Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 31
|
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 H2
SO4
................................................................................... 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 Статическое электричество и молниезащита...................................................................................................... 83 Молниезащита................................................................................................................................................................. 83 Расчет молниезащиты.................................................................................................................................................. 83 Безопасность технологического процесса.......................................................................................................... 85 Экологичность проекта.................................................................................................................................................. 85 2.8 Расчет материального баланса концентрирования H2
SO4
....................................................................... 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 Перечень условных сокращений, обозначений, применяемых в проекте. АК - азотная кислота СК - серная кислота НКЛ – нитрокаллоксилин ОК - отработанная кислота ВКУ – вихревое контактное устройство АСУТП – автоматизированные системы управления технологическим процессом УВМ – управляющая вычислительная машина ВВЕДЕНИЕ
[1] В настоящее время развитие производств, применяющих смесь азотной и серных кислот в качестве нитрующего агента, привело к получению огромных количеств отработанных кислотных смесей. Эти смеси с экономической точки зрения необходимо регенерировать и в необходимых расчетных концентрациях возвращать обратно в производственный цикл, тем самым удешевляя единицу себестоимости готовой продукции. Состав тройных смесей HNO3
–H2
SO4
– H2
O, поступающих на регенерацию, колеблется в довольно широких пределах. В одних случаях они представляют сильно разбавленные кислотные смеси с содержанием азотной кислоты 5-10%, в других случаях отработанные кислоты содержат 1-2% азотной кислоты и 65-70% серной кислоты, в которой растворены окислы азота N2
O3
, образующие нитрозилсерную кислоту HNSO5
. Регенерация таких смесей представляет собой определенные трудности и требует изыскания все новых и новых способов, обеспечивающие нормальное ведение процесса разгонки отработанных кислот, а также получение азотной и серной кислот, которые по своим качествам и техническим характеристикам не уступают свежим кислотам применяемым для нитрации. Начальной ступенью регенерации отработанных кислот является их денитрация. Этот процесс заключается в выделении их кислотной смеси азотной кислоты и окислов азота, содержащихся в смеси. В результате проведения процесса денитрации получается 68-70% серная кислота, которая поступает на концентрирование, после чего, в случае необходимости, может быть снова направлена непосредственно в цикл нитрации. 1.1. Технико-экономическое обоснование выбранного метода производства
[2], [3] В современной технологии для концентрирования серной кислоты применяются два вида установок: - с внешним обогревом; - с непосредственным соприкосновением греющих газов с кислотой. К установкам внешнего обогрева относятся котлы, так называемые реторты, установки типа Бюшинга, Паулинга, Фришера, а также Майснера. В них происходит обогрев кислоты через стенку в аппаратах колонного типа, установки вакуум-аппаратов и установки Дюпон пленочного типа. 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=300о
C. 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 О
С 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. Вторым, весьма существенным недостатком, является образование паров и туманов СК, улов которых требует применение громоздких и дорогостоящих сооружений – электрофильтров, причем сами электрофильтры тоже имеют недостатки – они осуществляют неполный улов сернистых газов и окислов азота, которые выбрасываются в атмосферу; стоимость же их весьма велика и составляет до 30% затрат на всю установку. Учитывая все изложенные преимущества и недостатки, появились новые скоростные концентраторы, в которых потоком горячего газа жидкость преимущественно разбивается на мельчайшие капли. Для создания такого процесса концентрирования СК в капельном состоянии используют аппараты Вентури. Таблица №1 - Расходные коэффициенты на получение 92,5% серной кислоты
Применение этих труб имеет ряд преимуществ: при небольших размерах они имеют большую производительность, что позволяет снизить капитальные затраты на 1 тонну концентрированной кислоты по сравнению с барботажным концентратором. Преимуществом этого метода является то, что более низкая температура кипения кислоты уменьшает степень разложения при ее концентрировании и уменьшает туманообразование, что в конечном итоге приводит к уменьшению требуемого объема газоочистки. Вихревая ферросилидовая колонна коренным образом отличается от ныне действующих в промышленности систем концентрирования СК. Процесс осуществляется в режиме без образования туманов серной кислоты и сернистого ангидрида, что резко снижает газовые выбросы. Конструктивное исполнение концентратора позволяет за счет дополнительных брызгоуловительных и абсорбционных ступеней осуществлять снижение газового выброса до санитарных норм без электрофильтров и скрубберов. Для проведения патентных исследований определяется предмет поиска по теме дипломного проекта, подлежащей исследованию. Предмет поиска: "Регенерация отработанных кислот." Поиск проводится по отечественному патентному фонду, исходя из наличия фонда в библиотеке КГТУ. Глубина поиска – 5 лет, начиная с 1994 года и вглубь без пробелов. Источник информации об отечественных изобретениях по Международной классификации изобретения МПК: С01В17/88, С01В17/90, С01В21/24, С01В21/22, С01В21/38, С01В21/40, С01В21/44. Целью исследований является установление уровня развития техники в данной области и анализ применимости прогрессивности решений в дипломном проекте. Для составления полного списка изобретений, имеющих отношение к теме поиска, пользуются годовыми систематическими указателями к официальным бюллетеням. Номера охранных документов, имеющих отношение к теме поиска, заносятся в таблицу. Таблица №2 – Список охранных документов
