Расчет абсорбционной установки для улавливания фторгазов в производстве экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК)
Описание технологической схемы очистки фторсодержащих газов экстракции. Материальный баланс процесса абсорбции в полом абсорбере. Тепловой и механический расчет. Выбор конструкционного материала. Диаметр абсорбера и скорость газа. Расчет вентилятора.
Рубрика | Химия |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 23.04.2015 |
Размер файла | 226,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Исходные данные для расчета
2. Характеристика исходного сырья и готового продукта
3. Физико-химические основы процесса
4. Описание технологической схемы очистки (абсорбции) фторсодержащих газов экстракции
5. КИП и автоматизация
6. Материальный баланс
6.1 Материальный баланс процесса абсорбции в полом абсорбере
6.2 Материальный баланс в аппарате АПС
7. Тепловой расчет
8. Расчет основных размеров аппарата
8.1 Выбор конструкционного материала
8.2 Расчет полого абсорбера
8.3 Расчет аппарата АПС
8.3.1 Диаметр абсорбера и скорость газа
8.3.2 Расчет высоты слоя жидкости
8.3.3 Высоты абсорбера
8.3.4 Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера
9. Выбор и расчет вспомогательного оборудования
9.1 Расчет центробежного насоса для подачи орошающей жидкости (4 %-я H2SiF6) в полый абсорбер
9.2 Расчет вентилятора
9.3 Расчет диаметров трубопроводов
10. Механический расчет
10.1 Выбор штуцеров
10.2 Расчет обечайки
11. Безопасность жизнедеятельности
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
В условиях спада производства, которое переживает Россия с 1990 года, и нарастание социальных проблем внимание к охране окружающей среды свелось к минимуму. Произошедшие масштабные изменения обусловили сокращение объемов загрязнений природного комплекса. Однако экологические индикаторы снижаются медленнее, чем производственные. В настоящее время в России наблюдается рост показателей природоемкости, удельных выбросов загрязняющих веществ во многих отраслях промышленности и по многим видам продукции, в том числе и при производстве фосфорной кислоты, соли которой используются для производства большинства фосфорных и комплексных минеральных удобрений. Предприятиями по производству экстракционной фосфорной кислоты выбрасываются в атмосферу вредные загрязняющие вещества, максимально допустимые концентрации которых нередко значительно превышены. Поэтому необходимо повсеместно устанавливать оборудование, позволяющее улавливать вещества, присутствие которых в атмосфере недопустимо. Для этого необходимо использовать различные установки, такие как скрубберы, адсорберы, абсорберы и т.д.
Для удаления загрязнителей из воздуха наибольшее применение находит абсорбционный метод вследствие его простоты, экономичности, высокой степени очистки.
Абсорбция - процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). Он представляет собой переход вещества из газовой или паровой фазы в жидкую, что и определяет скорость данного массообменного процесса.
Цель данной курсовой работы состоит в расчете абсорбционной установки для улавливания фторгазов в производстве экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК).
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА
1. Производительность абсорбера 200 тыс. м/ч.
2. Состав газовой фазы на входе в абсорбер (% об.):
Н2О (пар) - 98,9;
воздух - 0,65;
фторгазы - 0,45
3. Степень абсорбции фторгазов 95 %.
4. Плотность орошения 3 .
5. Скорость газа в абсорбере 1,5 м/с.
6. Абсорбент:
на входе в абсорбер - 4 % водный раствор H2SiF6;
на выходе из абсорбера - 20 % водный раствор H2SiF6.
7. Температура газа в абсорбере 55С.
8. Давление газа в абсорбере 0,0982 МПа.
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ И ГОТОВОГО ПРОДУКТА
При производстве фосфорной кислоты экстракционным методом происходит выделение соединений фтора (в виде SiF4 и HF) в газовую фазу, для улавливания которого на стадии абсорбции отходящих газов применяется 4 % плавиковая кислота (H2SiF6), но после улавливания фтор-соединений ее концентрация увеличивается до 20 %
Тетрафторсилан (SiF4) применяется для получения кремнефтористоводородной кислоты и кремнефторидов. Бесцветный газ с удушливым запахом. Термически стоек. Во влажном воздухе образуется густое облако. Наблюдается раздражение слизистых глаз и дыхательных путей.
Фтороводород (HF) - бесцветный газ. Температура плавления 87,2С; температура кипения - 19,9С; плотность 0,9885 (13С). Интенсивно реагирует с большинством элементов и их окислами, разрушает стекло и фарфор, слабо действует на свинец и медь. Сильно раздражает верхние дыхательные пути. При высоких концентрациях - раздражение глаз и слизистой носа. Исходом отравлений могут быть бронхиты, пневмосклероз; при очень высоких концентрациях - спазм гортани и бронхов.
У человека наблюдалось отравление при 6 - 10-минутном пребывании в атмосфере, содержавшей 0,40 - 0,43 мг/м.
Предельно допустимая концентрация фтороводорода 0,5 мг/м.
Индивидуальная защита: фильтрующий противогаз марки В, при наличии тумана кислоты - с фильтром; резиновые перчатки, фартуки, сапоги.
Теплота растворения 20 г HF в 400 молях воды составляет 11,56 ккал.
Кремнефтористоводородная кислота (H2SiF6) - молекулярный вес равен 144.
В чистом виде кремнефтористоводородная кислота выделяется из концентрированных растворов в виде бесцветных кристаллов H2SiF6, плавящихся при температуре + 19С. В парах H2SiF6 диссоциирует на HF и SiF4, причем, в газовой фазе, находящейся в равновесии с жидкостью, отношение содержания HF: SiF4 не равно стехиометрическому отношению в H2SiF6, так как при температуре кипения растворов H2SiF6 с концентрацией больше 13,3 % в парах преобладает SiF4, при меньших концентрациях - HF.
Общее содержание фтора в газовой фазе над раствором дано в таблице 2.1.
Таблица 2.1. Содержание фтора в газовой фазе над растворами H2SiF6 в зависимости от температуры и концентрации.
Температура, С |
Концентрация H2SiF6, г/л |
Содержание F, г/м |
Температура, С |
Концентрация H2SiF6, г/л |
Содержание F, г/м |
|
50 |
75,2 |
0,0246 |
70 |
75,2 |
0,0408 |
|
50 |
93,4 |
0,0508 |
70 |
93,4 |
0,0841 |
Зависимость плотности водных растворов H2SiF6 от концентрации при температуре 20С представлена в таблице 2.2.
Таблица 2.2. Плотность водных растворов H2SiF6 от концентрации при температуре 20С.
Плотность, г/см |
H2SiF6, % |
H2SiF6, г/л |
|
1,008 |
1,0 |
10,08 |
|
1,015 |
2,0 |
20,32 |
|
1,0324 |
4,0 |
41,3 |
|
1,0481 |
6,0 |
62,95 |
|
1,0661 |
8,0 |
85,29 |
Кремнефтористоводородная кислота и ее соли ядовиты.
