Реакция альдольно-кротоновой конденсації, і його оптимизация

Перечень умовних скорочень, позначень, що застосовуються у проекте.

АК — азотна кислота.

СК — сірчана кислота.

НКЛ — нитрокаллоксилин.

ОК — відпрацьована кислота.

СКУ — вихрове контактне устройство.

АСУТП — автоматизовані системи управління технологічним процессом.

УВМ — управляюча обчислювальна машина.

ЗАПРОВАДЖЕННЯ [1].

Нині розвиток виробництв, які використовують суміш азотної і сірчаних кислот як нитрующего агента, призвело до отриманню величезних кількостей відпрацьованих кислотних сумішей. Ці суміші з економічної погляду необхідно регенерувати й у необхідних розрахункових концентраціях повертати знову на виробничий цикл, цим здешевлення одиницю собівартості готової продукции.

Склад потрійних сумішей HNO3 -H2SO4 — H2O, вступників на регенерацію, коливається у досить межах. У одних випадках вони представляють сильно розбавлені кислотні суміші із вмістом азотної кислоти 5−10%, за іншими випадках відпрацьовані кислоти містять 1−2% азотної кислоти і 65−70% сірчаної кислоти, у якій розчинено окисли азоту N2O3, що утворюють нитрозилсерную кислоту HNSO5.

Регенерація таких сумішей є певні труднощі й вимагає пошуки нових і нових засобів, щоб забезпечити нормальне ведення процесу разгонки відпрацьованих кислот, і навіть отримання азотної і сірчаної кислот, що за своїми якостям і технічними характеристиками не поступаються свіжим кислотам застосовуваним для нитрации.

Початковою щаблем регенерації відпрацьованих кислот був частиною їхнього денитрация. Цей процес відбувається залежить від виділенні їх кислотною суміші азотної кислоти і окислів азоту, які у суміші. У результаті проведення процесу денитрации виходить 68−70% сірчана кислота, яка надходить на концентрування, після чого, у разі потреби, то, можливо знову спрямована у цикл нитрации.

1. Аналітична часть.

1.1. Техніко-економічне обгрунтування обраного методу виробництва [2], [3].

У сучасному технології для концентрування сірчаної кислоти застосовуються два виду установок:

— з зовнішнім обогревом;

— з безпосереднім зв’язком греющих газів з кислотой.

До настановам зовнішнього обігріву ставляться казани, звані реторти, установки типу Бюшинга, Паулинга, Фришера, і навіть Майснера. Вони відбувається обігрів кислоти через стіну у апаратах колонного типу, установки вакуум-аппаратов та настанови Дюпон плівкового типа.

До настановам з безпосереднім зв’язком гарячих газів з кислотою ставляться установки Кесслера; широкого розповсюдження набули апарати типу Хемико, працюють у режимі барботирования газів через шар сірчаної кислоти і апарати Вентури трубного типа.

Суть процесу концентрування в апаратах цього залежить від роздрібненні кислоти на краплі завдяки потоку гарячого газа.

Обидва виду технологій отримання концентрованої сірчаної кислоти мають як позитивні, і негативні сторони, які треба враховувати під час виборів характеру виробництва, у кожному окремому проекті - з урахуванням економічних показників і наявність трудових і сировинних ресурсов.

Великим перевагою установок з зовнішнім обігрівом є чи мінімум туману сірчаної кислоти, образующейся внаслідок роботи концентраторів другого типу, і навіть отримання сірчаної кислоти з фортецею до 98%. Завдяки виключенню необхідності очищення відпрацьованих газів від кислотного туману, з’являється можливість здешевити технологічний процес у результаті виходу з технологічної схеми дорогих электрофильтров. Але у концентрировании сірчаної кислоти, наприклад, в ретортах до 96% фортеці і від, відбувається їх швидке зношування через високе температури кипіння сірчаної кислоти, яка сягає t=300оC. З іншого боку, при високих температур збільшується випаровування і розкладання сірчаної кислоти, що веде до втрати кількості і забезпечення якості сірчаної кислоти. Ці недоліки враховані і усунуті в установках типу Майснера, де концентрування відбувається під вакуумом. Установки Майснера дуже компактні проти ретортными установками Паулинга. Під час проектування виробництв одному й тому ж потужності, установки з колонами Майснера займають менш 40% площі, потрібну для установки реторт Паулинга. Проте установки Майснера мають дуже серйозний недолік через малої продуктивності (вихід готового продукту становить до 13−15 т на добу.). До іншому браку належить розтріскування ферросилидовых царг, що виявляється у процесі експлуатації даної установки, і навіть порушення ущільнення між царгами. До вад колон Майснера належить і необхідність будівництва котельних розробки водяної пари, які у колонах. Отже, цей тип установок може бути застосований лише у випадках необхідності концентрування невеликих кількостей сірчаної кислоти й у отримання у своїй сірчаної кислоти високої концентрації (до 98%).

Проблема розтріскування ферросилидовых матеріалів і проблему появи неплотностей було вирішено з приходом установок із застосуванням нагрівальних труб і методу водою, що плівки в установках типу Дюпон. У цих установках застосована новий технічний рішення, у вигляді монтаж устаткування з урахуванням механічних і термічних напруг ферросилида, тобто на ковзанках, або на пружинних підвісках. Перевагою належить простота устрою, виконання й обслуговування. Ці установки продуктивністю ставляться до середніх, досягаючи до 25 т/добу. До вад цього виду установок належить забруднення внутрішніх поверхонь труб з часом, що зумовлює зниження їх теплопропускной здатності розуміти й необхідності їх періодичної прочищення і промивання із застосуванням великої кількості води. У нашій країні початковий період розвитку отримання высококонцентрированной сірчаної кислоти установки цього користувалися не дуже популярна, але, у зв’язку з бурхливим зростанням промисловості, споживає СК у величезних кількостях, установки першого типу були переважно витіснені установками другого типу — з безпосереднім зв’язком греющих газів з кислотою, а установки з зовнішнім обігрівом функціонують й у зараз у одиничних экземплярах.

Одне з представників установок другого типу установки Кесслера, у яких значно полегшено передача тепла від топочных газів до сірчаної кислоті. Концентрируемая кислота не доводиться до точки кипіння, а велика, відкрита поверхню контакту газу та кислоти максимизирует інтенсивність процесу массопередачи і теплопередачі. З іншого боку, перевагою установок Кесслера був частиною їхнього можливість будь-якою місцевому вигляді палива: газоподібному, рідкому, твердому, значно збільшує сировинні можливості невпинного переходу з однієї виду палива на разі потреби в інший. До вад насамперед належить необхідність періодичної чистки рекуператора з розвантаженням насадки, і навіть велика втрата СК з отходными газами, що становить близько 2−2,5%. Дані апарати мають невелику продуктивність — 20 т/добу. Останнім часом установки Кесслера переважно витіснила концентраторами барабанного типу. У апаратах цього концентрування виробляється шляхом барботажа гарячих газів через упариваемую кислоту, як і шарі кислоти, і у зоні бризок, де на кількох поверхні крапель відбувається хороша теплопередача. До нашого часу вони вважалися найзручнішими, вже економічними і практичними для концентрування сірчаної кислоти. Основний вид палива тих установок — мазут. Однак у останнім часом у зв’язку зі збільшенням виробництва газу, останній став широко застосовуватися у концентраторах барабанного типа.

Перевагою цих концентраторів ставляться краще використання тепла й великої кількості кислоти. Дані концентратори мають значення і низку істотних недоліків, які можуть бути усунуті без корінних змін конструкції. Перший недолік залежить від підтримці суворого температурного режиму топочных газів, оскільки збільшення його навіть у 10 ОС досить швидко руйнує барботажные труби першої камери концентратора і, отже, збільшуються втрати СК через її термічного розкладання, що є 10−15% від загальної кількості СК, що йде на концентрирование.

Другим, дуже серйозним недоліком, є освіту парів і туманів СК, улов яких вимагає і застосування громіздких і дорогих споруд — электрофильтров, причому самі электрофильтры теж мають недоліки — вони здійснюють неповний улов сірчистих газів і окислів азоту, що викидаються у повітря; вартість їх дуже висока і як до 30% витрат за всю установку. З огляду на викладені переваги та недоліки, з’явилися нові швидкісні концентратори, у яких потоком гарячого газу рідина переважно розбивається на дрібні краплі. До сформування такого процесу концентрування СК в капельном стані використовують апарати Вентури.

Таблиця № 1 — Видаткові коефіцієнти отримання 92,5% сірчаної кислоты.

Показники Барботажный концентратором Труби Вентури.

Паливо, кг 70 44,5.

Вода (t=25 ОС) 7 6,5.

Ел. енергія, кВт. год 18 16,6.

Застосування цих труб має низку переваг: при невеликих розмірах вони теж мають велику продуктивність, що дозволяє знизити капітальні витрати на тонну концентрованої кислоти проти барботажным концентратором. Перевагою цього і те, що як низька температура кипіння кислоти зменшує ступінь розкладання у її концентрировании зменшує туманообразование, що в результаті призводить до зменшення необхідного обсягу газоочистки.

Вихрова ферросилидовая колона істотно відрізняється віднині які у промисловості систем концентрування СК. Процес ввозяться режимі без освіти туманів сірчаної кислоти і сірчистого ангідриду, що різко знижує газові викиди. Конструктивне виконання концентратора дозволяє з допомогою додаткових брызгоуловительных і абсорбційних щаблів здійснювати зниження газового викиду до санітарним нормам без электрофильтров і скрубберов.

1.2 Патентна часть.

Для проведення патентних досліджень визначається предмет пошуку на тему дипломного проекту, підлягає исследованию.

Предмет пошуку: «Регенерація відпрацьованих кислот. «.

Пошук проходить за вітчизняному патентному фонду, з наявності фонду у бібліотеці КГТУ. Глибина пошуку — 5 років, починаючи з 1994 року й всередину без пробелов.

Джерело інформацію про вітчизняних винаходи по Міжнародної класифікації винаходи МПК:

С01В17/88, С01В17/90, С01В21/24, С01В21/22, С01В21/38, С01В21/40, С01В21/44.

Метою досліджень є з’ясування рівня розвитку техніки у сфері і аналіз застосовності прогресивності рішень на дипломному проекте.

Для складання повного списку винаходів, причетних до темі пошуку, користуються річними систематичними покажчиками до офіційним бюллетеням.

Номери охоронні документи, причетних до темі пошуку, заносять у таблицу.

Таблиця № 2 — Список охоронних документов.

Індекс МПК №№ охоронні документи №№ БІ чи ИЗР Країна видачі патенту Назва изобретения.

1994 рік.

С01В17/88 2 016 842 14 РФ Спосіб концентрування H2SO4.

С01В21/24 2 022 917 21 РФ Спосіб отримання окису азота.

С01В21/26 1 102 183 6 РФ Спосіб окислення аммиака.

С01В21/38 2 009 996 6 РФ Спосіб отримання азотної кислоты.

1993 рік.

С01В17/22 1 805 095 12 Спосіб регенерації відпрацьованою H2SO4.

С01В21/38 1 809 774 14 Спосіб зниження змісту оксидів азоту в хвостових газах виробництва слабкої азотної кислоты.

1992 рік.

С01В21/22 1 675 202 33 РФ Спосіб отримання закису азота.

С01В21/26 1 636 332 11 РФ Спосіб очищення газоподібного монооксиду азота.

1 698 187 46 РФ Спосіб отримання могооксида азота.

С01В21/24 1 650 575 19 РФ Спосіб двухступенчатого окислення аммиака.

С01В21/38 1 664 740 27 РФ Спосіб автоматичного управління процесом очищення хвостових газів від оксиду азота.

С01В21/40 1 668 291 29 РФ Спосіб переробки окислів азоту в неконцентрированную азотну кислоту.

1991 рік.

С01В21/90 1 712 304 6 СРСР Спосіб очищення сірчаної кислоты.

С01В17/88 1 723 030 12 СРСР Спосіб концентрування і очищення сірчаної кислоты.

1990 рік.

С01В21/40 15 641 114 18 СРСР Спосіб ректифікації суміші «азотна кислотачетырехокись азоту «.

1 593 691 35 СРСР Спосіб очищення газової суміші від оксидів азота.

С01В21/46 1 586 997 31 СРСР Спосіб регенерації відпрацьованою 20−50% азотної кислоты.

У розроблюваний план найбільш підходять такі изобретений:

(11) 2 016 842 (13) С1.

(51) 5С01В17/88.

(21) 4 945 951/26.

(72) Махоткин А. Ф., Халитов Р. А., Іванов Г. А., Газизов Ф. М., Куликов В. В., Зарипов І.Р., Лаптєв В.И.

(71) Казанський Державний Технологічний Университет.

(54)(57).

1. Спосіб концентрування сірчаної кислоти, до складу якого багатоступеневе пряме контактування вихідної кислоти з потоком гарячих топочных газів у режимі противотока і наступне сепарирование, відмінне тим, що для запобігання освіти сірчанокислого туману в відведених газах, газожидкостную суміш з кожної щаблі піддають поділу на рідинної і дисперсний потоки із подачею останнього для наступної щабель, а жидкостного — на попередню стосовно напрямку потоку газів щабель, причому концентрацію сірчаної кислоти в дисперсном потоці підтримують рівної 0,6−1,4 кг/м3.

2. Спосіб по п. 1, що б тим, що ведуть у 3−4 ступени.

(11) 1 541 188 (51) С01В17/90.

(21) 3 741 076/23−26 (22) 11.05.84.

(71) Горьковський Політехнічний институт.

(72) Пастухова Г. В., Кім В.П., Петрушков А. А., Катраев О. Н., Казанцев В. П., Никандров І.С., Овчинников В.Д.

(53) 661.254.

(54)(57) Спосіб очищення концентрованої сірчаної кислоти від оксидів азоту обробкою восстановителем за підвищеної температурі, що б тим, що із метою зниження витрати відновлювача й отримання утилизируемого відходу оксиду азоту, як відновлювача використовують уротропін в стехиометрическом кількості на відновлення азотистого ангідриду до оксиду азота.

(11) 1 699 901 (51) С01В17/88.

G05Д27/00.

(21) 66.012.-52.

(75) Кабатов Г. С., Алексєєв Ю.В., Шевців А.Д.; (54)(57) Спосіб управління процесом концентрування сірчаної кислоти в массобоменном колонному апараті шляхом виміру температури в останній у процесі кислоти щаблі массообменной колони, регулювання витрати палива на піч по температурі топочных газів, стабілізації витрат розведеною сірчаної кислоти, повітря на піч, температур топочных газів і концентрованої сірчаної кислоти, котра тим, що з метою підвищення якості продукту та зниження викидів шкідливих речовин у атмосферу, температуру топочных газів, поданих у піч, коректують по температурі в останній у процесі кислоти щаблі массообменной колонны.

(11) 1 809 774 (51) В01Д53/14, С01В21/38, С01В21/40.

(22) 4 913 954/26 (22) 25.02.91.

(72) В. А. Линев, В.І. Герасименко, А. А. Черкасов, М. П. Решетюк, Г. С. Николаев.

(71) Виробниче об'єднання «Куйбышевазот «.

(73) Виробниче об'єднання «Куйбышевазот «.

(54)(57) Спосіб зниження змісту оксидів азоту в хвостових газах виробництва слабкої азотної кислоти, до складу якого абсорбцію нитрозных газів водним розчином азотної кислоти з последующм відновленням впроваджуються зі стадії абсорбції хвостових газів, містять домішки оксидів азоту, аміаком, що б тим, що із метою зниження змісту шкідливих речовин у хвостових гази та витрати аміаку, водний розчин азотної кислоти, перед абсорбцією обробляють озонокислородной сумішшю, що містить 40−60 р. озону на 1 м³ хвостового газу, який вводимо зі стадії абсорбции.

(11) 1 688 291 (51)5 С01В21/40.

(21) 4 648 035/28 (22) 07.02.89.

(53) 661.56.

(72) А. Ф. Мараховский, О. Н. Золотарьов, В. К. Кисельов, В. А. Степанов, Н. П. Перепадья, В. В. Истомин.

(71) Харківський Інститут інженерів комунального будівництва, Горловское виробниче об'єднання «Стірол », кооператив «Супутник » .

(54)(57) Спосіб переробки оксидів азоту в неконцентрированной азотної кислоті до складу якого їх абсорбцію поглиначем, що містить азотну кислоту, попередньо оброблену магнітним полем напруженістю 1500−2500 Еге, що б тим, що з метою підвищення ступеня переробки, разом з магнітної обробкою здійснюється аэрирование поглинача повітрям чи газової сумішшю, що містить 90−99% кисню протягом 20−40 хв. При питомому витратах повітря, або газової суміші 0,2−2,0 м³, на 1 м поглинача в час.

Заключение

.

Патентні дослідження з фонду винаходів показали, що тему розроблялася, проте увагу розробників до досліджуваної темі нерівномірно за літами. Пік винахідницької активності посідає 1992 рік. Під час розробки теми основну увагу приділяли підвищення якості готового продукту, зниження матеріальних витрат, поліпшенню технології процесу. Розробки стосуються як вдосконалення всьому технологічному схеми, а й окремих операцій виробничого циклу і устаткування нього, зміна методів управління процесом на окремих стадиях.

Для аналізу оброблено 5 винаходів, безпосередньо причетних до досліджуваної темі. Вони розроблено методи регенерації і утилізації відпрацьованою кислоти, у своїй вирішуються завдання екології з допомогою замкнутості цикла.

1.3 Вибір та обґрунтування району строительства.

При виборі місця будівництва враховується географічне розташування, наявність з корисними копалинами, рельєф, кліматичні умови. Важливим чинником є наявність водойм задля забезпечення безперервного підвода води, сировини, шляхів для безпечної, екологічної та виробництва дешевої доставки цього сировини й другигх напівфабрикатів від постачальників, і навіть відвантаження готової продукції, розвиненою інфраструктури, достатня енергетична база. Слід зазначити також важливість добре розвиненою наукової бази щодо підготовки фахівців у даному виробництві й наявності вона дуже обмежена робочої сили з урахуванням технологічних особливостей і параметрів цього процесу. З огляду на перелічені вище чинники, вибираємо на будівництво виробництва для регенерації відпрацьованих кислот р. Казань, як великий науково-технічний, навчально-виробничий і сировинної пункт.

Казань — столиця Татарстана.

Татарстан перебуває у середині Поволжья.

Географічні і кліматичні дані региона.

За шириною Татарстан займає середнє становище, по довготі його територія зрушена ближчі один до Уралу. Такий стан республіки визначається помірної континентальностью клімату, що надає великий вплив попри всі чинники природних ресурсов.