В разрабатываемый план наиболее подходят следующие изобретений: (11) 2016842 (13) С1
(51) 5С01В17/88 (21) 4945951/26 (72) Махоткин А.Ф., Халитов Р.А., Иванов Г.А., Газизов Ф.М., Куликов В.В., Зарипов И.Р., Лаптев В.И. (71) Казанский Государственный Технологический Университет (54)(57) 1. Способ концентрирования серной кислоты, включающий многоступенчатое прямое контактирование исходной кислоты с потоком горячих топочных газов в режиме противотока и последующее сепарирование, отличающееся тем, что с целью предотвращения образования сернокислого тумана в отходящих газах, газожидкостную смесь на каждой ступени подвергают разделению на жидкостной и дисперсный потоки с подачей последнего на следующую ступень, а жидкостного – на предыдущую по отношению к направлению потока газов ступень, причем концентрацию серной кислоты в дисперсном потоке поддерживают равной 0,6-1,4 кг/м3
. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут в 3-4 ступени. (11) 1541188 (51) С01В17/90 (21) 3741076/23-26 (22) 11.05..84 (71) Горьковский Политехнический институт (72) Пастухова Г.В., Ким П.П., Петрушков А.А., Катраев А.Н., Казанцев П.П., Никандров И.С., Овчинников В.Д. (53) 661.254 (54)(57) Способ очистки концентрированной серной кислоты от оксидов азота обработкой восстановителем при повышенной температуре, отличающийся тем, что с целью снижения расхода восстановителя и получения утилизируемого отхода оксида азота, в качестве восстановителя используют уротропин в стехиометрическом количестве для восстановления азотистого ангидрида до оксида азота. (11) 1699901 (51) С01В17/88 G05Д27/00 (21) 66.012.-52 (75) Кабатов Г.С., Алексеев Ю.В., Сапожников А.Д.; (54)(57) Способ управления процессом концентрирования серной кислоты в массобоменном колонном аппарате путем измерения температуры на последней по ходу кислоты ступени массообменной колонны, регулирования расхода топлива в печь по температуре топочных газов, стабилизации расходов разбавленной серной кислоты, воздуха в печь, температур топочных газов и концентрированной серной кислоты, отличающейся тем, что с целью повышения качества продукта и снижения выбросов вредных веществ в атмосферу, температуру топочных газов, подаваемых в печь, корректируют по температуре на последней по ходу кислоты ступени массообменной колонны. (11) 1809774 (51) В01Д53/14, С01В21/38, С01В21/40 (22) 4913954/26 (22) 25.02.91 (72) В.А. Линев, В.И. Герасименко, А.А. Черкасов, М.П. Решетюк, Г.С. Николаев. (71) Производственное объединение "Куйбышевазот" (73) Производственное объединение "Куйбышевазот" (54)(57) Способ снижения содержания оксидов азота в хвостовых газах производства слабой азотной кислоты, включающий абсорбцию нитрозных газов водным раствором азотной кислоты с последующм восстановлением вводимых со стадии абсорбции хвостовых газов, содержащих примеси оксидов азота, аммиаком, отличающийся тем, что с целью снижения содержания вредных веществ в хвостовых газах и расхода аммиака, водный раствор азотной кислоты, перед абсорбцией обрабатывают озонокислородной смесью, содержащей 40-60 г. озона на 1 м3
хвостового газа, вводимого со стадии абсорбции. (11) 1688291 (51)5 С01В21/40 (21) 4648035/28 (22) 07.02.89 (53) 661.56 (72) А.Ф. Мараховский, Е.Н. Золотарев, В.К. Киселев, В.А. Степанов, Н.П. Перепадья, В.В. Истомин. (71) Харьковский Институт инженеров коммунального строительства, Горловское производственное объединение "Стирол", кооператив "Спутник". (54)(57) Способ переработки оксидов азота в неконцентрированной азотной кислоте включающий их абсорбцию поглотителем, содержащим азотную кислоту, предварительно обработанную магнитным полем напряженностью 1500-2500 Э, отличающийся тем, что с целью увеличения степени переработки, одновременно с магнитной обработкой осуществляется аэрирование поглотителя воздухом или газовой смесью, содержащей 90-99% кислорода в течении 20-40 мин. При удельном расходе воздуха или газовой смеси 0,2-2,0 м3
, на 1м поглотителя в час. Заключение Патентные исследования по фонду изобретений показали, что тема разрабатывалась, однако внимание разработчиков к исследуемой теме неравномерно по годам. Пик изобретательской активности приходится на 1992 год. При разработке темы основное внимание уделялось повышению качества готового продукта, снижению материальных затрат, улучшению технологии процесса. Разработки касаются не только совершенствования всей технологической схемы, но и отдельных операций производственного цикла и оборудования для него, изменение методов управления процессом на отдельных стадиях. Для анализа обработано 5 изобретений, имеющих непосредственное отношение к исследуемой теме. В них разработаны методы регенерации и утилизации отработанной кислоты, при этом решаются задачи экологии за счет замкнутости цикла. 1.3 Выбор и обоснование района строительства
При выборе места строительства учитывается географическое положение, наличие полезных ископаемых, рельеф, климатические условия. Важным фактором является также наличие водоемов для обеспечения непрерывного подвода воды, сырья, путей сообщения для безопасной, экологичной и дешевой доставки этого сырья и другигх полуфабрикатов от поставщиков, а также отгрузки готовой продукции, развитой инфраструктуры, достаточная энергетическая база. Необходимо отметить также важность хорошо развитой научной базы для подготовки специалистов в данном производстве и наличия возможности выбора рабочей силы с учетом технологических особенностей и параметров данного процесса. Учитывая все вышеперечисленные факторы, выбираем для строительства производства для регенерации отработанных кислот г. Казань, как крупный научно-технический, учебно-производственный и сырьевой пункт. Казань – столица Татарстана. Татарстан находится в средней части Поволжья. Географические и климатические данные региона.
По широте Татарстан занимает среднее положение, по долготе его территория сдвинута ближе к Уралу. Такое положение республики определяется умеренной континентальностью климата, что оказывает большое влияние на все факторы природных ресурсов. Климат в Татарстане умеренный. Средняя температура холодного периода – 14,5 О
С, теплого +19,9 О
С. Преимущественное направление ветра – северо-западный. Относительная влажность воздуха летом µ=63%, зимой µ=86%. Глубина замерзания грунта 16 метра. Средний снеговой покров 35 см., количество осадков за год 449 мм. Город связан с железнодорожными, водными, автомобильными путями с районами – поставщиками и потребителями. Цех по регенерации отработанных кислот расположен в непосредственной близости от железнодорожного узла "Станция Лагерная", что значительно облегчает доставку сырья и материалов для перевоза в железнодорожных вагонах и цистернах. Достаточна и энергетическая база. Электропитание идет из систем электроснабжения сети "Татэнерго". Вода в цехе используется для технологических целей: в теплообменниках, для промывки оборудования. Источником воды является река Волга и артезианский колодец. Производство расположено в плотнонаселенном районе Татарстана – городе Казань, что обеспечивает стабильный приток рабочей силы. В Казани имеется ряд учебных заведений, готовящих производственные кадры. Инженерные кадры готовятся в КГТУ. Однако, учитывая экологическую ситуацию, в том числе повышенную фоновую концентрацию вредных веществ в атмосфере, строительство нового химического предприятия на территории республики допустимо лишь при совершенствовании установок для обезвреживания отходов производства и сведения этих отходов к минимальному количеству. Проектом предусмотрена очистка отходящих газов базового производства с целью охраны окружающей среды. 2. Расчетно-технологическая часть
2.1. Описание технологической схемы
Процесс разделения отработанных кислотных смесей и концентрирования слабой HNO3
ведут в колонне концентрирования ГБХ (9). По трубопроводу 6.0. тройная кислотная смесь поступает в хранилище отработанных смесей (2). Из хранилища отработанные кислоты насосом (27) подаются в напорный бак (5). В напорных баках поддерживается постоянный уровень кислот, также они имеют переливную линию, по которой избыток кислот отводится обратно в хранилища соответствующих кислот. Из напорного бака отработанные кислоты через ротаметр (8) поступают в подогреватель (7), где подогреваются до t=80-100О
С. В целях уменьшения количества пара, вводимого в колонну, подогрев в подогревателе ведется глухим паром, поступающим по трубопроводу 3. Из подогревателя отработанная тройная смесь поступает на 6-9 царги (считая сверху) колонны ГБХ, а слабая HNO3
(48-50%) по трубопроводу 6.3 поступает в хранилище слабой HNO3
(2). Из хранилища (1) слабая HNO3
насосом (26) подается на 10 царгу колонны ГБХ (9). Техническая H2
SO4
(91-92%) из отделения концентрирования слабой H2
SO4
перекачивается в хранилище (3) концентрированной H2
SO4
и отсюда насосом (28) подается в напорный бак (6), из которого с t=(20-30 О
С) поступает на 4-6 царги колонны (9). Все три кислоты подаются в колонну ГБХ одновременно. Также одновременно с подачей кислот для отгонки HNO3
и окислов азота из смеси кислот и поддержания температурного режима процесса, в днище колонны (9) подают нагретый водяной пар по трубопроводу 2.3 с температурой равной 250О
С абсолютное давление нагретого пара на трубопроводе 1,5 атм. Пар в колонну подается с таким расчетом, чтобы содержание HNO3
и окислов азота в разбавленной H2
SO4
, вытекающей из колонны не превышало 0,03%. Испарение HNO3
из отработанных смесей кислот происходит за счет H2
SO4
, которая подсоединяет к себе воду, понижая тем самым парциальное давление водяных паров в смеси. Испарение HNO3
происходит в средней части колонны, состоящей из 11-13 царг HNO3
, освобожденная от воды, но с большим содержанием окислов азота в парообразном виде поднимается в верхние царги колонны №6-9, где осушается H2
SO4
, стекающей вниз. Барботируя через слой H2
SO4
, пары HNO3
проходят царги 3-5, где освобождаются от брызг H2
SO4
. Освобожденные от влаги пары HNO3
поступают в верхние две царги колонны – дефлегматор, где происходит отдувка окислов азота. После прохождения колонны пары HNO3
с t(85-95О
С) из крышки колонны (9) поступают в конденсатор (10), в котором за счет охлаждения до t=30-40 О
С происходит конденсация HNO3
из парообразного состояния в жидкое. Сконденсировавшись, охлажденная крепкая HNO3
стекает в общий коллектор конденсатора (10) и так как она содержит большое количество окислов азота, то обратно возвращается в дефлегматор колонны ГБХ (9), где, встречаясь с горячими газами, идущими с четвертой царги колонны, нагревается до t=85 О
С. Освобожденная от окислов азота крепкая 96-98% HNO3
поступает в холодильник (11) и охлажденная до t=30-40 О
С стекает в сборник концентрированной азотной кислоты (12), откуда направляется на склад и к потребителю. Серная кислота, постепенно насыщаясь водой, стекает по царгам вниз. H2
SO4
, контактируя с нитрозными газами от разложившейся HNO3
образует нитрозилсерную кислоту. С 20 по 22 царги (в зоне гидролиза) при температуре H2
SO4
150-160 О
С происходит гидролиз нитрозилсерной кислоты. Слабая 68-70% серная кислота с долей оксидов не более 0,003%, получаемая в процессе гидролиза из 22 царги колонны с t=160-170 О
С, перекачивается в отделение концентрирования серной кислоты. Дистилляция HNO3
из отработанных кислот и ее концентрирование сопровождается выделением нитрозных газов. Это приводит не только к значительным потерям HNO3
, но и к загрязнению окружающей среды. Поэтому после конденсатора (10) несконденсировавшиесяя пары HNO3
направляются вентилятором (24) в поглотительные башни (20-22), орошаемые кислотами различных концентраций. У каждого абсорбера установлены циркуляционные насосы (31), которые из нижней части каждого абсорбера через холодильники (23) подают кислоту на орошение, причем концентрация орошающей кислоты последовательно увеличивается от колонны (22) к (20). Вода для орошения абсорбционной системы подается в последний по ходу абсорбер. Охлаждение циркулирующей кислоты необходимо потому, что при взаимодействии ее в башне с окислами азота она нагревается, а поглощаются окислы азота тем лучше, чем холоднее кислота. Температура поглощающей кислоты 25-35 О
С. Пары HNO3
и окислы азота входят в абсорбер снизу, а орошающие кислоты сверху, то есть движутся противотоками. Орошающая кислота, контактируя на поверхности насадки с нитрозными газами, стекает вниз, охлаждая окислы азота и поглощая HNO3
. Циркуляция продолжается до тех пор, пока вода, поглощая окислы азота и пара, не превратится в слабую 48-50% HNO3,
поле чего она выводится из цикла, а в цикл накачивают свежую воду. Слабая HNO3
после абсорбера направляется в холодильник слабой HNO3,
где охлаждается до t=35О
С, затем поступает в сборник (25) и насосом (34) перекачивается в хранилище (2) концентрирования HNO3
