Косинцев В.И. и др. Основы проектирования химических производств

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования Российской Федерации

Томский политехнический университет

В. И. Косинцев, А. И. Михайличенко, Н. С. Крашенинникова,

В. М. Миронов, В. М. Сутягин

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Издание 2-е, исправленное и дополненное

Под редакцией А. И. Михайличенко

Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в ка-

честве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по

направлениям подготовки дипломированных специалистов «Химическая

технология неорганических веществ и материалов», «Химическая технология

органических веществ и топлива», «Химическая технология высокомолеку-

лярных соединений и полимерных материалов», «Химическая технология

материалов современной энергетики», «Химическая технология энергона-

сыщенных материалов и изделий», «Энерго- и ресурсосберегающие процес-

сы химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», «Биотехнология»

Москва

ИКЦ «АКАДЕМКНИГА»

2010

УДК 66

ББК 65.304.17

О75

Р е ц е н з е н т ы :

доктор технических наук, профессор Г. Г.Волокитин

(Томский государственный архитектурно-строительный университет)

доктор технических наук, профессор В. И. Верещагин

(Томский политехнический университет)

Основы проектирования химических производств: Учебник для вузов

/Под ред. А. И. Михайличенко. – М.: ИКЦ «Академкнига» 2010. – 371 с.

ISBN 5-94628-131-3

Рассмотрены основные принципы и этапы архитектурно-строительного и тех-

нологического проектирования химических производств с разработкой технологи-

ческой схемы, материальными и тепловыми расчетами, механическим расчетом и

подбором стандартного оборудования

Учебник подготовлен на химико-технологическом факультете Томского поли-

технического университета и в Российском химико-технологическом университете

им. Д. И. Менделеева и предназначен для студентов очного и заочного обучения

химических специальностей вузов и факультетов, а также может быть использован

инженерно-техническими работниками химической промышленности.

ISBN 5-94628-131-3 В. И. Косинцев, А. И. Михайличенко,

Н. С. Крашенинникова,

В. М. Миронов, В. М. Сутягин, 2010

ИКЦ «Академкнига», 2010

ПРЕДИСЛОВИЕ

К настоящему времени в мире синтезировано огромное количество хи-

мических соединений. Отрасль химических производств является ведущей и

определяет в целом прогресс химической промышленности. Она обеспечива-

ет сырьем все остальные отрасли народного хозяйства. Поэтому создание со-

временной, экологически и экономически целесообразной технологии произ-

водств химических продуктов (молекул, катализатора, растворителя, поли-

мера и т.д.) является основной задачей химиков-технологов. К инженерам

химикам-технологам предъявляются высокие требования в различных облас-

тях знаний. Именно они должны уметь выбирать наиболее приемлемые вари-

анты производства того или иного химического продукта.

Химик-технолог должен знать основы специальной технологии, особен-

но ее общие методы и принципы, владеть методикой экономических и эколо-

гических расчетов, так как в процессе разработки технологии необходимо

оценивать различные пути синтеза химических продуктов, методы их произ-

водства, варианты технологических схем и оценивать среди них оптималь-

ные, выбирать наиболее необходимое оборудование и надежную систему

контроля и регулирования производства.

Для этого он должен в достаточной мере знать основу конструирования

реакторов синтеза химических веществ. Кроме того, химик-технолог, являет-

ся центральной фигурой при создании, проектировании и эксплуатации хи-

мических производств.

Поэтому необходимо готовить высококвалифицированных химиков-

технологов низкого профиля. В связи с этим настоящее пособие будет необ-

ходимым в процессе подготовки специалистов, а так же при их переподго-

товки.

Истинной сутью проектирования производств является соединение хи-

мической идеи с инженерным поиском, диктуемых экономическими, эколо-

гическими факторами. В процессе проектирования химических производств

решаются многие задачи:

технология производства и его аппаратурное оформление;

генеральный план;

электротехническое обеспечение и т.д.

