Совершенствование технологии и оборудования утилизации автомобильных шин методом термоожижения

0

Дипломный проект

Совершенствование технологии и оборудования утилизации автомобильных шин методом термоожижения

Аннотация

 

 

Пояснительная записка проекта содержит 78 страниц, в том числе 12 рисунков, 17 таблиц, 18 литературных источников. Графическая часть выполнена на 9 листах формата А1.

В данном проекте произведена оценка актуальности утилизации АТС, и в частности автомобильных шин, произведен литературный обзор существующих способов утилизации и конструкций ректификационных колонн. Обоснованы конструкторско-технологические решения и проведены необходимые конструкторские расчеты.

Разработаны вопросы охраны окружающей среды и безопасности труда, проведена экономическая оценка проекта.

 

 

 

The summary

 

 

The project explanatory note contains 78 pages, including 12 drawings, 17 tables, 18 references. The graphic part is executed on 9 sheets of format А1.

In the given project the estimation of an urgency of recycling of automatic telephone exchange, and in particular automobile tires is made, the literary review of existing ways of recycling and designs rectification columns is made. Designer-technological decisions are proved and necessary design calculations are carried out.

Questions of preservation of the environment and safety of work are developed, the economic estimation of the project is spent.

 

 

 

 

Содержание

 

 

Введение…………………………………………………………………………………...7

1 Оценка актуальности утилизации АТС………………………………………………...9

1.1 Динамика численности и структуры автомобильного парка, численность ВЭТС и их компонентов……………………………………………………………...10

1.2 Утилизация ВЭТС и обращение с автотранспортными отходами…………….12

1.3 Экологические аспекты утилизации автомобильных шин……………………..14

1.4 Расчет ежегодного количества изнашиваемых шин в ской области..15

2 Обзор способов утилизации резинотехнических изделий и выбор рационального направления……………………………………………………………………………17

2.1 Обзор существующих способов утилизации……………………………………17

2.2 Выбор рационального направления и стратегии утилизации автомобильных шин……………………………………………………………………………………..19

2.3 Обоснование предлагаемого решения…………………………………………...21

2.4 Общие сведения о процессе ректификации……………………………………..23

2.5 Типовое оборудование для проектируемой установки…………………………24

2.5.1 Барботажные колонны………………………………………………………….25

2.5.2 Насадочные колонны…………………………………………………………...25

2.5.3 Пленочные аппараты……………………………………………………………28

2.5.4 Центробежные ректификаторы………………………………………………...28

2.5.5 Тарельчатые колонны…………………………………………………………...29

3 Конструкторско-технологические решения по установке утилизации резинотехнических изделий……………………………………………………………………...34

3.1 Описание установки утилизации резинотехнических изделий и предлагаемой ректификационной колонны………………………………………………………….34

3.2 Принцип действия………………………………………………………………...34

3.2.1 Принцип действия реактора……………………………………………………34

3.2.2 Принцип действия ректификационной колонны……………………………...35

3.3 Тепловой расчет установки………………………………………………………36

3.4 Расчет площади поверхности теплообмена……………………………………..38

3.5 Расчёт болтовых соединений……………………………………………………..40

4 Экономическая часть………………………………………………………………..42

4.1 Определение затрат на изготовление конструкторской разработки…………..42

4.1.1 Определение стоимости покупных изделий…………………………………..42

4.1.2 Определение стоимости материалов на изготовление нестандартных

изделий………………………………………………………………………………...43

4.1.3 Определение затрат на заработную плату рабочих, занятых на изготовлении нестандартных изделий……………………………………………………………….44

4.1.4 Расчет заработной платы рабочих, занятых на сборке конструкции………..45

4.1.5 Отчисления  на социальные нужды……………………………………………45

4.1.6 Накладные расходы……………………………………………………………..46

4.1.7 Смета затрат на изготовление конструкции…………………………………..46

4.2 Определение годовых эксплуатационных затрат на проведение утилизации..47

4.2.1 Расчет стоимости основных фондов…………………………………………...47

4.2.2 Расчет фонда оплаты труда оператора установки…………………………….49

4.2.3 Отчисления на социальные нужды…………………………………………….50

4.2.4 Затраты на материалы…………………………………………………………..50

4.2.5 Топливо и энергия на технологические цели…………………………………51

4.2.6 Расходы на обслуживание и ремонт оборудования…………………………..51

4.2.7 Амортизация оборудования, машин, ценного инструмента и инвентаря…...52

4.2.8 Расходы на содержание зданий и сооружений………………………………..53

4.2.9 Расходы на текущий ремонт зданий и сооружений…………………………..53

4.2.10 Амортизация зданий и сооружений…………………………………………..53

4.2.11 Смета годовых эксплуатационных затрат……………………………………54

4.3 Расчет доходов от утилизации…………………………………………………...54

4.4 Расчет прибыли от реализации проекта…………………………………………56

4.4.1 Расчет общей прибыли………………………………………………………….56

4.4.2 Расчет налогооблагаемой прибыли…………………………………………….57

4.4.3 Расчет чистой прибыли…………………………………………………………57

4.4.4 Прирост чистой прибыли……………………………………………………….57

4.4.5 Срок окупаемости капитальных вложений……………………………………58

4.5 Технико-экономические показатели……………………………………………..58

5 Безопасность труда………………………………………………………………….59

5.1 Анализ опасных и вредных факторов процесса утилизации автомобильных шин……………………………………………………………………………………..59

5.2 Расчет искусственного освещения……………………………………………….63

5.3 Возможные чрезвычайные ситуации…………………………………………….65

5.3.1 Определение времени испарения АХОВ……………………………………...66

5.3.2 Количественные характеристики выброса АХОВ……………………………66

5.3.3 Определение размеров и площади химического поражения………………...68

5.3.4 Характеристика заражающего вещества………………………………………70

5.3.5 Первая медицинская помощь…………………………………………………..70

6 Охрана окружающей среды………………………………………………………...71

6.1 Общая экологическая характеристика участка утилизации резинотехнических изделий………………………………………………………………………………...71

6.2 Расчет выбросов загрязняющих веществ……………………………………….75

Заключение…………………………………………………………………………….76

Список использованных источников………………………………………………...77

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Процесс функционирования любой системы всегда связан с потреблением различного рода ресурсов и транспортная отрасль не является исключением. Одним из основных потребителей энергетических, материальных и трудовых ресурсов является автомобильный транспорт. К примеру, энергоемкость автомобильных грузоперевозок почти в 17 раз выше железнодорожных [1]. Поэтому необходимость ресурсосберегающих мероприятий в сфере автомобильного  транспорта очевидна.

Значительный объем ресурсов затрачивается не только на начальном этапе - производстве транспортного средства, но и в дальнейших процессах его эксплуатации, ремонта и утилизации.

Процесс утилизации является заключительным этапом жизненного цикла транспортного средства, позволяющим существенно экономить средства при производстве различных материалов (сталь, цветные металлы и сплавы, отработанные масла и некоторые другие), которые успешно утилизируются, либо используются многократно в процессе создания вновь производимых машин.

Однако не все материалы имеют высокую степень утилизации. Синтетические и композиционные материалы, в частности резина и резиноармированные изделия, представителями которых являются автомобильные шины, из-за отсутствия эффективных технологий их утилизации, как правило, подвергаются традиционному захоронению или складированию, в результате чего происходит их постоянное накопление.

Научные исследования в данной сфере необходимы как для разработки ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий конструирования и изготовления новых автомобилей «для экологии», их демонтажа, утилизации отдельных компонентов, так и экономически и экологически эффективных технологий сбора, транспортирования, распределения сырья. Полуфабрикатов, продукции из автотранспортных отходов, методов организации и управления материальными, финансовыми и информационными потоками в сфере утилизации вышедших из эксплуатации транспортных средств и их компонентов, создания нормативно-правовой и методической базы для этого вида деятельности.

В передовых странах Европы и Америки правительства пытаются законодательно активизировать перерабатывающие отрасли промышленности. Типичным примером является появление в 1996 году в Германии нового закона относительно утилизации отходов, согласно которого производители легковых автомобилей становятся ответственными за утилизацию своей устаревшей продукции.

В таких развитых странах как Германия имеется более 40 миллионов автомобилей, содержащих в себе более 12 миллионов тонн материалов, пригодных для вторичного использования. Современное состояние проблемы переработки старых легковых автомобилей характеризуется не только необходимостью удовлетворения требований к охране окружающей среды и экономии природных ресурсов. Определяющими для совершенствования процессов утилизации отходов являются экономические показатели, характеризующие себестоимость процесса переработки и цены на полученные после переработки материалы.

Россия, как и весь цивилизованный мир, уделяет особое внимание вопросам утилизации. В 2006 году опубликован перечень критических технологий Российской Федерации, в котором отдельно прописан пункт «Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов» (утвержден Президентом РФ от 21.05.2006, ПР-842).

Таким образом, работы в направлении поиска эффективных способов утилизации, как завершающего этапа жизненного цикла транспортного средства, являются своевременными и актуальными. При этом, особое внимание необходимо уделять вопросам утилизации синтетическим материалов транспортных машин, а в частности автомобильных шин, поскольку в настоящее время еще достаточно мало эффективных и экологически безопасных способов их переработки, в то же время, именно синтетические материалы находят все большее применение в современном автостроении.

 

 

 

 

1 Оценка актуальности утилизации АТС

 

 

Развиваясь высокими темпами, автомобилизация в России достигла уровня, когда уже практически в каждой семье имеется автомобиль. По данным ГИБДД МВД России, в нашей стране зарегистрировано свыше 38 млн. единиц автотранспортных средств. Из них свыше 48% – старше 10 лет, что делает отечественный автомобильный парк самым старым в Европе. В последнее десятилетие значительно увеличилась численность вышедших из эксплуатации транспортных средств (ВЭТС), их компонентов. Подлежащих утилизации, что связано с улучшением социально-экономических условий жизни людей, физическим и моральным износом импортных автомобилей с большим пробегом, которые в большом количестве поставлялись в Россию из Европы, Японии, США. По данным экспертных оценок, до 1,5 млн. единиц ВЭТС нуждается в утилизации.

Выведенные по разным причинам из эксплуатации транспортные средства и их компоненты частично утилизируются, но в основном становятся автотранспортными отходами, размещаемыми на полигонах или свалках, вызывая вектор проблем:

- экономических, обусловленных нерациональным использованием вторичных ресурсов, содержащихся в автотранспортных отходах;

- экологических, проявляющихся в негативном воздействии автотранспортных отходов на окружающую среду;

- социальных, обусловленных интересом общества к удалению автотранспортных отходов с общественной и частной территории в крупных городах и мегаполисах;

- инженерно-технических, связанных с отсутствием отечественных конкурентоспособных разработок ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий утилизации отдельных видов автотранспортных отходов;

- организационных, проявляющихся в отсутствии эффективных рычагов административно-законодательного регулирования вопросов обращения с автотранспортными отходами, а также в исследовании структуры, взаимных связей, законов функционирования и развития систем обращения с отходами;

- логистических, обусловленных наличием недостаточно упорядоченных материальных, финансовых и информационных потоков, сопровождающих процессы обращения с автотранспортными отходами.

Силами предпринимателей в регионах создаются производственные мощности по переработке ВЭТС и их компонентов. К примеру, в Российской Федерации функционируют свыше 30 шиноперерабатывающих предприятий, которые утилизируют ежегодно около 120 тыс. т изношенных шин (10-12% от объема образования). Аналогичная ситуация наблюдается в создании современных производств по переработке отработанных аккумуляторных батарей, отработанного антифриза, шредерной переработке остовов ВЭТС, их отдельных узлов и деталей.

Наличие отдельных производств не позволяет эффективно решить проблемы утилизации ВЭТС и их компонентов в масштабах страны. Сеть организаций по сбору, демонтажу и переработке транспортных средств, свинцово-кислотных аккумуляторов, изношенных шин, отработанных масел и других автомобильных отходов развивается преимущественно стихийно и избирательно в отношении продуктов утилизации по ценности и затратности. Низка доля сбора и глубина демонтажа ВЭТС [2].

 

 

1.1 Динамика численности и структуры автомобильного парка, численность ВЭТС и их компонентов

 

 

По данным ГИБДД МВД РФ, численность автомобильного парка Российской Федерации с 1990 по 2008 г. выросла с 12,3 до 38,3 млн. единиц. При этом парк легковых автомобилей вырос в 3,5 раза – с 8,96 до 32,02 млн. единиц. Менее интенсивно росла численность парка грузовых автомобилей – с 2,74 в 1990 г. до 5,1 млн. единиц в 2008 г. Хотя в целом, в отличие от автомобильного рынка, который в достаточно короткий промежуток времени значительно изменился, российский автомобильный парк имеет более существенную инерционную составляющую. Из таблицы 1.1 следует, что ежегодный прирост численности парка за 10 лет составляет 4-8%.

 

Таблица 1.1 – Динамика численности автомобильного парка Российской Федерации в 1999-2008 гг., ед.

 

Годы

Легковые

Грузовые

Автобусы

Всего

Уровень автомобилизации, количество легковых автомобилей на тысячу жителей

1

2

3

4

5

6

1999

19700000

4390000

633000

24723000

169,8

2000

20353000

4400000

640000

25393000

175,4

2001

21232000

4480000

663000

26375000

181,7

2002

22468000

4630000

703000

27801000

191,5

2003

23383000

4670000

730000

28783000

198,6

2004

24208000

4770000

766000

29744000

206,3

2005

25560440

4850000

791956

31200258

217,4

2006

26780440

4930000

823956

32532258

227,8

2007

29404920

5011320

882457

35455225

249,3

2008

32021000

5093981

894133

38263845

269,5

 

Как следствие сложившихся тенденций, увеличивается численность ВЭТС. В таблице 1.2 представлены данные о численности снятых с учета АТС без последующей постановки в целом по Российской Федерации за период 2004-2008 гг.

 

Таблица 1.2 – Численность снятых с учета АТС без последующей постановки, ед.

 

Год

Легковые АТС

Грузовые АТС

Автобусы

Всего

1

2

3

4

5

2004

618292

250137

47563

915992

2005

748369

291465

57198

1097032

2006

733124

288876

54558

1076558

2007

736544

243438

51407

1031389

2008

1112452

315771

70963

1499186

 

Из таблицы 1.2 следует, что ежегодно снимается с государственного учета 0,9-1,5 млн. единиц подвижного состава, т. е. 3,0-3,9% списочного состава. Часть этих вышедших из эксплуатации транспортных средств находят других владельцев, остальные должны быть утилизированы [2].

