нейтральным продуктом.

Пыль кокса также присутствует в атмосфере цеха. ПДК ее в атмосфере цеха равна 5мг м3. Условия производства тетрахлорида титана, создают предпосылки, что это углеродосодержащая пыль является пожароопасной, а при определенных условиях и взрывоопасной.

При работе с открытым огнем во избежание возгорания кокса рекомендуется смачивать площадки водой. Для тушения пожара применяют газ аргон. Защиту органов дыхания от пыли кокса и титаносодержащего сырья осуществляют с помощью респиратора типа «лепесток».

TiCl4 попадает в атмосферу в виде жидкости или пара при разгерметизации оборудования. TiCl4 при взаимодействии с влагой воздуха образует токсичный газ, который адсорбируется на частичках пыли оксид хлорида титана, способен проникать в легкие.

Тетрахлорид титана при попадании на кожу дает труднозаживающие ожоги II и III степени. По этой причине ПДК хлористого водорода, образовавшегося от гидролиза TiCl4, в атмосфере равна 1мг/м3.

В условиях цеха пары хлора попадают в атмосферу цеха, во время возможных газовыделений. Первым признаком отравления являются боли в грудной клетке, резь в глазах, слезоточение, удушливый кашель. При отравлении хлором человек может умереть. ПДК хлора 1мг/м3.

Первая помощь - немедленное удаление из зараженной атмосферы, с освобождением от стесняющей одежды, длительное вдыхание кислорода.

Фосген содержится в техническом тетрахлориде титана в отходящих газа хлоратора. ПДК в атмосфере цеха составляет 0,5 мг/м3.

Аммиак применяют на холодильных установках в качестве холодоносителя. ПДК аммиака для данного производства составляет 20мг/м3.

4.2 Организационные мероприятия

Производство тетрахлорида титана на всех переделах связано с применением и получением вредных химических веществ в агрессивных различных состояниях. Эти вещества при нарушении технологии и нарушении профилактических мер могут попасть в атмосферу производственных помещений, в землю, сточные воды и представляют опасность как для самих работающих, так и для живущих вблизи предприятия.

В процессе производства рабочие управляют различными механизмами, электрическими приборами, обслуживают грузоподъемные механизмы, хлораторы. В этих условиях отклонения от правил технической эксплуатации, техники безопасности может вызвать аварию или несчастный случай. Поэтому сложную технику производства TiCl4 могут обслуживать только специально подготовленные люди.

Рабочие, впервые принятые на производство и не имеющие удостоверения по специальности, проходят вводный инструктаж по технике безопасности в отделе охраны труда предприятия, который знакомит с общими правилами поведения людей на территории завода и его цехов, с правилами пожарной безопасности.

Отдел охраны труда предприятия выдает рабочим на руки «личную карточку инструктажа», и с этим документом его направляют в цех. Администрация цеха обеспечивает вновь принятого рабочего спецодеждой, спецобувью, специальными средствами защиты, выделяет ему место в бытовой комнате, выдает на руки инструкцию по безопасности труда и направляет к мастеру, который специально отвечает за соблюдение требований охраны труда этим рабочим.

Рабочего допускают к самостоятельной работе только после прохождения практики и сдачи экзаменов по технике безопасности для конкретной специальности.

В процессе самостоятельной работы с рабочим не менее двух раз в год проводят повторный инструктаж методом работы по плану ликвидации аварии.

Важным значением, для безопасных условий, является соблюдение трудовой дисциплины, использование правил ношения защитной одежды, спецобуви, средств защиты органов дыхания.

Для профилактики производственного травматизма в производстве тетрахлорида титана внедрена система управления охраны труда.

На всех предприятиях, во всех цехах создаются кабинеты по охране труда, призванные стать центрами по повышению знаний рабочих, воспитанию в них сознательного отношения к выполнению требований техники безопасности и производственной санитарии.

Администрация предприятия обязана разрабатывать ежегодные и пятилетние планы по охране труда, проводить анализ производственного травматизма.

4.3 Технические мероприятия

В проекте предусмотрена приточная и вытяжная вентиляция. Все отходящие газы проходят предварительную очистку, а затем выбрасываются в атмосферу. Воздух для вентиляции забирается чистый, поэтому не требует предварительной очистки.