. В результате водной абсорбции содержание окислов азота в газах снижается до 0,1-0,3%. Для окончательной доочистки газы вентилятором (28) направляются в абсорбер (22), орошаемый крепкой H2
SO4
, поступающей по трубопроводу 6.1. После этого абсорбера газы с содержанием NOx
0,01-0,03% выбрасываются в атмосферу, а получаемая при этом H2
SO4
насосом перекачивается на склад. Концентрирование отработанной 70% H2
SO4
осуществляется в вихревой ферросилидовой колонне (17), путем непосредственного соприкосновения горячих топочных газов и кислоты. Горячие газы, нагретые в топке (16) до t=800-900О
С подаются на первую по ходу газового потока ступень колонны. Воздух в топку нагнетается воздуходувкой (32) а природный газ в топку подается по трубопроводу 5,7. Отработанная 70% серная кислота с температурой 150-170 О
С из колонны ГБХ отделения денитрации насосом (29) через промежуточную емкость (14) подается на 5 ступень вихревой колонны. Контактирование горячих газов и кислоты в колонне осуществляется в противоточном режиме. Топочные газы, поступающие на первую ступень, поднимаясь вверх, взаимодействуют в вихревом потоке с H2
SO4
и десорбируют из нее воду. H2
SO4
перетекает со ступени на ступень вниз, укрепляется и выходит из первой ступени контакта фаз в виде продукционной 91-92% H2
SO4
в холодильник (19). Из холодильника H2
SO4
насосом перекачивается в отделение денитрации в хранилище серной кислоты (3). Горячие газы по мере движения в колонне вверх отдают тепло и насыщаются парами воды. Температура отходящих газов после верхней брызгоуловительной ступени составляет 110-130 О
С. Далее отходящие газы охлаждаются до t=60-70 О
С в эжектирующем устройстве (17) колонны. Затем отходящие газы с содержанием кислых газов (0,1-0,2 г/м3
) через трубу выбросов (30) выбрасываются в атмосферу. Концентрирование H2
SO4
на ступенях вихревой колонны осуществляется в высокотурболизированном вихревом восходящем жидкостном потоке, что позволяет интенсифицировать теплообменные процессы и повысить надежность сепарации фаз при повышенных скоростях газа, предотвратить перегрев и разложение серной кислоты до сернистого ангидрида (рис. 2.1) 2.2 Принцип работы колонны концентрирования
H2
SO4
Работа основана на следующих принципах: 1. Применение прямоточного взаимодействия газовой и жидкой фаз в зоне контакта при сохранении противоточного движения потока по аппарату в целом. 2. Использование вихревого движения газожидкостного потока в зоне контакта фаз, обеспечивающего максимальную турбулизацию потока, обновление метафазной поверхности, широкий диапазон устойчивости работы контактных ступеней, а также эффективную сепарацию жидкости в поле центробежных сил. 3. Применение восходящего движения фаз в зоне контакта, обеспечивающего максимальный диаметр многоступенчатых аппаратов. Принцип прямоточного движения газовой и жидкой фаз осуществляется в вихревом контактном устройстве (рис. 2.2.), состоящем из тарелки 3, на которую установлен завихритель 5, и контактного патрубка 4. Завихритель газового потока расположен внутри контактного патрубка и изготовлен в виде цилиндра, имеющего 8 тангенциально расположенных лопаток 6, образующих между собой тангенциальные щели для прохода газа. В нижней части контактного патрубка 4 имеются прорези для прохода жидкости.. Завихритель расположен на нижней царге 1, а контактный патрубок – на верхней царге 2 ступени. Подача жидкости на ступень осуществляется в нижнюю царгу, а ее выход из верхней царги. Контактирующий газ входит в щель между лопатками завихрителя и приобретает вращающее движение. Серная кислота из вышележащей ступени по линии перетока поступает в нижнюю царгу ступени, протекает через прорези контактного патрубка во внутреннюю полость между завихрителем и внутренней стенкой контактного патрубка. Поток кислоты разделяется на 2 части. Часть кислоты эжектируется внутрь завихрителя и вылетает из него в виде капель и струй. Основная доля жидкости раскручивается газожидкостным потоком и движется по спирали вверх по внутренней стенке контактного патрубка. При этом жидкостная пленка непрерывно бомбардируется каплями и струями кислоты, вылетевшими из завихрителя и непрерывно многократно обновляет свою поверхность. Выходящий из щелей завихрителя свежий газовый поток образует вихри жидкости, которые сливаются и движутся по спирали в выходящем потоке в виде высокотурбулированного слоя жидкости, основная часть которого отсекается от газового потока под вышележащей царгой, служащей отбойником. Часть серной кислоты уносится газовым потоком на вышележащую ступень. Количество уносимой кислоты определяется расходами газовой и жидкой фаз, поступающих на ступень. За счет уноса определенного количества H2
SO4
со ступени на ступень осуществляется такое распределение концентраций серной кислоты на ступенях, при которой величины пересыщения паров серной кислоты на ступенях не достигают критического значения и исключаются условия образования тумана серной кислоты. Отсепарированная в верхней царге серная кислота перетекает через внешний гидрозатвор на нижнюю царгу нижележащей ступени. Серная кислота перетекает со ступени на ступень вниз, концентрируется и поступает в нижнюю часть колонны. На первой ступени кислота газовым потоком в виде капель и струй по тангенциальному каналу поступает в днище колонны, где раскручивается газовым потоком и поднимается в виде высокотурбулированного слоя жидкости, струй, брызг по внутренней стенке днища колонны вверх, в зону сепарации, расположенную между первой и второй ступенями. Отсепарированная крепкая (91-93%) серная кислота перетекает через штуцер из зоны сепарации по трубопроводу в холодильник. Газовый поток, контактируя на ступенях с кислотой, отдает ей свое тепло, освобождается от брызг кислоты в брызгоуловительных ступенях и с содержанием кислых компонентов в пределах санитарной нормы выбрасывается через трубу выброса газов в атмосферу. Технологический процесс регенерации отработанных кислот позволяет получить концентрированную HNO3
и H2
SO4
, от вещающие требованиям соответствующих стандартов. 1. Азотная кислота концентрированная Таблица
№3 - Технические характеристики на
HNO3
по ГОСТ 701-78
2. Кислота серная техническая регенерированная (купоросное масло) Таблица №4 - Технические условия на
H2
SO4
по ГОСТ 2184-77
3. Отработанные и вытесненные кислоты представляют собой тройную смесь азотной и серной кислот, а также воды. Таблица №5 - Состав тройных смесей
4. Слабая серная кислота Таблица №6
Состав слабой
H2
SO4
должен удовлетворять условиям ГОСТа 1500-78
Топливо (природный газ) Природный газ должен соответствовать требованиям по ГОСТ 5542-70 Таблица №7 Технические условия на природный газ
Природный газ используется для получения тепла при концентрировании кислот. Серная кислота концентрированная должна быть изготовлена в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке. По физико-техническим показателям СК должна соответствовать нормам, указанным в таблице 8 по ГОСТ 2184-77. Таблица №8
Свойства готовых продуктов, сырья и полуфабрикатов.