Принято также, что сформировавшиеся после 2011 г. темпы выбытия и поступления АТС в автомобильный парк сохранятся вплоть до 2030 года такими, которые будут складываться на 2015 год. Рост парка легковых АТС будет в основном происходить за счет собираемых на территории РФ иномарок, а легких коммерческих грузовиков и других грузовых АТС – за счет машин отечественных производителей. Обновление и модернизация парка грузовых АТС будет происходить с учетом увеличения доли специализированных автомобилей и доли АТС повышенной грузоподъемности [3].

Кроме вывода АТС из эксплуатации по причинам физического и морального старения, попадания в ДТП, в Российской Федерации растет интенсивность использования автомобилей. Прежде всего. Растет годовой пробег, а следовательно, масса выходящих из эксплуатации автомобильных компонентов, срок службы которых меньше срока службы автомобиля – изношенных шин, отработанных аккумуляторных батарей, моторных и трансмиссионных масел, антифризов, фильтроэлементов, тормозных накладок и других.

Как показали результаты выполненных исследований, только в г. Москве ежегодно (данные за 2007 г.) образуется 3,03 млн. штук изношенных шин, которые должны быть собраны и переработаны на специализированных предприятиях. Они образуются на станциях технического обслуживания, территории транспортных и других предприятий, гаражно-строительных кооперативов, автомастерских, в гаражах у владельцев транспортных средств, на общественной территории. Если учесть, что численность автомобильного парка г. Москвы составляет 9.26% (на 01.01.2009) общей численности парка России, то ориентировочная численность ежегодно выводимых из эксплуатации изношенных шин составляет порядка 32,7 млн. штук [2].

 

1.2 Утилизация ВЭТС и обращение с автотранспортными отходами

 

 

Многие из проблем, связанных с утилизацией автомобилей, возникли из-за того, что действующие нормы права, экономические и административно-хозяйственные регуляторы рассматривают деятельность по утилизации ВЭТС и их компонентов в рамках сложившейся практики обращения с отходами производства и потребления.

Ситуация с ВЭТС сложнее. Они не всегда являются отходами, т .к. в некоторых случаях имеют остаточную стоимость или являются собственностью владельцев, которые могут распоряжаться ими по своему усмотрению – в том числе размещать на несанкционированных свалках или передавать на утилизацию. Последний вариант для общества является более экономически и экологически предпочтительным.

В зарубежных странах созданы эффективные системы авторециклинга, базовым элементом которых являются аккредитованные предприятия по демонтажу ВЭТС – пункты утилизации. Осушение, разборка ВЭТС на этих предприятиях осуществляется по технологиям, рекомендуемым автопроизводителями для конкретных марок АТС. Кроме этого осуществляется сортировка, маркировка вторичных компонентов, материалов, их отправка на реализацию в торговую сеть или на дальнейшую переработку на специализированные предприятия. Получаемая продукция – вторичные запчасти, материалы – сертифицируются по условиям безопасности применения. Неутилизируемые отходы отправляются для размещения на полигоны.

В России аккредитованные предприятия по демонтажу ВЭТС (пункты утилизации) появились в 2010 г. (153 шт. в 48 субъектах Российской Федерации на момент начала эксперимента) в рамках государственного эксперимента по стимулированию приобретения новых автотранспортных средств, взамен вышедших из эксплуатации и сдаваемых на утилизацию. Однако пунктам утилизации в рамках данного эксперимента запрещено демонтировать с ВЭТС пригодные к использованию в качестве вторичных запчастей автомобильные компоненты, кроме шин, аккумуляторов, эксплуатационных жидкостей.

После отчуждения от последнего владельца ВЭТС переходит в юридический статус автотранспортного отхода и на него распространяются действующие нормы права и механизмы обращения с отходами разных классов опасности – без учета того, что в нем содержатся пригодные к дальнейшему использованию детали, узлы, агрегаты. Материалы.

Все виды автотранспортных отходов различаются по классам опасности, которые устанавливаются по степени возможного вредного воздействия на окружающую природную среду при непосредственном воздействии на нее (таблица 1.3).

Предприятию, занимающемуся сбором, накоплением, демонтажем, переработкой ВЭТС и их компонентов, необходимо получать лицензии на обращение с отходами 1-4 классов опасности, разрабатывать лимиты на размещение отходов и осуществлять плату за образование и размещение отходов [2].

Таким образом, деятельность предприятий по сбору, хранению, транспортировке, переработке, захоронению автотранспортных отходов ведется так же, как и с другими видами промышленных отходов.

 

Таблица 1.3 – Классы опасности отдельных видов автотранспортных отходов

 

Класс опасности

Наименование отхода

1

2

I

- изделия, устройства, приборы, потерявшие потребительские свойства, содержащие ртуть

- шлам, содержащий тетраэтлсвинец (антидетонационные присадки)

II

- отходы, содержащие свинец, несортированные

- опилки свинцовые незагрязненные

- кислота аккумуляторная серная отработанная

- щелочи аккумуляторные отработанные

- аккумуляторы свинцовые отработанные неповрежденные, с не слитым электролитом

III

- лом свинца несортированный

- свинцовые пластины отработанных аккумуляторов

- стружка медная незагрязненная

- отходы незагрязненные, содержащие цинк, никель, хром

- масла моторные отработанные

- остатки моторных масел, потерявших потребительские свойства

- обтирочный материал, загрязненный маслами

- остатки этиленгликоля, потерявшего потребительские свойства

IV

- опилки древесные и стружка древесная, загрязненные бензином или минеральными маслами

- отходы, содержащие олово, несортированные

- камеры пневматические отработанные

- покрышки с тканевым кордом отработанные

- покрышки с металлическим кордом отработанные

- отходы и пыль полимерных материалов из размалывающих устройств

V

- скрап незагрязненный чугунный, стальной или алюминиевый

- тормозные колодки отработанные

- резиновые изделия незагрязненные, потерявшие потребительские свойства

- резиновая крошка

- отходы изолированных проводов и кабелей

 

1.3 Экологические аспекты утилизации автомобильных шин

 

 

Из-за отсутствия иерархически структурированной системы утилизации ВЭТС и их компонентов, содержащиеся в них материалы становятся отходами эксплуатации автомобильного транспорта и размещаются на территории в виде неорганизованных свалок. Возрастает негативное воздействие транспорта на окружающую среду: загрязняются атмосферный воздух, водные объекты, почва. захламляются лесные массивы, парки, скверы, нарушается гармония природных ландшафтов, снижается их регенерационный и рекреационный потенциал, деградируют экосистемы, отчуждаются значительные площади территории, выводят из полезного использования значительные объемы вторичных материальных ресурсов. Это воздействие становится значимым в крупных городах и мегаполисах. Где уровень автомобилизации превышает 300 авт./1000 жителей.

Например, изношенные шины сами по себе достаточно инертны и не наносят прямого ущерба окружающей среде. Однако сроки их биологического разложения исчисляются столетиями. Так, долговечность изношенной шины в воде составляет 1500-2000 лет, а шина, выброшенная на свалку или закопанная, подвергается естественному разложению только через 100 лет. Места скопления изношенных шин служат благоприятной средой для обитания и размножения грызунов и насекомых, которые являются разносчиками различных заболеваний. Кроме того, шины обладают высокой пожароопасностью, а продукты их неконтролируемого сжигания оказывают крайне вредное влияние как на окружающую среду, так и на ее обитателей. Изношенные шины – вполне реальный источник энергоресурсов: теплота сгорания шин равна 35 МДж/кг, что соответствует около 80% энергосодержания такого же количества нефти [2].

Итак, для эффективной и безопасной утилизации ВЭТС на заданной территории в общем виде необходимо:

1) принять меры для повторного использования компонентов и материалов, если это возможно без ущерба безопасности автомобилю и окружающей среде через повышение приспособленности конструкции автомобиля к утилизации;

2) разработать и использовать энергетически и экологически эффективные технологии утилизации автомобилей и их компонентов, с получением из образующегося сырья востребованной на рынке продукции;

3) создать управляемую, экономически эффективную, экологически безопасную и динамически устойчивую систему сбора и утилизации ВЭТС и их компонентов.

 

 

1.4 Расчет ежегодного количества изнашиваемых шин в ской области

 

 

По данным ГИБДД ской области на начало 2011 года в регионе зарегистрировано 694538 единиц автотранспортной техники. Разбивка транспортных средств по видам представлена в таблице 1.4.

Расчет будем производить укрупненно. Так количество ежегодно изнашивающихся шин на одном ТС определяется:

 

,                                      (1.1)

 

где  – количество шин на одном ТС, шт.;

 – коэффициент сменяемости шин.

 

Коэффициент сменяемости шин определяется:

 

                                            (1.2)

 

где  – среднегодовой пробег ТС, км;

 – пробег шин до списания, км [4].

 

Общее количество списываемых шин определяется:

 

,                                     (1.3)

 

где  – количество ТС определенного вида, ед.

 

Общий вес списываемых шин определяется:

 

,                                                 (1.4)

 

где  – средний вес одной шины, кг.

 

Результаты расчетов представлены в таблице 1.4 и на первом листе графической части.

 

 

 

 

 

Таблица 1.4 – Оценка объемов списываемых шин в ской области

 

Вид ТС

Легковые

Грузовые

Автобусы

Мотоциклы

Прицепы

Полуприцепы

Всего

1

2

3

4

5

6

7

8

Количество ТС, ед.

526615

87706

17297

17748

39741

5431

694538

Пробег шин до списания, тыс. км

40

70

65

50

70

75

-

Среднегодовой пробег, тыс. км

17

25

28

10

15

15

-

Коэффициент сменяемости шин

0,425

0,357

0,431

0,200

0,214

0,200

-

Количество шин на одном ТС, шт.

4

10

6

2

4

8

-

Количество изнашивающихся шин на одном ТС, шт.

1,70

3,57

2,58

0,40

0,86

1,60

-

Общее количество списываемых шин, шт.

895246

313236

44706

7099

34064

8690

1294350

Средний вес одной шины, кг

7

35

35

5

35

35

-

Общий вес шин, кг

6266719

10963250

1564713

35496

1192230

304136

20022408

 

По результатам укрупненного расчета объемов списываемых шин в ской области видно, что ежегодно выходит из эксплуатации более 20 тысяч тонн автомобильных шин. Только незначительная их часть утилизируется, а основная масса попадает на свалки. Утилизация автомобильных шин на данный момент является очень актуальной проблемой и будет оставаться такой в связи с непрекращающемся увеличением автомобилизации населения.

 

2 Обзор способов утилизации резинотехнических изделий и выбор рационального направления

 

 

2.1 Обзор существующих способов утилизации

 

 

Проблема утилизации изношенных автомобильных и резиновых отходов имеет важное экологическое и экономическое значение.

Потенциальными направлениями использования продуктов переработки изношенных шин являются: частичная замена каучуков в шинах резиновой крошкой и регенератом; изготовление композиционных материалов на основе резиновой крошки и термопластов для литых и прессованных изделий в широком ассортименте, например, тарных ящиков; промышленное использование резиновой крошки в дорожном строительстве [2].

Технологии утилизации предполагают: восстановление, использование целых шин; применение шин и резиновых отходов для получения энергии (сжигание, использование в цементной промышленности); измельчение шин и резиновых отходов с целью получения резиновой крошки и порошка; получение на основе резиновых отходов и старых шин регенерата. Основные методы переработки изношенных автомобильных шин представлены на рисунке 2.1 и на втором листе графической части.

К первой группе можно отнести технологии, предполагающие использование шин в целом виде для создания искусственных рифов, детских спортивных площадок, укрепления дорог, дамб и т.д. В этом случае нет необходимости затрачивать энергию на разрушение шин. Однако объем изношенных шин, используемых для этих целей очень незначителен, и только частично может решить вопрос утилизации.

Вторая группа включает методы утилизации шин, приводящие к глубоким необратимым изменениям структуры резины, основаны на термическом разложении (деструкции) резины в различных технологических средах, с получением продуктов различной молекулярной массы. К этим методам относятся сжигание, пиролиз и термоожижение [5, 6, 7].

Сжигание шин используется с целью получения энергии на различные технологические нужды и обусловлено высокой теплотой сгорания резины (порядка 32 МДж/кг), соответствующей углю высокого качества. В этом случае шины в целом и (или) измельченном виде используются либо в качестве самостоятельного топлива, либо как добавка к другим видам топлив.

Одним из главных недостатков этих процессов являются потери при сжигании ценных компонентов, содержащихся в резине, к тому же, для процесса сжигания требуется значительное количество кислорода.

Процесс пиролиза шин основан на термическом разложении резины при отсутствии или большом дефиците кислорода, в результате чего образуется твердый остаток, жидкая фракция и пиролизный газ, который поступает на сжигание. Переработка твердого остатка позволяет получать технический углерод, являющийся товарным продуктом, и металлокорд, направляемый на дальнейшую переплавку. Жидкая фракция представляет собой, так называемое пиролизное масло, используемое как добавка к битуму в дорожном строительстве, либо как жидкое топливо.

 

 

 

Рисунок 2.1 – Основные направления переработки изношенных автомобильных шин

 

Недостатком данного способа переработки является пожароопасность процесса из-за высоких температур нагрева (до 1000 0С), при котором чаще всего используется открытое пламя. Кроме того, в результате пиролиза происходит обугливание компонентов резины, сопровождающееся выбросами в атмосферу, что является сдерживающим факторам его широкого практического применения.

Способ термоожижения основан на термической деструкции резины в среде продуктов нефтепереработки (например, в моторном масле). Полученные в результате процесса продукты представляют собой металлокорд и жидкую суспензию деструктурированной резины в технологическом растворителе, используемую для получения технического углерода или в качестве добавки для получения защитных и битумных мастик, печного топлива и т.д. [5].

Третья группа наиболее многочисленна и включает методы утилизации шин, основанные на измельчении резины. В этом случае наиболее полно сохраняются первоначальная структура и свойства каучука и других полимеров. К этой группе можно отнести: криогенные технологии утилизации (обработка шин отрицательными температурами с последующим дроблением); бародеструкционную технологию (переработка шин высокими механическими давлениями), гидродинамические технологии (разрушение шин высоконапорными струями воды); детонационные технологии (разрушение шин энергией взрывной волны); технологии высокоскоростного резания, дробления, и т.д.