4.3.1 Параметры микроклимата

Для удаления избыточного тепла и поддержания микроклимата (таблица 5) проектом предусматривается:

а) для обеспечения ПДК вредных веществ в атмосфере воздуха:

в отделении электролиза магния, предусмотрена приточно-вытяжная вентиляция, для чего в верхних частях здания существуют специальные проемы;

на первом этаже в коридорах между отделениями и участками установлены калориферы, работающие зимой на теплый, а летом - на холодный воздух;

б) во избежание попадания холодного воздуха в цех в зимнее время и создание сквозняков у наружных ворот предусматривается устройство воздушных завес, воздух для них подогревается в калорифере.

Таблица 10 - Параметры микроклимата

Период года	Показатели
	Относительная влажность, %	Температура Воздуха, 0С	Скорость движения воздуха, м/ч
Летний	40-60	17-27	до 0.3
Зимний	40-60	14-17	до 0.3

4.3.2 Расчет приточной и вытяжной вентиляции

Кубатура производственного помещения равна 50500 м3.

Необходимый воздухообмен определяем из расчета поглощения теплоизбытков. От технологического оборудования, выделяющего вредные вещества, проектом предусмотрено устройство местных отсосов. Объем воздуха, удаляемого через местные отсосы, составляет (по данным практики) 87100 м3/час.

Суммарный объем удаляемого воздуха, с учетом коэффициента одновременности работы оборудования равным 0,8:

87100х0,8=69700 м3/ч

Удаление воздуха осуществляется дымососами, расположенными в помещении дымососной газоочистки.

Теплопотери конструкцией здания (по данным практики) составляет 6235000 кДж/час. Тепловыделения в цех составляют 9476760 кДж/ч.

Избыток тепла составляет:

9476760-623500=8853260 кДж/ч

Для зимнего периода проектом предусмотрена подача воздуха, для удаления тепла, приточной вентиляцией через калориферы с подогревом наружного воздуха до 283 К. Выход воздуха из цеха предусмотрен через аэрационный фонарь П-образного типа с верхне подвешенными створками и ручным приводом открывания фонарных створок. Тепловое давление регулируется степенью открытия и закрытия фрамуг.

Принимаем температуру в помещении 295 К.

Потребный воздухообмен:

где м = 0,4 доля тепловыделения в рабочую зону;

691700 - объем воздуха, удаляемого местными отсосами.

Объем приточного воздуха:

Кратность обмена:



Выбираем центробежный вентилятор ЦУ- 70 1120 А, обеспечивающий подачу 35000 м3/час при давлении Н=140 кг/ м2. КПД = 0,78 число оборотов 980 об/мин. Расходуемая мощность по уравнению:

где доля воздуха приходящаяся на один вентилятор.

Введя коэффициент запаса мощности, получим:

Nд = 14,7х1,1 = 16,2 кВт

Принимаем, по таблице, мощность двигателя 20 кВт марки АО 73-6, 980 об/мин, принимаем 4 вентилятора работающих и два резервных. Всего в 6 вентиляторов марки ЦУ - 70 №10 А производительностью 35000 м3/ч.

Расход тепла на подогрев воздуха до 283 К составит:

157500х0,24(10+37)х4,184=7447520 кДж/ч

Воздушные завесы работают на рециркуляцию.

Для летнего периода проектом предусматривается приток воздуха через оконные фрамуги а при необходимости подачу осуществлять притяжной вентиляцией. Выход воздуха из цеха предусматривается через аэрационный фонарь.

Температуру в помещении принимаем на 5 К выше наружной:

299 + 5 = 304 К

Всего тепловыделений 9476760 кДж/ч.

Потребный воздухообмен составит :

Объем приточного воздуха:

805000/1,16=694000 м3/час

Кратность обмена составит:

694000/50500=14 раз

Температура удаляемого воздуха 311 К.

Расстояние между центрами приточных и вытяжных фрамуг 10,4 м. Высота нейтральной зоны над центром приточных фрамуг 8 м. Необходимая площадь приточных фрамуг:

, м2

м2

, м2

м2.

