При выщелачивании боксита кремнезем переходит в раствор в виде силиката натрия, а затем осаждается в форме гидроалюмосиликата натрия.

Минералогический состав боксита:

гиббсит 55 % (Al2O3 x 3H2O)

каолит 22,1 % (Al4 [Si4O10] (OH)2)

гематит 8,2 % (Fe2O3)

гетит 3,1 % (FeO(OH)

кварц 3,1 % (SiO2)

сидерит 3,0 % (Fe[CO3])

прочие 5,5 %

2) Химический состав сухого боксита, %: Al2O3 44,7; Fe2O3 14,0; SiO2 12,1; СаО 1; СО2 1,72; SO3 0,9; прочие 2,58; П.П.П. 23. Влажность боксита 20,6. Кремневый модуль 3,69.

3) Состав алюминатного раствора г/л: Al2O3 110; Na2Oк 103,65; СО2 10,54; Н2O 1041. Плотность 1280 кг/м3, а = 1,55.

4) Состав оборотного раствора, г/л: Al2O3 113,7; Na2Oобщ 223,5; N2Оок 202; СО2 15,26; Н2O 1048 кг/м3. Плотность 1440 кг/м3, ак = 2,92.

5) Разбавление пульпы при выщелачивании 4 %.

6) Ж:Т

в нижнем продукте сгустителя 3,0

в нижнем продукте последнего промывателя 2,5

7) Товарный выход Al2O3 в ветви Байера 65,4 %

8) Потери, % от содержания в исходном боксите (см. из расчетов).

3.7.2 Расчет материального баланса

Общий товарный выход Al2O3 составляет 88,81 %. Тогда для получения 1 т глинозема необходимо подать в процесс

985: 0,88: 0,447 = 2495,06

В нем Al2O3 - 1115,29 кг.

Так как потери Al2O3 при дроблении составляют 0,3 %, тогда на размол поступает:

1115,29 - (1115,29. 0,003) = 1111,94 кг

Количество необходимого оборотного раствора (V, м3) рассчитывается по формуле:

где аа и ао - каустическое отношение алюминатного

и оборотного растворов соответственно;

а и s - содержание Al2O3 и SiO2 в боксите, поступающем

на мокрый размол, кг;

n - содержание Na2Ok в оборотном растворе, кг/м3.

В этом количестве оборотного раствора содержится, кг:

Al2O3 = 113,7. 10,15 = 1154,06 кг

Na2Ok = 202. 10,15 = 2050,3 кг

Na2Oу = 21,5. 10,15 = 218,23 кг

СО2 = 15,26. 10,15 = 154,89 кг

Н2О = 1048. 10,15 = 10637,2 кг

Итого: 14214,68 кг

Полученные данные сводим в таблицу 4.

Таблица 4 - Баланс размола

После выщелачивания боксита весь глинозем боксита за вычетом связанного с SiO2 в виде гидроалюмосиликата натрия и частично недовыщелоченного переходит в раствор, а все примеси остаются в шламе.

В красном шламе содержится:

Al2O3 = 348 кг

Na2O = 211,5 кг

Fe2O3 = 346,16 кг

SiO2 = 299,18 кг

CaO = 24,73 кг

прочие - 63,79 кг

П.п.п. - 101,43 кг

Итого: 1394,79 кг

П.п.п. рассчитываем так: общее количество п.п.п. складывается в основном из двух статей: образования гидроалюмосиликата натрия (ГАСН)

Na2O. Al2O3. 2 SiO2. 2H2O

и частично за счет нахождения Fe2O3 в составе Fe(OH)3. Принимаем, что весь кремнезем находится в составе ГАСН, тогда п.п.п. в нем составит:

Принимаем, что 10 % от всей окиси железа в шламе находится в форме Fe(OH)3. Тогда количество п.п.п. за счет этой статьи составит:

346,16. 0,1. 54: 160 = 11,68 кг

Общее количество п.п.п. составит:

