Синтетические цеолиты могут быть отнесены к новому классу синтетических неорганических материалов классу пористых кристаллов. Интерес к этим материалам начал Содержание Введение 5 1. Литературный обзор 7 1.1. История развития процесса 8 1.2. Обоснование мощности и места строительства установки по получения цеолита NaY 13 1.3. Назначение и актуальность процесса 14 1.4. Сырьё и продукты процесса 15 1.5. Техническая характеристика основных и побочных продуктов производства 19 1.6. Техническая характеристика исходного сырья и вспомогательных материалов 21 1.6.1. Силикат натрия растворимый (ГОСТ 13079–67) 21 1.6.2. Тригидрат алюминия – технический (ЦМТУ –945–41) сорт ГД-0 23 1.6.3. Натр едкий технический (сода каустическая) ГОСТ 2263 –59 24 1.6.4. Селитра аммиачная (нитрат аммиака) 24 1.7. Физико–химические константы и свойства исходных, промежуточных и конечных продуктов. 26 1.8. Типы промышленных катализаторов крекинга 32 1.9. Химизм и механизм процесса 34 1.10. Влияние условий приготовления и обработки катализаторов на их свойства 40 1.10.1. Влияние рН золя на время коагуляции 40 1.10.2. Синерезис гелей 41 1.10.3. Активация гидрогелей 42 1.10.5. Сушка частиц катализатора 45 1.10.6. Прокаливание частиц 47 1.10.7. Влияние концентрации оксида алюминия в алюмосиликате на его активность 48 1.10.8. Влияние концентрации РЗЭY в цеолиталюмосиликатном катализаторе на его активность 49 1.11. Блок-схема приготовления порошкообразного цеолита NaY 50 1.12. Химический состав получаемых и реагирующих веществ в процессе получения катализатора NaY 51 1.13. Способы получения цеолитов 52 1.14. Реакторы для получения цеолитного катализатора NaY 55 1.15. Описание принципиальной технологической схемы производства цеолита NaY 58 1.15.1.Узел приготовления жидкого стекла. 58 1.15.2.Узел приготовления раствора нитрата аммония 61 1.15.3.Узел приготовления суспензии кремнезема 62 1.15.4. Узел приготовления реакционной массы 62 1.15.5. Узел приготовления алюмината натрия 63 1.15.6. Узел кристаллизации и промывки цеолита 65 1.16. Показатели процесса 66 1.16.1.Узел приготовления раствора жидкого стекла 66 1.16. 2. Узел приготовления раствора азотнокислого аммония 67 1.16.4. Узел фильтрации и отмывки лепешки кремнезема 67 1.16.5. Узел приготовления раствора алюмината натрия 68 1.16.6. Узел приготовления реакционной массы 69 1.16. 7. Узел кристаллизации реакционной массы 69 1.16.8. Узел промывки цеолитной пульпы 70 1.16.9. Узел приготовления суспензии цеолита 70 1.17. Перспективы развития процесса синтеза цеолитов 68 2. Расчетно-технологическая часть 72 2.1.Расчет материального баланса процесса приготовления цеолита NaY 73 2.1.1.Узел кристаллизации реакционной массы 73 2.1.5. Узел приготовления реакционной массы 86 2.1.6. Узел осаждения кремнезема из раствора жидкого стекла 89 2.1.7. Узел фильтрации суспензии кремнезема 92 2.1.8. Узел промывки лепешки кремнезема 94 2.1.10. Узел приготовления крепкого раствора жидкого стекла 100 2.1.11. Узел приготовления 25% раствора нитрата аммония 102 2.1.12. Узел приготовления раствора алюмината натрия 104 2. 2. Технологический расчет автоклава для разварки силикат – глыбы. 107 2.2.1. Исходные данные для расчета 107 2.2.2. Технологический баланс разварки силикат-глыбы в автоклаве 108 3. Автоматизация и КИП 110 Введение 111 3.1. Характеристика объекта автоматизации 113 3.2. Выбор контролируемых и регулируемых параметров 114 3.3. Выбор технических средств АСУТП 115 3.3.1. Характеристики контроллера Decont-182 116 3.3.2. Модули ввода/вывода 117 3.3.3. Коммуникационные возможности 118 3.3.4. Встроенное ПО контроллера Decont-182 120 3.4. Спецификация технических средств АСУ ТП 124 4. Безопасность жизнедеятельности 127 4.1. Задачи безопасности жизнедеятельности 128 4.2. Объекты и предметы БЖД 129 4.3. Пожарная безопасность 133 4.4. Огневые работы 134 4.5. Общие требования по технике безопасности 134 4.5. Анализ травматизма на установке получения катализатора NaY 136 Выводы 138 5. Охрана окружающей среды 139 5.1.Природоохранные мероприятия 140 6. Экономическая часть 144 6.1. Капитальные вложения на строительство установки 145 6.2. Основные средства установки 146 6.3. Производственная программа установки 148 6.4. Организация труда на установке 149 6.5. Фонд заработной платы работников установки 150 6.6. Себестоимость продукции 153 6.7. Экономическая эффективность строительства и эксплуатации установки 154 Выводы 163 Заключение 164 Список использованной литературы 165 Введение Синтетические цеолиты могут быть отнесены к новому классу синтетических неорганических материалов – классу пористых кристаллов. Интерес к этим материалам начал возрастать особенно быстро с конца 50–х гг. прошлого столетия, когда были выявлены возможности воспроизводимого синтеза цеолитов в сравнительно простых условиях и наметились основные области их практического применения (катализ, осушка газов, адсорбционное разделение смесей, тонкая очистка, хроматография, вакуумная техника). Мировой уровень современного промышленного производства синтетических цеолитов достигает нескольких сотен тысяч тонн в год и определяется, главным образом, потребностями нефтехимической промышленности, где синтетические цеолиты некоторых структурных типов находят широкое применение в качестве катализаторов. Несомненно, что именно перспективы широкого практического использования синтетических цеолитов послужили главным стимулом к развитию исследований в области синтеза цеолитов и изучения их свойств. Вместе с тем цеолиты сами по себе являются интересными объектами для научных исследований: они представляют собой пористые тела, характеризующиеся определенной структурой скелета и регулярной геометрией пор (внутрикристаллических полостей и каналов). Важной особенностью цеолитов является возможность варьирования химического состава кристаллов и геометрических параметров (формы и размеров) внутрикристаллических пор, т.е. возможность их структурного и химического модифицирования, что можно осуществлять либо варьируя условия прямого синтеза цеолитов, либо изменяя химический состав кристаллов цеолитов одного и того же структурного типа. Благодаря сравнительной легкости химического модифицирования цеолитов появляются широкие возможности для осуществления контролируемых изменений структуры и свойств кристаллов. Это обстоятельство делает цеолиты весьма удобными объектами для исследования адсорбционных равновесий, природы адсорбционных взаимодействий, механизма и кинетики каталитических реакций, молекулярно–ситовых эффектов, диффузии молекул в тонких порах контролируемых размеров [1]. 1.15. Описание принципиальной технологической схемы производства цеолита NaY В качестве исходного сырья для приготовления порошкообразного цеолита используется силикат-глыба, гидроокись алюминия, едкий натр, в качестве реагента - азотнокислый аммоний. Промежуточными продуктами для получения цеолита NaY являются растворы жидкого стекла, алюмината натрия, нитрата аммония, мелкодисперсный аморфный кремнезем. Процесс получения порошкообразного цеолита NaY состоит из следующих стадий (рисунок 1.3): – приготовление раствора жидкого стекла; – приготовление раствора алюмината натрия; – приготовление раствора азотнокислого аммония; – осаждение раствора жидкого стекла раствором азотнокислого аммония; – фильтрация суспензии кремнезема и ее промывка на фильтр– прессах «ФПАК–М–1»; – приготовление реакционной массы; – кристаллизация реакционной массы; – промывка кристаллов цеолитов от избытка щелочи на фильтр – прессах «ФПАК–М–2»; – приготовление суспензии цеолита 1.15.1.Узел приготовления жидкого стекла . Силикат-глыба поступает на склад в открытых железнодорожных вагонах. Склад представляет собой утепленное хранилище закрытого типа, вмещающее 200 т силикат-глыбы. Склад оборудован двумя продольными железобетонными закромами, облицованными листовой сталью толщиной 3–4 мм. Бункер должен исключать замачивание силиката грунтовыми водами. Между закромами хранилища предусмотрена прокладка нормальной железнодорожной колеи для подачи вагонов с силикатом внутрь склада для разгрузки. Вагоны разгружаются вниз, под себя, с открытием нижних люков, что обеспечивает минимальные затраты ручного труда обслуживающего персонала при их разгрузке и зачистке. Для обслуживания вагонов при открытии днища, для выгрузки силиката по обеим сторонам железнодорожного пути на участке примерно 15 м, должны быть смонтированы обслуживающие площадки шириной 0,8 м с ограждениями с двух сторон, не препятствующими выгрузке силиката. Закрытие днища люков вагонов осуществляется вне склада. Для обеспечения равномерного распределения силиката на площади склада и подачи его на растворение в складе предусмотрено применение мостового магнитно-грейферного крана грузоподъемностью 3,5 т. Грейфер необходим для производства погрузочно-разгрузочных операций с силикатом, и для дробления кусков силиката, слипающихся в большие монолитные глыбы. В складе должно быть также установлено оборудование для дробления крупных кусков силиката (более 100 мм) и его транспорта в автоклавное отделение. Помещение склада должно иметь, отопление и оборудованное системой проточно-вытяжной вентиляции. На линии сброса воздуха из помещения должен быть установлен циклон с перепадом давления 150-200 мм вод.ст. для улавливания силикатной пыли. Силикат-глыба подается со склада в расходный бункер Б-1. По мере необходимости силикат-глыба из бункера Б-1 подается в автоклавы А-1/1,2. Наклонные течки оборудованы шиберными заслонками с дистанционным и автоматическим управлением. В аппараты последовательно загружается силикат-глыба, а затем заливается определенное количество возвратной промывной воды из емкости Е-1/1.2. Сюда же подается щелочной конденсат из емкости Е-2. После загрузки аппараты герметизируются. Загруженная силикат-глыба и вода нагреваются водяным паром до 1700 С и выдерживается определенное время при повышенной температуре и давлении. Разварка силикат-глыбы производится одновременно в обоих автоклавах 6 раз в сутки, третий автоклав резервный. Цикл работы автоклава составляет 4 часа. Данный технологический режим растворения силикат-глыбы предусматривает возможность быстрого уменьшения давления в автоклаве после варки с 8 до 3 кгс/см2 перед выгрузкой жидкого стекла путем сброса части пара под слой воды в емкость Е-2, где он конденсируется. Конденсат возвращается на приготовление крепкого раствора жидкого стекла в А-1. Образовавшийся в автоклаве крепкий раствор жидкого стекла передавливают из обоих автоклавов в одну из емкостей Е-3/1-2, где происходит отстой раствора жидкого стекла от шлама. В связи с высокой концентрацией растворов жидкого стекла фильтрация их крайне затруднительна. Отстой жидкого стекла от шлама в этих емкостях происходит 3 раза в сутки. Крепкий раствор жидкого стекла после очередной разварки силикат-глыбы подается в другую емкость Е-3/1,2. В емкостях Е-3/1,2 также происходит снижение температуры жидкого стекла со 1300 С до 1020 С за счет испарения части воды из перепускаемого стекла и разбавления крепкого раствора жидкого стекла промывной водой из емкостей Е-3/1,2. Образовавшийся водяной пар поступает в емкость Е-2, где он конденсируется. Из емкости Е-2 конденсат идет в автоклавы А-1/1,2 для приготовления крепкого раствора жидкого стекла. Осветленный раствор жидкого стекла с определенного уровня насосом Н-1 подается в одну из емкостей М-1/1,2, где происходит смешение стекла с маточным раствором из емкости Е-4/1 и промыв водой из емкости Е-1/1 в таком количестве, чтобы содержание SiO2 в жидком стекле, идущем на осаждение кремнезема, было 150-160 г/л. Маточный раствор собирается в емкость Е-4 после отжатия лепешки цеолита на фильтр-прессах (ФПАК-М-2/1,2), а затем насосом Н-2 подается в одну из емкостей М-1/1,2 на смешение с крепким раствором жидкого стекла. В этих емкостях происходит дополнительный отстой жидкого стекла от шлама и его охлаждение за счет разбавления. Доведение температуры рабочего раствора жидкого стекла, подаваемого из этих емкостей насосом Н-3 в мерники Е-5/1,2, из которых жидкое стекло расходуется на охлаждение кремнезема, до заданной температуры 300 С, осуществляется в теплообменнике Т-1, стоящем перед мерниками жидкого стекла Е-5/1,2. Охлаждение раствора жидкого стекла в теплообменнике Т-1 осуществляется технической водой. Затем эта вода сбрасывается в канализацию. 1.15.2.Узел приготовления раствора нитрата аммония Нитрат аммония на склад установки поступает в железнодорожных цистернах концентрированных растворов (с концентрацией 60-85%). Наиболее подходящими для перевозки концентрированных растворов являются стандартные цистерны для перевозки олеума, капролактама. На азотно-туковых комбинатах в цистерны может быть залит концентрированный раствор нитрата в соответствии с требованиями технических условий. Для обеспечения минимальной коррозии подвижного состава перевозимый концентрированный раствор должен содержать некоторое количество свободного аммиака. Склад для хранения концентрированного раствора нитрата аммония должен иметь 4 типовых резервуара конструкции «Проект-стальконструкция» из ст.Х18Н10Т емкостью 1000м3 каждый, исходя из месячного запаса раствора на установке. Диаметр резервуара 12330мм, высота цилиндрической части 8860мм резервуары должны быть оборудованы змеевиками для нагрева раствора. Из резервуаров Е-9 раствор NH4 NO3 перекачивается насосом Н-6 в емкости М-3/1,2, где происходит разбавление раствора нитрата аммония водой до 25-30%. Рабочий раствор нитрата аммония приготавливается 2 раза в сутки. В одной емкости раствор готовится и отстаивается, а из другой емкости подается насосом Н-7 в мерники раствора нитрата аммония. 1.15.3.Узел приготовления суспензии кремнезема В смеситель СМ-1 непрерывно самотеком подается раствор нитрата аммония из мерника Е-12/1 через счетчик СЧ-2, тоже из Е-5/1. В смесителе СМ-1 при температуре 300 С происходит смешение раствора жидкого стекла с концентрацией SiO2 – 150-160 г/л с 25-30% раствором нитрата аммония и осаждения кремнезема из этих растворов. Полученная суспензия кремнезема из смесителя СМ-1 самотеком непрерывно поступает в одну из емкостей М-6/1,2. Из одной емкости суспензия кремнезема подается насосом Н-10 на фильтр-пресса ФПАК-М-1/1,9, а другая емкость заполняется суспензией кремнезема. На фильтр-прессах ФПАК-М-1/1,9 сначала происходит отжим маточного раствора, а затем промывка лепешки кремнезема свежей водой. Маточный раствор собирается в емкости Е-15, откуда поступает на узел утилизации нитрата натрия. Промывные воды поступают в емкость Е-16, откуда они также направляются на узел утилизации. Операция осаждения кремнезема производится непрерывно. Раствор жидкого стекла непрерывно поступает в смеситель СМ-1 из одного из мерников Е-5/1,2, а раствор нитрата аммония из Е-3/1,2. Суспензия кремнезема из смесителя СМ-1 непрерывно поступает в емкость М-6/1. Суспензия кремнезема подается в фильтр-прессы ФПАК-М-1/1,9. Каждые 2 фильтр-пресса работают одновременно. Отжатая и промытая на 2-х ФПАК-ах лепешка кремнезема транспортером ТР-1 подается в одну из мешалок М-5/1,4, где происходит приготовление реакционной массы. 1.15.4. Узел приготовления реакционной массы Перед началом разгрузки с фильтр-прессов, в каждую из емкостей М-5 заливаются 5,34 м3 воды из мерника Е-14 для приготовления 27м3 суспензии кремнезема. Емкости М-5 оборудованы электронтензометрическими датчиками, с помощью которых фиксируется весовое количество воды и лепешки. Подача лепешки в емкости М-5/1,4 производится при непрерывном перемешивании. После приготовления суспензии кремнезема, из мерников М-4 и Е-13 в мешалку М-5 подается 9,36:4 м3 раствора алюмината натрия и 6,714:4 м3 раствора щелочи для приготовления реакционной смеси следующего состава: SiO2 : M2 O3 =8-10; Na2 O: SiO2 =0,40 -0,46; Н2 О: Na2 O =40; Раствор щелочи в мерник Е-13 подается насосом Н-8 из емкости Е-11. Раствор алюмината натрия подается в мерник М-4 из емкостей Е-10/1,2. 1.15.5. Узел приготовления алюмината натрия В реакторах Р-1/1,2 2 раза в сутки готовится раствор алюмината натрия с модулем 1,8-2,0 с концентрацией Al2 O3 – 280-290 г/л и NaOH – 400-410 г/л. Раствор готовится следующим образом: Из емкости Е-11 насосом Н-8 подается раствор едкого натра в мерник Е-7, из которого 6,82 м3 раствора поступает в емкости Е-8/1,2, в которых происходит разбавление раствора едкого натра до концентрации – 400 г/л NaOH. Затем, необходимое количество раствора едкого натра поступает в пульпаторы М-2/1,2, оборудованные тензометрической системой взвешивания. После приема щелочи включается перемешивающий механизм пульпатора, налаживается циркуляция раствора щелочи по контуру (пульпаторы М-2/1,2 – насосы Н-5/1,2 – пульпаторы М-2/1,2) и обеспечивается подача гидроокиси алюминия в пульпатор вибропитателем со склада. Тригидрат алюминия поступает в открытых железнодорожных вагонах на склад установки, представляющий собой утепленное помещение с закромом, вмещающим 120 т этого продукта. Закром железобетонный, облицованный листовой сталью, должно исключаться замачивание продукта грунтовыми водами. В складе должна быть предусмотрена железнодорожная колея для подачи вагонов внутрь помещения для разгрузки. Гидроокись алюминия обладает неудовлетворительной сыпучестью при содержании свободной влаги от 2 до 18%, поэтому для механизации работ по разгрузке вагонов, распределение гидроокиси алюминия по территории помещения и подачи ее в производство, склад должен быть оборудован мостовым краном с грейферным захватом. После разгрузки грейфером вагон необходимо зачистить вручную, предварительно открыв люки его днища вдоль борта со стороны закрома. Закрытие разгружающих люков вагона осуществляется вне склада. Периодически гидроокись алюминия из закрома подается в приемник вибропитателя пульпатор. Вибропитатель, оборудованный ситом из просечно-вытяжной стали, одновременно с функциями дозирования обеспечивает грубую очистку гидроокиси алюминия от случайных засорений при транспортировке и складировании. При достижении заданной плотности суспензии, измерение которой осуществляется на потоке автоматически и периодически контролируется весовым методом, подача гидроокиси алюминия в пульпатор прекращаются выключением вибропитателя, а суспензия откачивается из пульпатора в один из реакторов Р-1/1,2. Одновременно с подачей в реактор суспензии осуществляется подача водяного пара в змеевик реактора при непрерывно работающей мешалке нагрев реакционной смеси до 100-1050 С. Реакционная смесь выдерживается при этой температуре в течении трех часов, после чего приготовленный раствор алюмината натрия сливают в один из отстойников Е-10/1,2. После суточного отстоя и охлаждения до температуры 30-500 С осветленный раствор алюмината натрия подается насосом Н-9 в мерник М-4, из которого поступает в мешалку М-5/1,4. 1.15.6. Узел кристаллизации и промывки цеолита Приготовленная реакционная масса из мешалки М-5/1,4 насосом Н-11 подается в кристаллизаторы К-1, где выдерживается при температуре 600 С 2-3 часа. По окончанию выдержки при температуре 600 С масса нагревается до 950 С за счет подачи водяного пара в змеевик кристаллизатора при работающей мешалке. При температуре 92-950 С масса выдерживается в покое в течение 10-15 часов. После кристаллизации масса охлаждается в кристаллизаторах К-1 путем подачи воды в змеевик, и после охлаждения откачивается в емкости Е-17, из которых суспензия цеолита насосом Н-12 подается на ФПАК-М-2/1,2 для отжатия маточного раствора. Осветленный маточный раствор с содержанием цеолита до 2 г/л собирается в емкости М-1/1,2. Маточный раствор SiO2 = 100-120 г/л возвращается на осаждение из него кремнезема, в результате чего двуокись кремния используется в процессе на 90% от исходного количества. После отжатия маточного раствора на фильтр прессе ФПАК-М-2/1,2 для промывки лепешки цеолита подается свежая вода в определенном количестве через счетчик СЧ-1. Эта вода сбрасывается в емкости Е-1/1,2, из которых она расходуется на растворение силикат-глыбы, на разбавление крепкого раствора жидкого стекла. Остальное количество, после нейтрализации, сбрасываются в канализацию. Промытая на фильтр-прессах лепешка цеолита сбрасываются на транспортер ТР-2, с которого подается в емкости Е-18/1,2 для приготовления суспензии цеолита (200 г/л) разбавлением водой при интенсивном перемешивании. РАСЧЕТНО–ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 2.1.Расчет материального баланса процесса приготовления цеолита NaY 2.1.1.Узел кристаллизации реакционной массы Производительность установки– 200000 т/год Число рабочих дней в году– 330 Производительность в сутки – 606,06 т Принимаем потери цеолита (промывка, фильтрация, приготовление суспензии)– 10% (60,606 т/сутки) Итак, в сутки на установке производится 606,06+60,606=666,666 т цеолита. Состав сухого цеолита: 0,9 Na 2 O ∙ Al 2 O 3 ∙ 4,0 SiO 2 Молекулярный вес: 0,9 ∙62+102+4,0∙60=397,8 Содержание Al2 O3 в 666,666 т цеолита: 397,8 – 102 кг Al2 O3 666666 – х кг Al2 O3 Содержание Na2 O в 666,666 т цеолита: Содержание SiO2 : Состав реакционной массы: 3,6 Na 2 O ∙ Al 2 O 3 ∙ 8,2 SiO 2 ∙144 Н2 О Количество Al2 O3 одинаково и в реакционной массе и в сухом цеолите. Количество SiO2 в реакционной массе: 170,94:102∙ 8,2∙60=824,53 т/ сутки Количество Na2 O: 170,94:102∙3,6∙62= 374,06 т/ сутки Количество Н2 О: 170,94: 102 ∙144∙ 18 = 4343,89 т/ сутки Количество NН3 : при кристаллизации выделяется ~ 0,5% NН3 от содержания SiO2 в реакционной массе, значит в реакционной массе 4,12 т/сутки NН3 . Количество NaNO3 : Из практики концентрация водяного раствора NaNO3 , оставшегося в лепешке кремнезема после промывки –26,0 г/л. В реакционной массе NaNO3 – 83,84 т/сутки. Итого реакционной массы взято: 170,94+824,53+374,06+4343,89+4,12+83,84=5801,38 т/сутки Получено: суспензии цеолита: 5801,38–4,12=5797,26 т/сутки 4,12 т/сутки – потери за счет выделения NН3 ; в том числе: а) сухого цеолита 666,666 т/сутки; б) маточного раствора 5797,26–666,666=5130,594 т/сутки По компонентам: Na2 O SiO2 NaNO3 Al2 O3 Н2 О NН3 Суспензия цеолита 374,06 824,53 83,84 170,94 4343,89 — Сухой цеолит 93,514 402,212 — 170,94 — — Маточный р–р 280,546 422,318 83,84 — 4343,89 — Состав маточного раствора: Удельный вес маточного раствора ~ 1,17 г/см3 Объем маточного раствора: 5130,594:1,17= 4385,1 м3 Удельный вес суспензии цеолита 1,24 г/см3 . Объем суспензии цеолита: 5797,26: 1,24= 4675,2 м3 Результаты расчета сводим в таблицу 2.1. Таблица 2.1 – Кристаллизация реакционной массы Наимено-вание м3 /сут. т/сутки Общее кол-во Na2 O SiO2 Al2 O3 NaNO3 NН3 Н2 О % вес Взято: а)реакци-онной массы 4689,88 5801,38 374,06 824,53 170,94 83,84 4,12 4343,89 100 Итого 4689,88 5801,38 374,06 824,53 170,94 83,84 4,12 4343,89 100 Получено: а) суспен-зия цеолита в т.