План
Введення
1. Технологічна частина
1.1 Вибір методу виробництва
1.2 Основні фізико-хімічні властивості сировини, допоміжних матеріалів, каталізаторів, готової продукції (характеристика їх якості згідно з державними стандартами)
1.3 Теоретичні основи прийнятого методу
1.4 Опис технологічної схеми вузла
1.5 Вибір обладнання
1.6 Автоматизація технологічного процесу і аналітичний контроль виробництва
1.7 Відходи виробництва, їх застосування
1.8 Охорона праці та промислова екологія
2. Розрахункова частина
2.1 Попередній розрахунок
2.2 Матеріальний баланс
2.3 Тепловий розрахунок
2.4 Конструктивний розрахунок
2.5 Розрахунок видаткових коефіцієнтів
Список використаних джерел
Введення
До початку 20-го століття HNO3 отримували з природного натрієвої (чилійської) селітри:
NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3 (1)
При використанні 95-97% H2SO4 і 96% NaNO3 отримували 96-98% HNO3. Пізніше процес стали вести під вакуумом, що знижувало температуру процесу та його тривалість.
На початку 20-го століття був запропонований метод фіксації атмосферного азоту в полум'ї електричної дуги (1906г.). для виробництва азотної кислоти цим методом не потрібно штучне сировину та складне оформлення процесу, але цей метод не вигідний у зв'язку з великою витратою електроенергії.
У 1913р. був освоєний промисловий синтез аміаку з елементарних речовин, він швидко набув широкого поширення. Незабаром був розроблений і спосіб отримання азотної кислоти з аміаку.
1-й завод азотної кислоти, за схемою працює при атмосферному тиску продуктивністю 8000 т / рік був побудований в 1916р. в м. Юзівці (СРСР). В основі цього методу лежав метод окислення аміаку, отриманого з коксового газу. Метод запропонований російським вченим Андрєєвим. Він же запропонував і каталізатор - платинові сітки, вивчив процеси окислення аміаку на сітках, абсорбцію оксидів азоту водою та отримання аміачної селітри.
У наш час розроблені різні методи отримання оксидів азоту по плазмової технології, але вони дуже електроємних. Ведуться роботи по зниженню витрати електроенергії.
У наш час основним способом виробництва азотної кислоти (розведеною) є спосіб, запропонований Андрєєвим.
Азотну кислоту застосовують в:
сільському господарстві (аміачна селітра, комплексні мінеральні добрива);
виробництві вибухових речовин;
виробництві барвників та інших хімікатів;
виробництві ракетного палива (оксиди азоту та азотна кислота);
виробництві штучного шовку;
виробництві лікарських препаратів;
виробництві сірчаної кислоти.
За обсягом виробництва азотна кислота займає 2-е місце. У промисловості одержують:
1) неконцентрованих АК (45-60%);
2) концентровану АК (90%).
Кислота азотна неконцентрованих, отримана абсорбцією оксидів азоту водою, використовується для отримання плаву аміачної селітри, складних добрив, для окислювальних процесів травлення металів для виробництва концентрованої азотної кислоти.
Висновок: у зв'язку зі зростанням споживання сільським господарством та промисловістю азотної кислоти, виробництво її в 20-му столітті збільшується.
1 Технологічна частина
1.1 Вибір методу виробництва
Азотну кислоту в промисловості отримують каталітичним окисленням аміаку киснем повітря з наступною абсорбцією оксидів азоту (неконцентрованих) і перегонкою 56-60%-ної азотної кислоти в присутності водоотнимающих засобів (сірчаної кислоти або плаву нітрату магнію) і прямим синтезом (концентрована).
Залежно від умов ведення виробничого процесу розрізняють типи схем:
1) Схема, що працює під тиском 0,716 МПа.
Потужність виробництва азотної кислоти по схемі, яка працює під тиском 0,716 МПа, визначається числом агрегатів. Потужність одного агрегату складає 120 тис. т \ рік (100%-ної азотної кислоти). Відновлення оксидів азоту відбувається на двухступенчатом каталізаторі АПК-2 і Al2O3. Зміст оксидів азоту в газах після каталітичної очистки не більше 0,005% (об.). Агрегати, що працюють під тиском 0,716 МПа, оснащені приладами автоматизації, що дозволяють управляти процесом з ЦПУ. Ці агрегати характеризуються високим ступенем використання енергії процесів, великою мобільністю при пуску, зупинках і зміні навантажень, великий одиничною потужністю та ефективної очищенням газів, що відходять від оксидів азоту.
НТР процесу:
- Вміст аміаку в АВС,% (об.) - 9,7 - 10,7
- Температура, ˚ С:
АВС - 180-230
Контактування - 890-910
- Концентрація продукційної кислоти,% (мас.) - 58-60
Схема спроектована в 1968 р. (цех № 5).
2) великотоннажний агрегат АК-72.
Виробництво розведеної азотної кислоти в агрегаті АК-72 здійснюється з комбінованого методу: окислення аміаку проводиться під тиском 0,42 МПа, абсорбція оксидів азоту - при 1,1 МПа.
При тиску 0,42 МПа можна досягти високого ступеня конверсії аміаку (до 97%) і витрата платини буде становити не більше 0,1-0,12 г \ т азотної кислоти.
Особливістю агрегату АК-72 є застосування високотемпературної каталітичного очищення вихлопних газів від оксидів азоту за допомогою природного газу та подача гарячих вихлопних газів в газову турбіну без попереднього охолодження.
