«Разработка вихревых контактных устройств. Процесс разделения отработанных кислотных смесей и концентрирования слабой HNO3» - Дипломная работа

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4

1.1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА 4

1.2 ПАТЕНТНАЯ ЧАСТЬ 8

1.3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА 13

Географические и климатические данные региона. 14

2. РАСЧЕТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 15

2.1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 15

2.2 ПРИНЦИП РАБОТЫ КОЛОННЫ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ H2SO4 18

2.3. СТАНДАРТИЗАЦИЯ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, ПОЛУФАБРИКАТОВ, ГОТОВОГО ПРОДУКТА. ГОСТ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ. 20

Свойства готовых продуктов, сырья и полуфабрикатов. 22

2.4. ХИМИЗМ ОСНОВНЫХ И ПОБОЧНЫХ РЕАКЦИЙ [4] 23

2.5 ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 27

2.6. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ОТДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ HNO3 [1] 27

2.7. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА [7] 33

3. ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 44

3.1. ВЫБОР И РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 44

3.2 РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА АППАРАТОВ 45

4. КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 46

4.1 РАСЧЕТ ЧИСЛА СТУПЕНЕЙ КОНТАКТА ФАЗ КОНЦЕНТРАТОРА [5] 46

1.2. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 50

1.2.1. Расчет первой по ходу газового потока ступеней контакта фаз [5] 50

4.2.2. Расчет гидродинамических характеристик второй и последующих по ходу газа ступеней вихревой колонны [5] 53

4.3. МЕХАНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ ВИХРЕВОЙ КОЛОННЫ [6], [7] 57

5. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА 62

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТИПОВОЙ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЕ. 63

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ КИСЛОТ 64

ОПИСАНИЕ КОНТУРОВ 66

Регулирование уровня в напорном баке 66

2 Регулирование температуры охлажденной кислоты по изменению подачи хладагента. 66

Регулирование соотношения расходов при автоматизации топки 67

4. Контур контроля давления 67

5. Регулирование концентрации кислот 68

9. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 89

Расчет нормируемых оборотных средств: 91

Расчет численности и фонда заработной платы: 92

Расчет фонда заработной платы основных производственных рабочих 93

Расчет фонда З.П. вспомогательных рабочих (дежурный персонал) 95

Расчет годового расхода электроэнергии (по проекту) 97

Смета цеховых расходов 100

Сравнительные технико-экономические показатели производства 102

6. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА. 72

АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА. 72

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ 72

ШУМ И ВИБРАЦИЯ 74

ВЕНТИЛЯЦИЯ 75

Расчет вентиляции 76

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ 76

ПОЖАРНАЯ ПРОФИЛАКТИКА 77

ОСВЕЩЕНИЕ 79

Расчет естественного освещения 79

Расчет искусственного освещения. 80

Электробезопасность 81

Защитные меры в электрооборудовании 82

Статическое электричество и молниезащита. 83

Молниезащита 83

Расчет молниезащиты 83

БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. 85

ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА 85

2.8 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ H2SO4 39

2.9. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ВИХРЕВОЙ КОЛОННЫ 40

7. СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНАЯ СХЕМА ЗДАНИЯ ЦЕХА И КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ 86

8. ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН. ПОЯСНЕНИЯ К СХЕМЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ПЛАНА. 88

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 103

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 104

ПРИЛОЖЕНИЕ, СПЕЦИФИКАЦИЯ 106

Введение

К установкам с непосредственным соприкосновением горячих газов с кислотой относятся установки Кесслера; широкое распространение получили аппараты типа Хемико, работающие в режиме барботирования газов через слой серной кислоты и аппараты Вентури трубного типа.

Суть процесса концентрирования в аппаратах этого типа заключается в дроблении кислоты на капли благодаря потоку горячего газа.

Оба вида технологий получения концентрированной серной кислоты имеют как положительные, так и отрицательные стороны, которые необходимо учитывать при выборе характера производства в каждом отдельном проекте с учетом экономических показателей и наличия трудовых и сырьевых ресурсов.