Конечным продуктом таких технологий является резиновая крошка различных фракций, используемая как сырье в химической промышленности при производстве неответственных резинотехнических изделий (РТИ) и строительных материалов, как сорбент для сбора жидких нефтепродуктов, как добавка к битуму в дорожном строительстве и т.д.

Однако, высокая стоимость полученной резиновой крошки (до 1000 $ за тонну), обусловленная применением сложного энергоемкого оборудования, не позволяет ей конкурировать с аналогичными продуктами, получаемыми в процессах непосредственной, прямой нефтегазопереработки.

Из приведенного анализа можно сделать вывод, что наряду с технической сложностью переработки автошин существуют социально-экономические причины, препятствующие реализации существующих методов утилизации, основными из которых являются:

- высокая себестоимость продуктов утилизации, вызванная, как правило, значительными энергозатратами;

- высокая конкуренция со стороны уже сложившихся рынков сбыта сырья для химической промышленности, в т.ч. предприятий по производству РТИ;

- высокие требования к качеству исходного сырья для производства изделий ответственного назначения;

- развитость инфраструктуры нефтегазовых перерабатывающих комплексов, ориентированных на производство очищенных, светлых продуктов из добываемой сырой нефти. При этом сажа и сера, используемые в производстве, а также битум, применяющийся для дорожного строительства, являются побочными продуктами. Поэтому, те же продукты, полученные методами утилизации, не могут конкурировать ни по себестоимости, ни по качеству.

 

 

2.2 Выбор рационального направления и стратегии утилизации автомобильных шин

 

 

При выборе рациональной стратегии утилизации автошин необходимо предусмотреть возможность реализации рентабельных производств, специализирующихся на комплексной переработке с извлечением, во-первых, полезных и ценных продуктов (технический углерод, металлоарматура, углеводороды и др.), пригодных для вторичного использования без значительных затрат. Во-вторых, возможна концентрация и локализация токсичных и вредных примесей с возможностью их утилизации без экологических последствий (сера, цинк, тяжелые металлы и т.д.).

Решение задачи энергоэффективности утилизации автомобильных шин возможно на основе разработки комплексного подхода, реализованного в стратегии утилизации, этапы которой представлены на рисунке включающего несколько этапов, представленных на рисунке 2.2.

 

 

Рисунок 2.2 – Этапы комплексной стратегии утилизации автомобильных шин

 

Сущность предлагаемой стратегии утилизации автошин сводится к следующему. На первоначальном этапе производится сбор и концентрация утилизируемых шин на специализированном пункте сбора в рамках региона с соблюдением всех мер безопасного их хранения. Далее, производится сортировка в зависимости от номенклатуры, типоразмера и состояния утилизируемых изделий. Отобранная партия изделий проходит операцию мойки и сушки, после которой направляется для первичной переработки методами механического разделения. Часть наиболее востребованных с коммерческой точки зрения компонентов перерабатывается наиболее рациональным способом, например, механическим измельчением с целью получения товарной продукции. Остатки компонентов шин, не представляющие практической ценности, например, резиноармированные элементы, направляются для дальнейшей вторичной переработки методом термоожижения в среде технологических растворителей. На этом этапе производится выделение металлоарматуры или синтетического корда, технического углерода, растворенного в технологическом растворителе и дистиллята кипящих фракций, отводимых на конденсацию и сбор для технологических нужд. При этом жидкая фракция направляется для концентрации и фильтрации разделением физико-механическими методами (отстаивание, центрифугирование и др.). Остаток твердых и жидких продуктов переработки после их сбора и очистки оборудования направляется в асфальтобитумные смеси для получения дорожных покрытий. В данном случае, негативное их влияние на экологию будет минимальным, так как условия эксплуатации дорожных покрытий не способствуют процессам испарения вредных и токсичных компонентов первоначально, присутствующих в резиновых смесях.

Для реализации предложенной стратегии комплексной утилизации необходимо проведение значительного объема научно-исследовательских, опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, результатом которых должны стать энерго- и ресурсосберегающие опытно-промышленные технологии и оборудование утилизации автомобильных шин.

 

 

2.3 Обоснование предлагаемого решения

 

 

Основным нерешенным этапом на данный момент является четвертый этап комплексной стратегии – этап непосредственной утилизации автомобильных шин и других РТИ (рисунок 2.2). На данный момент известно достаточно большое количество недорогих по себестоимости методик переработки автомобильных шин в резиновую крошку, одной из которых является технология высокоскоростного резания фрезами. Однако при такой технологии остаются части покрышек содержащих металлокорд, которые также необходимо утилизировать, как и другие РТИ, содержащие металлоарматуру.Для утилизации РТИ, содержащих металлоарматуру применяют метод теермоожижения, как наиболее рациональный.

По результатам проведенного анализа предлагается следующая стратегия утилизации автомобильных шин как наиболее рациональная на данный момент: протекторная часть посредством высокоскоростного резания перерабатывается в резиновую крошку, а оставшаяся часть, в частности бортовые кольца, направляются на утилизацию методом термоожижения (рисунок 2.3).

Основой метода термоожижения является деструкция полимерных материалов под действием высоких температур (100 – 400 °С) в среде продуктов нефтепереработки. В результате термоожижения резина переходит в вязкотекучее состояние и представляет собой суспензию сажи в жидких углеводородах. Фракционный и групповой состав жидких продуктов определяется химическим составом сырья, природой технологического растворителя, соотношением сырье – растворитель, температурой и давлением процесса.

 

 

Рисунок 2.3 – Сущность предлагаемой стратегии утилизации шин

 

На основе термоожижения имеется технология утилизации резиносодержащих отходов и изготовлена опытно-промышленная установка, представляющая собой реактор, в который помещаются отходы, и заливается технологический растворитель. В качестве технологического растворителя используются водорододонорные растворители на основе толуола. Процесс термоожижения  протекает при температуре порядка 290 °С и давлении 6,4 МПа. В результате термоожижения образуется жидкая фракция так называемая «синтетическая нефть», газовая фаза, состоящая из легких парафиновых углеводородов, твердый осадок, представляющий собой технический углерод, а также металлокорд и металлоарматура.

На основе метода термоожижения разработанна технология и оборудование, с использованием в качестве технологического растворителя отработанного моторного масла. Это позволило снизить давление в реакторе и повысить безопасность процесса, исключив из процесса растворители на основе толуола. Общий вид установки представлен на рисунке 2.4.

Полученный в результате процесса жидкий остаток деструктурированной резины и технологического растворителя может быть использован для получения товарной продукции (технический углерод, добавки для получения защитных и битумных мастик, а также как печное топливо), но для этого из него нужно извлечь серу, являющуюся нежелательным продуктом.

С этой целью предполагается оснастить имеющуюся установку ректификационной колонной, которая позволила бы сконденсировать летучие углеводородные фракции из жидкого остатка. Использование колонны также позволит провести исследование образующихся в результате утилизации продуктов, с целью их дальнейшего использования или обезвреживания.

 

1 – реактор; 2 – крышка; 3 – трубопровод; 4 – конденсатор; 5 – трубопровод;     6 – промежуточная емкость; 7 – обратный трубопровод; 8 – кольцевая насадка;     9 – корзина; 10 – отработанные РМИ; 11 – выход неконденсируемых газов;          12 – вентиль; 13 – предохранительный клапан;  14 – манометр; 15 – линия возврата конденсата; 16 – вентиль сливной; 17 – нагреватель.

 

Рисунок 2.4 – Установка переработки РМИ

 

 

2.4 Общие сведения о процессе ректификации

 

 

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно легколетучий или низкокипящий компонент, которым обогащаются пары, а из паров конденсируется преимущественно труднолетучий или высококипящий компонент, переходящий в жидкость. Такой двухсторонний обмен компонентами, повторяемый многократно, позволяет получить, в конечном счете, пары, представляющие собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате образуют дистиллят (ректификат) и флегму – жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися парами. Пары получают путем частичного испарения снизу колонны остатка, являющегося почти чистым высококипящим компонентом. Достаточно высокая степень разделения однородных жидких смесей на компоненты может быть достигнута путем ректификации.

В простейшем виде процесс многократного испарения можно осуществить в многоступенчатой установке, в первой ступени которой испаряется исходная смесь.

На вторую ступень поступает на испарение жидкость, оставшаяся после отделения паров в первой ступени, в третьей ступени испаряется жидкость, поступившая из второй ступени (после отбора из последней паров) и т. д.

Аналогично может быть организован процесс многократной конденсации, при котором на каждую следующую ступень поступают для конденсации пары, оставшиеся после отделения от них жидкости (конденсата) в предыдущей ступени.

При достаточно большом числе ступеней таким путем можно получить жидкую или паровую фазу с достаточно высокой концентрацией компонента, которым она обогащается. Однако выход этой фазы будет мал по отношению к ее количеству в исходной смеси. Кроме того, описанные установки отличаются громоздкостью и большими потерями тепла в окружающую среду.

Значительно более экономичное, полное и четкое разделение смесей на компоненты достигается в процессах ректификации, проводимых обычно в более компактных аппаратах – ректификационных колоннах.

Процесс ректификации осуществляется путем многократного контакта между неравновесными жидкой и паровой фазами, движущимися относительно друг друга.

При взаимодействии фаз между ними происходит массо- и теплообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящим компонентом, а жидкость – высококипящим компонентом. Многократное контактирование приводит к практически полному разделению исходной смеси [8].

 

 

2.5 Типовое оборудование для проектируемой установки

 

 

Для проведения процессов ректификации применяются аппараты разнообразных конструкций, основные типы которых не отличаются от соответствующих типов абсорберов.

В ректификационных установках используют главным образом аппараты двух типов: насадочные и тарельчатые ректификационные колонны. Кроме того, для ректификации под вакуумом применяют пленочные и роторные колонны различных конструкций.

Насадочные, барботажные, а также некоторые пленочные колонны по конструкции внутренних устройств (тарелок, насадочных тел и т. д.) аналогичны абсорбционным колоннам. Однако в отличие от абсорберов ректификационные колонны снабжены теплообменными устройствами – кипятильником (кубом) и дефлегматором. Кроме того, для уменьшения потерь тепла в окружающую среду ректификационные аппараты покрывают тепловой изоляцией [8].

 

2.5.1 Барботажные колонны

 

Барботажные колонны применимы для больших производительностей, широкого диапазона изменений нагрузок по пару и жидкости и могут обеспечить весьма четкое разделение смесей (рисунок 2.5). Недостаток барботажных аппаратов – относительно высокое гидравлическое сопротивление – в условиях ректификации не имеет такого существенного значения. При ректификации повышение гидравлического сопротивления приводит лишь к некоторому увеличению давления и соответственно к повышению температуры кипения жидкости в кипятильнике колонны. Однако тот же недостаток (значительное гидравлическое сопротивление) сохраняет свое значение для процессов ректификации под вакуумом.

 

2.5.2 Насадочные колонны

 

В этих колоннах (рисунок 2.6) используются насадки различных типов, но в промышленности наиболее распространены колонны с насадкой из колец Рашига. Меньшее гидравлическое сопротивление насадочных колонн по сравнению с барботажными особенно важно при ректификации под вакуумом. Даже при значительном вакууме в верхней части колонны вследствие большого гидравлического сопротивления ее разрежение в кипятильнике может оказаться недостаточным для требуемого снижения температуры кипения исходной смеси.

Для уменьшения гидравлического сопротивления вакуумных колонн в них применяют насадки с возможно большим свободным объемом.

В самой ректификационной колонне не требуется отводить тепло, как в абсорберах. Поэтому трудность отвода тепла из насадочных колонн является скорее достоинством, чем недостатком насадочных колонн в условиях процесса ректификации.

Однако и при ректификации следует считаться с тем, что равномерное распределение жидкости по насадке в колоннах большого диаметра затруднено. В связи с этим диаметр промышленных насадочных ректификационных колонн обычно не превышает 0,8–1 м.

В насадочных колоннах поверхностью контакта фаз является смоченная поверхность насадки. Поэтому насадка должна иметь, возможно, большую поверхность в единице объема. Вместе с тем для того, чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим требованиям:

1) хорошо смачиваться орошающей жидкостью, т.е. материал насадки по отношению к орошающей жидкости должен быть лиофильным;

2) оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, т.е. иметь, возможно, большее значение свободного объема или сечения насадки;

 

1 – дренаж; 2 – люк-лаз; 3 – глухая тарелка; 4 – тарелки; 5 – отбойная сетка.

 

Рисунок 2.5 – Барботажная колонна:

 

3) создавать возможность для высоких нагрузок аппарата по жидкости и газу;

4) иметь малую плотность;

5) равномерно распределять орошающую жидкость;

 

 

1 – корпус; 2 – насадка; 3 – опорная решетка; 4 – перераспределитель флегмы; 5 – патрубок для слива кубового остатка; 6 – кипятильник; 7 – ороситель.

 

Рисунок 2.6 – Насадочная ректификационная колонна с кипятильником

 

6) быть стойкой к агрессивным средам;

7) обладать высокой механической прочностью;

8) иметь невысокую стоимость.

Очевидно, что насадок, которые бы полностью удовлетворяли всем указанным требованиям, не существует, так как соответствие одним требованиям нарушает соответствие другим (например, увеличение удельной поверхности а насадки влечет за собой повышение гидравлического сопротивления, а также снижение предельно допустимых скоростей газа и т.д.).

Поэтому в промышленности используют большое число разнообразных по форме и размерам насадок, изготовленных из различных материалов (металла, керамики, пластических масс и др.), которые удовлетворяют основным требованиям при проведении того или иного процесса ректификации.

 

 

 

 

 

2.5.3 Пленочные аппараты

 

Эти аппараты применяются для ректификации под вакуумом смесей, обладающих малой термической стойкостью при нагревании (например, различные мономеры и полимеры, а также другие продукты органического синтеза).

В ректификационных аппаратах пленочного типа достигается низкое гидравлическое сопротивление. Кроме того, задержка жидкости в единице объема работающего аппарата мала.

К числу пленочных ректификационных аппаратов относятся колонны с регулярной насадкой в виде пакетов вертикальных трубок диаметром 6–20 мм (многотрубчатые колонны), а также пакетов плоскопараллельной или сотовой насадки с каналами различной формы, изготовленной из перфорированных металлических листов или металлической сетки. Одна из распространенных конструкций роторно–пленочных колонн показана на рисунке 2.7.