Площадь вытяжных фрамуг вполне удовлетворяет нормальному вентилированию цеха.

Для предупреждения задувания воздуха внутрь зданий устанавливают ветроотбойные щиты.

4.3.3 Электробезопасность

Электрический ток - поражение электрическим током возможно на всех рабочих участках, на которых расположено электрооборудование, электродвигатели, пускатели, силовые блоки и т.д.

Поражение электрическим током подразделяется на электрический удар, термический ожог, металлизацию кожи.

Наибольшую опасность представляет электрический удар. Степень опасности электрического удара зависит от силы тока, прошедшего через тело человека. Поражение током наступает в случае, если человеческое тело окажется под напряжением, допускающим прохождение через организм человека переменного тока силой более 0,01 А или постоянного тока силой более 0,06 А. Ток свыше 0,1 А смертелен для человека. Электрический удар возникает при непосредственном контакте человеческого тела с токоведущей частью и поражает центральную нервную систему человека, он представляет опасность для здоровья и жизни человека. Электрические травмы (ожоги кожи, металлизация кожи, поражение глаз) возникают от действия электрической дуги или сильно нагретых током частей оборудования.

Меры предосторожности: во избежания поражения электрическим током необходимо следить за исправностью изоляции токоведущих частей оборудования и заземления кожухов электродвигателей, металлоконструкций и площадок. Чистка, ремонт и смазка механизмов допускается только при снятом напряжении.

Средства защиты: резиновые перчатки, изолирующие подставки, резиновые рукавицы, надежная электроизоляция оборудования и исправное заземление. Уменьшает опасность поражения электрическим током чистая и сухая спецодежда. Для предохранения глаз от ожогов применяются защитные очки.

Первая помощь при поражении электрическим током - немедленно освободить пострадавшего от контакта с токоведущими частями, предварительно обесточив их. При потере дыхания необходимо сделать искусственное дыхание, непрямой массаж сердца, вызвать скорую помощь.

4.3.3.1 Расчет заземления

Энергоснабжение отделения осуществляется от подстанции напряжением 10 кВ. Питание получает следующий трансформатор:

отделение хлорирования: ТП - 32 -один трансформатор 1000 кВА;

Данные для расчёта: для проектируемого отделения заземляющие устройства являются общими для электроустановок до и выше 1000 В, сопротивление растеканию тока не должно превышать 4 Ом; грунт - суглинок с удельным электрическим сопротивлением с = 100 Ом • м; в качестве заземлителей приняты стальные трубы диаметром d = 0,08 м и длиной l = 2,5 м, располагаемые вертикально и соединённые на сварке стальной полосой 40Ч4 мм.

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя рассчитываем по формуле:

(58)

где t - расстояние от середины заземлителя до поверхности грунта, м;

l, d - длина и диаметр стержневого заземлителя, м.

Расчётное удельное сопротивление грунта:

срасч = сш,(59)

где ш - коэффициент сезонности, учитывающий возможность повышения сопротивления грунта в течении года. Принимаем ш = 1,7 для I климатической зоны.

Тогда срасч = 100 • 1,7 = 170 Ом • м,

Сопротивление стальной полосы, соединяющей стержневые заземлители, RП, Ом рассчитаем по формуле:

RП = (срасч /2рl)ln(l2/dt),(60)

гдеl - длина полосы, м;

t - расстояние от полосы до поверхности земли, м;

d = 0,5b (b - ширина полосы, равная 0,08 м).

Определяем расчётное удельное сопротивление грунта сґрасч при использовании соединительной полосы в виде горизонтального электрода длиной 50 м. При длине полосы 50 м шґ= 5,9. Тогда сґрасч = 100 М 5,9 = = 590 ОмМм,

Ориентировочное число, n, штук одинаковых стержневых заземлителей

n = Rв/[rз]зз = 48 / 4 • 1 = 12 шт.

Принимаем расположение вертикальных заземлителей по контуру с расстоянием между смежными заземлителями равным 2l. Исходя из принятой схемы размещения вертикальных заземлителей зВ = 0,66, зГ = 0,39.

Необходимое число вертикальных заземлителей

n = 48 / (4 • 0,66) = 18 шт.

