Разработка контактного метода производства серной кислоты

Основные опасные вещества, образующиеся при производстве серной кислоты:

- Диоксид серы. SO₂ - бесцветный газ с резким запахом. Плотность газа 2,926 г/л. Абсолютно сухой SO₂ при комнатной температуре малореакционноспособен. Сильные окислители окисляют SO₂ в SO₃, кислород окисляет только в присутствии катализатора.

Токсическое действие - раздражает дыхательные пути, вызывает спазм бронхов. При воздействии SO₂ в виде аэрозоля, образующегося при туманах и повышенной влажности воздуха, раздражающий эффект сильнее. При неблагоприятных метеорологических условиях выделение SO₂ может вызвать массовое отравление. Влажная поверхность слизистых поглощает SO₂, затем последовательно образуются H₂SO₃ и H₂SO₄. Общее действие заключается в нарушении углеводного и белкового обмена; угнетении окислительных процессов в головном мозге, печени, селезенке, мышцах. Раздражает кроветворные органы. Порог восприятия запаха - 0,003 мг/л, у наиболее чувствительных 0,00087 мг/л. Непосредственно во время воздействия раздражение глаз вызывают концентрации 0,05 мг/л; раздражение в горле - 0,02-0,03 мг/л; кашель - 0,05 мг/л. При 0,06 мг/л наблюдается сильное раздражение в носу, чихание, кашель, 0,12 мг/л можно выдержать 3 мин.; 0,3 мг/л лишь 1 мин. При более длительном воздействии наблюдается также рвота, иногда с кровью. Острые отравления со смертельным исходом редки.

ПДК максимальная разовая- 10 мг/м³. При одновременном присутствии в воздухе SO₂ и Н₂SO₄ сумма отношений фактических концентраций каждого из них в воздухе рабочей зоны к их ПДК не должна превышать единицу.

Индивидуальная защита. Меры предупреждения.

Перчатки, очки, спецодежда из кислотостойких материалов. Фильтрующий промышленный противогаз марки "В" или "В" с фильтром. Длительность защитного действия противогаза при концентрации 0,0086 мг/л - 90 мин., а противогаза с фильтром - 45 мин. Возможно использование противогаза марки БКФ с меньшим защитным действием. Защита глаз и кожи. Борьба с образованием и выделением SO₂ в воздух. Предварительные и периодические медицинские осмотры 1 раз в 24 месяца.

- Триоксид серы. SO₃ - бесцветная легкоподвижная жидкость, плотностью 1,92 г/см³ , кипящая при 44,7 ^оС и кристаллизующаяся при 16,8 ^оС. Триоксид серы, попадая в атмосферу цеха, мгновенно соединяется с водяными парами воздуха, образуя стойкий туман серной кислоты. Туман серной кислоты раздражает и прижигает слизистые оболочки верхних дыхательных путей, поражает легкие. При попадании на кожу может вызвать ожоги. Действие тумана сильнее, чем действие диоксида серы.

ПДК максимально разовая - 1 мг/м³. При одновременном присутствии в воздухе SO₂ и Н₂SO₄ сумма отношений фактических концентраций каждого из них в воздухе рабочей зоны к их ПДК не должна превышать единицу.

Индивидуальная защита. Меры предупреждения.

Спецодежда из кислотостойких материалов, очки, перчатки или рукавицы. Защита - противогаз марки БКФ с аэрозольным фильтром. Медицинские осмотры проводятся, так же как и для работающих с диоксидом серы.

- Серная кислота. H₂SO₄ - маслянистая, в чистом виде прозрачная бесцветная жидкость. температура плавления 10,35 ^оС; температура кипения 330 ^оС, плотность 1,834 т/м³. С водой смешивается во всех отношениях, выделяя большое количество тепла. Начиная с 200 ^оС, и выше выделяет пары SO₃, которые с водяным паром воздуха образуют белый туман. Концентрированная H₂SO₄ - довольно сильный окислитель.

Токсическое действие - раздражает и прижигает слизистые верхних дыхательных путей, поражает легкие. При попадании на кожу вызывает тяжелые ожоги. Аэрозоль H₂SO₄ обладает более выраженным токсическим действием, чем SO₂. Особенно тяжелые поражения при попадании серной кислоты в глаза. Обычно, H₂SO₄ встречается в воздухе предприятий вместе с SO₂ , и поэтому почти все описания отравлений относятся к совместному действию этих веществ (см. диоксид серы).

Неотложная терапия. При раздражении слизистой дыхательных путей - свежий воздух, ингаляции содового раствора. Пить теплое молоко с содой и боржомом. При попадании на кожу или слизистые крепкой кислоты - обильное промывание. При ожоге накладывают повязки с 2-3 % раствором соды. Немедленное обращение к врачу.

ПДК максимально разовая - 1 мг/м³. При одновременном присутствии в воздухе SO₂ и Н₂SO₄ сумма отношений фактических концентраций каждого из них в воздухе рабочей зоны к их ПДК не должна превышать единицу.

Индивидуальная защита. Меры предупреждения.

Фильтрующие промышленные противогазы марок В (с фильтром), БКФ, М; шланговые противогазы ПШ-1, ПШ-2. Защитные очки или маски и щитки из оргстекла и др. Спецодежда (брюки и куртки или комбинезон, фартуки, перчатки или рукавицы) из кислотостойких тканей: ШХВ-30, ШЛ, нитрон, лавсан, кислотозащитное сукно ШЛ-40, СВХ-1, смешанные ткани из лавсана с хлоропреном и др. Резиновые сапоги.