Недостатки роторных колонн: ограниченность их высоты и диаметра (из–за сложности изготовления и требований, предъявляемых к прочности и жесткости ротора), а также высокие эксплуатационные расходы.

В случае загрязненных сред целесообразно применять регулярные насадки, в том числе при работе под повышенным давлением. Для этих сред можно использовать также так называемые колонны с плавающей насадкой. В качестве насадки в таких колоннах обычно применяют легкие полые шары из пластмассы, которые при достаточно высоких скоростях газа переходят во взвешенное состояние. Вследствие их интенсивного взаимодействия такая насадка практически не загрязняется.

В колоннах с плавающей насадкой возможно создание более высоких скоростей, чем в колоннах с неподвижной насадкой. При этом увеличение скорости газа приводит к расширению слоя шаров, что способствует снижению скорости газа в слое насадки. Поэтому существенное увеличение скорости газового потока в таких аппаратах (до 3–5 м/с) не приводит к значительному возрастанию их гидравлического сопротивления.

 

2.5.4 Центробежные ректификаторы

 

Для интенсификации массообмена и повышения эффективности разделения были предложены аппараты, работающие на принципе использования центробежной силы (колонны с вращающейся трубой, горизонтальные аппараты с вращающимся спиралевидным ротором).

Центробежный пленочный ректификационный аппарат состоит из неподвижного кожуха, в котором вращается с большой скоростью ротор, состоящий из спиральной металлической ленты, ограниченной изнутри и снаружи сетчатыми цилиндрами. Начальная смесь движется по стенкам спирали в виде тонкой пленки от центра к периферии. Пар движется с большой скоростью противотоком к жидкости, и взаимодействие фаз происходит на поверхности плёнки. Интенсивность массообмена определяется сопротивление жидкой и паровой пленок. Поэтому эффективность пленочной ректификации возрастает и турбулизацией потоков пара и жидкости.

Несмотря на сложность устройства, центробежные ректификационные аппараты могут быть успешно применены при разделении смесей, требующем очень большого числа тарелок.

 

 

1 – колонна; 2 – рубашка для обогрева; 3 – ротор; 4 – роторный испаритель; 5 – конденсатор–дефлегматор; 6 – штуцер для ввода исходной смеси; 7 – штуцер для ввода флегмы; 8 – штуцер для ввода пара; 9 – штуцер для вывода остатка.

 

Рисунок 2.7 – Схема роторно–пленочной ректификационной колонны

 

2.5.5 Тарельчатые колонны

 

Наиболее распространенными абсорбционными аппаратами являются тарельчатые колонны. По своему устройству они делятся на колонны с колпачковыми тарелками и колонны с ситчатыми тарелками.

2.5.5.1 Колпачковые колонны

 

Эти колонны наиболее распространены в ректификационных установках. На рисунке 2.8 схематически изображена колонна небольшого диаметра, состоящая из тарелок 1, на каждой из которых имеется один колпачок 2 круглого сечения и патрубок 3 для прохода пара. Края колпачка погружены в жидкость. Благодаря этому на тарелке создается гидравлический затвор, и пар, выходящий из колпачка, должен проходить через слой жидкости, находящийся на тарелке. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези для раздробления пара на мелкие пузырьки, т.е. для увеличения поверхности его соприкосновения с жидкостью.

 

 

1 – тарелка; 2 – колпачок; 3 – паровой патрубок; 4 – переливная трубка.

 

Рисунок 2.8 – Схема устройства тарельчатой (колпачковой) колонны

 

Приток и отвод жидкости, а также высоту жидкости на тарелке регулируют при помощи переливных трубок 4, которые расположены на диаметрально противоположных концах тарелки; поэтому жидкость течет на соседних тарелках во взаимно противоположных направлениях.

Схема работы колпачковой тарелки изображена на рисунке 2.9. Выходящие через прорези колпачки пузырьки пара сливаются в струйки, которые проходят через слой жидкости, находящейся на тарелке, и над жидкостью образуется слой пены и брызг, – основная область массообмена и теплообмена между паром и жидкостью на тарелке.

При движении струйки пара обычно сливаются друг с другом; при этом некоторая часть сечения прорезей обнажается, и образуются каналы, по которым газ проходит из-под колпачка сквозь жидкость. Поэтому поверхность взаимодействия газа с жидкостью непосредственно в зоне барботажа невелика. Основная зона фазового контакта находится в области пены и брызг над жидкостью, которые образуются вследствие распыления пара в жидкости и уноса брызг при трении пара о жидкость.

 

 

Рисунок 2.9 – Схема работы колпачковой тарелки.

 

2.5.5.2 Ситчатые колонны

 

Колонны этого типа (рисунок 2.10) состоят из вертикального цилиндрического корпуса 1 с горизонтальными тарелками 2, в которых просверливается значительное число мелких отверстий, равномерно распределенных по всей поверхности тарелки. Для слива жидкости и регулирования ее уровня на тарелке служат переливные трубки 3. Нижние концы трубок 3 погружены в стаканы 4 на лежащих ниже тарелках и образуют гидравлические затворы.

Пар проходит через отверстия тарелки (рисунок 2.11) и распределяется в жидкости в виде мелких струек; лишь на некотором расстоянии от дна тарелки образуется слой пены и брызг – основная область массообмена и теплообмена на тарелке.

В определенном диапазоне нагрузок ситчатые тарелки обладают большим к.п.д., чем колпачковые. Однако допустимые нагрузки по жидкости и пару для ситчатых колонн относительно невелики. При слишком малой скорости пара (около 0,1 м/сек) происходит просачивание жидкости через отверстия тарелки и в связи с этим резкое падение к.п.д. тарелки.

Давление и скорость пара, проходящего через отверстия сетки, должны быть достаточными для преодоления давления слоя жидкости на тарелке и должны препятствовать ее стекания через отверстия.

 

 

1 – корпус; 2 – ситчатая тарелка; 3 – переливная трубка; 4 – стакан.

 

Рисунок 2.10 – Схема устройства ситчатой колонны

 

 

Рисунок 2.11 – Схема работы ситчатой тарелки.

 

Проскок жидкости у ситчатых тарелок возрастает с увеличением диаметра тарелки и отклонением ее от строго горизонтального положения. Поэтому диаметр и число отверстий следует подбирать так, чтобы жидкость удерживалась на тарелках и не увлекалась механически паром. Обычно диаметр отверстий ситчатых тарелок принимают равным 0,8 – 3 мм.

Ситчатые колонны эффективно работают только при определенных скоростях ректификации, и регулирование режима их работы затруднительно. Кроме того, ситчатые тарелки требуют весьма тщательной горизонтальной установки, так как иначе пары будут проходить через часть поверхности сетки, не соприкасаясь с жидкостью.

Ситчатые тарелки уступают колпачковым по допустимому верхнему пределу нагрузки; при значительных нагрузках потеря напора в них больше, чем у колпачковых.

При внезапном прекращении подвода пара или значительном снижении его давления тарелки ситчатой колонны полностью опоражниваются от жидкости, и требуется заново запускать колонну для достижения заданного режима ректификации.

Очистка, промывка и ремонт ситчатых тарелок производятся относительно удобно и легко.

Чувствительность к колебаниям нагрузки, а также загрязнениям и осадкам, которые образуются при перегонке кристаллизующихся веществ и быстро забивают отверстия тарелки, ограничивают область использования ситчатых колонн; их применяют, главным образом, при ректификации спирта и жидкого воздуха (кислородные установки).

Для повышения к.п.д. в ситчатых тарелках (как и в колпачковых) создают более длительный контакт между жидкостью и паром.

В результате литературного обзора по критериям рациональности, доступности и простоты конструкции ректификационная колонна тарельчатого типа. Результаты литературного обзора представлены на третьем листе графической части.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Конструкторско-технологические решения по установке утилизации резинотехнических изделий

 

 

3.1 Описание установки утилизации резинотехнических изделий и предлагаемой ректификационной колонны

 

 

Установка утилизации РТИ предназначена для термохимического растворения изношенных резинотехнических изделий (бортовых колец автомобильных шин) с целью их утилизации.

Процесс утилизации происходит в рабочем объеме реактора, который подвижно закреплен на основании. Нагрев реакционной массы осуществляется при помощи нагревательного блока, корпус которого вварен в нижнюю часть реактора. На крышке нагревательного блока 4 смонтированы три высокотемпературных ТЭНа. К корпусу реактора приварены два кронштейна, на которые крепится расширительная емкость, она соединена трубопроводом с пространством нагревательного блока.

В качестве конструкторской разработки представлена ректификационная колонна, состоящая из таких основных сборочных единиц, как корпус, крышка корпуса и пирамида.

Корпус колонны представляет собой обечайку с приваренными к ней с одной стороны донцем, с другой стороны фланцем для крепления крышки корпуса и вынимания пирамиды после окончания технологического процесса термоожижения. Крышка корпуса предназначена для извлечения пирамиды и для удаления неконденсируемых газов через патрубок и гидрозатвор. Пирамида представляет собой составную конструкцию из тарелочек, перемычек, ножек и петли. Она предназначена для конденсирования низкокипящих фракций по температурам кипения.

 

 

3.2 Принцип действия

 

 

3.2.1 Принцип действия реактора

 

Работа установки утилизации осуществляет способ термохимического ожижения резинометаллических отходов, сущность которого рассмотрена в предыдущей главе.

Подлежащие утилизации автомобильные шины и/или бортовые кольца укладывают в рабочий объем реактора горизонтально одна на другую. При помощи заправочного вентиля заполняют водой нагревательный блок, при этом кран Маевского на верхней части нагревательного блока должен быть открыт. После полного заполнения блока водой закрывают кран Маевского и заправочный вентиль. Затем в реактор заливают технологический растворитель (отработанное моторное масло) до полного погружения шин. На поверхность фланца реактора укладывают прокладку, предварительно смазанную высокотемпературным герметиком. Реактор закрывают крышкой, которую затягивают при помощи болтовых соединений.  

Включают общее питание установки в шкафе управления и устанавливают пределы регулирования температуры процесса на регулировочном приборе    ТРМ-202 на отметке 320 0С, затем включают питание ТЭНов.

ТЭНы нагревают воду в нагревательном блоке до температуры кипения. После закипания воды, излишки которой вытесняются по трубопроводу в расширительную емкость, в объеме нагревательного блока создается паровая среда. При помощи ТЭНов водяной пар нагревается до температуры превышающей температуру процесса утилизации на 50 0С, тем самым, создавая температурный напор позволяющий нагреть продукты утилизации до необходимой  температуры.

На протяжении всего цикла утилизации контролируют температуру процесса при помощи термопары ТХК-600, показания которой, при помощи измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) смонтированного в шкафе управления, выводятся на монитор компьютера и отображаются в виде графиков. Давление внутри реактора контролируют по показаниям манометра размещенного на крышке реактора.

После достижения рабочей температуры производят выдержку продуктов утилизации в течение 1 часа.

После выдержки отключают питание ТЭНов. Если внутри реактора имеется избыточное давление, его стравливают через кран Маевского на крышке реактора.

После охлаждения установки до температуры 280 0С отвинчивают гайки крепления крышки реактора и снимают крышку. Затем сливают технологический растворитель с продуктами утилизации в промежуточную емкость для отстаивания. Наклонив реактор при помощи поворотного механизма,  производят выгрузку металлокорда и остатков технологического растворителя. Затем цикл повторяется.

Отстоявшаяся жидкость представляет собой суспензию твердых компонентов резиновых смесей в жидкой фракции раствора синтетических каучуков и растворителей. Одним из самых ценных продуктов утилизации шин является технический углерод, который выделяется в чистом виде и может использоваться без дополнительной обработки.

 

3.2.2 Принцип действия ректификационной колонны

 

Принцип действия ректификационной колонны основан на многократном испарении жидкостей. После прогревания продуктов утилизации они начинают испаряться и через патрубок поступают в колонну. Затем происходит их конденсирование на нижнюю тарелочку вследствие теплоотдачи стенкам колонны и другим ее деталям.

Далее по мере прогревания нижней тарелочки и увеличения количества паров происходит испарение конденсированной жидкости из нее. И так далее до последней тарелочки.

Детали и сборочные единицы колонны изготовлены из стали 12Х18Н, обладающей хорошей коррозионной стойкостью и высокой теплопроводностью [9].

 

 

3.3 Тепловой расчет установки

 

 

Тепло, расходуемое на нагрев изделия определяется по формуле [8]:

 

,                                (3.1)

 

 

где G – вес нагреваемого изделия, кг.;

      См – средняя теплоемкость материала, кДж/кг·К;

      tмнач, tмкон – начальная и конечная температура материала, ºС.

 

Для проведения процесса утилизации необходимо нагреть резиновые отходы массой 50 кг и технологический растворитель объемом 80 л. Приняв плотность масла равную 850 кг/м3 определяем массу технологического растворителя по формуле:

 

,                                                (3.2)

 

где ρтр – плотность технологического растворителя, 850 кг/м3;

Vтр – объем технологического растворителя, 0,08 м3.

 

 кг.

 

Тогда общая нагреваемая масса составит:

 

 кг.

 

Для расчета мощности нагрева принимаем усредненную теплоемкость нагреваемых продуктов равную  кДж/кг·К. Нагрев продуктов утилизации осуществляем от 20 до 320 0С.

 

Тогда:

 ккал =18,65 кВт

 

Общее количество тепла, необходимое на нагрев установки определяется из выражения:

 

,                          (3.3)

 

где Qтепл – потери через теплопроводность стенки конструкции, кВт;

Qизл – потери излучением, кВт;

Qнеуч – неучтенные потери, кВт.

 

Потери тепла принимаем по укрупненным показателям, как процентное отношение к полезному количеству тепла:

 

,                                     (3.4)

,                                     (3.5)

,                                      (3.6)

 

 кВт;

 кВт;

 кВт;

 кВт.

 

Необходимая мощность определяется по формуле:

 

,

 

где  – коэффициент запаса, .

 

 кВт.

 

Принимаем установленную мощность установки Р = 25,5 кВт.

 

Определим КПД установки по формуле:

 

                                            (3.7)

.