Продукционная H2SiF6 должна соответствовать сдедующим требованиям:
содержание H2SiF6 -20 %;
удельный вес - 1,168 г/см;
содержание P2O5 - не более 0,03 %.
Кремнефтористоводородная кислота используется для производства фтористого водорода и кремнефтористого аммония.
Кремнефтористоводородную кислоту используют как компонент растворов для полировки и травления стекла, для получения гальванических покрытий, как реагент для укрепления глинистых почв, консервант древесины, дезинфицирующее средство для резервуаров в производстве пива.
Для орошения абсорбера АПС подается обесфторенная вода гидроудаления, свойства которой отражены в таблице 2.3.
Таблица 2.3. Свойства воды
Свойство |
Температура, С |
|||||
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
||
1. Плотность, кг/м |
1000 |
998 |
992 |
983 |
972 |
|
2. Вязкость, |
1,792 |
1,005 |
0,6560 |
0,4688 |
0,3324 |
|
3. Поверхностное натяжение Н/м |
75,6 |
72,8 |
69,6 |
66,2 |
62.6 |
3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА
Экстракционный метод основан на разложении природных фосфатов серной кислотой с последующим отделением раствора фосфорной кислоты от плохо растворимых кристаллов сульфата кальция. Поскольку Северо-Западный район страны располагает большими запасами высококачественного фосфатного сырья для кислотной переработки (апатиты Кольского полуострова), а стоимость электроэнергии здесь относительно высока, то наиболее экономичным в этом районе будет получение фосфорной кислоты экстракционным способом с последующим ее упариванием.
Данный метод основан на реакции разложения природных фосфатов серной кислоты. Процесс состоит из двух стадий: разложение фосфатов и фильтрование образовавшейся фосфорной кислоты и промывки сульфата кальция водой.
Сернокислотное разложение фосфата кальция представляет гетерогенный необратимый процесс, протекающий в системе «твердое тело - жидкость» и описываемый уравнением:
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + nH3PO4 + 5mH2O = (n + 3)H3PO4 + 5CaSO4 • mH2O + HF
Составляющие F освобождаются на различных стадиях. Фтор представляет собой не только ценный побочный продукт, но и элемент, загрязняющий атмосферу и осадочные воды. Поэтому есть интерес его рекуперирования в виде H2SiF6.
Практически H3PO4 до концентрирования содержит в растворе H2SiF6. Эта кислота нагревается и высвобождается водяной пар, фтористоводородная кислота, а также SiF4:
H2SiF6 2 HF + SiF4
С этого момента устанавливается равновесие, которое зависит от различных факторов:
- парциального давления HF и H2SiF6;
- реакционноспособного Si в кипящей кислоте;
- температуры и концентрации H3PO4.
Фтор улетучивается в виде HF и SiF4 по мере того, как температура и содержание P2O5 увеличиваются, и это высвобождение становится особенно значительным с ростом P2O5, который зависит от природы фосфата и условий производства.
Выделяющийся при кислотном разложении фторапатита HF частично вступает в реакцию с кремниевой кислотой, образующейся при разложении примесей, содержащихся в фосфатном сырье:
H2SiO3 + HF = H2SiF6 + 3H2O
Образовавшаяся кремнефтористоврдородная кислота частично разлагается, и в газовую фазу выделяется тетрафторсилан:
2 H2SiF6 + H2SiO3 = 3 SiF4 + 3H2O
Одновременно протекает реакция взаимодействия SiF4 с фтористым водородом с образованием кремнефтористоврдородной кислоты:
SiF4 + HF = H2SiF6
Часть фтористого водорода и четырехфтористого кремния выделяется в газовую фазу (отходящие фтористые газы).
С повышением температуры и содержания в кислоте примесей повышается давление паров H2SiF6 над растворами H3PO4, и часть фтора выделяется в газовую фазу в виде SiF4 и HF по реакциям:
2 H2SiF6 + SiO2 + nH3PO4 + ag 3SiF4 + nH3PO4 + ag,
H2SiF6 + nH3PO4 + ag SiF4 + nH3PO4 + HF + ag.
Фтористые газы вместе с парами воды удаляются из экстракторов и абсорбируются водой:
3 SiF4 + ag SiO2 • n H2O + 2 H2SiF6 + ag,
или
SiF4 + HF + ag = H2SiF6 + ag
На базе раствора H2SiF6 организуют производство различных фторсодержащих солей.
При кислотной переработке фосфатов скорость и полнота выделения фтористых соединений в газовую фазу определяется соотношением различных форм комплексообразователей. Первоначально образуются фтористые комплексы растворенных полуторных окислов (), которые при наличии кремниевых соединений переходят в летучий кремнефторид. При недостатке разлагающихся кремниевых соединений в газовую фазу выделяется фтористый водород.
Водная абсорбция фтористых газов основывается на промывке паров, выходящих их экстрактора, растворами H2SiF6, распыляемыми на газ, что приводит к прогрессивному обогащению раствора:
H2O + 2 HF + SiF4 H2SiF6 (водный)
Необходимо, чтобы парциальное давление SiF4 и HF оставалось очень слабым, то есть орошающий раствор не должен превышать концентрацию 25 % H2SiF6.
Скорость перехода фтористых соединений в абсорбированный раствор подчиняется тем же закономерностям, что и скорость улавливания любого газообразного вещества жидкой фазой, то есть она пропорциональна разности концентраций F в одной из фаз и равновесной концентрации.
Движущая сила процесса абсорбции выражается как . При понижении температуры жидкой фазы уменьшается парциальное давление паров газового компонента над ней, и соответственно увеличивается движущая сила и общая скорость процесса.
Таким образом, для увеличения скорости абсорбции необходимо понижать температуру жидкости и увеличивать давление, так как при этом возрастает равновесная растворимость газа в жидкости.
4. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ (АБСОРБЦИИ) ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ ЭКСТРАКЦИИ
Кремнефтористоводородная кислота - основной продукт, образующийся при улавливании фтористых газов водой. Для ее получения абсорбцию ведут в одну, две или три ступени.
Еще 20 - 25 лет назад при сравнительно небольших фтористых выбросах была возможность снизить содержание фтора в отходящих газах до необходимого уровня при помощи любых устройств для промывки газа. В настоящее время ситуация резко изменилась. Объем фторсодержащих выбросов современного предприятия по производству удобрений может достигать 1 млн. м/ч и более; количество воды, которое может быть использовано в системах абсорбции, снижается в связи с переходом предприятий на замкнутые водооборотные циклы; нормы по выбросам фтористых соединений перед их рассеиванием в атмосфере стали чрезвычайно жесткими (10 и менее миллиграммов на кубометр газа).
Абсорбционные аппараты, используемые для улавливания фторсодержащих газов в промышленности, прошли большой путь развития от малоинтенсивных и малопроизводительных устройств к абсорберам с высокой эффективностью, позволяющим обрабатывать большие количества газа и постоянно вытесняющим своих предшественников. За последние 10 - 15 лет из абсорбционных схем в основном вытеснены скрубберы Дойля, механические абсорберы, насадочные колонны; широкое распространение получили полые распыливающие аппараты, пенные абсорберы, а также аэромиксы и скрубберы Вентури.