1. Азотная кислота концентрированная HNO3
в чистом виде – бесцветная жидкость с едким, удушливым запахом; имеет удельный вес 1,5 гр/см3 ;
100% HNO3
плавится при температуре –42 О
С; кипит при температуре +86 О
С. HNO3
действует на все металлы, кроме серебра и платины. Хранится и транспортируется в алюминиевых цистернах. На свету медленно разлагается с выделением кислорода и двуокиси азота NO2
. Туман азотной кислоты и окиси азота в виде NO2
, N2
O3
вызывает тяжелые отравления. ПДК в рабочей зоне – до 5 мг/м3
.
2. H2
SO4
техническая, регенерированная. H2
SO4
в чистом виде – прозрачная бесцветная жидкость. Удельный вес – 1,81-1,84 гр/см3
. Температура кипения безводной серной кислоты 275 О
С, Температура плавления 10,45 О
С. Концентрированная СК на холоде не действует на металлы, поэтому ее можно хранить в емкостях из черного металла. ПДК туманообразной кислоты в воздухе рабочей зоны 1мг/м3
.[ ] 2.4. Химизм основных и побочных реакций
[4] При установившемся в денитрационной колонне ГБХ равновесном процессе, HNO3
из смеси кислот, поступающий в колонну на тарелку испарения, частично уходит на нижележащие тарелки, откуда снова отгоняется на тарелку испарения. В процессе дистилляции, то есть отгонки HNO3
из тройной смеси, поднимающиеся вверх пары обогащаются более летучим компонентом – HNO3
, а в движущуюся вниз жидкость преходит менее летучий компонент – вода. Процесс испарения HNO3
происходит главным образом в средней части колонны. H2
SO4
, пройдя эту зону, содержит в себе растворенные окислы азота, переходящие из тройной смеси. Даже если в тройной смеси не было бы растворенных окислов азота, то при частичном разложении HNO3
происходит выделение окислов, которые взаимодействуя с H2
SO4
, образуют нитрозилсерную кислоту: 2H2
SO4
+ N2
O3
= 2HNSO5
+ H2
O + 86250 Дж. Диоксид или четырехоксид азота, реагируя с концентрированной H2
SO4
, образует нитрозилсерную кислоту и азотную кислоту: 2NO2
+ H2
SO4
= HNSO5
+ HNO3
Процесс разложения нитрозилсерной кислоты с выделением окислов азота характеризуется как процесс денитрации. Однако термин "денитрация" служит для обозначения процесса, обратного этерификации. В данном случае более правильно процесс разложения нитрозилсерной кислоты называть процессом гидролиза: 2HNSO5
+ 2H2
O = 2H2
SO4
+ 2HNO2
2HNO2
= H2
O + N2
O3
(жид) N2
O3
(жид) = N2
O3
(газ) N2
O3
(газ) = NO(газ) + NO2
(газ) Азотистая кислота (HNO2
), образующаяся при гидролизе нейстойчива и распадается: 2HNO2
= H2
O + HNO3
+ 2NO Нитрозилсерная кислота является довольно стойким соединением, которое при концентрациях H2
SO4
выше 70% не разлагается полностью даже при температуре кипения. При разбавлении H2
SO4
водой происходит гидролиз нитрозилсерной кислоты, степень которой увеличивается с понижением концентрации H2
SO4
и повышением температуры . Таблица №9 - Зависимость степени разложения
HNSO5
от концентрации H2
SO4
при 15-20 О
С
Как видно из зависимости, начиная с концентрации 57,5% H2
SO4
, нитрозилсерная кислота совершенно отсутствует. Отработанная H2
SO4
, выходящая из колонны, должна содержать минимально возможное количество окислов азота. Это необходимо не только для исключения потерь N2
O3
, но и устранения нитрозилсерной кислоты, обладающей сильно разрушающими свойствами. Поэтому гидролиз HNSO5
в колонне ГБХ является важной стадией процесса. С увеличением температуры, степень гидролиза HNSO5
увеличивается. Образующийся при разложении азотистой кислоты монооксид азота незначительно растворяется в разбавленной H2
SO4
. Гидролиз нитрозилсерной кислоты ведут с помощью перегретого пара до 250 О
С водяного пара, который подается с таким расчетом, чтобы разбавление кислоты конденсатом соответствовало массовой доли H2
SO4
68-70%. В отработанной H2
SO4
содержится до 0,03% HNO3
и растворенных окислов азота. Последние образуют с H2
SO4
до 0,01% HNSO5
. После стадии денитрации слабая H2
SO4
отправляется на стадию концентрирования. В процессе концентрирования разбавленной H2
SO4
, имеющиеся в ней примеси, в частности, продукты неполного сгорания топлива (когда концентрирование ведется непосредственным соприкосновением упариваемой кислоты с топочными газами), вызывает разложение H2
SO4
вследствие ее восстановления до SO4.
