книги / Химическая технология неорганических веществ
..pdfсхема и чертеж или эскиз основного аппарата, в котором может быть реализован разработанный технологический процесс.
4.1. Структура и содержание пояснительной записки дипломного проекта
Дипломный проект состоит из двух частей – пояснительной записки и графической части. Расчетно-пояснительная записка к дипломному проекту должна содержать:
–титульный лист;
–задание на дипломный проект;
–реферат;
–содержание;
–перечень используемых условных обозначений, сокращений, терминов;
–основную часть, включающую:
•введение;
•аналитический обзор литературы;
•технико-экономическое обоснование сырья, энергоресурсов, географической точки строительства, мощности производства;
•теоретический анализ;
•материальный и энергетический балансы;
•выбор оборудования и его расчет;
•математическое моделирование;
–раздел по автоматизации и аналитическому контролю технологического процесса;
–описание технологической схемы с элементами автоматического контроля и регулирования;
–раздел по охране окружающей среды;
–раздел по охране труда и безопасности жизнедеятельности;
–раздел по экономике и организации производства;
–заключение;
–библиографический список;
–приложения.
21
По согласованию с руководителем проекта (преподавателем) структура пояснительной записки может быть изменена, например исключены отдельные разделы пояснительной записки дипломного проекта.
Титульный лист и задание на дипломное проектирование единого образца выдаются секретарем ГАК выпускающей кафедры. Они заполняются после выхода приказа об утверждении руководителей и тем дипломных проектов в соответствии с приведенными образцами (прил. 1, 2).
На титульном листе указывается тема дипломного проекта, проставляются подписи студента, руководителя проекта, консультантов по соответствующим разделам (частям) проекта, заведующего кафедрой. Подписи и даты проставляются в порядке записи фамилий.
Задание на дипломный проект составляется руководителем по форме прил. 2 и утверждается заведующим кафедрой. Утвержденное задание вместе с проектом представляется в ГАК.
При заполнении титульного листа и задания следует обратить особое внимание на строгое соответствие темы дипломного проекта теме, утвержденной приказом ректора.
Реферат представляет сокращенное изложение сущности проекта, акцентирует внимание на новые сведения и определяет целесообразность работы. Реферат выполняется по ГОСТ 7.9–95.
В реферате приводятся:
–количество страниц пояснительной записки, а также количество рисунков, таблиц и библиографических наименований;
–ключевые слова (слова или словосочетания из текста работы, которые в наибольшей мере характеризуют ее содержание и обеспечивают возможность информационного поиска);
–объект проектирования;
–цель и задачи проекта;
–новшества и усовершенствования, внесенные в проект;
–результаты работы, выводы, области возможного применения результатов работы, перспективы её развития;
–экономическую эффективность или значимость работы.
22
Ориентировочный объём реферата – до 1 листа формата А4. Пример оформления реферата приведен в прил. 4. Содержание включает в себя наименование всех разделов,
подразделов и пунктов с указанием номеров страниц, на которых размещается начало раздела, подраздела, пункта. В содержании также перечисляется наименование всех приложений с указанием их номеров и страниц.
Введение дипломного проекта должно содержать четкие, ясные формулировки сущности проекта: его актуальность, цели, задачи и т.п. Во введении кратко излагаются актуальность проблемы, цель дипломного проекта, основные пути решения поставленных задач в условиях современного производства и обосновывается выбор тех или иных технических решений для достижения поставленной цели. Дается сжатое изложение сущности проекта. Введение заканчивается кратким резюме о степени достижения поставленной цели.
От доказательства актуальности изучаемой в дипломном проекте темы необходимо перейти к формулировке цели дипломного проекта, которая заключается в решении проблемной ситуации.