Агрегат АК-72 автоматизований. Пуск і управління всіх процесів здійснюється через ЦПУ.
При зниженні к.п.д турбін високого і низького тиску в результаті забруднення проточної частини осьового повітряного компресора і витоку газів через нещільності продуктивність агрегату знижується.
Продуктивність агрегату АК-72 становить 1150 т \ день.
НТР процесу:
- Концентрація продукційної кислоти,% (мас.) - 58-60
- Температура контактування, ˚ С - 840-880
- Каталізатор - платіноідние сітки.
3) великотоннажний модернізований агрегат АК-72М.
Комплексне усунення недоліків в агрегаті АК-72М досягнуто виключенням з схеми високотемпературної каталітичного очищення вихлопних газів, виключено застосування каталізатора АПК-72, в якому використовується дефіцитний метал - паладій, вихлопні гази не містять оксидів вуглецю і метану, але додається до 0,01% ( об.) аміаку, енерговитрати знижені на 15%, але для підвищення надійності та стабільності роботи агрегату холодильники-конденсатори виготовляють з титану.
На стадії конверсії окислення аміаку проводять на платиновому каталізаторі і неплатинового каталізаторі НК-2У. На стадії селективного очищення від оксидів азоту застосовується алюмомедьцінковий каталізатор АМЦ-10.
Продуктивність 380000 т \ рік, концентрація товарної азотної кислоти 60%.
Агрегат спроектований в 1976 р.
4) Комбінована схема з тиском на стадії абсорбції 0,35-0,4 МПа.
Система складається з декількох агрегатів потужністю 45-50 тис.т \ рік (в перерахунку на 100%-ную азотну кислоту). Концентрація продукційної кислоти 47-50% (мас.).
Б ó більша частина агрегатів, що працюють під тиском 0,35-0,4 МПа, оснащена установками селективного очищення газів, що відходять від оксидів азоту на ванадієвої каталізаторі із застосуванням як відновника аміаку.
На стадії окислення аміаку використовують платиновий каталізатор, на стадії каталітичного очищення - ванадієвий каталізатор АВК-10М.
У порівнянні з іншими системами ця система характеризується приблизно на 40% меншими капітальними витратами і відсутністю стадії лужної абсорбції. До недоліків системи відноситься підвищена витрата електроенергії, мала потужність агрегатів і велика витрата аміаку у зв'язку із застосуванням низькотемпературної каталітичного очищення вихлопних газів від оксидів азоту.
НТР процесу:
- Вміст механічних домішок у повітрі перед контактними апаратами, мг \ м3 - н \ б 0,007
- Вміст аміаку в АВС,% (об.) - 10,5-11,5
- Температура, ˚ С:
АВС - 67-75
Контактування - 800-820
- Ступінь конверсії аміаку,% - 96,5-97,5
- Концентрація продукційної кислоти,% - 47-49
Висновок: у зв'язку з перерахованими вище достоїнствами і недоліками методів вибирається комбінована схема з тиском на стадії абсорбції 0,35-0,4 МПа.
1.2 Основні фізико-хімічні властивості сировини і готової продукції. Державні стандарти на них
1.2.1 Вихідна сировина
Аміак: у звичайних умовах являє собою безбарвний газ з різким запахом, добре розчинний у воді і інших розчинниках, з повітрям і киснем утворює вибухонебезпечні суміші.
Хімічна формула - NH3
Молекулярний вага - 17,03
Щільність, кг \ м3:
Рідкий аміак - 681
Газоподібний - 770
Температура самозаймання - 650 ˚ С.
Температура затвердіння - 77,75 ˚ С.
Без каталізатора розкладається при температурі 1000 ˚ С, з каталізатором - при 300 ˚ С.
Масова концентрація:
- | масла (після фільтрів поз.2) - | не більше 1,0 мг/м3 |
- | заліза (після фільтрів поз.2) - | не більше 1,0 мг/м3 |
- | Інертний - | не більше 0,5% |
Масова концентрація газоподібного аміаку - | Проте 99,6% |
Повинен відповідати ГОСТ 6221-90.
Повітря: сухе повітря повинен містити (% об.): N2 - 78.1; O2 - 21.0; Ar2 - 0.9; зміст водяної пари коливається від 0,1 до 2,8% (об.). У районі промислових майданчиків повітря забруднене пилом різного походження, а також різноманітними компонентами неорганічних газових викидів. Кількість пилу в повітрі становить 0,5 - 1,0 мг \ м3.
Масова концентрація пилу (після апарату очищення повітря) -
не більше 7,0 мг/м3
Повинен відповідати ГОСТ 24484.
