Помощь студентам в учебе
Разработка технологии очистки металлической стружки от масляных загрязнений в ремонтных производствах
|
Введение 5
1 Характеристика сталеплавильных предприятий. Проблема
накопления и транспортировки загрязненной стружки 10
1.1 Характеристика сталеплавильных предприятий 10
1.2 Проблема накопления и транспортировки загрязненной стружки.
Анализ нормативной документации 12
2 Основные методы и технологии утилизации отходов
металлообрабатывающего производства на примере ПАО «КуйбышевАзот» 16
2.1 Основные методы и технологии утилизации отходов
металлообрабатывающего производства 16
2.2 Анализ видов, свойств и способа переработки отходов,
образующихся в металлообрабатывающих цехах ПАО «КуйбышевАзот» 18
3 Исследование котельного топлива и его основные эксплуатационные характеристики 23
3.1 Разновидности котельного топлива 23
3.2 Основные эксплуатационные характеристики котельного
топлива 24
3.2.1 Вязкость 24
3.2.2 Содержание серы 24
3.2.3 Т емпература застывания 25
3.2.4 Температура вспышки 26
3.2.5 Коксуемость 26
3.2.6 Теплота сгорания 27
3.2.7 Плотность 27
3.2.8 Вредные примеси. Зольность 28
3.2.9 Механические примеси 28
3.2.10 Содержание воды 29
4 Выбор технологии и материалов очистки стружки от масляных
загрязнений. Выбор технологии приготовления котельного топлива... 31
4.1 Выбор технологии очистки стружки от масляных загрязнений.. 31
4.1.1 Способ очистки от масла замасленной стальной стружки и
окалины шламов прокатного производства 31
4.1.2 Способ очистки сыпучего материала от масел 32
4.1.3 Аппарат для очистки стружки от масел 33
4.2 Выбор растворителя для достижения эффективного удаления
масла и СОЖ с поверхности металлических изделий (стружки)... 35
4.3 Выбор технологии приготовления котельного топлива 37
4.3.1 Топливная композиция и способ ее получения 37
4.3.2 Способ получения бензино-водно-спиртовой эмульсии 37
4.3.3 Способ приготовления дисперсной водотопливной смеси и
котельная установка с системами приготовления и сжигания указанной смеси 39
5 Выбор рецептуры приготовления котельного топлива. Технология
очистки металлической стружки с последующим получением котельного топлива 41
5.1 Выбор состава смесей 41
5.2 Технология очистки металлической стружки от масляных
загрязнений 42
5.3 Технология получения котельного топлива 44
6 Исследование почвы и эксплуатационных свойств предлагаемого
котельного топлива 47
6.1 Исследование почвы на территории хранения стружки 47
6.2 Определение эксплуатационных характеристик смесей 51
6.2.1 Плотность 51
6.2.2 Расслаивание 53
6.2.3 Температура застывания 53
6.2.4 Температура вспышки в закрытом тигле (ГОСТ 6356-75).... 54
6.2.5 Коксуемость по методу Конрадсона (ГОСТ 19932-99) 55
6.2.6 Механические примеси 57
7 Экономическая эффективность предлагаемого решения. Расчет материального баланса 60
7.1 Экономическая эффективность предлагаемого решения 60
7.2 Расчет материального баланса 63
Заключение 74
Список используемых источников 76
1 Характеристика сталеплавильных предприятий. Проблема
накопления и транспортировки загрязненной стружки 10
1.1 Характеристика сталеплавильных предприятий 10
1.2 Проблема накопления и транспортировки загрязненной стружки.