Общее расчётное сопротивление заземляющего устройства R с учётом соединительной полосы

R =	RВ • RГ RВзГ + RГ зВn	=	48 • 21 48 • 0,39 + 21 • 0,66 • 18	= 3,76 Ом

Расчёт выполнен верно, так как 3,76 Ом < 4 Ом.

4.3.4 Освещенность

Для нормальной работы людей, обслуживающих круглосуточно технологическое оборудование, большое значение имеет рациональное освещение.

Естественное освещение создается рассеянным светом, проходимым через боковые оконные проемы цеха, выложенные стеклоблоками и аэрационные фонари, устроенные по всей длине здание в верхней его части.

Искусственное освещение обеспечивается светильниками типа УПД. Расположение светильников должно быть равномерным. Предусмотрено и аварийное освещение с независимым источником электроэнергии.

Для производства работ во влажных помещениях, в замкнутых пространствах, печах, колодцах и т.д. используется освещение от переносных светильников с рабочим напряжением 36 и 12 В.

4.3.4.1 Расчет освещенности

Проектируемый цех работает круглосуточно. Для предотвращения несчастных случаев и повышения производительности труда требуется хорошее освещение, поэтому как улучшение светового режима оказывает благоприятное психофизическое воздействие на работоспособность и активность человека. Для каждого вида зрительных работ может быть определен наиболее благоприятный световой режим. Расположение светильников в отделении должно быть равномерным.

Корпус цеха представляет собой здание павильонного типа с занимаемой площадью

S = 27 340 = 9180 м2.

Нормированная освещенность в цехе:

Еср. = 10 лк (по «Нормам искусственного освещения основных цехов предприятий цветной металлургии» часть II).

Для освещения принимаем светильники типа УПД. Высота подсвета светильников h = 10 м. Определим необходимое количество светильников для отделения электролиза магния:

,(61)

гдеW - удельная мощность освещения - 14,7;

р - единичная мощность лампы - 500 Вт.

Располагаем светильники в три ряда по 90 штук.

4.4 Санитарно-гигиенические мероприятия

4.4.1 Обеспечение спецодеждой, бытовыми помещениями, спецпитание

В цехе предусмотрено обеспечение работников специальной одеждой. Спецодежда должна быть целой, удобной, выданной по размеру. В соответствии с установленными сроками спецодежда и спецобувь подлежат замене. На предприятии существует «салон специальной одежды», который занимается учетом, выдачей, ремонтом спецодежды и обуви.

Специальной одеждой и обувью являются:

- суконный костюм

- костюм х/б (для рабочих не основных специальностей)

- каска

- суконная шляпа (для печевых)

- защитные очки

- противокислотные рукавицы

- рукавицы брезентовые

- ботинки

- керзовые сапоги

- резиновые сапоги

Для переодевания рабочих до и после работы предусматриваются бытовые помещения с душевыми, расположенными в административном здании. В бытовых помещениях постоянно поддерживаются чистота и порядок. Эти помещения периодически подвергаются санитарной обработке.

Все рабочие цеха хлорирования получают талоны на спецпитание и молоко. Выдача талонов производится в конце каждого месяца. Стоимость талона на спецпитание составляет 80 тенге. На один талон молока в пункте раздачи рабочий может получить 500 гр. молока. На шесть часов работы, согласно коллективному договору выдается по одному талону спецпитания и молока.

4.4.2 Обеспечение индивидуальных средств защиты

Во время работы рабочий персонал цеха соприкасается с вредными для организма веществами. Для безопасности здоровья рабочим необходимы средства защиты.

Защиту органов дыхания от пыли кокса и титаносодержащего сырья осуществляет с помощью респиратора типа «лепесток».

Индивидуальными средствами защиты от паров хлора, TiCl4, фосгена, хлористого водорода и других вредных газообразных веществ является противогаз с коробкой БКФ при содержании хлора менее двух процентов (по массе), а также кислородный, изолирующий и шланговый противогазы.

В цехе, в административном корпусе работает пункт выдачи противогазов, где рабочие по мере надобности производят замену противогазов. Также в комнате сменного мастера расположен аварийный запас противогазов на случай аварийной ситуации.