1.2.2 Допоміжні матеріали та каталізатори
Таблиця 1 - Допоміжні матеріали та каталізатори
Найменування сировини, матеріалів, напівпродуктів, енергоресурсів | Показники за стандартом, обов'язкові для перевірки | Регламентовані показники | |||
1 | 2 | 3 | |||
Деаерірованной вода (суміш частково-знесоленої води з паровим конденсатом) для водогрійних котлів | Загальна жорсткість | не більше 0,01 ммоль/дм3 | |||
Прозорість за шрифтом | не менше 40 см | ||||
Масова концентрація: | |||||
- | сполук заліза (в перерахунку на Fe + +) | не більше 0,1 мг / кг | |||
- | розчинного кисню (О2) | не більше 0,03 мг/дм3 | |||
- | масова концентрація солей | не більше 150 мг/дм3 | |||
- | рН при 250С | 8,5 - 9,5 | |||
Сітки каталізаторних з платинового сплаву | ГОСТ 3193-74 з ізм. 5 сітки з платино-паладієвого сплаву марки ПлПдРд -4 - 3,5 Кр.2875 мм із вмістом платини - 92,5% | Діаметр: | |||
- - | Дроту - 0,092 мм Сітки - 2875 мм | ||||
Посвідчення якості продукції на встановлювану сітку повинно відповідати стандарту і марці | |||||
Каталізатор железохромовий середньотемпературна конверсії оксиду вуглецю СТК-1 | ТУ 113-03-317-86 з ізм. 3, марка CТК - 1 або CТК-1М | Діаметр - 7 мм Масова концентрація: | |||
заліза в перерахунку на Fe2О3 CТК-1 не менше 88% CТК - 1М не менше 86% | |||||
Насипна щільність н / б 1,3 кг/дм3 | |||||
Паровий конденсат | Масова концентрація солей | Проте 7,0% | |||
рН | оксиду заліза (Fe2О3) | не менше 6,5% | |||
Аміак | оксиду хрому (Сr2О3) | не нормують. | |||
н / б 0,3% | 1,0-1,5% |
1.2.3 Готова продукція
Азотна кислота.
Фізико-хімічні властивості:
Хімічна формула-НNO3
Молекулярна маса-63,0
Щільність 46-48% азотної кислоти
при температурі 200С-1, 285 - 1,298 кг/дм3
Температура замерзання-мінус 210С - мінус 19,50 С
Температура кипіння при тиску 0,1 МПа-115 - 115,50 З
Таблиця 2 - Норми для сортів неконцентрированной азотної кислоти
Найменування показника | Норми для сортів | |||
Вищий сорт ОКП 21 21320120 | Перший сорт ОКП 21 21320130 | Другий сорт ОКП 21 21320140 | ||
1 | 2 | 3 | 4 | |
1. | Зовнішній вигляд | Безбарвна або жовта рідина без механічних домішок | ||
2. | Масова частка HNO3,%, не менше | 57,0 | 56,0 | 46,0 |
3. | Масова частка оксидів азоту в перерахунку на N2O4,%, не більше | 0,07 | 0,1 | 0,2 |
4. | Масова частка залишку після прожарювання,%, не більше | 0,004 | 0,02 | 0,05 |
Кислота азотна неконцентрованих повинна відповідати вимогам ТУ 113-03-270-90.
Азотна кислота є одним з вихідних продуктів для отримання більшості азотовмісних речовин. До 70 - 80% її кількості витрачається на отримання мінеральних добрив. Одночасно азотна кислота застосовується при отриманні вибухових речовин майже всіх видів, нітратів і ряду інших технічних солей; в промисловості органічного синтезу; в ракетній техніці, як окислювач в різних процесах і в багатьох інших галузях народного господарства.
1.3 Теоретичні основи прийнятого методу
Неконцентрованих азотну кислоту отримують контактним окисленням аміаку у дві стадії:
- Перша стадія - контактна окислення аміаку в оксид азоту (II)
4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О + 904 кДж (2)
- Друга стадія - окислення оксиду азоту (II) до вищих оксиди і поглинання їх водою з утворенням кислоти
2NO + О2 = 2NO2 + 212,7 кДж (3)
3NО2 + Н2О = 2НNO3 + NO + 73,6 кДж (4)
Сумарна реакція отримання азотної кислоти може бути представлена рівнянням:
NH3 + 2О2 = НNO3 + Н2О + 329,5 кДж
Виробництво неконцентрированной азотної кислоти здійснюється комбінованим способом: окислення аміаку відбувається під атмосферним тиском, абсорбція оксидів азоту відбувається під тиском 0,35 МПа (3,5 кгс/см2).
Так як витрачається повітря на окислення, то в продукті реакції завжди знаходиться азот.
Залежно від каталізатора та умов проведення процесу переважають ті або інші реакції. Склад кінцевих продуктів визначається вибірковістю каталізатора. Каталізаторами для процесу є наступні метали: Pt, Pl, Cu, Ag, Ni, Au, Fe, W, Ti.
Переваги платини:
1) Платина найбільш активна для реакції, забезпечує при температурі 600-1000 оС високий вихід оксиду азоту (до 99%) при часі контакту 1 · 10-4 с.
2) Платина має температуру ініціації реакції, рівну 195-200 оС.
3) Має хорошу пластичність, ковкість, тягучість, що робить сплави платини найкращими каталізаторами окислення аміаку.
Недоліки платини:
1) Її схильність до руйнування при температурі конверсії під впливом реакційної суміші.
2) Схильність впливу великої кількості отрут, тому досліджувалися і застосовуються сплави платини з різними металами.
Каталізатор застосовують у вигляді сіток. Ця форма зручна в експлуатації, характеризується мінімальним вкладенням платиноїдів і дозволяє застосовувати найбільш простий і зручний в експлуатації тип контактного апарату. Для виготовлення сіток використовують дріт Д = 0.06-0.09 мм. Розмір сторони чарунки 0,22 мм, число ячеек1024 на 1 см2.
Окислювання аміаку до NO відноситься до гетерогенним системам. Швидкість реакції окислення залежить в першу чергу від швидкості дифузії O2 і NH3 до каталізатора. Швидкість дифузії аміаку до поверхні платіноідного каталізатора нижче, ніж швидкість дифузії кисню, тому вона і є визначальною швидкість окислення аміаку до NO.
Швидкість окислення залежить від часу контактування, температури, тиску, співвідношення NH3: O2.