Абсорбционные аппараты должны обеспечивать необходимую степень очистки при минимальном числе теоретических ступеней контакта фаз.
Полые абсорберы отличаются низкой стоимостью, простотой конструкции, обладают низким гидравлическим сопротивлением. Направление факелов распыла в них может быть различным (сверху вниз, снизу вверх, вниз под углом). Наибольшую эффективность обеспечивает расположение форсунок в несколько ярусов. В полых распыливающих абсорберах скорость газа нельзя значительно увеличить, так как это вызвало бы унос с ним большей части жидкости.
За последние годы для улавливания фтористых газов в промышленности нашли применение высокоскоростные аппараты, которые работают при скоростях газа в рабочей зоне до 10 - 20 м/с. Аппарат снабжен сепаратором надежной конструкции, обеспечивающим минммальный брызгоунос орошающей жидкости.
Рассмотрим технологическую схему абсорбции в производстве ЭФК (рис. 4.1):
Фтористые газы и воды, воздух поддува отсасываются из-под крышки экстрактора поз. Р-119 хвостовым вентилятором поз. В-216 через полый абсорбер поз. К-95 и, далее, абсорбер поз. К-59, а из-под крышки экстрактора поз. Р-120 хвостовым вентилятором поз. В-217 через полый абсорбер поз. К-96 и, далее, абсорбер поз. К-213. При этом эвакуация парогазовой смеси из экстрактора поз. Р-119, 120 осуществляется через зонты отсоса газов поз. К-117 (А, В, С), которые предназначены для уменьшения скорости газового потока и устранения брызгоуноса с зеркала пульпы экстрактора поз. Р-119,120.
В газоходах зонтов отсоса газов поз. К-117 (А, В, С) три форсунки орошения - по одной в каждом. В полых абсорберах поз К-95, поз. К-96 установлено по одной форсунке орошения и по одной форсунке в газоходах подачи газа на поз. К-59, К-213. Подача орошающей жидкости на форсунки газоходов зонтов отсосов газов поз. К-117 (А, В, С) и абсорберов поз. К-95 и поз. К-96 производится насосами поз. Н-61 (А, В): Н-61 (А) - на форсунки газохода от поз. К-117 (А, В) к поз. К-95; Н-61 (В) - на форсунки абсорбера поз. К-95 и газоход от поз. К-95 к абсорберу поз. К-59; Н-63 - на форсунки газохода от поз. К-117(С) к поз. К-96, абсорбера поз. К-96, газоход от поз. К-96 к абсорберу поз. К-213. Возврат орошающей жидкости по циркуляционной схеме из поз. К-95, поз. К-96 соответственно производится в сборники поз. Е-60 и Е-62. Подпитка бака поз. Е-60 осуществляется подачей осветленной воды гидроудаления, через контактные устройства абсорберов поз. К-59 и поз. К-213, по самотечным линиям слива от обоих абсорберов.
Последующая очистка газов от фтористых соединений осуществляется в абсорберах типа АПС (абсорбер прямоточный скоростной) поз. К-59, поз. К-213. Абсорберы представляют собой цилиндрическую полую башню; в верней части имеются брызгоуловители. Аппарат гуммирован и футерован углеграфитовой плиткой. Внутри абсорберов установлены контактные устройства (тарелки провального типа), с помощью которых достигается необходимая степень контакта фаз при очистке фторгазов. Работа контактного устройства представляется следующим образом: нижняя кольцевая часть контактного устройства образует со стенкой абсорбера кольцевую ванну, из которой раствор орошения через отверстия диаметром 100 - 150 мм поступает в центральную полую часть устройства, по которой снизу вверх двигается газовый поток с расчетной скоростью до 18 м/с. Вследствие высокой скорости газового потока происходит интенсивное распыление раствора орошения и его перемешивание с газом, таким образом, обеспечивается эффективный контакт фаз: газа и жидкости. Далее, газожидкостная смесь через тангенциальные патрубки, расположенные в верхней части контактных устройств, выбрасывается в сепарационное пространство абсорберов. Вследствие высоких окружных скоростей капли жидкости отбрасываются к стенкам аппарата, а очищенный газ протягивается наверх за счет разрежения, создаваемого вентилятором поз. В-216, поз. В-217 и далее через выхлопной газоход и высотную трубу Н = 180 м, D = 3,0 м поступает в атмосферу.
Таким образом, использование на стадии абсорбции фторсодержащих газов экстракции в производстве ЭФК полого абсорбера и абсорбера АПС одновременно обеспечивает необходимую очистку отходящих газов.
5. КИП И АВТОМАТИЗАЦИЯ
Целью управления процессом абсорбции является поддержание постоянства заданной концентрации извлекаемого компонента в обедненном газе, а также соблюдение материального и теплового балансов абсорбционной установки.
Измерения расхода газовой смеси и начальных концентраций извлекаемого компонента в фазах представляют собой выходные величины предыдущих технологических аппаратов. Регулирующими воздействиями являются расходы свежего абсорбента, обедненного газа и насыщенного абсорбента.
Основным управляющим воздействием, поддерживающим постоянство концентрации извлекаемого компонента в обедненном газе, является измерение расхода свежего абсорбента, осуществляемое регулятором расхода (FRC).
Повышение давления в абсорбере способствует извлечению ценных компонентов из исходной газовой смеси. Поддержание заданного значения давления в верхней части колонны требует применение регулятора давления, действующего на клапан, установленный на трубопроводе отвода обедненного газа из абсорбера.
Предусмотрено измерение и автоматическое регулирование расхода орошающей жидкости прибором FIRC (показывающий, регулирующий и регистрирующий). Давление измеряется прибором FIRA (показывающий, регистрирующий с сигнальным устройством). Также предусмотрено измерение уровня в сборнике орошающей жидкости LIRSA (показывающий, регистрирующий с устройством для выдачи сигнала после прохождения заданного уровня).
Обозначение приборов представлено в таблице 5.1.
Таким образом, в узле абсорбции соединений фтора предусматривается регулирование: расхода воды и кремнефтористоводородной кислоты на орошение абсорбционных башен; уровня в приемных баках орошающих жидкостей; давления в трубопроводах.
