Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор. цель и задачи исследований 8
1.1 Сырьё для получения активных углей 8
1.1.1 Синтез активных углей из отходов растительного происхождения 9
1.1.2 Получение углеродных сорбентов из нетрадиционного сырья 13
1.1.3 Производство углеродных сорбентов из каменного угля 17
1.2 Процессы и технологии синтеза углеродных сорбентов 20
1.2.1 Методы активации 20
1.2.2 Технология и оборудование получения активных углей 31
1.3 Адсорбционные процессы 36
1.3.1 Теоретические основы и описание адсорбционных процессов 38
1.3.2 Адсорбционные методы исследования поверхности 45
1.3.3 Адсорбция из водных растворов углеродными адсорбентами 49
1.4 Практическое применение АУ для адсорбции из жидкой фазы 52
1.4.1 Использование активного угля для очистки воды 53
1.4.2 Использование активированного угля для извлечения йода 57
1.5 Выводы по аналитическому обзору 61
1.6 Цель и задачи исследования 63
2 Объекты и методы исследования 64
2.1. Характеристика сырья 64
2.2 Подготовка образцов 65
2.3 Получение активных углей 65
2.4 Методика выщелачивания угольных остатков пиролиза 66
2.5 Методика балансовых исследований 66
2.6 Методы анализа активных углей 67
2.6.1 Определение насыпной плотности '. 67
2.6.2 Определение содержания золы 67
2.6.3 Определение содержания воды в угле 67
2.6.4 Определение адсорбционной активности по йоду 67
2.6.5 Определение осветляющей способности по метиленовому голубому 68
2.6.6 Определение адсорбционных свойств по гексану 69
2.6.7 Изучение пористой структуры адсорбентов 69
2.7 Определение содержания гидроксида и карбоната натрия в щелоке 70
2.8 Характеристика подземного рассола 70
2.8 Методы определения йода в воде 70
2.8.1 Окисление йодида до свободного йода в исходной воде 71
2.8.2 Потенциометрическое определение йода 71
2.9 Методика адсорбции йода из бурового рассола 72
2.10 Оценка достоверности полученных экспериментальных данных 72
3 Экспериментальная часть 74
3.1 Влияние условий предпиролиза и пиролиза на выход и свойства активных углей 74
3.1.1 Влияние условий предпиролиза на выход и сорбционные свойства активированного угля 74
3.1.2 Влияние условий пиролиза на выход и сорбционные свойства активированного угля 79
3.1.3 Зависимость сорбционных свойств активированного угля от содержания NaOH и ШгС03 в щелоках 81
3.1.4 Выводы по разделу 3.1 83
3.2 Использование методов планирования эксперимента для определения условий синтеза активных углей 84
3.2.1 Влияние условий термохимической активации древесных опилок на адсорбционно-структурные свойства активированного угля 85
3.2.2 Влияние условий термохимической активации коры на адсорбционно-структурные свойства активного угля 92
3.3 Поисковое исследование, направленное на увеличение выхода активированного угля 100
3.3.1 Влияние дозировки и времени выдержки исходного сырья с фосфорной кислотой на выход и сорбционные свойства активированного угля 101
3.3.2 Зависимость выхода и сорбционных свойств АУ от условий предпиролиза опилок, обработанных Н3РО4 103
3.3.3 Выводы по разделу 3.3 105
3.4. Использование активного угля для извлечения йода из природных буровых рассолов .' 105
3.4.1 Влияние температуры предпиролиза и дозировки NaOH полученных углей на адсорбцию йода 107
3.4.2 Влияние условий ТХА на сорбционные свойства активных углей пригодных для адсорбции йода из буровых рассолов 108
3.4.3 Способы получения йода из природных буровых вод 109
3.4.4 Выводы к разделу 3.4 114
4 Технологическая часть 115
4.1. Технология синтеза активного угля методом термохимической активации в присутствии NaOH ' 115
4.2 Расчёт материального и теплового баланса процесса синтеза активированного угля 118
5 Экономическая эффективность производства 125
Основные выводы 130
Список использованных источников
- Синтез активных углей из отходов растительного происхождения
- Методика выщелачивания угольных остатков пиролиза
- Влияние условий предпиролиза на выход и сорбционные свойства активированного угля
- Расчёт материального и теплового баланса процесса синтеза активированного угля
Введение к работе
Масштабы образования вторичных ресурсов на лесоперерабатывающих предприятиях России соизмеримы с производимой конечной продукцией. При отсутствии условий для переработки в полезную продукцию они превращаются в отходы. Следует считать актуальной такую переработку вторичных ресурсов, при которой из объектов, загрязняющих окружающую среду, они превращаются в продукты, ее защищающие. Наиболее эффективными продуктами подобного назначения являются углеродные адсорбенты различных классов.
Углеродные адсорбенты (активные угли), благодаря таким уникальным свойствам, как развитая активная поверхность, регулируемая пористость, хорошая электрическая проводимость, термическая и радиационная стойкость, находят широкое применение в различных областях народного хозяйства. Огромное количество активных углей необходимо для решения экологических проблем, связанных с подготовкой питьевой воды, очисткой сточных вод и газовых выбросов, рекуперацией органических растворителей. Расширяются области использования активных углей в медицине и фармацевтике. Таким образом, на сегодняшний день потребность в углеродных сорбентах намного превышает объёмы их производства.
Однако расширенное воспроизводство адсорбентов по существующим в мире технологиям экономически нецелесообразно, так как это потребует отвлечения огромных сырьевых, материальных и людских ресурсов в других отраслях. В связи с этим в настоящее время достаточно актуальным является совершенствование способов производства углеродных адсорбентов из отходов и малоценных продуктов предприятий химико-лесного комплекса.
Не менее важной задачей является повышение адсорбционных свойств активных углей, а также направленного формирования их пористой структуры.
Для синтеза активных углей (АУ) чаще всего используются методы парогазовой активации. Вместе с тем древесные материалы представляют интерес и для термохимической активации. Это вызвано в первую очередь тем, что древесное сырьё легко импрегнируется реагентами на всю глубину. В качестве активирующих агентов при термохимической активации используются кислоты (Н3РО4, H2S04 и др.), щёлочи (КОН, NaOH) и соли (ZnCl2).
Одним из направлений химического активирования является использование в качестве активирующего агента NaOH. Активирование углеродной матрицы ионами натрия в наиболее активной форме - форме гидроксида — обеспечивает формирование развитой пористой структуры АУ. Однако использование NaOH ограничивается по причине высоких расходов на активацию и сложности регенерации из отработанных промывных растворов. В связи с этим возникает задача определения условий подготовки сырья к термохимической активации, требующих минимального расхода данного реагента.
Синтез активных углей из отходов растительного происхождения
Неликвидная березовая щепа, образующаяся при эксплуатации рубильных машин, и щепа канифольно-экстракционных заводов может быть использована в качестве сырья для получения активированного угля [23, 24]. На основании испытаний и отработки технологии показано, что активные угли из щепы по своим физико-химическим и адсорбционным свойствам превосходят промышленные марки углей, производимых из крупнокусковой древесины. Так, активный уголь из березовой щепы имеет адсорбционную активность по метиленовому голубому — 290 мг/г, адсорбционную активность по мелассе — 106, зольность — 7,5%, т.е. полученный активный уголь соответствует техническим требованиям на уголь активный осветляющий марки ОУ-А ГОСТ 4453-74. Активный уголь из щепы канифольно-экстракционных заводов по всем показателям превосходит активный уголь ОУ-А.
Характеристики активных углей позволяют их использовать в медицинской и фармацевтической промышленности, для очистки медицинских препаратов, технологических растворов и в других областях.
Потенциально ценным сырьем для переработки методами пиролиза являются отходы окорки древесины [25]. Учитывая высокую природную пористость корьевых отходов, наличие в них минеральных компонентов, катализирующих процесс газификации, а следовательно и активации, можно предположить, что синтез АУ на их основе должен протекать в более «мягких» условиях и с большим выходом. Активные угли, получаемые из коры древесины хвойных пород обеспечивают более полное изъятие из сточных вод загрязняющих веществ, характеризуемых показателем ХПК, чем ОУ-А, и равноценны с ним по сорбции загрязняющих веществ, определяемых БПК. Выход АУ из коры в 1,5 раза выше, чем из опилок в аналогичных условиях. По сравнению с ОУ-А угли из коры лучше сорбируют лигносульфонаты, хлорлигнины и сульфатный лигнин [22]. Однако при очень хороших адсорбционных характеристиках этот уголь имеет несколько повышенную зольность, что можно объяснить более высоким содержанием зольных элементов в коре [5].
Многотоннажным отходом лесохимического производства (20-30% от веса древесины) является лигнин, поэтому большое внимание уделяется его использованию для переработки в активный уголь [26, 27]. В обзоре [28] дан анализ процессов пиролиза технических лигнинов (лигнинов в составе щелоков, гидролизного лигнина и шлам-лигнина) с целью получения адсорбентов с регенерацией химикатов. Обсуждение многочисленной патентной литературы, литературных данных и собственных работ автора позволили сделать вывод, что пиролиз технических лигнинов является альтернативой другим методам переработки, если он преследует получение сорбентов с одновременной регенерацией химикатов и получением тепла [28].
Тенденция к более глубокой переработке растительного сырья ставит задачи рационального использования тех элементов растений, которые прежде считались отходами. Одним из них является скорлупа и шрот кедрового ореха. Шрот - отход переработки кедрового ореха на масло, состоящий из скорлупы - 50 % и остатков обезжиренных ядер ореха. Пирогенетическая переработка скорлупы и шрота кедрового ореха позволяет решить экологическую задачу утилизации отхода, расширяет сырьевую базу производства активных углей и лесохимических продуктов. [29 - 31]. Скорлупа ореха имеет полусферическую форму. Газодинамика процесса активирования такова, что газы активирования свободно не могут проникать внутрь скорлупы, поэтому процесс образования вторичной мезопористой структуры угля протекает замедленно. Для устранения этого недостатка процесса было предложено измельчать скорлупу настолько, чтобы разрушить сферы, изменить газодинамику процесса активирования. В результате получили активный уголь с осветляющей способностью по метиленовому голубому около 200 мг/г, что ниже требования ГОСТ 4453-74 и свидетельствует о слабо развитой мезопористой структуре углей; сорбционная активность по йоду превысила показатели ГОСТ 6217-74 и составила 87-99%, что свидетельствует о хорошо развитой микропористой структуре [30]. При пиролизе скорлупы кедровых орехов получаются зернёные активные угли, отличающиеся отсутствием вредных примесей (при парогазовой активации), высокой механической прочностью и очень тонкими порами, что делает их идеальными для медицинских, пищевых и других целей [32].
На опытной установке АО НИИ "Химволокно" (С.-Петербург) в качестве сырья для получения активированного угля использовали отход льноперераба-тывающей промышленности (льняную костру) [33]. Температуру карбонизации костры варьировали в интервале 500-900С при скорости повышения температуры 5 град/мин. Активацию карбонизованной костры проводили в среде водяного пара при температуре 900С и постоянной подаче азота. Эффективность процессов оценивали по следующим показателям карбонизованной костры (УК) и активированной костры (УАК): насыпная плотность, влажность, зольность, адсорбционная активность по метиленовому голубому, предельный объем сорбционного пространства по бензолу. Для всех образцов активированных углей, полученных на основе костры льна, наблюдается тенденция уменьшения насыпной плотности с увеличением степени обгара. Установлено, что активированный сорбент целесообразно получать на основе костры, карбонизованной при 550С. Сравнение характеристик структуры традиционных углей и полученных на основе костры льна показало, что они обладают сравнительной удельной поверхностью 400-600 м /г.
Методика выщелачивания угольных остатков пиролиза
Пористую структуру изучали обработкой изотерм адсорбции-десорбции азота. Изотермы адсорбции снимали при температуре жидкого азота на хроматогра-фической установке [136, 157].
Удельную поверхность синтезируемых активных углей определяли газохро-матографическим методом тепловой десорбции. Метод основан на адсорбции азота твёрдым телом из потока смеси азот - гелий при температуре жидкого азота и последующей десорбции азота путём повышения температуры образца, что достигается удалением хладоагента. Расчёт удельной поверхности производили графически методами Брунауэра, Эммета, Теллера (БЭТ) и Ленгмюра. При этом площадь, занимая молекулой азота на поверхности сорбента, принималась равной 0,162 нм2.
Общий объём сорбирующих пор и объём микропор, соответствующий участку относительного давления до 0,2, оценивали по десорбционной ветви изотермы адсорбции [127].
При анализе промывных вод от выщелачивания твердых продуктов пиролиза (щелоков) использовали методики, принятые для анализа щелоков сульфат-целлюлозного производства. Содержание гидроксида и карбоната натрия определяли потенциометрическим титрованием [158].
Для анализа был использован подземный рассол Северодвинского месторождения. Химический состав и качество воды было определено по ГОСТированным методикам [159— 167].
Исследуемая вода относится к классу среднеминерализованных йодных вод срН = 6[159]. Главными компонентами подземного водного рассола являются хлорид-ионы - ПО - 120 г/м [161], ионы натрия - 87 — 92 г/м [162], ионы магния и кальция - 75 - 80 г/м3 [166], гидрокарбонат-ионы - 118 - 122 г/м3 [167]. Концентрация йода в воде составляет 26 - 28 г/м3 [163].
В буровой воде содержится около 0,05 кг/м3 железа [164, 165]. При выходе воды на поверхность двухвалентное железо окисляется кислородом воздуха и выпадает в виде гидроксида железа. Так же в воде присутствуют соли органических кислот (нафтеновых кислот) - 1 мг-экв/л [160].
Измерение концентрации йода основано на окислении йодидов до йодатов в кислой среде с восстановлением последних до свободного йода. Количественное определение проводили йодометрическим титрованием [168]. Нижний предел измерения йода в анализируемой пробе 10 мкг. Другие галогены определению не мешают.
Содержащийся в исходной воде йод в форме йодида окисляют раствором гипохлорита натрия до свободного йода: 2Г + ОСТ + 2Н+ = 12 + СГ + Н20 В конце этой реакции в области 580-600 мВ наблюдается заметный скачок потенциала, который можно использовать для определения эквивалентной точки. Титрование производят до заданного значения потенциала 575 - 590 мВ [168].
Источником погрешностей при потенциомегрическом титровании гипохло-ритом натрия могут быть значительные количества двухвалентного железа, влияющего на значение потенциала в эквивалентной точке.
Содержащиеся в анализируемой воде ионы Г окисляют нитритом натрия до свободного йода: 21" + 2NaN02 + 4НС1 = h + 2NO + 2NaCl + 2Н20 + 2С1" Реакция идет в кислой среде при рН = 2. Свободный йод оттитровывают сульфатом гидразина в гидрокарбонатной среде при рН = 5,2 - 5,8. 212 + N2H4-H2S04 = 4Ш + N2 + H2S04 При титровании сульфатом гидразина в конце реакции наблюдается резкий скачок потенциала в области 400-450 мВ [160].
Проведение анализа. В стакан для титрования вносят 100 мл анализируемой воды, добавляют 1-2 капли метилового оранжевого, 2 мл серной кислоты (раствор 1:1), 2 мл нитрита натрия и выдерживают 3 мин для окисления. Затем нейтрализуют гидрокарбонатом натрия до перехода окраски индикатора из оранжевого в желтый. Свободный йод титруют сульфатом гидразина до потенциала 450-400 мВ. Последние капли титранта добавляют очень медленно.
Содержание йода в воде рассчитывают по формуле х = ШЖ.у (2.2) 100 где х - содержание йода, мг/л; 1,27 - количество йода, соответствующее 1 мл 0,01 н. раствора сульфата гидразина, мг; V- объем израсходованного на титрование 0,01 раствора сульфата гидразина, мл.
В коническую колбу на 1500 мл вносили 1 л воды и подкисляли серной кислотой (раствор 1:1) для предотвращения гидролиза гипохлорита натрия. По методике 2.8.1 добавляли гипохлорит натрия до потенциала 575 - 585 мВ.
В колбу с окисленной водой вносили навеску абсолютно сухого порошкообразного угля в количестве 0,1 г на 1 л воды. Сорбцию вели в течении 30 минут при постоянном перемешивании на магнитной мешалке.
После завершения сорбции взвешенный уголь отделяли от водного рассола путём центрифугирования. Разделение проводили в течение 5 минут, скорость вращения центрифуги при этом была 3000 об./мин. Фугат исследовали на остаточное содержание в воде йода после сорбции.
Для оценки достоверности полученных экспериментальных данных опыты обычно дублировали с последующим расчётом построчной дисперсии воспроизводимости SB2 и суммы квадратов отклонений Se. Так как опыты дублировались одинаковое количество раз, проверка воспроизводимости осуществлялась с использованием критерия Кохрена: G = (SB2(max) / Se) Ga (у - 1, N) (2.3) где Ga (у - 1, N) - табличное значение критерия Кохрена при уровне значимости принимаемом, как правило, равным 0,05; у - количество дублей; N - общее число опытов.
Если значение Кохрена по опытным данным не превосходит его критическое значение, найденное из таблиц [169, 170], мы делаем заключение, что опыты хорошо воспроизводимы. Если по расчёту оказывалось, что G (критерий опыта) превос ходит Ga (у - 1, N), опыт с максимальной дисперсией мы либо исключали из рассмотрения, либо, чаще всего, его повторяли с целью выяснения вопроса, случайным ли было отклонение.
Среднее значение дисперсии воспроизводимости, за вычетом дисперсии опытов с максимальным отклонением, использовали для оценки доверительного интервала 8 получаемых зависимостей: е {3ы (2А) где: t - критическое значение критерия Стьюдента для заданного уровня значимости a = 0,05 и числа степеней свободы f2. Число степеней свободы рассчитывали по формуле f2 = N х (у - 1).с
При использовании методов планированного эксперимента для проведения исследований наряду с оценкой дисперсии воспроизводимости однородности ряда полученных дисперсий, требовалось определить значимость коэффициентов уравнений регрессии. В соответствии с соответствующими рекомендациями для оценки значимости коэффициентов и в данном случае использовали критерий Стыодента [169].
Дисперсию воспроизводмости в ротатабельных планах определяли постановкой в центре плана параллельных опытов, количество которых зависело от числа независимых переменных. Для трёх переменных число параллельных опытов равнялось 6. Полученное таким образом значение дисперсии воспроизводимости использовали в последующем для оценки доверительного интервала и значимости коэффициентов. Принцип ротатабельности предполагает, что дисперсия не зависит от уровней факторов и постоянна во всём интервале исследуемой поверхности отклика.
Влияние условий предпиролиза на выход и сорбционные свойства активированного угля
Как указывалось выше, в условиях пиролиза гидроксид натрия частично превращается в карбонат натрия. Получаемые угли отмываются от содопродуктов (раздел 2.4), в результате Na2C( 3 и остаток NaOH переходят в промывные воды. В ходе эксперимента определялось содержание в промывных водах неизрасходованного на термохимическую активацию гидроксида, а также образовавшегося карбоната натрия.
На основании имеющихся теоретических предпосылок можно предположить, что NaOH принимает непосредственное участие в химических реакциях термического разложения макромолекул компонентов древесины и продуктов их превращений в процессе предпиролиза. Предложено несколько механизмов подобного участия указанного реагента в процессах пиролиза углеродной матрицы. Однако все они предполагают наличие определенного избытка NaOH, а значит сохранение его в свободном виде в конце реагирования. Представляло интерес экспериментально оценить влияние этого избытка NaOH на свойства получаемых активных углей.
С другой стороны не менее важным являлось выяснение наличия или отсутствия зависимости выхода и свойств углей от количества прореагировавшего NaOH, которое количественно, скорее всего, можно оценить по содержанию Na2C03 в промывной воде. Вместе с тем в процессе пиролиза и последующей отмывки угольного остатка наблюдаются потери реагента. Так как эмиссия NaOH и Na2C03 в условиях термообработки при температуре 600С вряд ли будет иметь место, скорее всего NaOH будет теряться или по реакциям химического реагирования с материалом реторты, приводящем к образованию водонерастворимых веществ, или отмываемые соединения не будут оттитровываться в наших условиях соляной кислотой. Причем с увеличением дозировок реагента на термохимическую активацию потери NaOH должны закономерно возрастать. Поэтому представляло интерес оценить влияние избытка NaOH и образовавшегося в процессе термохимических превращений Na2C03 на сорбционные свойства активных углей в расчете не на распределение их в промывных водах, а относительно от того количества, которое было введено в сырье перед пиролизом.
Влияние содержащихся в промывных водах NaOH и Na2C03 на сорбционные свойства активных углей было рассмотрено на примере древесных опилок (рисунок 3.5). Учитывая результаты предыдущих исследований, предположили, что характер зависимостей должен быть таким же и для активных углей из коры.
При увеличении содержания в щёлоке NaOH до 45 - 50 % сорбционные свойства активированного угля постепенно увеличиваются и затем стабилизируются, в то время как увеличение содержания Na2C03 в щелоке приводит к уменьшению адсорбционных свойств угля.
Таким образом, высказанное выше предположение о возможном влиянии расходования реагента термохимической активации - NaOH на формирование сорбционных свойств активных углей находит некоторое подтверждение. В процессе реагирования и образования Na2C03 происходит улучшение сорбционных свойств, при отсутствии реагирования и соответствующем образовании Na2C03 (по его накоплению в промывных водах) увеличение сорбционных свойств не наблюдается.
На основании полученных экспериментальных данных можно утверждать, что улучшение сорбционных свойств наблюдается до степени превращения NaOH в реакциях термохимической активации вплоть до 50 % от общего его содержания в промывной воде, а значит и в угольном остатке после термообработки. и 650
1. Экспериментальным путём установлено, что оптимальной температурой предпиролиза является 400С при продолжительности 180 минут, дозировка NaOH при этом должна быть 100 усл.ед. В данных условиях синтезируются осветляющие угли с сорбционными свойствами в 2,5 раза превышающие требования, предъявляемые к промышленно получаемым АУ подобного класса. 2. Основное влияние на формирование сорбционных свойств оказывает температура термохимической активации (ТХА). Установлено, что наиболее предпочтительной температурой ТХА является 600 - 650С при продолжительности процесса 80 минут.
3. Выход углей из коры примерно в 1,3 раза выше по сравнению с их выходом при использовании в качестве сырья древесных опилок. Сорбционные свойства углеродных сорбентов слабо зависят от вида исходного сырья.
Процессы переработки древесных отходов характеризуются сложной многоуровневой организацией, которая обладает следующими признаками: многофакторностью воздействия и откликов, сложностью алгоритмов планирования, проведения и обработки результатов технологического эксперимента, необходимостью проведения имитационных экспериментов. Внешний потенциал информации в химико-технологических процессах очень велик. Чтобы пропустить информацию по весьма тесным каналам восприятия, мы вынуждены уменьшить этот потенциал и ограничить число возможностей, между которыми делается выбор. Это достигается изучением процесса с помощью его модели - упрощенной системы, отражающей отдельные, ограниченные в нужном направлении его характеристики.
Проблема планирования исследований чрезвычайно обширна. Это связано, прежде всего, с большим разнообразием задач, возникающих в практике эксперимента. Обычно при планировании выделяют два основных направления: планирование экстремальных экспериментов и планирование экспериментов по выяснению механизма явлений. С проблемами первого типа исследователю приходится встречаться в процессе поиска условий, при которых изучаемое явление отвечает некоторому критерию оптимальности наблюдений. Эксперименты второго типа ставятся для выяснения закономерностей, характеризующих явление в целом, чаще всего это исследования различных моделей, описывающих изучаемое явление.
Расчёт материального и теплового баланса процесса синтеза активированного угля
Параметры процесса синтеза на начальной стадии были получены на основании проведённых оценок, в итоге приняты следующие значения: расход исходного абсолютно сухого сырья - 100 кг/ч; температура сырья - 200С; расход раствора щёлочи - 100 усл.ед. Характеристики древесного сырья: зольность сырья в расчете на сухую массу А = 3,4 %; влажность W = 9,2 %. Элементный состав сырья по основным компонентам был следующий (массовые % на абсолютно сухое беззольное вещество): углерод - 49,6; водород - 6,2; кислород - 44,2 %.
На стадии предпиролиза осуществляется испарение остаточной влаги и частичное выгорание органической части сырья, которые переходят в парогазы. Материальный баланс стадии предпиролиза можно представить в виде таблицы 4.1.
Образующийся на стадии предпиролиза уголь-сырец имеет следующий элементарный состав: углерод - 82,3; водород - 4,2; кислород - 13,6 %. По разности элементных составов органической части древесного сырья и угля-сырца можем рассчитать состав выделяющихся парогазов: углерод — 34,3; водород - 7,4; кислород — 58,3 %. Парогазы предпиролиза направляются на формирование теплоносителя перед стадией термохимической активации.
Следовательно, для сжигания парогазов требуется 81,7 м /ч кислорода. Согласно таблице 4.5, содержащегося кислорода в парогазах недостаточно для сжигания, поэтому необходимо дополнительно подавать 56,2 м3/ч кислорода. Для этого на сжигание парогазов подают 266,9 м3/ч воздуха, который содержит 61,8 м3/ч дополнительного кислорода.
Состав и количество компонентов теплоносителя определяется из уравнений соответствующих реакций и приведено в таблице 4.6.
Количество кислорода в теплоносителе рассчитывается по разности между кислородом, содержащимся в воздухе и дополнительным кислородом, который расходуется на сжигание парогазов.
Для снижения затрат на активирующий агент NaOH было предложено производить его регенерацию, что в свою очередь потребует закупки Са(ОН)2 и дополнительного оборудования. Без стадии регенерации нам потребовалось бы 4760 тонн NaOH в год по цене 13200 руб. за тонну, общая стоимость составила бы 62832 тыс. руб., в этом случае доля NaOH в структуре затрат сырья и материалов достигала бы 90%. С введением стадии регенерации затраты на покупку NaOH сократятся до 22521 тыс. рублей в год, при этом затраты на Са(ОН)2 составят 4760 тыс. рублей в год. Таким образом, при расчёте на 1 год экономия от регенерации NaOH составит 62832 - 22521 - 4760 = 35551 тыс. рублей, а доля NaOH в структуре затрат сократиться до 71 %.
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования включают в себя: амортизацию оборудования; эксплуатацию и текущий ремонт; зарплату дежурного и ремонтного персонала; услуги ремонтных и строительных цехов; текущий ремонт оборудования; внутризаводские перемещения грузов; износ МБП и прочие расходы. Наиболее весомый вклад в данную статью вносят амортизация оборудования и эксплуатация и текущий ремонт, которые составляют 96 % от всех расходов на содержание и эксплуатацию оборудования (таблица Е.7).
Амортизация оборудования начисляется линейным способом в виде процента от первоначальной стоимости основного средства, рассчитанного относительно времени его полезного использования, и составляет 4,4 млн. рублей. Затраты на эксплуатацию и текущий ремонт оборудования в размере 19,5 млн. рублей складываются из зарплаты ремонтного персонала, услуг ремонтных и строительных цехов, отчислений на социальные нужды и текущий ремонт оборудования, который составляет от 1 до 5 процентов от первоначальной стоимости оборудования.
Оплата труда производственных рабочих осуществляется по принятой на предприятии 6-ти разрядной тарифной сетки с повышающим коэффициентом до 2 (таблица Е.2). Уровень разряда отражает квалификацию рабочего и может повышаться с её ростом. Предполагается введение непрерывного цикла выполнения работ с трехсменной системой. В соответствии с объемом и сложностью выполняемых работ была определена потребность в рабочей силе и её квалификации на каждый вид оборудования, функционирующего на предприятии, также учитывался трехсменный график работы и коэффициент подсменное, принятый равным 1,4.
Таким образом, списочная численность основных рабочих составила 24 человека, численность дежурного персонала 12 человек, ремонтного персонала 7 человек. Расчёт тарифной ставки рабочего выполняется исходя из средней заработной платы трудоспособного населения, установленного в Архангельской области в 2007 году в размере 13500 рублей.
Фонд заработной платы труда рабочих состоит из: основной заработной платы, в которую входят тарифный фонд заработной платы, доплаты, состоящие из премий для основных рабочих, доплаты за ночное и вечернее время, доплаты за работу в праздничные дни, надбавки по районному коэффициенту = 1,2 и северная надбавка =1,5 дополнительной заработной платы, составляющей 20 % от основной заработной платы. Годовой фонд заработной платы производственных рабочих составляет 16,3 млн. рублей (таблица Е.З)
Административный персонал предприятия состоит из руководителей, специалистов и служащих. Всему административно персоналу назначены оклады в зависимости от занимаемой должности, соответствующие средним значениям по отрасли (таблица Е.4).
На статью «цеховые расходы» относятся затраты на обслуживание цехов и управление ими: заработная плата аппарата управления цехами; амортизация и затраты на содержание и текущий ремонт зданий, сооружений и инвентаря общецехового назначения; затраты на опыты и исследования, затраты на мероприятия по охране труда и прочие расходы. Цеховые расходы предприятия составляют 6,3 млн. рублей (таблица Е. 8)
Экспериментально доказано, что получаемый активированный уголь обладает структурно-сорбционными свойствами, в 2 - 3 раза превосходящими таковые для промышленно выпускаемых углей. Отпускная цена за тонну сухого активированного угля устанавливается в размере 113000 рублей при среднерыночных ценах на влажный уголь марки ОУ-Б 68000 рублей, что позволит получать выручку 113 млн. рублей. Прибыль от продаж составит 27,8 млн. рублей, а чистая прибыль -20,4 млн. рублей. Точка безубыточности производства составляет 209 тонн активированного угля.
