Технология производства аммофоса

 

 

 

6-я операция

 

 

 

7-я операция

 

 

8-я операция

 

 

 

 

 

 

Пооперационная структура приведенной блок-схемы получения аммофоса (NН4Н2РО4)

 

1-я операция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-я операция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-я операция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4-я операция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5-я операция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6-я операция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7-я операция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8-я операция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА, ДИНАМИКИ ТРУДОЗАТРАТ И УРОВНЯ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА  ПРОИЗВОДСТВА  АММОФОСА

 

Расчет материального баланса производства аммофоса

 

При разработке технологических процессов, и при их технико-экономическом анализе, используется материальный и энергетический балансы. К ним следует отнести определение выхода основного и побочных продуктов, расходных коэффициентов по сырью, производственным потерям. Только определив материальные потоки, можно произвести не только конструктивные расчеты производственного оборудования, но и оценить экономическую эффективность и целесообразность процесса

Основой материального баланса является закон сохранения массы вещества, согласно которому во всякой замкнутой системе масса вещества вступившего во взаимодействие равна массе вещества, образовавшегося в результате взаимодействия. Это означает, что масса вещества поступившего на технологическую операцию (приход) равна массе полученного вещества (расход). Расход включает не только массу получаемых, продуктов, но и производственные потери. Практически материальный баланс учитывает состав исходного сырья и готовой продукции, степень превращения, потери сырья и готового продукта. В химической промышленности теоретически материальный баланс рассчитывается на основании стехиометрического уравнения реакции.

Необходимо учитывать, что для любой промышленной технологии, особое значение имеет расчет расхода сырья, поскольку 60-70% себестоимости приходится на сырье. Расход различных видов продукции характеризуется расходными коэффициентами. Для расчета расходных коэффициентов необходимо знать все стадии производства, в результате осуществления которых происходит превращение исходного сырья в готовый продукт. Теоретические расходные коэффициенты учитывают стехиометрические соотношения, по которым происходит это превращение. Практические расходные коэффициенты, учитывают еще и производственные потери на всех стадиях технологического процесса, а также возможные побочные реакции.

По значению расходных коэффициентов при выборе сырья, можно сделать предварительную экономическую оценку целесообразности использования данного вида сырья.

Проведем расчет материального баланса производства аммофоса, при технологической схеме, основанной на нейтрализации упаренной экстракционной кислоты.

Исходные данные материального баланса:

m(NН4Н2РО4)=1000кг,

w(NН4Н2РО4)=100%,

w(Н3РО4)=50%,

w(NН4OH)=20%,

пооперационные потери—8%,

Mr(NН4Н2РО4)=115г/молль,

Mr(Н3РО4)=98г/молль,

Mr(NН4OH)=35 г/молль.

                        

Решение:

 

         Согласно уравнению:

                            Н3РО4 + NН4OH= NН4Н2РО4 + Н2О.

 

Теоретический расход  100% Н3РО4  составит:

С(Н3РО4)=98*1000/115=852,2кг;

расход  Н3РО4  с учетом потерь:

С(Н3РО4)=852,2+(8+1000)/100=932,2кг;

или в перерасчете на 50% Н3РО4:

С(Н3РО4)=932,2*100/50=1864,4кг.

 

Теоретический расход  100% NН4OH составит:

С(NН4OH)=35*1000/115=304,3кг;

расход NН4OH с учетом потерь:

С(NН4OH)=304,3+(8*1000)/100=384,3кг;

или в перерасчете на 50% NН4OH:

С(NН4OH)=384,3*100/20=1921,5кг.

Содержание инертных газов в NН4OH:

1921,5-384,3=1537,2.

 

Вводимая Н3РО4 нейтрализуется NН3. Определим массу 100% NН4Н2РО4:

С(NН4Н2РО4)=932,2*115/98=1093,9кг;

с учетом потерь:

С(NН4Н2РО4)=1093,9/((100-8)/100)=1189кг.

Потери 100% раствора аммофоса составляют:

С(NН4Н2РО4)=1189-1093,9=95,1кг;

на образование 1093,9кг NН4Н2РО4 100% NН4OH:

С(NН4OH)=1093,9*35/115=332,9кг.

 

Выход испаренной воды:

1864,4+1921,5-1093,9=2692кг;

в том числе собственно пара:

2692-1537,2=1154,8кг.

 

 

 

 

 

Материальный баланс NН4Н2РО4

 

Приход	кг	Расход	кг
Фосфорная 100% кислота	932,2	Аммофос (100%)	1000
Вода	932,2	Инертные газы	1536
Аммиак (NН4OH)	384,3	Потери NН4Н2РО4	95,1
Инертные газы	1537,2	Выход чистого пара	1154,8
Пооперационные потери Н3РО4	80
Пооперационные потери NН4OH	80
ИТОГО:	3785,9		3785,9

 

Кр=3785,9/1000=3,785кг/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Динамика трудозатрат

Исходя из динамики трудозатрат различают два возможных варианта развития технологического процесса—ограниченное или неограниченное. Для определения того, какой из вариантов реализуется, по имеющимся зависимостям построим график изменения затрат живого Тж, прошлого Тп и совокупного труда Тс, t—время.

