Регенерация азотной и серной кислоты
| | |серной кислоты | |
| | |Теплота разложения|5372,14 |
| | |С продуктами |171,08 |
| | |разложения | |
| | |Теплота |1446439,52 |
| | |дегидратации | |
| | |Потери в |63594,43 |
| | |окружающую среду | |
|Всего: |9041042,68 |Всего: |9041042,68 |
3. Технико-технологическая часть
3.1. Выбор и расчет производительности основного и вспомогательного
оборудования технологической схемы
Исходя из заданной производительности проектируемого производства по
готовой продукции (98% HNO3) определяем суточную и часовую
производительность основного аппарата цеха-колонны ГБХ.
Псут=[pic], где
Пгод-10000 т/год
n – время на ремонт и простои оборудования
Псут=[pic]=29,85 т/сут
Пчас=[pic]=1,24 т/час
При отгонке концентрированной HNO3 определенного состава расход
безводной H2SO4 зависит от массовой доли H2SO4 в разбавленной HNO3, при
этом расход H2SO4 будет тем больше, чем сильнее разбавлена HNO3. Для одной
и той же исходной разбавленнной HNO3 удельный расход H2SO4 обратно
пропорционален ее степени концентрации. В соответствии с расчетом по
треугольным диаграммам (услович – Температура кипения смеси на палках) при
массовой доле HNO3 48-50% и технической H2SO4 91-92% соотношение HNO3:H2SO4
составляет 1:32 при исходной HNO3 50% и H2SO4 92%. Исходя из сказанного
выше, годовая производительность по H2SO4 будет равна 32000 т/год.
[pic]=[pic]
Рассчитаем суточную и часовую производительность вихревой колонны:
Псут=[pic]=95.52 т/сут
Пчас=[pic]=3,98 т/час
3.2 Расчет количества аппаратов
n=[pic]
Пгод – годовая производительность
Пчас – часовая производительность
КИО – коэффициент использования оборудования
Тэф – эффективный фонд времени работы аппарата, ч
Денитрационная колонна ГБХ
Тэф=8040 час/год
КИО=0,95
Пгод=10000 т/год
Пчас=1,24 т/час
n=[pic]=1.1 шт
Выбираем 1 аппарат
Вихревая колонна
Тэф=8040 ч/год
КИО=0,9
Пгод=32000 т/год
Пчас=3,98 т/час
n=[pic]=1.1 шт
Выбираем 1 аппарат
Абсорбер для улова паров азотной кислоты и окислов азота:
Тэф=8760-1404 =7365 ч
КИО=0,86
Пгод=5337000 т/год
Пчас=5337000/7356 =725,5 т/час
n=[pic]=3,8 шт
Выбираем 4 абсорбера
4. Конструктивно-механические расчеты
4.1 Расчет числа ступеней контакта фаз концентратора [5]
Определение числа ступеней концентратора серной кислоты при
концентрировании от 70% масс до 91-92% масс H2SO4 проводим аналитическим
методом. При нагреве серной кислоты до 260-280 ОС продукционную 92% H2SO4
можно получить в одной ступени. Однако при этом содержание серной кислоты в
парах достигает 30-50 г/м3 , что приводит к значительному газовому выбросу.
Для уменьшения содержания в парах, серную кислоту концентрируют в 2-3
ступенчатых аппаратах, однако, если при этом пересыщение паров H2SO4 во
второй ступени превышает критическое значение более, чем в 30 раз:
Sкр>[pic]=3,3, то происходит образование тумана серной кислоты.
Концентрация кислот во второй ступени для работы концентратора в режиме без
образования тумана серной кислоты должна составлять 85-90% масс,
температура 240 ОС.
Аналитическое определение числа ступеней, концентрации и температур
H2SO4 на ступенях концентратора, работающего без образования тумана,
представлено в таблице .
Таблица №18 - Число ступеней, концентрации и температуры серной
кислоты на ступенях концентратора.
| |Ступени концентратора |
| |1 |2 |3 |4 |5 |
| | | | | | |
|1. Температура газа, ОС | | | | | |
|на входе |850 |230 |210 |190 |175 |
|на выходе |230 |210 |190 |175 |160 |
|2. Концентрация H2SO4, % | | | | | |
|на входе |88 |84 |80 |75 |70 |
|на выходе |92 |88 |84 |80 |75 |
|3. Температура H2SO4, ОС |220 |200 |180 |165 |150 |
|Давление насыщенных паров H2SO4, | | | | | |
|Па | | | | | |
|на входе |200 |56 |16 |2,2 |0,47 |
|на выходе |960 |200 |56 |16 |2,2 |
|5. Пересыщение, S | |4,8 |3,57 |3,5 |7,3 |
|6. Критическое состояние, Sкр | |4,5 |6 |7,1 |12,27 |
|7. Отношение: S : Sкр | |1,07 |0,6 |0,5 |0,6 |
Принимая равными эффективности ступеней вихревой колонны по
температуре, массоотдаче в газовой и жидкой фазах для процессов десорбции
паров воды и абсорбции паров серной кислоты, задаемся распределением
концентрации (xi) и температур (ti) серной кислоты.
Таблица №19
| |Ступени концентратора |
| |1 |2 |3 |4 |5 |
| | | | | | |
|1. Температура газа, ОС | | | | | |
|на входе |850 |250 |210 |190 |175 |
|на выходе |250 |210 |190 |175 |170 |
|2. Концентрация H2SO4, % масс. | | | | | |
|на входе |89 |85 |81 |76 |70 |
|на выходе |92 |89 |85 |81 |76 |
|3. Давление насыщенных паров H2SO4, | | | | | |
|Па | | | | | |
|на входе |250 |56 |16 |2,2 |0,47 |
|на выходе |980 |250 |56 |16 |2,2 |
|4. Пересыщение, S |3,8 |4,5 |3,5 |7,3 | |
|5. Критическое пересыщение, Sкр |4,3 |6 |7,1 |12,27 | |
|6. Отношение: S : Sкр |0,88 |0,75 |0,49 |0,59 | |
|7. Брызгоунос на 1 кг подаваемой на |0,319 |0,318 |0,317 |- |- |
|ступень кислоты | | | | | |
1. Определяем расходы СК на ступенях вихревой колонны
[Li, (i=1-5)]
Li=Li+1*[pic], кг/час
Количество слабой H2SO4, поступающей в колонну (из материального
баланса) составляет:
L6= 7654.9 кг, температура кислоты t6=150 ОС, концентрация C6=70%,
[pic]=1,494 т/м3
Количество серной кислоты, поступающей из пятой на четвертую ступень:
L5=[pic][pic]=7654.9*0.7/0.75=7143 кг/ч (4687,5 м3 /ч)
X5=0,75; t5=165 ОС, [pic]=1,524 т/м3
Количество СК, поступающей из четвертой на третью ступень:
L4=[pic][pic]=7143*0.75/0.8=6696.6 кг/ч (4273.49 м3 /ч)
X4=0,8; t4=180 ОС, [pic]=1,567 т/м3
Количество СК, поступающей из третьей на вторую ступень:
L3=[pic][pic]=6696,6*0.8/0,84=6377,7 кг/ч (4059,6 м3 /ч)
X3=0,84; t3=200 ОС, [pic]=1,571 т/м3
Количество СК, поступающей из второй на первую ступень:
L2=[pic][pic]=6377,7*0.84/0,88=6087,8 кг/ч (3848 м3 /ч)
X2=0,88; t2=220 ОС, [pic]=1,582 т/м3
Количество продукционной СК, выходящей из первой ступени:
L1 =[pic][pic]=6087,8*0.88/0,92=5823,1 кг/ч (3653,14 м3 /ч)
X1=0,92; t1=250 ОС, [pic]=1,594 т/м3
По уравнению и табличным значениям (таблица №19 ) определяем
равновесные концентрации паров серной кислоты на ступенях колонны:
[pic], Па
Рассчитываем значения пересыщения паров H2SO4 на ступенях колонны:
S=yi-1/yi; i = 2-5
По уравнению [pic][5]
Рассчитываем значения критического пересыщения паров H2SO4 на ступенях
колонны Sкр-Sкр5
Определяем соотношения Si/ Sкрi на ступенях колонны. При
Si/Sкрi [pic]1 происходит образование тумана H2SO4, а при Si/Sкрi 0,7атм. |месту |назначения | | | |кий завод г.| |
| |магистрали, | | | | | | |Томск | |
| |поступающей | | | | | | | | |
| |в днище | | | | | | | | |
| |колонны | | | | | | | | |
|11-1 |Температура |140-240 ОС|По |Термоэлектрический термометр. |ТХК 0515 |1 |1 |Приборострои| |
| |пара в общей| |месту |Матириал электродов – хром. | | | |тельный | |
| |магистрали | | |Пределы измерения 50-60 ОС | | | |завод, г. | |
| | | | | | | | |Луцк | |
|12-1 |Температура |85-90 ОС |По |Термометр сопротивления. |ТСП60-97 |1 |1 |Львовприбор"| |
| |верха | |месту |Предел измерения: [-50 ОС, | | | |г. Львов | |
| |колонны | | |+250 ОС], град 20,22. Материал| | | | | |
| | | | |– платина | | | | | |
|11-2 |Температура |140-240 ОС|По |Прибор измеряющий, |НПТЛ-14 |1 |1 |г. | |
| |верха | |месту |нормированный. Предназначен | | | |Чебоксары, | |
| |колонны | | |для преобразования сигналов | | | |з-д | |
| | | | |термоэлектрических | | | |"Электроиспо| |
| | | | |термометров, датчиков ЭДС и | | | |лнмех-ов" | |
| | | | |термометров соспротивления в | | | | | |
| | | | |унифицированные сигналы | | | | | |
| | | | |постоянного тока. Предел | | | | | |
| | | | |измерений 0-5мА | | | | | |
|11-3, 12-3 |-"- |-"- |На |Вторичный прибор |КСП-4 |1 |2 |"Теплоприбор| |
| | | |щите |автоматический, потенциометр | | | |" г. | |
| | | | |стандартный одноточечный | | | |Челябинск | |
| | | | |измеряющий и регистрирующий. | | | | | |
| | | | |Оснащен полупроводниковым | | | | | |
| | | | |усилителем | | | | | |
|15-1 |Нагрузка |3,4 гк/ч |По |Ротаметр с пневматической |РПД |1 |1 | | |
| |колонны | |месту |дистанционной передачей | | | | | |
| |(количество | | | | | | | | |
| |продукционно| | | | | | | | |
| |й HNO3) | | | | | | | | |
|15-2 |-"- |-"- |По |пневмоэлектрический |ПЭ55М |1 |1 |г. | |
| | | |месту |преобразователь | | | |Чебоксары, | |
| | | | |(преобразователь пневмосигнала| | | |з-д | |
| | | | |0,2-1 кгс/см2 в электрический| | | |"Электроиспо| |
| | | | |сигнал 0-5 мА. Класс точности | | | |лнмех-ов" | |
| | | | |1 | | | | | |
|15-3 |-"- |-"- |На |Вторичный пневматический |ПВ 1,3 |1 |1 |"Тизприбор" | |
| | | |щите |прибор (показание, запись) | | | |г. Москва | |
|18-1 |Концентрация|98% |По |Концентратометр предназначен |КСО-У |1 |1 |Опытный | |
| |H2SO4 | |месту |для непрерывного измерения | | | |завод УНИхим| |
| | | | |концентрации | | | |г.Свердловск| |
|18-2 |-"- |-"- |По |Измерение, запись величин, |КСМ-3 |1 |1 |"Теплоприбор| |
| | | |месту |преобразуемых с помощью | | | |" г. | |
| | | | |датчиков в напряжение | | | |Челябинск | |
| | | | |постоянного тока. | | | | | |
|18-3 |-"- |-"- |По |Вторичный самопишущий прибор. |Пв4.2 П |1 |1 |"Тизприбор" | |
| | | |месту |Класс точности 1 | | | |г. Москва | |
|25-1, 25-2 |Оотношение |1:6 |По |Стандартные сужающие |ДК16х80 |2 |2 |"Теплоконтро| |
| |природного | |месту |устройства: диафрагма камерная| | | |ль" г. | |
| |газа и | | |Dy=16кгс/см2 , усл. проход = | | | |Казань | |
| |воздуха в | | |80 мм. | | | | | |
| |топке | | | | | | | | |
|25-3 |-"- |-"- |На |Вторичный самопишущий прибор |ПВ 102П |1 |1 |"Тизприбор" | |
| | | |щите |(запись, показ, управляющее | | | |г. Москва | |
| | | | |воздействие) | | | | | |
6. Безопасность и экологичность проекта.
Анализ производства. [10]
Производство концентрированной серной кислоты непрерывное и полностью
автоматизировано. Производство состоит из трех отделений:
Отделения концентрирования азотной кислоты, отделения концентрирования
серной кислоты и абсорбционного отделения. Используется следующее
оборудование: колонна ГБХ, вихревая ферросилидовая колонна, абсорберы,
вентиляторы, насосы, напорные баки, холодильники, конденсатор, топка.
Оборудование размещено в трехэтажном здании. В основном все оборудование
размещено на первом этаже, но так как колонна ГБХ высокая, то напорные баки
и вентиляторы находятся на третьем этаже. Так как HNO3 и H2SO4 являются
сильными кислотами, то отделение концентрирования кислот относим к
пожароопасным зонам по ПУЭ, т. е. К зоне класса В1а. В отделении абсорбции
возможны выделения нитрозных газов, которые при взаимодействии с воздухом
могут создать взрыво-пожароопасную смесь, то отделение по ПУЭ относим к
взрывоопасным зонам В-1б.
Таблица №23
|Наименование |Класс |Класс |Категория по НПБ 105-95 |
|производственного помещения |по ПУЭ|са-нитарной| |
| | |зоны по | |
| | |СН245-71 | |
| | | | |
|Абсорбционное отделение |В-1б |V |Б (взрывопожароопасная) |
|Отделение серной кислоты |П-IIа |VI |В1-В4 (пожароопасная) |
|Отделение азотной кислоты |П-IIа |VI |В1-В4 (пожароопасная) |
Индивидуальные средства защиты
Работа с кислотами опасна возможными ожогами и отравлениями
выделяющимися газами и парами. Все рабочие кислотного цеха должны быть
обеспечены для защиты тела спецодеждой по ГОСТ 12.4.103-83 из
серошинельного сукна по ГОСТ 12.4.036-78; резиновыми сапогами или калошами
по ГОСТ 5379-73 с суконными чулками для защиты ног.; для защиты рук –
кислотнозащитными рукавицами типа КР; для защиты глаз – предохранительными
защитными очками по ГОСТ 12.4.013-85 закрытого типа с бесцветными стеклами;
для защиты органов дыхания – противогазы марки БКФ или КД. Также
применяются противогазовые респираторы РПГ-67 от действия на глаза
парообразных веществ.
На рабочих местах кислотных участков имеются водопроводные краны,
ванны с содовым раствором (для нейтрализации пролитой кислоты на открытых
участках тела), смена вод которых производится два раза в месяц.
Таблица №24 - Характеристика используемых веществ в производстве:
ПДК, класс опасности, действие на человека, способы обезвреживания.
|Наименов|Токсичность |Способы |ПДК, класс |
|ание | |обезвреживания, |опасности по ГОСТ |
|веществ | |первая помощь |12.1007-76 |
| | | | |
|I. HNO3 |При попадании на кожу |При попадании на |ПДК паров HNO3 в |
|– |человека вызывает сильные |кожу человека, |воздухе рабочей |
|азотная |ожоги. Дым, содержащий |смыть водой, |зоны |
|кислота |туман HNO3, раздражает |нейтрализовать. |производственных |
| |верхние дыхательные пути, |Вывести на свежий |помещений 2мг/м3. |
| |вызывает коньюктивит и |воздух и вызвать |По ГОСТ 12.100776 |
| |поражает роговицу глаз. |скорую помощь, |ССБТ относится к |
| | |HNO3, пролитую на |III классу |
| | |пол, следует смыть|опасности |
| | |водой |(умеренно-опасные)|
| | | | |
|II. |По характеру токсического |То же самое, что и|ПДКр.з.-1мг/м3 По |
|H2SO4 - |действия на организм |для HNO3, но |ГОСТ 12.100776 |
|серная |человека H2SO4 относится к |H2SO4, пролитую на|ССБТ относится к |
|кислота |раздражающей группе |пол, нейтрализуют |III классу |
|регенери|веществ. При попадании на |гашеной известью. |опасности |
|рованная|кожу вызывает сильные долго| |(умеренно-опасные)|
| |не заживающие раны (ожоги),| | |
| |образование нарывов, язв. | | |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
|