Однако нас в контексте этой книги интересует технологическое проек-

тирование, включающее в себя:

выбор метода химического производства продуктов, отвечающего

конкретным условиям;

экологическое технико-экономическое обоснование проектов;

расчет, выбор и разработку необходимого технологического оборудо-

вания;

рациональное размещение оборудования в цехе;

механизация и автоматизация процесса.

В пособии рассматривается системный подход к проектированию слож-

ных систем, какими являются химические производства. В частности, рас-

смотрены приемы и методы разработки технологической схемы производст-

ва, эскизное конструирование реакторов, объемно- планировочные ремонты

цеха.

Кроме того, приводится методика проведения материальных, тепловых

балансов, расчеты реакторов и другие расчеты.

Экологическое и технико-экономическое

обоснование проектов химических производств.

Нормативной основой экологического обоснования проектов служат:

закон РФ и об охране окружающей среды;

инструкция по экологическому обоснованию хозяйственной деятель-

ности (утвержден приказом Министерства России от 29.12.1995г., № 5351).

Методология создания и проектирования химических производств

включает последовательное выполнение работ на различных этапах:

предпроектная разработка химических технологий;

выполнение рабочего проекта производства химических продуктов.

Предпроектная разработка химических производств включает в себя:

экологическое обоснование инвестируемых проектов химических

производств;

технико-экономическое обоснование проектных решений.

На рис 1. представлена процедура экологического обоснования инвести-

руемых проектов химических производств.

Экологическая экспертиза технологий химических веществ это оцен-

ка малоотходности производства в сравнении с выработанными норма-

тивами или имеющимися лучшими образцами. При этом определяется

степень экономичности и экологической опасности способа производства

и технологических переделов, выхода технологии в окружающую среду и

т. д.

Методы экологической оценки технологии следующие:

материальные балансы и технологические расчеты;

технологическая альтернатива;

прогнозирование технологического риска;

оценка экологической опасности технологии;

Этапы Природопользование Документация Общественность Исполнительная власть

Определение цели

инвестирования

1.Экологическая оценка

района предполагаемого

размещения

2. Источники воздействия-

выдвижения экологических

нагрузок

3.Определние граничных

условий природопользова-

ния

Инвестиционный

замысел (принятие

решения о созда-

нии объекта)

Ходатайство о

намерениях

Публикация

в СМИ

Предварительное со-

гласование хозяйст-

венной деятельности

определения участка

застройки

Принципиальное

одобрение админи-

страции места раз-

мещения объекта

Обоснование инвестиций в строительство

1.Принципиальные технические

решения и основные технико-

экономические показатели.

2.Предварительное согласование

условий природопользования

(граничные экологические усло-

вия).

3.Оценка потенциального воз-

действия на окружающую среду

(ОВОС).

4.Определение санитарно-

защтитной зоны и зоны воздей-

ствия (СЗЗ и ЗВ).

5.Декларация о безопасности

промышленного объекта.

6.Проект решения на природо-

пользование.

Обоснование

инвестиций

(Буклет ОИ)

Государствен-

ная экологиче-

ская экспертиза

Утверждение ИО

Обсуждение с

общественно-

стью

Общественная

экологическая

экспертиза

Решение о предва-

рительном согла-

совании площадки.

Разрешение на

проектно-

изыскательские ра-

боты. Акт выбора

земельного

участка.

Этапы Природопользование Документация Общественность Исполнительная власть

Рис. 1. Процедура экологического обоснования инвестиционных проектов химических производств

Разработка проектной документации

1.Детализируются технические

решения выбранного варианта.

2.Согласование условий приро-

допользования.

3.Разрабатываются мероприятия

по охране окружающей природ-

ной среды.

4.Уточняются технико-

экономические показатели.

5.Оформляются согласования

природоохранных и надзорных

органов.

Технико-

экономическое обос-

нование (проект)

строительства, или ра-

бочий проект

Государственная

экологическая экс-

пертиза

Утверждение ИО

Рабочая документация

Обсуждение с

общественно-

стью

Общественная

экологическая

экспертиза

Решение об изъя-

тии земельного

участка

регистрация экологических последствий технологии производ-

ства химического продукта.

