Например, разберем проектирование стадии подготовки сырья.

Прежде чем при­ступить к определению состава операций стадии подготовки сырья необходимо уточнить, какие формы состояния сырья (агрегатного состояния) наиболее рацио­нальны для проведения в дальнейшем химических превращений в оп­тимальных условиях.

Изучив стандарты и технические условия (ТУ) на сырьевые про­дукты, выбирают процессы и операции перевода их в рациональную форму. Чаще всего встречаются операции приема жидких, твердых и газообразных продуктов, операции дозирования, взвешивания, рас­творения, перемешивания, измельчения и пр. В некоторых случаях на стадии подготовки сырья приходится осу­ществлять процессы и операции по повышению качества сырья в свя­зи с тем, что требования технологического процесса превышают пока­затели стандартов или ТУ. Обычно применяются процессы перегонки, сорбции, сушки, фильтрования, например его измельчения, или сушки или удаления примесей, и т. п.

Разберем в технологии подготовки сырья составление схемы стадий измельчения, так как чаще всего в ТНВ перерабатываю твердое минеральное сырье и его подготовка будет во многом предопределяет экономическую эффективность всего про­изводства в целом.

Исходными данными для составления операционной схемы в этом случае являются данные о начальном размере частиц, фазовом состоянии реагентов, плотности, твердости, прочности. На осно­вании этих данных необходимо задаться определенным типом аппара­та и последовательностью стадий. На основе проведенного анализа можно составить набор операций, обеспечивающих стадию измельчения и определить их локализацию. Результаты анализа можно представить в текстовом виде и дополнить текст графической иллюстрацией (см. пример на рис.3).

Рисунок 3 – Блок – схема стадии помола до наноразмерного уровня.

При составлении операционной схемы, например, стадии наномодифицирования целевого продукта решаются задачи:

— выпуск готовой продукции с новыми улучшенными свойствами в соответствии с требованием стан­дартов и технических условий;

— максимально возможная утилизация побочных продуктов с целью соблюдения экологических норм;

Критерием выбора процесса или комби­нации процессов является соответствие требованиям стандартов и экономическая эффективность.

Операционная схема должна решать и вопросы удаления отходов производства. Под отходами производства понимают удаляющиеся в технологическом процессе продукты, которые не могут быть исполь­зованы ни на данном, ни на другом предприятии, и поэтому подлежат уничтожению или обезвреживанию. Отходами технологии керамических материалов могут быть, отходящие газы печей, химически загрязненные вод­ные стоки, твердые высокодисперсные отходы, отработанная охлаждающая вода, газопылевые выбросы, и т.д. Газовые отходы печей (дымовые газы) могут повторно использоваться в сушилках, перед выбросом в атмосферу могут очищаться в скрубберах, циклонах, электрофильтрах или подаваться на факел к печам сжи­гания. В зависимости от конкретных условий предусматриваются как общезаводские установки по переработке и обезвреживанию отходов, так и прицеховые. Согласно данному определению наночастиц не должны быть отходами, т.к. их влияние на здоровье людей и экологию очень мало изучено, и, как правило, представляет опасность.

После разработки операционной схемы приступают к составлению принципиальной технологической схемы, которая, по сути, является аппаратурным оформлением операционной. Ее можно рассматривать как состоящую из ряда технологических узлов. Технологическим узлом называют аппарат (машину) или группу аппаратов с обвязочными тру­бопроводами и арматурой, в которых начинается и полностью закан­чивается один из физико-химических или химических процессов.

В технологические узлы входят наряду с основным оборудованием и вспомогательные аппараты, например такие, как сборники, мер­ники, насосы, компрессоры, газодувки, сепараторы, теплообменники, котлы-утилизаторы, фильт­ры, центрифуги, отстойники, дробилки, дозаторы, классификаторы, сушилки, трубопроводы, арматура трубопроводов, предо­хранительные устройства, датчики и приборы контроля и автоматиза­ции, исполнительные и регулирующие механизмы и устройства.