Таблица 5.1. Обозначение приборов
Наименование параметров аименование параметров |
1-я буква |
2-я и 3-я буквы (типы приборов) |
|||||||||||||||
Переменная процесса |
Приборы регулирования |
Автоматический вентиль регулирован. |
Предохранительный клапан |
Приборы измерения |
Контрольно-наблюдательное стекло |
Приборы переключения |
Тревога |
Первичный элемент |
Чехлы |
||||||||
Регистратор |
Указатель |
Бесшкальный |
Рабочий вентиль регул. |
Регистратор |
Указатель |
Регистратор |
Указатель |
Бесшкальный |
|||||||||
Температура |
T |
TRC |
TJC |
TC |
TV |
TCV |
TSV |
TR |
TJ |
- |
TRS |
TJS |
TS |
TA |
TE |
TW |
|
Расход |
F |
FRC |
FJC |
FC |
FV |
FCV |
- |
FR |
FJ |
FG |
FRS |
FJS |
FS |
FA |
FE |
- |
|
Уровень |
L |
LRC |
LJC |
LC |
LV |
LCV |
- |
LR |
LJ |
LG |
LRS |
LJS |
LS |
LA |
- |
- |
|
Давление |
P |
PRC |
PJC |
PC |
PV |
PCV |
PSV |
PR |
PJ |
- |
PRS |
PJS |
PS |
PA |
PE |
- |
|
Плотность |
D |
DRC |
DJC |
DC |
DV |
- |
- |
DR |
DJ |
- |
DRS |
DJS |
DS |
DA |
- |
- |
|
Ручное управление |
H |
- |
HJC |
HC |
- |
HCV |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Влажность |
M |
MRC |
MJC |
MC |
- |
- |
- |
MR |
MJ |
- |
MRS |
MJS |
MS |
MA |
ME |
- |
|
Проводимость |
C |
CRC |
CJC |
- |
- |
- |
- |
CR |
CJ |
- |
CRS |
CJS |
CS |
CA |
CE |
- |
|
Скорость |
S |
SRC |
SJC |
SC |
- |
- |
- |
SR |
SJ |
- |
SRS |
SJS |
SS |
SA |
SE |
- |
|
Вязкость |
V |
VRC |
VJC |
- |
- |
- |
- |
VR |
- |
VG |
VRS |
VJS |
- |
VA |
- |
- |
|
Вес |
W |
WRC |
WJC |
- |
- |
- |
- |
WR |
WJ |
- |
WRS |
WJS |
- |
WA |
WE |
- |
Примечание: L, H, LL, HH ставятся на третьем месте и обозначают минимальные (L) и максимальные (H) значения измеряемой переменной величины.
6. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
6.1 Материальный баланс процесса абсорбции в полом абсорбере
Материальный баланс любого технологического процесса: масса веществ, поступивших на технологическую операцию (приход), равна массе полученных веществ (расходу) [5]:
, (6.1)
где - суммы масс всех реагентов (Т, Ж, Г) на входе в систему (технологическую операцию). Число исходных реагентов может изменяться от 1 до n;
- сумма масс всех продуктов на выходе из системы.
1. При скорости газа 1,5 м/с площадь поперечного сечения башни будет равна:
м, (6.2)
где 200000 - количество газов, поступающих на абсорбцию, м/с;
1,5 - скорость газа в абсорбере, м/с.
Тогда количество раствора для орошения составит:
, (6.3)
где U - плотность орошения, .
м/ч
или
кг/г,
где 1039,5 - плотность 4 %-го водного раствора H2SiF6, кг/м.
Из них Н2О - 110769,12 кг, H2SiF6 - 4615,38 кг.
2. Состав поступающего газа:
- фтор: м (или кг)
Принимая, что на 1 моль SiH4 (4 атома F) выделяется 2 моль HF (2 атома F), получим количество фтора:
- в виде SiF4: кг
- в виде HF: 763,39 - 508,93 = 254,46 кг
При этом
m(SiF4) = кг,
где 104 и 19 - молекулярная масса SiH4 и атомная масса F соответственно.
m(HF) = кг
Тогда общая масса фтор-газов: 696,43 + 267,85 = 964,28 кг
- Н2О (пар): м (или кг)
- воздух: м (или кг)
3. Количество образующейся кислоты:
(Н2О) + Si F 4HF H2SiF6 + (Н2О) (6.3)
144 кг/кмоль -- 144 кг/кмоль
164,28 кг -- Х кг
Отсюда Х = 964,28 кг (100 %-ной H2SiF6)
С учетом степени поглощения 95 % образуется 100 %-ной H2SiF6:
кг
4. Количество непрореагировавшего фтора:
кг
- в виде SiF4: кг [m (SiF4) = 34,83 кг]
- в виде HF: кг [m (HF) = 13,39 кг]
5. Количество образующейся H2SiF6:
4615,38 + 916,07 = 5531,45 кг (100 %-ной H2SiF6)
Тогда 20 %-го водного раствора будет:
кг
6. Количество Н2О, перешедшее в газовую фазу за счет тепла абсорбции:
110769,12 - 22125,64 = 88643,48 кг
7. Тогда водяного пара образуется в абсорбере:
158946,43 + 88643,48 = 247589,91 кг
8. Таблица материального баланса:
8.1. Материальный баланс
ПРИХОД |
кг |
% масс. |
РАСХОД |
кг |
% масс. |
|
1. С газом: SiF4 HF Н2О (пар) воздух |
696,43 267,85 158946,43 1683,04 |
0,25 0,10 57,39 0,61 |
1. С газом: SiF4 HF Н2О (пар) воздух |
34,83 13,39 247589,91 1683,04 |
0,01 0,01 89,38 0,61 |
|
2. С раствором орошения H2SiF6 Н2О |
4615,38 110769,12 |
1,66 39,99 |
2. С 20 %-м раствором H2SiF6 H2SiF6 Н2О |
5531,45 22125,64 |
2,00 7,99 |
|
Итого |
276978,25 |
100 |
Итого |
276978,26 |
100 |
Невязка = %, следовательно, баланс сходится.
6.2 Материальный баланс в аппарате АПС
Материальный баланс процесса абсорбции выражается уравнением:
, (6.4)
где G - количество инертного газа, кг/с;
L - количество поглотителя, кг/с;
I - содержание компонента в газовой фазе, кг/кг ин. газа;
x - содержание компонента в жидкой фазе, кг/кг поглотителя
Масса вещества, перешедшего из газовой фазы в жидкую, кг/с:
, (6.5)
где и - начальная и конечная концентрация поглощаемого компонента в газе, кг ФГ/кг Г;
и - начальная и конечная концентрация поглощаемого компонента в абсорбенте.
1. Средняя плотность газовой смеси:
, (6.6)
где - объемы газообразных компонентов смеси, м;
- молекулярные массы компонентов, кг/кмоль;
- температура и давление, соответствующие нормальным условиям, К и МПа;
Т и р - температура и давление, при которых протекает процесс, К и МПа.
кг/м,
где 309434,39 - объем газа, выходящего из полого абсорбера, м.
2. На абсорбцию поступает в аппарат АПС 249321,17 кг или 309434,39 м. Начальные и конечные концентрации фтор-газов в поглотителе и газовой смеси составят:
= 0, т.к. орошается абсорбер водой;
кг ФС/кг Ж,
где 1039,5 и 983 - плотности 5 %-ной H2SiF6 и Н2О соответственно.
= 0,00019 кгФС/кгГ (следует из материального баланса процесса в полом абсорбере).