Большим преимуществом установок с внешним обогревом является отсутствие или минимальное количество тумана серной кислоты, образующейся в результате работы концентраторов второго типа, а также получения серной кислоты с крепостью до 98%. Благодаря исключению необходимости очистки выхлопных газов от кислотного тумана, появляется возможность удешевить технологический процесс в результате выхода из технологической схемы дорогостоящих электрофильтров. Но при концентрировании серной кислоты, например, в ретортах до 96% крепости и выше, происходит их быстрое изнашивание из-за высокой температуры кипения серной кислоты, которая достигает t=300оC. Кроме того, при высоких температурах увеличивается испарение и разложение серной кислоты, что ведет к потере количества и качества серной кислоты. Эти недостатки учтены и устранены в установках типа Майснера, где концентрирование происходит под вакуумом. Установки Майснера весьма компактны по сравнению с ретортными установками Паулинга. При проектировании производств одной и той же мощности, установки с колоннами Майснера занимают менее 40% площади, требующейся для установки реторт Паулинга. Однако установки Майснера имеют весьма серьезный недостаток ввиду малой производительности (выход готового продукта составляет до 13-15 т/сут.). К другому недостатку относится растрескивание ферросилидовых царг, проявляющееся в процессе эксплуатации данной установки, а также нарушение уплотнения между царгами. К недостаткам колонн Майснера относится также необходимость строительства котельных для выработки водяного пара , применяемого в колоннах. Следовательно, этот тип установок может быть применен только в случаях необходимости концентрирования небольших количеств серной кислоты и для получения при этом серной кислоты высокой концентрации (до 98%).

Проблема растрескивания ферросилидовых материалов и проблема появления неплотностей были решены с появлением установок с применением нагревательных труб и метода стекающей пленки в установках типа Дюпон. В этих установках применено новое техническое решение в виде монтажа оборудования с учетом механических и термических напряжений ферросилида, то есть либо на катках, либо на пружинных подвесках. К преимуществам относится простота устройства, исполнения и обслуживания. Эти установки по производительности относятся к числу средних, достигая до 25 т/сутки. К недостаткам этого вида установок относится загрязнение внутренних поверхностей труб с течением времени, что приводит к снижению их теплопропускной способности и необходимости их периодической прочистки и промывки с применением большого количества воды. В нашей стране в начальный период развития производства получения высококонцентрированной серной кислоты установки этого типа пользовались большой популярностью, но, в связи с бурным ростом промышленности, потребляющей СК в огромных количествах, установки первого типа были в основном вытеснены установками второго типа – с непосредственным соприкосновением греющих газов с кислотой, а установки с внешним обогревом функционируют и в настоящее время в единичных экземплярах.

Один из представителей установок второго типа установки Кесслера, в которых значительно облегчена передача тепла от топочных газов к серной кислоте. Концентрируемая кислота не доводится до точки кипения, а большая, открытая поверхность контакта газа и кислоты максимизирует интенсивность процесса массопередачи и теплопередачи. Кроме того, преимуществом установок Кесслера является их возможность работать на любом местном виде топлива: газообразном, жидком, твердом, что значительно увеличивает сырьевые возможности безостановочного перехода с одного вида топлива в случае необходимости на другой. К недостаткам в первую очередь относится необходимость периодической чистки рекуператора с выгрузкой насадки, а также большая потеря СК с отходными газами, что составляет порядка 2-2,5%. Данные аппараты имеют небольшую производительность – 20 т/сутки. В последнее время установки Кесслера в своем большинстве были вытеснены концентраторами барабанного типа. В аппаратах этого типа концентрирование производится путем барботажа горячих газов через упариваемую кислоту, как в слое кислоты, так и в зоне брызг, где на поверхности капель происходит хорошая теплопередача. До настоящего времени они считались наиболее удобными, экономичными и практичными для концентрирования серной кислоты. Основной вид топлива для этих установок – мазут. Однако в последнее время в связи с ростом производства природного газа, последний стал широко применяться в концентраторах барабанного типа.

К преимуществам этих концентраторов относятся лучшее использование тепла и переработка большого количества кислоты. Данные концентраторы имеют и ряд существенных недостатков, которые не могут быть устранены без коренных изменений конструкции. Первый недостаток заключается в поддержании строгого температурного режима топочных газов, так как увеличение его даже на 10 ОС довольно быстро разрушает барботажные трубы первой камеры концентратора и , следовательно, увеличиваются потери СК из-за ее термического разложения, которые составляют 10-15% от общего количества СК, идущей на концентрирование.

Заключение

В данном дипломном проекте были рассмотрены и рассчитаны отделения денитрации отработанных кислот и концентрирования азотной кислоты и серной кислоты. Осуществлены необходимые материальные и технологические расчеты, подтверждающие обоснованность предлагаемых инженерных решений. По сравнению с действующим производством внесены следующие технологические решения:

На фазе улова окислов азота и паров азотной кислоты используется абсорбция с помощью серной кислоты. Это обеспечивает очистку отходящих газов до санитарных норм.

Процесс регенерации отработанных кислот переведен на автоматизированное регулирование с применением УВМ. В частности, на стадии подачи кислот в колонну ГБХ предусмотрено автоматическое прекращение подачи компонентов в случае аварии.

Внедрение этих изменений позволяет улучшить условия труда за счет перевода автоматизации на более высокий уровень, уменьшить износ оборудования, улучшить экологическую обстановку.

Экономический анализ проекта показывает, что в результате изменений себестоимость 1 тонны H2SO4 снизилась на при сохранении численности персонала.

Проект экономически целесообразен.

Список литературы

Список использованных источников

1. Атрощенко В.И., Каргин С.И. Технология азотной кислоты. -М.:Химия, 1970.-493с.

2. Амелин А.Г., Яшке Е.В. Производство серной кислоты. -М.:Высшая школа, 1974.-223с.

3. Лебедев А.Я. Установки для денитрации и концентрирования серной кислоты.- М.:Химия, 1972.-240с

4. Амелин А.Г. Технология серной кислоты.- М.:Химия, 1983.-340с.

5. Методика расчета технологического процесса концентрирования кислоты в вихревой колонне /сост. Халитов Р.А.; КХТИ.-Казань, 1991.-30 с.

6. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.-М:Химия, 1971.-783с.

7. Павлов К.Ф, Романков А.Т., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.-А.:Химия,1987.-705с.

8. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы: Справочное пособие /Б.Д. Кошарский, Т.У. Бедновская, В.А.Бек и др.-Л.:Машиностроение, 1976.-448с

9. Лащинский А.А. Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.: Л.:Машиностроение, 1970.-752с

10. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Под. ред. Ю.И. Дытнерского.-

11. Вредные вещества в промышленности: Справочник, тIII/Под ред. Н.В. Лазарева.- М:Химия, 1976.-592с.

12. Фарзанс Н.Г., Ильясов П.В. Технологические измерения и прибоы.-М.:Высшая школа,1982.-260с.

13. Макаров Г.В. Охрана труда в химической промышленности.- М:Химия, 1989.-495с.

14. ГОСТ 12.10.04.-86 Пожарная безопасность. Общие требования.

15. ГОСТ 12.1.012.-78 Вибрация. Общие требования безопасности.

16. ГОСТ 12.4.103.-80 Индивидуальные средства защиты.

17. ГОСТ 12.4.003.-83 Допустимые уровни шума.

18. ГОСТ 12.1.019.-89 Воздух рабочей зоны

19. ГОСТ 12.04.05.-89 Вентиляция

20. СН 305-74 Молниезащита

21. СНиП 2.04.05-89 Вентиляция

22. СНиП 23.05.05-95 Освещение

23. НПБ 105-95 Нормы и правила безопасности

24. ПУЭ. Правила устройства электроустановок

25. Экономическое обоснование курсовых и лдипломных проектов: Метод указан. /Сост.: В.И.Вальперт, Р.Г. Тазеев, Ю.Н. Барышев, И.Л.Шарифуллин. КХТИ.-Казань, 1991.-28 с.