Збільшення часу перебування АВС в зоні каталізу, тобто зменшення швидкості газового потоку, веде до утворення елементарного азоту. Збільшення швидкості газу вище оптимальної зменшує час перебування газової суміші в зоні каталізу, що веде до проскакування аміаку в потік нитрозного газу.
Процес окислення оксиду в діоксид здійснюється киснем, що знаходиться в нітрозному газі.
2NO2 + O2 ↔ 2NO2 + 112,3 кДж (5)
2NO2 ↔ N2O4 + 56,9 кДж (6)
NO2 + NO ↔ N2O3 + 40 кДж (7)
Реакція 2 протікає тільки в рідкій фазі, а 1 і 3 - газовій. Всі реакції екзотермічні, оборотні, що йдуть зі зниженням обсягу, без каталізатора.
За принципом Ле-Шательє з підвищенням температури рівновага реакції зміщується вліво, що призводить до зниження виходу NO2. Для прискорення цієї реакції доцільно застосовувати підвищені тиску, знижені температури, а також підвищені концентрації NO і O2. Швидкість реакції пропорційна квадрату концентрації NO в газовій суміші і концентрації O2.
Нітрозні гази, що надходять на абсорбцію, містять NO2, N2O3, і NO. Всі ці оксиди крім NO реагують з водою з утворенням азотної кислоти. Сумарно процес утворення азотної кислоти описується у вигляді наступних рівнянь:
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO (8)
3N2O3 + H2O = 2HNO3 + 4NO (9)
Реакції екзотермічни, оборотні, гетерогенні, безперервні, зі зменшенням газового обсягу.
Повністю переробити оксиди азоту в азотну кислоту при водної абсорбції неможливо. У газах, що виходять з абсорбційної колони, завжди будуть присутні оксиди азоту, зміст яких залежить від умов їх поглинання.
При надлишку оксиду азоту відбуватиметься розкладання азотної кислоти, тому необхідно вводити додатковий кисень для максимального перетворення NO в NO2.
Зниження температури на 10 ˚ С збільшує швидкість поглинання оксиду азоту в 2,5 рази, а швидкість окислення NO в NO2 в 1,5 рази. Практично встановлено, що температура абсорбції повинна бути 20-35 С.
При збільшенні тиску: збільшується швидкість поглинання оксидів, але концентрація азотної кислоти підвищується незначно; підвищується розчинність NO2 азотної кислоти, а це є великим мінусом, тому азотна кислота після абсорберів подають в продувальну колону, де її продувають повітрям, видаляючи NO2, продувний газ повертають в систему, а очищена кислота йде на склад.
При теплових процесах тепло передається від однієї речовини до іншого. Для самовільного перенесення одного з цих речовин повинно бути більш підігрітий, ніж інше. Речовина з більш високою температурою, яка в процесі теплообміну віддає тепло, називається гарячим теплоносієм, а речовину з нижчою температурою, що приймає тепло, - холодним теплоносієм.
Існують два основних способи проведення теплових процесів:
1) Передача тепла безпосереднім зіткненням: теплоносії зазвичай змішуються один з одним, що не завжди допустимо, тому даний спосіб застосовується порівняно рідко, хоча він значно простіше в апаратурному оформленні.
2) Передача тепло через стінку: теплоносії не змішуються і кожен з них рухається по окремому каналу; поверхню стінки, що розділяє теплоносії, використовується для передачі тепла і називається поверхнею теплообміну.
Розрізняють усталені і несталі процеси тепловіддачі.
При сталому (стаціонарному) процесі температури в кожній точці апарату не змінюються в часі. При несталому (нестаціонарному) процесі температури змінюються в часі.
Передача тепла від одного тіло до іншого може відбуватися за допомогою теплопровідності, конвекції і випромінювання.
Нагрівають агенти: водяна пара (150-170 ˚ С), пари висококиплячих рідин (вище 150-170 ˚ С), гарячі гази (від 400 до 700-1000 ˚ С), електричний струм (1000-2000 ˚ С).
Охолоджуючі агенти: повітря, вода (40-50 ˚ С), низькотемпературні агенти (нижче 5-20 ˚ С).
1.4 Опис технологічної схеми вузла
Для окислення аміаку використовується кисень повітря, що забирається безпосередньо біля відділення з атмосфери через агрегатні повітрозабірні труби висотою 25 м і діаметром 820х3 мм.
Для очищення повітря від механічних забруднень передбачений апарат (ОР) в якому розташований суконний фільтр. Суконний фільтр виконаний у вигляді рукавів, закріплених на рамі в кількості 89 шт. Після очищення повітря по трубопроводу направляється на всмоктувача газодувки (ГД), що входить до складу агрегату.
Попереднє очищення аміаку від механічних домішок і масла, перед надходженням його в газодувки, здійснюється на матерчатих фільтрах (Ф). Кожен фільтр складається з 15-ти фільтруючих секцій, укладених в загальний корпус. Фільтруючим матеріалом служить бавовняна замша.
Після фільтрів аміак надходить у загальний колектор, від якого є відводи до змішувачів агрегату, де він змішується з воздухом.Із газодувки (ГД) аміачно-повітряна суміш поступає в підігрівач АВС (ПА), де підігрівається до температури 60 ÷ 700С за рахунок тепла нітрозних газів, що виходять з котлів-утилізаторів (КУ).
Після підігрівача (ПА) аміачно-повітряна суміш поступає в контактний апарат (КА). Контактний апарат складається з двох частин: верхня частина з картонним фільтром і нижня частина з двоступінчастим каталізатором.