 

 

 

3.4 Расчет площади поверхности теплообмена

 

 

Необходимо определить площадь поверхности теплообмена в ректификационной колонне, в которой углеводородный конденсат со средней теплоемкостью  кДж/кг·К. При этом температура начала охлаждения  ºС, температура конца охлаждения  ºС. Принимаем коэффициент теплопередачи  Вт/м2·К и средний температурный напор  ºС.

Поверхность теплообмена рассчитывается по формуле:

 

,                                           (3.8)

 

где Q – количество тепла, затрачиваемое на теплообмен, Вт.

 

Количество тепла, затрачиваемое на теплообмен определяется:

 

,                                    (3.9)

 

 Вт.

 м2.

 

С учетом всех внутренних деталей примем площадь теплообмена  м2. Так как выбрана цилиндрическая конструкция колонны, то принимаем внутренние размеры обечайки:

- внутренний диаметр  мм;

- высота  мм.

Конструкция колонны представлена на рисунке 3.1 и на четвертом листе графической части проекта.

На пятом и шестом листах графической части представлены детали и сборочные единицы сконструированной ректификационной колонны.

На седьмом листе графической представлена схема установки утилизации автомобильных шин, а на восьмом листе – маршрутная карта технологического процесса утилизации.

 

 

1 – корпус; 2 – крышка корпуса; 3 – пирамида; 4 – ножка корпуса; 5 - ручка; 6 – прокладка.

 

Рисунок 3.1 – Ректификационная колонна

3.5 Расчёт болтовых соединений

 

 

При расчете болтовых соединений проведем проверку болтов на срез и на смятие.

Расчёт болтов на срез сводится к определению напряжения в месте среза и сравнения его с допустимым напряжением. При этом должно выполняться условие [10]:

 

,                                        (3.10)

 

где [τср] – допустимое напряжение на срез, равное 300 МПа.

 

Напряжение среза можно определить по формуле:

 

,                                    (3.11)

 

где  – сила, действующая на болты, кН,  кН;

       i - число болтов, i =6;

      d - диаметр болта, d =8 мм.

 

 МПа.

 

Сравниваем полученное значение с допустимым 99 МПа < 300 МПа, следовательно, принятый диаметр болтов и их количество удовлетворяют условиям прочности на срез.

Расчёт болтов на смятие сводится к определению напряжения смятия и сравнения его с допустимым напряжением.

Напряжение смятия определим по формуле:

 

,                                               (3.12)

 

где S - площадь болта, (S = 50,2 мм2).

 

 МПа.

 

Сравниваем полученное значение с допустимым:

 

93,3< [sсм] = 400 МПа,

 

следовательно, условие прочности болтового соединения на смятие выполняется.

 

 

 

 

4 Экономическая часть

 

 

4.1 Определение затрат на изготовление конструкторской разработки

 

 

Затраты на изготовление конструкторской разработки определяются по формуле [11]:

 

,             (4.1)

 

где  – стоимость покупных изделий и деталей, руб.;

 – стоимость материалов на изготовление нестандартных деталей, руб.;

 – фонд заработной платы рабочих, занятых изготовлением нестандартных деталей, руб.;

 – фонд заработной платы рабочих, занятых сборкой, руб.;

 – отчисления на социальные нужды, руб.;

 – накладные расходы, руб.

 

4.1.1 Определение стоимости покупных изделий

 

Стоимость покупных деталей и узлов определяется по формуле:

 

,                                   (4.2)

 

где  – цена i – го вида покупного изделия, руб.;

 – количество единиц i – го вида изделия;

 – коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы ().

 

Результаты расчета сводим в таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1 – Стоимость покупных деталей

 

Наименование покупных изделий

Количество, ед.

Цена за единицу, руб.

Общая стоимость с учетом транспортно-заготовительных расходов, руб.

1

2

3

4

1 Болт М8

6

1,5

9,9

2 Гайка М8

6

0,6

4

 

 

Продолжение таблицы 4.1

 

1

2

3

4

3 Шайба М8,4

6

0,15

1

Всего

15,9

 

4.1.2 Определение стоимости материалов на изготовление нестандартных изделий

 

Результаты сведены в таблицу 4.2.

 

Таблица 4.2 - Стоимость материалов для изготовления ректификационной колонны

 

Наименование детали

Кол-во, ед.

Наименование (марка) материала

Количество материала, кг

Цена за 1 кг, руб.

Общая стоимость, руб.

1

2

3

4

5

6

1 Обечайка

1

Лист 1,5 мм, Сталь 12Х18Н

5,6

194

1086,4

2 Донце

1

Лист 1,5 мм, Сталь 12Х18Н

0,78

194

213,4

3 Фланец

2

Лист 3 мм, Сталь 12Х18Н

0,41

150

270

4 Ручка

2

Труба 18х1,5 мм, Сталь 12Х18Н

0,19

237

142,2

5 Ножки корпуса

3

Труба 18х1,5 мм, Сталь 12Х18Н

0,26

237

248,8

6 Крышка корпуса

1

Лист 1,5 мм, Сталь 12Х18Н

0,78

194

213,4

7 Патрубок

2

Труба 20х3 мм, Сталь 12Х18Н

0,06

225

76,5

8 Тарелочка

7

Лист 2 мм, Сталь 12Х18Н

0,81

180

844,2

9 Перемычка

6

Труба 10х1,5 мм, Сталь 12Х18Н

0,07

250

210

10 Ножка пирамиды

3

Труба 10х1,5 мм, Сталь 12Х18Н

0,14

250

150

11 Петля

1

Труба 10х1,5 мм, Сталь 12Х18Н

0,13

250

90

12 Прокладка

1

Паронит ПОН-б 3 мм

0,1

98

9,8

Всего

3554,7

4.1.3 Определение затрат на заработную плату рабочих, занятых на изготовлении нестандартных изделий

 

Заработная плата рабочих, занятых на изготовлении нестандартных изделий конструкции, определяется по формуле:

 

,                   (4.3)

 

где  – заработная плата рабочих по тарифным ставкам, руб.;

 – коэффициент доплат и выплат, ();

 – коэффициент, учитывающий премии, ();

 – коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату, ();

 – районный коэффициент, ().

 

Тарифный фонд заработной платы определяется по формуле:

 

,                                     (4.4)

 

где  – трудоемкость изготовления i – той детали (операции), чел.-час;

 – часовая тарифная ставка, руб. [12];

 – количество единиц i – го вида изделия, ед.

 

Результаты расчета тарифного фонда оплаты труда представлены в таблице 4.3.

 

Таблица 4.3 – Расчет тарифной заработной платы рабочих, занятых на изготовлением нестандартных деталей

 

Наименование детали

Кол-во, ед.

Виды работ (операция)

Разряд

Часовая тарифная ставка, руб.

Трудоемкость, чел.-ч

Тарифная заработная плата, руб.

1

2

3

4

5

6

7

1 Обечайка

1

Слесарная

3

36

0,6

21,6

Сварочная

5

47

0,9

42,3

2 Донце

1

Слесарная

3

36

0,8

28,8

Токарная

4

41

0,4

16,4

3 Фланец

2

Слесарная

3

36

0,8

57,6

Токарная

4

41

2,2

180,4

4 Ручка

2

Слесарная

3

36

0,4

28,8

 

Продолжение таблицы 4.3

 

1

2

3

4

5

6

7

5 Ножки корпуса

3

Слесарная

3

36

0,1

10,8

Токарная

4

41

0,15

18,5

6 Крышка корпуса

1

Слесарная

3

36

0,7

25,2

Токарная

4

41

0,5

20,5

7 Патрубок

2

Слесарная

3

36

0,2

14,4

Токарная

4

41

0,5

41

8 Тарелочка

7

Слесарная

3

36

0,2

50,4

Токарная

4

41

0,2

57,4

9 Перемычка

6

Слесарная

3

36

0,2

43,2

10 Ножка пирамиды

3

Слесарная

3

36

0,1

10,8

Токарная

4

41

0,1

12,3

11 Петля

1

Слесарная

3

36

0,4

14,4

12 Прокладка

1

Слесарная

3

36

0,2

7,2

Всего

702

 

 руб.

 

4.1.4 Расчет заработной платы рабочих, занятых на сборке конструкции

 

Расчет заработной платы рабочих, занятых на сборе конструкции представлен в виде таблицы 4.4.

 

Таблица 4.4 – Тарифная заработная плата рабочих, занятых на сборке

 

Наименование операций

Разряд

Часовая тарифная ставка, руб.

Трудоемкость работ, чел-час

Тарифная ЗП, руб.

1

2

3

4

5

1 Сварочная

5

47

4,5

211,5

2 Слесарная

4

41

1,2

49,2

Всего

260,7

 

 руб.

 

4.1.5 Отчисления  на социальные нужды

 

Отчисления на социальные нужды определяются  от суммы заработной платы рабочих, занятых на изготовлении нестандартных изделий и сборке конструкции:

 

,                                 (4.5)

 

где  – процент отчислений на социальные нужды, ().

 

 руб.

 

4.1.6 Накладные расходы

 

Накладные расходы принимаются в размере 100-150 процентов от фонда тарифной заработной платы рабочих, занятых изготовлением и сборкой конструкции:

 

,                               (4.6)

 

где  – процент накладных расходов, ().

 

 руб.

 

4.1.7 Смета затрат на изготовление конструкции

 

Смета затрат на изготовление конструкции приведена в таблице 4.5

 

Таблица 4.5 – Смета затрат на изготовление конструкции

 

Статьи затрат

Сумма, руб.

1

2

1 Покупные детали

15,9

2 Материалы

3554,7

3 Заработная плата рабочих, занятых при изготовлении нестандартных деталей

1702,6

4 Заработная плата рабочих, занятых при сборке

632,3

5 Отчисления на социальные нужды

793,9

6 Накладные расходы

3502,4

Всего

10202

 

Вывод: суммарные затраты на изготовление и сборку проектируемой ректификационной колонны составляют 10201,8 рублей.

4.2 Определение годовых эксплуатационных затрат на проведение утилизации

 

 

Предлагаемая установка утилизации реализует циклическую схему работы. Продолжительность одного цикла утилизации (одной загрузки 50 кг) составляет до усовершенствования 2,1 часа, после усовершенствования 2,3 часа. В течение одного семичасового рабочего дня максимально возможно проведение трех циклов утилизации. Исходя из того, что количество рабочих дней в году составляет 305 дней, то годовое количество циклов утилизации составит 915 циклов, в результате которых перерабатывается  45,75 т резинотехнических отходов.

Для определения экономической эффективности предлагаемого усовершенствования установки рассчитаем затраты на утилизацию годовой программы до и после внедрения ректификационной колонны и сопоставим.

 

4.2.1 Расчет стоимости основных фондов

 

4.2.1.1 Стоимость здания

 

Стоимость помещения для проведения утилизации можно определить по формуле [11]:

 

,                                       (4.7)

 

где  – объем части здания, занимаемого участком, м³;

 – стоимость м3 здания, руб./м3 ( руб./м3).

 

Объем части здания, занимаемого участком, определяется по формуле:

 

,                                  (4.8)

 

где  – внутренняя площадь участка, м2 ( м2);

 – коэффициент, учитывающий объем здания по наружному обмену ();

– высота здания, м ( м);

 

 м3;

 руб.;

 

 

 

 

4.2.1.2 Стоимость машин и оборудования

 

Стоимость машин и оборудования определяется по формуле:

 

,                                       (4.9)

 

где – балансовая стоимость i-го вида машин и оборудования, руб.;

 – цена единицы i-го вида машин и оборудования, руб.;

 – коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы (принимается 0,07 – 0,1);

 – коэффициент, учитывающий затраты на монтаж и освоение оборудования (принимается 0,05 – 0,08).

 

Результаты расчета приведены в таблице 4.6

 

Таблица 4.6 – Стоимость машин и оборудования

 

Наименование машин и оборудования

Марка, модель

Количе-ство, ед

Установленная мощность, кВт

Цена единицы, руб.

Балансовая стоимость, руб.

до

после

1

2

3

4

5

6

7

1 Установка утилизации

собственного изготовления (С. И.)

1

3,3

17000

19380

19380

2 Ректификационная колонна

С.И.

1

-

10202

-

11630

Всего

19380

31010

 

 

4.2.1.3 Стоимость ценного инструмента и приспособлений

 

Стоимость ценного инструмента и приспособлений  определяется по формуле (4.9) или принимается укрупненно в размере 5-7 процентов от стоимости машин и оборудования. Расчет будем вести для двух состояний – до усовершенствования и после, поэтому для расчетов до усовершенствования будем применять индекс «1», а для расчетов после усовершенствования – «2».

 

 руб.;

 руб.

 

4.2.1.4 Стоимость ценного производственного инвентаря

 

Стоимость ценного производственного инвентаря определяется методом прямого счета по формуле (4.9) или принимается укрупненно в размере 2-3 процентов от балансовой стоимости машин и оборудования:

 

 руб.;

 руб.

 

Результаты расчета стоимости основных фондов сводятся в таблицу 4.7.

 

Таблица 4.7 – Стоимость основных фондов

 

Наименование групп основных фондов

Балансовая стоимость, руб.

до

после

1 Стоимость здания

177187

177187

1 Рабочие машины и оборудование

19380

31010

2 Инструмент и приспособления

1163

1550

3 Производственный инвентарь

387

620

Всего

198117

210367

 

4.2.2 Расчет фонда оплаты труда оператора установки

 

4.2.2.1 Годовой фонд рабочего времени

 

Годовой фонд рабочего времени, определяемый из 6-дневной рабочей недели и 7-часового рабочего дня, рассчитывается по формуле:

 

       (4.10)

 

где Дк – календарное число дней в году, Дк = 365;

Дв – количество выходных дней в году, Дв = 52;

Дп – количество праздничных дней в году, Дп = 11;

До – количество дней отпуска, До = 24;

Ддо – количество дополнительного отпуска за вредные и тяжелые условия труда;

Дб – неявка по болезни, Дб = 7;

Дго – количество дней выполнения государственных и общественных обязанностей, Дго = 3;

Двп – количество дней дополнительного отпуска за выслугу лет, Двп = 3;

Дп.в – количество предвыходных дней, Дп.в = 52;

Дпп – количество предпраздничных дней, Дпп = 11;

tр.д – продолжительность рабочего дня, tр.д = 7 час;

tс – время сокращения рабочего дня перед выходными и праздничными днями, tс = 1 час.