Исходя из цели дипломного проекта определяются задачи, которые необходимо решить в дипломном проекте для достижения поставленной цели. Примерное содержание введения:
–характеристика состояния и перспективы развития рассматриваемого производства (действующее производство или проект нового объекта) как в нашей стране, так и за рубежом;
–значение выпускаемой продукции;
–актуальность проекта (обоснование необходимости выполнения проекта применительно к конкретному производству);
–оценка современного состояниярешаемыхв проекте проблем;
–новизна проекта (сущность принятых технических решений, преимущества предлагаемого технического решения);
–цель и задачи дипломного проекта.
Содержание введения не должно повторять реферат.
23
Анализ известных в промышленности, научно-техни- ческой и патентной литературе технологий (аналитический обзор) представляет собой обзор информации, представленной в научно-технической литературе по выбранной теме. Рекомендуется представить анализ не менее 10–15 литературных источников.
В данном разделе выполняется анализ состояния знаний по теме дипломного проекта. Студенту необходимо указать современные промышленные способы производства данного продукта, рассмотренные в монографиях, в периодической и патентной литературе, рационализаторских предложениях, учебниках, журналах, вестниках ВИНИТИ, научных отчетах, новейшие достижения науки и техники, отечественный и зарубежный опыт, а также сведения, собранные за период производственной практики. Дается краткое описание каждого способа с обязательной ссылкой на литературный источник. Помимо этого, обязательно должны быть проанализированы пути развития рассматриваемого процесса, направления его усовершенствования.
Обзор литературы не должен быть формальной сводкой. Необходимо проанализировать опубликованные данные, показать свое отношение к ним, наметить возможные пути решения поставленных задач. Желательно провести классификацию рассмотренных методов и подходов.
Особое внимание при сравнении методов производства должно быть уделено технологической схеме и применяемому оборудованию, величинам расходных коэффициентов по основному и вспомогательному сырью и энергии, качеству получаемого продукта, использованию отходов производства, элементам автоматического контроля и регулирования. Целесообразно сопоставить рассматриваемые методы по приведенным затратам на единицу продукции, использовав при этом данные по аналогичному производству, полученные в период преддипломной практики.
Наиболее оперативно научно-техническую информацию можно найти с помощью поисковых программ в Интернете (например: http://www.aport.ru, http://www.rambler.ru, http://www.yandex.ru, http:// www.dux.ru).
24
Информацию о технико-экономических показателях иностранных технологий и оборудования можно найти на сайтах зарубежных фирм и с помощью всемирных поисковых машин (например: http://www.altavista.com, http://www.hotbot.com, http://www.Google.com, http://www.Magellan.com и т.д.).
Высокой надежностью и информативностью обладают патентные базы данных ведущих стран мира: стран Евросоюза, США, Китая, Японии, России, Канады. Поиск патентов этих стран может проводиться в Интернете.
По данным информационных исследований проводят критический анализ преимуществ и недостатков известных технологий и новых способов, сравнивают технологические и технико-экономи- ческие показатели рассмотренных объектов. Затем на основании анализа производится выбор направления совершенствования и развития технологии, отвечающего задачам, поставленным в задании на дипломный проект. Исходя из сравнительных оценок технологических и технико-экономических показателей рассмотренных способов производства также осуществляется выбор оптимального метода производства, отвечающего задачам, поставленным в задании на дипломное проектирование.
Выводы должны содержать информацию о тех методах, которые автор намерен использовать для решения инженерных задач. Обоснование выбранного направления должно следовать из анализа обзора и содержать оценку преимуществ выбранного направления (метода).
Конкретный план и содержание данного раздела зависят от специфики проекта и согласовываются с преподавателем – руководителем проекта.
Простой пересказ текста и тем более плагиат недопустимы. Любые сведения, приводимые в дипломном проекте, но заимствованные из литературы (цитаты, цифры, факты, использованные приёмы анализа, формулы, рисунки, таблицы и т.п.), должны обязательно иметь ссылку на источник. Изложение материала должно
25
быть конкретным и содержать данные, имеющие отношение только
квыбранной теме.
Вразделе «Технико-экономическое обоснование сырья,
энергоресурсов, географической точки строительства, мощно-
сти производства» приводится характеристика сырья, вспомогательных материалов и энергоресурсов. Сырье для принятого метода производства выбирается и обосновывается на основании следующих технологических принципов, сформулированных в курсах «Общая химическая технология» и «Теоретические основы технологии неорганических веществ»: достаточно высокая концентрация по целевому компоненту; доступность получения или добычи; минимальная себестоимость; возможность комплексного использования; выбор не пищевого сырья по возможности; экологическая безопасность.
При выборе энергоресурсов следует помнить о необходимости их экономии и шире привлекать к использованию их вторичные источники, используя энерго-технологические системы и различные способы рекуперации тепла и других видов энергии.
С учетом полученных данных и в соответствии с принципами размещения химических производств обосновывается выбор места строительства предприятия.
Важнейшим экономическим фактором, определяющим необходимость проектирования и мощность данного производства, является потребность народного хозяйства в данном продукте. В связи с этим в пояснительной записке необходимо дать тщательный анализ существующих и перспективных потребностей в продукте для всех отраслей хозяйства, оценить существующие и перспективные масштабы производства с учетом потребности в продукте и на основе произведенной оценки подтвердить правильность выбранной мощности производства. Целесообразно использовать при этом данные, полученные в отделе сбыта предприятия в период производственной и преддипломной практик.
Наряду с данными о производстве продукта в нашей стране желательно привести материалы о производстве этого продукта в
26
других странах. Сопоставление указанных сведений позволяет более правильно подойти к выбору технологической схемы производства, единичной мощности агрегата и т.д.
Теоретические основы ведения процесса должны быть изучены студентом по учебным пособиям, журнальным статьям и моно-
графиям. Раздел «Теоретический анализ и физико-химическая
оптимизация основного химико-технологического процесса»
следует начать с анализа химической схемы технологического процесса: определить основные и побочные реакции, их последовательность и взаимосвязь. Далее необходимо дать термодинамическую характеристику процесса: тип реакций (равновесные или неравновесные); характер теплового эффекта (экзотермические или эндотермические), возможность их протекания в том или ином направлении. При одновременном протекании ряда реакций следует рассмотреть способы регулирования селективности процесса. Показать влияние отдельных факторов, таких как температура, давление, концентрация, соотношение компонентов и т.д., на повышение выхода продуктов реакции.
Для гетерогенных процессов проводится статический анализ с помощью диаграммы состояния соответствующей системы, определяются условия получения продукта высокого качества, условия его наибольшего выхода, максимального использования сырья, минимизации отходов.
При проведении кинетического анализа определяются условия обеспечения наибольшей скорости основной химической реакции и кинетическое время основного технологического процесса. Для гетерогеннокаталитических процессов следует осветить вопросы влияния катализаторов, описать их состав и наиболее важные фи- зико-химические и эксплуатационные свойства. При этом теоретические выкладки должны быть проиллюстрированы графиками, таблицами или формулами с обязательными ссылками на первоисточники.
На основании выводов термодинамического, статического и кинетического анализов производится физико-химическая оптими-
27
зация процесса. Делается общий вывод относительно рекомендуемых технологических режимов проведения процесса и его отдельных стадий.
Результаты теоретического анализа должны быть представлены в виде графиков, таблиц, диаграмм.
На основании выводов теоретического анализа производится физико-химическая оптимизация процесса. Делается общий вывод относительно рекомендуемых технологических режимов проведения процесса и его отдельных стадий.
В разделе «Материальный и энергетический балансы отделения (цеха) на часовую производительность» приводят матери-
альный баланс, который учитывает составы исходного сырья и готовой продукции, избыток одного из компонентов сырья, степень превращения реагентов, потери сырья и готового продукта. Исходными данными для составления материального баланса являются:
–технологическая схема, отражающая вид и последовательность стадий производства;
–производительность по данному продукту;
–потери сырья и готового продукта на каждой технологической стадии производства.
При проведении материальных расчетов широко пользуются приближенными эмпирическими уравнениями, номограммами, таблицами и другими материалами, значительно упрощающими материальные расчеты при сохранении их необходимой точности. Кроме того, в расчетах применяются данные о работе промышленных и опытных установок, имеющиеся в литературе.
В материальных расчетах химических процессов (реакции) теоретический выход продукта определяется по стехиометрическим уравнениям с учетом обратимости реакций, а затем на основе потерь продукта (побочные реакции, механические потери и т.д.) вводится поправка – коэффициент практического выхода продукта от теоретического. Сведения о практических выходах собираются студентом в период преддипломной практики или принимаются по литературным данным.
28
Материальный баланс является функцией совершенства и режима работы аппарата, принятого в проекте, и организации производства в целом. Поэтому следует иметь в виду, что материальный баланс не является незыблемым, так как за счет применения более совершенного оборудования и надлежащей организации производства потери продукта могут быть уменьшены, а выход продукта значительно увеличен.
Материальный расчет каждого аппарата или расчет отделения (цеха) в целом должен заканчиваться таблицей материального баланса. После проверки правильности расчета материального баланса проводят расчет теплового баланса. Тепловые балансы составляются по аппаратам или стадиям производства для определения расхода охлаждающей воды, греющего пара или температуры системы в конце процесса. Для тех аппаратов, в которых температура системы не влияет на протекание процесса или ее колебания невелики, тепловой баланс можно не составлять. Если в результате протекания химических реакций образуется тепло или избыточное давление, следует предусмотреть использование этих вторичных энергоресурсов. Составленные тепловые балансы оформляются в виде таблиц. При отсутствии практических данных потери тепла в окружающую среду могут быть приняты в пределах 3–5 % от прихода тепла.
По данным материальных и тепловых балансов производят расчет расходных коэффициентов сырьевых компонентов на тонну готового продукта. Кроме расходных коэффициентов сырья рассчитывают аналогичные величины, характеризующие расход воды, пара, топлива, энергии. Чем меньше расходные коэффициенты, тем экономичнее технологический процесс.
В разделе «Математическое моделирование процесса на ос-
нове результатов теоретического анализа и промышленного эксперимента, оптимизация технологического режима» должна быть рассмотрена или разработана математическая модель основного процесса с учетом его протекания в аппарате определенной конструкции. С этой целью последовательно разрабатываются кинети-
29
ческая модель химико-технологического процесса, гидродинамическая модель аппарата, модель теплопередачи и теплопереноса. Все эти данные обобщаются в систему уравнений обобщенной математической модели процесса. Проводится анализ уравнений математической модели, оцениваются ее параметры, начальные и граничные условия, выбирается метод реализации (расчета) математической модели на ЭВМ и выбирается алгоритм решения.
Далее проводится расчет на ЭВМ процесса с использованием математической модели (вычислительный эксперимент), при этом изучается влияние технологических параметров на степень превращения реагентов. Эти данные используются для оптимизации технологического режима. При возможности ставится и решается задача оптимизации технологического режима математическими методами.
В случае недостаточности данных, необходимых для составления математической модели, рекомендуется собрать в период преддипломной практики материал по пассивному или активному эксперименту на промышленном аппарате и затем осуществить разработку и исследование статистической математической модели.
Расчет основного аппарата. Выявление резервов увеличения производительности аппарата и интенсификации процесса.
Цель технологического расчета основных аппаратов – выбор их окончательной конструкции и определение основных характеристик. Для контактных аппаратов это площадь поперечного сечения и высота слоя катализатора, для абсорбционных и ректификационных колонн – их диаметр и высота, для сушилок-грануляторов – диаметр и длина, для аппаратов, в которых процесс лимитируется теплопередачей, – поверхность теплопередачи и т.д. При этом обязательно должны быть использованы результаты материальных и энергетических расчетов, данные о кинетическом времени пребывания реагентов, полученные при проведении теоретического анализа процесса, результаты математического моделирования химико-технологичес- кого процесса, протекающего в основном аппарате.
30