Тж(t)=180/(18t+110)            и              Тп(t)=0,03t+0,2

Тс = Тж + Тп

 

Тж(t) =180/(18t+110)	Тп(t) = 0,03t+0,2
Тж(0) = 180/(18*0+110)=1,64 125/180 = 0,6915	Тп(0) = 0,03*0+0,2=0,2
Тж(1) = 180/(18*1+110)=1,41 125/183 = 0,683	Тп(1) = 0,03*1+0,2=0,23
Тж(2) = 180/(18*2+110)=1,23 ()125/186 = 0,672	Тп(2) = 0,03*2+0,2= 0,26
Тж(3) = 180/(18*3+110)=1,1 125/189 = 0,661	Тп(3) = 0,03*3+0,2=0,29
Тж(4) = 180/(18*4+110)=0,99 125/192 = 0,651	Тп(4) = 0,03*4+0,2= 0,32
Тж(5) = 180/(18*5+110)=0,9 125/195 = 0,641	Тп(5) =0,03*5+0,2= 0,35
Тж(б) =180/(18*6+110)=0,83 125/198 = 0,631	Тп(6) = 0,03*6+0,2=0,38
Тж(7) = 180/(18*7+110)=0,76 125/201=0,622	Тп(7) = 0,03*7+0,2= 0,41
Тж(8) = 180/(18*8+110)=0,71 125/204 = 0,613	Тп(8) = 0,03*8+0,2= 0,44
Тж(9) = 180/(18*9+110)=0,66 125/207 = 0,604	Тп(9) = 0,03*9+0,2= 0,47
Тж(10)=180/(18*10+110)=0,62	Тп(10)=0,03*10+0,2=0,5
Тж(11)=180/(18*11+110)=0,58	Тп(11)=0,03*11+0,2=0,53
Тж(12)=180/(18*12+110)=0,55	Тп(12)=0,03*12+0,2=0,56
Тж(13)=180/(18*13+110)=0,52	Тп(13)=0,03*13+0,2=0,59

 

Зависимость Тп, Тж, Тс от времени t:

 

 

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Тж(t)	1,64	1,41	1,23	1,1	0,99	0,9	0,83	0,76	0,71	0,66	0,62	0,58	0,55	0,52
Тп(t)	0,2	0,23	0,26	0,29	0,32	0,35	0,38	0,41	0,44	0,47	0,5	0,53	0,56	0,59
Тс(t)	1,84	1,64	1,49	1,39	1,31	1,25	1,21	1,17	1,15	1,13	1,12	1,11	1,11	1,11

 

 

 

 

 

 

По графику видно, что вариант развития технологического процесса—ограниченный. Графически найдем экономический предел накопления прошлого труда. Он равен 0,55. А граница рационалистического развития, до которого целесообразно накапливать прошлый труд, приблизительно равна 12,2.

Теперь найдем экономический предел накопления прошлого труда аналитически:

            Тж(t)=180/(18t+110) ,         

Тп(t)=0,03t+0,2

Тж' = (180/(18t+110))' =(-180*18)/(18t+110) 2 = -3240/(18t+110) 2

Тп = (0,03t+0,2) '=0,03

Тс = Тж + Тп; 

Тс' = Тж' +Тп'

Тс'=0,03-3240/(18t+110) 20,03-3240/(18t+110) 2;

Тс' = О

 

0,03-3240/(18t+110) 2=0;

0,03(18t+110) 2-3240=0;

324t2+3960t-95900=0;

81t2+990t-23975=0;

D=980100+7767900=8748000=540Ö30,

t=(-990±540Ö30)/81*2,

t1=(-990+540Ö30)/81*2=12,2,

t2=(-990-540Ö30)81*2<(не подходит по условию).

t»12,2—граница рационалистического развития, до которого целесообразно накапливать прошлый труд.                                     
          Тп =0,03*12,2+0,2=0,566—экономический предел накопления прошлого труда.

По графику определим, что процесс развития имеет трудосберегающий характер, т.к. происходит экономия затрат живого труда за счет роста затрат прошлого труда.

Теперь важно установить, в какой степени снижается затраты живого труда, т.е. определить тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда.

Тж=f(Тп)

Тп = 0,03t+0,2Þt=(Тп-0,2)/0,03

Тж =180/(18t+110)=180/(18(Тп-0,2)/0,03)=18/(18Тп-0,3)

(Тж)' =dТж/dТп»DТж/DТп

(Тж)' =(18/(18Тп-0,3)) '=18*18/(18Тп-0,3) 2=324/(18Тп-0,3) 2

(Тж)'=½324/(18Тп-0,3) 2½=324/(18Тп-0,3) 2

С увеличением Тп значение производной уменьшается => убывающий тип отдачи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уровень технологического процесса

Ограниченный путь развития технологического процесса называется рационалистическим. Он связан с уменьшением затрат живого труда за счет роста затрат прошлого труда, и живой труд уменьшается в большей степени, чем возрастает прошлый труд.

Найдем производительность живого труда (L), технологическую вооруженность (В) и уровень технологии (У), который показывает, насколько эффективно используется живой и прошлый труд при решении проблемы повышения производительности технологического процесса, а также является показателем «качества» технологического процесса и определяет его производительную способность.

L=ÖВ*У;

L=1/Тж;

В = Тп/Тж;

L = (1/Тп)*(1/Тж);

Тж = 180/(18t+110);

Тп = 0,03t+0,2;

L= 1/Тж = (18t+110)/180,

   т.к. t= 3 года, то L = (18*3+110)/180=0,91

                                  В =Тп/Тж =(0,03t+0,2)/( 180/(18t+110))=(0,03t+0,2)(18t+110)/180,

                                                      В=(0,03*3+0,2)(18*3+110)/180=2,6;

                                    У = (1/Тп)*(1/Тж)=(1/0,03t+0,2)* (18t+110)/180=(9t+55)(2,7t+18),

                                                У=(9*3+55)(2,7*3+18)=3,1.

С целью упрощения определения границы рационалистического развития рекомендуется использовать понятие относительного уровня технологии У*: