Разработка установки по очистке отходящих газов при производстве алюминия

Можно утверждать, что вся история человечества с момента возникновения Древних цивилизация является историей экономического роста за счет последовательного разрушения биосферы. Только в эпоху палеолита естественные экосистемы практически не нарушались человеком, так как его образ жизни (охота, рыболовство, собирательство) незначительно отличался от образа существования животных, родственных ему.
В результате дальнейшего развития цивилизации все более ускоряющимися темпами создавалась современная искусственная, техногенная среда обитания человека, самим своим существованием обуславливающая истощение и возрастающее загрязнению природной среды.
Наиболее существенные экономические и экологические изменения происходили в XX веке, когда, по расчетам, только 1/3 территории планеты осталось незатронутой человеческой деятельностью около. За прошедший век в экосистеме Земли возникла и выросла в сотни раз глобальная хозяйственная подсистема. В XX в. ускоренно шло ее последовательное расширение в результате вытеснения природных систем.
Загрязнение атмосферы выбросами промышленных предприятий и автотранспорта - основное бедствие для населения многих городов, по этой причине их снижение стало основной экологической проблемой, над которой сегодня работают специалисты различных организаций и предприятий, а также природоохранительных учреждений всего мира.
Эффективного снижения выбросов в атмосферу вредных веществ можно достигнуть за счет внедрения безотходных и малоотходных производств и технологических процессов, повышения эффективности действующих установок очистки воздуха, внедрение замкнутых воздушных циклов с частичной рециркуляцией воздуха. Промышленные агрегаты, как реконструируемые, так и вновь вводимые, должны быть оборудованы газо- и пылеулавливающими средствами.
Предметом исследования в данной работе является очистка отходящих газов промышленных предприятий с целью снижения нагрузки на экологическую систему.
Объектом исследования в данной работе является применение современных средств газоочистки на металлургических предприятиях.
Целью данной работы является проектирование очистных сооружений для отходящих газов на предприятии по производству алюминия с помощью электролиза.
Основными задачами, решаемыми в рамках данной работы, является:
теоретическое рассмотрение вопроса очистки отходящих газов в металлургии от вредных примесей;
проектирование технологической схемы очистки и расчет очистных агрегатов;
подбор контрольно-измерительной аппаратуры;
рассмотрение вопросов охраны труда;
расчет экономических показателей проектируемой установки.

ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 7
1.1 Краткая характеристика основного производства 7
1.1.1 Общая характеристика технологии производства 7
1.1.2 Характеристика выделяющихся вредных веществ 9
1.1.3 Общая характеристика выбросов 13
1.2 Характеристика методов очистки газовых выбросов 15
1.2.1 Общая классификация методов газоочистки 15
1.2.2 Абсорбционный метод 15
1.2.3 Адсорбционный метод 17
1.2.4 Метод термического дожигания 19
1.2.5 Термокаталитические методы 20
1.2.6 Биохимические методы 22
1.3 Выбор аппаратов для очистки газовых выбросов 23
1.3.1 Основная классификация очистных аппаратов 23
1.3.2 Тарельчатые (пенные) газопромыватели 25
1.3.3 Скрубберы - мокрые пылеуловители 26
1.3.4 Обоснование выбора аппарата для очистки отходящих газов 28
2 ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК 32
3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 33
3.1 Расчет нагрузки на оборудование 33
3.2 Подбор и обоснование выбора технологической схемы 36
3.3 Обоснование выбора оборудования технологической схемы 37
3.4 Расчет основного оборудования 40
3.4.1 Расчет дымососа 41
3.4.2 Расчет форсуночного скруббера 43
4 СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ 58
4.1 Компоновка технологического оборудования 59
4.2 Компоновка вспомогательного оборудования 59
4.3 Административно-хозяйственные и бытовые помещения 60
4.4 Генеральный план 61
5 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ 64
5.1 Автоматизация технологического процесса 64
5.2 Схема автоматизации технологического процесса 66
9.3 Описание приборов автоматизации 67
9.3.1 Регулирование температуры и влажности газа 67
9.3.2 Регулирование расхода 67
9.3.3 Регулирование давления (разряжения) 68
9.2.4 Регулирование запыленности 68
9.2.5 Регулирование количества HF в отходящих газах 68
6 СТАНДАРТИЗАЦИЯ 72
7 ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 74
7.1 Охрана труда 74
7.1.1 Характеристика опасных и вредных производственных факторов 74
7.1.2 Опасность поражения электрическим током 75
7.1.5 Другие потенциальные опасности 79
7.2 Обеспечение безопасности труда 79
7.2.1 Средства коллективной защиты 79
7.2.2 Требования к работающим в цехе электролиза. 83
7.3 Загрязнение окружающей среды алюминиевыми заводами 86
7.3.1 Техногенные воздействия на окружающую среду 86
7.3.2 Загрязнение атмосферы 86
7.3.3 Влияние предприятия на гидросферу 88
7.3.4 Твёрдые отходы 89
7.3.5 Загрязнение почв 90
7.3.6 Оценка воздействия на растительный покров 91
7.4 Природоохранные мероприятия на алюминиевых заводах 92
8 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЕКТА 94
8.1 Расчет эффективного фонда времени работы оборудования 94
8.2 Расчет капитальных затрат на оборудование 96
8.3 Расчет годовой стоимости cырья и электроэнергии 98
8.4 Расчет заработной платы обслуживающего персонала 100
8.5 Экономический эффект от внедрения установки 102
9 ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 109
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 111

Очистка отходящих газов от вредных примесей в металлургических производствах, в частности, на предприятиях по производству алюминия, является насущной экологической проблемой. Большое практическое значение имеет улавливание фтороводорода с целью его возвращения в производство (рекуперация) в виде фторида алюминия.
Промышленные способы очистки и рекуперации газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей подразделяются на три основные группы: абсорбция жидкостями, адсорбция твердыми поглотителями.
В литературном обзоре проведено подробное рассмотрение каждого из указанных методов, отмечено применяющееся оборудование, а также преимущества и недостатки каждого метода.
В результате, нами был выбран метод адсорбции отходящих газов в вертикальных мокрых скрубберах непрерывного действия, как наиболее применимый способ практически полной рекуперации фтороводорода, а также взвешенных веществ и смол. Финальная очистка воздуха от мелкодисперсных частиц производится в электрофильтрах.
В работе произведен расчет материального баланса поглощения смеси загрязняющих веществ, расчет технологической схемы и подбор аппаратов для газоочистки. Проведены необходимые гидравлические расчеты.
Технологическая схема системы очистки отходящих газов от вредных примесей включает в себя дымосос ДП-8, циклон ЦН-15, два форсуночных скруббера СПФ-8500, рукавный фильтр ФРКДИ-550 и вентилятор ВР 132-30 9 5А200М6 мощностью 22 кВт, каплеуловитель КЦТ-800, два электрофильтра ЭФВА 10-06, а также контрольно-измерительные приборы. Схема работает в непрерывном режиме, то есть предполагается работа объекта без перерывов между сменами и без остановок на выходные и праздничные дни. На данном производстве могут предусматриваться остановки каждые 4 месяца (на 3 дня) для ремонта и чистки системы от осадков пыли и смол.
Автоматизация ведения технологического процесса обусловлена применением современных контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации технологического процесса.
Так, в данной схеме используются датчики температуры, разряжения, запыленности и расхода подаваемых на очистку газов, а также сигнализаторы о концентрации в воздухе фтороводорода.
В работе рассмотрены правила безопасного ведения производственного процесса, указаны средства коллективной и индивидуальной защиты, а также мероприятия гражданской обороны.
В экономической части работы рассчитаны основные экономические показатели проекта, в частности, определен срок окупаемости проекта (2,4 год) и ежегодная прибыль за счет рекуперации фтороводорода и снижения экологических выплат составит 13003,9 тыс. руб.

1. Аншиц А. Г., Поляков П. В., Кучеренко А. В. Экологические аспекты производства алюминия электролизом. Аналитический обзор / Новосибирск: Изд. ГПНТБ СО АН СССР, 1991. - 35 c/
2. Галушкин Н.В. Производство алюминия в электролизерах с обожженными анодами. Учебное пособие. – M: Наука, 1995. – 296 с.
3. Громов, О. Б. Экологическая опасность газовых выбросов заводов по производству алюминия / О.Б. Громов, В.К. Прокудин // Экология и промышленность России. ЭКиП. - 2008. - Октябрь. - С. 16-18.
4. Громов, О. Б. К вопросу обезвреживания газовых выбросов заводов по производству алюминия / О.Б. Громов, В.К. Прокудин // Химическая технология. - 2008. - № 7. - С. 337-339.
5. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. Монография/ 2-е изд., перераб. и доп.—М.: Химия, 1984. — 592 с.
6. Козлова С.А. и др. Оборудование для очистки газов промышленных печей. Электронный конспект лекций / Козлова С.А., Шалаев И.М., Раева О.В., Киселев А.В. – Красноярск: СФУ, 2007. – 156 с.
7. Описание существующих методов очистки воздуха от вредных газообразных примесей [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.air-cleaning.ru/d_method_rev.php
8. Семенова И.В. Промышленная экология. Учебник для студ. высш. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2009. — 528 с.
9. Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров. — М.: Высшая школа, 1969. — 416 с.
10. Минцис М.Я., Поляков П.В., Сиразутдинов Г.А. Электрометаллургия алюминия. – Новосибирск: наука, 2001. – 386 с.
11. Охрана труда и окружающей среды: методические указания.– СПб: СПбГТИ(ТУ), 1997 – 26 с.
12. Дементьев А.А., Рогалев В.А., Денисов Г.А. и др. Способ очистки отходящих газов от вредных примесей (Патент RU 2182844). – М: Роспатент, 2002. – 4 с.
13. Поляков П.В., Рагозин Л.В., Соколов В.С. Патент РФ № 2247176. Способ очистки анодных газов электролитического производства алюминия. – М.: Роспатент, 2005. – 6 с.
14. Высотский Д.В., Веселков В.В., Высотский В.Д. Патент РФ № 2339743. Установка сухой очистки отходящих газов электролитического производства алюминия. – М.: Роспатент, 2008. – 5 с.
15. Насыров Г.З. Патент РФ № 2363525. Способ мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия. – М.: Роспатент, 2009. – 6 с.
16. Фризоргер В.К., Куликов Б.П., Петров А.М. Патент РФ № 2315824. Способ децентрализованной сухой очистки газов от электролизеров для производства алюминия. – М.: Роспатент, 2008. – 8 с.
17. Головных Н.В., Истомин С.П., Веселков В.В. Патент РФ № 2221628. Способ очистки отходящих газов электролитического производства алюминия. – М.: Роспатент, 2004. – 5 с.
18. Григорьев В.Г., Тепикин С.В., Ермаков А.В. Патент РФ № 2494175. Технологическая линия очистки отходящих газов электролитического производства алюминия в электролизерах, оснащенных системой автоматической подачи сырьевых сыпучих материалов. – М.: Роспатент, 2013. – 8 с.
19. Минцис М.Я., Сиразутдинов Г.А., Галевский Г.В. «Электролизеры с анодом Содерберга и возможности их модернизации» // Цветные металлы 2010, №12. – C. 49-52.
20. Альшанская А. А. Разработка технологии дегазации анодной массы в процессе формирования анода Содерберга с верхнимтокоподводом // Сб. материалов Всероссийской научно-тех. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных. МИОЦ ВПО «СФУ». - Красноярск, 2008. - 453 с.
21. Янко Э.А. Аноды алюминиевых электролизеров: науч. изд./ Э.А. Янко. - М.: Руда и металлы, 2001. - 671 с.
22. ПДК органических и неорганических веществ [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://ecmoptec.ru/pdknasmest
23. Денисов С.И. Улавливание и утилизация пылей и газов. - М: Металлургия, 1991 - 320 с.
24. Завьялов С.В. Газоочистное и пылеулавливащее оборудование выпускаемое заводами-изготовителями Российской Федерации. Справочно-информационный материал. – Минск: Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь, 2005. – 189 с.
25. Электрофильтры [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.elstat.ru/catalog/p_efva.htm
26. Борисов А.Ф. Инженерные расчеты систем безопасности труда и промышленной экологии: учебное пособие для вузов. - Н. Новгород: Вента - 2, 2000. – 130 с.
27. Эмалированное оборудование: Каталог / НИИ ШАЛЬХИММАШ. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991. - 140 с.
28. Лебедев П.В. Расчет и проектирование сушильных установок. – М.: Госэнергоиздат, 1962. – 320 с.
29. Красный Ю.М. Проектирование стройгенплана и организация строительной площадки: Учеб. пособие. – Екатеринбург: УГТУ, 2000 – 144 с.
30. Редин В.И, Князев А.С., Костюк Л.В. Проектирование природоохранных объектов: Метод. указания.- СПб.:СПбГТИ(ТУ), 2010,- 94 с.
31. Каталог контрольно-измерительных приборов Овен [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.owen.ru/catalog
32. Каталог контрольно-измерительных приборов [Электронный ресурс]. - http://www.prist.ru/produce.php/prices.htm
33. Промышленная вентиляция [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.klenmarket.ru/service/promvent/– Загл. с экрана.
34. Денисов С.И. Улавливание и утилизация пылей и газов. - М: Металлургия, 1991 - 320 с.
35. Жидецкий В.Ц., Джигирей В.С., Мельников А.В. Основы охраны труда. - Учебник. — 2-е изд., доп. — Львов: Афиша, 2000. — 351 с.
36. Белая Н.С. Основы охраны труда. Конспект лекций. - ДонНТУ, 2010. – 127 с.
37. Конспект лекций по дисциплине «Расчет и конструирование типового оборудования» для студентов специальности 7.090220 «Оборудование химических предприятий и производств строительных материалов» (в 2-х частях). Часть 1.» Расчет и конструирование тонкостенных аппаратов»/ Сост. И.М. Генкина. – Северодонецк, ТИ, 2009. – 239 с.
38. Бобков А.С. Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности. – М.: Химия,1997. - 400 c.
39. Москвитин В.И., Николаев И.В., Фомин Б.А. Металлургия лёгких металлов. - Учебник для вузов. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 416 с.
40. Прайс-лист на промышленное очистное оборудование ЗАО «Турмалин» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.turmalin.su/pdf/price_list_turmalin.pdf
41. Фторид натрия и иные реактивы (средние цены) [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://perm.pulscen.ru/products/natriya_ftorid_ch_chda_21849395
42. Определение величины экономического ущерба [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://edu.dvgups.ru/METDOC/EKMEN/BU/EK_PRIROD/METOD/REZANOV/frame/4_2.htm