Метод материальных балансов и технологических расчетов позво-

ляет выявить источники выбросов и сбросов химических продуктов, дать

количественную оценку техногенных потоков в окружающую среду, вы-

явить качественный состав и агрегатное состояние загрязнителей и в це-

лом все каналы взаимосвязи в системе «технология окружающая среда».

В свою очередь метод технологической альтернативы предполагает

анализ и оценку технологии по отношению к существующим технологиче-

ским аналогам химических производств с заданной экологичностью. Он

позволяет сравнивать проектируемую технологию с экологически безо-

пасными аналогами.

Методы прогнозирования технологического риска предусматрива-

ют системный анализ и прогнозирование возможных аварийных ситуа-

ций, а также оценку технологического риска и аварийности при нормаль-

ной эксплуатации.

С позиции системного анализа методы регистрации экологиче-

ских последствий технологий производства включают в себя анализ свя-

зей промышленной технологии химических веществ с окружающей

средой , а также анализ каналов связей и оценку их экологичности.

Этапы проведения экологической экспертизы

Процедура проведения экологической экспертизы включает в себя сле-

дующие этапы:

формирование целей и задач экспертизы;

оценка источников и направления негативного воздействия химиче-

ской продукции на окружающую среду и потребление природных ресурсов;

определение соответствия экологических характеристик проектируе-

мой продукции, технологии, техники, действующим нормам и правилам;

сравнительный эколого-экономический анализ и оценка проектируе-

мого и базового варианта;

оценка полноты и эффективности мероприятий по предупреждению

возможных аварийных ситуаций и ликвидация их возможных последствий.

оценка полноты, достоверности и научной обоснованности прогно-

зов возможного влияния новой продукции, техники и технологии химиче-

ских соединений на состояние окружающей среды и использование при-

родных ресурсов;

оценка выбора средств и методов контроля воздействия химической

продукции на состояние окружающей среды и использование природных

ресурсов;

экологическая оценка способа утилизации или ликвидации новой

химической продукции после отработки ресурса.

Завершается экспертиза выдачей заключения ведомственной комиссией с

рекомендациями об экологической целесообразности разработки внедрения

данной химической продукции, либо необходимости ее замены или дальней-

шее совершенствование технологии производства.

Существует три вида экспертных показателей:

техногенные;

эколого-техногенные;

эколого-экономические.

Техногенные характеристики содержат расчетные укрупненные матери-

альные и энергетические балансы, включающие потоки твердых отходов, вы-

бросов и сбросов с определением по массе и объему, по классам опасности,

степени токсичности, биостойкости, взрывоопасности. Все эти характеристи-

ки оцениваются и сравниваются с нормативными параметрами.

Эколого-техногенные характеристики включают:

принципы и схемы малоотходных и безотходных ресурсо- и энерго-

сберегающих технологических решений;

характеристики систем очистки выбросов и сбросов;

способы утилизации и переработки отходов химических производств;

расчет возможных аварийных ситуаций, сопровождающихся вы-

бросами и сбросами вредных веществ с учетом времени, массы и объема;

способы и схемы ликвидации аварийных ситуаций и их последствия.

В эту экспертизу также включают расчетные удельные величины объе-

мов отходов, выбросов, сбросов вредных веществ, и их концентрации, а также

величины материало-, энергоемкости, потребления топлива на единицу пробе-

га и т. д.

Эколого-экономические характеристики включают:

расчетные затраты на экологические мероприятия при разработке и

эксплуатации новой технологии, оборудования и сравнение их с экологиче-

ским ущербом от техногенных воздействий;

расчетные ценообразующие характеристики новой техники и обору-

дования с учетом экологических составляющих;

расчетные удельные величины ущерба на единицу выброса (концен-

трации);

расчетные платежи на единицу ущерба и сравнение их с нормативными

параметрами.

Принципы экологической экспертизы

Па рис. 2 представлены принципы государственной экологической экс-

пертизы.