10. Вопросы экологической безопасности производства

Экологическая оценка предотвращенного ущерба, выбросами производства определяется по формуле:

Ј=гуfM (49)

где г - безразмерная константа, г=2,4 [7];

у - безразмерный показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха на территории различных типов. Для территории промышленного предприятия у=4 [7];

f - безразмерный множитель, учитывающий характер рассеивания примесей в атмосфере, f =10 [7];

М - приведенная масса готового выброса загрязнения усл.т/год, определяемая по формуле:

(50)

где m_i - годовой выброс i-компонента в атмосферу,

m_SO2=163,9 кг/ч=1298т/г;

A - показатель относительной агрессивности i-компонента, A_i=16,5 усл.т/т [7] ;

N - общее число компонентов, выбрасываемых источником в атмосферу, N=1.

Подставляя полученное значение получим:

Ј=2,4·4·16,5·10·1298=2056032руб/год.

11. Оценка сырьевых и энергетических затрат

Теоретически требуется серы:

S=62,5·32/98=20,41т/ч.

Коэффициент сгорания S=0,999. 0,4% оксида серы не окислится, 0,1% триоксида серы не поглотится в абсорбере.

Практически требуется серы:

S=20,41·0,995=20,31т/ч

Цена 1тонны серы 3000 рублей.

Затраты на серу составят:

20,41·3000=61230 руб./ч. или 484,941млн. руб./год.

Энергозатраты:

Количество тепла, выделяющегося при получение 1 т серной кислоты в результате сжигания серы: 3,03 млн. кДж;

Количество тепла, выделяющегося при получение 1 т серной кислоты в результате окисления оксида серы: 0,98 млн. кДж.

Выход энергетического пара составит:

3,03+0,98=4,01 млн кДж.

Теплосодержание энергетического пара 3330 кДж/кг.

Выход энергетического пара составит:

4,01/3,33=1,2 т/т

Для производства 62,5т/ч по моногидрату выход энергетического пара составит 75 т/ч

Удельный расход энергии для производства 1т. серной кислоты составляет 85 кВт/ч;

Стоимость 1 кВт/ч составляет 4руб.

Энергозатраты составят:

85·4=340руб./ч или 2,692млн руб./год.

Для производства 62,5 т/ч по моногидрату энергозатраты составят 21250руб./ч или 168,250млн. руб/год.

Общие затраты на производство 62,5 т/ч по моногидрату составят:

21250+61230=82480руб./ч или 653,191 млн. руб/год.

12. Выводы

В ходе курсового проекта, ознакомившись с существующими схемами и оборудованием контактного отделения, выбрана схема ДК-ДА. Схема двойного контактирования и двойной абсорбции обладает возможностью достижения высокой степени контактирования (99,6%) и уменьшением размеров контактного аппарата и абсорберов за счет повышения концентрации газа. Выбран контактный аппарат с выносными теплообменниками.

Выполнен расчет материального и теплового балансов схемы контактного аппарата, осуществлен выбор средств контроля и автоматизации процесса.

Выполнен расчет основного и дополнительного оборудования. Контактный аппарат диаметром 8,7м и высотой 15 метров имеет четыре слоя ванадиевого катализатора. Общая высота слоев равна 1,86м. Рассчитаны температуры по каждому слою по участкам.

Также был произведён выбор конструкционного материала и расчет на прочность, в результате чего мы установили необходимую для обеспечения надежной и безопасной работы оборудования толщину обечайки.

Список литературы

1 Амелин, А.Г. Технология серной кислоты. / А.Г. Амелин. - М.: Химия, 1971. - 496с.

2 Васильев, Б.Т. Технология серной кислоты./ Б.Т. Васильев, М.И. Отвагина. - М.: Химия, 1985. - 384с.

3 Справочник сернокислотчика. / Под ред. К.М.Малина - М.: Химия, 1971. - 744с.

4 Карапетьтьянц ,М.Х. Химическая термодинамика. / М.Х. Карапетьтьянц. - М.:Химия, 1975. - 584с.

5 Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник /В.Я. Баранов, Т.Х. Безновская, В.А. Бек и др.; Под. ред. В.В. Черенкова. Л. Машиностроение. Ленингр. отд-ние.1987.-847с.

6 Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии./ Ю.И. Дытнерский , Г.С. Борисов, В.П. Брыков и др. - М.: ООО ИД "Альянс", 2008.-496 с.

7 Беспамятнов, Г.П. ПДК вредных веществ в воздухе и в воде. / Г.П. Беспамятнов, К.К. Богушевская, А.В. Беспамятова. - Л.: Химия, 1975.-456с.

8 Тетеревков, А.И. Оборудование заводов неорганических веществ и основы проектирования. / А.И. Тетеревков, В.В. Печковский. - Минск: Высшая школа,1981.-326с.

9 Расчёты по технологии неорганических веществ. Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. / Под ред. М.Е. Позина. - Л.: Химия, 1977. - 496с.

10 Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А.А. Равделя и A.M. Пономаревой. - Л.: Химия, 1983. - 232с.

11 Когтев, С.Е. Методические указания по разработке раздела "Физико-химические основы процесса" в комплексном курсовом проекте для студентов спец. 250200 всех форм обучения / НГТУ; Сост.: С.Е.Когтев, Н.В.Ксандров, И.Н.Постникова и др. Н.Новгород, 1999.- 24с.

12 Ксандров, Н.В. Методические указания по разработке раздела "Материальный и тепловой балансы" в комплексном курсовом проекте для студентов спец. 250200 всех форм обучения / НГТУ; Сост.: Н.В.Ксандров, А.С. Борисенко, Ю.И. Михайлов и др. Н.Новгород, 2004.- 25с.

13 Справочник химика./ Под ред. Никольского Б.П., т. III. - М. - Л.: Химия, 1964. - 1008 с.

14 Павлов, К.Ф.. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. - Л.: Химия, 1981. - 560с.

Размещено на Allbest.ru