89,75 + 11,68 = 101,43 кг

При ж:т в сгустителе 3,5 с 1394,7 кг красного шлама будет увлекаться 4881,76 кг алюминатного раствора или V = 3,81 м3, в котором содержится:

Al2O3 = 3,81. 110 = 419,1

Na2Oк = 3,81. 103,65 = 394,9

Na2Oу = 3,81. 14,85 = 56,58

CO2 = 3,81. 10,54 = 40,16

H2O = 3,81. 10,41 = 39,66,21

Итого: 48,76,95

Это количество Al2O3 и Na2O за вычетом потерь вследствие разложения и недоотмывки шлама будет возвращено на разбавление пульпы с 1й промводой от противоточной промывки красного шлама.

В 1й промводе содержится, кг:

Al2O3 = 419,1 - 4,46 = 414,64 кг

Na2Oк = 394,9 - 4,8 = 390,1 кг

Na2Oу = 56,58 кг

CO2 = 40,16 кг

Количество Н2О в 1й промводе рассчитывается так. В алюминатном растворе содержится 1906,84 кг Al2O3.

На это количество Al2O3 приходится Н2О, кг:

1906,84. 1041: 110 = 18045,64 кг

Тогда с 1й промводой вносится воды, кг:

18045,64 - 11833,24 + 3966,21 = 10178,61 кг

Определяется как разность между содержанием воды в алюминатном растворе и содержанием воды в алюминатном растворе, увлеченном красным шламом, и в жидкой фазе пульпы.

Таблица 5 - Баланс выщелачивания

Таблица 6 - Баланс сгущения

Таблица 7 - Баланс промывки красного шлама

3.8 Выбор и технологический расчет основного оборудования

Масса пульпы, выходящей из мешалок, суммируется из массы пульпы и массы конденсата водяного пара. Пар вводится из расчета нагревания пульпы от 95 до 110о С и возмещения тепловых потерь в окружающую среду.

Общий часовой расход пара Рап, кг/ч:

где Qa1 - количество тепла для нагревания пульпы

от 95 до 110о С, кДж/ч;

Qa2 - количество тепла для возмещения потерь, кДж/ч

i - удельная этальная пара, кДж/кг

i - средняя этальная конденсата.

Qa1 = (m1 c1 + m2 c2 + m3 c3) (tk - tн)

m - массы оборотного раствора, боксита

с - удельная теплоемкость

В - производительность установки.

Qa1 = (14214,68. 3,35 + 2977,62. 0,96) (11095). 125 =

= 94,65. 106 кДж/ч

Для определения теплопотерь в окружающую среду необходимо знать число мешалок. Примем потери 3 % от общего количества тепла, вносимого паром.

Qa3 = (2,93. 106) кДж/ч

1' = 794,21 кДж/кг

Расход пара для нагревания пульпы, кг/ч:

Расход пульпы G, кг/ч:

G = Gn + Gк

Gn - расход пара, кг/ч

Gк - расход конденсата, кг/ч

G = 17192. 125 + 48564,9 = 2197564,9

Плотность пульпы 1,37 г/м3.

Секундный объем разбавленной пульпы

Vсек = 0,61 м3/с

Vчас = 2200 м3/ч

Для обеспечения необходимого времени выщелачивания 7 ч общая емкость должна быть: 2200. 7 = 15400 м3

Учтем, что заполнение мешалок на 75 %, равно 20533 м3.

Принимаем мешалку O 8 м и высотой 12 м. Рабочий объем V=602,9 м3

n = 20533: 602,9 = 34 мешалки

Чтобы обеспечить заданную производительность, линейная скорость пульпы W должна составлять, м/с:

При общей продолжительности пребывания пульпы, равной 7 ч, суммарная высота всех мешалок составит:

Н = 0,012. 25200 = 302,4 м

3.8.1 Расчет теплоизоляции

К теплоизоляционным относятся материалы, коэффициент теплопроводности которых не превышает 0,23 вТ/м.о С в пределах температур 50100о С. Известно много природных материалов, отвечающих этому требованию, например, асбест, слюда, торф, земля, пробка, дерево, опилки, каменный уголь. Иногда материалы применяют в качестве тепловой изоляции в естественном виде, но чаще материалы готовят искусственно - либо смешивают в определенных пропорциях. В качестве теплоизоляционных материалов используют отходы производства. Так, шлаковая вата является продуктом грануляции шлаков металлургических печей и широко применяется в качестве теплоизоляционного материала. Широко применяется также асбослюда (смесь асбеста и слюдяной щелочи), зополит - продукт прокалки слюды при 700800о С, совелит, асбозурит и др.

Исходные данные: температура теплоносителя tт = 100о С, температура окружающей среды to = 30о С, характер изоляции - двухслойная.

где 34 - число мешалок

502,4 - поверхность одной мешалки, м2

2,93 - коэффициент изоляции

ан = 9,42 + 0,045 (tн - tо)

ан = 9,42 + 0,045 (45 -30) = 10,095

Отсюда

Обычно после нанесения изоляционного слоя по нему проводится штукатурка из асбозуритовой мастики а затем обклейка изоляции тканью. Толщину покровного слоя принимаем 10 мм.

3.8.2 Расчет теплового баланса

Приход тепла

Qприход = Qпара + Qсырой пульпы

Q = m. c. t

где m - масса вводимой пульпы, кг

с - удельная теплоемкость, кДж/мо. оС

t - температура.

Qпульпы = 0,85. 95. 17192,3 = 1388278 кВт

Qпара = 7575200 кДж

Qприход = 2145478 кДж

Расход тепла

В результате выщелачивания получатся красный шлам и жидкая фаза пульпы, алюминатный раствор.

m - красного шлама

m - жидкая фаза

Температура красного шлама

t = 80о С, с = 0,79

Температура жидкой фазы

t = 90о С, с = 0,79

Qкр.ш. = 0,79. 80. 1394,79 = 88150 кДж

Qж.ф. = 90. 0,79. 16449,79 = 1169580 кДж

Qкр.ш. + Qж.ф. = 1257730 кДж

Определяем потери в окружающую среду. Принимаем из двух слагаемых потери в окружающую среду и через неизолированную часть и трубопроводы и равна

Qокр.ср. = 887748 кДж

Сводим все данные в таблицу 8.

Таблица 8 - Тепловой баланс

3.9 Автоматизация технологического процесса

Краткая характеристика технологического процесса как объекта регулирования

В данном проекте разработана функциональная схема автоматизации процесса выщелачивания высококремнистого боксита.

Основной техникоэкономический эффект от автоматизации производственных процессов глиноземного производства заключается в повышении качества продукции, увеличении производительности труда и оборудования, уменьшении удельного расхода сырья, щелочи, топлива, электроэнергии на тонну глинозема и улучшении условий труда.

Наряду с общепромышленными типовыми системами автоматического регулирования в глиноземном производстве применяется ряд специализированных систем управления, разработанных с учетом специфических особенностей процессов и аппаратов пиро и гидрометаллургических процессов.

К таким особенностям следует в первую очередь отнести малые скорости протекания большинства процессов, большие емкости аппаратов, зависимость динамических параметров объектов управления от изменений потоков и технических режимов, сложность автоматического контроля многих важных параметров, характеризующих ход технологических процессов.

В тех случаях, когда контроль основного выходного параметра затруднен или невозможен, в системах автоматического управления потоков и качества всех основных видов сырья и энергии с ручной или полуавтоматической коррекцией. Иногда в качестве корректирующего импульса в таких системах используются результаты автоматического контроля некоторых косвенных показателей, характеризующих качество выходного показателей, характеризующих качество выходного продукта.

Примером системы управления с коррекцией по косвенному показателю может служить система автоматизации мокрого размола в шаровых мельницах.