Конечная концентрация на выходе из абсорбера не должна превышать значения ПДК 1 мг/м (= 0,000001 кг/м). С учетом этого:
(6.7)
кг ФС/кг Г
3. Расход инертной части:
, (6.8)
где - объем газа на входе в аппарат АПС, м/с;
- объемная доля фтор-газов на входе в АПС;
- начальная концентрация поглощаемого компонента в газе, кг/м.
, (6.9)
где - молекулярная масса поглощаемого компонента, кг/кмоль.
кг/с
4. Расход поглотителя находим из уравнения материального баланса:
кг/с
7. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
фторсодержащий газ абсорбция экстракция
1. Физическое тепло поступающего в полый абсорбер газового потока:
, (7.1)
где - масса газа, кг;
- теплоемкость, ;
- температура, С.
Температура газового потока, входящего в полый абсорбер, равна 90 С.
а) средняя теплоемкость компонентов при 363 К(табл. 7.1):
Таблица 7.1 Средняя теплоемкость компонентов при 363 К
Компоненты |
С, кДж/кмоль К |
С, кДж/кг К |
|
SiF4 |
76,83 |
0,7388 |
|
HF |
29,09 |
1,4545 |
|
H2O(пар) |
35,45 |
1,9694 |
|
Воздух |
29,027 |
1,0009 |
б) (7.2)
кДж
2. Физическое тепло газового потока, выходящего из полого абсорбера, определяем по формуле (7.2). Температура газового потока 40:
кДж
3. Разница тепла:
кДж
8. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ АППАРАТА
В рассматриваемой технологической схеме улавливания фторгазов из экстрактора в производстве ЭФК применяются два вида абсорберов: полый и абсорбер АПС.
8.1 Выбор конструкционного материала
В химической промышленности условия работы аппаратов характеризуется широким диапазоном температур - от -254 до +2500? С при давлении от 0,015 Па до 600 МПа при агрессивном воздействии среды. Основными требованиями, которым должны отвечать химические аппараты, являются механическая надежность, долговечность, конструктивное совершенство, простота изготовления, удобство транспортирования, монтажа и эксплуатации.
Для изготовления аппаратов в химической промышленности в качестве конструкционных материалов применяют черные металлы и сплавы (чугуны, стали), цветные металлы и сплавы, неметаллические материалы (пластмассы, материалы на основе каучука, керамику, углеграфитовые и силикатные материалы, дерево), скорость коррозии которых не превышает 0,1 - 0,5 мм /год; чаще применяются материалы стойкие (скорость коррозии 0,01 - 0.05 мм/год).
Учитывая скорость коррозии материала в среде раствора H2SiF6, температурный режим и величины давления, выбираем конструкционный материал, стойкий в среде раствора H2SiF6 концентрации до 20%. В этих условиях химически стойкой является сталь Х17Н13М2Т (ГОСТ 5632 - 61), которая может быть использована при температурах от - 253 до + 600 ?С при давлениях не более 10 МПа. Скорость коррозии не превышает 1,0 мм/год.
Сталь марки Х17Н13М2Т характеризуется удовлетворительными прочностными свойствами, хорошими пластичными свойствами и жаропрочностью. Она технологична в обработке, хорошо деформируется в горячих состояниях и хорошо сваривается всеми видами сварки. Коэффициент теплопроводности стали лст = 17,5 Вт/м·К. Она относится к первой группе коррозионно-стойких нержавеющих высоколегированных сталей, обладающим стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, щелочной, кислотной, солевой, почвенной).
8.2 Расчет полого абсорбера
1. Средний объем газа, проходящего через абсорбер:
м/ч или 70,8 м/с
2. Диаметр абсорбера находим по формуле:
, (8.1)
м
Принимаем диаметр равный 7,8 м в соответствии с ГОСТ 9617 - 76.
3. Движущая сила процесса для движения противотоком определяется по формуле:
, (8.2)
где - концентрации фтора в газе до и после абсорбции, г/м;
- равновесные концентрации фтора над раствором H2SiF6, орошающей абсорбер и выходящей из него, г/м.
При температуре 55С равновесная концентрация HF и SiF4 (в пересчете на F) над раствором H2SiF6 (4 %-ной) составляет г/м, а над раствором 20 %-м H2SiF6 г/м.
При этом концентрации F на входе и выходе из абсорбера равны:
г/м
г/м
г/м
4. Требуемый объем башни определим по уравнению массопередачи:
, (8.3)
где G - количество поглощаемого фтора, г/ч;
К - коэффициент абсорбции, (2000 ).
м
5. Высота абсорбционной части башни:
, (8.4)
где F - площадь поперечного сечения башни, которая равна:
(8.5)
где d - диаметр абсорбера, м.
м
Тогда
м
С учетом высоты крышки и днища принимаем высоту абсорбера 12 м.
8.3 Расчет аппарата АПС
Абсорбер АПС представляет собой цилиндрическую полую башню, внутри которой установлены контактные устройства - тарелки провального типа. В производстве ЭФК для очистки отходящих газов от соединений фтора применяют АПС с двумя - тремя тарелками.
8.3.1 Диаметр абсорбера и скорость газа
Для нормальной работы абсорберов этого типа необходимо, чтобы газ двигался в центральной полой части со скоростью от 10 до 20 м/с. Пусть в рассчитываемом абсорбере газ движется со скоростью 12 м/с.
В колоннах с провальными тарелками с достаточной достоверностью можно принять движение газа соответствующим модели идеального вытеснения и полное перемешивание жидкости на каждой ступени.
Диаметр абсорбера с вихревым сепаратором и контактным устройством рассчитываем по формуле:
, (8.6)
где - ширина зоны завихрения сепаратором ( = 0,6 м);
- расстояние до стенки корпуса от края сепаратора, м ( = 0,8м).
Принимаем стандартный диаметр обечайки 5,5 м.
При этом действительная скорость газа в центральной полой части абсорбера:
м/с
8.3.2 Расчет высоты слоя жидкости
1. Плотность орошения для тарелок без переливных устройств равна:
, (8.7)
где - плотность жидкости, кг/м;
- диаметр патрубка, м ( = 0,15 м) ;
n - количество патрубков при входе в сепаратор (n = 12).
2. Высоту газожидкостного слоя определяем из уравнения:
, (8.8)
где Fr - критерий Фруда ;
- скорость газа в свободном сечении тарелки, м/с;
В - коэффициент;
с - величина, равная
, (8.9)
где - поверхностное натяжение пленки, Н/м;
- вязкость жидкости, .
Коэффициент В равен 2,95 для нижнего и 10 - для верхнего пределов нормальной работы тарелки. Наиболее интенсивный режим тарелок соответствует верхнему пределу, когда В = 10, однако с учетом возможного колебания нагрузок по газу принимаем В = 9.
Отсюда находим высоту парожидкостного слоя:
(8.10)
м
3. Высота светлого слоя жидкости:
, (8.11)
где - газосодержание барботажного слоя:
(8.12)
Тогда м
8.3.3 Высота абсорбера
Высота абсорбера определяется из уравнения:
, (8.13)
где - высота тарельчатой части абсорбера, м;
- высота днища и крышки соответственно, м;
- расстояние между нижней тарелкой и днищем и между верхней тарелкой и крышкой абсорбера, м.
