Дипломная работа (колледж/техникум) на тему Совершенствование установки получения битумов 19\3 за счёт выпуска полимерной битумной композиции

Содержание:

Введение 4
1 Технологическая часть 6
1.1 Назначение и теоретические основы проектируемого процесса 6
1.2 Характеристика качества сырья и готовой продукции. Применение готовой продукции 11
1.3 Подробное описание технологического процесса. Нормы технологического режима. 22
1.4 Аналитический контроль процесса 29
1.5 Автоматизация технологического процесса 30
1.7 Охрана труда и окружающей среды 32
1.6.1. Основные требования к производству 32
1.6.2. Экология 37
1.6.3. Воздействие на рабочих 39
2 Расчетная часть 41
2.1 Материальный баланс процесса 41
2.2 Материальный баланс аппарата 42
2.3 Тепловой баланс аппарата 43
2.4 Расчет конструктивных размеров аппарата 45
2.5 Вывод по расчету 45
3 Экономическая часть 46
3.1. Расчёт капитальных затрат и производственной программы 46
3.1.1. Расчёт стоимости основных фондов и их структуры 46
3.1.2. Расчёт амортизационных отчислений 46
3.1.3. Расчёт режима работы оборудования 47
3.1.4. Расчёт производственной программы 47
3.2 Расчёт численности персонала и годового фонда зарплаты основных рабочих 48
3.2.1 Организация производства 48
3.2.2 Расчёт баланса рабочего времени 49
3.2.2 Расчет численности основных рабочих 49
3.2.3 Расчёт годового фонда заработной платы основных рабочих 50
3.2.4 Расчёт зарплаты инженерно-технических работников 50
3.3 Расчёт себестоимости продукции 51
3.3.1 Расчёт стоимости вспомогательных материалов-реагентов и катализаторов 51
3.3.2 Расчет стоимости топливно-энергетических затрат 51
3.3.3. Расчет калькуляции себестоимости производственной продукции 52
3.4 Расчет технико-экономических показателей 53
Заключение 54
Литература 55

Введение:

Низкое качество дорожных битумов, неудовлетворительное для условий России, (трещиностойкость, эластичность и адгезия ГОСТ 22245-90), является определяющим фактором преждевременного разрушения дорожных, мостовых и аэродромных асфальтобетонных покрытий. Одним из способов комплексного подхода к решению проблемы качества дорожных битумов является применение полимерных добавок для модифицирования свойств битумов.
Преимуществом модифицированных битумов по сравнению с традиционными вяжущими материалами является то, что уменьшается термочувствительная зависимость вяжущего вещества. Кроме того, использование битум-полимерных композиций (БПК) в асфальтобетоне придает дорожному покрытию ряд специфических качеств: повышается эластичность, устойчивость к резким температурным колебаниям и обратимым деформациям, что приводит к увеличению сроков службы дорожного покрытия.
С технической точки зрения для создания на основе битумов композиционных материалов с заданным комплексом свойств могут применяться только те модификаторы, которые:
— не разрушаются при температуре приготовления асфальтобетонной смеси;
— совместимы с битумом при проведении процесса смешения на обычном оборудовании при температурах, традиционных для приготовления асфальтобетонных смесей;
— в жаркое время года повышают сопротивление битумов в составе дорожного покрытия к воздействию сдвиговых напряжений без увеличения их вязкости при температурах смешения и укладки, а также не придают битуму жесткость или ломкость при низких температурах в покрытии;
— химически и физически стабильны и сохраняют присущие им свойства при хранении, переработке, а также в реальных условиях работы в составе дорожного покрытия.
Установлено, что экономически эффективными модификаторами свойств нефтяных битумов являются те, которые доступны и недороги.
Большое внимание уделяется комплексной переработке сырья, а также утилизации отходов производства, обеспечивающих полное использование как природных ресурсов, так и исключающих или существенно снижающих вредное воздействие на окружающую среду.
Объектом исследования является технологический процесс производства битума
Предметом исследования оборудование для производства битума
Целью работы является расчет организации производства битума с выпуском в том числе и модифицируемого
Для достижения поставленной цели в работе поставлены такие задачи проекта как:
1. Изучить теоретические основы процесса
2. Дать характеристику исходного сырья, готовой продукции, вспомогательных материалов
3. Выполнить технологические расчеты при заданной производительности 240 т/год
4. Произвести расчет технико-экономических показателей
5. Составить заключение по процессу
Результаты работы и научная новизна работы
Результатами работы являются: выбор оборудования с применением в качестве модификатора полиэфир П6БА-3500 и диизоцианат ТМДИ. Новизной является обоснование применения данного модификатора для объема по сырью – 240000 т/год