Клімат в Татарстані помірний. Середня температура холодного періоду — 14,5 ОС, теплого +19,9 ОС. Переважна напрям вітру — північно-західний. Відносна вогкість повітря влітку µ=63%, взимку µ=86%. Глибина замерзання грунту 16 метри. Середній сніговий покрив 35 див., кількість опадів протягом року 449 мм.

Місто пов’язані з залізничними, водними, автомобільними шляхами з районами — постачальниками і споживачами. Цех по регенерації відпрацьованих кислот лежить у безпосередній близькості до залізничного вузла «Станція Табірна », що полегшує доставку сировини й матеріалів для перевезення в залізничних вагонах і цистернах. Достатня і енергетична база. Електроживлення йде з систем електропостачання мережі «Татэнерго » .

Вода в цеху використовується для технологічних цілей: в теплообменниках, для промивки обладнання. Джерелом води є ріка Волга і артезіанський колодец.

Виробництво лежить у плотнонаселенном районі Татарстану — місті Казань, що забезпечує стабільний приплив робочої силы.

У Казані є низка навчальних закладів, які готують виробничі кадри. Інженерні кадри готуються в КГТУ.

Проте, враховуючи екологічну ситуацію тощо, зокрема підвищену фонову концентрацію шкідливих речовин у атмосфері, будівництво нового хімічного підприємства біля республіки припустиме лише при вдосконаленні установок для знешкодження відходів виробництва та відомості цих відходів до мінімального количеству.

Проектом передбачена очищення відведених газів базового провадження з метою охорони навколишнього среды.

2. Расчетно-технологическая часть.

2.1. Опис технологічної схемы.

Процес поділу відпрацьованих кислотних сумішей і концентрування слабкої HNO3 ведуть у колоні концентрування ГБХ (9). По трубопроводу 6.0. потрійна кислотна суміш вступає у сховище відпрацьованих сумішей (2).

З сховища відпрацьовані кислоти насосом (27) подаються у напірний бак (5). У напірних баках підтримується постійний рівень кислот, також вони теж мають переливную лінію, через яку надлишок кислот відводиться знову на сховища відповідних кислот. З напірного бака відпрацьовані кислоти через ротаметр (8) вступають у підігрівник (7), де підігріваються до t=80−100 ОС. З метою зменшення кількості пара, який вводимо в колону, підігрів в подогревателе ведеться глухим пором, що надходять трубопроводом 3. З подогревателя відпрацьована потрійна суміш надходить на 6−9 царги (вважаючи згори) колони ГБХ, а слабка HNO3 (48−50%) трубопроводом 6.3 вступає у сховище слабкої HNO3 (2). З сховища (1) слабка HNO3 насосом (26) подається на 10 царгу колони ГБХ (9). Технічна H2SO4 (91−92%) з відділення концентрування слабкої H2SO4 перекачується у сховищі (3) концентрованої H2SO4 і звідси насосом (28) подається в напірний бак (6), з якої з t=(20−30 ОС) надходить на 4−6 царги колони (9). Усі три кислоти подаються у колону ГБХ одночасно. Також разом з подачею кислот для отгонки HNO3 і окислів азоту з суміші кислот й підтримки температурного режиму процесу, в днище колони (9) подають нагрітий водяну пару трубопроводом 2.3 з температурою рівної 250ОС абсолютне тиск нагрітого пара на трубопроводі 1,5 атм. Пара в колону подають із таким розрахунком, аби вміст HNO3 і окислів азоту в розведеною H2SO4, що з колони не перевищувало 0,03%.

Випаровування HNO3 з відпрацьованих сумішей кислот відбувається поза рахунок H2SO4, яка під'єднує себе воду, знижуючи цим парціальний тиск водяних парів в суміші. Випаровування HNO3 відбувається у середині колони, що з 11−13 царг HNO3, вільна від води, але з великим змістом окислів азоту в пароподібному вигляді піднімається в верхні царги колони № 6−9, де осушується H2SO4, водою, що вниз. Барботируя через шар H2SO4, пари HNO3 проходять царги 3−5, де звільняються й від бризок H2SO4. Звільнені від вологи пари HNO3 вступають у верхні дві царги колони — дефлегматор, де відбувається отдувка окислів азота.

Після проходження колони пари HNO3 з t (85−95 ОС) з кришки колони (9) вступають у конденсатор (10), у якому з допомогою охолодження до t=30−40 ОС відбувається конденсація HNO3 з пароподібного стану на рідке. Сконденсировавшись, охолоджена міцна HNO3 стікає у єдиний колектор конденсатора (10) й, оскільки вони містять дуже багато окислів азоту, то назад повертається у дефлегматор колони ГБХ (9), де, зустрічаючись із гарячими газами, що йдуть з четвертої царги колони, нагрівається до t=85 ОС. Звільнена від окислів азоту міцна 96−98% HNO3 вступає у холодильник (11) і охолоджена до t=30−40 ОС стікає до збірника концентрованої азотної кислоти (12), звідки іде складу і до потребителю.

Сірчана кислота, поступово насичуючи водою, стікає по царгам вниз. H2SO4, маючи контакт із нитрозными газами від прогнилою HNO3 утворює нитрозилсерную кислоту. З 20 по 22 царги (у зоні гідролізу) за нормальної температури H2SO4 150−160 ОС відбувається гідроліз нитрозилсерной кислоты.

Слабка 68−70% сірчана кислота із часткою оксидів трохи більше 0,003%, отримувана у процесі гідролізу з 22 царги колони з t=160−170 ОС, перекачується у відділення концентрування сірчаної кислоты.

Дистиляція HNO3 з відпрацьованих кислот і його концентрування супроводжується виділенням нитрозных газів. Це призводить як до значних збитків HNO3, до забруднення довкілля. Тому після конденсатора (10) несконденсировавшиесяя пари HNO3 направляються вентилятором (24) в поглотительные вежі (20−22), зрошувані кислотами різних концентраций.

Кожен абсорбера встановлено циркуляційні насоси (31), що з частині кожного абсорбера через холодильники (23) подають кислоту на зрошення, причому концентрація орошающей кислоти послідовно зростає зі колони (22) до (20). Вода для зрошення абсорбционной системи подається за останній у процесі абсорбер.

Охолодження циркулюючої кислоти необхідно тому що за взаємодії їх у вежі з окислами азоту вона нагрівається, а поглинаються окисли азоту краще, ніж холодніше кислота.

Температура поглинає кислоти 25−35 ОС.

Пари HNO3 і окисли азоту входить у абсорбер знизу, а орошающие кислоти згори, тобто рухаються противотоками. Орошающая кислота, контактуючи лежить на поверхні насадки з нитрозными газами, стікає вниз, прохолоджуючи окисли азоту та поглинаючи HNO3. Циркуляція триває до того часу, поки вода, поглинаючи окисли азоту та пара, не перетвориться на слабку 48−50% HNO3, після чого вона виводиться з добірки, а цикл накачують свіжу воду. Слабка HNO3 після абсорбера направляють у холодильник слабкої HNO3, де охолоджується до t=35 ОС, потім вступає у збірник (25) і насосом (34) перекачується у сховищі (2) концентрування HNO3.

Через війну водної абсорбції зміст окислів азоту в газах знижується до 0,1−0,3%. Для остаточної доочищення гази вентилятором (28) направляють у абсорбер (22), зрошувану міцної H2SO4, котра надходить трубопроводом 6.1. Після цього абсорбера гази із вмістом NOx 0,01−0,03% викидаються у повітря, а отримувана у своїй H2SO4 насосом перекачується на склад.

Концентрування відпрацьованою 70% H2SO4 ввозяться вихоровий ферросилидовой колоні (17), шляхом безпосереднього дотику гарячих топочных газів і кислоти. Гарячі гази, нагріті в топці (16) до t=800−900 ОС подаються на першу у процесі газового потоку щабель колони. Повітря в топку нагнітається воздуходувкой (32) а природного газу в топку подається трубопроводом 5,7. Відпрацьована 70% сірчана кислота з температурою 150−170 ОС з колони ГБХ відділення денитрации насосом (29) через проміжну ємність (14) подається п’ять щабель вихоровий колонны.

Контактування гарячих газів і кислоти в колоні ввозяться противоточном режимі. Топочные гази, вступники на першу щабель, піднімаючись вгору, взаємодіють в вихровому потоці з H2SO4 і десорбируют з її воду. H2SO4 перетікає з рівня на щабель вниз, міцнішає та виходить із першому місці контакту фаз як продукционной 91−92% H2SO4 в холодильник (19). З холодильника H2SO4 насосом перекачується у відділення денитрации у сховищі сірчаної кислоти (3).

Гарячі гази принаймні руху на колоні вгору віддають тепла і насичуються парами води. Температура відведених газів після верхньої брызгоуловительной щаблі становить 110−130 ОС.

Далі що відходять гази розладнуються до t=60−70 ОС в эжектирующем устрої (17) колони. Потім що відходять гази із вмістом кислих газів (0,1−0,2 г/м3) через трубу викидів (30) викидаються у повітря. Концентрування H2SO4 на щаблях вихоровий колони ввозяться высокотурболизированном вихровому висхідному жидкостном потоці, що дозволяє інтенсифікувати теплообменные процеси та підвищити надійність сепарації фаз при підвищених швидкостях газу, запобігти перегрів і розкладання сірчаної кислоти до сірчистого ангідриду (рис. 2.1).

2.2 Принцип роботи колони концентрування H2SO4.

Робота полягає в наступних принципах:

1. Застосування прямоточного взаємодії газової і переробки рідкої фаз у зоні контакту за збереження противоточного руху потоку по апарату в целом.

2. Використання вихрового руху газожидкостного потоку у зоні контакту фаз, забезпечує максимальну турбулизацию потоку, відновлення метафазной поверхні, широкий діапазон стійкості роботи контактних щаблів, і навіть ефективну сепарацію рідини на полі відцентрових сил.

3. Застосування вранішнього руху фаз у зоні контакту, забезпечує максимальний діаметр багатоступінчастих аппаратов.

Принцип прямоточного руху газової і переробки рідкої фаз ввозяться вихровому контактному устрої (рис. 2.2.), що складається з тарілки 3, яку встановлено завихритель 5, і контактного патрубка 4.

Завихритель газового потоку розташований всередині контактного патрубка і виготовлений вигляді циліндра, має 8 тангенциально розташованих лопаток 6, їхнім виокремленням між собою тангенціальні щілини для проходу газа.

У частині контактного патрубка 4 є прорізу для проходу рідини. Завихритель розташований на нижньої царге 1, а контактний патрубок — верхній царге 2 щаблі. Подача рідини на щабель ввозяться нижню царгу, та її вихід із верхньої царги.

Контактирующий газ входить у щілину між лопатками завихрителя і їх отримує вращающее рух. Сірчана кислота з вышележащей щаблі лінією перетікання вступає у нижню царгу щаблі, протікає через прорізу контактного патрубка у внутрішнє порожнину між завихрителем і внутрішньої стінкою контактного патрубка. Потік кислоти поділяється на 2 частини. Частина кислоти эжектируется всередину завихрителя і звідти вилітає з нього у вигляді крапель і струменів. Основна частина рідини розкручується газожидкостным потоком і рухається спіраллю вгору по внутрішньої стінці контактного патрубка. У цьому рідинна плівка безупинно бомбардируется краплями і струменями кислоти, вылетевшими з завихрителя і безупинно багаторазово оновлює свою поверхню. Виходить з щілин завихрителя свіжий газовий потік утворює вихори рідини, які зливаються і рухаються спіраллю в вихідному потоці як высокотурбулированного шару рідини, переважна більшість якого відсікається від газового потоку під вышележащей царгой, яка є отбойником. Частина сірчаної кислоти несеться газовим потоком на вышележащую ступень.

Кількість уносимой кислоти визначається видатками газової і переробки рідкої фаз, вступників на щабель. за рахунок віднесення певної кількості H2SO4 з рівня на щабель здійснюється такий розподіл концентрацій сірчаної кислоти на щаблях, коли він величини пересыщения парів сірчаної кислоти на щаблях не досягають критичної позначки і виключаються умови освіти туману сірчаної кислоти. Отсепарированная у верхній царге сірчана кислота перетікає через зовнішній гидрозатвор на нижню царгу нижележащей щаблі. Сірчана кислота перетікає з рівня на щабель вниз, концентрується і надходить у нижню частина колони. У першій щаблі кислота газовим потоком як крапель і струменів по тангенциальному каналу вступає у днище колони, де розкручується газовим потоком й порушується як высокотурбулированного шару рідини, струменів, бризок по внутрішньої стінці днища колони вгору, до зони сепарації, розташовану між першої та другої сходами. Отсепарированная міцна (91−93%) сірчана кислота перетікає через штуцер із зони сепарації трубопроводом в холодильник.

Газовий потік, контактуючи на щаблях з кислотою, віддає їй своє тепло, звільняється з бризок кислоти в брызгоуловительных щаблях і із вмістом кислих компонентів не більше санітарної норми викидається через трубу викиду газів у атмосферу.

2.3. Стандартизація. Технологічна характеристика сировини, напівфабрикатів, готового продукту. ГОСТ і технічні требования.

Технологічний процес регенерації відпрацьованих кислот дозволяє їм отримати концентровану HNO3 і H2SO4, від проводять мовлення вимогам відповідних стандартов.

1. Азотна кислота концентрированная.

Таблиця № 3 — Технічні характеристики на HNO3 по ГОСТ 701–78.

№ Найменування показників Нормы.

Вищий ґатунок I сорт II сорт.

Зміст HNO3, в %, щонайменше 98,9 98,2 97,5.

Зміст H2SO4, в %, щонайменше 0,04 0,05 0,06.

Зміст окислів азоту N2O4, в %, трохи більше 0,2 0,3 0,3.

Зміст прокаленного залишку, в % 0,005 0,015 0,03.

2. Кислота сірчана технічна регенерированная (купоросное масло).

Таблиця № 4 — Технічні умови на H2SO4 по ГОСТ 2184–77.

№ Найменування показників нормы.

Зміст H2SO4, в %, щонайменше 91,0.

Зміст нітросполук, в %, щонайменше 0,2.

Зміст прокаленного залишку, в % 0,4.

Зміст окислів азоту N2O3, в %, трохи більше 0,01.

Зміст заліза, в %, трохи більше 0,2.

3. Відпрацьовані і вичавлені кислоти є потрійну суміш азотної і сірчаної кислот, і навіть воды.

Таблиця № 5 — Склад потрійних смесей.

№ Найменування складових частин Відпрацьованою кислоти Витисненою кислоты.

Азотна кислота, в % 15−22 15−22.

Сірчана кислота, в % 35−40 35−40.

Окисли азоту, в % 4−5 0,5−1,0.

Вода, в % 33−46 37−49,5.

4. Слабка сірчана кислота.

Таблиця № 6 Склад слабкої H2SO4 повинен відповідати умовам Держстандарту 1500−78.

№ Найменування складових частин Нормы.

1. Зміст сірчаної кислоти, в % 67−70.

2. Зміст азотної кислоти, в % 0,03.

Паливо (природний газ).

Природний газ має відповідати вимогам по ГОСТ 5542–70.

Таблиця № 7 Технічні умови природний газ.

№ Найменування показників на 100 грн. Газа Нормы.

1.

Зміст сірководню в грн., трохи більше 2.

Зміст аміаку в грн., трохи більше 2.

Зміст синильної кислоти в грн., трохи більше 5.

Зміст смол і пилу в грн., трохи більше 0,1.

Зміст нафталіну в грн., трохи більше 10.

Зміст кисню в грн., трохи більше 1.

Природний газ використовується щоб одержати тепла при концентрировании кислот.

Сірчана кислота концентрована мусить бути виготовлено відповідно до вимогами справжнього стандарту технологічного регламенту, затвердженим у установленому порядку. По фізико-технічною показниками СК має відповідати нормам, зазначених у таблиці 8 по ГОСТ 2184–77.

Таблиця № 8.

№ Найменування показників норма.

Контактна Олеум высший.

вищого гатунку I сорт вищого гатунку I сорт.

Зовнішній вид Не нормується Масляниста рідина без механічних примесей.

Масова частка моногідрату (H2SO4), в % 92,5 94 92,5 94.

Масова частка вільного сірчаного ангідриду (SO3) в %, щонайменше — - 24 24.

Масова частка заліза, трохи більше 0,006 0,015 0,006 0,01.

Масова частка залишку після прокаливания, %, трохи більше 0,02 0,03 0,02 0,03.

Масова частка нітросполук, %, трохи більше Не нормується Не нормируется.

Масова частка окислів азоту (N2O3), %, трохи більше 0,5 0,0001 0,0002 0,0005.

Масова частка миш’яку (As), %, трохи більше 0,8 0,1 0,8 0,1.

Масова частка хлористых сполук, в %, трохи більше 0,0001 0,0005 Не нормируется.

Масова частка свинцю (Pb), %, трохи більше 0,001 0,01 0,0001 0,001.

Прозорість Не нормується Разбавление.

Колір в мл. розчину, порівняння 1 2 Не нормируется.

Властивості готових продуктів, сировини й полуфабрикатов.

1. Азотна кислота концентрована HNO3 в чистому вигляді - безбарвна рідина з їдким, ядушливим запахом; має питому вагу 1,5 гр/см3; 100% HNO3 плавиться за нормальної температури -42 ОС; кипить за нормальної температури +86 ОС. HNO3 на всі метали, крім срібла і платини. Зберігається і транспортується в алюмінієвих цистернах. На світу повільно розкладається із кисню і двоокису азоту NO2. Туман азотної кислоти і окису азоту як NO2, N2O3 викликає важкі отруєння. ГДК у робочої зоні - до 5 мг/м3.

2. H2SO4 технічна, регенерированная. H2SO4 в чистому вигляді - прозору безбарвну рідину. Питома вага — 1,81−1,84 гр/см3. Температура кипіння безводній сірчаної кислоти 275 ОС, Температура плавлення 10,45 ОС.

Концентрована СК на холоді не діє метали, тому яку можна зберігати в ємностях із чорного металу. ГДК туманообразной кислоти повітря робочої зони 1мг/м3. ].

2.4. Хімізм основних та побічних реакцій [4].

При що встановилася в денитрационной колоні ГБХ равновесном процесі, HNO3 з суміші кислот, що надходить у колону на тарілку випаровування, частково забирають нижележащие тарілки, звідки знову відганяється на тарілку випаровування. У процесі дистиляції, тобто отгонки HNO3 з потрійний суміші, поднимающиеся вгору пари збагачуються більш летючим компонентом — HNO3, а рухливу вниз рідина преходит менш летючий компонент — вода.

Процес випаровування HNO3 відбувається переважно у неповній середній частини колони. H2SO4, пройшовши цю зону, містить у собі розчинені окисли азоту, перехідні з потрійний суміші. Навіть у потрійний суміші було б розчинених окислів азоту, то, при частковому розкладанні HNO3 відбувається виділення окислів, які взаємодіючи з H2SO4, утворюють нитрозилсерную кислоту:

2H2SO4 + N2O3 = 2HNSO5 + H2O + 86 250 Дж.

Діоксид чи четырехоксид азоту, реагуючи з концентрованої H2SO4, утворює нитрозилсерную кислоту і азотну кислоту:

2NO2 + H2SO4 = HNSO5 + HNO3.

Процес розкладання нитрозилсерной кислоти із окислів азоту характеризується як процес денитрации. Проте термін «денитрация «служить для позначення процесу, зворотного этерификации. У разі правильніше процес розкладання нитрозилсерной кислоти називати процесом гидролиза:

2HNSO5 + 2H2O = 2H2SO4 + 2HNO2.

2HNO2 = H2O + N2O3 (жид).

N2O3 (жид) = N2O3 (газ).

N2O3 (газ) = NO (газ) + NO2(газ).

Азотистая кислота (HNO2), що настає при гідролізі нейстойчива і распадается:

2HNO2 = H2O + HNO3 + 2NO.

Нитрозилсерная кислота є досить стійким з'єднанням, яке за концентраціях H2SO4 вище 70% не розкладається повністю навіть за температурі кипіння. При розведенні H2SO4 водою відбувається гідроліз нитрозилсерной кислоти, ступінь якої збільшується зі зниженням концентрації H2SO4 і підвищення температуры.

Таблиця № 9 — Залежність ступеня розкладання HNSO5 від концентрації H2SO4 при 15−20 ОС.

Концентрація H2SO4, % Ступінь розкладання HNSO5, % Концентрація H2SO4, % Ступінь розкладання HNSO5, %.

98 1,1 81 19,4.

95 4,0 80 27,7.

92 7,3 70 49,8.

90 12,4 57,5 100,0.

Як очевидно з залежності, починаючи з концентрації 57,5% H2SO4, нитрозилсерная кислота повністю відсутня. Відпрацьована H2SO4, що з колони, повинна містити мінімально можливу кількість окислів азоту. Це необхідно як щоб уникнути втрат N2O3, а й усунення нитрозилсерной кислоти, яка має сильно які руйнують свойствами.

Тому гідроліз HNSO5 в колоні ГБХ є важливим стадією процесу. Зі збільшенням температури, ступінь гідролізу HNSO5 збільшується. Утворений при розкладанні азотистої кислоти монооксид азоту незначно розчиняється в розведеною H2SO4. Гідроліз нитрозилсерной кислоти ведуть із допомогою перегрітого пара до 250 ОС водяної пари, що подається з таким розрахунком, щоб розведення кислоти конденсатом відповідало масової частки H2SO4 68−70%. У відпрацьованою H2SO4 міститься до 0,03% HNO3 і розчинених окислів азоту. Останні утворюють з H2SO4 до 0,01% HNSO5.

Після стадії денитрации слабка H2SO4 вирушає на стадію концентрування. У процесі концентрування розведеною H2SO4, що у ній домішки, зокрема, продукти неповного згоряння палива (коли концентрування ведеться безпосереднім зв’язком упариваемой кислоти з топочными газами), викликає розкладання H2SO4 внаслідок її відновлення до SO4. Відновлення переважно у день рахунок вуглецю, що міститься в примесях й у паливі по уравнению:

2H2SO4 + З = СО2 + 2SO2 + 2 H2O.

У результаті відбуваються деякі втрати кислоти у її упаривании. У процесі разгонки потрійний суміші в колоні утворюються нитрозные гази, що надходять на поглинання в абсорбери. Найпоширеніший спосіб поглинання нитрозных газів водою із заснуванням слабкої HNO3. На поглинання надходять нитрозные гази різного рівня окислення. Окисли азоту, які у нитрозных газах NO2, N2O4, N2O3 реагують із жовтою водою, але монооксид NO неспроможна реагувати з і для перекладу їх у HNO3 слід попередньо окислити його діоксиду азота:

2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 + 116 кДж.

N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2 + 59,2 кДж.

N2O3 + H2O = 2HNO3 + 55,6 кДж.

Процес поглинання нитрозных газів водою пов’язані з розчиненням у ній діоксиду азоту, четырехоксида і трикосида азоту із заснуванням HNO3 і азотистої кислоты.

У газової середовищі вследствии взаємодії водяної пари з нитрозными газами, також виходить HNO3 і азотистая кислота, але у значну кількість. Новоутворена з допомогою нитрозных газів азатитсая кислота — малоустойчивое соединение.

2HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O — 75,8 кДж.

Сумарна реакція освіти HNO3:

2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3.

3HNO2 = HNO3 + 2NO + 2H2O.

____________________________________.

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO.

N2O3 + H2O = 2HNO2.

3HNO2 = HNO3 + H2O + 2NO.

_______________________.

3N2O3 + H2O = 2HNO3 + 4NO.

Позаяк у нитрозных газах міститься незначна кількість триоксида азоту, зазвичай технологічні розрахунки роблять за NO2. Як очевидно з формул 2/3 поглиненої діоксиду азоту йде освіту HNO3, 1/3 його виділяється як монооксиду азота.

Звідси випливає, що з поглинанні водою нитрозных газів неможливо тотальність NO2 перетворити на HNO3, позаяк у кожному циклі завжди 1/3 NOх буде виділятися в газову фазу. Монооксид азоту для подальшої переробки може бути окислен киснем до двоокису азоту по уравнению:

2NO + O2 = 2 NO2.

Получающаяся двоокис азоту знову реагує із жовтою водою, перетворюючись на 2/3 в HNO3, а выделившаяся окис азоту знову мусить бути окислена. Отже, весь процес поглинання розпадається на цілий ряд послідовно які протікають реакцій окислення NO в NO2 і отриману освіту HNO3 з NO2.

Проте, вказані поглинання є досконалими і нитрозные гази перед викидом у повітря слід додатково очистити від окислів азоту. Звідси випливає, що у останньому абсорбере зрошення ведеться не водою, а концентрованої сірчаної кислотою, яка до 0,003% поглинає окисли азоты, выбрасываемые у повітря гази відповідають санітарним нормам.

Через війну поглинання виходить нитрозилсерная кислота:

2 H2SO4 +N2O3 = 2 NHSO5 + H2O + 20 611 кал.

H2SO4 + 2 NO2 = NHSO5 + HNO3 + 5709 кал.

2.5 Інженерні решения.

У цей дипломний проект вводиться низка змін, вкладених у поліпшення технології переробки кислот і очищення відведених газов.

1. На фазі улову окислів азоту NO та парів азотної кислоти передбачається впровадження додаткової абсорбції відведених газів концентрованої H2SO4. сірчана кислота реагує з окислами азоту, створюючи нитрозилсерную кислоту, які потім знову направляють у колону ГБХ на переробку. Що Відходять гази з гаком змістом окислів азоту, викидаються в атмосферу.

2. Процес регенерації відпрацьованою кислоти перекладений автоматизоване управління із застосуванням УВМ, що знижує небезпека технологічного процесу підвищує якість продукції. Подача кислот в колону ГБХ автоматизовано. Передбачено автоматичне відключення подачі компонентів у разі аварии.

2.6. Розрахунок матеріального балансу відділення концентрування HNO3 [1].

Відділення денитрации і концентрування азотної кислоты.

Склад відпрацьованих кислот, вступників на денитрацию:

як від нитрации HNO3 16−26%.

H2SO4 46−66%.

H2O 18−28%.

б) від абсорбционной установки.

HNO3 50%.

H2O 50%.

Вихідні дані для расчета.

— концентрація міцної азотної кислоти — 98%.

— концентрація сірчаної кислоти, що надходить у колону — 91%.

— концентрація відпрацьованою кислоти, котра виходить з колони — 70%.

Розрахунок складено 1 тонну умовної відпрацьованою кислоти, що надходить у колону ГБХ, враховуючи, що ОК — 80%, а суміш азотної кислоти та води — 20%.

Вибираємо середній склад кислот:

HNO3 27%.

H2SO4 45%.

H2O 28%.

Приймаємо, що у відпрацьованою кислоті 3% АК як окислів азоту пов’язані в нитрозилсерную кислоту за реакцією (1):

2H2SO4 + N2O3 2HNSO5 + H2O (1).

Перерахувавши склад кислот, получим:

HNO3 — 25%.

H2SO4 — 45%.

H2O — 26,1%.

N2O3 — 0,9%.

HNSO5 — 3%.

Усього — 100%.

У процесі разгонки кислотних сумішей і гідролізу HNSO5 в колоні протікають такі реакции:

— розкладання HNSO5.

2HNSO5 + H2O = 2H2SO4 + NO2 (2).

— розкладання HNO3.

2HNO32NO2 + H2O + ½O2 (3).

2HNO3 N2 + H2O + 2*½ O2 (4).

— розкладання N2O3.

N2O3(газ) NO (газ) + NO2 (газ) (5).

У колону ГБХ поступает:

1. Відпрацьована кислота у кількості 1000 кг,.

У цьому числе:

HNO3 — 250 кг.

H2SO4 — 450 кг.

H2O — 261 кг.

N2O3 — 9 кг.

HNSO5 — 30 кг.

2. Купоросное олію 91% - x кг.

3. Перегрітий пар — у кг.

4. Повітря, подсасываемый з помещения.

З колони выходит:

1. Разбавленная 70% H2SO4=кг.

2. Міцна 98% HNO3 = =242,3 кг.

3. Нитрозные газы.

а колоні ½ кількості (1,5%) HNO3 розкладається до NO2 за реакцією (3).

242,3×0,015 = 3,64 кг.

У цьому утворюються газоподібні вещества:

NO2==2,65 кг.

H2O ==0,52 кг.

O2 = =0,46 кг.

б) за реакцією (4) розкладається? кількості (1,5%) HNO3 до N2:

N2==0,81 кг.

H2O = =0,52 кг.

O2 = =2,3 кг.

в) при розкладанні N2O3 за реакцією (5):

NO2==5,45 кг.

NO = = 3,55 кг.

р) при розкладанні HNSO5 за реакцією (2):

NO2==5,43 кг.

NO = = 3,54 кг.

Выделившаяся у процесі реакції сірчана кислота знову ввійде до складу відпрацьованою кислотною суміші і їх у останньої становитиме 450 кг.

буд) з нитрозными газами несеться 1% HNO3:

242,3×0,01 = 2,42 кг.

Через війну гідролізу виходить таку кількість сухих нитрозных газів (не враховуючи подсоса воздуха):

g, кг u, м3.

NO2 13,5 6,87.

NO 7,09 5,29.

N2 0,81 0,65.

O2 2,76 1,93.

HNO3 2,42 0,86.

Усього 26,58 15,6.

Підсос повітря uпод через неплотности сполук царг колони приймаємо рівним 100% обсягу сухих газов.

uпод = 15.6 м3, у цьому числе:

N2=0,78*15,6=12,17 нм3;

O2=0,21*15,6=3,28 нм3;

или.

N2==15,21 кг;

O2==4,68 кг;

Разом: uпод=19,89 кг.

Приймаємо, що подсасываемый повітря надходить при t=20 ОС, відносна вологість 80%.

Кількість водяних парів, що у колону з повітрям (14,61*0,8)10−3*19,89=0,23 кг, где.

d0 = 14.61 — влагосодержание.

Усього повітря: 19,89+0,23=20,12 кг.

Кількість і склад сухих газів, які виходять із колони з урахуванням подсоса воздуха:

g, кг u, м3.

NO2 13,5 6,87.

NO 7,09 5,29.

HNO3 2,42 0,86.

N2 16,02 12,82.

O2 7,44 5,21.

Усього 46,47 31,11.

Кількість водяної пари, що йдуть з колони (за конденсатом) з нитрозными газами при t=35 ОС.

H2O =, для.

v= 30 нм3.

p=1,8 мм. Рт. У розділі ст — парціальний тиск води над 98% HNO3 при t=35 ОС.

p=133.3*1.8=239.9 Па.

H2O = кг.

обсягом v= нм3.

Загальний склад газів, вступників на поглощение:

g, кг u, м3.

NO2 13,5 6,87.

NO 7,09 5,29.

N2 16,02 12,82.

O2 7,44 5,21.

H2O 0,07 0,057.

HNO3 2,42 0,86.

Усього 46,54 31,12.

Таблиця № 10 — Зведений матеріальний баланс відділення концентрування HNO3.

Прихід:

1. Відпрацьована кислота 1000 кг.

2. Купоросное олію x кг.

3. Перегрітий пар у кг.

4. Повітря через неплотности 19,89 кг.

Разом: 1019,89+х+у.

Витрата:

1. Слабка H2SO4 70% (450+х)/0,7 кг.

2. Міцна HNO3 98% 242,3 кг.

3. Нитрозные гази 46,54 кг.

Разом: (931,70+х)/0,7.

Прирівнюючи прихід до витраті, отримуємо рівняння матеріального баланса.

1019,89+х+у=931,7+.

у=0,43х-88,19.

2.7. Розрахунок теплового балансу [1].

Позаяк у рівнянні матеріального балансу входить розпад пара (у), то визначатимемо його з допомогою рівняння теплового расчета.

Вихідні данные:

1. Температура відпрацьованою кислоти, що надходить колону — 90 ОС.

2. Температура H2SO4 91% - 20 ОС.

3. Температура відпрацьованою кислоти H2SO4 70% - 170 ОС.

4. Температура які виходять із колони HNO3 і нитрозных газів — 85 ОС.

5. Температура HNO3 98% з конденсатора, що надходить у колону — 40 ОС.

Температура міцної HNO3 98%, котра виходить з колони в холодильник 85 ОС.

6. Температура подсасываемого повітря 20 ОС.

Прихід тепла:

1) З відпрацьованою кислотой.

Q=q1*c1*t1=1000*2.22*90=119 800 кДж; (47 732.2 ккал).

c1=2,22 — питома теплоємність відпрацьований кислоти за нормальної температури 90 ОС.

2) З перегрітою пором, теплосодержание якого за t=220 ОС одно 700.8 кДж; Q2=700,8*у.

3) Теплота від H2SO4 складається з фізичної теплоти і теплоти розведення.

=+.

Фізична теплота визначається по формуле.

==x кДж/(8.4x ккал).

=1,759 кДж/кг град — питома теплоємність H2SO4 91% при t=20 ОС.

Теплота розведення H2SO4 визначається різницею теплот розведення до70% і 91%.

Питома теплота розведення g=(); n=H2O/H2SO4.

У H2SO4 з масової часткою 91%, моль:

H2SO4 = x 0,91/98 = 0,0094 х.

H2O = x 0,09/18 = 0,005 х.

n = 0,005 х/0,0094 x =0,53.

У H2SO4 70% моль:

Приймемо (450+х)/0,7=z.

H2SO4=z 0.7/98 = 0,007 z.

H2O = z 0.3/18 = 0,016 z.

n = 0,016 z/0.007 z = 2.38.

Питома теплота розведення H2SO4 з масової часткою 100% до 91%:

==4066,1 (17 036,8).

Задовільно теплота розведення H2SO4 з 100% до 70%.

= =10174(42 628,9).

Питома теплота розведення з 91% до 70%:

=42 628.9−17 036.8=25 592.1(6107.9 ккал).

=17,8*25 592,1=455 539,4 кДж (108 720,6 ккал).

=35,18х + 455 539,4 кДж (8,4*х + 108 720,6 ккал).

4) З HNO3 98%, що надходить з конденсатора в колону з t=40 ОС.

= = 242,3*40*1,93=18 705,56 кДж (4464,3 ккал).

5) З повітрям, подсасываемым із приміщення з t=20 ОС.

==19,89*1*20=397,8 кДж (94,94 ккал).

= 1 кДж/кг град — питома теплоємність воздуха.

Загалом у колону прихід тепла, кДж.

++++=199 800 + 700,8 у + 35,18х + 455 539,4 + 18 705,56 + 397,8 = 674 442,76 + 35,18х + 700,8у.

Витрата тепла.

1) З парами HNO3 98%, які виходять із колонны:

==0.98*242.3*1.936*85=39 075.43 кДж=9325,9 ккал.

2) На випаровування HNO3:

=0,98*242,3*i=0,98*242,3*483=114 690,28 кДж=27 372,38 ккал,.

де i=483кДж/кг — теплота випаровування 1 кг кислоты.

На випаровування 4% H2O, які у HNO3:

=*0,98*242,3*i=*0.98*242.3*2259=22 350.36 кДж, где.

i=2259 кДж/кг — теплота парообразования воды.

=+=114 690,28+22 350,36=137 040,64 кДж = 32 706,6 ккал.

3) Теплота, уносимая з 70% H2SO4 при t=150 ОС.

=()*2,09*150=201 535,71+447,86х кДж.

=2,09 кДж/кг град — питома теплоємність H2SO4 70%.

4) З HNO3 98%, уносимой з колони з t=85 ОС в холодильник:

==242,3*1,93*85=39 749,32 кДж = 9486,71 ккал.

5) На нагрівання подсасываемого повітря із приміщення загалом до t=90 ОС.

=19.89(90−20)=1392.3 кДж.

6) На закріплення які у відпрацьованою кислоті слабкої HNO3 у її масової частці в смеси:

*100%=49%.

Питома теплота для HNO3:

g=n*8974/(n+1.737) ккал/моль.

У кислоті з масової часткою 49%, моль:

HNO3=250*0,49/63=1,94; H2O =250*0,51/18=7,08.

n=7.08/1.94=3.65.

Питома теплота розведення для HNO3 98%:

ккал/моль=25 476,86 кДж/моль.

У кислоті з масової часткою HNO3 98%, моль:

HNO3=0,98/63=0,016; H2O =0,02/18=0,001.

n=0.001/0.016=0.069.

Питома теплота розведення для HNO3 98%.

ккал/моль=1436,59 кДж/моль.

Теплота закріплення HNO3, що у відпрацьованою кислоті з 49% до 98%: =(25 476,86−1436,59)=89 017,7 кДж=21 245,27 ккал.

7) Теплота, уносимая з нитрозными газами:

=q7*c7*t, где.

зудільні теплоємності газів з t=85 ОС.

NO2 13,5*0,75*85=865,92 кДж.

NO 7,09*0,996*85=600,2 кДж.

N2 16,02*1,04*85=1416,17 кДж.

O2 7,44*0,923*85=583,71 кДж.

H2O 0,07*1,373*85 = 8,17 кДж.

HNO3 2,42*1,8*85 = 370,26 кДж.

Усього: 3843.73 кДж.

8) Довколишню середу колона ГБХ протягом 1 години втрачає порядку 800 Ккал (33 520 кДж). За умов подачі в колону 92 кг/хв потрійний суміші і формування колони 60 тиг в сутки.

Втрати тепла в навколишню среду:

==6072,46 кДж.

Усього витрата тепла, кДж:

+++++++=39 075,43+137 040,64+201 535,71+447,86х+39 749,32+1392,3+89 017,7+3843,73+6072,46=517 727,29+447,86х.

Прихід приравним до расходу:

674 442,76+35,18х+700,8у=517 727,28+447,86х.

у=0,59х-223,62.

Вирішуємо спільно рівняння матеріального і теплового балансов:

0,43х-88,19=0,59х-223,62.

х=847.

у=276,11.

Таблиця № 11 — Матеріальний баланс денитрации і концентрування HNO3.

Розрахунок складено 1 тонну відпрацьованою кислоты.

Прихід Расход.

статті приходу кг % статті витрат кг %.

Відпрацьована кислота 900 42 Міцна HNO3 98% 242,3 11,3.

50% HNO3 100 4,7 Слабка HNO3 70% 1852,86 86,5.

Купоросное олію 847 39,52 Нитрозные гази 46,54 2,2.

Перегрітий пар 276,11 12,88.

Повітря через неплотности 19,89 0,93.

Усього: 2143 100 Усього: 2143 100.

Таблиця № 12 — Тепловий баланс концентрування азотної кислоты.

Прихід Расход.

статті приходу КДж статті витрат кДж.

З відпрацьованою кислотою 199 800 З парами HNO3 98% 39 075,43.

З перегрітою пором 193 497,89 На випаровуванні HNO3 137 040,64.

Теплота від H2SO4 91% 485 336,86 З H2SO4 70% 581 546,53.

З HNO3 50%из конденсатора 18 705,56 З HNO3 98% 39 749,32.

З повітрям 397,8 На нагрівання повітря 1392,3.

На закріплення слабкої HNO3 89 017,7.

З нитрозными газами 3843,73.

Довколишню середу 6072,46.

Усього: 897 738,11 Усього: 897 738,11.

На 1 тонну відпрацьованою кислоти доводиться в 4.127 рази більше міцної 98% HNO3. Перелічимо на 1 тонну готового продукту 98% HNO3.

Таблиця № 13 — Норми витрати сировини для 1 тонни готового продукту 98% HNO3.

Прихід Расход.

статті приходу кг % статті витрат кг %.

Відпрацьована кислота 3714,3 41,97 Міцна HNO3 98% 1000 11,3.

50% HNO3 412,7 4,73 Слабка HNO3 70% 7654,87 86,5.

Купоросное олію 3492,48 39,52 Нитрозные гази 194,69 2,2.

Перегрітий пар 1138,24 12,88.

Повітря через неплотности 79,54 0,9.

Усього: 8849,6 100 Усього: 8849,6 100.

2.8 Розрахунок матеріального балансу концентрування H2SO4.

Вихідні данные:

1. Температура кислоти на вході 150 ОС.

2. Температура кислоти не вдома 250 ОС.

3. Температура димових газів на вході 900 ОС.

4. Температура димових газів не вдома 130 ОС.

1. Втрати при концентрировании становлять 0,06%, їх 50% на розкладання SO2 і 50% - втрачається на вигляді парів сірчаної кислоты.

У вихревую колону надходить разбавленная сірчана кислота (з урахуванням потерь):

Gразб = G (1−0,0006) = 7654,87*0,9994 = 7650,28 кг.

зокрема воды:

= Gразб (1-) = 7650,28(1−0,7) = 2295,08 кг.

У колону подається кислота (враховуючи моногидрат):

Gпр = G (1−0.0006) = 7650,28*0,7 = 5355,2 кг.

2. При концентрировании сірчана кислота розкладається по формуле:

H2SO4 = SO2 + H2O + ½O2.

Qразл = 228 900 кДж/кмоль — теплота розкладання H2SO4. Втрати від розкладання становлять 50% загальних втрат чи 0,03%:

Gпот = Gт*0,03/100 = 7650,28*0,0003 = 2,3 кг.

3. Втрати внаслідок віднесення сірчаної кислоти з димовими газами становлять також 50% загальних втрат (0,03%).

Gун = 0,0003*7650,28 = 2,3 кг.

4. Загальні втрати від составляют:

Gпот = Gун + Gразл = 2.3*2 = 4.6 кг.

5. Під час розкладання сірчаної кислоти образуется:

H2SO4 = SO2 + H2O + ½O2.

= 98; = 64.

SO2 = = 1,5 кг.

O2 = = 0,38 кг.

H2O = = 0,42 кг.

6. У колоні випарюються воды:

Gвых = Gразл[(1-Gисх/100)-(1-Gк/100)] = 7650.28[(1−70/100)-(1−91/100)] = 1606,56 кг.

7. Вихід 91% продукционной H2SO4:

Gкон= GразлGразл[(1-Gисх/100)-(1-Gк/100)] ] = 7650.28−1606.56=6043.76 кг.

8. Прихід кислоти по моногидрату:

Gпр = Gисх = 7650,28*0,7 = 5355,2 кг.

2.9. Розрахунок теплового балансу вихоровий колони [4].

Прихід тепла:

1. з розведеною сірчаної кислотою 70% при t = 150 ОС.

Q1 = QпрHпр = 7654.87*342 = 2 617 934.76 кДж = 624 805,43 ккал.

Hпр = 342 кДж/кг — энтальпия вихідної кислоты.

2. З димовими газами, які надійшли з топки:

Q2 = = 31,37х*1,45*900 = 40 937,85х кДж = 9770,37 ккал.

V2 = 31,37 м3 — обсяг газов.

С2 = 1,450 кДж/м3 град.

Загальний прихід тепла: Qобщ = Q1+ Q2 = 2 617 934,76+40 937,85х кДж.

Витрата тепла.

1. З продукционной кислотою при 250 ОС:

Q1 = Ck*Hk = 5355.2*458 = 2 452 681.6 кДж = 585 365,54 ккал.

Hк = 458 кДж/кг — энтальпия сірчаної кислоти 91%.

2. З водяникам пором виділяється при выпаривании і разложении:

Q2 = Cвп*Hвп = 1606.98*2737.7 = 4 399 429.15 кДж = 1 049 983.09 ккал.

Gвп = Gуп + Gразл = 1606,56 + 0,42 = 1606,98 кг.

Hвп = 2737,7 кДж/кг — энтальпия водяного пара.

Gуп і Gразл — з матеріального баланса.

3. З димовими газами, які йдуть з t = 30 ОС:

Q3 = = 31,37х*1,336*130 = 5448,34х кДж = 1300,32 ккал.

V2 — обсяг димових газів на м3 спалюваного газа.

С2 = питома теплоємність димових газів при t=130 ОС.

С2 = 1,336 кДж/м3 град.

4. На випаровування сірчаної кислоты:

Q4 = Gисп + Hисп=2,3*511,2=1175,76 кДж=280,61 ккал.

Нисп=511.2 кДж/кг — питома теплота парообразования сірчаної кислоты.

5. З парами сірчаної кислоты:

Q5 = Gисп + H = 2,3*201,4=463,22 кДж=110,55 ккал.

М — энтальпия 100% сірчаної кислоти за нормальної температури відведених газів 130 ОС.

6. На розкладання сірчаної кислоты:

Q6 = = =5372,14 кДж = 1282 ккал.

7. З продуктами розкладання сірчаної кислоти внаслідок розкладання сірчаної кислоти за нормальної температури відведених газів 130 ОС образуются:

=1,5 кг.; =0,38 кг.; =2,3 кг.

Q7 = (* + *)t=(0.963 + 0.353)130 = 171.08 кДж = 40,83 ккал.

8. При концентрировании сірчаної кислоти (дегідратації) від 70% до 91% витрачається тепла:

Q8=Gуп (Q70%- Q91%).

Q70% = 427,4 кДж/кг — теплота розведення до 70%.

Q91% = 157,3 кДж/кг — теплота розведення до 91%.

Q8 = 5355,2(427,4−157,3)=1 446 439,52 кДж = 345 212,3 ккал.

9. Втрати тепла в довкілля приймемо 1% від загальної кількості витрати тепла на концентрировании сірчаної кислоты:

Q= 2 452 681,6 + 4 399 429,15 + 5448,34х + 463,22 + 1175,76 + 5372,14 + 171,08 + 1 446 439,52 = 5 853 050,87 + 5448,34 x кДж.

Qд = 58 530,51 + 54,48 x к`Дж.

Qрасх = 5 911 581,38 + 5502,82 x кДж.

10. Для визначення витрати палива^{приравниваеме} прихід тепла до расходу:

Qобщ = Qрасх.

2 617 934,76+40 937,85х=5 911 581,38+5502,88х.

35 435,03х=3 293 646,62.

х=92.95.

11. Визначаємо годинникове кількість і склад газів, вступників на установку з топки.

Таблиця № 14 — Кількість і склад газів з топки.

гази м3 кг.

CO2: 1,27*92,95 118,5 231,87.

N2: 24,43*92,95 2270,77 2838,46.

O2: 4,03*92,95 374,59 535,13.

H2O: 2,68*92,95 249,11 200,17.

Усього 3012,52 3805,63.

12. Визначаємо годинникове кількість газів, що йдуть з установки:

Таблиця № 15 — Годинникове кількість газов.

гази м3 кг.

CO2: *х=1,27*92,95 118.05 231.87.

N2: *х=24,43*92,95 2270.77 2838.46.

O2: =374,59+0,38*22,4/32 374.86 535.51.

SO2: 22.4/64 0,53 1,5.

H2O: + 2249,43 1807,58.

H2SO4: *22,4/98 0,53 2,3.

Усього 5014,7 5417,22.

Таблиця № 16 — Матеріальний баланс концентрування сірчаної кислоты.

Прихід Расход.

статті приходу кг % статті витрат кг %.

Гази з топки 3805,63 33,2 Гази в аотмосферу 5417,22 46,26.

Сірчана кислота 70% 7654,87 66,8 сірчана кислота 91% 6043,72 52,72.

Пари сірчаної кислоти 2,3 0,02.

Усього: 11 460,5 100 Усього: 11 460,5 100.

Таблиця № 17 — Тепловий баланс концентрування сірчаної кислоты.

Прихід Расход.

статті приходу КДж Статті витрати кДж.

З сірчаної кислотою 70% 2 617 934,76 З сірчаної кислотою 91% 2 452 681,6.

З димовими газами 6 423 107,92 З водяником пором 4 399 429,15.

З димовими газами 672 179,0.

На випаровування сірчаної кислоти 1175,76.

Теплота розкладання 5372,14.

З продуктами розкладання 171,08.

Теплота дегідратації 1 446 439,52.

Втрати в довкілля 63 594,43.

Усього: 9 041 042,68 Усього: 9 041 042,68.

3. Техніко-технологічна часть.

3.1. Вибір і розрахунок продуктивності основного і допоміжного устаткування технологічної схемы.

З заданої продуктивності проектованого провадження у готової продукції (98% HNO3) визначаємо добову і годинну продуктивність основного апарату цеха-колонны ГБХ.

Псут=, где.

Пгод-10 000 т/год.

n — час на: ремонт і простої оборудования.

Псут==29,85 т/сут.

Пчас==1,24 т/час.

При отгонке концентрованої HNO3 певного складу витрата безводній H2SO4 залежить від масової частки H2SO4 в розведеною HNO3, у своїй витрата H2SO4 тим більше, чим сильніший розбавлена HNO3. Для одному й тому ж вихідної разбавленнной HNO3 питома витрата H2SO4 обернено пропорційна її ступеня концентрації. Відповідно до розрахунком по трикутним диаграммам (услович — Температура кипіння суміші на палицях) при масової частці HNO3 48−50% та програмах технічної H2SO4 91−92% співвідношення HNO3: H2SO4 становить 1:32 при вихідної HNO3 50% і H2SO4 92%. З сказаного вище, річна продуктивність по H2SO4 дорівнюватиме 32 000 т/год.

=.

Розрахуємо добову і годинну продуктивність вихоровий колонны:

Псут==95.52 т/сут.

Пчас==3,98 т/час.

3.2 Розрахунок кількості аппаратов.

n=.

Пгод — річна производительность.

Пчас — годинна производительность.

КІО — коефіцієнт використання оборудования.

Тэф — ефективний фонд часу роботи апарату, ч.

Денитрационная колона ГБХ.

Тэф=8040 час/год.

КИО=0,95.

Пгод=10 000 т/год.

Пчас=1,24 т/час.

n==1.1 шт.

Вибираємо 1 аппарат.

Вихрова колонна.

Тэф=8040 ч/год.

КИО=0,9.

Пгод=32 000 т/год.

Пчас=3,98 т/час.

n==1.1 шт.

Вибираємо 1 аппарат.

Абсорбер для улову парів азотної кислоти і окислів азота:

Тэф=8760−1404 =7365 ч.

КИО=0,86.

Пгод=5 337 000 т/год.

Пчас=5 337 000/7356 =725,5 т/час.

n==3,8 шт.

Вибираємо 4 абсорбера.

4. Конструктивно-механические расчеты.

4.1 Розрахунок числа щаблів контакту фаз концентратора [5].

Визначення числа щаблів концентратора сірчаної кислоти при концентрировании від 70% мас до 91−92% мас H2SO4 проводимо аналітичним методом. При нагріванні сірчаної кислоти до 260−280 ОС продукционную 92% H2SO4 можна отримати одному щаблі. Однак цьому зміст сірчаної кислоти в парах сягає 30−50 г/м3, що зумовлює значному газовому викиду. Для зменшення вмісту у парах, сірчану кислоту концентрують в 2−3 східчастих апаратах, проте, при цьому пересыщение парів H2SO4 на другий щаблі перевищує критичне значення більш, ніж у 30 раз: Sкр>=3,3, це відбувається освіту туману сірчаної кислоти. Концентрація кислот на другий щаблі до роботи концентратора як без освіти туману сірчаної кислоти повинна бути 85−90% мас, температура 240 ОС.

Аналітичне визначення числа щаблів, концентрації та температур H2SO4 на щаблях концентратора, працюючого без освіти туману, представлено в таблице.

Таблиця № 18 — Кількість щаблів, концентрації та температури сірчаної кислоти на щаблях концентратора.

Сходинки концентратора.

1 2 3 4 5.

1. Температура газу, ОС.

на вході 850 230 210 190 175.

не вдома 230 210 190 175 160.

2. Концентрація H2SO4, %.

на вході 88 84 80 75 70.

не вдома 92 88 84 80 75.

3. Температура H2SO4, ОС 220 200 180 165 150.

Тиск насичених парів H2SO4, Па.

на вході 200 56 16 2,2 0,47.

не вдома 960 200 56 16 2,2.

5. Пересыщение, P. S 4,8 3,57 3,5 7,3.

6. критичний стан, Sкр 4,5 6 7,1 12,27.

7. Ставлення: P. S: Sкр 1,07 0,6 0,5 0,6.

Беручи рівними ефективності щаблів вихоровий колони по температурі, массоотдаче у газовій і переробки рідкої фазах для процесів десорбции водяної пари і абсорбції парів сірчаної кислоти, задаємося розподілом концентрації (xi) і температур (ti) сірчаної кислоты.

Таблиця № 19.

Сходинки концентратора.

1 2 3 4 5.

1. Температура газу, ОС.

на вході 850 250 210 190 175.

не вдома 250 210 190 175 170.

2. Концентрація H2SO4, % мас.

на вході 89 85 81 76 70.

не вдома 92 89 85 81 76.

3. Тиск насичених парів H2SO4, Па.

на вході 250 56 16 2,2 0,47.

не вдома 980 250 56 16 2,2.

4. Пересыщение, P. S 3,8 4,5 3,5 7,3.

5. Критичний пересыщение, Sкр 4,3 6 7,1 12,27.

6. Ставлення: P. S: Sкр 0,88 0,75 0,49 0,59.

7. Брызгоунос на 1 кг поданого на щабель кислоти 0,319 0,318 0,317 — ;

1. Визначаємо витрати СК на щаблях вихоровий колонны.

[Li, (i=1−5)].

Li=Li+1*, кг/час.

Кількість слабкої H2SO4, що надходить колону (з матеріального балансу) составляет:

L6= 7654.9 кг, температура кислоти t6=150 ОС, концентрація C6=70%, =1,494 т/м3.

Кількість сірчаної кислоти, що надходить із п’ятої четверту ступень:

L5==7654.9*0.7/0.75=7143 кг/ч (4687,5 м³ /ч).

X5=0,75; t5=165 ОС, =1,524 т/м3.

Кількість СК, що надходить із четвертої на третю ступень:

L4==7143*0.75/0.8=6696.6 кг/ч (4273.49 м3 /ч).

X4=0,8; t4=180 ОС, =1,567 т/м3.

Кількість СК, що надходить із третьої другу ступень:

L3==6696,6*0.8/0,84=6377,7 кг/ч (4059,6 м³ /ч).

X3=0,84; t3=200 ОС, =1,571 т/м3.

Кількість СК, що надходить із другий на першу ступень:

L2==6377,7*0.84/0,88=6087,8 кг/ч (3848 м3 /ч).

X2=0,88; t2=220 ОС, =1,582 т/м3.

Кількість продукционной СК, котра виходить з першої ступени:

L1 ==6087,8*0.88/0,92=5823,1 кг/ч (3653,14 м³ /ч).

X1=0,92; t1=250 ОС, =1,594 т/м3.

По рівнянню і табличным значенням (таблиця № 19) визначаємо равновесные концентрації парів сірчаної кислоти на щаблях колонны:

Па.

Розраховуємо значення пересыщения парів H2SO4 на щаблях колонны:

S=yi-1/yi; і = 2−5.

По рівнянню [5].

Розраховуємо значення критичного пересыщения парів H2SO4 на щаблях колони Sкр-Sкр5.

Визначаємо співвідношення Si/ Sкрi на щаблях колони. При.

Si/Sкрi 1 відбувається освіту туману H2SO4, а при Si/Sкрi.

Для щаблів колони, у яких Si/Sкрi 1 з графоаналитического визначення числа щаблів концентратора визначаємо концентрації та температури сірчаної кислоти, дозволяють досягти Si/Sкрi.

Кількість СК, котра надходить на щабель з нижележащей щаблі як брызгоуноса, необхідне отримання концентрації (хi), у якому дотримується умова безтуманной роботи щаблів: Si/Sкрi.

1. Для другий ступени:

кг/ч.

Для третьої ступени:

кг/ч.

Для четвертої ступени:

кг/ч.

2. Визначаємо відносний брызгоунос сірчаної кислоти зі ступени:

З першим ступени:

кг/ч.

З другого ступени:

кг/ч.

З третього ступени:

кг/ч.

Витрата топочных газів, вступників при t=900 ОС на першу щабель становить G1=8934 м3 /год (склад газу після топки).

4.2. Гідродинамічний расчет.

4.2.1. Розрахунок першої у процесі газового потоку щаблів контакту фаз [5].

4.2.2.

1. Односопловое вихрове контактне устройство.

2. Друга щабель контакту фаз.

3. Вертикальне канал входу топочных газов.

4. Горизонтальний канал.

5.

1. Площа отвори входу топочных газов:

d=0.35 м; S1=0.785*0.352=0.096 м2.

2. Площа перерізу горизонтального каналу входу газов:

S2=a*b=0.4*0.38=0.152 м2.

3. Площа перерізу односоплового вихрового контактного устрою (Dко=0,7 м).

S3=0.785*0.72=0.39 м2.

4. Визначаємо швидкість газового потоку У першій щаблі колонны:

м/сек.

м/сек.

м/сек.

5. Гідравлічне опір орошаемой першому місці вихоровий колони визначається по формуле:

= -5601,32 + 287,77Z1 +266.7Z2 + 147.52Z3 +2128.38Z4 -7.81Z1Z2 — 33.4Z1Z3 — 69.37Z1Z4 — 72.93Z2Z3 — 68.03Z2Z4 — 103.58Z3Z4 + 3.72Z1Z2Z3 +2.71Z1Z2Z4 + 15.46 Z1Z3Z4 + 31.52 Z2Z3Z4 — 1.5Z1Z2Z3 Z4, Па.

де Z1 — Wщ, м/с.

Z2 —, м3 /м2 час.

Z3 — б/Дк.д, м/м.

Z4 — зв/ Дк. д, м/м.

Для першої ступени:

Z1- Wщ= W2=16,33м/с.

Z2 — щільність зрошення ступени:

м3 /год, где.

Sкол — площа перерізу колони (Двн=1мм).

Sкол=0,785 м².

Z3=б/Дко; б — зазор між контактної обечайкой першому місці і тарілкою другий ступени.

б= 0,21 м.

Дк.о=0,7 м; Z3=б/ Дк. о=0,21/0,7=0,3м/м.

Z4= зв/ Дк. о;

М — висота контактної зони односоплового ВКУ;

М= 21 м.

Z4 = зв/ Дк. в =2,1/0,7=3м/м.

Гідравлічне опір першому місці вихоровий колони равно:

=3302.94 Па.

6. Рівняння, яке описує зміна відносного брызгоуноса рідини з першої сходинки від режимних і конструктивних параметрів має вид:

E*102=-71+Z1 + Z2 + 110Z3 + 38 Z4 -2Z1Z3 — 2Z2Z3−58Z3 Z4+Z2Z3 Z4 кг/кг.

Визначимо значення відносного брызгоуноса з першої сходинки при заданих конструктивних і режимних параметрах:

E1=0,61 кг/кг.

4.2.2. Розрахунок гідродинамічних характеристик другого продажу та наступних у процесі газу щаблів вихоровий колони [5].

1. Тарелка.

2. Контактна обечайка.

3. Завихритель.

4. Вышележащая ступень.

5.

1. Площа отвори проходів газу тарелки.

(d=0.4 мм); S1=0.785*d2=13 м2.

2. Площа перерізу проходу газів завихрителя:

S2=b*h*n = 0,04*0,3*8=0,096 м².

b — ширина щілин, b = 0,04 м.

h — висота щілин, h = 0,3 м.

n — кількість щілин, n = 8 шт.

3. Площа перерізу контактної обечайки (Дко=0,66 м).

S3=0,785* Дко2=0,785*0,662=0,34 м².

4. Площа кільцевого перерізу між контактної обечайкой і завихрителем:

S4=м2.

Де Дзав=0,51 — зовнішнє діаметр завихрителя.

5. Площа вільного перерізу колонны:

Двн=1,0 м — внутрішній діаметр колонны.

S5=0,785* Двн2=0,785 м².

6. Розрахуємо швидкості газового потоку: другого у процесі газу щаблях колонны.

W1=м/сек.

На третьої щаблі (і навіть наступних ступенях):

W2=м/сек.

W3=м/сек.

W4=м/сек.

W5=м/сек.

7. Гідравлічне опір зрошуваних другий РАЕС і наступних щаблів визначається по уравнению:

= -4232,32 + 584,91Z1 +62,22Z2 + 3323,29Z4 +3372.03Z5 -7.14Z1Z2 — 184,01Z1Z4 — 403,7Z1Z5 — 72.09Z2Z4 — 56.8Z2Z5 — 2486,54Z4Z5 + 8.75Z1Z2Z4 +7.12Z1Z2Z5 + 145,99Z1Z4Z5 + 76,65Z2Z4Z5 — 8,49Z1Z2Z4 Z5, Па.

де Z1 — W4, м/с=17,3 м/с.

Z2 —, м3 /м2 час.

Z3 — б/Дк.о, м/м.

Z4 — зв/ Дк. о, м/м.

Z5 — S2/S1 м2 /м2.

Для другий ступени:

Z2= м3 /м3 час.

Для третьої ступени:

Z2= м3 /м3 час.

Для четвертої ступени.

Z2= м3 /м3 час.

Для п’ятої ступени:

Z2= м3 /м3 час.

Z3=б/Дко=0,19/0,66=0,28 м/м.

Z4=б/Дко=0,36/0,66=0,55 м/м.

Z5=S2/S1=0.096/0.13=0,74 м/м.

Гідравлічне опір другого ступеня равно:

Па.

третьої ступени:

Па.

четвертої ступени.

Па.

п’ятої ступени.

Па.

8. Рівняння, яке описує зміна брызгоуноса з вихоровий щаблі - від режимних і конструктивних параметрів має вид:

E = -2.46 + 0.14Z1 +0.05Z2 + 3.44Z3 +2.08Z4 +2.09Z5−0.01Z1Z2 — 0.19Z1Z3 — 0.11Z1Z4 — 0.11Z1Z5 — 0.07Z2Z3 — 0.05Z2Z4 — 0.04Z2Z5 — 2.87Z3Z4 — 2.91Z3Z5 — 1.73Z4Z5 + 0.01Z1Z2Z3 +0.01Z1Z2Z5 + 0.15Z1Z3Z4 + 0.14Z1Z3Z5 + 2.37Z3Z4Z5 — 0.01Z1Z2Z3 Z4 — 0.01Z1Z2Z3 Z5 — 0.11Z1Z3Z4 Z5 + 0.08Z1Z4Z5 + 0.06Z2Z3Z4 + 0.05Z2Z3Z5 + 0.04Z2Z4Z5 — 0.04Z2Z3Z4 Z5, kJ/kJ.

Відносний брызгоунос з іншою щаблі при прийнятих значеннях (Z1- Z5) составляет:

E2=0,54 кг/кг.

Відносний брызгоунос з третього ступени:

E3=0,47 кг/кг.

Відносний брызгоунос з четвертої ступени:

E4=0,44 кг/кг.

9. Гідравлічне опір вихоровий колони составляет:

=+++++2+2+, где.

— - гідравлічне опір щаблів вихоровий колони, Па.

= 2000 Па — гідравлічне опір брызгоуловительной ступени.

=2200 Па — гідравлічне опір абсорбционной ступени.

=3302,94+2152,54+2153,21+2155,52+2156,88+2*2000+2*2200=20 321,1Па.

Розраховані значення щодо брызгоуноса рідини між сходами колони (E1-E4) відповідають режиму роботи вихоровий колони без освіти туману сірчаної кислоты.

10. Розрахунок ліній перетікання жидкости.

Площа перерізу переточных труб рідини між сходами: (Дтр=0,08 мм) Sпер=0,785*0,082=0,5 024 м².

а) лінії перетікання рідини після першої ступени:

Дтр=0,1 мм; Sпер=0,785*0,12=0,785 м².

uж=м/с.

б) лінії перетікання рідини між другої і покладають першої ступенями:

Sпер=0,005 м².

uж=м/с.

в) лінії перетікання рідини між третій, і другий ступенями:

uж=м/с.

р) лінії перетікання рідини між четвертої і країни третьої ступенями:

uж=м/с.

буд) лінії перетікання рідини між п’ятої і четвертій ступенями:

uж=м/с.

з) лінія подачі слабкої (70%) сірчаної кислоти п’яту щабель колонны:

uж=м/с.

4.3. Механічні розрахунки основних деталей та вузлів вихоровий колони [6], [7].

1. Розрахунок товщини обечаек.

Розрахунок виробляється у відповідність до ГОСТ 14 249–80. Виконавчу товщину тонкостенной гладкою циліндричною обечайки, навантаженої внутрішнім надлишковим тиском розраховуємо по формуле:

Умова:, где.

P — внутрішньо тиск (0,1 Мпа).

— коефіцієнт міцності зварного шва подовжньому напрямі, =1.

Ck — поправка на корозію з урахуванням терміну служби апарату, Ck = 0,001.

D — внутрішній діаметр, D=1 м.

— дозволене напруга, =2,2 Н/м2.

S=м.

— умова выполняется.

Товщина обечайки за розрахунками дорівнює 0,025 м.

2. Розрахунок товщини днища:

где.

=0,1 мПа внутрішнє давление.

— коефіцієнт міцності днищ, виготовлених із цільною заготовки.

= 2,2мН/м2 — дозволене напряжение.

С=0,001.

R=1 м — радіус кривизни в вершині днища. Для элептических днищ R=D, де D — внутрішній діаметр апарату, D=1 м.

м.

Умова:

Умова виконується. Товщина днища дорівнює 0,025 м.

3. Розрахунок фланцевых соединений.

Розрахунковий растягивающее умова в болтах.

где.

Дп — середній діаметр ущільнення, м.

— розрахункова сила осьового стискування уплотняемых поверхнях у робочих умовах, необхідні забезпечення герметичності, =0,563.

— робочий тиск, =0,1 Мпа.

Дп=1070 мм,.

Розрахункова сила стискування прокладки прямокутного перерізу визначається по формуле:

где.

в — ефективна ширина прокладки, м.

;

до — коефіцієнт, враховує залежність від матеріалу і конструкції прокладки.

до = 2,5 (матеріал — асбест).

в0 — справжня ширина прокладки, м.

Діаметр болтовой окружности:

Дб=(1,1−1,2)Дв0,933=1,1*1,050,933=1,15 мм, где.

Дв — внутрішній діаметр фланца, рівний зовнішньому діаметру аппарата, м.

Дв = 1050 мм = 1,05 м.

Розрахунок діаметра болтов.

где.

Дт=1.098 м — зовнішнє діаметр зварного шва на фланце.

число болтів:, где.

Fб — площа перерізу обраного болта з діаметру різьби, м2.

— дозволене напруга на розтягнення на болтах.

Округлимо й одержуємо число болтів 16 шт.

Зовнішнє діаметр фланца.

Дф=Дб+(1,8+2,5)dб.

Дф=1,15+4,3*0,02=1,24 м.

Наведена навантаження фланец при робочих условиях:

Допоміжна величина Ф при робочих умовах (в м2).

Ф=.

Допоміжна величина А:

— межа плинності матеріалу фланців при робочої температурі, =240 /м2.

P.S — товщина обечайки, соединяемой фланцем, м, , — коефіцієнти, зумовлені графічним шляхом =0,99, =9.

Висоту фланца h визначаємо по формулам.

м; при ,.

2,74*10−4 м2 1,13*0,1 125 м².

2,74*10−4 м20,0127.

Розрахунок опор апарату [10].

Товщина ребра:, где.

— навантаження одну опору, в мН.

до — коефіцієнт, залежить від співвідношення; k=0.6, n=4.

zкількість ребер на опорі приймаємо з конструктивних соображений.

L — висота опори, L=0.2 м.

=108 000 кмб = 10 800 кг = 1,08мн = 10,79*103кГс.

Висота ламп: L=L/0.5 = 0.2/0.5=0.4 м.

Загальна довжина зварного шва, Lш:

Lш=4(h+)=4(0.4+0.026)=1.17 м.

Міцність зварного шва,, за дотримання умови: LшhшTшс, где.

Lш — загальна довжина зварних швів, м.

hш — катет вільного шва, м hш=0,008 м.

Tшс — допускаемое напруга матеріалу шва на зріз, нм/ м2.

Tшс — =100мн/ м2.

1,08/4 = 0,27 мн.

0,27 мн < 0,97 >

Умова міцності выполняется.

5. Вибір та обґрунтування схеми автоматизації виробничого процесса.

Автоматизовані системи управління — це человекомашинные системи, щоб забезпечити автоматичний збір, обробку інформації та оптимізацію управления.

АСУТП призначені розробки та її реалізації впливів на технологічний об'єкт управління, відповідно до прийнятими критеріями управління з допомогою сучасних засобів обчислювальної техники.

Технологічний об'єкт управління — це сукупність технологічного устаткування й реалізованого у ньому за регламентом технологічного процесу. Особливого значення набуває АСУТП в потенциально-опасных процессах.

Вирізняють 4 групи потенциально-опасных процесів хімічної технологии:

1. Токсичні речовини і процеси з ними.

2. Процеси зі вибухонебезпечними веществами.

3. Процеси із швидкістю реакции.

4. Змішані з 1,2,3.

Потенциально-опасные процеси широко застосовуються процеси нитрования, гидрирования бромирования, магнитоорганического синтезу і др.

Особливості потенциально-опасных виробництв у цьому, що можуть протікати у двох режимах:

1. нормальний режим.

2. предаварийный режим.

Здатність переходити з 1-ого режиму у 2-ой і потенциально-опасные процеси з інших производств.

Предаварийный режим має дві фазы:

— можливість повернутися до нормальному режиму.

— неможливість повернутися до нормальному режиму, оскільки аварійна ситуація невідворотна і настає аварійне состояние.

Така специфічність потенциально-опасных виробництв (ПОП) визначає особливі вимоги до АСУ такими процесами. Треба мати такі автоматизоване системи управління, щоб він управляв процесом в предаварийном состоянии.

І тому в АСУ є система захисту (АСЗ) — автоматична система захисту. Отже, у складі АСУ потенциально-опасных виробництв входить: АЗС, АСР, АСР, АСК.

АСР — автоматизовану систему регулювання. На неї покладається функція оптимального управління процесом в нормальних режимах.

АЗС — аналіз предаварийного гніву й вибір захисних впливів (якщо процес неприходить в нормальний режим, його треба прекратить).

1. Скидання реакційної маси аварійний чан.

2. Подача в реактор разбавителя, затормаживающего процесс.

3. Подача жорсткого хладагента.

АСК — автоматизовані системи контролю — отримання інформації здогадалася про прихід цікавлять подій у керованому об'єкті шляхом подачі світлових і звукових сигналів, особливо необхідна за предаварийном режимі работы.

АСУТП потенциально-опасных процесів може бути здійснене шляхом сполуки чотирьох автономних цих систем за одну ціле, або шляхом сполуки замість АЗС і АСР вводять УВМ — управляючу обчислювальну машину, виходить АСУ з урахуванням УВМ.

Загальні інформацію про типовий мікропроцесорної системе.

Система варта контролю та управління технологічним процесом безперервних і полунепрерывных виробництв. Система позволяет:

1. Збір і первинну переробку информации.

2. Контроль і регулирование.

3. Пуск і припинення устаткування й процесса.

4. Блокування і захист оборудования.

Микропроцессорная система дозволяє здійснити виклик відеопрограм й від про стан агрегатів і поточних значеннях параметрів процесса.

Информируемая потужність: АСУТП, побудована з урахуванням типовий мікропроцесорної системи, оцінка чисельністю станцій контролю та управления.

Характеристика одній з КАУ: входять безперервні сигнали до 80, дискретні - до 38,4, вихідні сигнали безупинно до 20, дискретні - 324.

Вхідні сигнали можуть быть:

0−10в; 0−5мА; 0−20мА.

Вихідні сигнали: 0−10 В, 0−5 мА.

Час вироблення регулюючих впливів — 1 сек.

Похибка вироблення регульованих впливів — 1% кількість програм, виведених на екран дисплея — 100. Харчування 220 В, допускається єдину відмову за 10 тис. годин работы.

Технологічний процес регенерації відпрацьованих кислот.

Технологічний процес складається з стадий:

— концентрування HNO3.

— денитрация відпрацьованих кислот.

— концентрування H2SO4.

— улов хвостових нитрозных газов.

Процес безперервний, все основні апарати технологічної схеми з'єднані последовательно.

Таблиця № 20 — назва апаратів і контрольовані параметры.

Апарат параметры.

Темпе-ратура тиск витрата рівень концентрация.

Напірні баки +.

Колона ГБХ + + +.

Конденсатор +.

Холодильник +.

Вихрова колона + +.

Топка + +.

Абсорбционные вежі + +.

Нитрозные холодильники +.

Таблиця № 21.

Апарат і параметри Розмір Вигляд автоматизации.

регул сигнал.

1.

Напірні баки const, 2 м + +.

рівень.

Конденсатор

Температура парів азотної кислоти 60−65 ОС + +.

Холодильник.

Температура підігрітої кислоти залежно від подачі H2O 30−35 ОС + +.

Реактор

Температура підігрітої кислоти + +.

Колона.

Температура верхи колони 84−85 ОС +.

Температура пара у спільній магістралі 200−240 ОС +.

Тиск парів загальної магістралі + +.

Концентрована HNO3 (98%) +.

Концентрована H2SO4 слабкий 70% +.

Вихрова колона.

Концентрована H2SO4 міцнів. 92% +.

Температура відведених парів + +.

Холодильник H2SO4.

Температура охлажд. H2SO4 + +.

Топка.

Співвідношення витрат газу та повітря + +.

Абсорбционные колонні.

ГДК відведених газів + +.

Нитрозные холодильники.

Температура слабких кислот 80 ОС + +.

Опис контуров.

1. Регулювання рівня напорном баке.

Для виміру рівня напорном баці датчики рівнеміри пневматичного типу (1−1,3−1,5−1) з уніфікованим пневматичним сигналом 0,2−1 кгс/см2. Сигнал від цього йде з двох напрямах: один через пневмоэлектропреобразователь (1−8,3−8,5−8) по Адресою Bi1, Bi3, Bi5, побудований у блок навантажень керуючої машини, де зараз його порівнюється зі заданим сигналом. Що стосується відхилення поточного параметра від заданого за програмою програміста виробляється що регулює вплив як 0−5мА, що виходить з ПТК за адресою Bi1, Bi3, Bi5, і далі преутворити у стандартний пневматичний сигнал, через электропневматический перетворювач (1−6,3−6,5−6), минаючи без спотворення воздухораспределитель (1−4,3−4,5−4) по 2му, 4му і 5му адресами надходить на привід регулюючого органу (1−5,3−5,5−5), внаслідок зміниться подача кислот в бак і культурний рівень підтримуватиметься постійним. Якщо управляюча машина вийшов із ладу, то воздухораспределитель знеструмлюється і управління процесом переходить на локальний контру.

Сигнал з датчика (1−2,3−2,5−2) йде вторинний пневматичний прилад (1−3,3−3,5−3). У регулятор (1−4,3−4,5−4) заздалегідь введено бажане значення параметра. На елементі порівняння відбувається порівняння параметрів. Що стосується відхилення регулятор виробляє що регулює вплив, яке, минаючи (1−4,3−4,5−4) за адресою 2,4,6 діє пневматичний клапан (1−5,3−5,5−5), який пропорційно регулюючому впливу змінює своє становище (у бік зниження сигналу рассогласовывания).

2 Регулювання температури охолодженою кислоти зі зміни подачі хладагента.

Для регулювання температури використовують аналогічні контури з тією відмінністю, що сигнал про поточної температурі від термометра опору (19−1,29−1,31−1,33−1,35−1) за першим адресою передається на нормирующий перетворювач (19−2,29−2,31−2,33−2,35−2), який внормовує сигнал у стандартний від 0 до 5 мА.

3. Регулювання співвідношення витрат при автоматизації топки.

Контур створено у тому, щоб співвідношення газу та повітря, подающихся в топку, було оптимальним (оскільки Температура буде найвищої). Це співвідношення заводиться задатчиком в регулятор (25−5). Датчики витрат (25−1,25−2) встановлюються на трубопроводах, які ведуть у топку. Через дифмонометры поточне співвідношення подається на прилад (25−5) з заданим співвідношенням. Далі що регулює вплив йде з адресою 28 на пневматичний клапан (25−8), а клапан повітрям домагається потрібного співвідношення компонентов.

Що стосується, коли потрібно скоригувати співвідношення по температурі, чи до контуру співвідношення приєднується контур температур.

Термометр опору (27−1) фіксує температуру відпрацьованою H2SO4, перетворює їх у уніфікований сигнал в перетворювач (27−3). Сигнал сприймається вторинним пневмоприбором (27−4) але елементи порівняння, вмонтованого до нього регулятора (27−5) йде сигнал неузгодженості, у разі відносини регулюючого впливу передається по стрілці на прилад (27−6) і виправляє там завдання, тобто корректирует.

4. Контур контролю давления.

Сигнал з датчика (пружинного манометра (9−1) надходить на вторинний пневматичний прилад (9−2), який веде свідчення і запис параметра.

Для передачі в управляючу машину за адресами B19, ставлять у пневмоэлектрический перетворювач для перетворення сигналу. У уніфікований електричний сигнал 0−5 мАЛО, сприймалася машиной.

5. Регулювання концентрації кислот.

Для виміру концентрації кислот використовують аналогічні контуру з тією відмінністю, що датчиками будуть датчики концентратора (16−1,17−1,18−1), сигнали для керованої колони за адресами Bi16, Bi17, Bi18, йдуть через вимірювальні прилади перетворювачі (16−2,17−2,18−2).

Таблиця № 22 — Контрольно-вимірювальні прилади й кошти автоматичного контроля.

Позиція Найменування параметра середовища проживання і місце відбору проби Пред-е значення параметра Місце установки приладу Найменування і характеристика температури Тип моделі Кількість Завод виготовлювач Примечание.

На 1 агр. На все агр.

1−1, 3−1, 5−1 Рівень в напорном баці 2 м За місцем Рівнемір буйковый з уніфікованим пневматичним сигналом клас точності 1,5% УПБ-16 1 3 З-д «Теплоприбор «р. Казань.

1−2, 3−2, 5−2, 9−2, 13−4, 19−4, 23−4, 35−5, 27−4, 29−4, 31−4, 33−4, 35−4 — «- - «- На щиті Вторинний пневматичний прилад, готовий до запису і показання величини регульованого параметра і керує воздествия. Клас точності 1. Довжина шкали прибоа — 100 мм. ПВ101П 1 14 «Тизприбор «р. Москва.

1−3, 3−3, 5−3, 9−3, 13−5, 19−5, 23−5, 25−6, 27−5, 29−5, 31−5, 33−5, 35−5 — «- - «- На щиті Пропорциональноинтегральный регулятор системи «Старт ». Межа пропорційності від 2 до 3000% ПР3,31 1 14 «Тизприбор «р. Москва.

1−4, 3−4, 5−4, 9−4, 13−6, 19−6, 23−6, 25−4, 27−6, 29−6, 31−6, 33−6, 35−6 — «- - «- За місцем Электропневматический перетворювач трехходовый П1ПР5 1 14 Устькаменногорский завод приладів.

1−5, 3−5, 5−5, 9−5, 13−7, 19−7, 23−7, 25−8, 27−7, 29−7, 31−7, 33−7, 35−7 — «- - «- За місцем Регулюючий клапан з пневомоприводом (для агресивных середовищ). Умовне тиск 16 кгс/см2 25г30нт 1 14 Котельниковский агрегатномоторный завод.

1−6, 3−6, 5−6, 9−6, 13−8, 19−8, 23−8, 25−9, 27−8, 29−8, 31−8, 33−8, 35−8 — «- - «- За місцем Электропневматический перетворювач, призначений для перетворення сигналу постійного струму 0−5мА в уніфікований пневматичний сигнал 0,2−1 кгс/см2 Основна допустима похибка ±1% ЭПП63 1 14 «Електроприлад «р. Москва.

1−8, 3−8, 5−8, 9−8, 25−4 — «- - «- За місцем пневмоэлектрический перетворювач для перетворення сигналу. Клас точності 1 ПЭ55М 1 5 р. Чебоксар, з-д «Электроисполнмех-ов «.

7−1, 13−1, 23−1, 27−1, 29−1, 31−1, 33−1, 35−1, 19−1 Температура: — підігрітої кислоти 80−100 ОС За місцем Термометр опору. Межа вимірів [-2ОС, +250 ОС]. Калібрування 22 ТСП60−97 1 9 Львівприлад «р. Львів.

— Парів HNO3 після конденсатора 30−40 ОС За місцем.

Охолодженою HNO3 30−35 ОС За місцем.

7−2, 13−2, 19−2, 23−2, 29−2, 31−2, 33−2, 35−2 Холодильникуохолодженою HNO3 80 ОС За місцем Перетворювач вимірювальний, готовий до перетворення сигналів термоелектричних термометрів в уніфікований сигнал постійного струму 0−45мА. Перетворювач відрізняється искробезопасным виконанням вхідних щілин НПСЛ-1-И 1 9 р. Чебоксар, з-д «Электроисполнмех-ов «.

— «- - «- За місцем Электропневматический перетворювач, готовий до перетворення сигналу постійного струму 0−5 мАЛО в пропорційний уніфікований пневматичний сигнал 0,2−1 кгс/см2. Засн. Припустима похибка ±1% ЭПП-68 1 8 «Електроприлад «р. Москва.

9−1 Тиск пара в общец магістралі, що надходить у днище колони Не >0,7атм. За місцем Пружинний манометр загального призначення ОБМ1−60 1 1 Манометрический завод р. Томськ.

11−1 Температура пара у спільній магістралі 140−240 ОС За місцем Термоелектричний термометр. Матириал електродів — хром. Межі виміру 50−60 ОС ТХК 0515 1 1 Приладобудівний завод, р. Луцьк.

12−1 Температура верхи колони 85−90 ОС За місцем Термометр опору. Межа виміру: [-50 ОС, +250 ОС], град 20,22. Матеріал — платина ТСП60−97 1 1 Львівприлад «р. Львів.

11−2 Температура верхи колони 140−240 ОС За місцем Прилад які вимірюють, нормований. Призначений для перетворення сигналів термоелектричних термометрів, датчиків ЭДС і термометрів соспротивления в уніфіковані сигнали постійного струму. Межа вимірів 0−5мА НПТЛ-14 1 1 р. Чебоксар, з-д «Электроисполнмех-ов «.

11−3, 12−3 — «- - «- На щиті Вторинний прилад автоматичний, потенціометр стандартний одноточечный які вимірюють і реєструючий. Оснащений полупроводниковым підсилювачем КСП-4 1 2 «Теплоприбор «р. Челябінськ.

15−1 Навантаження колони (кількість продукционной HNO3) 3,4 гк/ч За місцем Ротаметр з пневматичною дистанційним передаванням РПД 1 1.

15−2 — «- - «- За місцем пневмоэлектрический перетворювач (перетворювач пневмосигнала 0,2−1 кгс/см2 в електричний сигнал 0−5 мАЛО. Клас точності 1 ПЭ55М 1 1 р. Чебоксар, з-д «Электроисполнмех-ов «.

15−3 — «- - «- На щиті Вторинний пневматичний прилад (показання, запис) ПВ 1,3 1 1 «Тизприбор «р. Москва.

18−1 Концентрація H2SO4 98% За місцем Концентратометр призначений для безперервного виміру концентрації КСО-У 1 1 Досвідчений завод УНИхим г. Свердловск.

18−2 — «- - «- За місцем Вимірювання, запис величин, преобразуемых з допомогою датчиків в напруга постійного струму. КСМ-3 1 1 «Теплоприбор «р. Челябінськ.

18−3 — «- - «- За місцем Вторинний самопишущий прилад. Клас точності 1 Пв4.2 П 1 1 «Тизприбор «р. Москва.

25−1, 25−2 Оотношение газу та повітря в топці 1:6 За місцем Стандартні сужающие устрою: діафрагма камерна Dy=16кгс/см2, ум. прохід = 80 мм. ДК16×80 2 2 «Теплоконтроль «р. Казань.

25−3 — «- - «- На щиті Вторинний самопишущий прилад (запис, показ, котра управляє вплив) ПВ 102П 1 1 «Тизприбор «р. Москва.

6. Безпека і екологічність проекта.

Аналіз виробництва. [10].

Виробництво концентрованої сірчаної кислоти безупинне й цілком автоматизовано. Виробництво складається з трьох отделений:

Відділення концентрування азотної кислоти, відділення концентрування сірчаної кислоти і абсорбционного відділення. Використовується таке устаткування: колона ГБХ, вихрова ферросилидовая колона, абсорбери, вентилятори, насоси, напірні баки, холодильники, конденсатор, топка. Устаткування розміщено в триповерховому будинку. Всі устаткування розміщено першого поверху, але оскільки колона ГБХ висока, то напірні баки і вентилятори перебувають у третьому поверсі. Оскільки HNO3 і H2SO4 є сильними кислотами, то відділення концентрування кислот зараховуємо до пожароопасным зонам по ПУЭ, т. е. До зони класу В1а. У відділенні абсорбції можливі виділення нитрозных газів, які за взаємодії з повітрям можуть створити взрыво-пожароопасную суміш, то відділення з ПУЭ зараховуємо до вибухонебезпечним зонам В-1б.

Таблиця № 23.

Найменування виробничого приміщення Клас по ПУЭ Клас са-нитарной зони по СН245−71 Категорія по НПБ 105−95.

1.

Абсорбционное відділення В-1б V Б (взрывопожароопасная).

Відділення сірчаної кислоти П-IIа VI В1-В4 (пожароопасная).

Відділення азотної кислоти П-IIа VI В1-В4 (пожароопасная).

Індивідуальні кошти защиты.

Фундаментальна обізнаність із кислотами небезпечна можливими опіками і отруєннями виділяються газами і парами. Усі робочі кислотного цеху мають забезпечуватися за захистом тіла спецодягом по ГОСТ 12.4.103−83 з серошинельного сукна по ГОСТ 12.4.036−78; гумовими чобітьми чи калошами по ГОСТ 5379–73 з сукняними панчохами за захистом ніг.; за захистом рук — кислотнозащитными рукавицями типу КР; за захистом очей — запобіжними захисними окулярами по ГОСТ 12.4.013−85 закритого типу з безбарвними скельцями; за захистом органів дихання — протигази марки БКФ чи КБ. Також застосовуються противогазовые респіратори РПГ-67 від дії у вічі парообразных веществ.

На робочих місць кислотних ділянок є з водогінних кранів, ванни з содовим розчином (для нейтралізації пролитої кислоти на відкритих ділянках тіла), зміна вод яких виробляється двічі на месяц.

Таблиця № 24 — Характеристика використовуваних речовин, у виробництві: ГДК, клас небезпеки, дію на людини, способи обезвреживания.

Найменування речовин Токсичність Способи знешкодження, перша допомогу ГДК, клас небезпеки по ГОСТ 12.1007−76.

1.

I. HNO3 — азотна кислота Влучаючи на шкіру людини викликає сильні опіки. Дим, у якому туман HNO3, дратує верхні дихальні шляху, викликає коньюктивит й уражає роговицю очей. Влучаючи на шкіру людини, змити водою, нейтралізувати. Вивести на свіже повітря й викликати «швидку допомогу, HNO3, пролиту на підлогу, слід змити водою ГДК парів HNO3 повітря робочої зони виробничих приміщень 2мг/м3. По ГОСТ 12.100 776 ССБТ належить до III класу небезпеки (умеренно-опасные).

II. H2SO4 — сірчана кислота регенерированная За характером токсичної дії на організм людини H2SO4 належить до дратує групі речовин. Влучаючи на шкіру викликає сильні так важко заживающие рани (опіки), освіту наривів, виразок. Дрібні бризки потрапляючи правді в очі можуть призвести до втрати зору. Вдихання концентрованих гарячих парів можуть призвести до непритомності і важкій поразці легеневої тканини. Це ж, що у HNO3, але H2SO4, пролиту на підлогу, нейтралізують гашеної вапном. ПДКр.з.-1мг/м3 По ГОСТ 12.100 776 ССБТ належить до III класу небезпеки (умеренно-опасные).

III. Нитрозные гази (окисли азоту) Токсичні. За характером токсичної дії на організм людини окисли азоту ставляться до дратує групі речовин. Вдихання окислів азоту у «малих концентраціях дратує дихальних шляхів, якщо вплив хронічні захворювання. Вдихання окислів азоту у великих концентраціях викликає набряк легень і отруєння. Що стосується отруєння постраждалого негайно вестися свіже повітря і викликати «швидку допомогу ПДКр.з.NO=5мг/м3 По ГОСТ 12.100 776 ССБТ належить до III класу небезпеки (умеренно-опасные).

Шум і вібрація [15], [16].

У проектованому об'єкті джерелами шуму й вібрації можуть бути воздуходувки, вентилятори, електродвигуни вентиляційних установок, відцентрові насосы.

Воздуходувки ставляться до машин ненаголошених процесів, мають виброзащиту як кожухів, передбачену заводом-изготовителем. Воздуходувки також перебувають у спеціально відведених їм місцях, обгороджених перегородками. Тому апаратники перебувають у деякому видаленні про повітродувок, а гомін лісу і вібрація з посади цих установок не приносять шкоди здоров’ю людей.

Додатковими джерелами шуму є вентилятори, насоси, відлуння яких нині сягає 80−100 дБ. Шум від вентиляційного агрегату поширюється через повітряне середовище, по будівельним конструкціям і стінок воздуховодов.

Боротьба шумом може здійснюватися за методом зниження початкового галасу вентиляційного агрегату і насосів, ізоляцією агрегатів від своїх підстави з допомогою виброзащитных елементів. Амортизатори вібрацій виготовляють з сталевих пружин чи гумових прокладок. Фундаменти під відцентрові насоси ізолюють повстю, азбестом, зменшення вібрації. Застосовують також звуковбирні матеріали, як скловолокно, поролон, для повітроводів і обличкування вентиляційних камер.

Як індивідуальних засобів захисту від галасу зчинив на відповідність до ГОСТ 12.1.029−80 використовують легкі противошумные вкладки, вставляемые в уши.

Для захисту від вібрації, переданої людині через ноги, використовується взуття на повстяної чи товстої гумової подошве.

Таблиця № 25 — Допустимі рівні шуму на робочих місць відповідно до ГОСТу 12.1.003−83 [16].

Робоча місце Рівні звукового тиску, дБ, в октавних шпальтах зі среднегеометрическими частотами, гц. Рівні звуку і еквівалентні рівні звуку дБ.

500 100.

Приміщення управління, робочі кімнати 63 55 60.

Постійні робочі місця 83 80 85.

Вентиляция.

Основним умовою створення нормальних санітарно-гігієнічних умов повітряної середовища в виробничих приміщеннях є максимальна герметизація технологічного устаткування й комунікацій. У завдання вентиляції входить боротьби з неминучими шкідливими виділеннями, котрі наважуються шляхом устрою місцевих отсосов у апаратів з найсильнішими виділеннями: баки свіжих і відпрацьованих кислот, колона ГБХ, збірники регенерируемых кислот.

Вентиляція повітря на нашому приміщенні здійснюється природним шляхом з допомогою дверних і віконних отворів і штучно з допомогою приточно-вентиляционных установок. Що стосується перевищення ГДК парів HNO3 повітря робочої зони автоматично відбувається включення аварійної вентиляції, яка оснащена газоанализиратором, який настроєна на щось ГДК кислот.

Розрахунок вентиляции.

Основний показник, що характеризує повітрообмін, є кратність воздухообмена:

где.

— обсяг приміщення = 1200 м³.

— обсяг вохдуха для вентиляції приміщення, м3/ч (5000 м3/ч).

Відповідно до СН-245−71 вибираємо вентилятор антикоррозионного виконання. Матеріал — железнохромная сталь марки 18.9−57−4.

Електродвигун марки М2, виконання 2ExdIIВТ4, яка має КПД=0.8, N=1,6кВт, n=2800 обор./мин, асинхронного типа.

Аварійний вентилятор марки ЦАГІ (з пусковим магнитопускателем).

Метеорологічні умови [17].

Метеорологічні умови у приміщенні концентрування кислот вибираються з категорії робіт у даному виробництві. Наше виробництво повністю автоматизоване, робочі працюють сидячи чи стоячи, не вимагаючи систематичного фізичної напруги і пов’язані з підвищенням чи перенесенням тяжкості. З переліченого по ГОСТ 12.1.005−76 вибираємо Ia категорію робіт і складаємо таблицу.

Таблиця № 26.

Категорія робіт Час року Температура повітря, ОС Відносна вологість, % Швидкість руху повітря, м/с.

Оптим. Припустимо. Оптим. Припустимо. Оптим. Допустим.

I a Теплий 20−23 19−25 60−40 75 0,2 0,2.

Холодний 16−18 15−20 80−85 95 0,2 0,2.

Опалення парове. Розрахункова температура парового повітря — 18 ОС, поверхню нагрітих частин системи =70 ОС. Опалення побутового приміщення — централізоване, паровое.

Пожежна профілактика [12], [18].

Будинок концентрування кислот триповерхове. Будинок цегельне, товщина зовнішніх стінок 510 мм. (стіни які мають і ограждающие).

Критична температура для цегли 700−1000 ОС, поли бетонные.

Мінімальний межа вогнестійкості огороджуючих стін (протипожежні) 0,75ч. Також використовують у цеху такі типи протипожежних преград.

Таблиця № 27 — Типи протипожежних преград.

Протипожежні перепони Мінімальний межа вогнестійкості, ч.

1. протипожежні дверцят і вікна (матеріал дверей — дерево з великим пропиткой антипиреном і додатковою захисної термоизоляцией) кількість дверей — 4 прим. 1,2.

2. Протипожежні зони — колони (500×500 мм.) 2,5.

— протипожежні перегородки 0,25.

2. Протипожежні перекриття відділення зон Б від У по НПБ 105−95 (матеріал — дерево, вкрите труднолетучими матеріалами) 1.

З переліченого і посилаючись на можливість те, що відділення концентрування кислот по НПБ 105−95 належить до класу У, вибираємо ступінь вогнестійкості здания.

Максимальне відстань від найбільш віддаленого робочого місця до найближчого евакуаційного виходу — 25 м.

У будинку передбачена драбина шириною 70 див. для евакуації людей верхніх поверхів під час пожежі. Кількість евакуаційних виходів — 5 (через протипожежні двері). Також приміщення обладнано протипожежними східцями з природним освітленням через вікна. Ширина дверей щонайменше 1 м., довжина до 5 м.

Для ліквідації пожежі встановлено пожежні крани у будинку, але в вулиці пожежні гідранти з відривом 100 м. друг від друга, не ближче 5 м. від стіни, не далі 50 м. встановлено пожежні извещатели.

Також приміщення забезпечене первинними засобами пожаротушения:

1) вогнегасники порошкові ОП-1 (для гасіння електропроводки, електродвигунів, які перебувають під напругою по ГОСТ 12.1.004−83).

2) ручні вуглекислі ОУ-2 (для гасіння відкритого вогню й газов).

3) пінні вогнегасники відповідно до ГОСТу 12.1.004−83 (для гасіння загоряння горючих растворителей).

4) ящики з піском близько устаткування (для гасіння лужних і щелочноземельных металлов).

У разі пожежі у приміщенні доведеться припинити роботу, включити вентиляційну систему, розпочати гасінню пожежі і просить викликати пожежну команду.

Відповідно до СНиП 2.04.09−84 вибирається автоматичний извещатель типу ДТР. Також ручні пожежні извещатели поза будинком на конструкціях в розквіті 1,5 м. від рівня пола.

Висвітлення [19].

Для висвітлення нашого приміщення використовується природне, штучне, і навіть аварійне освещение.

Відповідно до раніше прийнятим проектом об'ємно-просторового і конструктивного рішення будинку, природне висвітлення бічне, через світлові отвори у зовнішніх вікнах здания.

Оскільки наше виробництво повністю автоматизовано і безупинно, відбуваються загальні стеження технологічним процесом по СНиП 23−05−95 це VIII, а розряд зорових робіт. Значення КЕО при бічному висвітленні у зоні зі стійким сніжним покровом 0,3% виходячи з СНиП 23−05−95 відповідно до розрядом виконуваних робіт Е=75 лк — мінімальна освітленість відповідно до СНиП 23−05−95 для зорових робіт (VIII разряда).

Розрахунок природного освещения.

Розрахунок висвітлення залежить від визначенні площі світлових отворів для помещения:

где.

— площа пола;

— нормируемое значення КЕО.

— коефіцієнт, враховує затемнення вікон,.

— світлові характеристики вікна, .

— загальний коефіцієнт пропускання, дорівнює оптичні властивості скла (0,8) плюс втрати світла палітурках (0,6) плюс втрати через забруднення заскленої поверхні (0,8) плюс в несучих конструкціях (1) плюс в сонцезахисних пристроях (0,8),.

— =1,9 — при бічному висвітленні, коефіцієнт, враховує затемнення вікон протилежними зданиями.

де %по СНиП 23−05−95.

— коефіцієнт світлового климата,.

; - коефіцієнт сонячного клімату,.

%.

м2.

Площа одного окна:

м2.

Кількість світлових проемов:

шт.

Вибираємо кількість світлових отворів — 20 прим. Фактичне кількість світлових отворів — 20 прим. Виходячи з цього бачимо: розрахункове кількість вікон у кількості 20 штук соотвествует санітарних норм і фактичному кількості окон.

Розрахунок штучного висвітлення [19].

Для штучного висвітлення передбачені: переносні світильники МВП з лампами МГ-51 (F=4600лм, W=12Вт/м2) і світильники у загальне висвітлення пожежонебезпечній зони (для кислотною среды).

Кількість світильників, які забезпечують необхідне освещение:

где:

E — мінімальна освітленість (E=75 лк) відповідно до СНиП 23−05−95 для зорових робіт відповідно до VIII разряда.

F — світловий потік однієї лампи (F=4600лм).

— поправочний коефіцієнт світильника, =1,1.

U — коефіцієнт використання затемнення від типу світильника, U=0,6.

шт.

Вибираємо 25 світильників, тип світильника СХ-50, потужність 300 Вт, ГОСТ 2239–79.

Фактичне кількість світильників — 25 шт.

Висновок: Кількість світильників соотвествует санітарних норм і розрахунковому количеству.

Аварійне освещение.

Проектом передбачено аварійне висвітлення, що забезпечує 5% від нормального освітлення і одно 6925,4 лм. Потужність одного світильника 60Вт, напруга 12 У. Світловий потік ламп розжарювання 400 лм. Вакуумні лампи розжарювання (В).

Визначимо кількість світильників задля забезпечення аварійного освещения:

шт.

Вибираємо 16 штук. Тип світильників МВП (пылевлагонепроницаемые).

Аварійне висвітлення необхідне продовження робіт у разі аварии.

Электробезопасность [11].

Поразка електричним струмом може виникнути внаслідок випадкового доторку людей до токоведущим частинам (електропроводці), що під напругою, розряди блискавки на электроустановку (насос, вентилятор), виникнення напруги струму дільниці землі, де знаходиться чоловік у результаті замикання в электропроводке.

Відповідно до ПУЭ по небезпеки поразки площ електричним струмом, проектоване приміщення належить до III класу (особливо небезпечне), внаслідок вогкості приміщення, відносна вологість 95%, використання хімічно активної середовища (кислоти з більшими на концентрациями.

У кислотному цеху за захистом від впливу електричного струму застосовуються індивідуальні ізолюючі захисні кошти [11] типу диэлектрическая взуття, на робочих місць дерев’яні підставки, покриття гумовими килимками. Люди, працюючі поблизу електроустановок напругою 550 У (наприклад, у вентиляторів) мають покажчики напруги (вольтметри) з ізолюючими ручками.

По способу захисту від поразки електричним струмом все електротехнічні вироби нашого виробництва, у відповідність до ГОСТ 12.2.007.0−75 ставляться до I класу, оскільки вироби, крім робочої ізоляції токоведущих частин установки (оплетка обмотувальних дротів), мають, елементи заземлення (виделку з заземленим контактом).

Захисні заходи у электрооборудовании.

Задля більшої безперебійної роботи електроустаткування, щоб уникнути поразки електричним струмом, все електрообладнання, як уже зазначалося вище, має надійну робочу ізоляцію, передбачену заводом-изготовителем. Як ізолюючого матеріалу використовується емаль, противоточные лаки. Контроль станом ізоляції проводиться не менше десь у год.

Електропостачання цеху забезпечується за трансформаторних підстанцій, електрообладнання харчується напругою 380 У і 500 У. Силова мережу виконана з кабелю марки ВРБТ, також виконано контрольним кабелем КРВБТ. Щоб уникнути небезпеки механічних ушкоджень дротів кабелю проводка робиться під штукатуркою. Також електрообладнання заземляется до спільного контуру друг до друга опором трохи більше 4 Ом. Заземлення передбачається контурне мідне чи сталеве (ст. 45). Стрижні заземлителя розташовуються з усього контуру з відривом 4 метрів друг від друга.

У електроустановках застосовується система захисного відключення, забезпечує автоматичне відключення електроустановки, у разі виникнення у ній небезпеки поразки струмом. Безпека забезпечується швидкодіючим (0,1−0,2 сек) відключенням в усій мережі при замиканні на елементи електроустаткування. Також застосовуємо світлову сигналізацію (червону) відповідно до ГОСТ 12.2.007.0−75 при короткому замиканні електроустаткування Для профілактики электротравматизма застосовуємо відповідно до ГОСТ 12.4.026−76 застережливі плакати. Електродвигуни взрывозащищенного виконання по ГОСТ 12.2.020−76 марки 2ExiIIAT2.

Статична електрика і молниезащита. 21].

Заряди статичного електрики виникають при терті шкіряного приводного ременя електродвигунів, при інтенсивному перемішуванні речовин, у колоні концентрування, якщо накоплнеии зарядів на электрооборудовании.

У відділенні концентрування кислот, стосовних по ПУЭ до класу П-IIа захист від статичного електрики відбувається лише на трубопроводах близько оборудования.

Молниезащита.

Для захисту від прямого удару блискавки застосовуються молниеотводы. Оскільки відділення концентрування кислот по ПУЭ по пожароопасностти належить до класу П-IIа і приміщення лежить у місцевості з середньої грозової діяльністю 20 годин на рік, то вихлопні труби у Московському відділенні за устроєм молниезащиты ставляться до III категорії відповідно до СН-305−77 опір заземлення труб має не меншим 50 Ом за кожен токоотвод від вторинного прояви блискавок передбачено заземлення усього обладнання і трубопроводів. Величина опору заземлення 10 ОМ. Матеріал зазаемления — ст. 45. Токоотводы влаштовують з сталевого дроту (ст.3) d=7 мм. Як токоотводов використовуємо колони в здании.

Розрахунок молниезащиты [22].

Визначаємо зону і категорію пристроїв молниезащиты. Цех за правилами належить до класу П-IIа. До основних рис місцеположення — в місцевості з середньої грозової діяльністю 20 год та более.

Тип зони захисту — під будинок II ступеня вогнестійкості при вибирається зона Б, категорія III.

Очікуване кількість N поразок блискавкою на рік будинку визначається по формуле:

где:

P.S — ширина будинку, м; S=21 м.

Z — довжина будинку, м; Z=38 м.

h — найбільша висота будинку, м; h= 15 м.

n=2 — середньорічне число ударів блискавок один м2 земної поверхности.

N=0.03.

Вибираємо зону захисту молниеотводов Б.

Тип молниеотвода і габарити зони защиты:

— відвід заввишки 29 м;

— висота зони захисту над землей:

h0 = 0.92h = 26.7 м;

— радіус зони захисту лише на рівні земли:

r0=1.5h = 43.5 м;

— радіус зони захисту в розквіті hx над землею: м.

Зона захисту одиночного стрижневого молниеотвода.

Безпека технологічного процесса.

Щоб запобігти освіти розрядів устаткування слід заземлювати відповідно до ГОСТу 12.4.124−83. Опір заземленого устрою на повинен перевищувати 100 Ом. Трубопроводи, устаткування (колона ГБХ), вентиляційні короби, які працюють у цеху, є не всьому протязі безперервну ланцюг, яка приєднується до контуру заземлення у двох точках, відповідно до ПУЭ 12.1.030−81.

Задля більшої робітників у цеху індивідуальної захистом, використовується электростатическая взуття — гумові чоботи чи калоші., одяг з бавовняних тканин. Слід також заземлення помостів і сотні робітників площадок.

Екологічність проекта.

До сформування нормальні умови праці, необхідно, щоб устаткування кислотного цеху було герметично. Задля більшої герметичності апарат концентрування футерован зсередини. Фланцевые сполуки колони щоб уникнути разбрызгивания кислоти захищаються манжетами з алюмінію. Прокладки між царгами виготовляються з фторопласта 4.

Випробування на герметичність виробляється продувкой колони. Задля більшої герметичності кислотопроводов ущільнення фланцевых сполук здійснюється за допомогою прокладок з «ванного азбесту », обмотаного фторопластовой лентой.

Корозія може бути одній з причин аварій та руйнацій устаткування. Устаткування працює у агресивному кислотному середовищі, усе обладнання з кислотостойкой стали. Колона ГБХ і вихрова колона з ферросилида.

7. Будівельно-монтажна схема будинку цехи і компонування оборудования.

Вихідні данные:

1. Географічне ситуацію і климат:

проектируемая стадія концентрування сірчаної кислоти розташована на промисловому майданчику заводу їм. В.І. Леніна на р. Казань.

Температура в зимовий період (25 ОС).

Глибина промерзання грунту 4,5 м.

Швидкісний натиск вітру 35 кг/м3.

Рівень грунтових вод 6 м.

2. Характеристика виробничого процесу: фаза концентрування сірчаної кислоти належить до П-IIIа групі виробничих процессов,.

категорія пожароопасности В;

режим роботи — тризмінний, непрерывный.

Будинок концентрування має у плані прямокутну форму.

Довжина будинку 17 м.

Ширина 11,02 м.

Висота 12,5 м.

Будинок має три этажа.

Конструктивна схема здания:

— глибина закладення фундаменту — 1,5 м.

Покриття полягає из:

— водоизоляционного килима рубероид;

— цементної стяжки 20 мм;

— теплоізоляції - пінобетон 150 мм;

— пароизоляции — гарячим битумом;

— збірної залізобетонній плиты;

— збірної залізобетонній балки.

Робоча майданчик розташована на рівній поверхности.

Підлогу бетонні, покриття кислотоупорной плиткой.

Стіни зовнішні - цегельні завтовшки 510 мм.

Объемно-планировочное і конструктивне рішення будинку денитрации відпрацьованою кислоти і концентрування сірчаної кислоти, організація інтер'єру, оздоблення приміщення відповідає вимогам технічних, санітарних і протипожежних норм, і навіть вимогам технічної эстетики.

8. Генеральний план. Пояснення до схемою генерального плана.

Проектований цех розташований біля р. Казань.

Площа для проектування цеху має рівну поверхность.

Виробничі будинку розташовані з урахуванням безпечних відстаней, санітарних і протипожежних требований.

Безпечне відстань між складами приймається щонайменше 15 метров.

Цех денитрации і концентрування имеет:

Відділення денитрации і концентрування азотної кислоти -1.

Відділення концентрування сірчаної кислоти -2.

Відділення абсорбционной очищення окислів азоту після відділення денитрации NO -3.

Склад відпрацьованих кислот -4.

Склад готової продукції 98%азотной кислоти -5.

Склад для міцної сірчаної кислоти -6.

Прохідну 7.

Притулок 8.

Щодо адміністративних будинків та житлових масивів, виробничі приміщення розташовані з подветренной стороны.

Напрям вітру — переважно південно-східне. Пл всього виробничого території, включаючи зону прохідній, передбачені автомобільні дороги для проїзду транспорту. Дороги розташовані з урахуванням аварійної небезпеки виробництва. Для можливих перевезень готової продукції передбачає наявності залізної дороги.

Для паркана води на водогонах зовнішнього пожежогасіння встановлено гідранти. Водопровідна мережу окольцьована. Вона проектується з чавунних труб діаметром щонайменше 200 мм., на глибині 2 метра.

На внутрішньої водогінної мережі встановлено внутрішні пожежні крани у спеціальних шафах, відзначених написом «ПК «.

9. Економічне обгрунтування проекта.

Розрахунок капітальних видатків створення проектованого объекта.

Таблиця № 28 — Розрахунок капітальних видатків на будівлі і сооружения.

Найменування будинків та споруд Ед. ізм. Будує. обсяг Кошторисна вартість.

Единичн. загальна Норма % Сума, руб.

Будівлі м3 665 438,5 1,7 11 312,4.

Споруди м3 188 596,7 5 9429,8.

РАЗОМ: 854 035,2 20 742,2.

Таблиця № 29 — Капітальні видатки устаткування (па проекту).

Найменування будинків та споруд Ед. ізм. Кількість одиниць Кошторисна вартість Амортизаційні отчисления.

Единичн. загальна Норма % Сума, руб.

I. Технологічне устаткування прим.

1. Сховища кислот прим. 3 25 603,8 76 811,4 11 8449,3.

2. Насоси для перекачування кислот прим. 9 5219,8 49 978,2 9 4228,04.

3. Напірні баки прим. 4 4079,1 16 316,4 1 1994,8.

4. Холодильники прим. 5 12 270,2 61 351,2 8 4908,1.

5. Конденсатор прим. 1 37 316,9 37 316,9 8 2985,4.

6. Збірник HNO3 прим. 2 134 045,8 268 091,6 8 21 447,33.

7. Абсорбер прим. 4 51 149,1 102 299,6 7 7160,9.

8. Топка прим. 1 101 468,3 101 468,3 9 91 332,15.

9. Підігрівник прим. 2 50 734 101 468,3 9 9132,15.

10. Теплообмінник прим. 1 37 316 37 316 8 2985,3.

11. Вихрова колона прим. 1 302 778,7 302 778,7 9 27 250,1.

12. колона ГБХ прим. 1 190 039,9 190 039,9 9 17 103,6.

13. Вентилятор прим. 2 1303,8 2607,6 7 182,5.

14. Нитрозный вентилятор прим. 1 1090,2 1090,2 7 76,3.

РАЗОМ: прим. 1 345 934,3 116 790,95.

II. Необліковане устаткування 10% % 134 593,4 8,4 11 305,8.

III. Электросиловое устаткування % 67 296,7 10 6729,7.

IV. КиПиА, 20% % 269 186,9 12 32 302,4.

V. Трубопроводи, 15% % 201 890,1 10 20 189.

УСЬОГО: 2 018 901,4 187 317,85.

Таблиця № 30 — Капітальні видатки устаткування (по аналогу).

Найменування будинків та споруд Ед. ізм. Кількість одиниць Кошторисна вартість Амортизаційні отчисления.

Единичн. загальна Норма % Сума, руб.

I. Технологічне устаткування.

1. Сховища кислот прим. 4 25 603,8 102 415,2 11 11 265,7.

2. Насоси прим. 14 5219,8 73 077,2 9 6576,4.

3. Напірні баки прим. 4 4079,1 16 316,4 11 1794,8.

4. Холодильники прим. 4 15 337,8 61 351,2 8 4905,2.

5. Конденсатор прим. 1 37 316,9 37 316,9 8 2985,4.

6. Збірник HNO3 прим. 1 134 045,8 134 045,8 8 10 723,7.

7. Абсорбер прим. 4 51 149,1 204 596,4 7 14 327,8.

8. Топка прим. 1 101 468,3 101 468,3 9 9132,1.

9. Підігрівник прим. 2 50 734 101 468 9 9132,1.

10. Теплообмінник прим. 1 37 316 37 316 8 2985,3.

11. Барботажный концентратором прим. 1 43 404 43 404 8 3472,3.

12. Электрофильтр прим. 1 74 321 74 321 8 5945,7.

13. Колона ГБХ прим. 2 190 039,9 380 073,8 9 34 206,6.

14. Нитрозный вентилятор прим. 1 1090,2 1090,2 7 76,3.

15. Вентилятор прим. 1 1303,8 1303,8 7 91,27.

16. Ежектор прим. 2 49 873 99 746 9 8977,1.

РАЗОМ: прим. 1 469 310,2 119 505,7.

II. Необліковане устаткування 10% % 146 931,02 8,4 12 342,2.

III. Электросиловое устаткування % 73 465,5 10 7346,6.

IV. КиПиА, 20% % 293 862 12 35 263,4.

V. Трубопроводи, 15% % 220 396,5 10 22 039,3.

УСЬОГО: 2 203 965,3 212 721,5.

Таблиця № 31 — Зведена кошторис капітальних видатків і структура основних фондов.

Найменування будинків та споруд Проект, крб % Аналог, руб. %.

Будівлі 665 438,5 23,2 665 438,5 21,76.

Споруди 188 596,7 6,5 188 596,7 6,17.

Устаткування 2 018 901,4 70,3 2 203 965,3 72,6.

РАЗОМ: 854 035,2 100 3 058 000,5 100.

Розрахунок нормувальних оборотних средств:

По проекту:

руб.

Загальна сума капітальних вложений.

По проекту:

2 872 936 + 430 940,5=3 303 877,1 руб.

Удільні капітальні вложения.

По проекту:

руб/т.

Розрахунок нормувальних оборотних засобів по аналогу:

руб.

Загальна сума капітальних вложений.

По аналогу:

3 058 000+458700,1=3 516 700,6 руб.

Удільні капітальні вложения:

По аналогу:

руб/т.

Розрахунок чисельності та фонду заробітної платы:

Таблиця № 32 — Баланс робочого дня одного рабочего.

Показники 4-бригадный графік, 7-часовой робочого дня, 8-часовая смена.

Дні Годинник.

Календарний фонд робочого дня 365 2920.

Вихідні дні 91 728.

Святкові дні - ;

Номінальний фонд робочого дня 274 2192.

Тривалість відпустки 24 192.

Виконання держ. зобов’язань 2 16.

Невиходи, регламентовані заводом 8 64.

Відпрацювання до норми — -;

Ефективний фонд робочого дня 240 1920.

Таблиця № 33 — Чисельність основних виробничих рабочих.

Найменування професії Розряд Чисельність рабочих.

Змінна Явочна Списочная.

1.

Апаратник концентрування H2SO4 5 1 3 5.

Апаратник концентрування HNO3 5 1 3 5.

Апаратник абсорбції 5 1 3 5.

Апаратник перекачування 4 1 3 5.

Апаратник підготовки напівфабрикатів 4 1 3 5.

Апаратник промивання цистерн 4 1 3 5.

РАЗОМ: 6 18 30.

Таблиця № 34 — Допоміжні робочі (деж. персонал).

Найменування професії Розряд Чисельність рабочих.

Змінна Явочна Списочная.

1.

Слюсар-ремонтник 1 ділянки 6 1 3 5.

Слюсар-ремонтник 2 ділянки 6 1 3 5.

Слюсар КИПа 5 1 3 5.

Слюсар — монтер 1 ділянки 5 1 3 5.

Слюсар — монтер 2 ділянки 6 1 3 5.

РАЗОМ: 5 15 25.

Усього за цеху 11 33 55.

Розрахунок фонду зарплати основних виробничих рабочих.

1. Тарифний фонд заробітної платы.

I Розряд.

Коефіцієнт 1 1,13 1,29 1,48 1,71 2,0.

=3,0 руб.

3мар=30*1920*1,63*3,0=281 664 руб.

2. Доплату до основного фонду заробітної платы:

а) премії: П=;

руб.

б) сплата до праці у вечірній время:

руб.

в) доплата до праці у нічний время:

руб.

р) доплата до праці у святкові дни:

руб.

Усього доплат:

Д=П+Дв.в.+Дн.в.+дп.д.=84 521,18 руб.

3. Основна заробітна плата:

Зосн=Зтар+Д=366 185,18 руб.

4. Додаткова ЗП (10%).

5. Річний фонд зарплати основних рабочих:

Згод=(3осн+Здоп)Kn, де Kn =1 (для Казани).

Згод= 402 803,69.

6. Заробітну плату основних робочих на калькуляционную единицу:

Зк.ед.=руб/т.

7. Відрахування до пайового фонду страхування на калькуляционную единицу:

Ок.ед.= руб/т.

Розрахунок фонду З.П. допоміжних робочих (черговий персонал).

1. Тарифний фонд З.П.

Зтар=UспTэфRmcКср

Зтар=25*1920*1,88*3,0=270 720 руб.

2. Доплату до основного фонду З. П:

а) премія: П=27 072 руб.

б) доплата до праці у вечірній время:

Дв.в.=18 048,00 руб.

в) доплата до праці у нічний время:

Дн.в.=39 096 руб.

р) доплата до праці у святкові дни:

Дп.д.=2712,96 руб.

3. Основна З.П.

Зосн.=354 648,96 руб.

4. Додаткова З.П.

Здоп.=35 464,89 руб.

5. Річний фонд З.П. допоміжних рабочих:

6. Згод= 390 113,85 руб.

7. Відрахування до пайового фонду соціального страхування (40%).

Ос.с.=156 045,54 руб.

Таблиця № 35 — Розрахунок фонду зарплати ІТП, службовців і МОП.

Найменування категорій і посад Чисельність оклад в месяц, руб. річний фонд по окладам, руб премія 50%, руб Т.Ф.З.П.руб.

1.

ІТП.

Начальник цеху 1 1100 13 200 6600 19 800.

Технолог 1 1000 12 000 6000 18 000.

Старший майстер 1 ділянки 1 700 8400 4200 12 600.

Старший майстер 2 ділянки 1 720 8640 4320 12 960.

Майстер 1 ділянки 2 1300 31 200 15 600 46 800.

Майстер 2 1300 31 200 15 600 46 800.

Інженер щодо організації та планування 1 550 6600 3300 9900.

Енергетик 1 750 9000 4500 13 500.

Механік 1 750 9000 4500 13 500.

Службовці.

Табельник 1 500 6000 3000 9000.

Економіст 1 550 6000 3000 9000.

МОП.

Прибиральниця 2 400 9600 4800 14 400.

РАЗОМ: 15 227 160.

Відрахування до пайового фонду соціального страхування (40%):

Ос.с.=90 864 руб.

Середня вести одного рабочего:

руб.

Середньорічна вести одного работающего:

руб.

Продуктивність праці одного рабочего:

т/чел.

Продуктивність праці одного работающего:

т/чел.

Таблиця № 36 — Розрахунок річного витрати електроенергії (по проекту).

найменування силового і технологічного електроустаткування од. мощ-ности, кВт кол-воединиц, шт сумарна мощность, кВт Ефективний фонд роботи устаткування, Тэф Теоретична потреба у эл. энергии, кВтч.

Двигуни.

до нитрозному вентилятору 6,7 1 6,7 8040 53,9.

Хвостовій вентилятор 13 1 13 8040 104,5.

Насоси 8 9 72 8040 578,9.

Газодувка 14,5 2 29 8040 233,2.

Повітродувка 250 2 500 8040 4020.

РАЗОМ: 4990,5.

Необліковане устаткування 20% 998,1.

УСЬОГО: 5988,6.

Розрахунок річного витрати електроенергії на рухові і технологічні цели:

;

кспр — коефіцієнт втрат надходжень у електричних мережах (0,97).

Кдв — коефіцієнт втрат надходжень у електродвигунах (0,95).

тис. кВт/ч.

У проекті на калькуляционную единицу:

М= тис. кВт/ч.

Таблиця № 37 — Розрахунок річного витрати електроенергії (по аналогу).

найменування силового і технологічного електроустаткування од. мощ-ности, кВт кол-воединиц, шт сумарна мощность, кВт Ефективний фонд роботи устаткування, Тэф Теоретична потреба у эл. энергии, кВтч.

Двигуни.

до нитразоновентилятору 6,7 1 6,7 8040 53,9.

Хвостовій вентилятор 13 1 13 8040 104,5.

Насоси 8 9 72 8040 578,9.

Газодувка 14,5 2 29 8040 233,2.

Повітродувка 250 2 500 8040 4020.

Високовольтний электроагрегат 250 1 250 8040 9600.

РАЗОМ: 14 590,5.

Необліковане устаткування 20% 2918,1.

УСЬОГО: 17 508,6.

Розрахунок річного витрати електроенергії на рухові і технологічні цели:

квт/ч.

По аналогу на калькуляционную единицу:

М= тис. кВт/ч.

Таблиця № 38 — Кошторис витрат утримання і експлуатацію оборудования.

найменування статей у проекті, крб за аналогом, крб. методика расчета.

Зміст устаткування й транспортних засобів.

Заробітну плату допоміжних робочих 390 113,85 390 113,85.

Відрахування в соц. страхование 156 045,54 156 045,54 40% від величини кошторисної вартості оборудования.

Допоміжні матеріали 60 567,04 66 118,96 3% від величини кошторисної вартості оборудования.

Поточний ремонт устаткування й транспортних засобів 50 472,5 55 099,1 2,5% від величини кошторисної вартості оборудования.

Амортизація устаткування й транспортних засобів 187 317,9 212 721 з таблицы.

Капит. ремонт устаткування й транспортних засобів 100 945,1 110 198,3 5% від величини кошторисної вартості оборудования.

РАЗОМ: 945 461,93 990 296,75.

Інші витрати 189 092,38 198 059,35 2о% від ИТОГО.

УСЬОГО: 1 134 554,3 1 188 356,1.

Розрахунок на калькуляционную единицу:

по проекту:

1 134 554,3/32 000=35,45 руб/т.

по аналогу:

1 188 356,1/32 000=37,14 руб/т.

Таблиця № 39 — Кошторис цехових расходов.

Статті витрат Сумма, руб Методика розрахунку укрупнення норми проекта.

Зміст цехового персоналу 227 160 ЗП ІТП, МОП, служащих.

Відрахування на соц. страхування 90 864 40% від статьи.

Поточний будівлі і водоканалізаційних споруд 17 080,7 2% вартості будинків та сооружений.

Амортизація будинків та споруд 20 742,2 з таблицы.

Зміст будинків та споруд 34 161,4 4% вартості будинків та сооружений.

Капітального ремонту будинків та споруд 8540,3 1−2% вартості будинків та сооружений.

Охорона праці та техніка безпеки 2134,31 по заводск. дан.

РАЗОМ: 400 682,9.

Інші цехові витрати 40 068,9 10% від ИТОГО.

УСЬОГО: 440 751,19.

На калькуляционную единицу:

ВСЕГО/Вг=440 751,19/32 000=13,77 руб/т.

Таблиця № 40 — Порівняльна калькуляційна собівартість сірчаної кислоти. Калькуляційна одиниця — 1 тонна.

Статті витрат од. ізм. ціна за ед-цу У проекті По аналогу.

расходн. коэф-т сума, крб расходн. коэф-т сума, руб.

Матеріальні витрати.

Сировина й матеріали.

а) HNO3 т. 319,6 1,0487 335,2 1,0487 335,2.

б) H2SO4 т. 83,7 2,1149 177,01 2,1149 177,01.

Поворотні відходи.

а) купоросное олію т. 100,98 2,0724 209,3 2,0724 209,3.

РАЗОМ по ст. I: 302,96 302,96.

Паливо і енергія на технол. мети.

а) паливо кг 0,246 880 216,48 880 216,48.

б) електроенергія квт/ч 0,260 163 42,3 475 123,5.

на пару гКал 70,15 2,5 175,4 2,5 175,4.

р) вода м3 1,436 246 353,3 246 353,3.

РАЗОМ по ст. II: 787,6 868,7.

Зарплата з відрахуваннями.

а) З.П. осн. робочих руб/т 12,58 12,58.

б) відрахування на соц. страхування руб/т 5,03 5,03.

РАЗОМ по ст. III: 17,61 17,61.

Витрати утримання і експлуатацію устаткування крб 35,45 37,14.

Цехові витрати крб 13,77 13,77.

Цехова собівартість 1157,39 1240,18.

1. Зниження себестоимости:

2. Річна від зниження собівартості продукции:

Эгод=(С1-С2)Вг= (1240,18−1157,39)3200=2 649 280 руб.

3. Удільні наведені затраты:

Сj+Eh*Kj -> min.

Kj — капітальні вкладення в кожному варианту.

Eh — нормативний коефіцієнт эффективности.

капит. вкладення (Eh=0,12).

у проекті: 1157,39+0,12*103 300=13553,39 руб.

за аналогом: 1,240,18+0,12*109 900=14428 руб.

4. Річний економічний эффект:

Эгод=(1240,18−1157,39) = 2 649 280 руб.

Таблиця № 41 — Порівняльні техніко-економічні показники производства.

Показники од. ізм. у проекті за аналогом в % до аналогу.

Річний випускати продукцію в натур. вираженні т 32 000 32 000 100.

Загальна сума капит. вкладень крб 3 303 877 3 516 701 106.

Удільні капітальні вкладення крб 103 300 109 900 106.

Чисельність працюючих.

всього чол 70 70 100.

зокрема робочих чол 55 55 100.

Продуктивність праці.

а лише одного працюючого т/чел 457 457 100.

б) робочого т/чел 582 582 100.

Середньорічна З.П.

а з одного працюючого крб 31 716,70 31 716,70 100.

б) робочого крб 14 416,68 14 416,68 100.

Собівартість ед-цы продукції крб 1 510 113 1 584 734 108.

Удільні наведені витрати крб 1 522 509 1 597 922 108.

Заключение

.

У цьому дипломному проекті було розглянуто і відділення денитрации відпрацьованих кислот і концентрування азотної кислоти і сірчаної кислоти. Здійснено необхідні матеріальні і технологічні розрахунки, що підтверджують обгрунтованість запропонованих інженерних рішень. У порівняні з чинним виробництвом включені наступні технологічні решения:

На фазі улову окислів азоту та парів азотної кислоти використовується абсорбція з допомогою сірчаної кислоти. Це забезпечує очищення відведених газів до санітарних норм.

Процес регенерації відпрацьованих кислот перекладений автоматизоване регулювання із застосуванням УВМ. Зокрема, на стадії подачі кислот в колону ГБХ дозволяє автоматичного припинення подачі компонентів у разі аварии.

Впровадження цих змін дозволяє поліпшення умов праці з допомогою перекладу автоматизації більш високий рівень, зменшити знос устаткування, поліпшити екологічну обстановку.

Економічний аналіз проекту показує, у результаті змін собівартість 1 тонни H2SO4 знизилася на за збереження чисельності персонала.

Проект економічно целесообразен.

Список використаних источников.

1. Атрощенко В.І., Каргин С.І. Технологія азотної кислоти. -М.:Химия, 1970.-493с.

2. Амєлін О.Г., Яшке Є.В. Виробництво сірчаної кислоти. -М.:Высшая школа, 1974.-223с.

3. Лебедєв А. Я. Установки для денитрации і концентрування сірчаної кислоти.- М.:Химия, 1972.-240с.

4. Амєлін О.Г. Технологія сірчаної кислоти.- М.:Химия, 1983.-340с.

5. Методика розрахунку технологічного процесу концентрування кислоти в вихоровий колоні /сост. Халитов Р. А.; КХТИ.-Казань, 1991.-30 с.

6. Касаткін О.Г. Основні процеси та апарати хімічної технологии.-М:Химия, 1971.-783с.

7. Павлов К. Ф, Романков О. Т., Носков А. А. Приклади і завдання курсу процесів і апаратів хімічної технологии.-А.:Химия, 1987.-705с.

8. Автоматичні прилади, регулятори і обчислювальні системи: Довідкове посібник /Б.Д. Кошарский, Т. У. Бедновская, В. А. Бек і др.-Л.:Машиностроение, 1976.-448с.

9. Лащинский А. А. Толчинский Г. Р. Основи конструювання і розрахунку хімічної апаратури.: Л.:Машиностроение, 1970.-752с.

10. Основні процеси та апарати хімічної технології: Допомога за проектированию/Под. ред. Ю.І. Дытнерского.;

11. Шкідливі речовини у промисловості: Довідник, тIII/Под ред. Н.В. Лазарєва.- М: Химия, 1976.-592с.

12. Фарзанс Н. Г., Ильясов П. В. Технологічні вимірювання, і прибоы.-М.:Высшая школа, 1982.-260с.

13. Макаров Г. В. Охорона праці хімічної промисловості.- М: Химия, 1989.-495с.

14. ГОСТ 12.10.04.-86 Пожежна безпеку. Загальні требования.

15. ГОСТ 12.1.012.-78 Вібрація. Загальні вимоги безопасности.

16. ГОСТ 12.4.103.-80 Індивідуальні кошти защиты.

17. ГОСТ 12.4.003.-83 Допустимі рівні шума.

18. ГОСТ 12.1.019.-89 Повітря робочої зоны.

19. ГОСТ 12.04.05.-89 Вентиляция.

20. СП 305−74 Молниезащита.

21. СНиП 2.04.05−89 Вентиляция.

22. СНиП 23.05.05−95 Освещение.

23. НПБ 105−95 Норми і правил безопасности.

24. ПУЭ. Правила устрою электроустановок.

25. Економічне обгрунтування курсових і лдипломных проектів: Метод зазначений. /Сост.: В. И. Вальперт, Р. Г. Тазеев, Ю. Н. Барышев, И. Л. Шарифуллин. КХТИ.-Казань, 1991.-28 с.

26.

Додаток, спецификация.