Принцип презумпции потенциальной экологической опасности любой

намечаемой хозяйственной и иной деятельности предусматривает, что любой

вид хозяйственной деятельности может повлечь неприятные экологические

последствия для окружающей среды. Поэтому обязанность заказчика проекта

дать его экологическое обоснование и доказать экологическую безопас-

ность будущего производства химических веществ. При этом необходимо

спрогнозировать, с одной стороны, воздействие химического объекта на ок-

ружающую среду, с другой стороны, обосновать допустимость такого воз-

действия и предусмотреть в этой связи необходимые природоохранные меры.

Презумпция потенциальной экологической опасности

любой намечаемой хозяйственной деятельности

Обязательность проведения государственной

экологической экспертизы

Комплексность оценки воздействия на окружающую

природную среду хозяйственной или иной деятельности

Обязательность учета требований экологической

безопасности

Достоверность и полнота информации, представляемой

на экспертизу

Независимость экспертов экологической экспертизы

Научная обоснованность, объективность и законность

экспертных заключений

Гласность, участие общественных организаций, учет

общественного мнения

Ответственность участников экологической экспертизы и

заинтересованных лиц за организацию, проведение и

качество экологической экспертизы

Рис. 2. Принципы экологической экспертизы

Принцип обязательности проведения государственной экологической

экспертизы до принятия реализации объекта устанавливает:

не противоречит ли намеченная деятельность экологическому зако-

нодательству РФ или субъектов РФ;

соответствует ли намечаемая химическая деятельность требовани-

ям нормативных актов по охране окружающей среды и рациональному ис-

пользованию природных ресурсов;

Принципы

Государст-

венной эко-

логической

экспертизы

достаточно ли полно произведена оценка воздействия намечаемой

деятельности объекта на окружающую среду;

допустима ли намечаемая деятельность объекта химического произ-

водства с точки зрения безопасности окружающей среды и населения;

достаточны ли предусмотренные проектом меры по охране окру-

жающей среды и рациональному использованию природных ресурсов.

Основной вопрос, на который должна ответить государственная

экспертиза, это возможность реализации проекта (рекомендовать или

не рекомендовать проект к реализации, отправить проект на доработку и

т. д.).

Заказчик обязан провести государственную экспертизу проекта до

начала его деятельности.

Принцип комплексности оценки воздействия на окружающую

среду хозяйственной или иной деятельности и ее последствий означает,

что заказчик и проектировщик-оценщик готовят «материалы по оценке

воздействия», в которых определяются воздействие, его масштаб, область

распространения, изменения в окружающей среде, и т.д., включая отда-

ленные последствия реализации проекта.

Принцип обязательности учета требований экологической безо-

пасности при проведении экспертизы предусматривает обязанность уча-

стников эколого-экспертного процесса соблюдать правовые, экологиче-

ские требования проектирования, размещения, строительства, эксплуата-

ции химических объектов экспертизы. Выявлять несоблюдение нормати-

вов качества окружающей среды в случае реализации проекта.

Под качеством окружающей среды понимают степень соответст-

вия природных условий потребностям людей или других живых орга-

низмов. И в качестве критериев принимают высокую биологическую

продуктивность популяций, оптимальное соотношение видов и биомас-

сы популяций, находящихся на разных трофических уровнях и др.

Принцип достоверности и полноты информации, представляемой на

экологическую экспертизу, обязывает заказчика проекта химического

производства обеспечить представление на государственную экспертизу

достоверной и полной информации об объекте экспертизы, оценки его

воздействия на окружающую среду, о современной экологической ситуа-

ции в регионе, о реализации проекта и т.д. Полной считается информация,

которая передается органам экспертизы в соответствии с требованиями,

которые предъявляются к комплектованию проектной документации.

Принцип независимости экологической экспертизы при осуществле-

нии своих полномочий в области экологической экспертизы означает, что

никто не вправе вмешиваться в работу эксперта, выполняемую в соответ-

ствии с требованиями законодательства об экологической экспертизе,

техническое задание на проведение экологической экспертизы и зада-

чи, поставленные перед экспертом руководителем экспертной комиссии