Восстановление в основном идет за счет углерода, содержащегося в примесях и в топливе по уравнению: 2H2
SO4
+ С = СО2
+ 2SO2
+ 2 H2
O За счет этого происходят некоторые потери кислоты при ее упаривании. В процессе разгонки тройной смеси в колонне образуются нитрозные газы, которые поступают на поглощение в абсорберы. Наиболее распространенный способ поглощения нитрозных газов водой с образованием слабой HNO3
. На поглощение поступают нитрозные газы различной степени окисления. Окислы азота, содержащиеся в нитрозных газах NO2
, N2
O4
, N2
O3
реагируют с водой, но монооксид NO не может реагировать с водой и для перевода его в HNO3
следует предварительно окислить его до диоксида азота: 2NO2
+ H2
O = HNO3
+ HNO2
+ 116 кДж. N2
O4
+ H2
O = HNO3
+ HNO2
+ 59,2 кДж. N2
O3
+ H2
O = 2HNO3
+ 55,6 кДж. Процесс поглощения нитрозных газов водой связан с растворением в ней диоксида азота, четырехоксида и трикосида азота с образованием HNO3
и азотистой кислоты. В газовой среде вследствии взаимодействия паров воды с нитрозными газами, также получается HNO3
и азотистая кислота, но в значительном количестве. Образовавшаяся при помощи нитрозных газов азатитсая кислота – малоустойчивое соединение. 2HNO2
= HNO3
+ 2NO + H2
O - 75,8 кДж Суммарная реакция образования HNO3
: 2NO2
+ H2
O = HNO2
+ HNO3
3HNO2
= HNO3
+ 2NO+ 2H2
O ____________________________________
3NO2
+ H2
O = 2HNO3
+ NO N2
O3
+ H2
O = 2HNO2
3HNO2
= HNO3
+ H2
O + 2NO _______________________
3N2
O3
+ H2
O = 2HNO3
+ 4NO Так как в нитрозных газах содержится незначительное количество триоксида азота, обычно технологические расчеты производят по NO2
. Как видно из формул 2/3 поглощенного диоксида азота идет на образование HNO3
, 1/3 его выделяется в виде монооксида азота. Отсюда следует, что при поглощении водой нитрозных газов невозможно все количество NO2
превратить в HNO3
, так как в каждом цикле всегда 1/3 NOх
будет выделяться в газовую фазу. Монооксид азота для дальнейшей переработки должен быть окислен кислородом до двуокиси азота по уравнению: 2NO + O2
= 2 NO2
Получающаяся двуокись азота опять реагирует с водой, превращаясь на 2/3 в HNO3
, а выделившаяся окись азота снова должна быть окислена. Таким образом, весь процесс поглощения распадается на ряд последовательно протекающих реакций окисления NO в NO2
и образования HNO3
из NO2
. Однако указанные поглощения не являются совершенными и нитрозные газы перед выбросом в атмосферу следует дополнительно очистить от окислов азота. Отсюда следует, что в последнем абсорбере орошение ведется не водой, а концентрированной серной кислотой, которая до 0,003% поглощает окислы азоты, выбрасываемые в атмосферу газы соответствуют санитарным нормам. В результате поглощения получается нитрозилсерная кислота: 2 H2
SO4
+N2
O3
= 2 NHSO5
+ H2
O + 20611 кал. H2
SO4
+ 2 NO2
= NHSO5
+ HNO3
+ 5709 кал. В данный дипломный проект вводится ряд изменений, направленных на улучшение технологии переработки кислот и очистки отходящих газов. 1. На фазе улова окислов азота и паров азотной кислоты предусматривается внедрение дополнительной абсорбции отходящих газов концентрированной H2
SO4
. серная кислота реагирует с окислами азота, образуя нитрозилсерную кислоту, которая затем снова направляется в колонну ГБХ для переработки. Отходящие газы с небольшим содержанием окислов азота, выбрасываются в атмосферу. 2. Процесс регенерации отработанной кислоты переведен на автоматизированное управление с применением УВМ, что значительно снижает опасность технологического процесса и повышает качество продукции. Подача кислот в колонну ГБХ автоматизирована. Предусмотрено автоматическое отключение подачи компонентов в случае аварии. 2.6. Расчет материального баланса отделения концентрирования
HNO3
[1] Отделение денитрации и концентрирования азотной кислоты. Состав отработанных кислот, поступающих на денитрацию: а) от нитрации HNO3
16-26% H2
SO4
46-66% H2
O 18-28% б) от абсорбционной установки HNO3
50% H2
O 50% Исходные данные для расчета - концентрация крепкой азотной кислоты – 98% - концентрация серной кислоты, поступающей в колонну – 91% - концентрация отработанной кислоты, выходящей из колонны – 70% Расчет составлен на 1 тонну условной отработанной кислоты, поступающей в колонну ГБХ, учитывая, что ОК – 80%, а смесь азотной кислоты и воды – 20%. Выбираем средний состав кислот: HNO3
27% H2
SO4
45% H2
O 28% Принимаем, что в отработанной кислоте 3% АК в виде окислов азота связаны в нитрозилсерную кислоту по реакции (1): 2H2
SO4
+ N2
O3
Пересчитав состав кислот, получим: HNO3
- 25% H2
SO4
- 45% H2
O - 26,1% N2
O3
- 0,9% HNSO5
