Разработка основного технологического оборудования переработки монацитового концентрата

Произведен расчет основного технологического оборудования переработки монацитового концентрата с целью получения товарных редкоземельных элементов (РЗЭ). Произведен анализ литературных данных и патентной базы. Выбрана наиболее оптимальная методика – метод бифторидного вскрытия.
Представленный технологический и механический расчет двух единиц оборудования с учетом высокой унификации и модульного строения технологической линии универсален для всей линии. Представлен экономический расчет проектируемого производства. Оценены риски воздействия на работников и окружающую среду в разделе “Социальная ответственность”. Сделан вывод целесообразности создания предприятия по заявленной методике.

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………….. 14
1. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ДАННЫХ ……………………………………………………….. 17

1.1. Литературный и патентный обзор ………………………………………………………. 17

1.1.1. Щелочной способ ………………………………………………………………. 19
1.1.2. Способ вскрытия спеканием с кальцинированной содой ………. 20
1.1.3. Способ вскрытия спеканием с углем ……………………………………. 21
1.1.4. Способ вскрытия азотной кислотой …………………………………….. 22
1.1.5. Способ вскрытия фторированием………………………………………… 23
1.2. Химический состав монацитового концентрата. Характеристики сырья .. 29
1.3. Химизм реакций выбранной технологии …………………………………………….. 34

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ …………………………………………………………………… 40

2.1. Описание технологической линии ……………………………………………………… 40
2.2. Материальный баланс реактора вскрытия монацитового концентрата ….. 43
2.3. Расчет тепловой изоляции реактора ……………………………………………………. 44
2.4. Технологический расчет элементов оборудования ………………………………. 46

2.4.1. Технологический расчет винтового конвейера ……………………… 46
2.4.2. Технологический расчет шнековой центрифуги непрерывного действия
…………………………………………………………………………………………………………….. 51
2.5. Расчет предохранительных устройств ………………………………………………… 54

3. КОНСТРУКТИВНО – МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕАКТОРА ВСКРЫТИЯ
МОНАЦИТА …………………………………………………………………………………………………… 61

3.1. Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки, крышки и днища ….. 61

3.1.1. Выбор исполнительного материала……………………………………… 62
3.1.2. Определение расчетных параметров и толщин стенок ……….. 62
3.1.3. Расчет толщины стенок цилиндрической части аппарата из условия
прочности 64
3.1.4. Расчёт цилиндрической обечайки на устойчивость ……………. 65
3.2. Расчет крышки и днища …………………………………………………………………….. 68

3.2.1. Расчет толщины стенки крышки и днища из условия прочности68
3.2.2. Определение допускаемых значений давления ………………….. 70
3.3.Расчет штуцеров ………………………………………………………………………………… 71
3.4.Расчет укрепления отверстий ……………………………………………………………… 74
3.5.Расчет фланцев ………………………………………………………………………………….. 78
3.6.Расчет опоры……………………………………………………………………………………… 91
3.7. Расчет перемешивающего устройства ………………………………………………… 98

3.7.1. Выбор конструктивных параметров мешалки и привода ………. 98
3.7.2. Расчет на ветроустойчивость …………………………………………….. 104
3.7.3. Расчет на жесткость ………………………………………………………….. 107
3.7.4. Расчет на прочность …………………………………………………………. 110
3.8. Расчет прогиба вала винтового конвейера …………………………………………. 114
3.9. Результаты проведенных исследований ……………………………………………. 117

4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ……………………………………………………………………………….. 119

4.1. Анализ мирового и Российского рынка редкоземельных элементов (РЗЭ)119
4.2 SWOT-анализ …………………………………………………………………………………… 126
4.3 Экономический расчет ……………………………………………………………………… 128

4.3.1 Расчет производственной мощности …………………………………… 128
4.3.2 Расчет себестоимости готовой продукции по действующему
производству ………………………………………………………………………………………. 130
4.3.3 Расчет капитальных затрат ………………………………………………… 136
4.3.4 Расчет технологических затрат …………………………………………… 138
4.3.5 Калькуляция себестоимости получения 1 т товарного продукта140
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ……………………………………………………….. 148

5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения обеспечения
безопасности………………………………………………………………………………………………. 148
5.2. Производственная безопасность ………………………………………………………. 149
5.2.1. Выявление вредных и опасных факторов ……………………………………….. 150
5.3. Экологическая безопасность ……………………………………………………………. 155
5.4. Безопасность при чрезвычайных ситуациях ………………………………………. 156

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………… 158
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА …………………………………………………………… 160
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………… 161
Приложение I…………………………………………………………………………………………………. 172

В ходе дипломной работы была рассмотрена проблема утилизации монацитового
концентрата Красноуфимского места хранения. Наличие в работах [9,11,51] информации о
корреляции роста онкологических заболеваний, с разрушением сооружений хранения, интерес к
извлечению редкоземельных элементов, представленный в [1, 3-8, 10-24, 26-33] подтверждает
актуальность проблемы. Для решения проблемы утилизации монацитового концентрата
Красноуфимского места хранения, в п.п.1.1., был проведен анализ литературных источников и
патентов, для выявления наиболее выгодной по технико-экономическим показателям методики.
Проведен сравнительный анализ методов вскрытия монацитового концентрата, рассмотрен химизм
реакций, данные сравнительного анализа занесены в таблицу 1. Сделан вывод о перспективности
применения метода фторирования.

В результате проведенного сравнительного анализа патентной базы в качестве
исполнительной технологии была принята методика описанная в патенте РФ № 2 667 932 – метод
бифторидного вскрытия. В п.п.1.2.представлен химический состав монацитового концентрата,
представлены характеристики сырья. Данные о химическом составе монацитового концентрата
занесены с таблицы 2-3. Дисперсное распределение частиц представлено в таблице 4-5. Результаты
ситового анализа (таблица 5) изображены графически на рисунке 1. В п.п. 1.3, произведен анализ
химизма реакций выбранной технологии, в таблицах 8,10,11-13, представлен анализ вероятности
протекания реакций по механизмам на основании расчета энергии Гиббса.

В п.п. 2.1, представлено описание технологической линии построенной на основании
выбранной технологии, с определёнными усовершенствованиями, представлено обоснование
выбора исполнительного типа единиц оборудования. В таблице 14, представлены некоторые
параметры технологии. Приводиться аргументированный вывод исполнительных материалов
аппаратного оформления с учетом ионизирующего излучения обрабатываемого сырья. В п.п. 2.2,
представлен материальный баланс реактора вскрытия монацитового концентрата, данные занесены
в таблицу 17. В п.п. 2.3, произведен выбор исполнительного материала тепловой изоляции реактора,
рассчитана необходимая толщина изоляции равная 100 мм (10 см). В п.п. 2.4, произведен
технологический расчет винтового конвейера и шнековой центрифуги непрерывного действия.
Рассчитаны основные геометрические размеры аппаратов в соответствии с [47, 56-57, 60].
Рассчитана производительность шнекового конвейера (1,3т /ч), что позволит экспрессно провести
операцию загрузки сырья (за 9 мин). Произведён подбор привода из представленных в [47]
стандартных моделей. Рассчитаны геометрически размеры шнековой центрифуги,
производительность, равная 5,58 т/час, что позволит разделить необходимое количество пульпы за
2.35 минут. В п.п. 2.5, произведен расчет предохранительного устройства необходимого для
аварийного сброса паров, выбрана стандартная модель предохранительного устройства.

В п.3.1, произведен расчет толщины стенки обечайки реактора вскрытия монацитового
концентрата (s = 4 мм), расчет толщины стенки крышки и днища (s = 4 мм), выбраны стандартные
крышки и днища (таблица 19). Произведен расчет штуцеров и фланцев, выбраны стандартные
сборочные единицы (таблицы 20-25). Рассчитаны опоры, выбраны стандартное оформление
(таблица 26).

В п.п. 3.7. произведен расчет перемешивавшего устройства, выбор исполнительного типа
привода из стандартных значений. Произведен расчет вала на ветроустойчивость, жесткость и
прочность.

Все представленные в работе расчеты проведены в соответствии с действующими ГОСТ,
нормативными документами (РД, АТК).

В п.4 проведён анализ рынка РЗЭ в России и мире, выявлены основные поставщики и
потребители, данные занесены в таблицу 29. Произведен SWOT-анализ проектируемого
производства. Рассчитаны основные экономические параметры проектируемого производства
(таблицы 31-41). Произведен расчет точки безубыточности производства рисунок 14. В п.5. в
результате анализа проектируемого производства выявлены основные опасные и вредные
производственные факторы, предложены методы их устранения. Проанализирован возможный вред
проектируемого производства для окружающей среды. Предложены превентивные меры
предупреждения негативного воздействия на работника во время выполнения рабочих
обязанностей, на окружающую среду.

Магистерская диссертация дополнена частью на иностранном (английском языке)
(приложение 1).
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА

№ Форма Объем
Наименование работы, ее вид Выходные данные Соавторы
п/п работы работы, с.

а) научные работы
Perevezentseva
Electrochemical Activity of // Oriental Journal of
D. O. , Skirdin K.
Glutathione at a Graphite Chemistry. – 2015 –
1 статья 9 V. , Gorchakov
Electrode Modified with Gold Vol. 31 – №. 2. – p. 1-
E. V. , Bimatov
Nanoparticles 8
V. I.
Perevezentseva
Electrochemical activity of // Key Engineering
D. O. , Skirdin K.
methionine at graphite Materials . – 2016 –
2 статья 5 V. , Gorchakov
electrode modified with gold Vol. 685. – p. 563-
E. V. , Bimatov
nanoparticles 568
V. I.
б) авторские свидетельства, дипломы, патенты и др.
Патент на изобретение
№2586961 “Способ
определения метионина в
модельных водных растворах Патент на Перевезенцева
методом циклической изобретение Д.О., Горчаков
3 патент 5
вольтамперометрии на №2586961 г. Томск Э.В., Кошунов
графитовом электроде, 19 мая 2016 А.В.
модифицированном
коллоидными частицами
золота”