Верхня частина контактного апарата з фільтром служить для тонкого очищення аміачно-повітряної суміші від механічних домішок. Картонний фільтр складається з п'яти фільтрувальних пакетів, кожен пакет зібраний з 56 картонних кілець в жорсткому каркасі.
Для рівномірної подачі АВС на каталізатор, після фільтрів встановлена газорозподільна решітка.
Аміачно-повітряна суміш, проходячи зверху вниз в контактному апараті, надходить на платіноідную сітку і шар неплатинового каталізатора КН-2, де при температурі не більше 8250С відбувається окислення аміаку.
Вихід оксидів азоту від кількості окисляемого аміаку не повинен бути нижче 96%. У разі зниження ступеня конверсії нижче 96%, катализаторной сітка підлягає регенерації. Термін служби катализаторной сітки 7200 годин. Термін служби неплатинового каталізатора не більше 6 років.
Нижня частина апарату футерована всередині вогнетривкою цеглою.
Утворені при окислюванні аміаку нітрозні гази, що містять 10 ÷ 11% оксидів азоту, надходять після контактного апарату в котел-утилізатор (КУ), що розташований безпосередньо під контактним апаратом.
Харчування котла-утилізатора проводиться деаерірованной водою. Потік нітрозних газів з температурою не більше 8250С в котлі-утилізаторі віддає своє тепло деаерірованной воді, при цьому виходить перегрітий пар з температурою не більше 4500С і тиском не більше 3,9 МПа (39 кгс/см2).
Нітрозні гази з двох агрегатних котлів-утилізаторів з температурі 140 ÷ 2100С направляються в підігрівач АВС, де охолоджуються до температури 100 ÷ 1100С і далі надходять в газові холодильники-промивачі (ХП).
У газових холодильниках-промивача відбувається подальше охолодження нитрозного газу зворотному водою до температури 45 ÷ 600С і часткова конденсація водяної пари з утворенням азотної кислоти з концентрацією 10 ÷ 15% (конденсат азотної кислоти - ЯК). ЯК самопливом надходить в баки відстійники і далі в буферні баки. З буферного бака частина ЯК насосами подається на верхні тарілки холодильників-промивачів (ХП) для промивання нитрозного газу від амонійних солей, що утворюються при проскакування аміаку через каталізаторних сітки. Основна частина ЯК перекачується в бак кислого конденсату, де змішується з паровим конденсатом і знесоленої водою, звідки насосами через холодильники подається на 40-у тарілку абсорбційних колон.
При необхідності, ЯК з буферного бака насосами може подаватися на 8, 10 і 15 тарілки абсорбційних колон для переробки.
У газових холодильниках-промивача протікають такі реакції:
2NO + О 2 = 2NO2 + 212,7 кДж
2NO2 = N2 О 4 + 56,9 кДж
N2О4 + Н2О = НNO3 + НNO2 + 74,8 кДж
Н NO 3 + NH 3 = NH 4 NO 3 + 148,6 кДж
Н NO 2 + NH 3 = NH 4 NO 2 + 121,9 кДж
З цеху водопідготовки хімочіщенная вода надходить у відділення I і подається на деаерацію. Хімочіщенная вода може подаватися на деаерацію безпосередньо або через підігрівач (ПВ), де підігрівається "сепарати".
Після підігрівача, або пройшовши безпосередньо (по байпасу), ХОВ надходить на верхню розподільну тарілку деаераціонной колони (ДК). Проходячи послідовно сітчатие тарілки в колоні, вода підігрівається парою вторинного скипання тиском 0,05 МПа, що вводиться безпосередньо в хімочіщенную воду в нижню частину колони і деаерують.
Розчинені у воді кисень і діоксид вуглецю (вуглекислий газ) виділяються з неї і разом з частиною пара направляються в конденсатор, де пара конденсується і конденсат стікає в баки, а гази йдуть в атмосферу.
Деаерірованной і підігріта вода з деаераціонной колони стікає в деаераторної бак (ДБ), куди також подається паровий конденсат. У деаераторної баку суміш хімочіщенной води і парового конденсату піддається повторної деаерації через барботажное пристрій, гострим паром тиском 0,8 ÷ 1,3 МПа (8 ÷ 13 кгс/см2) (МС-П2), яке надходить з цехового колектора перегрітого пара. Після деаерації живильна вода з температурою 102 ÷ 104 0С надходить на всмоктування насоса (НП) і подається з двох колекторам живильної води в агрегатний підігрівач (ППВ), встановлений перед котлами-утилізаторами. У подогревателе живильна вода підігрівається парою до температури не менше 1300С і через фільтри і дросельні шайби надходить в котел-утилізатор (КУ) з тиском МПа (40 ÷ 74 кгс/см2).
У котлі-утилізаторі прямоточного типу живильна вода проходить економайзери першого та другого ступенів, пароіспарітельний пакет. У пароіспарітельном пакеті утворюється пароводяная емульсія з об'ємною концентрацією пара 75 ÷ 88%.
Пароводяна емульсія з пароіспарітельного пакета направляється в два паралельно розташованих сепаратора плівкового типу, де проводиться осушення пара. Сухий насичений пар направляється в пароперегрівач котла-утилізатора, де він перегрівається до температури не більш 4500С і видається в загальний колектор перегрітого пара з тиском не більше 3,9 МПа (39 кгс/см2). Загальний колектор перегрітого пара має арматуру, що розділяє його на окремі ділянки.
З колектора пар подається на редукційно-охолоджувальну установку (РОУ-1) і редукційні установки (РУ-1, РУ-2, РУ-5, РУ-6, РУ-7). РОУ призначена для зволоження, охолодження і регулювання тиску отриманого пара, а РУ - для зниження тиску пари до певних параметрів перед видачею його споживачам. Для охолодження пари в змішувальну камеру РОУ-1 подається вода від живильних насосів з температурою 102 ÷ 1040с.
На виході пара з кожного котла-утилізатора (КУ) і на РОУ-1 встановлені запобіжні клапани.
Відокремилася в сепараторах вода, звана сепарати, з температурою 200 ÷ 2500С надходить в скарбничку. У скарбничці автоматично підтримується рівень сепарати, а надлишки направляються в сепаратор неперервної продувки, де при зниженні тиску відбувається скипання сепарати і часткове його перетворення в пару. Пар вторинного скипання тиском не більше 0,7 МПа (7 кгс/см2) з сепаратора безперервної продувки подається в деаераціонную колону (ДК). Невипарувалися вода прямує в підігрівач хімочіщенной води (ПВ), де віддає своє тепло хімочіщенной воді подається на деаерацію. Потім сепарати направляється в баки-барботер, де змішується з охолоджуючою водою і скидається в промливневой каналізацію.
Під час роботи котла-утилізатора підтримується співвідношення "небаланса" пар: вода в межах 12 ÷ 25%, це означає, що 12 ÷ 25% води надходить в котел, має безперервно скидатися через скарбнички у вигляді сепарати.
Деаерірованной вода з деаераторної баків I і II за окремим трубопроводом з температурою 102 ÷ 1040с надходить в Міжтрубний простір підігрівача хімочіщенной води. Охолоджена до температури 60 ÷ 900С, за рахунок хімочіщенной води надходить в трубне простір підігрівача, деаерірованной вода з тиском 0,03 ÷ 0,08 МПа (0,3 ÷ 0,8 кгс/см2) надходить на всмоктувача підживлювальних насосів, звідки з тиском 0,35 ÷ 0,55 МПа (3,5 ÷ 5,5 кгс/см2) подається в теплофікаційний колектор на підживлення системи теплофікації.
Підігріта в підігрівачі (поз.99) хімочіщенная вода з температурою від 60 до 800С надходить на деаерацію.
Для підживлення системи теплофікації в кількості до 25 м3/год, деаерірованной вода з I і II колекторів живильної води тиском до 7,4
МПа (74 кгс/см2) і температурою 102 ÷ 1040с надходить у теплообмінник, де охолоджується хімочіщенной водою до температури 60 ÷ 900С. Підігріта хімочіщенная вода після теплообмінника (ПВ) направляється на деаерацію.
Таблиця 3 - Норми технологічного режиму
Найменування стадій потоків реагентів, номер позиції | Найменування технологічних показників | ||
температура | тиск | інші показники | |
1 | 2 | 3 | 4 |
Конверсія аміаку | |||
Аміачно-повітряна суміш після підігрівача (ПА) | 65 - 900С | 90 - 300 мм вод. ст. | Об'ємна концентрація аміаку в АВС 10-11,5% |
Окислювання аміаку в контактному апараті (КА) | не більше 8250 З | не більше 15 мм вод.ст. | Ступінь конверсії аміаку не менше 96% |
Газоподібний аміак після фільтрів (Ф) | Масло не більше 1 мг/м3 Залізо не більше 1 мг/м3 | ||
Охолодження нітрозних газів в котлі-утилізаторі (КУ) | 140 - 2100С | ||
Деаерація живильної води в деаераторної колоні (ДК) | 102-1040с | не більше 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) | Масова концентрація кисню у воді після деаерації не більше 0,03 мг/дм3 |
Деаераціонная вода надходить на підживлення системи теплофікації підприємства | 60-900С | 0,3 - 0,7 МПа (0,3-7,0 кгс/см2) | |
Використання тепла в котлах-утилізаторах (КУ): | |||
- Насичений пар | 200-2500С | не більше 3,9 МПа (39,0 кгс/см2) | |
- Перегрітий пар | не більше 4500С | не більше 3,9 МПа (39,0 кгс/см2) | |
Охолоджені та промиті нітрозні гази після газових холодильників-промивачів (ХП) | 45 - 600С | Масова концентрація іонів хлору не більше 15 мг/дм3 Масова концентрація |
1.5 Вибір обладнання
1.5.1 Вибір конструкції основного апарату
За способом передачі тепла розрізняють такі типи теплообмінних апаратів:
- Поверхневі, в яких обидва теплоносія розділені стінкою, причому тепло передається через поверхню цієї стінки;
- Регенеративні, в яких процес передачі тепла від гарячого теплоносія до холодного поділяється за часом на два періоди і відбувається при змінному нагріванні і охолодженні насадки теплообмінника;
- Змішувальні, в яких теплообмін відбувається при безпосередньому зіткненні теплоносіїв.
Пристрої теплообмінних апаратів.
Кожухотрубчасті теплообмінники складаються з пучка труб, кінці яких закріплені в спеціальних трубних гратах шляхом розвальцьовування, зварювання, пайки, а іноді на сальниках. Пучок труб розташований усередині загального кожуха, причому один з теплоносіїв рухається по трубах, а інший - у просторі між кожухом і трубами (межтрубное простір).
Переваги кожухотрубчасті теплообмінників: компактність, невелика витрата металу, легкість отчіскі труб зсередини (за винятком теплообмінників з U-подібними трубами).
Недоліки таких теплообмінників: труднощі пропускання теплоносіїв з великими швидкостями, труднощі очищення міжтрубному простору і мала доступність його для огляду і ремонту, труднощі виготовлення з матеріалів, що не допускають розвальцьовування і зварювання (чавун, ферросілід та ін.)
Теплообмінники "труба в трубі». Такі теплообмінники включають кілька розташованих один над одним елементів, причому кожний елемент складається з двох труб: зовнішньої труби великого діаметра і концентрично розташованою всередині неї труби. Внутрішні труби елементів з'єднані один з одним послідовно; так само пов'язані між собою і зовнішні труби. Для можливості очищення внутрішні труби з'єднують за допомогою знімних калачів.
Переваги цих теплообмінників: високий коефіцієнт теплопередачі внаслідок великої швидкості обох теплоносіїв, простота виготовлення.
Недоліки: громіздкість, висока вартість зважаючи великої витрати металу на зовнішні труби, які беруть у теплообміні; труднощі очищення міжтрубному простору.
Зрошувальні теплообмінники. Зрошувальні теплообмінники складаються з змійовиків, зрошувані ззовні рідким теплоносієм (зазвичай водою), і застосовуються головним чином як холодильників. Змійовики виконані з прямих горизонтальних труб, розташованих один над одним і послідовно з'єднаних між собою зварюванням або на фланцях за допомогою калачів. Орошающая вода подається на верхню трубу, стікає з неї на нижележащую трубу і, пройшовши послідовно по поверхні всіх труб, стікає в піддон, розташований під холодильником.
Переваги: знижена витрата охолоджуючої води; простота пристрою і дешевизна; легкість огляду і зовнішньої очищення труб.
Недоліки: громіздкість, сильне випаровування води; чутливість до коливань подачі води; при нестачі води нижні труби не змочуються і майже не беруть участь в теплообміні.
Насоси теплообмінники складаються з змійовиків, поміщених в посудину з рідким теплоносієм. Інший теплоносій рухається всередині змійовиків. При великій кількості цього теплоносія для повідомлення йому необхідної швидкості застосовують змійовики з декількох паралельних секцій.
Переваги: простота виготовлення; доступність поверхні теплообміну для огляду і ремонту; мала чутливість до змін режиму внаслідок наявності великого об'єму рідини в посудині.
Недоліки: громіздкість; невпорядкований рух (незначна швидкість) рідини в посудині, в результаті чого тепловіддача зовні змійовиків відбувається шляхом вільної конвекції з невисоким коефіцієнтом тепловіддачі; труднощі внутрішнього очищення труб.
Висновок: у зв'язку з перерахованими вище достоїнствами і недоліками розглянутих видів теплообмінників вибирається занурювальний теплообмінник типу котел утилізатор.
Котел-утилізатор прямоточний сепараторного типу УС-2, 6 / 39 призначений для утилізації тепла нітрозних газів з виробленням енергії енергетичного пари тиском 3,92 МПа і температурою 440 ± 10 ˚ С. Включає два випарних пакета, два пароперегрівача, розміщених в корпусах контактних апаратів (температура нітрозних газів після них знижується від 850 до 300 ˚ С), і один економайзер, де живильна вода підігрівається від 150 до 250 ˚ С, а температура нітрозних газів знижується до 200 -230 ˚ С.
Висота - 5750 мм
Діаметр - 2770 мм
Поверхня теплообміну - 368 м2
1.5.2 Характеристика обладнання
Контактний апарат (КА) призначений для окислення аміаку до оксиду азоту. Складається з 2-х частин: верхня частина з картонним фільтром, який служить для тонкого очищення АВС, нижня частина з каталізаторних сітками - для окислення аміаку. Картонний фільтр складається з 5-ти фільтрувальних пакетів, укладених в циліндричний корпус, і виготовлений з фільтрувального картону ФМП-1. нижня частина - катализаторной сети з платинородиевопалладиевого сплаву і шар неплатинового железохромового каталізатора.
Діаметр - 3020 мм
Висота - 4200 мм
Діаметр сіток - 2900 мм
Вага сіток - 6184-7260 г
Активна поверхня катализаторной сітки - 11м2
Зміст: платини - 92,5%
Родію - 3,5%
Паладію - 4,0%
Діаметр дроту - 0,09 мм
Число сплетінь - 1024 на см2
Апарат для очищення повітря (ОВ) призначений для очищення повітря від механічних забруднень.
Поверхня фільтрації рукавних фільтрів - 220 м2
Діаметр тарілчастого промивача - 3000мм
Діаметр фільтру - 4000 мм
Висота - 11800 мм
Підігрівач АВС (ПА) призначений для підігрівання аміачно-повітряної суміші нітрозним газами.
Діаметр - 1100 мм
Висота - 4645 мм
Діаметр трубок - 38 х 2,5 мм
Поверхня теплопередачі - 190 м2
Газовий холодильник-промивач (ХП) призначений для охолоджування і промивки нитрозного газу від амонійних солей.
Д = 2800 мм;
Н = 5440 мм;
Fзмеевіков = 110 м2;
ø тр. = 38х2, 5 мм
Кількість сітчатих тарілок - 3
Деаераціонная колона (ДК) призначена для деаерації суміші ХОВ і парового конденсату, що надходить на харчування котлів-утилізаторів.
Д = 1100 мм;
Н = 2530 мм.
1.6 Автоматизація технологічного процесу і аналітичний контроль виробництва
1.6.1 Автоматизація технологічного процесу
Під автоматизацією розуміють застосування методів і засобів автоматики для управління виробничим процесом.