В целях достижения высокой точности и устойчивости систем автоматизации автоматического управления процессов в некоторых случаях ведется с помощью комбинированных и двухкаскадных систем автоматизации регулирования. В этих системах первых каскадов стабилизирует основные возмущающиеся факторы на входе объекта регулирования или поддерживает определенное соотношение этих величин

Второй каскад, получающий импульсы непосредственно от регулируемой величины на выходе объекта, измеряет задание первому каскаду регулирования, если работа первого каскада не обеспечивает стабилизации регулируемой величины.

Описание функциональной схемы

Для автоматизации процесса выщелачивания боксита выбран программируемый микропроцессорный контролер Simamik S 7300 фирмы Simens. Контролер позволяет измерить и преобразовать поступающую от измерительных преобразователей контрольную информацию, вырабатывать управляющие воздействия и осуществлять взаимодействие и обмен информацией с оператором технического объекта управления через панель.

Для контроля температуры в мешалках выбран термопреобразователь сопротивления ТСП21 (поз. 1а, 2а), сигнал с которого поступает на модуль ввода аналоговых сигналов АЕ контролера.

Для контроля давления сжатого пара выбран манометр электрический дифтрансформаторный типа МЭД (поз. 3а, 4а) с нормирующим преобразователем типа НПП(3).

Для регулирования уровня пульпы в мешалке выбран автоматический регулятор типа РУПФ управляющего воздействия на каналы с мембранным исполнительным механизмом типа МИМ.

Для контроля расхода пульпы установлен индукционный расходомер ИР 61 (поз. 11а - 22а) с датчиком типа ИУ61, сигнал которого поступает на модуль ввода аналоговых сигналов АЕ контролера.

Для регулирования расхода с выхода модуля аналогового сигнала ДА поступает на выход которого УП5300 на выход подключен электрический исполнительный механизм типа КДУ1 (поз. 25б32б). Аналогично регулируется расход пара, целлюлозы.

Для контроля плотности пульпы установлен радиоизотопный плотномер типа ПР1014И (поз. 23а, 24а), сигнал с которого поступает на модуль ввода аналоговых сигналов АЕ контролер.

4. Охрана труда

4.1 Анализ опасных производственных факторов

Na2CO3 - карбонат натрия. При работе с ним наблюдается появление слизистой массы. Вдыхание их может вызвать раздражение дыхательных путей. При длительной работе с ним возможны экземы, разрыхление кожи.

Al2O3 - оксид алюминия. При вдыхании пыли или дыма алюминия поражаются в основном легкие. Заболевание называется алюмикозом или «алюминиевой лейкемией». У рабочих сухим способом описаны случаи неврита сухого нерва.

После попадания алюминия в глаза - омертвление роговины. Иногда на носу появляются угри, экзема, дерматит. ПДК для пыли 0,9 мг/м3.

СО - при вдыхании небольших концентраций появляется тяжесть и ощущение сдавливания, сильная боль во лбу, в висках, тошнота, рвота, учащение пульса.

Больше всего страдает центральная нервная система. По мере развития человек постоянно теряет способность рассуждать. Затем нарушается функция и расстраивается координация движений. В тяжелых случаях возникает паралич мозговых нервов. ПДК-20 мг/м3.

Предельно допустимые концентрации ядовитых газов, паров, пылей и других аэрозолей в воздухе рабочих помещений, мг/м3:

аммиак 20

ацетон 200

бензин топливный 100

серная кислота 1

хлор 1

Пыли и аэрозоли

Пыль, содержащая 70 % свободного SiO2 в виде кристаллической модификации - 1;

Пыль стеклянного и минерального волокна - 3;

Пыль угольная, содержащая до 10 % свободной SiO - 4;

Аэрозоли металлов, металлоидов и их соединения

Al окись алюминия, сплавы, Al - 6;

W и его соединения;

а) дым 5 окиси W - 0,1;

б) пыль 5 окиси W - 0,5;

в) ферованадий - 1.

Щелочные аэрозоли в пересчете на едкий натр - 0,5;

Допускается предельная температура нагретых поверхностей + 45о С, предельный уровень шума 80 дб.

Основные опасности

Движущиеся и вращающиеся части механизмов;

Поражение электрическим током;

Электрические кабели [10].

4.2 Организационные мероприятия

Основы законодательства РК о труде возлагают на администрацию предприятия обеспечение здоровых и безопасных условий труда. В соответствии с основами администрация обязана обеспечить надлежащим техническим оборудованием все рабочие места и создавать надлежащие условия работы, соответствующие правилам по охране труда, технике безопасности, санитарным нормам и правилам. Согласно этому положению производственных процессов в соответствии с действующими законами по охране труда, а также ответственность за надлежащее их состояние возлагается на руководителей и ИТР предприятия.

На предприятиях цветной металлургии возлагается создание условий для выполнения действующих законодательных актов, приказов, инструкций вышестоящих организаций по охране труда, обеспечение рабочих спец. одеждой, спец. обувью, лечебнопрофилактическим питанием, санитарнобытовыми помещениями.

На главного инженера возлагается непосредственное руководство работой по охране труда и службой техники безопасности, контроль за состоянием условий труда на производстве, принятие мер к предупреждению производственного травматизма и профессиональной заболеваемостью.

На начальника цеха возлагается:

обеспечение содержанием в исправленном и отвечающем требованиям техники безопасности состояния зданий, сооружений, механизмов;

обеспечение выполнения плана мероприятий по технике безопасности;

своевременное рассмотрение и выполнение выяснения причин аварий.

На мастера смены возлагаются:

проведение инструктажа на рабочем месте;

надзор за соблюдением работающих правил техники безопасности;

проведение допуска к управлению и обслуживанию сложных агрегатов, установок, механизмов.

4.3 Технические мероприятия

4.3.1 Обеспечение электробезопасности

На участке есть следующие потребители тока:

электродвигатели;

приборы КИП и автоматизации;

насос для перекачивания растворов.

Все одинаково питаются от понижающей подстанции закрытого типа с заземленной нейтралью. Заземление частей электроустановок корпусов электрического оборудования, не находящегося под напряжением - одна из наиболее распространенных мер толщины в сетях до 1000 В и выше. Сопротивление заземляющих устройств не должно превышать значения, установленного в ТУЭ и ПТЭ. В данном проектном случае R = 3,23 ом. На основных опасных участках имеются предупредительные плакаты.

Все электрооборудование заземлено [10].

4.3.2 Расчет заземления

Установление допустимого заземления. Для электроустановок напряжением до 1000 В наивысшее допустимое сопротивление в период наименьшей проводимости почти равно:

Rдоп < 4 ом

Принимаем 9 вертикальных заземляющих электродов из стального уголка с размерами 50х50х5 мм, l = 2500 мм и 77 горизонтальных с размером 40х4 мм.

Глубина заполнения в грунт 0,7 м. Для глинистого грунта при его влажности 1020 % принимаем удельное сопротивление грунта равно = 40 ом.м.

Место расположения проектируемого цеха относится к IV климатической зоне, коэффициент сезонности для вертикального электрода Кс = 1,10.

Для горизонтального Кс = 1,5 коэффициент, учитывающий состояние земли в период измерения удельного сопротивления грунта.

Кз равно:

для вертикального Кз = 1

для горизонтального Кз = 1

Расчетное удельное сопротивление грунта для вертикального электрода

;

для горизонтального электрода ;

;

Сопротивление одиноких заземлителей:

l - длина электрода;

t - расстояние от поверхностей земли до середины электрода.

При отношении расстоянием между вертикальным заземлением хв = 2 и числа заземлителей N=S коэффициент экранирования равен для горизонтального заземления

4.3.3 Организация противоточной вытяжной вентиляции

Для ликвидации пыли завод оборудован приточновытяжной вентиляционной системой, на особо пылевыделяемых участках запроектирована местная вентиляция, все перегрузочные узлы оборудованы защитными кожухами.

4.4 Санитарно-гигиенические мероприятия

4.4.1 Обеспечение спецодеждой, спецобувью, предохранительными приспособления

Для создания работающим благоприятных условий труда на заводе предусмотрено использование индивидуальных средств защиты. К ним относятся: спецодежда, приборы приспособления для защиты органов дыхания, зрения, слуха, головы, рук, ног, кожного покрова.

Таблица 9 - Перечень выдаваемой одежды

4.4.2 Обеспечение метеорологических условий

Источником теплоснабжения завода является ТЭЦ1 РУ «Павлодарэнерго», расположенная в непосредственной близости от площадки завода.

Основные потребители: участок выщелачивания и НРМЦ, а также участок спекания. Для этих же целей используется перегретая вода с температурой от 30 до 70о С расход составляет 85 Г.кал/ч

4.4.3 Освещение рабочих мест

Для создания благоприятных условий труда важное значение имеет освещение. Оно необходимо и для правильного размещения цветовых сигналов.

4.4.4 Защита от шума и вибрации

На проектируемом участке используется самое разнообразное оборудование, эксплуатация которого сопровождается интенсивным шумом. Длительное воздействие шума отрицательно сказывается на организм работающего, который препятствует сосредоточению внимания, затрудняет речевой обмен информации, вызывает быструю усталость и снижение работоспособности.

4.5 Противопожарные мероприятия

5. Организация труда и систем управления предприятием

5.1 Решения по организации трудовых процессов

5.2 Определение режимов труда и отдыха. Графики сменности основного и вспомогательного персонала. Плановый баланс рабочего времени

Успешная деятельность работника требует рационального режима труда и отдыха, т.е. распределение времени работы и времени, свободного от нее. Оптимальность этого режима определяется характером производства (его непрерывностью), организацией ремонтного обслуживания, которое при возможности следует осуществлять во время отдыха основных рабочих. При разработке рациональных режимов труда и отдыха следует стремиться к достижению высокой производительности труда, обеспечивая соблюдение законодательства о труде (продолжительность рабочего дня с учетом условий труда, допустимой продолжительности ночных смен, установленной продолжительности отпуска и др.) трудящихся [3].

Расчет количества смен

Годовой фонд времени работы оборудования

календарное время, Тк

Тк = 365. 24 = 8760 ч

где 365 - количество дней в году;

24 - продолжительность дня, ч

режимное время, Треж

Треж = (365 - 52 - 9). 7 - (52 + 8). 1 = 2068 ч

где 52 - количество выходных дней в году;

9 - количество праздников в году;

7 - продолжительность рабочей смены, ч

8 - количество предпраздничных дней в году

Количество смен

n = 8760: 2068 = 4,2 = 4

Принимаем 4 смены.

Продолжительность смены 8 час.

Цикл графика чередования всех смен - 12 дней.

1 смена - с 0оо ч до 8оо ч

2 смена - с 8оо ч до 16оо ч

3 смена - с 16оо ч до 00оо ч

Количество часов, отработанных каждой сменой в месяц:

А = 23. 8 = 184 ч В = 23. 8 = 184 ч

С = 22. 8 = 176 ч Д = 22. 8 = 176 ч

30. 24 = 720

Итого: 720 часов

Проверка: 30. 24 = 720 ч.

Годовой фонд рабочего времени:

где 9 - количество рабочих смен в цикле

12 - продолжительность цикла

Количество выходных в году:

где 3 - количество выходных в цикле.

Теоретический период восстановления

где а - количество рабочих дней в период от выходного

до выходного;

t - количество дней в неделе;

t1 - число часов рабочей недели;

х - средний или полный период отдыха.

Таблица 11

Плановый баланс рабочего времени

5.3 Определение численного, профессионально-квалификационного состава трудящихся по категориям