 

.

 

4.2.2.2 Годовой фонд заработной платы оператора установки

 

Фонд заработной платы оператора установки определяется по формуле:

 

,              (4.11)

 

где  – основной фонд заработной платы, руб. (для 4 разряда  руб.).

 

 руб.

 

4.2.3 Отчисления на социальные нужды

 

Отчисления на социальные нужды рассчитаем по формуле (4.5)

 

 руб.

 

4.2.4 Затраты на материалы

 

В процессе утилизации резинотехнических изделий в качестве технологического растворителя используется отработанное моторное масло, которое является продуктом многократного использования, т.е. оно используется в течение нескольких циклов. Затраты на технологический растворитель определим по формуле:

 

,                           (4.12)

 

где  - объем одной заливки растворителя в установку, =80 л;

Ц1л – цена одного литра растворителя, Ц1л=10 руб;

nсм – количество смен растворителя в установке за год, nсм=92;

кд – коэффициент, учитывающий долив растворителя, кд=1,2.

 

 руб.

 

4.2.5 Топливо и энергия на технологические цели

 

Расход электрической энергии на проведение одного цикла утилизации определяется по формуле:

 

,                                 (4.13)

 

где  - время одного цикла утилизации, ч, ч;

 - цена одного кВт·ч,  руб.;

 - потребляемая мощность установки утилизации, =3,3 кВт.

 

 руб.;

 руб.

 

Годовые затраты на электроэнергию составят:

 

,                                        (4.14)

 

где  – количество циклов в год, .

 

 руб.;

 руб.

 

4.2.6 Расходы на обслуживание и ремонт оборудования

 

Расходы на ремонт оборудования, машин, инструмента и производственного инвентаря, включенного в основные фонды, определяются по формуле:

 

,                           (4.15)

 

где   – норматив затрат на ремонт -го вида оборудования, руб.;

 – балансовая стоимость -го вида оборудования, руб.

Норматив затрат на ремонт оборудования, принимается в размере 8% от балансовой стоимости оборудования, машин и в размере 15% от балансовой стоимости инструмента и производственного инвентаря.

 

 руб.;

 руб.

 

4.2.7 Амортизация оборудования, машин, ценного инструмента и инвентаря

 

Общая сумма амортизации производственного оборудования, машин, ценного инструмента и производственного инвентаря определяется по формуле:

 

,                                (4.16)

 

где  – норма амортизации -го вида оборудования, %:

 

,                                      (4.17)

 

где  – срок полезного использования, лет.

 

Результаты расчета амортизации оборудования, ценного инструмента и производственного инвентаря до усовершенствования сведем в таблицу 4.8, а после усовершенствования в таблицу 4.9.

 

Таблица 4.8 – Амортизация оборудования, ценного инструмента и производственного инвентаря до усовершенствования.

 

Наименование

Балансовая стоимость

Срок полезного использования

Норма амортизации, %

Сумма амортизации, руб.

1

2

3

4

5

1 Рабочие машины и оборудование

19380

6

16,7

3236

2 Инструмент и приспособления

1163

3

33,3

387

 

 

Продолжение таблицы 4.8.

 

1

2

3

4

5

3 Производственный инвентарь

387

7

14,3

55

Всего

20930

-

-

3678

 

Таблица 4.9 – Амортизация оборудования, ценного инструмента и производственного инвентаря после усовершенствования.

 

Наименование

Балансовая стоимость

Срок полезного использования

Норма амортизации, %

Сумма амортизации, руб.

1

2

3

4

5

1 Рабочие машины и оборудование

31010

6

16,7

5178

2 Инструмент и приспособления

1550

3

33,3

516

3 Производственный инвентарь

620

7

14,3

88

Всего

33180

-

-

5782

 

4.2.8 Расходы на содержание зданий и сооружений

 

Расходы на содержание зданий и сооружений укрупненно принимаем в размере 5% от балансовой стоимости зданий и сооружений:

 

,                                          (4.18)

 руб.

 

4.2.9 Расходы на текущий ремонт зданий и сооружений

 

Расходы на текущий ремонт зданий и сооружений принимаем в размере 4% от балансовой стоимости зданий и сооружений:

 

,                                       (4.19)

 руб.

 

4.2.10 Амортизация зданий и сооружений

 

Амортизация зданий и сооружений рассчитывается по формуле, руб.:

 

, руб.,                                     (4.20)

где  – норма амортизации зданий, % (),

 

 руб.

 

4.2.11 Смета годовых эксплуатационных затрат

 

Смета годовых эксплуатационных затрат приведена в таблице 4.10.

 

Таблица 4.10 – Смета годовых эксплуатационных затрат на проведение утилизации

 

Статьи затрат

Сумма, руб.

до,

после,

1

2

3

1 Фонд оплаты труда оператора

178195

178195

2 Отчисления на социальные нужды

60580

60580

3 Затраты на материалы

88320

88320

4 Топливо и энергия на технологические цели

18392

20130

5 Расходы на обслуживание и ремонт оборудования

1783

2806

6 Амортизация оборудования, машин, ценного инструмента и инвентаря

3678

5782

7 Расходы на содержание зданий и сооружений

8859

8859

8 Расходы на текущий ремонт зданий и сооружений

7087

7087

9 Амортизация зданий и сооружений

7087

7087

Всего

366894

378846

 

Вывод увеличение затрат после усовершенствования составит:

 

,                                              (4.21)

, руб.

 

 

4.3 Расчет доходов от утилизации

 

 

Конечными продуктами процесса термоожижения до усовершенствования являются:

- жидкий остаток, представляющий собой суспензию технического углерода, отработанного моторного масла  и продуктов растворения резины;

- металлокорд.

После усовершенствования к ним добавляется сконденсированная жидкость, которая является конденсатом углеводородов (бензин, дизельная фракция, и т.д.).

Наиболее ценным продуктом процесса термоожижения является технический углерод, который добавляется в резиновые смеси для повышения предела прочности и истираемости резины. Массовое соотношение технического углерода в шинной резине составляет около 30 % от общей массы шины. Металлокорд отработанных шин представляет собой стальную латунированную проволоку диаметром 1,2 мм, массовое соотношение которой составляет 15 % от массы шины.

Технический углерод выделяется из жидкого остатка методом фильтрации или центрифугированием. Металлокорд в результате термоожижения выделяется в чистом виде и может направляться на переплавку без дополнительной обработки.

В результате термоожижения 1 тонны резиновых отходов до усовершенствования получается порядка 300 кг технического углерода и 150 кг металлокорда, которые могут использоваться как товарные продукты. Цена 1 кг технического углерода на рынке в среднем составляет 30 рублей, стоимость металлокорда определяем как стоимость металлолома 6 рублей за 1 кг. После усовершенствования количество металллокорда на выходе не изменится, а количество технического углерода будет равным 310 кг из одной тонны. Также в результате термоожижения после добавления в технологический процесс ректификационной колонны из одной тонны отходов будет образовываться около 40 литров конденсата углеводородов, ориентировочная стоимость которой составит 15 рублей за 1 литр.

Стоимость товарных продуктов в результате утилизации одно тонны резинотехнических отходов составит:

 

,                                       (4.22)

 

где  – количество i – того товарного продукта на выходе в результате утилизации 1 тонны отходов, кг,л;

 – цена за единицу товарного продукта, руб./кг,л.

 

Стоимость технического углерода:

 

 руб.;

 руб.

 

Стоимость металлокорда:

 

 руб.

 

Стоимость конденсата углеводородов:

 

 руб.

 

Для годового объема утилизации доход от продажи товарных продуктов составит:

 

,                                         (4.23)

где  – годовой объем утилизации, т,  т.

 

Доходы от продажи технического углерода:

 

 руб.;

 руб.

 

Доходы от продажи металлокорда:

 

 руб.

 

Доходы от продажи конденсата углеводородов

 

 руб.

 

Общий доход от продажи товарных продуктов составит:

 

,                            (4.24)

 руб.;

 руб.;

 

 

4.4 Расчет прибыли от реализации проекта

 

 

4.4.1 Расчет общей прибыли

 

Общая прибыль определяется по формуле, руб.:

 

,                                    (4.25)

 руб.;

 руб.

 

 

 

4.4.2 Расчет налогооблагаемой прибыли

 

Налог на имущество определяется по формуле:

 

,                                       (4.26)

 

где  – балансовая стоимость основных фондов, руб. ( руб.,  руб.).

 

 руб.;

 руб.

 

Налогооблагаемая прибыль определяется по формуле:

 

,                                  (4.27)

 руб.;

 руб.

 

4.4.3 Расчет чистой прибыли

 

Чистая прибыль составит:

 

                          (4.28)

 

где  – налог на прибыль, %, (%),

 

 руб.;

 руб.;

 

4.4.4 Прирост чистой прибыли

 

Прирост чистой прибыли определяется:

 

,                                 (4.29)

 руб.

 

 

 

4.4.5 Срок окупаемости капитальных вложений

 

Срок окупаемости капитальных вложений определяется:

 

 

                                          (4.30)

 

где  – капитальные вложения, руб.,  руб.

 

 лет.

 

 

4.5 Технико-экономические показатели

 

 

Основные технико-экономические показатели проекта приведены в таблице 4.11.

 

Таблица 4.11 – Технико-экономические показатели проекта.

 

Показатели

Единица измерения

Варианты

до внедрения

после

1 Количество циклов за год

шт.

915

915

2 Объем утилизируемых отходов

т

45,75

45,75

3 Расход электроэнергии

кВт·ч

6341

6945

4 Эксплуатационные затраты

р.

366894

378846

5 Доходы от реализации всего:

- металлокорда

- технического углерода

- углеводородного конденсата

р.

452925

41175

411750

-

494100

41175

425475

27450

6 Прибыль:

- общая

- расчетная

р.

 

85398

64832

 

115254

88501

7 Прирост расчетной прибыли

р.

-

23669

8 Дополнительные капитальные вложения

р.

-

10202

9 Срок окупаемости

лет

-

0,43

 

 

 

 

5 Безопасность труда

 

 

5.1 Анализ опасных и вредных факторов процесса утилизации автомобильных шин

 

 

При выполнении работ по термоожижению резинометаллических изделий, исполнитель подвергается воздействию ряда опасных и вредных производственных факторов, которые при неблагоприятном стечении обстоятельств могут вызвать несчастные случаи, отравления и профессиональные заболевания.

Из большого числа факторов, влияющих на рабочего участка разборки и утилизации РМИ, можно выделить наиболее вредные [13]:

- температура воздуха;

- влажность воздуха;

- движение воздуха;

- шум;

- вибрация;

- наличие в воздухе вредных веществ.

Для участка термоожижения наиболее характерна повышенная температура и влажность воздуха. Установка утилизации резинотехнических изделий в течение 1 ч разогревается до температуры 320 оС и выдерживается при этой температуре 1,5 часа. Хотя установка и теплоизолирована, но все-таки она передает тепло окружающему воздуху помещения, и является источником теплового излучения.

Температура воздуха оказывает большое влияние на самочувствие человека и производительность его труда. Она влияет на теплообмен организма человека с окружающей средой и терморегуляцию организма. От температуры зависят глубина и частота дыхания, скорость циркуляции крови, характер кроветворения, интенсивность окислительных и биохимических процессов.

Высокая температура воздуха в производственных помещениях, при сохранении других параметров на оптимальном и допустимом уровнях, оказывает неблагоприятное влияние на сердечнососудистую, центральную нервную систему и пищеварение, вызывая нарушения нормальной их деятельности. Она вызывает быструю утомляемость организма, приводит к расслаблению тела человека, снижению внимания, а в наиболее неблагоприятных условиях – к перегреву организма (тепловой удар).

Влажность воздуха оценивается содержанием в нем водяных паров. Вред наносит как повышенная влажность (от 90% до 95%) так и низкая (до 30%).

Повышенная влажность воздуха приводит к нарушению терморегуляции организма человека (уменьшается отдача тепла за счет испарения пота), к его перегреванию при высокой температуре воздуха, ухудшает состояние и работоспособность.

Низкая относительная влажность воздуха приводит к ускорению отдачи тепла организмом человека за счет испарения пота, что неблагоприятно при низких температурах воздуха. Кроме того, понижение относительной влажности воздуха до 20% вызывает неприятное ощущение сухости слизистых оболочек верхних дыхательных путей.

Движение воздуха внутри производственных помещений вызывается естественной и механической вентиляцией, неравномерным нагревом воздушных масс, возникновением конвекционных воздушных потоков.

Скорость движения воздуха в зависимости от температуры может оказывать различное влияние на организм человека. При высокой температуре воздуха его движение способствует сохранению хорошего самочувствия, улучшается подача тепла организма посредством конвекции. В то же время большая скорость движения воздуха, особенно в холодный и переходный периоды года, приводит к сквознякам и, как следствие, к простудным заболеваниям.

В соответствии с ГОСТ 12.1.005-96, для работ средней тяжести (IIа-IIб) при суточных энергозатратах 175-250 Вт оптимальные нормы в холодный период года: температура воздуха равна 18...20°С, относительная влажность -40...60 %, скорость движения воздуха на рабочем месте - 0,2 м/с; в теплый период года температура воздуха равна 21...22 °С, относительная влажность - 40...60 %, скорость движения воздуха на рабочем месте - 0,3 м/с. Фактически температура воздуха равна 21 - 22 °С, относительная влажность - 60 %, скорость движения воздуха на рабочем месте - 0,15 м/с.

Участок термоожижения находится в производственном корпусе, в котором находятся и другие участки, имеющие различное технологическое оборудование. В находящейся в непосредственной близости зоне ТО, где в течение всего дня передвигаются автомобили, воздух рабочей зоны загрязняется вредными веществами выхлопных газов.

Технологическое оборудование и автомобили являются источниками шума. Шум, воздействуя на центральную нервную систему, органы слуха и другие органы вызывает раздражение, приводит к утомлению, ослаблению внимания, ухудшает память, замедляет психические реакции, мешает восприятию полезных сигналов. По этим причинам в производственных условиях интенсивный шум может способствовать возникновению травматизма, снижению качества и производительности труда. Шум способствует развитию тугоухости и глухоты. Интенсивный шум нередко вызывает у людей головные боли, головокружение и т.д. Под воздействием притупляется острота зрения, изменяются ритмы дыхания и сердечной деятельности, появляется аритмия. Шум приводит к нарушению секретной и моторной деятельности желудка.