Кінцевою метою автоматизації є створення повністю автоматизованого виробництва, де роль людини зведеться до складання режимів і програм технологічних процесів, до контролю за роботою приладів, ЕОМ та їх налагодження.
До параметрів, що підлягають регулюванню, відносять тиск і температуру в апаратах, витрата середовищ, що використовуються в технологічному процесі, рівень речовин в апаратах, склад та якісні показники сировини і готової продукції.
Пристрої контролю служать для отримання і відображення поточних значень параметрів процесу.
Пристрої регулювання (регулятори) призначені для підтримки поточного значення параметра рівним заданому.
Пристрої програмного керування служать для включення і виключення різних механізмів, машин та апаратів за заздалегідь заданою тимчасовою програмою.
Прилади сигналізації призначені для оповіщення оперативного технологічного персоналу про настання тих чи інших подій в об'єкті управління подачею звукових і (або) світлових сигналів.
Пристрої захисту (блокування) призначені для запобігання аварій, пожеж, вибухів, виходу з ладу обладнання.
На лініях аміаку встановлено вузли обліку з вимірювання витрат (ДМПК-100), тиску (ДМПК-4) і температури (КСМ-3).
Об'ємна концентрація аміаку в аміачно-повітряної суміші регулюється (ПРЗ-24) автоматично пневмоклапаном в межах 10 ÷ 11,5%.
Витрата (ДМПК-100) деаерірованной води, що живить котел-утилізатор, регулюється пневмоклапаном дистанційно вручну.
На виході пара з кожного котла-утилізатора (КУ) і на РОУ-1 встановлені запобіжні клапани.
Регулювання тиску на нагнітанні підживлювальних насосів здійснюється регулюючим (ПРЗ-21) пневмоклапаном, встановленим на байпасній вузлі між колекторами всаса і нагнітання.
Таблиця 4 - Опис функціональної схеми автоматизації технологічного процесу
Дистанційне управління з щита
Заслінка регулююча КЗ-4202 з позіционером
ПР 10-100
Ду-700 мм, Ру = 0,6 МПа
Нітрозні гази на сітках контактного апарату (КА)
Температура
Реєстрація на щиті за місцем
не більше 8250С
Термопара ТХА
Межа вимірювання 0 ÷ 11000С
Клас точності 1,0
Δ І.К. = ± 110С
Δ нп = ± 140С
Об'ємні витрати аміак-повітря
Співвідношення
Безперервні свідчення на щиті
не більше 11,5%
Сигналізатор мембранний,
тип СМ-1
Шкала: 0 ÷ 1,0 кгс/см2
Харчовий вода в колекторах перед котлами-утилізаторами
Тиск
Показання за місцем
5,0 ÷ 7,4 МПа
Манометр електроконтактні ВЕ16-РБ
Шкала: 0 ÷ 10,0 МПа
Клас точності 1,5
Δ І.К. = ± 0,15 МПа
Δ нп = ± 0,19 МПа
Мінімальний тиск
Сигналізація світлова, звукова
4,0 МПа
Харчовий вода після підігрівача живильної води
Температура
Реєстрація на щиті
Проте 1300С
Термопара ТХК
Потенціометр КСП-4
Шкала: 0 ÷ 2000С,
Клас точності 1,0
Δ І.К. = ± 2,0 0С
Δ нп = ± 2,6 0С
Підготовка аміачно-повітряної суміші
Газоподібний аміак на вході у відділення до фільтрів (Ф)
Тиск PR-5029
Реєстрація на щиті
250 ÷ 350 мм вод. ст.
Дифманометр ДМПК-4
Перепад 400 мм вод. ст.,
Клас точності 1,0
Вторинний прилад МСС-430
Шкала 0 ÷ 100%
Клас точності 1,5
Δ І.К. = ± 7,2 мм вод. ст.
Δ нп = ± 9,36 мм вод. ст.
Температура ТR-5028
Реєстрація на щиті
не більше +500 С
Термометр ТСМ гр.23
Електронний міст КСМ-3
Шкала -50 ÷ +500 С
Клас точності 1,5
Δ І.К. = ± 1,80 С
Δ нп = ± 2,00 С
Газоподібний аміак після фільтрів, загальноцехової колектор
Тиск PRDASeh-5113
Безперервні свідчення на щиті
Не менше 100 мм вод. ст. (1,0 кПа)
Дифманометр ДМПК-4
Клас точності 1,0
Перепад 2,5 кПа
Мінімальний тиск
Блокування
30 мм вод. ст. (0,3 кПа)
Вторинний прилад електроконтактні манометрВЕ16-РБ, шкала 0 ÷ 0,16 МПа
Клас точності 1,5
Δ І.К. = ± 0,045 кПа
Δ нп = ± 0,058 кПа
Повітря в контактний апарат, трубопровід подачі повітря до фільтра (ОР)
Об'ємна витрата на агрегат
Безперервні свідчення на щиті
не більше 20000 м3/год
Діафрагма ДДН-2 ,5-800
Дифманометр ДМПК-4
Клас точності 1,0
Перепад 100 кгс/м2
Вторинний прилад ПВ4.3Е
Шкала 0 ÷ 25000 м3/год
Клас точності 1,0
Δ І.К. = ± 1,4 м3/час
Δ нп. = ± 1,8 м3/час
Газоподібний аміак на агрегат
Об'ємна витрата
Реєстрація на щиті за місцем
не більше 3000 м3/год
Діафрагма ДКН-10-250
Дифманометр, тип ДМПК-4
Δ нп = ± 58,5 м3/год