ч 1) сухого цеолита 2)маточ-ного р-ра б) потери за счет выделения аммиака 4675,2 –– 4385,1 –– 5797,26 666,666 5130,594 4,12 374,06 93,514 280,546 –– 824,53 402,212 422,318 –– 170,94 170,94 –– –– 83,84 –– 83,84 –– –– –– –– 4,12 4343,89 –– 4343,89 –– 99,93 –– –– 0,07 Итого –– 5801,38 374,06 824,53 170,94 83,84 4,12 4343,89 100 2.1.2. Узел фильтрации суспензии цеолита Взято суспензии цеолита – 5797,26 т/сутки Принято при фильтрации потери цеолита 1% от 666,666 т, что составляет: Na2 O– 1,037 т/сутки Al2 O3 – 1,183 т/сутки SiO2 – 4,447 т/сутки Всего потери цеолита при фильтрации составляют: 1,037+1,183+4,447=6,666 т/сутки В не отмытой лепешке цеолита содержится сухого цеолита: 666,666–6,666=660 т/сутки Содержание сухого вещества в не отмытой лепешке цеолита 50%, значит воды в лепешке цеолита 660 т/сутки, а в маточном растворе: 4343,89–660=3683,89 т/сутки. Содержание Na2 O в маточном растворе без учета сухого вещества: 0,0646∙ 3683,89 = 273,979 т/сутки Содержание SiO2 в маточном растворе без учета сухого вещества: 0,0972∙ 3683,89= 358,074 т/сутки Содержание NaNO3 в маточном растворе без учета сухого вещества: 0,0193∙ 3683,89 =71,099 т/сутки С учетом сухого вещества: Na2 O: 273,979+1,037=275,016 т/сутки SiO2 : 358,074+4,447=362,521 т/сутки NaNO3 : 71,099 т/сутки Al2 O3 : 1,183 т/сутки Итак, получено: а) маточного раствора 275,016+1,183+362,521+71,099+3683,89=4393,709 т/сутки б) не отмытой лепешки цеолита 5795,26–4393,709=1403,551 т/сутки Состав лепешки: Na2 O: 374,06–275,016=99,044т/сутки Al2 O3 : 170,94–1,183=169,757 т/сутки SiO2 : 824,53–362,521=462,009 т/сутки NaNO3 : 83,84–71,099=12,741 т/сутки Н2 О: 4343,89–3683,89=660 т/сутки В лепешке 660 т/сутки сухого вещества Состав сухого вещества: Na2 O: 93,514–1,037=92,477 т/сутки Al2 O3 : 170,94–1,183=169,757 т/сутки SiO2 : 402,212–4,447=397,765 т/сутки Результаты расчета сводим в таблицу 2.2. Таблица 2.2–Фильтрация суспензии цеолита Наименование м3 /сутки т/сутки Общее кол–во Na2 O Al2 O3 SiO2 NaNO3 Н2 О % вес Взято: а) суспензия цеолита в т.ч сухого цеолита 4675,2 –– 5797,26 666,66 374,06 93,514 170,94 170,94 824,53 402,212 83,84 –– 4343,89 –– 100 Итого: 4675,2 5797,26 374,06 170,94 824,53 83,84 4343,89 100 Получено: а) неотмытой лепешки цеолита в т.ч сухого цеолита б) маточного раствора в т.ч сухого цеолита –– –– 4385,1 –– 1403,551 660 4393,709 6,666 99,044 92,477 275,016 1,037 169,757 169,757 1,183 1,183 462,009 397,765 362,521 4,447 12,,741 –– 71,099 –– 660 –– 3683,89 –– 24,2 –– 75,8 –– Итого 4675,2 5797,26 5,76 2,62 12,62 1,28 66,48 100 2.1.3.Узел промывки лепешки цеолита Взято: а) неотмытой лепешки цеолита – 1403,551 т/сутки. б) воды – 6600 т/сутки ( в 10–кратном отношении к количеству цеолита в лепешке). Итого: 1403,551+6600=8003,551 т/сутки, в том числе воды: 6600+660=7260 т/сутки. Потери цеолита с промывной водой приняты 0,4 % от 660 т/сутки, что составляет: Na2 O – 0.396 т/сутки Al2 O3 – 0,66 т/сутки SiO2 – 1,584 т/сутки Итого: потери цеолита с промывной водой 0,396+0,66+1,584=2,64 т/сутки Т.о. в отмытой лепешке цеолита – 657,36 т/сутки по компонентам: Na2 O: 92,447–0,396=92,051 т/сутки Al2 O3 : 169,757–0,66=169,097 т/сутки SiO2 : 397,765–1,584=396,181 т/сутки В отмытой лепешке цеолита 50 % сухого вещества, значит воды – 657,36 т/сутки. Получено: а) промывной воды: 7260–657,36=6602,64 т/сутки В промывную воду уходит Na2 O: г/л 0,000908×6602,64=5,995 т/сутки Al2 O3 не переходит. SiO2 : г/л 0,0085×6602,64=58,4 т\/сутки NaNO3 : г/л 0,00175×6602,64=11,55 т/сутки Итого в промывной воде: Na2 O: 5,995+0,396=6,391 т/сутки SiO2 : 58,4+1,584=59,984 т/сутки Al2 O3 : 0,66 т/сутки NaNO3 : 11,55 т/сутки Н2 О: 6602,64 т/сутки Всего промывной воды: 6,391+0,66+59,984+11,55+6602,64=6681,225 т/сутки Отмытой лепешки цеолита: 8003,551–6681,225=1322,326 т/сутки В отмытой лепешке цеолита остается: Na2 O: 99,044–6,391=92,653 т/сутки Al2 O3 : 169,757–0,66=169,097 т/сутки SiO2 : 462,009–59,984=402,025 т/сутки NaNO3 : 12,741–11,55=1,191 т/сутки Н2 О: 7260–6602,64=657,36 т/сутки Удельный вес промывной воды – 1,03 г/см3 . Объем промывной воды: 6681,225:1,03=6486,63 м3 . Результаты расчетов сводим в таблицу 2.3. Таблица 2.3 – Промывка лепешки цеолита Наименование м3 /сутки т/сутки Общее кол–во Na2 O Al2 O3 SiO2 NaNO3 Н2 О % вес Взято: а) неотмытой лепешки цеолита в т.