Заключение:

В данной дипломной работе освещен процесс получения модифицированного битума на установке 19/3, применяя сложный полиэфир П6БА-3500 и диизоцианат ТМДИ. Разработана технологическая схема с включением в работу основных аппаратов, их обвязкой нормами режима работы. По технологической схеме составлено описание работы аппаратов.
Расчет выполнен по производительности сырья 240 тыс.т/год. Выход битума модифицируемого составил: 84,96 тыс.т/год,. В материальном балансе реактора рассчитано количество газобитумной смеси 78245 кг/ч . В тепловом балансе определено количество тепла, составившее 53162324 кВт.
В конструктивном расчете определен диаметр аппарата равный 3,4 м, высота равна 22 м.
Прибыль составила 71630 руб.
Себестоимость калькулируемой продукции равна 112 руб.
Данный полиэфир является наиболее эффективным

Фрагмент текста работы:

1 Технологическая часть

1.1 Назначение и теоретические основы проектируемого процесса

Установка непрерывного получения битума 19/3 предназначена для получения нефтяных битумов различных марок.
Установка введена в эксплуатацию в 1959 г., проектная мощность по сырью – 600 тыс.т./год. Проект установки разработан Ростовским филиалом ВНИПИНефть.
Реконструкция установки проведена в 1969 г., мощность установки по сырью – 750 тыс.т./год. Проект реконструкции разработан Ростовским филиалом ВНИПИНефть.
Установка состоит из двух блоков, каждый из которых включает два трубчатых реактора и один испаритель. Это позволяет одновременно получать две марки битумов. Печь и предокислительная колонна общие для обоих блоков.
Под термином «битум» понимают жидкие, полутвердые или твердые соединения углерода и водорода, содержащие небольшое количество кислород-, серу-, азотсодержащих веществ и металлов, а также значительное количество асфальто-смолистых веществ, хорошо растворимых в сероуглероде, хлороформе и других органических растворителях.
Ассортимент выпускаемых битумов (ГОСТы) Ассортимент вырабатываемых битумов в зависимости от областей применения включает битумы дорожные, строительные, специальные и высокоплавкие.
Ассортимент выпускаемых битумов:
— битумы строительные по ГОСТ 6617-76;
— дорожные вязкие по ГОСТ 22245-90;
— кровельные по ГОСТ 9548-74;
— изоляционные по ГОСТ 9812-74;
— специальные для лакокрасочных продуктов по ГОСТ 21822-76.
Классификация нефтяных битумов по назначению:
— вязкие дорожные битумы;
— строительные битумы;
— кровельные битумы;
— битумы нефтяные изоляционные;
— битумы специальные для лакокрасочных продуктов.
Вязкие дорожные нефтяные битумы применяются в качестве вяжущих материалов при строительстве и ремонте дорожных и аэродромных покрытий.
Такие покрытия обеспечивают прочность, безопасность и в 2–2,5 раза дешевле, чем бетонные. В России лишь 3–5 % покрытий с применением цементобетона.
В зависимости от глубины проникания иглы при 25 °С дорожные вязкие нефтяные битумы, вырабатываемые по ГОСТ 22245-90, предусматривают производство девяти марок битумов: БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130,БНД 60/90, БНД 40/60, БН 200/300, БН 130/200, БН 90/130, БН60/90.
Технические требования к качеству дорожных битумов, вырабатываемых в России и в ведущих зарубежных странах, не одинаковы ввиду различия климатических условий, что также является одной из причин разного уровня развития битумного производства в России и за рубежом. В России к дорожным битумам предъявляются более высокие требования в отношении морозо- и теплостойкости, а также по адгезионным свойствам. За рубежом же к дорожным битумам предъявляются более жесткие требования по показателю растяжимости при 25оС.
В стандартах России предусмотрено 10 показателей для характеристики качества битума, за рубежом – 6–7 показателей.