4.4.3 Организация естественного и искусственного освещения

В проектируемом цехе естественное освещение преобладает: боковое - через окна в наружных стенах, верхние через световые фонари и проемы в покрытии (проемы между ХТ-1, ХТ-2, ХТ3 и ХТ-4), а также комбинированное - верхнее освещение плюс боковое.

Так как цех работает круглосуточно и имеются места без достаточного естественного освещения, то применяется искусственное освещение.

По конструктивному исполнен ию в цехе хлорирования различают светильники: открытые (центр управления технологическим процессом, чайная, бытовые и мастерские помещения), уплотненные (отметки 5,400м; 0,000м; верхние фонари на потолке), пылезащищенные (система загрузки сырья). Все светильники поддерживаются в исправном состоянии, за что отвечает энергослужба цеха.

4.4.4 Противопожарные мероприятия

Пожар на производстве представляет собой большую опасность и может причинить значительный материальный ущерб, поэтому при устройстве предприятия и цехов необходимо осуществить большой комплекс работ по противопожарной безопасности.

В пожарном отношении предприятия находятся в категории «г», степень огнестойкости I.

Пожар в цехе может возникнуть:

- от неисправности электропроводки

- при проливе расплава

- от возгорания кокса в бункере

В цехе установлены противопожарные щиты. Имеются пожарные краны, оборудованные рукавом длиной до 20 м и пожарным стволом.

В местах особой пожарной опасности установлены предупредительные аварийные выхода. В цехе имеется план эвакуации, который размещен на стенде.

Пожарная сигнализация в цехе подключена к сигнализации пожарной команды на комбинате.

4.5 Экологичность

Процесс хлорирования титановых шлаков связан с выделением пылевых компонентов, жидких составляющих (НСl) и твердые отходы, которые полностью утилизируются (исключением являются отработанные расплавы) которые вывозятся в отвал. Все эти отходы утилизируются с целью обеспечения безопасности окружающей среды.

Отходящие газы и пыль подвергаются санитарной очистке в несколько ступеней в цехе очистки каплеулавливания.

Жидкие отходы производства также проходят несколько стадий очистки.

Все проводимые санитарно-технические мероприятия удовлетворяют требованиям охраны окружающей среды.

В цеху постоянно проводится учет и контроль воздушной среды цеха.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что выбор площадки для строительства цеха наиболее целесообразен.

Расчёт полого скруббера.

Исходные данные: Т1 = 423 К, Т2 = 343 К. Раствор на орошение в скруббер подаётся по стальным водопроводам, футерованным полиэтиленом диаметром 100 мм. Количество газов 45000 м3/ч. Плотность газа 1,25 кг/м3. Объёмная удельная теплоёмкость газа 1,447 кДж/(м3•К). Начальное влагосодержание 84 г/м3.

Количество тепла отнимаемого за 1 час от газов находим по формуле

Q = cV(Т1 - Т2),(62)

гдес - объёмная удельная теплоёмкость газа, кДж/(м3•°С);

V - объём газов, м3/ч;

Т1 и Т2 - начальная и конечная температура газов, К.

Q = 1,447•45000•(423-343) = 5,209•106 кДж/ч = 1,47•106 Вт.

Среднюю разность температур газов в скруббере определяем по формуле

?t =	(Т1 - ТМ) - (Т2-ТМ) ln(Т1-ТМ) / (Т2 - ТМ)

гдеТМ - температура мокрого термометра К.

ТМ = 328 К [25]. Откуда:

?Т =	(423-328) - (333-328) ln(443-328)/ (333-328)	= 40 К.

Объём полого скруббера находим по формуле

VС = Q / R0 ?Т, (63)

гдеR0 - объёмный коэффициент теплопередачи, Вт/(м3•К).

Принимая объёмный коэффициент теплопередачи по эмпирическим данным равным 369 Вт/(м3•К). Откуда:

VС = 1470000 / (369•35) = 134,8 м3 [135 м3].

Диаметр скруббера D находим из расчёта скорости газов на выходе из него не более 1 м/с во избежание уноса капель.

Определяем объём газов по выходе из скруббера VГ.

Влагосодержание на выходе из скруббера равно 150 г/м3 [25]. Отсюда:

VГ = 45000 (1 + (0,15 - 0,084)/0,804) (1 + 50/273) = 47679 м3/ч.

