Регенерация азотной и серной кислоты

ВВЕДЕНИЕ 3

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4

1.1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА 4

1.2 ПАТЕНТНАЯ ЧАСТЬ 8

1.3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА 13

Географические и климатические данные региона. 14

2. РАСЧЕТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 15

2.1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 15

2.2 ПРИНЦИП РАБОТЫ КОЛОННЫ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ H2SO4 18

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

Свойства готовых продуктов, сырья и полуфабрикатов. 22

2.4. ХИМИЗМ ОСНОВНЫХ И ПОБОЧНЫХ РЕАКЦИЙ [4] 23

2.5 ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 27

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

2.7. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА [7] 33

3. ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 44

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

3.2 РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА АППАРАТОВ 45

4. КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 46

4.1 РАСЧЕТ ЧИСЛА СТУПЕНЕЙ КОНТАКТА ФАЗ КОНЦЕНТРАТОРА [5] 46

1.2. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 50

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

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

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

5. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА 62

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТИПОВОЙ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЕ. 63

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ КИСЛОТ 64

ОПИСАНИЕ КОНТУРОВ 66

Регулирование уровня в напорном баке 66

2 Регулирование температуры охлажденной кислоты по изменению подачи хладагента. 66

Регулирование соотношения расходов при автоматизации топки 67

4. Контур контроля давления 67

5. Регулирование концентрации кислот 68

9. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 89

Расчет нормируемых оборотных средств: 91

Расчет численности и фонда заработной платы: 92

Расчет фонда заработной платы основных производственных рабочих 93

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

Расчет годового расхода электроэнергии (по проекту) 97

Смета цеховых расходов 100

Сравнительные технико-экономические показатели производства 102

6. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА. 72

АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА. 72

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ 72

ШУМ И ВИБРАЦИЯ 74

ВЕНТИЛЯЦИЯ 75

Расчет вентиляции 76

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ 76

ПОЖАРНАЯ ПРОФИЛАКТИКА 77

ОСВЕЩЕНИЕ 79

Расчет естественного освещения 79

Расчет искусственного освещения. 80

Электробезопасность 81

Защитные меры в электрооборудовании 82

Статическое электричество и молниезащита. 83

Молниезащита 83

Расчет молниезащиты 83

БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. 85

ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА 85

2.8 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ H2SO4 39

2.9. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ВИХРЕВОЙ КОЛОННЫ 40

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

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 103

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 104

ПРИЛОЖЕНИЕ, СПЕЦИФИКАЦИЯ 106

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 –H2SO4 – H2O, 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 N2O3, 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. Аналитическая часть

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=300оC. Кроме того, при высоких температурах увеличивается испарение и разложение серной кислоты, что ведет к потере количества и качества серной кислоты. Эти недостатки учтены и устранены в установках типа Майснера, где концентрирование происходит под вакуумом. Установки Майснера весьма компактны по сравнению с ретортными установками Паулинга. При проектировании производств одной и той же мощности, установки с колоннами Майснера занимают менее 40% площади, требующейся для установки реторт Паулинга. Однако установки Майснера имеют весьма серьезный недостаток ввиду малой производительности (выход готового продукта составляет до 13-15 т/сут.). К другому недостатку относится растрескивание ферросилидовых царг, проявляющееся в процессе эксплуатации данной установки, а также нарушение уплотнения между царгами. К недостаткам колонн Майснера относится также необходимость строительства котельных для выработки водяного пара , применяемого в колоннах. Следовательно, этот тип установок может быть применен только в случаях необходимости концентрирования небольших количеств серной кислоты и для получения при этом серной кислоты высокой концентрации (до 98%).

Проблема растрескивания ферросилидовых материалов и проблема появления неплотностей были решены с появлением установок с применением нагревательных труб и метода стекающей пленки в установках типа Дюпон. В этих установках применено новое техническое решение в виде монтажа оборудования с учетом механических и термических напряжений ферросилида, то есть либо на катках, либо на пружинных подвесках. К преимуществам относится простота устройства, исполнения и обслуживания. Эти установки по производительности относятся к числу средних, достигая до 25 т/сутки. К недостаткам этого вида установок относится загрязнение внутренних поверхностей труб с течением времени, что приводит к снижению их теплопропускной способности и необходимости их периодической прочистки и промывки с применением большого количества