ч сухого цеолита б) воды –– –– 6600 1403,551 660 6600 99,044 92,477 –– 169,757 169,757 –– 462,009 397,765 –– 12,741 –– –– 660 –– 6600 17,5 –– 82,5 Итого –– 8003,551 99,044 169,757 462,009 12,741 7260 100 Получено: а) отмытой лепешки, в т.ч сухого цеолита б) промывной воды в т.ч сухого цеолита –– –– 6486,63 –– 1322,326 657,36 6681,225 2,64 92,653 92,051 6,391 0,396 169,097 169,097 0,66 0,66 402,025 396,181 59,984 1,584 1,191 –– 11,55 –– 657,36 –– 6602,64 –– 16,5 –– 83,5 –– Итого –– 8003,551 99,044 169,757 462,009 12,741 7260 100 2.1.4. Узел приготовления суспензии кремнезема После промывки содержание воды в лепешке кремнезема 77%, всего лепешки кремнезема будет 824,53: 0,23= 3584,91 т/сутки В лепешке содержится SiO2 – 824,53 т/сутки NaNO3 – 83,84 т/сутки Н2 О– 2661,12 т/сутки NН3 – 15,42 т/сутки Воды для разбавления лепешки кремнезема 4315,287–3584,91=730,377 т/сутки Результаты расчетов сводим в таблицу 2.4. Таблица 2.4. – Приготовление суспензии кремнезема Наименова-ние м3 /сут. т/сутки Общее кол–во SiO2 NaNO3 NН3 Н2 О % вес Взято: а) лепешки кремнезема б) воды –– 730,377 3584,91 730,377 824,53 –– 83,84 –– 15,42 –– 2661,1 730,3 83,1 16,9 Итого –– 4315,28 824,53 83,84 15,42 3391,4 100 Получено: а) суспензии кремнезема в т.ч сухого кремнезема 1664,0 –– 4315,28 923,79 824,53 824,53 83,84 83,84 15,42 15,42 3391,4 3391,4 100 Итого 1664,0 4315,28 824,53 83,84 15,42 3391,4 100 2.1.5. Узел приготовления реакционной массы Реакционная масса готовится смешиванием суспензии кремнезема, раствором амомината натрия с каустическим модулем 1,82, концентрацией 280 г/л и раствора NaOH с концентрацией 550г/л Взято: а) раствора амомината натрия 170940:280=610,5 м3 /сутки Удельный вес раствора – 1,45т/м3 610,5∙1,45=885,225 т/сутки Содержание Na2 O в растворе амомината натрия 170940:102∙1,82∙62=189107 кг/сутки =189,107 т/сутки Содержание H2 O в растворе амомината натрия 885,225–(170,94+189,107)=525,178 т/сутки б) раствор NaOH Количество Na2 O в растворе едкого натрия 374,06–189,107=184,953 т/сутки концентрация раствора NaOH в пересчете на Na2 O: 550:80∙62=426 г/литр Итак, раствор NaOH взято: 184953:426=434,162 м3 /сутки или 434,162×1,41=612,168 т/сутки 1,41 т/м3 – удельный вес раствора NaOH Количество H2 O в растворе NaOH 612,168–184,953=427,215 = 6,62т/сутки Количество H2 O в суспензии кремнезема 4343,89 – (427,215+525,178) = 3391,497 т/сутки В процесс приготовления реакционной массы потери NH3 –1,37% от содержания SiO2, что составляет 11,3 т/сутки Реакционной массы получено: 5801,38 т/сутки Na2 O – 374,06 т/сутки Al2 O3 – 170,94 т/сутки SiO2 – 824,53 т/сутки NaNO3 –83,84 т/сутки NH3 – 4,12 т/сутки H2 O – 4343,89 т/сутки Суспензии кремнезем взято 4315,287 т/сутки SiO2 – 824,53 т/сутки NaNO3 –83,84 т/сутки NH3 –4,12 т/сутки + 11,3 т/сутки = 15,42 т/сутки H2 O – 3391,497 т/сутки В т.ч. сухого вещества 4315,287–3391,497=923,79 т/сутки SiO2 – 824,53 т/сутки NaNO3 – 83,84 т/сутки NH3 – 15,42 т/сутки Итак, для получения реакций массы взято: 4315,287+885,225+612,168=5812,68 т/сутки получено: 5812,68–11,3=5801,38 т/сутки 11,3 т/сутки – потерял за счет выделения аммиака. Результаты расчетов сводим в таблицу 2.5. Таблица 2.5. – Приготовление реакционной массы для кристаллизации Наименование м3 /сут-ки т/сутки Общее кол–во Na2 O Al2 O3 SiO2 NaNO3 NН3 Н2 О % вес Взято: а) суспензия кремнезе-ма в т.ч сухого вещества б) раствора алюмината натрия в) раствор едкого натра 1664,0 –– 611,04 122,51 4315,287 923,79 885,225 612,168 –– –– 189,107 184,953 –– –– 170,94 –– 824,53 824,53 –– –– 83,84 83,84 –– –– 15,42 15,42 –– –– 3391,497 –– 525,178 427,215 74,2 –– 15,2 10,6 Итого 2397,55 5812,68 374,06 170,94 824,53 83,84 15,42 4343,89 100 Получено: а) реакцион-ной массы б) потери за счет выделения аммиака 1686,1 ––– 5801,38 11,3 374,06 –– 170,94 ––– 824,53 –– 83,84 –– 4,12 11,3 4343,89 –– 99,8 0,2 Итого 5812,68 374,06 170,94 824,53 83,84 15,42 4343,89 100 2.1.6. Узел осаждения кремнезема из раствора жидкого стекла Осаждение идет по реакции: Na2 O + 2,06SiO2 +2 Na4 NO3 = 2 Na4 NO3 +2,06SiO2 + 2 NH3 + H2 O 62 123,6 160 170 123,6 34 18 После осаждения получается: 824,53: 0,992= 831,18 т/сутки SiO2 (принято, что при фильтрации и промывки кремнезема потери SiO2 – 0,8%) На осаждение взято: а) Na4 NO3 : т/сутки Раствора с концентрацией 250 г/л 1075,96: 0,25= 4303,84 м3 ρ= 1,076 г/см3 4303,84 ∙1,076= 4630,93 т/сутки из них 4630,93–1075,96=3554,97 т/сутки воды б) раствор жидкого стекла с концентрацией SiO2 – 157 г/л 831,18: 0,157= 5294,14 м3 ρ = 1,22 г/л, 5294,14 ∙ 1,22= 6458,85 т/сутки Из них: 1) силиката натрия т/сутки 1248,11–831,18=416,93 т/сутки Na2 O; 2) воды: 6458,85– (1248,11+ 71,099)= 5139,641 т/сутки, где 71,099 т/сутки – содержание NaNO3 в маточном растворе идущем на приготовление жидкого стекла. Итого взято: 11089,78 т/сутки Получено: а) NaNO3 : т/сутки б) NH3 : т/сутки Потери NH3 – 7,25% от количества SiO2 , что составляет 60,26 т/сутки Таким образом, в суспензии кремнезема NH3 – 228,64–60,26=168,38 т/сутки в) H2 O 11089,78–60,26=11029,52 т/сутки 11029,52–(831,18+1214,3+168,38)=8815,66 г/л Воды в полученной суспензии кремнезема на 8815,66–(3554,97+5139,641)=121,049 т/сутки больше за счет выделения воды при реакции Na4 NO3 с жидким стеклом. Результаты расчетов сводим в таблицу 2.6. Таблица 2.6. – Материальный баланс по суспензии кремнезема Наименование продуктов м3 /сутки т/сутки Общее кол–во SiO2 NaNO3 NН3 Н2 О % вес Взято: а) суспензия кремнезема 1550,19 11029,52 831,18 1214,3 2,616 8815,66 100 Итого 1550,19 11029,52 831,18 1214,3 2,616 8815,66 100 Получено: а) неотмытой лепешки кремнезема б) фильтрата ––– 6709,36 3850,5 7179,02 827,86 3,32 4,84 13,944 36,21 132,17 2711,43 6104,23 34,9 65,1 Итого ––– 11029,52 831,18 18,784 2,616 8815,66 100 2.1.7. Узел фильтрации суспензии кремнезема Потери SiO2 с фильтратом – 0,4% Таким образом, в фильтрате содержится 3,32 т/сутки SiO2 , а в лепешке SiO2 831,18–3,32=827,86 т/сутки П.П. К. неотмытой лепешке кремнезема –78,5%. Количество неотмытой лепешки кремнезема: 827,86:0,215=3850,5 т/сутки Фильтрата, сливаемого в канализацию 1102,52–3850,5=7179,02 т/сутки с удельным весом 1,07 г/см3 7179,02: 1,07 = 6709,36 м3 /сутки. В нем содержится NaNO3 : 6709,36∙ 0,140=939,3 т/сутки SiO2 : 3,32 т/сутки NH3 : 6709,36∙ 0,0197= 132,17 т/сутки, где 140 г/л, 19,7 г/л– концентрации соответственно NaNO3 , NH3 в маточном растворе (данные заводские) В лепешке кремнезема останется: NaNO3 : 1214,3–939,3=275 т/сутки NH3 : 168,38–132,17=36,21 т/сутки SiO2 : 827,86 т/сутки H2 O: 3850,5– (827,86+275+36,21)=2711,43 т/сутки Воды в фильтрате: 8815,66–2711,43=6104,23 т/сутки Результаты расчетов сводим в таблицу 2.7. Таблица 2.7. – Фильтрация суспензии кремнезема Наименование продуктов м3 /сутки т/сутки Общее кол–во SiO2 NaNO3 NН3 Н2 О % вес Взято: а) суспензия кремнезема 1550,19 11029,52 831,18 1214,3 2,616 8815,66 100 Итого 1550,19 11029,52 831,18 1214,3 2,616 8815,66 100 Получено: а) неотмытой лепешки кремнезема б) фильтрата ––– 6709,36 3850,5 7179,02 827,86 3,32 4,84 13,944 36,21 132,17 2711,43 6104,23 34,9 65,1 Итого ––– 11029,52 831,18 18,784 2,616 8815,66 100 2.1.8. Узел промывки лепешки кремнезема Взято: а) не отмытой лепешки кремнезема общее количество 3850,5 т/сутки SiO2 – 827,86 т/сутки NaNO3 – 275 т/сутки NH3 – 36,21 т/сутки H2 O– 2711,43 т/сутки Отношение подаваемой воды к содержащемуся SiO2 в лепешке 1 : 4,9 б) воды 827,86×4,9=4056,5 т/сутки (4057,8 м3 /сутки) Итого: 2850,5+4056,5=7907 т/сутки Получено: а) лепешки кремнезема (отмытой) SiO2 в отмытой лепешке 827,86–3,31=824,55 т/сутки (потери – 0,4%) П.П.К. отмытой лепешке кремнезема 77% лепешке будет: 824,55 : 0,23= 3584,96 т/сутки б) промывной воды 7907–3584,96=4322,04 т/сутки или 4322,04: 1,03= 4196,16 м3 , где 1,03 г/см3 – удельный вес промывной воды. С промывной водой уходят SiO2 , NaNO3 и NH3 . Концентрация NaNO3 и NH3 в промывной воде соответственно 55 г/л и 6,6 г/л. В 64,4 м3 промывной воды содержится: SiO2 – 3,31 т/сутки NaNO3 – 4196,16∙0,055= 191,16 т/сутки NH3 – 4196,16 ∙0,0066 = 20,79 т/сутки В отмытой лепешке кремнезема остается: NaNO3 : 275–191,16=83,84 т/сутки SiO2 : 824,53 т/сутки NH3 : 36,21–20,79=15,42 H2 O: (2711,43+4057)–4106,78=2661,65 т/сутки, где 4106,78– вода в промытой воде: 4322,04–(3,31+191,16+20,79)=4106,78 т/сутки. Результаты расчетов сводим в таблицу 2.8. Таблица 2.8. – Промывка лепешки кремнезема Наименование м3 /сутки т/сутки Общее кол–во SiO2 NaNO3 NН3 Н2 О % вес Взято: а) неотмытой лепешки кремнезема б) воды –– 4057 3850,5 4056,5 827,86 –– 275 –– 36,21 –– 2711,43 4056,5 48,7 51,3 Итого –– 7907 827,86 275 36,21 6767,93 100 Получено: а) неотмытой лепешки кремнезема б) промытой воды –– 4196,04 3584,96 4322,04 824,54 3,31 83,84 191,16 15,42 20,79 2661,65 4106,78 45,4 54,6 Итого –– 7907 827,86 275 36,21 6767,93 100 2.1.9. Узел приготовления рабочего раствора жидкого стекла Необходимо 5294,14 м3 /сутки (6458,85 т/сутки) раствора жидкого стекла, содержащего Na2 O – 416,93 т/сутки