Выпускная квалификационная работа изложена на 98 страницах, включая 12 рисунков, 33 таблиц, 23 литературных источника. Ключевые слова: бензол, циклогексан, водород, гидрирование бензола


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
1



Министерство образования и науки Российской Федерации

ф
едеральное государственное
автономное
образовательное учреждение

в
ысшего


образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


Институт природных ресурсов

Нап
равление подг
отовки: Химическая технология

Кафедра
т
ехнологии органических веществ и полимерных материалов



БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

Тема работы

Проект узла

синтеза циклогексана

УДК

661.7


Студент

Группа

ФИО

Подпись

Дата

2Д2А

Федорова Татьяна Валерьевна




Руководител
ь

Должность

ФИО

Ученая степень,
звание

Подпись

Дата

Старший
преподаватель

Троян Анна
Алексеевна

Кандидат
химических
наук




КОНСУЛЬТАНТЫ:

По разделу
«Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»

Должность

ФИО

Ученая степень,
звание

П
одпись

Дата

Доцент

Рыжакина Татьяна
Гавриловна

Кандидат
экономических
наук



По
разделу
«
Социальная ответственность»

Должность

ФИО

Ученая степень,
звание

Подпись

Дата

Ассистент
кафедры

Раденков Тимофей
Александрович





ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ:

Зав. кафедро
й

ФИО

Ученая степень,
звание

Подпись

Дата

Профессор

Юсубов Мехман
Сулейманович

доктор
химических
наук,
профессор








2


Томск


2016 г.


Министерство образования и науки Российской Федерации

Ф
едеральное государственное автономное образовательное учрежден
ие

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


Институт природных ресурсов

Направление подготовки: Химическая технология

Кафедра

т
ехнологи
и

органических веществ и полимерных материалов






УТВЕРЖДАЮ:





Зав. кафедрой




__
_______
___ _____
_________
__

Юсубов М
.

С
.





(Подпись)





(Дата)




(Ф.И.О)


ЗАДАНИЕ

на выполнение выпускной квалификационной работы

В форме:

Бакалаврской работы

(бакалаврской работы, дипломного проекта/работы, магистерской диссертации)

Студенту:

Группа

ФИО




Федоров
ой Татьяне Валерьевне

Тема работы:

Проект
узла синтеза циклогексана

Утверждена приказом директора (дата, номер)

от 28.01.2016 № 2235/С


Срок сдачи студентом выполненной работы:


ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ:

Исходные данные к работе

(наименование объекта иссл
едования или
проектирования; производительность или нагрузка;
режим работы (непрерывный, периодический,
циклический и т. д.); вид сырья или материал изделия;
требования к продукту, изделию или процессу; особые
требования к особенностям функционирования

ксплуатации) объекта или изделия в плане
безопасности эксплуатации, влияния на окружающую
среду, энергозатратам; экономический анализ и т.
д.).

1.

Производительность по циклогексану


60000 т/год

2.

Годовой фонд рабочего времени


8000 ч

3.

Объемное отношение комп
онентов на входе в реактор
первой ступени Н
2
:
N
2
:
C
6
H
6
=5.5:2.5:1.0

4.

Степень конверсии бензола
90
-
95%


Перечень подлежащих
исследованию, проектированию и
разработке вопросов

(аналитический обзор по литературным источникам
с целью выяснения достижений мировой

науки
техники в рассматриваемой области; постановка
задачи исследования, проектирования,
конструирования; содержание процедуры
исследования, проектирования, конструирования;
обсуждение результатов выполненной работы;
наименование дополнительных разделов,

подлежащих разработке; заключение по работе).

1. Литературный обзор.

2. Объекты и методы проектирования.

3. Расчеты.

4. Результаты разработки.

5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность,
ресурсосбережение.

6. Социальная ответственность.

Перечень граф
ического
материала

(с точным указанием обязательных чертежей)

1.

Чертеж общего вида

2.

Технологическая схема

3.

Чертеж сборочных единиц

Консультанты по разделам выпускной квалификационной работы

3


(с указанием разделов)

Раздел

Консультант

Финансовый менеджмент,
ре
сурсоэффективность и
ресурсосбережение


Рыжакина Татьяна Гавриловна

Социальная ответственность

Раденков Тимофей Александрович

Названия разделов, которые должны быть написаны на русском и иностранном
языках:



Дата выдачи задания на выполнение выпускной

квалификационной работы по линейному графику

09
.09.2015г.

Задание выдал руководитель:

Должность

ФИО

Ученая степень,
звание

Подпись

Дата

Доцент

Троян А.А.

к. х. н.,
ст.преподаватель


09
.09.2015г.

Задание принял к исполнению студент:

Группа

ФИО

Подпись

Д
ата

2Д2А

Федорова Татьяна Валерьевна


09
.09.2015г.



















4


Реферат


Выпускная квалификационная работа

излож
ена на
98

страницах,
включая 12

рис
унков, 33

табл
иц
,

23

литературных
источник
а.

Ключевые слова:
бензол, циклогексан, водород, гидрировани
е бензола
,
трубчатый реактор гидрирования
,
никель


хромовый

катализатор
.

Объектом проектирования является

процесс
гидрирования бензола до
циклогексана с использованием никель


хромового катализатора.

Целью работы является
определение основных способов

п
олучения
циклогексана

в современных условиях, их позитивные и негативные стороны

и проектиро
вание узла синтеза циклогексана
.

В процессе выполнения ВКР был спроектирован
реактор

узла

гидрирования бензола до циклогексана, работающий на никель


хромовом
ката
лизаторе, а так же


рассмотрены
и изучены
вопросы эффективности и
безопасности производства.


В результате исследования проведен анализ существующих способов
получения
циклогексана
, материальный и тепловой расчёты, подобрано
основное и вспомогательное
оборудование,
проведена оценка

экономическ
ой

эффективност
и установки и определены факторы

рабочего места
аппаратчика

в це
ху по производству циклогексана
.

Основные конструктивные,
технологические
и технико
-
эксплуатационные характеристики:

узел
гидрировани
я бензола до
циклогексана
состоит
из трубчатого реактора гидрирования и колонного
реактора
, из колонн
ы форконтакта, также в узле присутствуют холодильник


конденсатор, сепаратор и сборник циклогексана.


Степень внедрения
:
результаты данной выпускной
квали
фикационной работы могут быть использованы в качестве
теоретической основы для проектирования узлов по производству
циклогексана
на предприятиях.

5


Область применения: предприятия по производству
ци
клогексана
и
производных на его

основе.

Экономическая эффект
ивность/значимость работы: п
роизводство
циклогексана

является коммерчески привлекательным проектом, потому что
данный продукт

востребован рынком,

а технология производства
циклогексана

отвеч
ает

современным требованиям в области
ресурсоэффективности и ресур
сосбережения.

После детальной проработки и дополнительных расчетов планируется
предоставить разработанный проект конструкторским организациям.



















6


Оглавление

Введение

................................
................................
................................
.......................

8

1. Теоретическая часть

................................
................................
..............................

10

1.1 Технико

экономическое обоснование процесса

................................
.............

10

1.2 Характеристика продукта, исходного сырья, материалов и полупродуктов

12

1.2.1 Химические свойства

................................
................................
.......................

13

1.2.2 Сво
йства сырья

................................
................................
................................
.

13

1.2.3Российские производители бензол
а

................................
................................

15

1.3
Физико
-
химические основы технологического процесса

...............................

16

1.3.1 Катализаторы гидрирования бензола

................................
............................

17

1.3.2 Обработка, хранение и транспортировка циклогексана

.............................

19

1.5 Выбор технологической схемы процесса

................................
.........................

22

2.Финансовый менеджмент, ресурсоэффективности и ресурсосбережение

......

26

2.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения

.............

26

2.1.1 Потенциальные потребители циклогексана

................................
..................

26

2.1.2 Анализ конкурентных технических решений

................................
...............

28

2.1.3
SWOT
-
анализ

................................
................................
................................
....

29

2.2 Планирование научно
-
исследовательских работ

................................
.............

34

2.2.1

Структура работ в рамках научного исследования

................................
......

34

2.2.2 Разработка графика проектирования узла

................................
.....................

36

2
.3 Бюджет проектируемого узла

................................
................................
............

39

2.3.1 Расчет материальных затрат

................................
................................
............

39

2.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для проектирования узла
гидрирования бензола

................................
................................
...............................

41

7


2.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы

................................
...........

41

2.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страх
овые отчисления)

.................

44

2.4 Формирование бюджета затрат проекта

................................
...........................

45

2.4.1 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования

..............................

46

Заключение

................................
................................
................................
.................