При скорости газов на выходе из скруббера щГ = 1,0 м/с,

определяем, что сечение цилиндрической части скруббера:

рD2/4 = 47679 / 3600 • 1 = 13,24 м2,

что отвечает диаметру D = 4,1 м .

Так как объём скруббера:

VС = рD2/4 • H, (64)

находим, что высота цилиндрической части скруббера

H =135 / 13,24 = 10,2 м,

а отношение H/D = 10,2/4,1 = 2,488, т.е. близко к рекомендуемой величине 2,5.

5. СТРОИТЕЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ

В процессе хлорирования имеют место выделения вредных, газообразных веществ, представляющие серьезную опасность. В связи с этим для обеспечения эффективной вентиляции производственных помещений, имеющих в своей атмосфере вредности, проектом предусмотрены приточная и вытяжная вентиляции, обеспечивающие двадцатикратный обмен воздуха в течении одного часа. В проектируемом цехе используется естественное и искусственное освещение, для обеспечения противопожарной безопасности. Для проветривания используются вентиляторы.

В производственном здании предусмотрены, наряду с технологическими помещениями, ремонтные мастерские, мастерские КИПиА, механиков, слесарей, комнаты отдыха.

Несущими элементами покрытия являются железобетонные перекрытия.

Пол цеха на отметке 0,000 выложен кислотоупорным кирпичом. На участке выбивки расплава пол устлан бетонной стяжкой 10см.

Проектом предусмотрена антикоррозионная защита отметок, выполненная из листов нержавеющей стали.

Стены и другие конструкции покрыты защищенными покрытиями по типу I:

Грунт cr - 26 - 1 слой

Эмаль cэ - 23 - 2 слоя

Лак cл - 2 слоя

Трубопроводы вне цеха покрыты по типу II:

Грунт cr - 26 - 2 слоя

Эмаль cэ - 23 - 2 слоя

Лак cл - 2 слоя

Металлические поверхности технического оборудования покрыты по типу III:

Лак cл с кузбаслаком в соотношении 1:1 - 3 слоя, после него алюминиевая пудра разбавленная лаком cл.

5.1 Конструктивные элементы здания

Согласно СНИП II А-6-22 класс сооружений II, пожарной безопасность I, степень огнестойкости I, степень долговечности I.

Производственное здание цеха состоит из одного корпуса. Глубина заполнения фундамента, учитывая нагрузку и сопротивление грунта, принимаем 3,5 м. Фундамент сборный из железобетонных блоков. Несущей основой здания является каркас из несущих железобетонных колонн, железобетонных перекрытий, уложенных на железобетонные блоки.

Строительные фермы изготовлены из железобетона. Покрытие состоит из кровли три-четыре слоя рубероида на битумной мастике. В качестве основания под кровлю используют железобетонные плиты со стяжкой из цементно-песчаного раствора.

Фундаменты применяются отдельные, столбчатые из бетона, на которые устанавливаются железобетонные сборные фундаментные балки.

Фундаменты при наличии грунтовых вод имеют гидроизоляцию.

Определяем размеры цеха. В цехе необходимо разместить три хлоратора, отвести место под пять ректификационных колонн и место под помещения. Длину цеха принимаем 126 метров, ширина, обеспечивающая размещение хлорирующей установки и отделения ректификации с учетом санитарных норм и норм по охране труда составляет 30 метров. Так же мы учитываем место для выбивки расплава.

Проектом предусмотрены крановые пути. Кран грузоподъемностью 16 тонн, предназначен для замены коробов, монтажа и демонтажа оборудования.

Высота здания имеет отметку 15,6 м. Согласно нормам, перемещаемый груз должен быть поднят на высоту 0,5 м от выступающих предметов.

Высоту здания принимаем 25 м.

Двери для захода в цех принимаем по высоте 5 м., по ширине 5 м. Мастерская слесарей находится на отметке +0,000. Комната дежурного электрика, комната КИПиА, комната отдыха расположена на отметке +5,400. Электромастерская находится на отметке +9,600. Венткамера на отметке 12,600. Основное технологическое оборудование расположено на отметке 0,000 (хлоратор).