Допустимые санитарные нормы уровня звукового давления регламентирует СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Согласно данному ГОСТу, допустимые уровни звукового давления: рабочие комнаты - 60 дБА, рабочие зоны - 80 дБА. На участке утилизации уровень шума составляет порядка 80 дБА.

На участке термоожижения используется силовая электроэнергия напряжением 220 В и силой тока до 13 А. Для освещения используется электроэнергия напряжением 220 В и промышленной частотой 50 Гц. Несоблюдение правил техники безопасности при эксплуатации установки утилизации может явиться причиной поражения электрическим током. Поражение электрическим током является опасным фактором. Воздействие тока на организм человека проявляется в виде электротравм (ожоги, электрические знаки и т.д.), электроударов и профессиональных заболеваний. Это воздействие может быть термическим (ожоги отдельных участков тела, нагрев кровеносных сосудов, нервов), электролитическим (разложением крови и других органических жидкостей) и биологическими (раздражение и возбуждение живых тканей организма).

Согласно ГОСТ12.1.019-79 электробезопасность должна обеспечиваться техническими способами и средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями.

К техническим способам и средствам защиты относятся:

- защитное заземление;

- защитное отключение; изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная);

- компенсация токов замыкания на землю;

- оградительные устройства;

- предупредительная сигнализация;

- блокировки; знаки безопасности;

- средства защиты и предохранительные приспособления.

Технические способы и средства защиты могут применяться отдельно и в сочетании друг с другом. При их выборе следует учитывать:

1) номинальное напряжение;

2) род и частоту тока электроустановки;

3) способ электроснабжения;

4) режим нейтралы источника питания электроэнергией;

5) вид исполнения;

6) условия внешней среды;

7) возможность снятия напряжения с токоведущих частей, на которых или вблизи которых должна производиться работа;

8) характер возможного прикосновения человека к элементам цепи тока; возможность приближения к токоведущим частям, находящимся под напряжением, на расстояние меньше допустимого или попадания в зону растекания тока и вид работ.

Проектом предусмотрены мероприятия, предупреждающие опасность поражения электрическим током или статическим электричеством, заключающиеся в:

- ограждении токоведущих частей;

- использовании изолированных рукояток пусковых устройств;

- периодическом контроле состояния установки, силовых и осветительных сетей и их правильной эксплуатации, как этого требуют «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок».

На участке термоожижения, в ходе технологического процесса, имеют место испарения различных вредных веществ. Например сернистых соединений, которые в большом количестве находятся в материалах (утилизуемой резине), кроме того воздух рабочей зоны загрязняется испарениями веществ, применяемых для термоожижения резинотехнических изделий (уайт-спирит, ацетон, бензин, щелочь и др.). Предельно допустимые концентрации (ПДК) на основные компоненты установлены ГОСТ12.1.005-80.

Применение вентиляции как естественной, так и принудительной  направлено на обеспечение оптимальных или допустимых условий воздушной среды путём удаления или рассеивания вредных веществ в любом агрегатном состоянии и избыточного тепла, выделяющихся от технологического оборудования.

 

Таблица 5.1 – ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны

 

Наименование вещества

ПДК, мг/м3

Класс опасности

1

2

3

Уайт-спирит

300

4

Ацетон

200

4

Бензин-растворитель

300

4

Щелочи едкие

0,5

2

 

Применение вентиляции как естественной, так и принудительной  направлено на обеспечение оптимальных или допустимых условий воздушной среды путём удаления или рассеивания вредных веществ в любом агрегатном состоянии и избыточного тепла, выделяющихся от технологического оборудования.

Общие принципы и конструктивные характеристики вентиляционных систем приведены в СНиП 41-01-2003. На участке применяется система местной вытяжной вентиляции с компенсированным притоком (механическим или естественным).

При проведении работ по термоожижению резинометаллических изделий есть возможность получения механических травм при сборке-разборке установки, при, а также при ее наладке и пуске. Также велика возможность получения ожогов при взаимодействии с нагретыми частями установки. Основными средствами индивидуальной защиты являются перчатки защитные от механических воздействий ГОСТ 5007-87.

Тяжесть и напряженность труда характеризуется степенью функционального напряжения организма. Физическая тяжесть труда – это нагрузка на организм при труде, требующая преимущественно мышечных усилий и соответствующего энергетического обеспечения. Условия труда по тяжести являются оптимальными, так как максимальная масса поднимаемых грузов не превышает 15 кг и перемещения в пространстве не превышают 4 км в течение смены.

Напряженность труда характеризуется эмоциональной нагрузкой на организм при труде, требующем преимущественно интенсивной работы мозга по получению и переработке информации. По напряженности труда работы на участке утилизации автомобильных шин являются оптимальными, так как оператор работает и принимает решения в рамках одной инструкции.

Организация рационального освещения рабочих мест является одним из основных вопросов охраны труда. При неудовлетворительном освещении зрительная способность глаза снижается, и могут возникнуть близорукость, резь в глазах, головные боли. Увеличение освещенности рабочей поверхности улучшает видимость объектов за счет повышения яркости, увеличивает скорость различения деталей, что сказывается на росте производительности труда.

Работы на участке с установкой относятся к зрительным работам средней точности.

Согласно СНиП 23-05-95 освещенность рабочих мест при общей системе освещения составляет 200 лк.

Для обеспечения необходимой искусственной освещенности помещения используются лампы типа ЛДЦ. Для выполнения ремонтных и профилактических работ в шкафу управления содержится дополнительная розетка напряжением 24 В для подключения переносной лампы.

 

 

5.2 Расчет искусственного освещения

 

 

При проведении технологических работ важную роль играет рациональное освещение, позволяющее следить за объектом, за работой приборов. Это может обеспечить применение совмещенного освещения: естественного (бокового) и искусственного (комбинированного). Для общего освещения используют газоразрядные лампы низкого давления, а именно, люминесцентные типа ЛДЦ. При пользовании источниками искусственного освещения, чтобы исключить слепящее действие света, которое способствует быстрому утомлению глаз, необходимо применять светильники. Избегая контрастных и резких раздражительных тонов, необходимо правильно подобрать окраску стен помещения [14 ].

Для того, чтобы рассчитать общее искусственное освещение участка, сначала необходимо выбрать тип ламп.

Выбираем лампы типа ЛДЦ со светильником типа ОД мощностью 40 Вт. Выбор такого типа ламп очевиден, так как эти лампы энергетически более экономичны и обладают большим сроком службы и у таких ламп большая светоотдача по сравнению с другими.

 

 

Количество светильников, необходимых для освещения, рассчитывается по формуле:

 

,                                           (5.1)

 

где  − нормируемое (требуемое) освещение,  лк;

        − площадь помещения, S=50 м2 (рисунок 5.1);

         − коэффициент запаса (при запыленности менее 5 мг/м3 =1,5);

         − коэффициент неравномерности освещения (принимаем =1,1);

        − световой поток ламп равен (при мощности 40 Вт  лм);

        – коэффициент использования светового потока;

n – число ламп в светильнике ( шт.).

 

Для отыскания  нужно найти индекс помещения :

 

,                                       (5.2)

 

где  − расчетная высота подвески светильника ( м);

        и − соответственно длина и ширина помещения, м ( м,  м).

 

Предположительно коэффициенты отражения поверхностей помещения: потолка – , стен – .

 

.

 

Находим значение коэффициента использования светового потока .

Определяем необходимое количество светильников:

 

 шт.

 

Вывод: Чтобы обеспечить достаточное освещение для нормального протекания технологического процесса на данном участке, необходимо установить светильники с лампами типа ЛДЦ в количестве 12 шт., так как свет является естественным условием жизнедеятельности человека и играет большую роль в сохранении здоровья и высокой работоспособности. Недостаточная освещенность требует не только постоянного напряжения глаз, что приводит к переутомлению и снижению работоспособности, но также может привести к тому, что будут незамечены некоторые изменения в технологическом процессе.

На рисунке 5.1 представлена схема размещения светильников. Расстояние между светильниками определяется по формуле:

 

                                       (5.3)

 

Принимаем м. Тогда расстояние от стен до светильников  м. Из учета длины светильников равной 1 м принимаем расстояние между светильниками  м.

 

 

Рисунок 5.1 – Схема размещения светильников

 

 

5.3 Возможные чрезвычайные ситуации

 

 

В народном хозяйстве производятся, хранятся и транспортируются значительные количества химических соединений, многие из которых обладают высокой токсичностью и способны, при определенных условиях, вызывать массовые отравления людей животных, а также заражать окружающую среду. Такие вещества называют аварийно химическими опасными веществами (АХОВ).

Производство, транспортировка и хранение АХОВ регламентируется специальными правилами технологии, техники безопасности и контроля за их применением. Однако, при крупных промышленных авариях, катастрофах, крушениях и на транспорте, при стихийных бедствиях, пожарах и других экстремальных ситуациях могут возникнуть разрушения производственных зданий, складов, емкостей технологических линий и т.п., в результате чего большие количества АХОВ могут попасть в атмосферу или растечься по поверхности земли с последующим распространением их паров на территории населенных пунктов, вследствие чего  среди населения возникают массовые поражения.

Рассмотрим ситуацию разрушения необвалованной емкости содержащей  т жидкого аммиака. Необходимо определить размеры и площадь зоны химического заражения для трех состояний атмосферы при скорости ветра 4 м/с, время от начала аварии –  ч.

 

5.3.1 Определение времени испарения АХОВ

 

По методике РД52-40 время испарения определяется [15]:

 

                                        (5.4)

 

где  – плотность жидкой фазы АОХВ, кг/м3 ( кг/м3);

h – толщина слоя разлившегося жидкого АХОВ, м (h=0,4 м);

 – коэффициент, зависящий от физико-химических свойств АХОВ ();

 – коэффициент, учитывающий скорость ветра ();

 – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (для 20ºС ).

 

 ч.

 

5.3.2 Количественные характеристики выброса АХОВ

 

Количественные характеристики выброса АХОВ для расчетов зоны заражения определяются по его эквивалентному значению . Эквивалентное количество АОХВ по первичному облаку определяется:

 

,                                   (5.5)

 

где  – коэффициент, зависящий от условий хранения ();

 – коэффициент, равный отношению пороговой токсидозы хлора к пороговой токсидозе рассматриваемого АХОВ ();

 – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы (для инверсии , для изотермии , для конвекции );

 – количество выброшенного АХОВ, кг ( кг).

 

При инверсии:

 

 кг;

 

при изотермии:

 

 кг;

 

при конвекции:

 

 кг.

 

Эквивалентное количество АХОВ по вторичному облаку определяется по формуле:

 

,                        (5.6)

 

где  – коэффициент, учитывающий время, прошедшее с начала аварии:

 

                                             (5.7)

;

 

При инверсии:

 

 кг;

 

при изотермии:

 кг;

 

 

при конвекции:

 

 кг;

 

5.3.3 Определение размеров и площади химического поражения

 

Полная глубина зоны поражения определяется:

 

,                           (5.8)

 

где  – глубины заражения первичным и вторичным облаками, км.

 

При инверсии:  км,  км,

 

км;

 

при изотермии:  км,  км,

 

км;

 

при конвекции:  км,  км,

 

км;

 

Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс определяется:

 

, км                                     (5.9)

 

где  – скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха, км/ч (при инверсии  км/ч, при изотермии  км/ч, при конвекции  км/ч).

 

При инверсии:

 

 км;

 

 

при изотермии:

 км;

 

при конвекции:

 

 км.

 

За истинную глубину зоны поражения принимается величина:

 

,                                     (5.10)

 

При инверсии:

 

 км;

 

при изотермии:

 

 км;

 

при конвекции:

 

 км;

 

Площадь зоны заражения АХОВ:

 

,                                       (5.11)

 

где  – коэффициент, учитывающий влияние степени вертикальной устойчивости воздуха на ширину зоны заражения (для инверсии – , изотермии – , конвекции – ).

 

При инверсии:

 

 км2;

при изотермии:

 

 км2;

 

 

 

 

при конвекции:

 

 км2.

 

Вывод: наиболее худшими являются условия инверсии, при которой площадь заражения  км2. Инверсия - это повышение температуры воздуха по мере увеличения высоты. Толщина приземных инверсий составляет десятки - сотни метров. Инверсионный слой является задерживающим слоем в атмосфере. Он препятствует развитию вертикальных движений воздуха, вследствие чего под ним накапливаются водяной пар, пыль. Это благоприятствует образованию слоев дыма, тумана. Инверсия препятствует рассеиванию по высоте и создает наиболее благоприятные условия для сохранения и распространения высоких концентраций АХОВ.

 

5.3.4 Характеристика заражающего вещества

 

Аммиак - бесцветный газ с характерным запахом "нашатырного спирта". Используется при получении азотной кислоты, удобрений. Жидкий аммиак используется как хладагент в холодильных установках. Предельно допустимая концентрация аммиака в воздухе рабочей зоны составляет 20 мг/м3 [16].

При отравлении легкой степени имеет место раздражение верхних дыхательных путей, чихание, сухость, першение и боли в горле, охриплость, кашель, боли в грудной клетке.

При отравлениях средней степени тяжести появляется жгучая боль в горле, сильный кашель, чувство удушья, слюнотечение, тошнота, рвота, головная боль, головокружение, покраснение лица, сонливость, позывы к мочеиспусканию.

В тяжелых случаях имеет место возбуждение, бред, резкое расстройство дыхания и кровообращения, ожог глаз, заканчивающийся нередко повреждением роговицы и гибелью глаза. При очень высоких концентрациях возможна мгновенная смерть вследствие рефлекторной остановки дыхания при спазме голосовой щели.

 

5.3.5 Первая медицинская помощь

 

Первая медицинская помощь заключается в следующем:

  • вывести пострадавшего из загрязненной атмосферы;
  • освободить от одежды, стесняющей дыхание и адсорбировавшей яд,
  • согреть грелкой, напоить крепким кофе, чаем.

Перевозка в больницу осуществляется только лежа. Рекомендуется промывание глаз, полоскание носа, глотки 2%-ым раствором гидрокарбоната натрия, водой.