Абсолютное большинство указанных аппаратов и машин выпуска­ется промышленностью и стандартизовано. Сведения о типах выпус­каемых машин и аппаратов, их конструкциях и характеристиках мож­но получить из различных справочников, каталогов изделий заводов, изданий отраслевых и информационных институтов, из рекламных материалов и отраслевых научно- технических журналов. Печи могут специализированным или специальным.

Но, прежде чем составить технологическую схему, необходимо уточнить ряд задач, которые решаются на данном этапе работы. Это, прежде всего обеспечение охраны труда и техники безопасности. По­этому в технологической схеме должны предусматриваться средства предотвращения превышения давления (предохранительные клапаны, взрывные мембраны, гидрозатворы, аварийные емкости), системы создания защитной атмосферы, системы аварийного охлаждения и т.д.

На этапе разработки технологической схемы решается вопрос об уменьшении затрат на перекачку продуктов. Необходимо максималь­но использовать самотек для транспортировки жидкостей из аппарата в аппарат. Поэтому уже здесь предусматривается последовательное ступенчатое расположение аппаратов.

На данном этапе определяется набор тепло- и хладоносителей, ко­торые будут использованы при осуществлении процесса. Стоимость единицы тепла или холода зависит от наличия на предприятии энерго­носителя и его параметров. Самыми дешевыми хладоагентами являют­ся воздух и оборотная промышленная вода. Экономически выгодно основное количество тепла передать этим дешевым хладоносителям и только остаточное тепло снимать дорогими хладоагентами (захоложенная вода, рассол, жидкий аммиак и т.п.). Самыми дешевыми теплоно­сителями являются топочные газы, но они не транспортабельны.

Для составления принципиальной технологической схемы на лис­те чертежа сначала проводят линии коллекторов подачи и вы­вода материальных потоков, теплоносителей и хладоагентов. оставив в нижней части листа свободной полосу высотой 150 мм, где позднее будут размещены средства КИПиА. Рекомендуется линии газовых кол­лекторов проводить в верхней части листа, а жидкостных — в нижней его части. После этого на плоскости листа между коллекторами распо­лагают условные изображения аппаратов и машин, необходимых для выполнения операций, в соответствии с разработанной операционной схемой. Условные изображения машин и аппаратов не имеют масшта­ба. Расстояние между ними по горизонтали не регламентируется, оно должно быть достаточным для размещения линий материальных пото­ков, средств контроля и автоматизации. Расположение условных изоб­ражений по вертикали должно отражать реальное превышение аппарата над другим без соблюдения масштаба. Размещенные на плоскости листа условные изображения машин и аппаратов соединяют линиями материальных потоков, подводят линии хладоагентов и теплоноси­телей. Производится нумерация позиций аппаратов и машин слева направо.

Например рассмотри заключительную стадию производства карбамида – стадию грануляции ( получения гранул из плава карбамида).

Рисунок 4 – Схема гранулирования карбамида по технологии Stamicarbon

Описание процесса:

На грануляцию подают раствор карбамида с концентрацией 98,5 масс. % Его подают при помощи насосов (п1) в форсунки гранулятора. Для уменьшения слеживания карбамида в плав добавляют карбамидоформальдегидную смолу или карбамидоформальдегидный концентрат.

Состав карбамидоформальдегидной смолы или карбамидоформальдегидного концентрата (далее — КФС/КФК) до добавления в поток плава карбамида:

карбамид 20,0 % общ. веса;

H₂O 26,0 % общ. веса;

формальдегид 54,0 % общ. веса.

Антислеживатель подается в трубопровод всаса насосов плава карбамида Линия подачи плава от насосов до гранулятора оборудована паровой рубашкой для предотвращения кристаллизации карбамида и с целью уменьшения образования биурета.

Для предотвращения забивки формунок гранулятора, на линии подачи плава установлены фильтры плава карбамида (п2) подключенные параллельно. Плав карбамида после фильтров, подается в гранулятор.

Вместе с плавом к форсункам подается воздух от нагнетателя воздуха распыления (п.4.3) подогретый в нагревателе воздуха распыления (п.6) до температуры (135°C). Воздух необходим для распыления плава через форсунки в псевдоожиженном слое гранулятора. Высокая температура воздуха требуется для предотвращения кристаллизации карбамида в распылительных форсунках и нагнетательных головках.

Для работы в зимних условиях предусмотрено дополнительное нагревание воздуха распыления для чего установлен дополнительный подогреватель воздуха (п.3) который предназначен для поддержания температуры подаваемого воздуха не менее минус 10 °C.

Воздух, выходящий из верхней части гранулятора с температурой (90–110) °C, попадает в скруббер гранулятора (п9)для очистки от пыли карбамида. Для этого через форсунку периодически подается очищенная сточная вода для его промывки. Очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.

Полученный продукт грануляции с температурой (80–105) °C, проходит через решетку, где происходит удаление крупных частиц размером более 10 мм. Крупные частицы и комки подаются по течкам в емкость для растворения карбамида. Продукт после решетки спекшихся гранул, поступает в холодильник гранулята для охлаждения и далее при помощи элеватора направляется на классификацию в ситовой грохот п.14. Товарная фракция направляется на склад готовой продукции, а крупные частицы повторно поступают на дробление в дробилку (п.13) и повторно на ситовой грохот (п.14).

Вычерченная схема является предварительной. После проведения предварительных материальных и тепловых расчетов в разработанной технологической схеме должны быть проанализированы возможности рекуперации тепла и холода технологических материальных потоков.

Технологическая схема не может являться окончательной, пока не проведена компоновка оборудования. Например, по первоначаль­ному варианту предполагалась передача жидкости из аппарата в ап­парат самотеком, который не удалось осуществить при разработке проекта размещения оборудования. В этом случае необходимо преду­смотреть установку дополнительной передаточной емкости и насоса, которые следует нанести на технологическую схему.

В процессе проектирования в технологическую схему могут вно­ситься и другие изменения и добавления. Окончательное оформление технологической схемы производится после принятия основных про­ектных решений по расчету и подбору реакторов и аппаратов, по выяс­нении всех вопросов, связанных с размещением и расположением аппаратов проектируемого производства.

Так, иногда при подборе оборудования приходится сталкиваться с тем, что некоторые его виды либо не выпускаются в России, либо находятся на стадии освоения. Отсутствие какой-либо машины или ап­паратов нужной характеристики, изготовленных из конструкционного материала устойчивого в данной среде, зачастую вызывает необходи­мость в изменении отдельных узлов технологической схемы и может послужить причиной перехода на другой, экономически менее выгод­ный метод получения целевого продукта.

Окончательная технологическая схема составляется после разра­ботки всех разделов проекта и вычерчивается на стандартных листах бумаги в соответствии с требованием ЕСКД.

После этого составляется полное описание технологической схемы, кото­рая снабжается спецификацией, где указывается количество всех ап­паратов и машин. Описание сопровождает практически все стадии проектирования ТС, затем составляют окончательный вариант.

Резерв оборудования выбирается с учетом графика проведения планово-предупредительного ремонта и свойств технологического про­цесса.

Описание технологической схемы является частью расчетно-пояс­нительной записки. Целесообразно описывать схему по отдельным стадиям технологического процесса. В начале следует указать, какое сырье подается в цех, как оно поступает, где и как хранится в цехе, какой первичной обработке подвергается, как дозируется и загружает­ся в аппараты.

При описании собственно технологических операций кратко сообщается о конструкции аппарата, способе его загрузки и выгрузки, указываются характеристики протекающего процесса и способ прове­дения (периодический, непрерывный), перечисляются основные пара­метры процесса (температура, давление и др.), методы его контроля и регулирования, отходы и побочные продукты.

Описываются принятые способы внутрицеховой и межцеховой транспортировки продуктов. В описании должны быть перечислены все изображенные на чертеже схемы, аппараты и машины с указанием присвоенных им по схеме номеров.

Анализируется надежность разработанной технологической схемы и указываются способы, применяемые для повышения ее устойчивости.