Вырабатываемые в Республики Татарстан дорожные битумы зачастую не удовлетворяют требованиям потребителя, несмотря на то, что соответствую стандарту. Объясняется это тем, что стандарт, помимо имеющихся характеристик, должен включать такие показатели, как содержание парафина, групповой химический состав битума и условную вязкость при 150 оС. Коллоидное состояние битума и его поведение в асфальтобетоне прежде всего зависят от группового химического состава битума.
Битумы нефтяные строительные применяются для строительных работ в различных отраслях народного хозяйства. Получают окислением остаточных продуктов прямой перегонки нефти или их смесей с асфальтами и экстрактами масляного производства. Допускается получение строительных нефтяных битумов компаундированием окисленных и неокисленных вышеуказанных продуктов. Битумы нефтяные строительные марок БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10 выпускают по ГОСТ 6617-76.
Кровельные битумы для изготовления кровельных материалов марок БНК 40/180, БНК 45/190, БНК 90/30 выпускают в соответствии с ГОСТ 6617-76.
Битумы нефтяные изоляционные применяются для изоляции трубопроводов от грунтовой коррозии. Битумы получают окислением остаточных продуктов прямой перегонки нефти или их смесей с асфальтами и экстрактами масляного производства; применение продуктов крекинга не допускается. Битумы нефтяные изоляционные марок БНИ-1V-3, БНИ-1V, БНИ-V выпускаются в соответствии ГОСТ 9812-74.
Битумы специальные применяются для приготовления лакокрасочных материалов для защитного окрашивания металлических конструкций и сооружений, используемых в естественных условиях. К преимуществам этих материалов относятся дешевизна и доступность исходного сырья, а также высокая водостойкость покрытий на их основе. Основой для битумных лаков являются специальные малопарафинистые битумы, получаемые окислением остатков от перегонки смолистых малопарафинистых нефтей, например Ярегского месторождения в республике Коми. Битумы специальные марок В и Г выпускают по ГОСТ 21 822-76.
Краткая характеристика процесса.
Основным аппаратом установок непрерывного действия для производства битума является либо трубчатый реактор, либо окислительная колонна. Окислительные колонны предпочтительны для производства дорожных битумов, трубчатые реактора – в производстве строительных битумов. Отдельные установки имеют в своем составе оба аппарата.
Комбинированное применение на одной битумной установке реакторов двух типов позволяет одновременно получать разные марки битумов и более полно использовать тепло реакции и отходящих потоков.
На некоторых НПЗ эксплуатируются установки, в которых применено последовательное комбинирование реакторов: сырье сначала окисляется в реакторе колонного типа, затем частично окисленный битум доокисляется в реакторе змеевикового типа.
Битумы характеризуются элементным и групповым химическими составами.
Элементный состав битумов (% по массе): углерод – 80-85; водород – 8-12,5; кислород – 0,2-4; сера – 0,5-10; азот – 0,2-0,4. Содержание некоторых металлов в асфальтовых концентратах нефти (арланской) составляет (% по массе): V – 0,22; Ni – 0,115; Fe – 0,110; Са – 0,054 и т. д. Средняя молекулярная масса битумов не превышает 700-800 к.е.
Групповой химический состав битумов предусматривает подразделение всех разнообразных индивидуальных химических соединений, входящих в битум, на три основные группы: асфальтены, смолы и масла (мальтены).
Компоненты битума, нерастворимые в низкокипящих углеводородах парафинового ряда (н-пентане, н-гексане, изооктане), но растворимые в сероуглероде и четыреххлористом углероде, называются асфальтенами и характеризуются следующими показателями:
• средняя молекулярная масса – 900-6000;
• плотность – 1,01-1,24 г/см3;
• температура разложения – 175-240 °С;
• отношение С:Н = 0,78-0,94 (атомное);
• растворимость в ароматических углеводородах – полная, в парафиновых углеводородах – низкая, в циклопарафиновых углеводородах (нафтеновых) – частичная.
Асфальтены являются наиболее высокомолекулярными соединениями нефти, в которых имеются кислород, сера, азотсодержащие соединения и металлические комплексы – порфирины. Элементный состав асфальтенов (% по массе): углерод – 80-89; водород – 7-8,5; сера – 1-8,5; азот – 1-3; кислород – 3-5. Асфальтены полидисперсные как по массе, так и по структуре и элементному составу молекул (высокомолекулярные синтетические вещества – полимеры полидисперсные только по массе).
Асфальтены с относительно невысокой молекулярной массой (900-2000) имеют компактную систему в основном из гетероциклических гибридных колец, в то время как более высокомолекулярные (2000-6000) содержат многокольчатые гетероциклические системы, соединенные между собой алифатическими мостиками, и имеют короткие боковые алифатические цепи. Согласно рентгеноструктурному анализу, структура асфальтенов характеризуется хорошо организованными полициклическими системами – двухмерными дискообразными слоями (гроздьями), имеющими диаметр 0,0005-0,0015 мкм.
Полиядерные пластины ассоциируются в кристаллоподобные образования (пачки) толщиной 0,0012-0,002 мкм, состоящие из пяти, шести слоев. Расстояние между слоями – 0,00035-0,00037 мкм. Расстояние между звеньями в насыщенных структурах – 0,0055-0,0060 мкм. В асфальтеновых веществах концентрируются свободные радикалы, которые являются одним из факторов, определяющих склонность асфальтенов к ассоциации. Наличие свободных радикалов обусловлено тем, что в асфальтенах сосредоточено больше всего конденсированных ароматических структур, которые обусловливают явления парамагнетизма. Это приводит к значительному межмолекулярному взаимодействию, способствующему образованию надмолекулярных структур, выявляемых путем рентгеноструктурного анализа.
Концентрация парамагнитных частиц в значительной степени зависит от величины молекулярной массы асфальтенов, их степени ароматичности и способа выделения.
Считается, что асфальтены имеют форму эллипсоида, большая ось которого составляет 0,0097-0,0106 мкм, а малая ось – 0,0011-0,0018 мкм, их поверхностное натяжение – 25,0-31,2 дин/см.
Введение в молекулы асфальтенов алкильных радикалов (алкилирование) позволяет значительно улучшить их пластичность, а следовательно, пластичность битумов при низких температурах и устойчивость к воздействию атмосферных факторов.
В высокомолекулярную часть асфальтенов входят порфирины — комплексные соединения металлов, состоящие из сложных внутрикомплексных циклических структур с включением атомов азота. Наиболее изучены порфириновые комплексы ванадия и никеля. Обнаружены также порфириновые комплексы урана и меди. Порфириновые комплексы металлов играют значительную роль в структурообразовании и погодоустойчивости битумов.
Пластичность и растворимость асфальтенов являются одним из основных свойств, непосредственно связанных с их химической структурой и в значительной мере определяющих эксплуатационные характеристики битумов. Лучшими пластификаторами и растворителями асфальтенов служат ароматические и гетероциклические соединения.
Пластифицирующее действие оказывают фракции смол.
В составе битумов могут находиться вещества, не растворимые в CS2 и называемые карбоидами. Примерный химический состав карбоидов (% по массе): С – 74,25; Н – 5,13; S – 8,16; N – 1,10; О – 10,86; золы – 0,50; С:Н = 14,5; число омыления – 124; кислотное число – 4.