 

 

6 Охрана окружающей среды

 

 

6.1 Общая экологическая характеристика участка утилизации резинотехнических изделий

 

 

Автомобильный транспорт является, пожалуй, самым распространенным видом транспорта и занимает в перевозках грузов и пассажиров первое место. Но также одно из первых мест принадлежит автомобильному транспорту в загрязнении окружающей среды. Часть вреда преподносят окружающей среде предприятия и участки по ремонту и изготовлению деталей и агрегатов для автомобиля. Они выбрасывают в атмосферу загрязняющие вещества, которые являются побочными отходами при изготовлении и восстановлении деталей автомобиля [17].

После выработки заложенного в транспортное средство ресурса, агрегаты, узлы и детали автомобиля переходят в другую стадию потребления – утилизациию. Большая часть конструкционных материалов подлежит повторному использованию после несложной и недорогостоящей переработки. Так, например, металлические конструкции после переплавки могут быть сырьем для заготовок деталей машин.

Однако на сегодняшний день не существует универсальной технологии разборки изношенных резинометаллических изделий для последующего рационального использования. При разборке резинометаллических изделий методом сжигания резиновой части, выделяются  такие продукты горения, как углекислый газ, оксид серы, сажа, диоксиды азота и пр. Таким образом, сжигание резинометаллических изделий является экологически «грязным» производством. Другие технологии утилизации резинометаллических изделий предполагают извлечение полезных компонентов конструкции резинометаллических изделий и повторное их использование в промышленном производстве. Таким процессом является термоожижение РМИ. Активным действующим началом метода термоожижения является отработанное моторное масло, которое является также предметом утилизации. При термической обработке смеси резины и отработанного масла генерируются такие продукты как органические летучие углеводороды, пары и дымы деструкции синтетических каучуков, растворителей, стабилизаторов, противостарителей, пластификаторов и др.

Одним из таких источников загрязнения являются участки по разборке и утилизации резинометаллических изделий. При эксплуатации этих изделий, как и при их механической обработке на участках в воздух выбрасывается большое количество резиновой пыли, а также выделяется в атмосферу различного состава газы. Поэтому в виду ухудшающейся экологической обстановки при проектировании участков утилизации резинотехнических изделий необходимо рассчитывать выбросы загрязняющих веществ и предусматривать меры по их снижению.

Для успешного решения проблемы защиты окружающей среды от шума необходимо знать допустимые уровни шума. В соответствии с Санитарными нормами №3077-84 допустимого шума в жилых помещениях, общественных зданиях и на территории жилой застройки, шум промышленных предприятий, технологических установок, транспортных средств и т.п. не должен превышать определенных уровней.

При разработке средств защиты от шума прежде всего следует выяснить его вид, поскольку необходимое снижение шума можно достигнуть только при правильном выборе этих средств. Различают 2 вида шумов – воздушный и структурный. Воздушный шум распространяется в воздухе от источника возникновения до места наблюдения, структурный шум излучается поверхностями колеблющихся конструкций стен, перекрытий, перегородок зданий в звуковом диапазоне частот 20-20000 Гц.

В зависимости от физической природы шумы могут быть:

  • механического происхождения, возникающие при вибрации поверхностей машин и оборудования, а также при одиночных или периодических ударах в сочленениях деталей или конструкции в целом;
  • аэродинамического происхождения, возникающие вследствие происходящих в газах процессов (вихревые процессы, колебание рабочей среды, вызываемые вращением лопаточных колес, истечение сжатого воздуха и др.);
  • электромагнитного происхождения, возникающие вследствие колебания элементов (ротора, статора, сердечника, трансформатора и др.) электромеханических устройств под действием переменных магнитных полей.

Мероприятия по снижению шума:

  • замена шумного, устаревшего оборудования и приобретение нового с лучшими шумовыми характеристиками.
  • размещение источника шума на возможно удаленном от жилой застройки расстоянии.
  • использование средств звукопоглощения при выполнении акустической обработки шумных помещений.
  • проведение организационно-технических мероприятий, связанных с проведением своевременного ремонта, смазки машин и оборудования.

Размеры санитарно-защитной зоны и густота озеленения должны быть уточнены расчётами. За исходную величину для расчётов принимается  предельно допустимый уровень шума на территории  и в производственных помещениях, который равен 80 дБ. Если размер санитарно защитной зоны равен 100 метров, то  уровень шума на этом расстоянии можно рассчитать по формуле:

 

,                                     (6.1)

 

где:  − уровень шума на расстоянии 100 м от участка, дБ;

         − уровень шума на расстоянии 1 м от источника шума, дБ;

        − коэффициент звукопоглощения, () .

 

 дБ.

Так как участок работает в дневное время значение А100=32 удовлетворяет ПДУ шума в жилых домах для дневного времени равному 40дБ.

Важнейшим мероприятием по защите окружающей среды при разборке и    утилизации отработанных РМИ является очистка сточных вод от химически вредных растворимых и взвешенных веществ. Очистка стоков обязательна и производится в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами».

В связи с изложенным выше, участок разборки и утилизации РМИ должен быть оборудован промышленными канализационными системами для стока вредных веществ и отработанных растворов. Сточные воды производства можно очищать различными методами в зависимости от количества и качественного состава сточных вод и концентрации примесей. Основными способами очистки являются:

- реагентный;

- ионообменный;

- озонирование,

- гиперфильтрация;

- электрохимический.

Выбор способа очистки промышленных стоков зависит от объема и характера стоков, технике-экономических показателей, от возможности создания оборотного цикла и утилизации химических веществ. Основными критериями должны быть полная безопасность для персонала очистных сооружений, удаление из стоков токсичных веществ для предотвращения загрязнений природной среды.

Воздух, удаляемый местными отсосами от технологического оборудования участка разборки и утилизации РМИ, содержит большое количество вредных веществ в различных агрегатных состояниях: в капельножидком (брызги), в виде тонкодисперсного аэрозоля, в паро- и газообразном виде. Защита атмосферы от вредных выделений участка осуществляется очисткой вентиляционных выбросов и рассеиванием остаточных загрязнений. Ожидаемые концентрации вредных веществ в приземном слое и величина предельно допустимых выбросов (ПДВ) в атмосферу рассчитываются в соответствии с ГОСТ 17.2.3.02-78 и требованиями, изложенными в «Указаниях по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ в выбросах предприятий» СН 369–74. Если количество вентиляционных выбросов превышает предельно допустимый выброс, обеспечивающий ПДК вредных веществ в приземном слое, то перед выбросом в атмосферу воздух должен подвергаться очистке. Воздух, отсасываемый от пылесоздаваемого оборудования, очищают с помощью циклонов, отстойников, промывных камер, а также мокрыми фильтрами с песком или гравием.

При толщине слоя гравия (200…300 мм) минимально необходимая площадь фильтрующей поверхности определяется из расчета (1500 … 2000 м3) воздуха в час на 1 м2 фильтра. Расход воды на орошение фильтра составляет (0,2…0,6 л) на 1 кг воздуха. Иногда вместо орошаемых гравийных фильтров устанавливают барьеры или встряхивающиеся матерчатые зигзагообразные или рукавные фильтры. Допустимая нагрузка на зигзагообразные фильтры (40…50 м3 / ч) на 1 м2 поверхности ткани, а для рукавных фильтров – (120…150 м3 / ч) на 1 м2 ткани.

При выборе очистного оборудования учитывают:

- агрегатное состояние;

- физико-химические свойства улавливаемых веществ;

- эффективность очистки;

- капитальные затраты и эксплуатационные расходы;

- надежность работы;

- простоту обслуживания;

- занимаемую площадь;

- расход электроэнергии и воды. В таблице 6.1 приведен перечень и эффективность наиболее распространенных устройств для очистки вентиляционного воздуха. Бесперебойность очистки выбросов достигают установкой в вытяжной системе не менее двух очистных аппаратов, причем при регенерации одного из них остальные обеспечивают необходимые пропускную способность и эффективность.

 

Таблица 6.1 - Эффективность работы устройств для очистки вентиляционного воздуха

 

При механической обработке изделий

При химической и электрохимической обработке изделий в растворах

1

2

3

4

Циклон ЦН-15

0,80-0,85

Каскадные гидрофильтры

0,30-0,40

Циклон СДК-ЦН-33

0,85-0,90

Барботажные гидрофильтры

0,40-0,50

Циклон СК-ЦН-34

0,87-0,91

Волокнистые фильтры ФВТ-Т

0,92-0,99

Циклон СИОТ

0,60-0,70

Пенные аппараты ПГИ-И

0,80-0,90

Циклон ЛИОТ

0,70-0,80

Форсуночно-насадочные скрубберы

0,80-0,95

Инерционный пылеуловитель

0,65-0,85

Абсорбционные аппараты

0,90-0,95

Рукавный фильтр

0,95-0,98

Гидропромыватели Вентури

0,90-0.94

Мокрые аппараты ударно-инерционного действия

0,90-0,95

Абсорбционно-фильтрую-щие аппараты

0,95-0,98

Циклон с водяной пленкой

0,80-0,90

Углеадсорбционные аппа-раты

0,92-0,95

Пенные аппараты

0,75-0,95

Термокаталитические реакторы

0,98-0,99

Индивидуальные агрегаты типа ЗИЛ-900, АЭ212, ПА212 и др.

0,94-0,98

Установка термического сжигания

0,97-0,99

6.2 Расчет выбросов загрязняющих веществ

 

 

Валовые выбросы оксида углерода , т / год, и сернистого ангидрида , т / год, определим по формуле [18]:

 

                                          ,                                            (6.2)

 

где  – удельное выделение загрязняющего вещества, г / кг;

       – количество израсходованного материала в год, кг.

 

 т / год;

 т / год.

 

Максимально разовый выброс оксида углерода , г/с, и сернистого ангидрида  , г/с,  рассчитаем по формуле:

 

,                                        (6.3)

 

где  – время обработки на одном станке, час;

       – количество дней работы установки в год;

       − количество утилизационных установок на участке, шт.

 

 г / с,

 г / с.

 

Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу участком по утилизации РТИ проводился расчетно-аналитическим методом.

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

В данном дипломном проекте разработаны конструкторско-технологические решения по установке утилизации автомобильных шин. На основании проведенного литературно-патентного обзора существующих способов утилизации автомобильных шин предложен принцип термического растворения резины в среде жидких углеводородов. На основании литературного анализа была предложена конструкция ректификационной колонны тарельчатого типа. Проведены тепловые расчеты проектируемой колонны, прочностные расчеты соединений конструкции.

Выполнена оценка экономической эффективности предлагаемой разработки. В результате проведенных расчетов затраты на изготовление установки составят 10202 рубля. Прирост расчетной прибыли составит 23669 рублей, срок окупаемости проекта 0,43 года.

В проекте так же разработаны мероприятия по обеспечению безопасности труда при эксплуатации установки. Рассмотрены вопросы снижения негативного влияния проектных решений на окружающую среду.

 

 

 

Список использованных источников

 

 

1 Техническая эксплуатация автомобилей: учеб. для вузов / под ред. Е.С. Кузнецова.- 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Наука, 2004. - 535 с.

2 Трофименко Ю.В., Утилизация автомобилей: Научная монография / Ю.В. Трофименко, Ю.М. Воронцов, К.Ю. Трофименко. – М.: АКПРЕСС, 2011. – 336 с.

3 Основные положения стратегии развития автомобильной промышленности Российской Федерации на период до 2020 года. – М.: Минпромторг, 2010 – 76 с.

4 Временные нормы эксплуатационного пробега шин автотранспортных средств РД 3112199-1085-02. – М.: Москва 2003. – 58 с.

5 Патент 2309961 Российская Федерация, С08 J11/20, Способ переработки резинометаллических изделий и установка для его осуществления / Пославский А.П., Бондаренко Е.В., Апсин В.П., Сорокин В.В., Летечин В.М., Трошина Т.М. - опубл. БИ № 31 от 10.11.2007 г.

6 Патент 2167168 Российская Федерация, МПК С 08 J 11/04. Устройство для утилизации отходов резинотехнических изделий / Денисов М.В., Денисов А.М., Литвин Н.К. - № 2002110990/12; заявл. 25.04.2002; опубл. 10.02.2004, Бюл. №4. – С. 493.

7 Патент 2223172 Российская Федерация, МПК7 С 08 J 11/04. Способ переработки органических полимерных отходов / Летечин В.М.; патентообладатели: Летечин В.М., Летечина Т.В., Старков С.В. - № 2000121587/04; заявл. 17.08.2000; опубл. 20.05.2001, Бюл. №14. – 7с.

8 Александров И.А., Ректификационные и адсорбционные аппараты / И.А. Алексендров. – М.: Химия, 1981. – 280 с.

9 Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.: Под общей ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.

10 Анурьев, В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: справочник в 3-х т. – М.: Машиностроение, 1980.

11 Стрельникова Л.М., Технико-экономическое обоснование в дипломном проектировании: методические указания к экономической части дипломных проектов / Л.М. Стрельникова, Т.М. Шпильман. 

12 Улицкая И.М. Организация, нормирование и оплата труда на предприятиях транспорта: Учебник для вузов / И.М. Улицкая. – М: Горячая линия – Телеком, 2005. – 385 с.

13 Салов А.И. Охрана труда на предприятиях автомобильного транспорта: Учебник для студентов автомоб.-дор. вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. / А.И.Салов. – М.: Транспорт, 1985. – 351 с.

14 Ефремов, И.В.  Расчет естественного и искусственного освещения: методические указания / И.В. Ефремов,  Е.Л. Янчук, Л.А. Быкова. 2000.- 27 с.

15 Мастрюков Б.С. Безопасность в чрезвычайных ситуациях: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / Б. С. Мастрюков. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 336 с.

16 Безопасность жизнедеятельности: учеб. для вузов / С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А. Ф. Козьяков  [и др]; под общ. ред. С. В. Белова. - 4 –е изд., испр. и доп.- М.: Высшая школа, 2004. - 606 с.

17 Луканин, В.Н. Промышленно-транспортная экология: учебник для вузов / под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высшая школа, 2001. - 273 с.

18 Носкова, Л.В. Методические указания к дипломному проекту по разделу “Охрана окружающей среды” / Л.В. Носкова. 

 

ЧЕРТЕЖИ

 

 

 

 

 

 

 

Скачать:  1447271883_poyasnitelnaya-zapiska.rar  

Категория: Дипломные работы / Дипломные работы по машиностроению

А также:
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
 

Привет студент

Copyright © 2012-2023 PRIVETSTUDENT.COM
Образовательный сайт
Правообладателям
Наверх