- 3% Всего - 100% В процессе разгонки кислотных смесей и гидролиза HNSO5
в колонне протекают следующие реакции: - разложение HNSO5
2HNSO5
+ H2
O = 2H2
SO4
+ NO2
(2) - разложение HNO3
2HNO3
2HNO3
- разложение N2
O3
N2
O3
(газ) В колонну ГБХ поступает: 1. Отработанная кислота в количестве 1000 кг, В том числе: HNO3
- 250 кг H2
SO4
- 450 кг. H2
O - 261 кг. N2
O3
- 9 кг. HNSO5
- 30 кг. 2. Купоросное масло 91% - х кг. 3. Перегретый пар – у кг. 4. Воздух, подсасываемый из помещения Из колонны выходит: 1. Разбавленная 70% H2
SO4
= 2. Крепкая 98% HNO3
= 3. Нитрозные газы а) в колонне 1/2 количества (1,5%) HNO3
разлагается до NO2
по реакции (3) 242,3х0,015 = 3,64 кг. При этом образуются газообразные вещества: NO2
= H2
O = O2
= б) по реакции (4) разлагается ½ количества (1,5%) HNO3
до N2
: N2
= H2
O = O2
= в) при разложении N2
O3
по реакции (5): NO2
= NO = г) при разложении HNSO5
по реакции (2): NO2
= NO = Выделившаяся в процессе реакции серная кислота вновь войдет в состав отработанной кислотной смеси и доля ее в последней составит 450кг. д) с нитрозными газами уносится 1% HNO3
: 242,3х0,01 = 2,42 кг. В результате гидролиза получается следующее количество сухих нитрозных газов (без учета подсоса воздуха): Подсос воздуха uпод
через неплотности соединений царг колонны принимаем равным 100% объема сухих газов uпод
= 15.6 нм3
, в том числе: N2
=0,78*15,6=12,17 нм3
; O2
=0,21*15,6=3,28 нм3
; или N2
= O2
= Итого: uпод
=19,89 кг. Принимаем, что подсасываемый воздух поступает при t=20 О
С, относительная влажность 80% Количество водяных паров, поступающих в колонну с воздухом (14,61*0,8)10-3
*19,89=0,23 кг, где d0
= 14.61 Всего воздуха: 19,89+0,23=20,12 кг. Количество и состав сухих газов, выходящих из колонны с учетом подсоса воздуха: Количество паров воды, уходящих из колонны (за конденсатом) с нитрозными газами при t=35 О
С H2
O = v= 30 нм3
p=1,8 мм. Рт. Ст – парциальное давление воды над 98% HNO3
при t=35 О
С p=133.3*1.8=239.9 Па H2
O = в объеме v= Общий состав газов, поступающих на поглощение:
Таблица №10 - Сводный материальный баланс отделения концентрирования
HNO3
Приравнивая приход к расходу, получаем уравнение материального баланса 1019,89+х+у=931,7+ у=0,43х-88,19 2.7. Расчет теплового баланса
[1] Так как в уравнении материального баланса входит распад пара (у), то будем определять его с помощью уравнения теплового расчета. Исходные данные: 1. Температура отработанной кислоты, поступающей в колонну - 90 О
С 2. Температура H2
SO4
91% - 20 О
С 3. Температура отработанной кислоты H2
SO4
70% - 170 О
С 4. Температура выходящих из колонны HNO3
и нитрозных газов – 85 О
С 5. Температура HNO3
98% из конденсатора, поступающей в колонну - 40 О
С Температура крепкой HNO3
98%, выходящей из колонны в холодильник 85 О
С 6. Температура подсасываемого воздуха 20 О
С Приход тепла: 1) С отработанной кислотой Q=q1
*c1
*t1
=1000*2.22*90=119800 кДж; (47732.2 ккал) c1
=2,22 2) С перегретым паром, теплосодержание которого при t=220 О
С равно 700.8 кДж; Q2
=700,8*у 3) Теплота от H2
SO4
состоит из физической теплоты Физическая теплота определяется по формуле Теплота разбавления H2
SO4
Удельная теплота разбавления g= В H2
SO4
с массовой долей 91%, моль: H2
SO4
= х 0,91/98 = 0,0094 х H2
O = х 0,09/18 = 0,005 х n = 0,005 х/0,0094 х =0,53 В H2
SO4
70% моль: Примем (450+х)/0,7=z H2
SO4
=z 0.7/98 = 0,007 z H2
O = z 0.3/18 = 0,016 z n = 0,016 z/0.007 z = 2.38 Удельная теплота разбавления Уд теплота разбавления Удельная теплота разбавления с 91% до 70%: 4) С HNO3
98%, поступающей из конденсатора в колонну с t=40 О
С 5) С воздухом, подсасываемым из помещения с t=20О
С Всего в колонну приход тепла, кДж Расход тепла 1) С парами HNO3
98%, выходящих из колонны: 2) На испарение HNO3
: где i=483кДж/кг – теплота испарения 1 кг кислоты. На испарение 4% H2
O , содержащихся в HNO3
: i=2259 кДж/кг – теплота парообразования воды 3) Теплота, уносимая с 70% H2
SO4
при t=150 О
С 4) С HNO3
98%, уносимой из колонны с t=85 О
С в холодильник: 5) На нагрев подсасываемого воздуха из помещения в среднем до t=90 О
С 6) На закрепление содержащихся в отработанной кислоте слабой HNO3
при ее массовой доле в смеси: g=n*8974/(n+1.737) ккал/моль В кислоте с массовой долей 49%, моль: HNO3
=250*0,49/63=1,94; H2
O =250*0,51/18=7,08 n=7.08/1.94=3.65 Удельная теплота разбавления для HNO3
98%: В кислоте с массовой долей HNO3
98%, моль: HNO3
=0,98/63=0,016; H2
O =0,02/18=0,001 n=0.001/0.016=0.069 Удельная теплота разбавления для HNO3 98%
Теплота закрепления HNO3
, находящейся в отработанной кислоте с 49% до 98%: 7) Теплота, уносимая с нитрозными газами: c- удельные теплоемкости газов с t=85 О