Кроме карбоидов, в битумах могут присутствовать также карбены – вещества, растворимые в сероуглероде, но не растворимые в четыреххлористом углероде.
Битумы могут содержать незначительное количество асфальтогеновых кислот и их ангидридов, которые представляют собой вещества коричнево-серого цвета, густой смолистой консистенции, легко растворимые в спирте или хлороформе и слаборастворимые в бензине. Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды, являясь наиболее полярными компонентами битума, способствуют лучшему прилипанию его к поверхности минеральных материалов. Наличие таких веществ в битуме определяется кислотным числом (0,5-1 мг КОН) и числом омыления (10-30 мг КОН).
Мальтены составляют часть битума, растворимую в низкокипящих предельных углеводородах. Основные свойства мальтенов следующие:
• средняя молекулярная масса – 400-800 к. е.;
• плотность 0,9-0,98 г/см3;
• отношение С:Н = 0,63 ~ 0,74 (атомное);
• вязкость η50 = 1·102 Па·с;
• растворяющая способность асфальтенов:
1. при большом содержании ароматических углеводородов – высокая;
2. при большом содержании парафиновых углеводородов – низкая;
3. при большом содержании циклопарафиновых углеводородов (нафтеновых) – удовлетворительная.
Мальтеновая часть битумов состоит из смол и масел.
Основными структурными элементами смол битумов являются конденсированные циклические системы, в состав которых входят ароматические, циклопарафиновые и гетероциклические соединения. Такие системы связаны между собой короткими алифатическими мостиками и имеют несколько алифатических, реже циклических заместителей. Молекулярные массы смол в среднем варьируются от 500 до 2000. Для бензольных смол характерны более низкие молекулярные массы (457-520). В их строении преобладают ароматические кольца и короткие боковые алифатические цепи. Смолы спиртобензольные отличаются более высокими молекулярными массами (946-2000). В них содержится, кроме конденсированных циклов, больше алифатических мостиков и заместителей, чем в бензольных смолах.
Смолы, растворимые в феноле, отличаются меньшими молекулярными массами, более высокой плотностью и высоким содержанием серы, кислорода, азота, более низким содержанием водорода (аналогично бензольным смолам). Смолы, не растворимые в феноле, характеризуются более высокими молекулярными массами, меньшей плотностью, меньшим содержанием серы, азота, кислорода (аналогично спиртобензольным смолам), но большим содержанием водорода, обладая свойствами депрессаторов, т.е. веществ, понижающих температуры затвердевания.
Смолы имеют разную консистенцию – от тягучей липкой массы до твердых аморфных хрупких тел. Существует предположение, что смолы, не растворимые в феноле, являются пластификаторами асфальтенов. Длина молекул смол составляет 0,00764-0,00831 мкм, поперечный размер – 0,00127-0,00156 мкм, а поверхностное натяжение – 25,0-31,2 дин/см. Элементный состав смол (% по массе): С – 80-85;
Н – 9-1; S – 0,7-1,4; N – 0,6-1,4; О – 3-4. В смолах, так же как и в асфальтенах, содержится некоторое количество порфириновых комплексов.
По элементному химическому составу и строению молекул смолы близки к асфальтенам и отличаются от них несколько большим содержанием водорода, следовательно, более низким отношением С:Н и меньшим суммарным содержанием атомов S, N, О и металлов. Смолы — вещества, окрашенные в темный цвет (от светло- до темно-коричневого, почти черного), их плотность составляет около 1 (0,99-1,08).
Они являются смесью многочисленных и разнообразных по химическому строению высокомолекулярных соединений нефтяного происхождения, которые легко изменяются под действием таких факторов, как нагревание или окисление. Под влиянием окислителей и адсорбентов смолы уплотняются с последующим образованием асфальтенов.