50



















8


Введение

Нефтехимическое производство играет важную роль в нашем обществе,
продукция этого

производств
а

нужна

каждому современному человеку

в
нашем мире
, тысячам

заводов и

предприятий в различных отраслях
промышленности. Это
так
ое производство как:
растворители, полимеры,
лаки, краски, моющие и косметические средства, лекарственные препараты и
многое другое.

Циклогексан представляет собой основное исходное вещество для
получения найлоновых изделий, и потребность в нем как таковом

остается
значительной. Циклогексан впервые был получен путем прямой
фракционной перегонки соответствующих продуктов переработки сырой
нефти.

Сейчас способ получения циклогексана основывается на процессе
гидрирования бензола. Циклогексан используется как
сырье в производстве
изомеров для химических волокон и используется в качестве растворителя.


Согласно современным данным, мировые масштабы производства
циклогексана составляют

около
220 тыс
. тонн и
ежегодно они возрастают
.
Следовательно

стоит з
ад
ача разработать методы и пути

интенсификации
получения
циклогексана и улучшить качество продукта, уменьшая

затрат
ы

на ее производство
в химической промышленности
.

Актуальность темы заключается в том, что потребность в циклогексане с
каждым годом возрастает
, поэтому необходимо изучить способы

получения

циклогексана, пути интенсификации данного процесса с учетом того, что
необходимо одновременно улучшить качество и уменьшить затраты на
производство данного продукта.


Целью работы

является определение основных

способов

получения
циклогексана
в современных условиях, их позитивные и негативные стороны

и проектирование узла синтезациклогексана.

9


Объектом данного исследования является процесс
гидрирования бензола до
циклогексана
с использованием
никель
-
хромового ка
тализатора.
Предметом
исследования является разработка узла

синтеза циклогексана
.

Результаты данной выпускной квалификационной работы могут быть
использованы в качестве теоретической основы для проектирования узлов по
производству циклогексана на предприят
иях.























10


1.

Теоретическая часть

1.1

Технико

экономическое обоснование пр
оцесса


Циклогексан имеет широкое применение в современной
промышленности.
Циклогексан представляет собой основное исходное
вещество для получения найлоновых изделий,

и потребность в нем как
таковом остается значительной. Циклогексан впервые был получен путем
прямой фракционной перегонки соответствующих продуктов переработки
сырой нефти.

Производство циклогексана из бензола в настоящие время
основано в основном на проц
ессе гидрирования.

Он используется как сырье
для производства различных изомеров, которые используются для
химических волокон, а так же циклогексан используется в качестве
растворителя.

Производственный процесс основан на
гидрировании бензола до
циклог
ексана в присутствии никель


хромового катализатора.

Существует
несколько

технологи
й для производства циклогексана
. В основном

в
промышленности 95 %

циклогексана производят гидрированием бензола.
Гидрирование протекает в паровой фазе, так как оно имеет э
нергетическое
преимущество над гидрированием в жидкой фазе

[7]
.

Рассмотрим

два основных способа производства циклоге
к
сана:
выделение его из узких бензиновых фракций
, богатых нафтеновыми
углеводородами, и гидрирование бензола. На долю гидрирования приходит
ся
примерно 95 % общего объема производства циклогексана

[
1
]
.

1.)

Извлечение циклогексана из
узких бензиновых

фракций

По этому способу получают незначительную часть циклогексана. В
зависимости от состава и соотношения в сырье пяти
-

и шестичленных
нафтенов можн
о выделить только циклогексан, содержащийся в сырье, или
подвергать изомеризации метилциклопентан и затем из смеси выделять
11


циклогексан. Последний вариант более сложен, но выход циклогексана
получается больше.

Циклогексан содержится в бензиновых фракциях н
екоторых нефтей,
которые
содержат довольно большое количество нафтенов.

Путем экстрактивной перегонки

и ректификации целесообразно извлекать
достаточно большое содержание этих углеводородов из нефти.

Таблице 1 содержит

данные
некоторых нефте
й России (в ма
сс. % от
бензина)
по содержанию циклогексана в бензиновых фракциях

(конец
кипения 150
0
С).

Таблица 1
-

Содержание циклогексана в бензиновых фракциях

[
4
]

Показатели

Циклогексан

Нефти старых месторождений:


С
y
р
a
х
a
нск
a
я отборн
a
я

7,37

Т
y
йм
a
зинская

1,21

Эмб
e
н
ск
a
я

4,64

Н
e
битд
a
г
a
нская

1,97

Нефти н
o
вых мест
o
р
o
ждений:


З
a
п
a
дн
o
-
Тебукская

2,47

Каратайская

6,40

Усть
-
Балыкская

2,72


Общ
ее количество циклогексана не превышает 5


6 % в нефтях
восточных районов. Промышленный интерес как источник производства
цикл
огексана представляют лишь каратайская и сураханская нефти.

И
з бензиновых фракций нефти
получение циклогексана
в
промышленности
применяется мало, в основном используют

такой

метод

как
гидрирование

бензола до циклогексана.

2)

Получение циклогексана гидрирован
ием бензола

Производство циклогексана гидрированием бензола проходит по реакции:



При гидрировании бензола п
роисходит три последовательных

присоединения водорода:

12



Реакция проходит с большим количеством выделения тепла, реакция
обратима.

При проведен
ии

промышленного процесса возможны трудности
связанные со съемом возникающего в процессе реакции тепла.

Тепло
выделяющееся в трубном пространстве снимается водяным паром,
образующимся в межтрубном пространстве.

Также бензол должен быть
очищен от соединений

серы, являющихся контактными ядами для
катализаторов из благородных металлов

[1]
.



Мощность производства циклогексана увеличивается с каждым годом,
это связано с тем, что растет спрос на получение продуктов из него. Из
циклогексана получают главным образ
ом такие продукты как адипиновую
кислоту и капролактам.

1.2
Характеристика продукта, исходного сырья, материалов и
полупродуктов


Циклогексан (С
6
H
12
)
-

это цикл
, состоящий

из шести атомов углерода, у
каждого из которых находится по 2 атома водорода. Циклог
ексан схож своим
строением с бензолом, но в нем отсутствуют двойные связи.

Циклогексан бесцветная и некоррозионная жидкость, нерастворимая в
воде, имеющая острый запах. Как получаемый продукт из нефти циклогексан
горючий, его транспортировка проходит в ав
тоцистернах, в металлических
бочках с красной меткой для горючих жидкостей. Циклогексан в
промышленности выпускается марки технический (чистота 95% или 99%) и
циклогексан
-
растворитель (чистота не менее 85%) [7].

Циклогексан легковоспламеняющаяся жидкость,
не растворимо в воде,
при смешивании с ней образуются азеотропные смеси.

Циклогексан имеет следующие свойства:

13


Температуру замерзания 6,5 °С

Температуру кипения 80,7 °С

Относительную плотность 0,7786
г/см
3

Температура самовоспламенения
-

260°С

Критическа
я температура


278°С

Избыточное критическое давление


4,98 Мпа

Температура вспышки


минус 18°С [8].


1.2.1

Химические свойства




Циклогексан


циклический насыщенный углеводород, по химическим
свойствам близкий к предельным углеводородам.

Путем кат
алитического
риформинга в нефтехимической промышленности

источником получения

различных

ароматических углеводородов являются
нафтены.
Большое
промышленное значение имеет
циклогексан,
который используется
для
синтеза

таких продуктов как

капролактама, адипи
новой кислоты и других
соединений, используемых в производстве синтетического волокна.
Углеводороды, имеющие общую формулу
С
n
H
2n


относятся к циклоалканам.

Характерные виды изомеризации для циклоалканов:

1.

Изомеризация углеродного скелета.

2.

Пространственная и
зомеризация.

3.

Межклассовая изомеризация.

У циклоалканов все атомы в молекулах имеют
sp3
-
гибридизацию
[8]
.


1.2.2

Свойства сырья


Главным сырьем в производстве циклогексана является бензол.
В
качестве исходного сырья используют каменноугольный или нефтяной
14


бе
нзол. Для получения циклогексана высокого качества используют в
качестве сырья нефтяной бензол.

В дополнительной очистке от
серосодержащих соединений нуждается циклогексан
, полученный из
каменноугольного бензола
.

На установках платформинга
при температуре

62

-

105 °С

из нефтяных
фракций выделяют нефтехимический бензол.

Продукты
c

установок
платформинга разделяют ректификацией и экстрактивной дистилляцией;
полученный бензол

имеет приблизительное содержание примесей

0,2 %
, в
том числе до 0,06 %
н
-

гептана
, 0,06 % толуола и метилциклогексана и
0,0001 % общей серы.

Водород, используемый для гидрирования бензола, содержит инертные
компоненты такие как (азот, метан и другие), концентрация водорода
зависит от качества исходного вещества в газе и зависит от тог
о какой метод
очистки водорода применяется и составляет она обычно 90 и 97 % (об.).
С
одержание
двуокиси углерода и
окиси
в

водороде
-

не должно превышать
более 0,002 % (об.) каждой, аммиака
-

до 0,0002 % (об.) и общей серы
-

до 2
мг/м
3

[2].

Физические сво
йства бензола

Бензол


это
жидкость не имеющая цвета
со своеобразным резким
запахом. Температура плавления

у бензола составляет

= 5,5

°C, температура
кипения
равняется 80,1

°C, плотность равна

0,879 г/см³, молекулярная масса
 78,11 г/моль. Подобно всем у
глеводородам

при горении

бензол образует
много копоти.
Бензол на воздухе
образует взрывоопасные смеси,
так же он
хорошо смешивается с
бензином
,

эфирами

и други
ми органическими
растворителями. Бензол

образует азеотропную смесь
с водой с температурой
кипения

69,25

°C. Растворимость
бензола
в воде

составляет

1,79 г/л.



15


Физические свойства водорода

В
одород


это
бесцветный, самый легкий газ. Он в 14,5 раза легче
воздуха (1 л весит 0,09 г).
В воде растворимость водорода
очень мала, а
температура сжижения чрезвы
чайно низкая (
-
252,8 °С) [9].


1.2.3

Российские производители бензола


Основными производителями нефтяного бензола являются: ОАО
«Нижнекамскнефтехим», ОАО «СибнефтьОмский НПЗ», ОАО
«Салаватнефтеоргсинтез», ОАО «Сибур Нефтехим», ОАО «Уфанефтехим»,
ОАО «Ангарская
нефтехимическая компания», ОАО
«СлавнефтьЯрославнефтеоргсинтез», ОАО «Рязанский НПЗ», ООО «ПО
Киришинеф теоргсинтез», ООО «Ставролен» и ОАО «Уралоргсинтез».

Крупнейшие производители нефтяного бензола это ОАО
«Нижнекамскнефтехим» (280 тыс. тонн), ОАО «Сибн
ефтьОмский НПЗ» (190
тыс. тонн), ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» (170 тыс. тонн) и ОАО
«СибурНефтехим» (80 тыс. тонн).

Основными производителями каменноугольного бензола являются:
ОАО «Алтайкокс», ОАО «Северсталь», ОАО «Кокс», ОАО «Кузнецкий
металлургический к
омбинат», ОАО «ЗападноСибирский металлургический
комбинат», ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», ОАО
«Мечел» и ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Крупнейшие производители каменноугольного бензола
-

ОАО «Западно
-
Сибирский металлургичес
кий комбинат» (80 тыс. тонн), ОАО «Алтайкокс»
(45 тыс. тонн), ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (40 тыс.
тонн).

16



Рисунок 1

-

Российские производители бензола.

Более 95 % производимого в России бензола потребляется внутри
страны. Крупнейшим импо
ртером российского бензола выступает
Финляндия, в основном закупая бензол сырой (неочищенный) у
металлургических компаний. Ежегодно Россией импортируется около 15
тыс. тонн бензола, в основном из Украины и Казахстана, что составляет
менее 2 % российского п
отребления [4].



1.3
Физико
-
химические основы технологического процесса


Восстановление (гидрирование) ароматических углеводородов


присоединение водорода по двойным связям ароматических колец


используют для получения таких соединений, как циклогекс
ан,
циклогексиламин, тетралин и др. Катализаторами гидрирования могут быть
металлы VIII группы Периодической системы элементов; в промышленности
применяют главным образом никель на носителях, например на оксиде
хрома(III). Реакцию проводят при температуре
порядка 120

200 °С и
повышенном давлении (1

5 МПа).

Ароматические углеводороды более
устойчивы и менее реак
-
ционноспособны при гидрировании, чем олефины.
17


Так, скорость гидрирования бензола в ядро в 150 раз меньше, чем скорость
гидрирования циклогексена.

Пр
оцесс получения циклогексана включает в себя парофазное
гидрирование бензола, катализатором

которое является никель


хром.
Гидрирование бензола до циклогексана протекает по следующей реакции:




Реакция

при процессе
гидрировани
я бензола проходит с большим
выделение тепла и является обратимой.

Гидрирование бензола до циклогексана протекает через ряд стадий
реакций
:


Наиболее медленной является первая стадия; она протекает с
поглощением тепла (23,8 кДж/моль), в то время как после
дующие стадии
идут с выделением тепла 119,5 кДж/моль.

При реализации промышленного процесса возможны трудности
связанные со съемом возникающего в процессе реакции тепла. Также бензол
должен быть очищен от соединений серы, являющихся контактными ядами
для к
атализаторов из благородных металлов

[3]
.


1.3.1

Катализаторы гидрирования бензола


В процессе гидрировании бензола до циклогексана используют
различные катализаторы: никель
-

хромовые, платиновые, сульфидные.




К
атализатор



никель
-

хромовый

используем
ый для гидрирования
бензола состоит из металлического никеля или никелевой черни
,
который
нанесен на
окись хрома. П
редставляет собой
катализатор
черные блестящие
таблетки (4

4 мм), насыпная

плотностью
которого
1,1


1,3 г/мл.


П
ри контакте с горючими газ
ами
в присутствии воздуха никель


хромовый
18


катализатор
может вызывать воспламенения, поэтому эго выпускают в
пассивированном виде, т.е с частично окисленной поверхность.
В

интервале
давлений 2


6 Мпа при 120
-

250
°С

и объемной скорости по бензолу 0,5


ч
-
1

при гидрировании бензола на никель


хромовом катализаторе
содержание
циклогексана равно 99,9 %.




При использовании катализатора на основе платины для гидрирования
бензола, процесс протекает в тех же условиях, что и в присутствии никелевого
катализа
тора (при
давлении до 3 МПа
,

температуре
150
-

250˚С, мольное
соотношение газ: бензол 8:1),
при этом

достигается почти полная конверсия
при селективности, близкой к 100 %. К
положительным сторонам
платиновых
катализаторов
можно отнести меньшую чувствител
ьность к сернистым
соединениям
, нежели у никелевых, и возможность регенерации катализатора.
К
значительным
недостаткам

платиновых катализаторов относится их
чувствительность к присутствию влаги в сырье, что вызывает необходимость
тщательно осушать бензол.

Отравление платиновых катализаторов
соединениями серы обратимо ,в отличии от никелевых катализаторов.



Сульфидные катализаторы
обладают меньшей активностью

п
о
сравнению с платиновыми и никелевыми катализаторами
, и

требуют более
жестких условий при гидрир
овании. Давление составляет около 30 МПа и
температура 250


380 ˚С. Вследствие таких условий возрастает доля
побочных реакций.




Мной выбран никель


хромовый катализатор для гидрирования
бензола, это приводит к необходимости установки доп
олнительного
оборудования, а именно форконтактную очистку. При этом в процессе
очистки не должно идти процесса гидрирования. Очистка и гидрирование
объединены в едином технологическом цикле. Для форконтакта используется
медный катализатор.
Данный катализат
ор должен обладать
высокодисперсной активностью меди и иметь достаточное количество
метала для того чтобы обеспечить

высокую сероемкость контакта
.
М
едь на
19


карбонате магния

обладает

н
аибольше
й сероемкостью
.
Данный катализатор
имеет вид
таблетки черного цвет
а размером 5

5 мм с насыпной плотностью
1,3


1,6 г/мл, содержит не менее 50 %
Cu

и 8


10 %
MgO
. Сероемкость
катализатора достигает 1,0


1,2 % от его массы по тиофеновой сере и свыше
6 % по сероуглеродной сере

[3]
.



1.3.2

Обработка, хранение и тра
нспортировка циклогексана



Транспортировка циклогексана осуществляется в специально
оборудованных

железнодорожных цистернах в соответствии с правилами
перевозок грузов, действующими на железнодорожном транспорте.

Все л
юк
и

цистерны должен быть
герметично закрыт
ы

и опломбирован
ы
.

По классификации

опасных грузов

циклогексан в соответствии

по

ГОСТ
19433

относится к классу 3

опасности
.

Заполнение

железнодорожной
цистерны дол
жен проводиться

с учето
м

и расчетом ее вместимости

и объемного расширения продукта
в пути
следования

при возможном перепаде температур.

С правилами перевоза грузов по железной дороге, которые
утверждены МПС на каждую цистерну несмываемой красной краской
наносят трафареты и над
писи.

Циклогексан является легковоспламеняющийся жидкость и его хранят
в специальных емкостях на складах
[10
]
.


1.4
Выбор конструкции основного аппарата



На сегодняшний день существует и применяется в промышленности
несколько
видов аппаратов для
процесс
а гидрирования

бенз
о
ла до
циклогексана
:

1)

Гидрирование проводится в тр
убчатом реакторе, содержащего в
межтрубном
пространстве кипящий к
онденсат
, а в трубном пространстве катализатор
.
20


Тепло, выделяющееся в
трубном пространстве, производится образующимся
в меж
трубном пространстве водяным паром.


Рисунок 2
-

Трубчатый реакт
o
р.
И


исходные вещества, П


продукты реакции, Т


теплоноситель, К


катализатор
[
5
]
:

Конструктивно трубчатый реактор является вертикальным кожухотрубчатым
теплообменником. Реактор имеет шт
уцеры, осуществляющие подвод
исходной смеси и отвод проду
ктов реакции, а также

реактор снабжен
штуцерами

для подачи

воды в межтрубное пространство и отвод
а

образующегося пара.
Катализатор разбавляется инертным материалом д
ля
того чтобы предотвратить перегр
ев

первых
по ходу газа слоев катализатора.

Тепло возникающие при проведении реакции отводится
з
а счет испарения
части конденсата с образованием водяного пара. При изменении температура
кипения конденсата и количество отводимого тепла изменяется и давление.

Трубчатый реактор непрерывного действия имеет определенные
преимущества перед реакторами периодического действия, так как е
го
работа его работа непрерывна
, время нахождения реагентов в зоне реакции
можно регулировать изменением скорости подачи потока, н
едостатками
данного аппарата является то, что в трубках реактора идет перепад
температур из
-
за отсутствия перемешивания. Так же к достоинствам данного
аппарата относится его крупнотоннажность в производстве продуктов.

21


2)

Гидрирование производитс
я в аппарата
х со сплошным слоем

катализатора,
помещенным в несколько слоев на дырчатых полках, либо в специальных
корзинах. В пространстве между слоями расположены холодильники. Иногда
применяют
реактора адиобатичесике со сплошным слоем катализатора
и
промежуточным ох
лаждением реакционной массы
.


Рисунок 3

-


Многослойный каталитический реактор с промежуточными теплообменными
элементами.

И


исходные вещества, П


продукты реакции, К


катализатор, ТЭ
-

теплообменные элементы
[
2
]
:

Недостатками аппарат является сложнос
ть и большая металлоемкость их
конструкции. От всего объема реактора на долю катализатора приходится
всего 5 % , а остальное пространство занимают теплообменники и
распределительные устройства.

3)

Также на практике применяют аппараты, катализатор в которых ра
змещен в
несколько слоев в катализаторной коробке, монтируемой вне реактора и
вынимаемой при замене катализатора.

22



Рисунок
4



Колонна с несколькими слоями гетерогенного катализатора с охлождением
холодным водородом

[
2
]
:


В кольцевое пространство между к
атализаторной коробкой и корпусом
реактора
для частичного отвода тепла и защиты корпуса реактора от
действия высоких температур
подается
реакционная смесь
или
холодный
водород
. В нескольких точках по высоте коробки вводится холодный
водород, при этом
все т
рубы выведены через масси
вную крышку и днище, а
не сбоку это все оборудовано для укрепления корпуса реактора.

4)
Так же в промышленности сочетают систему из двух реакторов
, а именно
реактор

гидрирования
с суспендированным катализатором
в жидкой фазе
и
реак
тор

в газовой фазе со стационарным катализатором
для гидрирования.

Наиболее оптимальной конструкцией является трубчатый реактор для
процесса гидрирования бензола в циклогексан
[
6
]
.


1.5

Выбор технологической схемы процесса


В промышленности осуществлено
несколько принципиально разных
схем процесса гидрирования бензола. Их можно классифицировать по
23


конструкции реакторов либо по состоянию сырья (жидкофазные или
парофазные).

Среди жидкофазных процессов наиболее распространенный является
метод Французского и
нститута нефти. На рисунке 4 представлена схема
гидрирования бензола в циклогексан по методу Французского института
нефти.


Рисунок
5

-

Гидрирование бензола в циклогексан по методу

Французского института нефти [3
]:
1
-

основной реактор гидрирования; 2
-

в
спомогательный реактор гидрирования; 3
-

5, 8
-

теплообменники; 6
-

сепаратор высокого
давления; 7
-
колонна стабилизации; 9
-

сепаратор; 10
-
насосы.

Водород и бензол поступают в главный реактор жидкофазного
гидрирования 1, в который в виде суспензии подае
тся катализатор с
помощью насоса. Регулирование температуры в реакторе происходит за счет
того, что испаряется циклогексан. Гидрирование проводится при
температуре 200 °С и давлении 4 МПа (парциальное давление водорода
составляет
-

0,3 МПа). Распределен
ие катализатора идет равномерно и
однородно, а обеспечивается это распределение барботирование через
жидкость газа, и протекает интенсивная циркуляция раствора через
теплообменник 3, в котором при низком давлении генерируется пар.

Из основного реактора ги
дрирования поступают продукты реакции во
вспомогательный реактор 2 из верхней части аппарата, в котором
24


практически полностью превращается из бензола в циклогексан. Затем
полученные продукты через теплообменники отводятся в сепаратор высокого
давления 6 и
в колонне стабилизации 7 и далее подвергаются
фракционированию. На рецикл частично идет возврат газообразных
продуктов, которые подаются из сепаратора, а из колонны стабилизации
через холодильник 8 продукты поступают в сепаратор 9, из которого далее
отводи
тся готовый продукт. Поступающие из колонны стабилизации и
сепаратора газы отдувки используются в качестве топлива.

В нашей промышленности распространен в основном парофазный
процесс, причем внедрено несколько схем, различающихся условиями
процесса и аппар
атурным оформлением.
Мной рассмотрена принципиальная
схема гидрирования бензола с применением трубчатого реактора. На рисунке
5 представлена схема гидрирования бензола с применением трубчатого
реактора.


Рисунок 6

-

Схема гидрирования бензола с применени
ем трубчатого
реактора
[
3
]
:
1
-

насос; 2
-

теплообменник; 3
-

подогреватель; 4


компрессор; 5


колонна форконтакта; 6


реактор трубчатый; 7


сепаратор; 8


колонный реактор; 9


холодильник
-
конденсатор; 10,12


сепарационные колонны; 11,13


холодильни
ки; 14


сборник.


Насосом 1 бензол подается в трубное пространство теплообменника 2.
Исходная смесь и
з теплообменника 2
подается

в паровой
подогреватель 3.
Затем эта смесь направляется

в колонну форконтакта 5. Затем
поступает в
25


реакторы гидрирования
очи
щенная смесь. В первый трубчатый реактор 6
загружается около 40% от общего количества катализатора, а во второй
реактор коло
нного типа загружается оставшееся

количество к
атализатора. И
з
реактора 8
реакционная смесь поступает в межтрубное пространство
тепл
ообменника 2,где
охлаждается.
Конденсация циклогексана и дальнейшее
охлаждение смеси

проходят в холодильнике
-

конден
саторе 9. И
з
холодильника 9
газожидкостная смесь
с температурой 35
°С

поступает в
сепарационную колонну

10, где
от газа отделяется
жидкий ц
иклогексан
. И
з
колонны 10
газовая фаза
поступает во всасывающую линию
циркуляционного
комп
рессора 4. И
з сепарационных колонн 10 и 12
жидкий
циклогексан
поступает в сборник 14, откуда передается на склад.

Рассмотрев различные сп
особы гидрирования бензола,

была выбрана
наиболее оптимальная схема процесса, заключающаяся в гидрировании
бензола
с применением комбинирования двух реакторов на никель

-

хромовых катализаторах
в паровой фазе,
соответственно
с
суспендированным
катализатором в трубчатом

реакторе

и ст
ационарным
катализатором в
колонном реакторе.

Выбор обоснован следующими причинами:

1.

Парофазное гидрирование имеет более заметные энергетические
преимущества перед жидкофазным, в особенности если парофазное
гидрирование осуществлять в трубчатых реакторах п
ри одновременном
получении энергетического пара. Также при жидкофазном процессе
возможно возникновение затруднений, связанных с использованием
суспендированного катализатора.

2.

Комбинирование в технологической схеме реакторов разного типа
позволяет достичь в
ысокой степени превращения сырья и
производительности. Реакция в основном протекает в первом (трубчатом)
реакторе. Во втором (колонном) реакторе протекает только небольшая
доля превращений, причем не требу
ющая охлаждения.

26


2
.Финансовый менеджмент, ресурсоэф
фективности и
ресурсосбережение

Перспективность научного исследования определяется не столько
масштабом открытия, оценить которое на первых этапах жизненного цикла
высокотехнологического и ресурсоэффективного продукта бывает
достаточно трудно, сколько комм
ерческой ценностью разработки.
Производство циклогексана является коммерчески привлекательным
проектом, потому что данный продукт востребован рынком, а технология
производства циклогексана
отвеч
ает

современным требованиям в области
ресурсоэффективности и р
есурсосбережения.

2
.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения

2
.1.1 Потенциальные потребители циклогексана


Циклогексан



важнейшее сырьё, используемое в производс
тве
крупнотоннажной химической продукции, являющейся основой для
большого числа разнообразных товаров народного потребления во всех
промышленно развитых странах.

Основные направл
ения использования циклогексана
:

Производство циклогексана является очень важн
ым для получения других
органических веществ, таких как: нитроциклогексана, циклогексанона и
циклогексанола, циклогексаноноксима.

Используется так же для химических волокон в производстве изомеров,
и в качестве растворителя для другого органического синтез
а.

Производство циклогексана играет важную роль для такой продукции,
как воски, эфирные масла, лаки и краски. Так же это
сырье для
получения

адипиновой кислоты
,
капролактама
.

27


Еще это растворитель

эфирных
лаков
,

красок
,
масел
,

восков

и


экстрагент

в

фармацевтической промышленности
.

-

циклогексанол


применяют как полупродукт в производстве

к
апролактама
,
из полимера которого изготовляют

полиамидное волокно
, и как
рас
творитель
.

-

адипиновая кислота


является сырьем
в производстве
полигексаметиленадипинамида, а также ее полиуретанов и эфиров
;
используется как пищевая добавка (зарегистрирована под номером Е 355)
для придания продуктам кислого вкуса
.

-

капролактам


ис
пользуется преимущественно в производстве
полиамидных нитей и волокон, а также конструкционных пластиков. Около
60% мирового спроса приходится на нити и волокна, 34%
-

потребляется в
производстве конструкционных пластмасс. Остальной объем используется
для
изготовления упаковочных пленок и других материалов.

К отраслям, в которых используется

ц
иклогексан
, относятся
лакокрасочная, фармацевтическая,
пищевая и нефтехимическая
промышленности.
Ассортимент продукции на основе
циклогексана.









р

Рисунок

7

-

Карта сегментирования рынка производства циклогексана


OАО
«Куйбышевазот»
(Тольятт
и)




Кемеровское ОАО
«Азот»


ЗАО «Пласт Групп»



Вид
производимой продукции

Капролактам

Циклогексанол

Адипиновая кислота

Промышленность

лакокрасочная




Пищевая




Нефтехимичес
кая







28


2
.1.2 Анализ конкурентных технических решений

А
нализ трех конкурирующих компаний по производству
циклогексана
пров
ели

с помощью оценочно
й карты, приведенной в таблице 17.

Таблица
2



Оценочная карта д
ля сравнения конкурентных
технических решений
.


Критерии оценки

Вес

крите
-
рия

Баллы

Конкуренто
-
способность







1

2

3

4

5

6

7

8

Т
ехнические критерии оценки ресурсоэффективности

1. Чист
ота производимого
циклогексана

(
Массовая
доля циклогексна
)

0,7

5

5

5

3,5

3,5

3,5

2. Цвет

0,05

5

5

5

0,25

0,25

0,25

3.
Устойчивость к
окружающей среде


0,03

5

5

5

0,15

0,15

0,15

4.
Гигроскопичность

0,02

5

5

5

0,1

0,1

0,1

5. Запах

0,02

5

5

5

0,1

0,1

0,1

Экономические критерии оценки эффективности

1. Конкурентоспособность
продукта

0,01

5

5

5

0,05

0,05

0,05

2. Уровень проникновения
на рынок

0,01

5

5

5

0,05

0,05

0,05

3.
Цена

0,06

5

4

4

0,3

0,24

0,24

4. Предполагаемый срок
эксплуатации

0,01

5

5

5

0,05

0,05

0,05

5. Финансирование
научной разработки

0,02

4

5

5

0,08

0,1

0,1

6. Срок выхода на рынок

0,02

5

5

5

0,1

0,1

0,1

7. Наличие сертификации
разработки

0,05

5

5

5

0,25

0,25

0,25

Итого

1




4,98

4,9
2

4,94


где Б
ф



проектируемое предприятие, Б
К1



ОАО «Щекиноазот
»
(
Тульская область
) и Б
К2



ОАО «Сибур
-
Нефтехим» (г. Дзержинск,
Нижегородская область).

Анализ конкурентных технических решений определяется по формуле:

29


,

где
К



кон
курентоспособность научной разработки или конкурента;

B
i



вес показателя (в долях единицы);

Б
i



балл
i
-
го показателя.

Так как продукт
циклогексан
производится на всех предприятиях по
ГОСТу, то конкурентоспособность продукта можно оценить лишь по
эконом
ическим критериям эффективности. Для проектируемого предприятия
суммарный балл конкурентоспособности максимален. Уязвимость позиций
конкурентов заключается в более высокой цене продажи продукции, однако
нашей компании необходимо привлекать финансы для науч
ных разработок.



2
.1.3
SWOT
-
анализ


Проведем комплексный анализ научно
-
исследовательского проекта


SWOT
-
анализ. Для этого исследуем исследования внешнюю и внутреннюю
среды проекта.















Таблица 3



Анализ факторов макросреды (факторы внешней

среды дальнего действия)

Группа
факторов

Факторы

Характер влияния на организацию

«», «

»


Действия

организации

Экономический

1.Снижение покупательской
способности потребителя

2.Повышение уровня инфляции

3. Увеличение

налоговых ставок

«

» уменьшение выру
чки от продажи

Наработка ценового конкурентного
преимущества


«

» снижение покупательской
способности потребителя

«

»снижение чистой прибыли

Проведение оптимальной налоговой
политики

Научно
-
технический

1. Появление современного
оборудования

«» уве
личение чистого денежного
потока (повышение стоимости
предприятия)

Внедрение новых технологий
(модернизация оборудования) с целью
наработки конкурентных преимуществ
продукта

«

» сокращение чистого денежного
потока в случае внедрения НТП
конкурентами

Внедрение новых технологий
(модернизация оборудования) с целью
наработки конкурентных преимуществ
продукта

Социо
-
культурные

1.Повышение уровня образования

«» появление на рынке труда
квалифицированных кадров

Прием на работу персонала высокой
квалификац
ии

Разработка программы мотивации и
стимулирования для работников

31



Таблица


4



Анализ факторов микроокружения

Группа
факторов

Факторы

Характер влияния

на организацию

«», «

»


Действия

Организации

Потребители

Увеличение
покупательской
способности

«» в
озможность
увеличения объемов
производимой продукции,
увеличение прибыли

Модернизация производства


Снижение
покупательской
способности

«

» снижение объемов
производимой продукции

Поиск путей дифференциации хозяйственного портфеля в целях 100% загрузки
производственных мощностей

Поставщики

Увеличение

стоимости сырья,
комплектующих

«

»
перебои в поставках

«

»
повышение цены
готового продукта

Рассмотрение новых форм сотрудничества, заключение долгосрочных договоров

Поиск новых, более выгодных поставщиков

Несоблюдение

сроков и условий

поставки

«

» сбои в работе
предприятия

Введение штрафных санкций за несоблюдение обязательств.

Смена поставщика

Предоставление

скидок в зависимости
от объемов

партии сырья

«» возможность снижения
себестоимости готового
пр
одукта, увеличение
выручки от продаж

Разработка эффективной программы продвижения продукта.

Увеличение доли рынка.

Повышение стоимости предприятия

Конкуренты

Ужесточение
конкуренции

«

» угроза снижения доли
рынка, снижения объемов
производства и реализаци
и,
уменьшение прибыли

Удержание позиций

предприятия: наработка и укрепление конкурентных преимуществ, разработка
программы продвижения продукта предприятия

Наличие высоких
входных барьеров

«» отсутствие возможности
появления новых
конкурентов

Создание
входных барьеров для потенциальных конкурентов

32


Проанализируем внутреннюю среду по следующим направлениям: финансы
,
маркетинг
,
менеджмент
,
кадры
, п
роизводство
,

НИОКР
,

корпоративная
культура
.

Таблица
5



Анализ внутренней среды предприятия

Факторы среды

С
ильные стороны

Слабые стороны

Маркетинг

1. Наличие эффективных
каналов распределения
готового продукта

2. Достаточная доля рынка

1. Низкий уровень маркетинговых
исследований

2. Наличие неэффективной
программы продвижения готового
продукта

Менеджмент

1. Н
аличие
высококвалифицированных
управленческих кадров

2. Четко поставленные цели

3. Наличие стратегии развития
предприятия

4. Наличие эффективной
программы реализации
стратегии


1. Неэффективный менеджмент

2. Отсутствие четкой стратегии
развития предприятия


Кадры

1. Высокий уровень
квалификации кадров

2. Отсутствие текучести

кадров

3.Высокая рентабельность
персонала


1. Отсутствие эффективной
системы мотивации и
стимулирования


Производство

1.Наличие современной
технологии

2.Наличие современного
оборудов
ание

3. Проведение научно
-
технических разработок

4. Низкая себестоимость
готовой продукции


1.Недозагрузка производственных
мощностей

2.
Большой срок поставок
материалов и комплектующих,
используемых в производстве

3. Появление продукта
-
заменителя


Корпор
ативная культура

1.Высокий уровень
корпоративной культуры

1.Низкий уровень корпоративной
культуры






33


Т
аблица
6



Матрица

SWOT


Возможности:

1.Использование
инновационной
инфраструктуры ТПУ

2.Повышение стоимости
конкурентных
разработок

3.Появление
допо
лнительного спроса
на новый продукт

4. Появление
современных

технологий и
оборудования

5.Появление новых
программ по повышению
квалификации персонала

Угрозы:

1.Отсутствие спроса на
новые технологии
производства

2.Развитая конкуренция
технологий производст
ва

3.Несвоевременное
финансовое обеспечение
научного исследования со
стороны государства


Сильные стороны:

1.
Наличиетэкономичность
и энергоэффективность
технологии.

2.Экологичность
технологии.

3.Более низкая стоимость
производства по
сравнению с другими
т
ехнологиями.

4.Наличие бюджетного
финансирования.

5.Высокий уровень
профессионализма кадров

1.
Разработка технологии
гидрирования бензола
с
целью п
олучения

циклогексана
с требуемыми
конкурентными
преимуществами


2.
Повышение
р
ентабельности
производства

3.
Ста
жировка персонала за
рубежом

1.Создание программы
продвижения проекта
.

2.Изучение конкурентов и
создание конкурентных
стратегий.

3.Лоббирование своего
проекта на уровне
государства

Слабые стороны:

1.
Отсутствие
инжиниринговой
компании, способной
построить
производство
под ключ

2.
Отсутствие
необходимого
оборудования для
проведения испытания
опытного образца

3.
Большой срок поставок
материалов и
комплектующий,
используемые при
проведении научного
исследования

1.
Создание
инжиниринговой
компании
способной запуст
ить
производство

2.
Закупка необходимого
оборудования

3.
Смена оптимального
поставщика


1.
Создание
инжиниринговой
компании
способной запустить
производство

2.
Закупка необходимого
оборудования

3.
Смена оптимального
поставщика

4.
Изучение конкурентов и
создание
конкурентных
стратегий.

5.
Лоббирование своего
проекта на уровне
государства

34


2
.2 Планирование научно
-
исследовательских работ

2
.2.1 Структура работ в рамках научного исследования

Для
получения циклогексана
в производственных условиях
формируется рабочая гру
ппа, в состав которой входят руководитель проекта
и инженер (дипломник).

Составим перечень этапов и работ в рамках проектируемого узла и
проведем распределение испо
лнителей по видам работ (табл.

7
).

Таблица
7



Перечень этапов, работ
и
распределение испо
лнителей




О
п
р
е
д
е
л
е
н
и
е

т
р
у
д
о
е
м
к
о
с
т
и

в



Основные этапы



раб

Содержание работ

Должность

Исполнителя

Разработка
технического
задания

1

Составление и утверждение
технического задания

Руководитель темы



Выбор
направления

исследований

2

Подбор и изучение материалов
по теме

Инженер

(бак
алавр)

3

Выбор направления
исследований

Руководитель, инженер

(бакалавр)

4

Календарное планирование
работ по теме

Руководитель


Теоретические и
экспериментальные
исследования





5

Проведение теоретических
расчетов и обосно
ваний

Инженер

(бакалавр)


6

Сопоставление результатов
экспериментов с теоретическими
исследованиями

Инженер
(бакалавр)


Обобщение и
оценка результатов

7

Оценка эффективности
полученных результатов

Руководитель

8

Определение целесообразности
проведения процесса

Руководитель
,

и
нженер

(бакалавр)


Разработка техни
-
ческой
документации
и
проектирован
ие


9

Разработка блок
-
схемы,
принципиальной схемы

Инженер
(бакалавр)


10

Выбор и расчет конструкции

Инженер
(бакалавр)

11

Оценка эффективности
производства и применения
проектируемог
о изделия

Руководитель, инженер

(бакалавр)

Оформление отчета
по проведенным
расчетам

12

Составление пояснительной
записки (эксплуатационно
-
технической документации)

Инженер

(бакалавр)

13

Составление принятых к проекту
чертежей основного и
вспомогательно
го оборудования

Инженер

(бакалавр)
,
руководитель

35


Трудоемкость проектирования узла получения
циклогексана
оценивается экспертным путем в человеко
-
днях и носит вероятностный
характер, т.к. зависит от множества трудно учитываем
ых факторов. Для
определения ожидаемого (среднего) значения трудоемкости

используется
следующая формула:

,

где



ожидаемая трудоемкость выполнения
i
-
ой работы чел.
-
дн.;




минимально возможная трудоемкость выполнения заданной
i
-
ой
работы (оптимистическая оценка: в предположении наиболее благоприятного
стечения обстоятельств), чел.
-
дн.;




максимально возможная трудоемкость выполнения заданной
i
-
ой
работы (пессимистическая оценка: в предположении наиболее
неблагоприятного стечения обстоятельств), чел.
-
дн.


Исходя из ожидаемой трудоемкости работ, определяется
продолжительность каждой работы в рабочих днях
Т
р
, учитывающая
параллельность выполнения р
абот несколькими исполнителями. Такое
вычисление необходимо для обоснованного расчета заработной платы, так
как удельный вес зарплаты в общей сметной стоимости научных
исследований составляет около 65 %.

,

где



продолжительность одной работы, раб. дн.;




ожидаемая трудоемкость выполнения одной работы, чел.
-
дн.




численность исполнителей, выполняющих одновременно одну и
ту же работу на данном этапе, чел.



36


2
.2.2 Ра
зработка графика проектирования узла


Для разработки графика проектирования узла, построим диаграмму
Ганта.

Диаграмма Ганта



горизонтальный ленточный график, на котором
работы по теме представляются протяженными во времени отрезками,
характеризующимися д
атами начала и окончания выполнения данных работ.

Для удобства построения графика, длительность каждого из этапов
работ из рабочих дней приведем в календарные дни по формуле:

,

где
Т
к
i


продолжительность выполнения
i
-
й работы в календ
арных днях;

Т
р
i



продолжительность выполнения
i
-
й работы в рабочих днях;

k
кал


коэффициент календарности.

Коэффициент календарности определяется по следующей формуле:

,

где



количество календарных дней в
году;




количество выходных дней в году;




количество праздничных дней в году.

k
кал
=1,5

Все рассчитанные значения сведем в таблицу (табл.
8
).









37


Таблица
8



Временные показатели проведения научного ис
следования


Название

работы

Трудоёмкость работ

Исполнители,
количество

Длительность

работ в

рабочих днях


Длительность

работ в

календарных

днях



t
min
,

чел
-
дни

t
max
,

чел
-
дни

t
ож,

чел
-
дни

Исп.1

Исп.2

Исп.3

Исп.1

Исп.2

Исп.3

Исп.1

Исп.2

Исп.3

Исп.1

Исп.2

Исп.3

Исп.1

Исп.2

Исп.3

Исп.1

Исп.2

Исп.3

Разработка
технического задан
ия

12

8

6

15

10

9

13,2

8,8

7,2

1

2

3

13,2

4,4

2,4

19,8

6,6

3,6

Работа с литературой

60

90

105

70

96

111

64

92,4

107,4

1

2

2

32

46,2

53,7

48

69,3

80,55

Выполнение
материальных
расчетов для
проектируемого
процесса и его
оформление

25

30

20

30

35

25

27

32

2
2

1

1

2

27

32

11

40,5

48

16,5

Выполнение чертежа
технологической
схемы
проектируемого
процесса

14

20

25

20

25

30

16,4

22

27

2

1

1

16,4

22

27

24,6

33

40,5

Выполнение чертежа
общего вида реактора
и его основных узлов

30

30

28

35

35

35

32

32

30,8

1

2

1

32

1
6

30,8

48

24

46,2

Выполнение
спецификации к
технологической
схеме, к аппарату и
его узлам

25

30

20

30

35

25

27

32

22

1

1

1

27

32

22

40,5

48

33

Оформление
пояснительной
записки проекта

15

7

8

17

10

12

15,8

8,2

9,6

1

2

2

15,8

4,1

4,8

23,7

6,2

7,2


38


Таблиц
а
9



Календарный план
-
график проведения
проектирования узла


раб
от

Вид работ

Исполнители

дн
.

Продолжительность выполнения работ

Янв.

Февр.

март

Апрель

май

июнь

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

1

Разработка
технического за
дания

Руководитель

20

















2

Работа с литературой

Инженер

(
бакалавр
)

48

















3

Выполнение
материальных расчетов
для проектируемого
процесса и его
оформление

Инженер

(
бакалавр
)

41

















4

Выполнение чертежа
технологиче
ской схемы
проектируемого процесса

Руководитель,
инженер

(
бакалавр
)

25

















5

Выполнение чертежа
общего вида реактора и
его основных узлов

Инженер

(
бакалавр
)

48

















6

Выполнение
спецификации к
технологической схеме, к
аппарату и

его узлам

Инженер

(
бакалавр
)

41

















7

Оформление
пояснительной записки
проекта

Инженер

(
бакалавр
)

24



















-

инженер

(бакалавр)

-

руководитель




39


2
.3 Бюджет проектируемого узла

2
.3.1 Ра
счет материальных затрат


Данная статья включает стоимость всех материалов, используемых
при разработке проекта:

-

приобретаемые со стороны сырье и материалы, необходимые для
создания научно
-
технической продукции;

-

покупные материалы, используемые в проце
ссе создания научно
-
технической продукции для обеспечения нормального технологического
процесса и для упаковки продукции или расходуемых на другие
производственные и хозяйственные нужды (проведение испытаний,
контроль, содержание, ремонт и эксплуатация обо
рудования, зданий,
сооружений, других основных средств и прочее), а также запасные части для
ремонта оборудования, износа инструментов, приспособлений, инвентаря,
приборов, лабораторного оборудования и других средств труда, не
относимых к основным средства
м, износ спецодежды и других малоценных и
быстроизнашивающихся предметов;

-

покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты,
подвергающиеся в дальнейшем монтажу или дополнительной обработке;

-

сырье и материалы, покупные комплектующие изделия и
полуфабрикат
ы, используемые в качестве объектов исследований
(испытаний) и для эксплуатации, технического обслуживания и ремонта
изделий


объектов испытаний (исследований);

В материальные затраты, помимо вышеуказанных, включаются
дополнительно затраты на канцелярские

принадлежности, диски, картриджи
и т.п. Однако их учет ведется в данной статье только в том случае, если в
научной организации их не включают в расходы на использование
оборудования или накладные расходы. В первом случае на них определяются
соответствующи
е нормы расхода от установленной базы. Во втором случае
40


их величина учитывается как некая доля в коэффициенте накладных
расходов.

Расчет материальных затрат осуществляется по следующей формуле:

,

где
m



количество видов материальны
х ресурсов, потребляемых при
выполнении научного исследования;

N
расх
i



количество материальных ресурсов
i
-
го вида, планируемых к
использованию при выполнении научного исследования (шт., кг, м, м
2

и т.д.);

Ц
i



цена приобретения единицы
i
-
го вида потребляе
мых
материальных ресурсов (руб./шт., руб./кг, руб./м, руб./м
2

и т.д.)
.

Из затрат на материальные ресурсы, включаемых в себестоимость
продукции, исключается стоимость возвратных отходов.

Под возвратными отходами производства понимаются остатки сырья,
матер
иалов, полуфабрикатов, теплоносителей и других видов материальных
ресурсов, образовавшиеся в процессе производства научно
-
технической
продукции, утратившие полностью или частично потребительские качества
исходного ресурса (химические или физические свойств
а) и в силу этого
используемые с повышенными затратами (понижением выхода продукции)
или вовсе не используемые по прямому назначению.

Таблица
1
0



Материальные затраты (цены, включая НДС)
[22
]
:


Наимено
-
вание

Ед
ини
ца
изм
ере
ния

Количество

Цена за ед.,

руб.

Затраты на материалы

(с учетом
амортизации)
, (
З
м
), руб.

Исп.1

Исп.2

Исп.3

Исп.1

Исп.2

Исп.3

Исп.1

Исп.2

Исп.3

Водород

м
3

17264,7

15000

16000

5

4

4,5

8632,35

6000

7200

Бензол

м
3

14632,0

15000

12000

2

2,3

2,5

29264

34500

30000

Циркул.газ

м
3

318910,6

30
0000

320000

5,7

5,5

5,0

15148,25

13750

13333,33

Никель
-
хром

кг

100000

70000

80000

3,1

3,5

3,2

31000

24500

25600

Итого
:

84044,6

78750

76133,33


41


2
.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для
проектирования узла гидрирования бензола


В данную статью
включают все затраты, связанные с приобретением
специального оборудования, необходимого для проведения работ по
конкретной теме. Определение стоимости
спецоборудования производится по
действующим прейскурантам, а в ряде случаев по договорной цене. Расчет
з
атрат по данной статье зан
если в таблицу 26.


Таблица
1
1



Расчет бюджета затрат на приобретение
спецоборудования

(цены, включая НДС)

[
23
]



п/п

Наименование
оборудования

Кол
-
во
единиц
оборудо
-
вания, шт

Цена единицы оборудования

(с учетом амортизации)
, руб
.

Общая стоимость
оборудования, тыс. руб.

Исп.1

Исп.2

Исп.3

Исп.1

Исп.2

Исп.3

Исп.1

Исп.2

Исп.3

1.

Трубчатый реактор

1

2

2

17500

17500

18000

17500

35000

36000

2.

Теплообменник

5

4

4

14583

15000

14167

72915

60000

56668

3.

Сепарационные
колонна

1

1

1

5
000

4500

4300

5000

4500

4300

4.

Холодильник

1

1

1

10000

15000

18000

10000

15000

18000

5.

Колонный реактор

3

3

2

15000

2000

4000

45000

6000

8000

6.

Компрессор

1

2

2

10000

16000

25000

10000

32000

50000

7.

Колонна
форконтакта

1

1

1

20000

25000

18000

20000

25000

18000

8.

Ректификационная
колонна

1

1

1

8000

8333

10000

8000

8333

10000

9.

Насос

1

2

1

10000

15000

12000

10000

30000

12000

10.

Сепаратор

1

1

1

8000

10000

10500

8000

10000

10500

11.

Подогреватель

1

2

2

18000

15000

13000

18000

30000

26000


Итого:

224415

255833

249468



2
.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы


В часть включается основная заработная плата научных и инженерно
-
технических работников, рабочих макетных мастерских и опытных
производств, непосредственно участвующих в выполнении

работ по данной
теме. Величина расходов по заработной плате определяется исходя из
42


трудоемкости выполняемых работ и действующей системы окладов и
тарифных ставок. Расчет основной з
аработной платы сводится в таблице 27
.

Основная заработная плата (
З
осн
)
лаб
оранта, инженера

рассчитывается
по следующей формуле:

,

где
З
осн




основная заработная плата одного работника;

Т
р


продолжительность работ, выполняемых научно
-
технически
м
работником, раб. дн.
;

З
дн



среднедневная заработная плат
а работника, руб.

Среднедневная заработная плата рассчитывается по формуле:

,

где З
м



месячный должностной оклад работника, руб.;

М


количество месяцев работы без отпуска в течение года:

при отпуске в 24 раб. дня М 11,2 месяца,
5
-
дневная неделя;

F
д



действительный годовой фонд рабочего времени научно
-
техническог
о персонала, раб. дн.







Таблица 12



Расчет основной заработной платы



п/п

Наименование этапов

Исполнители по
категориям

Длительность

работ в

рабочих днях


Среднедневная заработная
плата, руб

Основная заработная плата, руб

Исп.
1

Исп.
2

Исп.
3

Исп.
1

Исп.
2

Исп.
3

Исп.
1

Исп.
2

Исп.
3

Исп.
1

Исп.
2

Исп.
3

Исп.
1

Исп.
2

Исп.
3

1.

Разработка технического
задания

Руководитель

13,2

4,4

2,4

602,69

627,80

552,47

7955,52

2762,33

1325,919

2.

Работа с литературой

Инженер

(бакалавр)

32

46,2

53,7

301,35

276,23

251,12

9643,05

12761,97

13485,2

3.

Выполнение
материальных расчетов
для проектируемого
процесса и его
оформление

Инженер

(бакалавр)

27

32

11

301,35

276,23

251
,12

8136,32


8839,46


2762,332


4.

Выполнение чертежа
технологической схемы
проектируемого
процесса

Руководитель


16,4

22

27

602,69

627,80

552,47

9884,13


13811,66


14916,59


инженер

(бакалавр)

301,35

276,23

251,12

4942,06


6077,13


6780,269


5.

Вы
полнение чертежа
общего вида реактора и
его основных узлов

Инженер

(бакалавр)

32

16

30,8

301,35

276,23

251,12

9643,05


4419,73


7734,529


6.

Выполнение
спецификации к
технологической схеме,
к аппарату и его узлам

Инженер

(бакалавр)

27

32

22

301,35

276,23

251,12

8136,32


8839,46


5524,664


7.

Оформление
пояснительной записки
проекта

Инженер

(бакалавр)

15,8

4,1

4,8

301,35

276,23

251,12

4761,26


1132,56


1205,381



Сумма:

63101,70

58644,30

53734,89

Таблица 13



Баланс рабочего времени


Показатели рабочего

времени

Руководитель

Инженер

Календарное число дней

365

365

Количество нерабочих дней

-

выходные дни

-

праздничные дни

118

118

Потери рабочего времени

-

отпуск

-

невыходы по болезни

24

24

Действительный годовой фонд рабочего времени

223

223



Тарифна
я заработная плата З
т
c

находится из произведения тарифной
ставки работника 1
-
го

и 4
-
го

разряда на тарифный коэффициент
k
т

и
учитывается по единой для бюджетных организации тарифной сетке. Расчёт
основной заработной платы приведён в табл
ице 29
.


Таблица 14



Расчёт основной заработной
платы


Исполнители

Разряд

k
т

З
тс
,

руб.

k
пр

k
д

k
р

З
м
,

руб

З
дн
,

руб.

Т
р,

раб.
дн.

З
осн,

руб.

Руководитель

6

1,407

6092

0,3

0,4

1,3

13463,3

676,18

156

105484,82

Инженер

4

1,142

4945

0,3

0,4

1,3

10928,5

548,87

163

89466,27

Итого

З
осн

194951,1


2
.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые
отчисления)


В данной статье расходов отражаются обязательные отчисления по
установленным законодательством Российской Федерации нормам органам
государственного социального страхования (ФСС
),
п
енсионного фонда (ПФ)
и медицинского страхования (
ФФОМС
) от затрат на оплату труда
работников.

45


На 201
6

г. в соответствии с Федерального закона от 24.07.2009

212
-
ФЗ установлен
размер
страховых взносов

равный 30%, учитывая вредность
.


Таблица
1
5



Социа
льные отчисления

Исполн
ение

З
осн,

руб.

Страховые отчисления,
руб.

Исполнение 1

101508,16

30960

Исполнение 2

106681,25

32538

Исполнение 3

77706,90

23701


2
.4 Формирование бюджета затрат проекта


Рассчитанная величина затрат проектирования является основ
ой для
формирования бюджета затрат проекта, который при формировании
договора с заказчиком защищается предприятием в качестве нижнего
предела затрат на разработку продукции.

Определение бюджета затрат на научно
-
исследовательский проект по
каждому варианту

исполнения приведен в таблице 31
.



Таблица
1
6



Расчет бюджета затрат проекта


Наименование статьи

Сумма, руб.

Примечание

Исп.1

Исп.2

Исп.3

1.

Материальные затраты

84044,6

78750

76133,33

Пункт 3.4.1

2.

Затраты на специальное
оборудование

224415

255
833

249468

Пункт 3.4.2

3.

Затраты на электроэнергию

75816

75816

75816

Пункт 3.4.3

4.

Затраты по основной
заработной плате
исполнителей темы

63101,7

58644,3

53734,89

Пункт 3.4.4

5.

Страховые отчисления

30960

32538

23701

Пункт 3.4.5.

6.

Бюджет затрат НТИ

478337,3

50
1581,3

478853,22

Сумма ст. 1
-

5





46




Рисунок 12
-


Распределение бюджета НТИ по статьям, %


2
.4.1 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности

исследования


Определение эффективности проис
ходит на основе расчета
интегрального показателя эффективности научного исследования. Его
нахождение связано с определением двух средневзвешенных величин:
финансовой эффективности и ресурсоэффективности.

Интегральный показатель финансовой эффективности

нау
чного
исследования получают в ходе оценки бюджета затрат трех (или более)
вариантов исполнения научного
исследования. Для

этого наибольший
интегральный показатель реализации технической задачи принимается за
15,9

52,2

15,8

11,2

5,0

1.


Материальные затраты

2.


Затраты на специальное
оборудование

3.


Затраты на
электроэнергию

4.


Затраты по основной
заработной плате
исполнителей темы

5.


Страховые отчисления

47


базу расчета (как знаменатель), с которым соотно
сится финансовые значения
по всем вариантам исполнения.

Интегральный финансовый показатель

разработки определяется как:

,

где




и
нтегральный
финансовый

показатель разработки
;

Ф
р
i



стоимость
i
-
го варианта ис
полнения;

Ф
max



максимальная стоимость исполнения научно
-
исследовательского
проекта (в т.ч. аналоги).

Полученная величина интегрального финансового показателя
разработки отражает соответствующее численное увеличение бюджета
затрат разработки в разах (зна
чение больше единицы), либо соответствующее
численное удешевление стоимости разработки в разах (значение меньше
единицы, но больше нуля).

Интегральный показатель ресурсоэффективности

вариантов
исполнения объекта исследования можно определить следующим обра
зом:

,

где




интегральный показатель ресурсоэффективности
для
i
-
го
вариант
а исполнения разработки
;




весовой коэффициент
i
-
го вариант
а исполнения разработки
;

,



бальная оценка
i
-
го вариант
а исполнения разработки
,
устанавливается экспертным путем по выбранной шкале оценивания;

n



число параметров сравнения.

Расчет интегрального показателя ресурсоэффективности
рекомендуется проводить в форм
е таблицы

(табл.
1
7
)
.




48


Таблица
1
7



Сравнительная оценка характеристик вариантов
исполнения проекта


Объект исследования

Критерии

Весовой
коэффициент
параметра

Исп.1

Исп.2

Исп.3

1. Удовлетворяет постребности
потребителя

0,1

5

3

4

2. Получаем
ый циклогексан
соответствует ГОСТ 7568
-
88

0,3
5

4

2

3

3
. Энергосбережение

0,
15

4

3

3

4
. Надежн
ость

0,25

4

4

4

5
.
Материалоемкость

0,15

4

4

4

ИТОГО

1






4,1

3,05

3,5


Интегральный показатель

эффективности

вариантов исполнения
пр
оекта

(
)

определяется на основании интегрального
показателя
ресурсоэффективности и интегрального финансового показателя по формуле:


и т.д.

Сравнение интегрального показателя эффективности
вариантов
исполнения ра
зработки

позволит определить сравнительную эффективность
проекта

и выбрать наиболее целесообразный вариант из предложенных
.
Сравнительная эффективность проекта

(
Э
ср
):










49





Таблица
1
8



Сравнительная эффективность разработки




п/п

Показатели

Исп.1

Исп.2

Исп.3

1

Интегральный финансовый показатель

1
,00

0,7
5

0,85

2

Интегральный показатель
ресурсоэффективности

4,1
0

3,05

3,5

3

Интегральный показатель эффективности

4,10

4,07

4,11

4

Сравнительная эффективность проекта

отно
сительно исп.1

1
,00

0,99

1,0
1


Представленные расчеты показывают, что
с позиции финансовой и
ресурсной эффективности
, более эффективным

вариант
ом

решения
технической задачи
,
поставленной в
бакалаврской работе,

является
исполнение 1, так как в совокупности

интегральные показатели данного
исполнения выше, чем у других исполнений.
50


Заключение

В результате проведенной работы

были определены основные
способы получения циклогексана

в современных условиях, их
достоинства и
недостатки, и выбран наиболее оптимальный

метод получения продукта.

В процессе выполнения ВКР был спроектирован узел

гидрирования
бензола до циклогексана на никель


хромовом катализаторе

и рассмотрены
вопросы эффективности и безопасности производства.


В результате исследования проведен анализ

существующих способов
получения
циклогексана
, материальный и тепловой расчёты, подобрано
основное и вспомогательное оборудование,
проведена оценка

экономическ
ой

эффективност
и установки и определены факторы

рабочего места
аппаратчика

в цеху по производс
тву циклогексана
.

51




52




Приложенные файлы

  • pdf 11529054
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий