Технология производства серной кислоты

5.2. Определение направлений развития химико-лесного комплекса

Для решения задач, относящихся к уровню технических систем, следует использовать соответствующие параметры, т.е. параметры в целом характеризующие технологические процессы, составляющие систему. Для определения объемных параметров Q, Ψ, Ф, где Q – объем выпуска технологическим процессом, Ψ – объемное значение уровня технологии технологического процесса, Ф – затраты прошлого труда в технологическом процессе, необходимы удельные параметры L, Y, B.
Таблица 5.2.1. расчет L_i, B_i, Y_i для технологических процессов химико-лесного комплекса (t=3года).

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Tж(3)	0,8438	1,1123	0,81669	0,6583	0,7086	0,616	0,5677	1,4757	0,7936
Тп(3)	0,79	0,31	0,34	0,245	0,336	0,427	0,518	0,154	0,35
Bi	0,9362	0,2787	0,4162	0,3721	0,4741	0,6931	0,9124	0,10437	0,4410
Yi руб/челгод	1,5001	2,9001	3,6004	6,2002	4,2	3,8018	3,4005	4,4002	3,6
Li руб/чел	1,1851	0,899	1,2241	1,5190	1,4112	1,6233	1,7614	0,6776	1,26

Рассчитаем Q_i (выпуск продукции), Ф_i (фондовооруженность), Ψ_i (объемный уровень технологии) для всех элементов химико-лесного комплекса по следующим формулам:

Q_i = T_жi^o*L;
Ф_i= T_жi^o*B_i ;
Ψ_i= T_жi^o*Y_i
Здесь нам потребуется показатель объемных затрат живого труда
T_жi^o=√(N+100) +N, где N – номер технологического процесса в системе.
Таблица 5.2.2. Расчет Q_i, Ф_i, + , Ψ_i для химико-лесного комплекса.

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Tжi^ox челруб	11,05	12,10	13,149	14,198	15,247	16,296	17,344	18,392	19,440
Qi, руб	13,0954	10,878	16,0961	21,5678	21,515	26,454	30,5515	12,4634	24,4963
Фi, руб	10,3453	3,3723	5,473	5,284	7,2286	11,296	15,826	1,9194	8,5737
Ψi, руб	16,5764	35,09	47,341	88,03	64,038	61,953	58,9797	80,9315	69,9896

Далее будем рассматривать нашу систему химико-лесного комплекса как комбинированную систему параллельных и последовательных систем.

1. 
   Найдем фонды всего комплекса:
   

Ф_сис=Ф₁+…+Ф₉=69,3183(руб.)

2. 
   Рассчитаем реальный объем выпуска продукции комплексом, учитывая, что Q_пар=Q₁+Q_n, а Q_посл=n*Q_min (Q_min - объем выпуска лимитирующего звена, n – количество элементов в системе). Первоначально найдем Q каждой подсистемы (А, Б, В), а затем Q комплекса в целом.
   

Q_А=2* Q_min=2* Q₂=21,756 (руб.)
Q_Б= Q₇ +Q₈ +Q₉=67,5112 (руб.)
Q_В=2* Q_min=2* Q₆=52,908 (руб.)
Q_сис= Q₁ +Q₄ +Q₅+ Q_А +Q_Б =130,8432 (руб.)

3. 
   Вычислим объем и удельный уровни технологии системы и сравним с уровнем технологии технологического процесса производства серной кислоты.
   

Ψ_с= Q_сис²/ Ф_с= (130,8432)²/69,3183=246, 9758 (руб.)
Найдем Y_с по формуле Y_с= Ψ_с/ T_жс^о, для этого найдем
Т_ж^о_С = Т_ж^о_i = Т_ж^о₁ + ... + Т_ж^о₉ = 137,216 (чел./руб.)
У_С = Ψ_С/ Т_ж^о_С = = 1,8 (руб./чел.)
В главе 3 мы высчитали У₁=1,5< У_С=1,8
Это значит, что наша технология «тормозит» развитие комплекса. Это объясняется тем, что технологии химико-лесного комплекса в общем более автоматизированы и механизированы.

4. 
   Известно, что оптимизация позволяет обеспечить прирост результата без дополнительных затрат. По отношению к технологическим системам – увеличить выпуск продукции без дополнительных затрат прошлого труда, что дает прямой экономический эффект. Поэтому оптимизация столь важна.
   

Рассчитаем оптимальный уровень технологии всей системы. Воспользуемся следующими формулами:
Ψ^пар_опт.с = Ψ_i ,
Ψ^посл_опт.с = N²( (1/ Ψ_i))^-1 , где
Ψ_i – объёмный уровень технологии i-го технологического процесса;
Ψ^посл_опт.с– оптимальный объёмный уровень последовательной подсистемы;
Ψ^пар_опт.с – оптимальный объёмный уровень параллельной подсистемы;

Ψ^А_опт = 4(1/ Ψ₂ + 1/ Ψ₃)^-1 = 80,61(руб.)

Ψ^Б_опт = Ψ₇ + Ψ₈ + Ψ₉ = 209,9(руб.)
Ψ^В_опт = 4(1/ Ψ₆ + 1/Ψ_Б)^-1 = 191,338уб.)

Ψ_опт.с = Ψ₁ + Ψ_А + Ψ₄ + Ψ₅ + Ψ_В = 440,5924уб.)

Найдем реальные уровни технологий системы.
Ф_А=Ф₂+Ф₃=8,8453(руб.)
Ψ^А_{пос.реал}= (Q_A)²/Ф_А=(21,756)²/8,8453=53,5113 (руб.)
Ф_Б=Ф₇+Ф₈ +Ф₉=26,3191(руб.)
Ψ^Б_{пар.реал}= (Q_Б)²/Ф_Б=(67,5112)²/26,3191=173,1732 (руб.)
Ф_В=Ф₆+Ф_Б=37,6151(руб.)
Ψ^В_{пос.реал}= (Q_В)²/Ф_В=(52,908)²/37,6151=74,4184 (руб.)
Ψ_реал для всей системы найдено ранее.
Несложно заметить, что объемные уровни технологии в оптимуме не соответствует реальному значениям. Из этого следует вывод что реальное состояние системы не соответствует оптимальному.

5. 
   Найдем дополнительный системный прирост продукции, который обеспечивается за счет оптимизации. Для этого найдем значения Q_опт.с
   

Q_опт.с =( Ψ_опт.с*Ф_с)^1/2 , где

Ψ_опт.с – оптимальный объёмный уровень технологии комплекса;
Ф_с – фонды системы.

Q_опт.с = = 174,76 (руб.)

Тогда прирост составит
ΔQ = Q_опт.с - Q_с = 174,76 – 130,8432 = 43,89 (руб.)
В этом пункте работы был рассчитан реальный уровень технологии комплекса У_с , который был сравнён с уровнем технологии процесса производства серной кислоты. Также было рассчитано значение реального и оптимального объёмного уровня технологии системы Ψ_с и Ψ_опт.с , был найден реальный и оптимальный выпуск системы и рассчитан прирост продукции, обеспечиваемый оптимизацией технологического комплекса.
6. АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Техника развития серной кислоты является одним из основных факторов, определяющих экономические показатели производства серной кислоты, поэтому на усовершенствование технологической схемы и ее аппаратурного оформления направлены наибольшие усилия исследовательских институтов и промышленных предприятий.
Основными направлениями технического прогресса в производстве серной кислоты являются:

• 
  рост единичных мощностей технологических линий (систем)
  
• 
  разработка принципиально новых эффективных технологических систем и их аппаратурного оформления, снижение материалоемкости и энергосберегающих систем
  
• 
  уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу с выхлопными газами – создание практически безотходных систем по производству серной кислоты.
  

В настоящее время наметились два направления возможного развития этого производства. Первое состоит в том, что при сохранении сущности современного способа процесс осуществляется под давлением. Второе направление предусматривает замену воздуха кислородом и осуществление процесса при циклической схеме при атмосферном и повышенном давлении.
Применение повышенного давления на всех стадиях производства серной кислоты является наиболее перспективным направлением развитием технологического процесса, т.к. при этом обеспечивается следующие положительные факторы улучшения технологических показателей систем по производству серной кислоты:

• 
  увеличивается выход SO₃ при взаимодействии SO₂ c O₂ на катализаторе,
  
• 
  возрастает степень использования сырья,
  
• 
  уменьшаются выбросы вредных веществ (SO₂) в атмосферу, становится
  
• 
  становится возможным создание практически безотходных систем по производству серной кислоты
  
• 
  объемы перерабатываемого газа уменьшаются пропорционально давлению, что позволяет создать мощные системы с малыми размерами аппаратов. Удельная материалоемкость системы снижается в 2,5 – 3,0 раза. Сокращается производственная площадь, занятая системой.
  

Аппараты по производству серной кислоты, работающие под повышенным давлением подлежат котлонадзору. К ним предъявляются требования повышенной прочности и герметичности.
Применение кислорода в производстве серной кислоты может быть осуществлено по различным схемам:
На колчедане

Варианты:

Рис. 6.1. Варианты применения кислорода в производстве контактной серной кислоты

1 – печное отделение
2 – промывное отделение
3 – сушильное отделение
4 – контактное отделение
5 – абсорбционное отделение
По варианту I содержащее сырье обжигают в воздушной среде. К полученному концентрированному газу (14% SO₂) в контактном отделении вместо воздуха добавляют технологический кислород (95%). Это наименее эффективный, но наиболее простой способ, для его внедрения не потребуются специальные исследования, необходимы лишь источник сырья и некоторое дополнительное оборудование в контактном отделении.
В варианте II воздух полностью заменен кислородом как при обжиге сырья, так и в процессе окисления SO₂ на катализаторе. Этот вариант перспективен, поскольку он обеспечивает высокую интенсивность производства серной кислоты.
Таким образом, основным направлением технического процесса производства серной кислоты являются: создание материало- энергосберегающих систем большой мощности, обеспечение высокой надежности работы каждого аппарата и устройства системы, снижение удельных выбросов вредных веществ с выхлопными газами.
Путями решения этих задач являются: применение повышенного давления и повышенной концентрации диоксида серы, эффективных катализаторов, внедрение новых эффективных аппаратов, работающих при повышенных скоростях газа, более полное использование теплоты всех реакций на всех стадиях производства, использование коррозионно стойких материалов, автоматизация управления производством.