Основные проемы выполнены из стеклоблоков.

Бытовые помещения, столовая вынесены в бытовой корпус.

5.2 Отопление и вентиляция

Тепловой энергией отделение снабжается от Согринской ТЭЦ, Теплоносителем является перегретая вода с температурой от 473 до 973 К в зависимости от температуры наружного воздуха с рабочим давлением 6 ати. Отопление производственного помещения воздушное, совмещенное с приточной вентиляцией. Суточный расход тепла на отопление 64,8 ГДж.

5.3 Водоснабжение и канализация

Для выполнения всех норм технологии используется химически очищенная вода, поступающая с Согринской ТЭЦ по магистральным водопроводам. Суточное потребление воды составляет 60,5 м3/сутки.

Водоснабжение отделения питьевой водой производится от центрального водопровода двумя вводами.

Питьевой водой обеспечиваются питьевые фонтанчики, сатураторы, комнаты прием пищи, санузлы, бытовые комнаты. Суточное потребление питьевой воды составляет 170 м3/сутки.

Хозяйственные фекальные стоки подключены к общей системе канализации комбината и направлены на очистные сооружения.

5.4 Защита конструкций от коррозии

Стены и другие конструкции из железобетона покрываются защитным покрытием по типу 1:

грунт ХСТ - 26 - в один слой;

эмаль ХСЭ - 23 - в два слоя;

лак ХСЛ - в два слоя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Титановые производства стран СНГ успешно развивают технологии титана, вносят существенные усовершенствования в основные технологии.

Наряду с этим перед металлургами стоит задача разработки новых и новейших технологий переработки вновь открытых месторождений титановых руд.

Дипломный проект посвящен разработке технологии хлорирования рутилового концентрата, выполнен в соответствии со всеми требованиями и рекомендуется для внедрения в производство.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Байбеков М.К., Попов В.Д., Чепрасов И.М. Производство четыреххлористого титана. - М.: Металлургия, 1987. - 155 с.

2 Сергеев В.В. Безукладников А.Б. Металлургия титана. - М.: Металлургия, 1979. - 263 с.

3 Худайбергенов Т.Е. Титаномагниевое производство. - Алматы.: ГИ им. Кунаева, 1996. - 177 с.

4 Гудима Н.В. Краткий справочник металлургии по цветным металлам. - М.: Металлургия, 1964. - 534 с.

5 Отчет опытного цеха УКТМК о промышленных испытаниях «мокрой» схемы конденсации четыреххлористого титана - Усть-Каменогорск: УКТМК, 1984. - 132 с.

6 Справочник металлурга по цветным металлам/под ред. И.И. Мураш - М.: Металлургия, 1953. - 160 с.

7 Надольский А.П. Расчет процессов и аппаратов производства тугоплавких металлов - М.: Металлургия, 1972. - 342 с.

8 Павлов Л.Ф. и др. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л.: Химия, 1976. - 242 с.

9 Слудский И.З. Расчеты теплопотерь в окружающую среду металлургическими аппаратами - Алма-Ата.: КазПТИ, 1987. - 237 с.

10 Оболенский и др. Основы автомотизации химических производств - Л.: Химия, 1965. - 305 с.

11 Орловский Н.Ф. и др. Архитектурное проектирование промышленных зданий - М.: Высшая школа, 1982. - 350 с.

12 Поляков И.А. Ремезов К.С. Справочник экономика по труду - М.: Экономика, 1980. - 251 с.

13 Злобинский Б.М. Охрана труда в металлургии - М.: Металлургия, 1975. - 536 с.

14 Техника безопасности и производственная санитария. Краткий справочник металлурга - М.: Металлургия, 1973. - 256 с.

15 Шаяхметов Б.М., Худайбергенов Т.Е., Чайковский С.Н. Основные вехи развития научно-технического на Усть-Каменогорском титано-магниевом комбинате (1965-1995 гг.). - Алматы, 1998. - 62 с.

16 Диомидовский Д.А. Контроль и автоматизация процессов в цветной металлургии Ч. 2. Автоматизация металлургических процессов. М.: Металлурия, 1967. - 403 с.

Размещено на Allbest.ru