1. Высота днища и крышки рассчитываются из условия:
(8.14)
м
2. Высота тарельчатой части :
, (8.15)
где h - расстояние между тарелками, м.
Его принимают равным или несколько большим суммы высот барботажного слоя и сепарационного пространства :
(8.16)
Высоту сепарационного пространства вычисляют, исходя из допустимого брызгоуноса с тарелки и принимаемого равным 0,1 кг жидкости на 1 кг газа:
, (8.17)
где f - поправочный множитель, учитывающий свойства жидкости и равный , (где - в Мн/м);
A, m, n - коэффициенты (А = ; m = 2,56; n = 2,56 ).
Решая относительно , получим = 1,1 м.
Высота сепаратора с учетом высоты барботажного слоя и необходимой высоты сечения верхней части сепаратора для создания завихрения = 2,4 м.
Тогда м
м
Примем расстояние м, м
Тогда общая высота абсорбера:
м
8.3.4 Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера
Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера определяем по формуле:
(8.18)
Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трех слагаемых:
(8.19)
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:
, (8.20)
где - коэффициент (1,5).
Па
Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя:
(8.21)
Па
Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:
= (8.22)
= Па
Полное гидравлическое сопротивление:
= 107,1 + 2822,1 + 1,86 = 2931,06 Па
Гидравлическое сопротивление всех тарелок:
= Па
9. ВЫБОР И РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
9.1 Расчет центробежного насоса для подачи орошающей жидкости (4 %-я H2SiF6) в полый абсорбер
1. Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения, равную 2 м/с. Тогда диаметр трубопровода определяем по формуле:
, (9.1)
где Q - объемный расход жидкости, м/с.
Выбираем стальную трубу наружным диаметром 159 мм с толщиной стенки 7 мм. Внутренний диаметр трубы d = 145 мм.
Фактическая скорость будет равна:
(9.2)
Примем, что коррозия трубопровода незначительна.
2. Определим потери на местные сопротивления:
, (9.3)
где Re - критерий Рейнольдса;
- плотность жидкости, кг/м;
- вязкость жидкости, .
Re = 260982, т.е. режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной м.
Тогда
; .
7143<Re<400000.
Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение и расчет л следует проводить по формуле:
, (9.4)
.
3. Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.
Для всасывающей линии:
1. вход в трубу (принимаем с острыми краями): о1 = 0,5;
2. вентили прямоточные: для диаметра 0,145 мм о = 0,64. Умножая на поправочный коэффициент К=0,97, получим о2 = 0,415;
3. отводы под углом 900: .
Сумма коэффициентов местных сопротивлений на всвсывающей линии:
У о = о1+2 о2+ о3 = .
Потерянный напор во всасывающей линии находим по формуле:
, (9.5)
где л - коэффициент трения;
- длина и эквивалентный диаметр, м.
Для нагнетательной линии:
1. отводы под углом 900: о1 = 0,21;
2. вентили прямоточные: о2 = 0,415;
3. выход из трубы: о3 = 1
Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии:
У о = .
Потерянный напор в нагнетательной линии:
.
5. Общие потери напора:
6. Выбор насоса.
Находим потребный напор насоса по формуле:
, (9.6)
где р1 - давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость, Па;
р2 - давление в аппарате, в который подается жидкость, Па;
Нг - геометрическая высота подъема жидкости.
Такой напор при заданной производительности обеспечивается одноступенчатым центробежным насосом. Учитывая широкое распространение этих насосов в промышленности ввиду достаточно высокого к.п.д., компактности и удобства, комбинирования с электродвигателями, выбираем для последующего рассмотрения именно эти насосы.
Определим полезную мощность насоса:
, (9.7)
где Q - объемная производительность, м3/с;
Н - напор, м.
.
Принимая зпер=1 и зн=0,6 (для центробежного насоса средней производительности), найдем мощность на валу двигателя:
(9.8)
Заданным подаче и напору более всего соответствует центробежный насос марки Х160/49/2, для которого при оптимальных условиях работы м3/с. Насос обеспечен электродвигателем АО2-81-2 и мощностью 40 КВт.
9.2 Расчет вентилятора
Для выбора вентилятора, используемого для отсасывания газов из экстрактора, необходимо определить сопротивление сети, которое представляет собой сумму сопротивлений трубопроводов и абсорберов.
1. Примем скорость газа в трубопроводе 15 м/с. Тогда диаметр будет равен:
2. Критерий Рейнольдса:
3. Примем, что трубы были в эксплуатации и имеют незначительную коррозию. Тогда мм. Получаем:
;
Тогда коэффициент трения равен:
(9.9)
4. Коэффициенты местных сопротивлений:
а) вход в трубу (принимаем с острыми краями): о1 = 0,5;
б) задвижка: = 0,15;
в) колено: ;
г) выход из трубы: .
Сумма коэффициентов местных сопротивлений:
У о = м
5. Гидравлическое сопротивление:
, (9.10)
где - гидравлическое сопротивление аппарата, Па;
(9.11)
Принимаем длину трубопровода 5 м:
Па
С учетом сопротивления абсорбера АПС, равного 8793,18 Па, а также малого сопротивления полого абсорбера и сопротивления трубопроводов, принятого равным сопротивлению трубопровода вентилятора полное сопротивление сети составит:
Па
6. Полезная мощность:
(9.12)
кВт
7. мощность электродвигателя:
(9.13)
Для вентиляторов средней производительности принимают . Тогда
кВт
Выбираем центробежный вентилятор марки В - Ц12 - 49 - 8 - 01 с производительностью Q = 18 м/с, сопротивлением Па, с числом оборотов n = 24,15 , снабженного электродвигателем марки 4А 315 S4 с мощностью N = 160 кВт. Для нормальной работы абсорбционной установки, т.е. обеспечения необходимой производительности с учетом мощности вентиляторов их число должно составлять 8.
9.3 Расчет диаметров трубопроводов
Рассчитаем диаметры трубопроводов, исходя из уравнения расхода:
, (9.14)
- диаметр трубопровода для газа, поступающего в полый абсорбер:
где 15 м/с - скорость газа.
- диаметр трубопровода для орошающей жидкости (4-ной H2SiF6):
Выбираем стандартный диаметр мм.
- диаметр трубопровода для газовой смеси, поступающей из полого абсорбера в АПС:
- диаметр трубопроводов для газов, выбрасываемых в атмосферу:
- диаметр трубопровода для 20 %-ной H2SiF6:
Выбираем стандартный диаметр мм.
10. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
10.1 Выбор штуцеров
Присоединение трубной арматуры к сосудам и аппаратам, а также технологических трубопроводов для подвода и отвода различных жидких или газообразных продуктов производится с помощью штуцеров, которые могут быть разъемными или неразъемными. По условиям ремонтоспособности чаще применяются разъемные соединения (фланцевые штуцера).
Стальные фланцевые штуцера стандартизированы и представляют собой короткие куски труб с приваренными к ним фланцами. Штуцера не рассчитывают на прочность, а выбирают. Основные размеры фланцевых штуцеров стандартизированы: для штуцера оговорен наружный диаметр патрубка , условный диаметр , толщина патрубка , общая высота штуцера .
Основные размеры выбранных фланцевых штуцеров приведены в таблице 10.1
Таблица 10.1. Основные размеры фланцевых соединений
Назначение |
, мм |
, мм |
, мм |
, мм |
Обозначение |
|
1. Для трубопровода 4 %-ной H2SiF6 |
150 |
159 |
6 |
155;215 |
Штуцер 50 - 06 - 155 - Х17Н13М2Т -6 ОСТ 26 - 1407 - 76 |
|
2. Для трубопровода 20 %-ной H2SiF6 |
80 |
89 |
6 |
155;215 |
Штуцер 80 - 06 - 155 - Х17Н13М2Т -6 ОСТ 26 - 1407 - 76 |
|
3. Для трубопроводов воды |
60 |
70 |
4 |
135;215 |
Штуцер 60 - 06 - 155 - Х17Н13М2Т -6 ОСТ 26 - 1407 - 76 |
10.2 Расчет обечайки
1. Допускаемое напряжение на растяжение материала обечайки:
, (10.1)
где - коэффициент ( = 0,1);
- нормативное допускаемое напряжение, МПа (для стали Х17Н13М2Т = 156 мПа).
МПа
2. Расчет толщины стенки:
, (10.2)
где - расчетное давление, МПа;
D - внутренний диаметр аппарата, м;
[] - допускаемое напряжение на растяжение для материала обечайки, МПа;
ц - коэффициент, учитывающий ослабление обечайки из-за сварного шва и наличие неукрепленных отверстий ();
С - прибавка на коррозию, м.
- дополнительная прибавка, м.
Толщина стенки для полого абсорбера:
м.
Толщина стенки для АПС:
м
11. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
11.1 Условия безопасности ведения процесса
Для предотвращения попадания вредных веществ в рабочую зону цеха необходимо:
соблюдать установленный регламентом режим работы;
обеспечить бесперебойную работу вентиляционных и аспирационных устройств, а также герметизацию оборудования;
соблюдать график ППР оборудования и коммуникаций;
постоянно осуществлять контроль за состоянием воздушной среды на рабочих местах.
Все работники цеха должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты: спецодеждой, защитными очками, респираторами, противогазами.
В производстве экстракционной фосфорной кислоты вредными веществами являются: пыль апатитового концентрата, серная, фосфорная и кремнефтористоводородная кислоты, фосфогипс, фтористые газы. Могут иметь место ожоги паром, а также электрические и механические травмы.
Фосфорная кислота при попадании на открытые участки тела вызывает химические ожоги. Пары фосфорной кислоты раздражают слизистые оболочки. ПДК паров фтористых соединений над фосфорной кислотой - 1 мг/м. Индивидуальные средства защиты: суконная спецодежда, резиновые сапоги и перчатки, каски, очки, противогазы марок Б, БФК.
Кремнефтористоводородная кислота представляет собой агрессивную жидкость, отравление которой приводит к нарушениям кальциевого и фосфорного обмена в организме и поражению центральной нервной системы. При попадании на кожу вызывает химические ожоги. ПДК в пересчете на F - 0,5 мг/м.
Фтористые газы вызывают разрушение слизистых оболочек, а при тяжелых отравлениях - отек легких. ПДК фтористых газов в пересчете на F - 0,5 мг/м.
Токсикологические характеристики кремнефтористрводородной кислоты H2SiF6 и фтористых соединений HF и SiF4 представлены в таблице 11.1.
Таблица 11.1. Токсикологическая характеристика веществ.
Наименование вещества и его химическая формула |
Агрегатное состояние |
Характер воздействия на организм |
Меры и средства первой помощи |
Индивидуальные средства защиты |
ПДК, мг/м |
Класс опасности по ГОСТ 12.1. 005-88 |
|
Кремне-фтористо-водородная кислота H2SiF6 |
жидкость |
Отравление приводит к нарушению кальциевого и фосфорного обмена в организме. Поражает центральную нервную систему. При попадании на кожу вызывает жжение и воспаление кожи, появление синих пятен на ногтях |
Попавшую кислоту немедленно смыть обильным количеством воды и смочить пораженные места 5 % раствором перманганата калия |
Суконная одежда, резиновые сапоги, перчатки, каска, очки, универсальный респиратор РУ - 80м, противогазы марок В, БКФ |
0,5 |
II |
|
Фтористые соединения HF и SiF4 |
газ |
Раздражающе действует на слизистую верхних дыхательных путей и оказывает общее отравляющее действие на организм. Отрицательно действует на нервную систему и вызывает удушье, рвоту, колики, заболевание органов пищеварения, десен, зубов |
Ингаляция содовым раствором. Необходимо тепло и покой |
Суконная одежда, резиновые сапоги, перчатки, каска, очки, универсальный респиратор РУ - 80м, противогазы марок В, БКФ |
0,5 |
II |
В целях безопасности ведения технологического процесса необходимо соблюдать следующие основные требования:
1. Пуск в работу оборудования производить только после проверки отсутствия людей внутри аппарата или около движущихся его частей, предупреждая о пуске световыми или звуковыми сигналами.
2. Чистку оборудования производить только в спецодежде при наличии респиратора или противогаза
3. Перед ремонтом трубопроводы и оборудование должны быть опорожнены и тщательно промыты водой.
4. Фланцевые соединения трубопроводов, соединительные муфты центробежных насосов и вентиляторов должны быть заключены в кожуха.
5. Систематически следить за герметичностью оборудования.
6. Использовать переносные лампы только при условии питания их током напряжением не выше 36 вольт.
7. Все электрооборудование должно быть заземлено.
8. Запрещается производить:
- чистку и ремонт оборудования на ходу;
- подтягивание сальников при работе насоса.
9. Все рабочие должны знать инструкцию по:
- рабочему месту;
- уходу, пуску и эксплуатации обслуживаемого оборудования;
- технике безопасности, промышленной санитарии и противопожарной профилактике.
Администрация цеха должна требовать от рабочих точного соблюдения и выполнения инструкций.
10. Допуск к самостоятельной работе осуществляется только после стажировки на рабочем месте и сдачи экзамена комиссии. Проверка знаний проводится ежегодно
11.2 Основные правила первого пуска цеха в эксплуатацию
Перед пуском оборудования в эксплуатацию необходимо проверить:
1. Состояние оборудования, механизмов, КИПиА, запорной арматуры и коммуникаций;
2. Отсутствие посторонних предметов в аппаратуре;
3. Чистку рабочих мест;
4. Герметичность оборудования;
5. Отсутствие подсосов на всех вакуум линиях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате работы над курсовым проектом была достигнута поставленная цель: рассчитана абсорбционная установка для улавливания фторгазов от экстрактора в производстве ЭФК, для чего первоначально был произведен обзор необходимой литературы, позволивший больше узнать о процессе абсорбции, о видах абсорбционных аппаратов, принципах их действия, на основании чего выбрана и рассмотрена установка, состоящая из полого абсорбера и АПС.
Для выполнения требуемой задачи в первую очередь был осуществлен расчет материального баланса. В полый абсорбер поступает газа и 4 %-ной H2SiF6 276978,25 кг/ч, что соответствует количеству выходящего газа и 20 %-ной H2SiF6. Таким образом, материальный баланс сходится. Для аппарата АПС был рассчитан расход жидкой фазы (0,229 кг/с). Произведен выбор конструкционного материала, стойкого в рабочей среде (сталь Х17Н13М2Т).
Следующий этап включал расчет основных конструктивных размеров аппаратов: полый абсорбер (D = 7,8 м; Н = 12м); АПС (D = 5,5 м; Н = 16,4 м).
Как известно, для осуществления процесса необходимо вспомогательное оборудование, расчет и подбор которого также произведен в курсовой работе: был рассчитан центробежный насос марки Х160/49/2 с двигателем АО2-81-2; вентилятор марки В-Ц12-49-8-01; произведен механический расчет аппаратов на прочность.
Снижение содержания фтора в газах после абсорбции связано с совершенствованием методов щелочной абсорбции, промывкой газов большим количеством воды с получением разбавленных растворов H2SiF6, уменьшением туманообразования за счет подогрева газов перед абсорбцией, разработкой ионитных фильтров для очистки, обладающих низким гидравлическим сопротивлением.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Соколов Р. С. Химическая технология: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 т. - М.: Гуманит. изд. Центр ВЛАДОС, 2000. - Т. 1: Химическое производство в антропогенной деятельности. Основные вопросы химическое технологии. Производство неорганических веществ. - 368 с.
Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1968. - 848 с.
Технологический регламент производства ЭФК в условиях ОАО «Аммофос».
Краткая химическая энциклопедия. Т.2./ Под ред. кол. Кнунянц И.Л. - М.: Советская энциклопедия, 1967. - 1336 с.
Павлов К.Ф. и др. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.
Терещенко Л.Я., Орехов И.И., Лаптев М.Я. Технология неорганических веществ. Производство фосфорной и серной кислот. Пособие по курсовому и дипломному проектированию. - Л.: СЗПИ, 1968. - 158 с.
Дохолова А.Н. и др. Производство и применение аммофоса. - М.: Химия, 1977.
Позин М.Е. и др. Технология минеральных солей, ч.2. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Л.: Химия, 1970. - 1558 с.
Бабкин В.В., Бродский А.А. Фосфатные удобрения России. - М.: Агрохим - принт, 1995. - 464 с.
Полоцкий М.Н., Лапшенков Г.И. Автоматизация химических производств. Теория, расчет и проектирование систем автоматизации. - М.: химия, 1982. - 296 с.
Общая химическая технология: В 2 т. т.1: Теоретические основы химической технологии. /Под ред. проф. И.П. Мухленова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1977. - 287 с.
Расчеты по технологии неорганических веществ. / Под ред. М.Е. Позина. - 2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Химия, 1977. - 496 с.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по курсовому проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского - М.: Химия, 1983. - 272 с., ил.
Краткий справочник физико-химических величин. / Под ред. А.А Равделя и А.М. Пономаревой. - Л.: Химия, 1983. - 232 с.
Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчеты химической аппаратуры. - Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с.
Рамм В.М. Абсорбция газов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Химия, 1976. - 656 с.
Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т.1. - Калуга: Изд. Н. Бочкаревой, 2002. - 852 с.
Кувшинский М.Н., Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности». - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Высш. шк., 1980. - 223 с.
Соколовский А.А., Яшке Е.В. Технология минеральных удобрений и кислот: Учебник для техникумов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1979. 384 с.
Технология неорганических веществ и минеральных удобрений: Учеб. для техн. Мельников Е.Я., Салтанова В.П., Наумова А.М. и др. - М.: Химия, 1983. - 432 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Материальный баланс абсорбера. Расчет мольного состава регенерированного раствора ДЭА. Тепловой баланс абсорбера. Химический состав насыщенного абсорбента. Расчет диаметра абсорбера в наиболее нагруженном нижнем его сечении. Рабочая высота абсорбера.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.06.2010Описание технологической схемы процесса и вспомогательных материалов. Материальный баланс при переработке предельных газов. Расчет основного аппарата - колонны стабилизации. Расчет температура ввода сырья. Определение внутренних материальных потоков.
курсовая работа [66,2 K], добавлен 04.02.2016Сравнительная характеристика, выбор основного оборудования и конструкционного материала для процесса абсорбции. Физико-химическая характеристика аммиака, воздуха и воды. Расчет материального баланса аппарата, определение прочности и выбор точек контроля.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 20.10.2011Описание технологической схемы установки для разделения бензола и уксусной кислоты. Материальный баланс колонны. Рабочее флегмовое число. Скорость пара, тепловой баланс. Приближённый расчёт теплообменной аппаратуры. Дефлегматор и холодильник дистиллята.
курсовая работа [371,0 K], добавлен 22.04.2012Полугидратный способ получения фосфорной кислоты. Возможность получения экстракционной фосфорной кислоты и увеличения эффективности стадии фильтрации пульпы в 1,5-2 раза по сравнению с дигидратным способом. Характеристика сырья и готовой продукции.
курсовая работа [182,8 K], добавлен 05.04.2009Описание технологической схемы, эксплуатация и конструкция аппарата ректификационной колонны. Материальный и тепловой баланс установки. Определение высоты и массы аппарата, подбор тарелок и опоры. Гидравлическое сопротивление насадки и диаметр штуцеров.
курсовая работа [845,3 K], добавлен 30.10.2011Ознакомление с историческими фактами открытия и получения фосфорной кислоты. Рассмотрение основных физических и химических свойств фосфорной кислоты. Получение экстракционной фосфорной кислоты в лабораторных условиях, ее значение и примеры применения.
реферат [638,7 K], добавлен 27.08.2014Описание технологической схемы производства и автоматизация технологического процесса. Материальный баланс установки. Организация основного и вспомогательного производства. Расчет материального баланса технологической установки производства метанола.
дипломная работа [362,8 K], добавлен 18.05.2019Физико-химические основы процессов окисления SO2 в системе двойного контактирования и абсорбции. Расчет значения констант равновесия и выхода продукции. Материальный и тепловой балансы процессов. Разработка технологической схемы получения серной кислоты.
дипломная работа [207,8 K], добавлен 23.06.2014Материальный и тепловой расчет сушильной установки. Выбор и расчет калорифера, циклона, питателя, разгрузителя, газодувной машины и опор аппарата. Определение толщины стенки обечайки, диаметров штуцеров для ввода и вывода газа и материала, подбор фланцев.
курсовая работа [185,7 K], добавлен 18.03.2015