Анализ нормативной документации 12
2 Основные методы и технологии утилизации отходов
металлообрабатывающего производства на примере ПАО «КуйбышевАзот» 16
2.1 Основные методы и технологии утилизации отходов
металлообрабатывающего производства 16
2.2 Анализ видов, свойств и способа переработки отходов,
образующихся в металлообрабатывающих цехах ПАО «КуйбышевАзот» 18
3 Исследование котельного топлива и его основные эксплуатационные характеристики 23
3.1 Разновидности котельного топлива 23
3.2 Основные эксплуатационные характеристики котельного
топлива 24
3.2.1 Вязкость 24
3.2.2 Содержание серы 24
3.2.3 Т емпература застывания 25
3.2.4 Температура вспышки 26
3.2.5 Коксуемость 26
3.2.6 Теплота сгорания 27
3.2.7 Плотность 27
3.2.8 Вредные примеси. Зольность 28
3.2.9 Механические примеси 28
3.2.10 Содержание воды 29
4 Выбор технологии и материалов очистки стружки от масляных
загрязнений. Выбор технологии приготовления котельного топлива... 31
4.1 Выбор технологии очистки стружки от масляных загрязнений.. 31
4.1.1 Способ очистки от масла замасленной стальной стружки и
окалины шламов прокатного производства 31
4.1.2 Способ очистки сыпучего материала от масел 32
4.1.3 Аппарат для очистки стружки от масел 33
4.2 Выбор растворителя для достижения эффективного удаления
масла и СОЖ с поверхности металлических изделий (стружки)... 35
4.3 Выбор технологии приготовления котельного топлива 37
4.3.1 Топливная композиция и способ ее получения 37
4.3.2 Способ получения бензино-водно-спиртовой эмульсии 37
4.3.3 Способ приготовления дисперсной водотопливной смеси и
котельная установка с системами приготовления и сжигания указанной смеси 39
5 Выбор рецептуры приготовления котельного топлива. Технология
очистки металлической стружки с последующим получением котельного топлива 41
5.1 Выбор состава смесей 41
5.2 Технология очистки металлической стружки от масляных
загрязнений 42
5.3 Технология получения котельного топлива 44
6 Исследование почвы и эксплуатационных свойств предлагаемого
котельного топлива 47
6.1 Исследование почвы на территории хранения стружки 47
6.2 Определение эксплуатационных характеристик смесей 51
6.2.1 Плотность 51
6.2.2 Расслаивание 53
6.2.3 Температура застывания 53
6.2.4 Температура вспышки в закрытом тигле (ГОСТ 6356-75).... 54
6.2.5 Коксуемость по методу Конрадсона (ГОСТ 19932-99) 55
6.2.6 Механические примеси 57
7 Экономическая эффективность предлагаемого решения. Расчет материального баланса 60
7.1 Экономическая эффективность предлагаемого решения 60
7.2 Расчет материального баланса 63
Заключение 74
Список используемых источников 76
Актуальность и научная значимость настоящего исследования обусловлена:
- необходимостью понижения экологических рисков при транспортировке загрязнённой стружки на сторонние предприятия;
- вторичное сырье, такое как стружка и отработанная смазочно-охлаждающая жидкость, не возвращаются в производство;
- минимизация потерь производственных ресурсов, используемых в технологических процессах механической обработки.
В виду стремительного роста металлургической промышленности, растет и потребность в материалах, а именно в металле. Темпы добычи металлов не успевают за ростом потребностей. Большую роль в экономике страны на данный момент имеет переработка отработанного металла, так как металлы, как полезное ископаемое, имеет огромное значение. Данный вид отходов успешно обрабатывается и переплавляется для производства различных материалов. На просторах нашей страны образуется огромное количество неиспользуемых металлических отходов, поэтому инвестирование в переработку металлов становится все более актуальной.
В производстве образуется большое количество ценного вторичного сырья. Внедрение его в технологический цикл предприятия увеличит ресурсосбережение и рентабельность производства, что особенно актуально в настоящее время введу истощения природных ресурсов [1].
Отходы механической обработки металлов являются наиболее ценным отходом в производстве, в частности, стальная стружка. Но формирующаяся на производстве стальная стружка загрязнена смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ). Это препятствует использование ее в литейном производстве. Уже существующие методы очистки стружки экологически несовершенны и имеют низкую эффективность.
Также на производстве образуется большое содержание уже отработанной СОЖ, непригодной для использования. Она скапливается в отдельных резервуарах и транспортируется на перерабатывающие предприятия. Для снижения количества отходов, транспортируемых на сторонние предприятия, с целью повышения экологической выгоды, необходимо принять меры по их снижению.
В связи с увеличением доли тяжёлых сернистых и высокосернистых нефтей в общем объёме добываемых и перерабатываемых, а также направлением на дальнейшее расширение ресурсов котельных топлив, была изучена возможность рационального использования вторичного сырья производства и предлагаемой технологии, такого как растворитель и отработанная смазочно-охлаждающая жидкость.
Объект исследования: процесс снижения экологической нагрузки на окружающую среду при хранении, транспортировке загрязненной металлической стружки.
Предмет исследования: методы очистки металлической стружки с реализацией вторичного сырья.
Цель исследования: повышение качества производимых деталей из вторичного сырья и экологической безопасности при хранении и транспортировке отработанных отходов металлообрабатывающих производств.
Гипотеза исследования состоит в том, что очистка металлической стружки способна повысить качество выпускаемой продукции из вторичного сырья и снизить антропогенное воздействие на окружающую среду.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- оценить вклад хранения и транспортировки металлической стружки на загрязнение окружающей среды;
- разработать меры по обеспечению экологической безопасности хранения и транспортировки металлической стружки;
- создание композиции котельного топлива на основе отходов предлагаемой технологии и отработанной смазочно-охлаждающей жидкости;
- провести расчет и оценить экономическую эффективность предлагаемой технологии.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: научные труды отечественных и зарубежных ученых в области очистки металлической стружки от масляных загрязнений и получению котельного топлива, существующие методы очистки и переработки вторичного сырья металлообрабатывающих цехов ПАО «КуйбышевАзот», методы расчета материальных балансов химической технологии.
Базовыми для настоящего исследования явились также: работы Фарнасова Г.А., Воробьева В.В., Афанасьева С.В., Булыжева Е.М. в области исследования способов очистки металлической стружки от масляных загрязнений.
Методы исследования: анализ литературных источников, количественный химический анализ, технико-экономические расчеты.
Опытно-экспериментальная база исследования: исследование проводилось на базе Тольяттинского государственного университета, санитарной лаборатории ПАО «КуйбышевАзот».
Научная новизна исследования заключается в:
- впервые предложена технология очистки металлической стружки от масляных загрязнений;
- впервые предложена технология получения котельного топлива из отходов производства.
Теоретическая значимость исследования заключается в: поиске и анализе патентной и научной литературы по существующим способам очистки металлической стружки от масляных загрязнений и существующим способам получения котельного топлива.
Практическая значимость исследования заключается в разработке технологического решения очистки металлической стружки от масляных загрязнений; в разработке технологического решения получения котельного топлива с использованием отходов металлообрабатывающего производства. При этом была разработаны технологические стадии очистки металлической стружки; выбран растворитель, применяемый в технологии; спроектирована технологическая схема получения котельного топлива; проведены расчеты экономической выгоды предлагаемой технологии очистки стружки и материального баланса. Технико-экономическое обоснование предложенного решения показало, что предлагаемая технология выполнима и способна увеличить прибыль предприятия.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались: точным соблюдением используемых источников, использованием современных методов расчета.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в поиске и анализе научной и патентной литературы, выборе и обосновании способа очистки металлической стружки от масляных загрязнений; выборе и обосновании способа получения котельного топлива; расчете материального баланса сгорания предлагаемого топлива; выборе оборудования для технологии очистки металлической стружки; химический анализ почвы и предлагаемого котельного топлива; экономическое обоснование предлагаемого способа очистки металлической стружки от масляных загрязнений.
Апробация и внедрения результатов работы велись в течении всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях: опубликована научная статья в научной онлайн журнале «Химическая техника», тема статьи «Технологические аспекты очистки металлической стружки от СОЖ», дата публикации 19.08.2019 г. Принята к публикации статья в научный журнал «Globus», тема статьи «Разработка технологии очистки металлической стружки от масляных загрязнений в ремонтных производствах».
На защиту выносятся:
- предлагаемая технология очистки металлической стружки от масляных загрязнений;
- предлагаемый способ получения котельного топлива с
использованием отходов производства;
- эксплуатационные свойства полученного котельного топлива;
- экономические показатели предложенного способа очистки стружки от масляных загрязнений.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, содержит 9 рисунков, 22 таблицы, список использованной литературы (90 источников). Основной текст работы изложен на 84 страницах
- необходимостью понижения экологических рисков при транспортировке загрязнённой стружки на сторонние предприятия;
- вторичное сырье, такое как стружка и отработанная смазочно-охлаждающая жидкость, не возвращаются в производство;
- минимизация потерь производственных ресурсов, используемых в технологических процессах механической обработки.
В виду стремительного роста металлургической промышленности, растет и потребность в материалах, а именно в металле. Темпы добычи металлов не успевают за ростом потребностей. Большую роль в экономике страны на данный момент имеет переработка отработанного металла, так как металлы, как полезное ископаемое, имеет огромное значение. Данный вид отходов успешно обрабатывается и переплавляется для производства различных материалов. На просторах нашей страны образуется огромное количество неиспользуемых металлических отходов, поэтому инвестирование в переработку металлов становится все более актуальной.
В производстве образуется большое количество ценного вторичного сырья. Внедрение его в технологический цикл предприятия увеличит ресурсосбережение и рентабельность производства, что особенно актуально в настоящее время введу истощения природных ресурсов [1].
Отходы механической обработки металлов являются наиболее ценным отходом в производстве, в частности, стальная стружка. Но формирующаяся на производстве стальная стружка загрязнена смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ). Это препятствует использование ее в литейном производстве. Уже существующие методы очистки стружки экологически несовершенны и имеют низкую эффективность.
Также на производстве образуется большое содержание уже отработанной СОЖ, непригодной для использования. Она скапливается в отдельных резервуарах и транспортируется на перерабатывающие предприятия. Для снижения количества отходов, транспортируемых на сторонние предприятия, с целью повышения экологической выгоды, необходимо принять меры по их снижению.
В связи с увеличением доли тяжёлых сернистых и высокосернистых нефтей в общем объёме добываемых и перерабатываемых, а также направлением на дальнейшее расширение ресурсов котельных топлив, была изучена возможность рационального использования вторичного сырья производства и предлагаемой технологии, такого как растворитель и отработанная смазочно-охлаждающая жидкость.
Объект исследования: процесс снижения экологической нагрузки на окружающую среду при хранении, транспортировке загрязненной металлической стружки.
Предмет исследования: методы очистки металлической стружки с реализацией вторичного сырья.
Цель исследования: повышение качества производимых деталей из вторичного сырья и экологической безопасности при хранении и транспортировке отработанных отходов металлообрабатывающих производств.
Гипотеза исследования состоит в том, что очистка металлической стружки способна повысить качество выпускаемой продукции из вторичного сырья и снизить антропогенное воздействие на окружающую среду.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- оценить вклад хранения и транспортировки металлической стружки на загрязнение окружающей среды;
- разработать меры по обеспечению экологической безопасности хранения и транспортировки металлической стружки;
- создание композиции котельного топлива на основе отходов предлагаемой технологии и отработанной смазочно-охлаждающей жидкости;
- провести расчет и оценить экономическую эффективность предлагаемой технологии.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: научные труды отечественных и зарубежных ученых в области очистки металлической стружки от масляных загрязнений и получению котельного топлива, существующие методы очистки и переработки вторичного сырья металлообрабатывающих цехов ПАО «КуйбышевАзот», методы расчета материальных балансов химической технологии.
Базовыми для настоящего исследования явились также: работы Фарнасова Г.А., Воробьева В.В., Афанасьева С.В., Булыжева Е.М. в области исследования способов очистки металлической стружки от масляных загрязнений.
Методы исследования: анализ литературных источников, количественный химический анализ, технико-экономические расчеты.
Опытно-экспериментальная база исследования: исследование проводилось на базе Тольяттинского государственного университета, санитарной лаборатории ПАО «КуйбышевАзот».
Научная новизна исследования заключается в:
- впервые предложена технология очистки металлической стружки от масляных загрязнений;
- впервые предложена технология получения котельного топлива из отходов производства.
Теоретическая значимость исследования заключается в: поиске и анализе патентной и научной литературы по существующим способам очистки металлической стружки от масляных загрязнений и существующим способам получения котельного топлива.
Практическая значимость исследования заключается в разработке технологического решения очистки металлической стружки от масляных загрязнений; в разработке технологического решения получения котельного топлива с использованием отходов металлообрабатывающего производства. При этом была разработаны технологические стадии очистки металлической стружки; выбран растворитель, применяемый в технологии; спроектирована технологическая схема получения котельного топлива; проведены расчеты экономической выгоды предлагаемой технологии очистки стружки и материального баланса. Технико-экономическое обоснование предложенного решения показало, что предлагаемая технология выполнима и способна увеличить прибыль предприятия.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались: точным соблюдением используемых источников, использованием современных методов расчета.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в поиске и анализе научной и патентной литературы, выборе и обосновании способа очистки металлической стружки от масляных загрязнений; выборе и обосновании способа получения котельного топлива; расчете материального баланса сгорания предлагаемого топлива; выборе оборудования для технологии очистки металлической стружки; химический анализ почвы и предлагаемого котельного топлива; экономическое обоснование предлагаемого способа очистки металлической стружки от масляных загрязнений.
Апробация и внедрения результатов работы велись в течении всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях: опубликована научная статья в научной онлайн журнале «Химическая техника», тема статьи «Технологические аспекты очистки металлической стружки от СОЖ», дата публикации 19.08.2019 г. Принята к публикации статья в научный журнал «Globus», тема статьи «Разработка технологии очистки металлической стружки от масляных загрязнений в ремонтных производствах».
На защиту выносятся:
- предлагаемая технология очистки металлической стружки от масляных загрязнений;
- предлагаемый способ получения котельного топлива с
использованием отходов производства;
- эксплуатационные свойства полученного котельного топлива;
- экономические показатели предложенного способа очистки стружки от масляных загрязнений.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, содержит 9 рисунков, 22 таблицы, список использованной литературы (90 источников). Основной текст работы изложен на 84 страницах
В рамках работы решены все поставленные задачи.
В ходе исследования экологической опасности и технологических проблем накопления и транспортировки загрязненной стружки, было установлено, что разливается и испаряется около 50 % масляных загрязнений. Так же по данным специалистов на данный момент около 8 миллионов тонн сильно окисленной стружки хранится на полигонах, загрязняя окружающую среду.
При дальнейшем анализе почвы с площадки хранения металлолома была выявлена средняя степень загрязнения, а именно 2068 мг/дм3. Следовательно, существующий метод накопления отход существенно влияет на окружающую среду и требует внедрения иных способов хранения или очистки сырья.
При анализе существующих методов очистки стружки выявлена их малая технологическая эффективность. Все методы имеющиеся методы не способны качественно очистить стружку от масляных загрязнений. В следствии этого снижается качество производимых деталей из вторичного металла (показатель качества может снижаться более чем на 50 %).
Предприятие ПАО «КуйбышевАзот» не имеет станций по очистке загрязненной стружки и реализации отработанной СОЖ. Все вторичное сырье вывозится на сторонние предприятия на переработку и сжигание. Данные меры являются нерентабельными, так как средства затрачиваются не только на закупку сырья, но и на транспортировку загрязненных отходов на сторонние предприятия по переработке, без извлечения выгоды.
Предложенная комплексная технология очистки загрязненной стружки от масляных загрязнений с последующим получением котельного топлива из отходов производства способна повысить спрос на вторичное сырье и его рынок, за счет их реализации. Оборудование для осуществления процесса очистки металлической стружки подобрано с учетом оптимального соотношения энергетических и экономических затрат, что подтверждает выполняемость и рентабельность предлагаемой технологии.
Технология получения котельного топлива способна повысить продуктивность затрачиваемых ресурсов предприятия в процессах металлообработки, за счет возврата вторичного сырья производства (растворитель и отработанная СОЖ) в технологический цикл. Предлагаемая технология получения котельного топлива, компонентом которого является отработанная смазочно-охлаждающая жидкость, не имеет аналогов.
Практическое изучение эксплуатационных свойств (плотность, расслаивание, температура застывания, температур вспышки в закрытом тигле, коксуемость по методу Конрадсона и механические примеси) предлагаемого топлива дало положительные результаты. Полученные результаты не только удовлетворяли значения ГОСТа, но и в несколько раз их превосходили (максимальная зафиксированная температура застывания на 38 % превосходит лучший показатель по ГОСТу).
Стоимость инвестиций предприятия в предлагаемую технологию составят 1550000 рублей. Увеличение прибыли с продажи брикетов очищенной стружки, по сравнению с загрязненной увеличится с 742500 рублей, до 2190000 рублей (увеличение прибыли на 295 %). Все инвестиции предприятия в предлагаемое производство окупаются в первый год внедрения технологии, с последующим увеличением прибыли, по сравнению с имеющейся системой сбыта.
Рассчитан материальный баланс горения многокомпонентного жидкого топлива. Исходные вещества полностью переходят в продукты реакции.
Предложенная технология практически значима и имеет экономическую эффективность в производстве.
В ходе исследования экологической опасности и технологических проблем накопления и транспортировки загрязненной стружки, было установлено, что разливается и испаряется около 50 % масляных загрязнений. Так же по данным специалистов на данный момент около 8 миллионов тонн сильно окисленной стружки хранится на полигонах, загрязняя окружающую среду.
При дальнейшем анализе почвы с площадки хранения металлолома была выявлена средняя степень загрязнения, а именно 2068 мг/дм3. Следовательно, существующий метод накопления отход существенно влияет на окружающую среду и требует внедрения иных способов хранения или очистки сырья.
При анализе существующих методов очистки стружки выявлена их малая технологическая эффективность. Все методы имеющиеся методы не способны качественно очистить стружку от масляных загрязнений. В следствии этого снижается качество производимых деталей из вторичного металла (показатель качества может снижаться более чем на 50 %).
Предприятие ПАО «КуйбышевАзот» не имеет станций по очистке загрязненной стружки и реализации отработанной СОЖ. Все вторичное сырье вывозится на сторонние предприятия на переработку и сжигание. Данные меры являются нерентабельными, так как средства затрачиваются не только на закупку сырья, но и на транспортировку загрязненных отходов на сторонние предприятия по переработке, без извлечения выгоды.
Предложенная комплексная технология очистки загрязненной стружки от масляных загрязнений с последующим получением котельного топлива из отходов производства способна повысить спрос на вторичное сырье и его рынок, за счет их реализации. Оборудование для осуществления процесса очистки металлической стружки подобрано с учетом оптимального соотношения энергетических и экономических затрат, что подтверждает выполняемость и рентабельность предлагаемой технологии.
Технология получения котельного топлива способна повысить продуктивность затрачиваемых ресурсов предприятия в процессах металлообработки, за счет возврата вторичного сырья производства (растворитель и отработанная СОЖ) в технологический цикл. Предлагаемая технология получения котельного топлива, компонентом которого является отработанная смазочно-охлаждающая жидкость, не имеет аналогов.
Практическое изучение эксплуатационных свойств (плотность, расслаивание, температура застывания, температур вспышки в закрытом тигле, коксуемость по методу Конрадсона и механические примеси) предлагаемого топлива дало положительные результаты. Полученные результаты не только удовлетворяли значения ГОСТа, но и в несколько раз их превосходили (максимальная зафиксированная температура застывания на 38 % превосходит лучший показатель по ГОСТу).
Стоимость инвестиций предприятия в предлагаемую технологию составят 1550000 рублей. Увеличение прибыли с продажи брикетов очищенной стружки, по сравнению с загрязненной увеличится с 742500 рублей, до 2190000 рублей (увеличение прибыли на 295 %). Все инвестиции предприятия в предлагаемое производство окупаются в первый год внедрения технологии, с последующим увеличением прибыли, по сравнению с имеющейся системой сбыта.
Рассчитан материальный баланс горения многокомпонентного жидкого топлива. Исходные вещества полностью переходят в продукты реакции.
Предложенная технология практически значима и имеет экономическую эффективность в производстве.