С H2
O 0,07*1,373*85 = 8,17 кДж HNO3
2,42*1,8*85 = 370,26 кДж Всего: 3843.73 кДж 8) В окружающую среду колонна ГБХ в течение 1 часа теряет порядка 800 ккал (33520 кДж). При условии подачи в колонну 92 кг/мин тройной смеси и выработки колонны 60 тиг в сутки. Потери тепла в окружающую среду: Всего расход тепла, кДж: Приход приравним к расходу: 674442,76+35,18х+700,8у=517727,28+447,86х у=0,59х-223,62 Решаем совместно уравнение материального и теплового балансов: 0,43х-88,19=0,59х-223,62 х=847 у=276,11 Таблица №11 - Материальный баланс денитрации и концентрирования
HNO3
Расчет составлен на 1 тонну отработанной кислоты Таблица №12 - Тепловой баланс концентрирования азотной кислоты
4. С HNO3 50% из конденсатора На 1 тонну отработанной кислоты приходится в 4.127 раза больше крепкой 98% HNO3
. Пересчитаем на 1 тонну готового продукта 98% HNO3
Таблица №13 - Нормы расхода сырья для производства 1 тонны готового продукта 98%
HNO3
2.8 Расчет материального баланса концентрирования
H2
SO4
Исходные данные: 1. Температура кислоты на входе 150 О
С 2. Температура кислоты на выходе 250 О
С 3. Температура дымовых газов на входе 900 О
С 4. Температура дымовых газов на выходе 130 О
С 1. Потери при концентрировании составляют 0,06%, из них 50% на разложение SO2
и 50% - теряется в виде паров серной кислоты В вихревую колонну поступает разбавленная серная кислота (с учетом потерь): Gразб
= G(1-0,0006) = 7654,87*0,9994 = 7650,28 кг. в том числе воды: В колонну подается кислота ( в пересчете на моногидрат): Gпр
= G(1-0.0006) 2. При концентрировании серная кислота разлагается по формуле: H2
SO4
= SO2
+ H2
O + 1/2O2
Qразл
= 228900 кДж/кмоль – теплота разложения H2
SO4
. Потери от разложения составляют 50% общих потерь или 0,03%: Gпот
= Gт
*0,03/100 = 7650,28*0,0003 = 2,3 кг. 3. Потери вследствие уноса серной кислоты с дымовыми газами составляют также 50% общих потерь (0,03%) Gун
= 0,0003*7650,28 = 2,3 кг. 4. Общие потери составляют: Gпот =
Gун
+ Gразл
=
2.3*2 = 4.6 кг. 5. При разложении серной кислоты образуется: H2
SO4
= SO2
+ H2
O + 1/2O2
SO2 =
O2
= H2
O = 6. В колонне выпариваются воды: Gвых
= Gразл
[(1-Gисх
/100)-( 1-Gк
/100)] = 7650.28[(1-70/100)-(1-91/100)] = 1606,56 кг. 7. Выход 91% продукционной H2
SO4
: Gкон
= Gразл
- Gразл
[(1-Gисх
/100)-( 1-Gк
/100)] ] = 7650.28-1606.56=6043.76 кг. 8. Приход кислоты по моногидрату: Gпр
= Gисх 2.9. Расчет теплового баланса вихревой колонны
[4] Приход тепла: 1. с разбавленной серной кислотой 70% при t = 150 О
С Q1 =
Qпр
Hпр
= 7654.87*342 = 2617934.76 кДж = 624805,43 ккал. Hпр =
342 кДж/кг – энтальпия исходной кислоты 2. С дымовыми газами, поступившими из топки: Q2 =
V2 =
31,37 м3
– объем газов С2 =
1,450 кДж/м3
град Общий приход тепла: Qобщ
= Q1+
Q2
= 2617934,76+40937,85х кДж Расход тепла 1. С продукционной кислотой при 250 О
С: Q1 =
Ck*
Hk =
5355.2*458 = 2452681.6 кДж = 585365,54 ккал Hк =
458 кДж/кг – энтальпия серной кислоты 91% 2. С водяным паром выделяется при выпаривании и разложении: Q2 =
Cвп*
Hвп =
1606.98*2737.7 = 4399429.15 кДж = 1049983.09 ккал Gвп =
Gуп
+ Gразл
= 1606,56 + 0,42 = 1606,98 кг. Hвп =
2737,7 кДж/кг – энтальпия водяного пара Gуп и
Gразл
– из материального баланса. 3. С дымовыми газами, уходящими с t = 30О
С: Q3 =
V2
– объем дымовых газов на м3
сжигаемого газа С2
= удельная теплоемкость дымовых газов при t=130 О
С С2
= 1,336 кДж/м3
град 4. На испарение серной кислоты: Q4
= Gисп
+ Hисп
=2,3*511,2=1175,76 кДж=280,61 ккал Нисп
=511.2 кДж/кг - удельная теплота парообразования серной кислоты 5. С парами серной кислоты: Q5
= Gисп
+ H = 2,3*201,4=463,22 кДж=110,55 ккал Н – энтальпия 100% серной кислоты при температуре отходящих газов 130 О
С. 6. На разложение серной кислоты: Q6
= 7. С продуктами разложения серной кислоты в результате разложения серной кислоты при температуре отходящих газов 130 О
С образуются: Q7
= ( 8. При концентрировании серной кислоты (дегидратации) от 70% до 91% расходуется тепла: Q8
=Gуп
(Q70
%
- Q91
%
) Q70%
= 427,4 кДж/кг – теплота разбавления до 70% Q91%
= 157,3 кДж/кг – теплота разбавления до 91% Q8
= 5355,2(427,4-157,3)=1446439,52 кДж = 345212,3 ккал 9. Потери тепла в окружающую среду примем 1% от общего количества расхода тепла на концентрировании серной кислоты: Q= 2452681,6 + 4399429,15 + 5448,34х + 463,22 + 1175,76 + 5372,14 + 171,08 + 1446439,52 = 5853050,87 + 5448,34 х кДж Qд
= 58530,51 + 54,48 х к`Дж Qрасх
= 5911581,38 + 5502,82 х кДж 10. Для определения расхода топлива ^приравниваеме приход тепла к расходу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||