Производство азотной кислоты под повышенным давлением

Таблица 4 - График аналитического контроля

Наименование анализируемого продукта	Место отбора проб	Характер пробы	Частота отбора проб	Что определяется	Норма НТР	Кто отбирает	Кто анализирует
Газообразный аммиак	Из коллектора газообразного аммиака до узла отмывки	Разовая	По требованию По требованию	Масло Железо	Не регламентируется н/б 0,2 мг/м3	Аппаратчик в присутствии лаборанта Аппаратчик в присутствии лаборанта	Лаборант ЦХЛ Лаборант ЦХЛ
Газообразный аммиак	Из коллектора газообразного аммиака после узла отмывки	Разовая	По требованию По требованию	Масло Железо	н/б 0,5 мг/м3 н/б 0,2 мг/м3	Аппаратчик в присутствии лаборанта Аппаратчик в присутствии лаборанта	Лаборант ЦХЛ Лаборант ЦХЛ
Газообразный аммиак	Из коллектора газообразного аммиака после КАПА	Разовая	По требованию По требованию	Масло Железо	н/б 0,5 мг/м3 н/б 0,2 мг/м3	Аппаратчик в присутствии лаборанта Аппаратчик в присутствии лаборанта	Лаборант ЦХЛ Лаборант ЦХЛ
Жидкий аммиак	Из коллектора жидкого аммиака	Разовая	По требованию	Масло	н/б 0,2 мг/м3	Аппаратчик	Дневной лаборант
Воздух атмосферный	Из коллектора всаса в турбокомпрессор	Средняя за 8 часов	1 раз в месяц с каждого агрегата	Запыленность Масло	н/б 0,007 мг/м3 не нормируется	Лаборант Лаборант	Лаборант Лаборант
Аммиачно-воздушная смесь	Из каждого контактного аппарата до катализатора	Разовая	По требованию	NH3	9,5-11,0	Дневной лаборант	Лаборант
Аммиачно-воздушная смесь и нитрозные газы	Из каждого контактного аппарата до и после катализатора	Разовая	1 раз в неделю с каждого агрегата	Степень конверсии NH3	н/м 90,0% 9,5-11,0	Дневной лаборант Дневной лаборант	Дневной лаборант Дневной лборант

Методы аналитического контроля

?. Выполнение измерения массовой концентрации хлоридов в азотной кислоте определяется меркуриметрическим методом (с нитропруссидом натрия).

Продолжительность анализа 10 мин.

Метод измерений титриметрический, основан на взаимодействии хлоридов с азотнокислой ртутью с образованием малодиссоциированных молекул хлорида ртути.

2Cl-+Hg(NO3)2 =HgCl2 +2NO3- (12)

Анализируемый раствор титруют раствором азотнокислой ртути в присутствии нитропруссида натрия, который взаимодействует с избытком ионов ртути с образованием белого нерастворимого осадка нитропруссида ртути.

В лаборатории все работы с кислотой ведут под тягой. Растворы солей ртути являются ядами. При работе с солями ртути следует отходы сливать в бутыль с концентрированными растворами щелочи и в дальнейшем регенерировать.

Отбор проб.

Пробу азотной кислоты отбирают из общего коллектора в специально отведенном месте. Пробоотборная точка оборудована напорным вентилем. Перед отбором пробы вентиль отворачивают и отмывают пробоотборную точку. Кислоту отбирают в толстостенную склянку с завинчивающейся или притертой пробкой, ополоснув анализируемой кислотой.

??. Массовую долю оксидов азота в HNO3 определяют титриметрическим методом.Диапазон определений 0,02 - 0,6 %. Продолжительность анализа 30 минут. Метод основан на окислительно-восстановительном взаимодействии перманганат-ионов с оксидами азота, с последующим титрованием избытка марганцовокислого калия раствором сернокислого закисного Fe.

Выполнение измерений.

В коническую колбу вместимостью 250 см3 вносят цилиндром 50 см3 раствора KMnO4 +10 мл H2SO4. Перемешивают , прибавляют 10 мл HNO3 (исследуемой). Колбу закрывают, энергично встряхивают в течение 3 мин до полного поглощения оксидов азота.

Титруют раствором сернокислого железа до обесцвечивания, а затем прибавляют по каплям KMnO4 до розовой окраски.

Вычисление результата измерений.

Массовую долю оксидов азота определяем по формуле:

С (13)

где: V1 - суммарный объем раствора KMNO4

C HNO3 - концентрация кислоты,используемой в анализе, мл.

V2 - суммарный объем FeSO4 С =0.1моль/дм3, см3.

0,0046 - масса четырехоксидного азота, соответствующая 1 мл раствора KMnO4,

V - объем HNO3, мл

p - плотность HNO3, г/см3

???. Методика определения массовой доли остатка после прокаливания HNO3.

Методика предназначена для контроля одного из качественных показателей концентрированной азотной кислоты.

Принцип метода гравиметрический, основанный на определении изменения массы пробы в результате ее упаривания и прокаливания.

В интервале определяемых массовых долей остатка после прокаливания от 0,004 до 0,034% в концентрированной HNO3 пределы допустимого значения абсолютной суммарной погрешности результатов измерения не превышает 0,0014% при доверительной вероятности P=0.95. За результат анализа принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, абсолютное расхождение между которыми не превышает значения допускаемого расхождения = 0,0022%. Навеска кислоты должна быть не менее 28грамм.

Отбор кислоты производят в бюкс, взвешивают, переносят кислоту в предварительно прокаленный и взвешенный тигель (выпарительную чашку) и вновь взвешивают.

Методика выполнения анализов.

Навеску кислоты 30 г помещают в выпарную чашу и осторожно выпаривают досуха вначале на водяной, затем на песчаной бане.

Остаток прокаливают в электрической печи в течение 1 часа. После прокаливания чашу с остатком охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Обработка результатов

Массовую долю остатка после прокаливания (Х)

Х (14)

где: m - масса навески кислоты, г;

m1 - масса чаши (тигля) с остатком после прокаливания, г;

m2 - масса пустой чаши.

1.6.4 Отходы производства.

При производстве неконцентрированной азотной кислоты образуются твердые, жидкие и газообразные отходы.

Твердые отходы-это отходы отработанных катализаторов, бытовые отходы (макулатура, пищевые отходы), промышленный мусор (промасленная ветошь), отходы образованные при выполнении ремонтных работ (огарки электродов, металлолоd, прокладочный материал, сальниковая набивка).

Твердые отходы собирают в контейнеры и отправляют в переработку, либо на захоронение.

Жидкие отходы-это отходы отработанных масел и водные химзагрязненния, образованные при смыве проливов азотной кислоты и при промывке аппаратов во время вывода оборудования в ремонт.

Отходы отработанных масел собирают в баки для отработанного масла, затем их отправляют на регенерацию. Химзагрязненные воды собирают в нейтрализаторы, где проводят нейтрализацию присутствующей в них азотной кислоты.Далее, путем разбавления водой доводят содержание вредных веществ в водных стоках до нормы, после чего сливают в химзагрязненную канализацию для последующей биохимической очистки.

Газообразные отходы в производстве азотной кислоты-это очищенные «хвостовые» газы и вентиляционные выбросы, поступающие в атмосферу через, выхлопные и вентиляционные трубы из технологического цикла и производственных помещений. В них содержатся оксиды азота, пары азотной кислоты, аммиак, абразивная пыль от заточных станков. Так как оксиды азота наносят большой вред окружающей среде, то перед выбросом их в атмосферу, оксиды востанавливают до элементарного азота и тем самым уменьшают содержание NO до 0,005%.

1.7 Охрана труда и промышленная экология (ОТ)

Цех по производству слабой азотной кислоты относится к производствам с вредными и опасными условиями труда. Наличие в цехе агрессивных жидкостей, токсичных и горючих газов (аммиака, оксидов азота, паров азотной кислоты, природного газа, аммиачно-воздушной смеси, азотоводородной смеси); давления, высокой температуры в аппаратах, трубопроводов; большого количества оборудования и электрооборудования; приходных механизмов, все это обуславливает строгие соблюдения правил и норм техники безопасности, противопожарной безопасности, производственной санитарии, правил эксплуатации оборудования. Необходимо знать свойства токсичных, агрессивных, горючих и отравляющих жидкостей и газов и уметь пользоваться необходимыми средствами защиты при работе с ними.

Основы техники безопасности

Открытые проемы в межэтажных перекрытиях, площадки, переходные мостики должны иметь ограждение высотой 1 метр, а в нижней части ограждения должны располагаться бортик или защитная полоса высотой 150 мм от уровня пола.

Все фланцевые соединения напорных кислотопроводов должны иметь предохранительные кожуха.Все движущиеся и вращающиеся части насосов, вентиляторов должны иметь надежное ограждение.Подтягивание болтов фланцевых соединений трубопроводов, а также проведение работ на оборудовании, находящегося в рабочем состоянии, под давлением не допускается.

При необходимости использования пара через резиновые шланги необходимо:

- проверить прочность, исправность шланга;

- проводить работы с минимальным давлением пара в шланге, а при работе на высоте - с лестницы, в обязательном присутствии дублера.

Строго следить за поддержанием соотношения аммиака в воздушно аммиачной смеси в пределах нормы. Повышенное содержание аммиака в АВС может привести к взрыву. В процессе работ запрещается отключать приборы, сигнализацию и блокировки, так как это может привести к взрыву аммиачновоздушной смеси.

Содержать в чистоте и боевой готовности средства пожаротушения, не загромождать к ним подходы. Имеются следующие средства пожаротушения и связи:

- ящики с пожарным песком, совки;

- огнетушители ОУ-5;

- асбестовое полотно;

- пожарные извещатели.

Не загромождать обслуживаемые площадки и проходы. На рабочем месте должно быть чисто на протяжении всего рабочего дня.

В зимнее время расчищать от снега и наледей, посыпать песком пешеходные дорожки и обслуживаемые площадки.Следить за исправностью заземления электрооборудования, аппаратов, трубопроводов.

В случае разлива кислоты немедленно перекрыть ее поступление к месту разлива, нейтрализовать ее содой, смыть оборотной водой.

Защита от поражения электрическим током

Для человека представляет опасность ток силой более 0,05 А и напряжением более 12 В.

Неосторожное обращение с электрическими приборами и проводами, находящимися под напряжением, может привести к местному ожогу или общему поражению человека током, даже со смертельным исходом при 0,1 А. Ток особенно опасен в условиях повышенной влажности воздуха. При этом под напряжением могут оказаться не только токоведущие части электрооборудования, но и посторонние металлические предметы.

Оказывая помощь пострадавшему, необходимо помнить, что нельзя прикасаться голыми руками к человеку, находящегося под напряжением. Вначале следует выключить рубильник на участке, где произошло поражение током, если это невозможно, необходимо от пострадавшего отсоединить источник тока с помощью неэлектропроводных подручных средств.

Основы пожарной безопасности

Пожары могут возникнуть по различным причинам:

- короткое замыкание при неисправности электрооборудования или повреждения электропроводки;

- из-за перегруза электродвигателей;

- при самовоспламенении горючих материалов, пропитанных азотной кислотой;

- при проведении газо- и электросварочных работ вблизи мест нахождения горючих веществ, загорании смазки, применяемой для смазки подшипников.

Основными условиями, обеспечивающими противопожарную безопасность, являются:

- точное соблюдение технологического режима;

- поддержание электрооборудования и электропроводки в исправном состоянии;

- выполнение требований пожарной безопасности при выполнении огневых работ;

- соблюдение чистоты рабочих мест.

При порыве уплотняющих прокладок на кислотных коммуникациях следует принимать меры к тому, чтобы кислота не попала на электрические кабели. При воспламенении электрических проводов необходимо отключить их от источника и тушить пламя полотном из стеклоткани, порошковым или углекислотным огнетушителем.

Загоревшуюся ветошь, пропитанную маслом, нельзя тушить водой. Для этой цели надо применять песок, углекислотные огнетушители.

Основы взрывоопасности

Взрывы могут произойти по следующим причинам:

- выделение газообразного или жидкого аммиака при нарушении герметичности коммуникаций, аппаратов КАПА;

- выделение азотоводородной смеси, водорода для розжига контактных аппаратов при нарушении герметичности, образование взрывоопасной концентрации водород-воздух;

- выделение природного газа при нарушении герметичности коллектора подачи природного газа к камере сгорания турбины, образование взрывоопасной концентрации природный газ-воздух;

- нарушение соотношения аммиак-воздух в смесителях, образование взрывоопасной концентрации аммиак-воздух, взрыв в контактном аппарате.

Основными условиями, обеспечивающими взрывобезопасность, являются:

- точное соблюдение технологического режима;

- поддержание в работоспособном состоянии систем противоаварийной защиты;

- строгий контроль за герметичностью аппаратов, коммуникаций, содержащих взрывообразуемые среды;

- проведение продувок аппаратов и коммуникаций от природного газа, азотоводородной смеси, аммиака только через свечи в атмосферу;

- эксплуатация аппаратов, работающих под давлением, согласно действующим "Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением";

- эксплуатация газопроводов для горючих газов (природный газ, аммиак, азотоводородная смесь) согласно "Правилам устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов".

Промышленная санитария.

Производство слабой азотной кислоты под давлением 0,73 МПа связано с выбросами отработанных «хвостовых» газов в атмосферу и сбросом сточных вод в канализацию,которые являются отходами производства.

Для предотвращения загазованности территории предприятия и окружающих жилых кварталов предусмотрена каталитическая очистка «хвостовых» газов после абсорбционных колонн природным газом на двухступенчатом катализаторе очистки до остаточного содержания оксидов азота - не более 0,005% объемных и аммиака - не более 0,015% объемных.

Выброс очищенных «хвостовых» газов осуществляется через трубу высотой 150 м.Стоки из цеха выводятся по трем видам канализаций: химгрязной, промливневой, хозфекальной.

В канализацию химгрязных сточных вод поступают стоки из нейтрализаторов, в один из них поступают сбросные воды из производственного корпуса, которые предварительно собираются в технологическом канале и насосом откачиваются в нейтрализатор, куда подается известковое молоко. Второй нейтрализатор загружен доломитом. Туда поступают стоки из корпуса бытовых и вспомогательных помещений. Постоянных технологических стоков из цеха в химгрязную канализацию нет.

В канализацию промливневых сточных вод поступают: сбросные воды из бака-барботера, внутренние водостоки с крыш производственного корпуса отделений конверсии и турбокомпрессии, от питьевых фонтанчиков, атмосферные осадки, ливневые стоки с блока бытовых и вспомогательных помещений, с лотка насоса .

В хозфекальную канализацию сбрасываются стоки из производственного и бытового корпуса.

На складе азотной кислоты предусмотрена бессточная схема. Канализационные коллекторы и колодцы отсутствуют. Проливы кислоты и смывные воды из насосных складов собираются в дренажных баках, откуда насосами откачиваются в хранилища склада.

Проливы кислоты из хранилищ азотной кислоты собираются в поддонах и далее насосами могут быть откачаны в хранилища .

В случаях аварийных остановок агрегатов нитрозные газы через электрозадвижку сбрасываются в атмосферу, кислота из абсорбционной и продувочных колонн отводится в дренажный бак, откуда насосом откачивается в хранилища склада.

При остановках на ремонт, для освобождения коммуникаций и аппаратов от жидкого аммиака, предусмотрена аварийная емкость аммиака, снабженная паровым змеевиком. Испарившийся аммиак выдается в общую сеть давлением не более 0,5 МПа.

Жидкий аммиак - при температуре минус 77,70С превращается в белоснежную кристаллическую массу. Попадая на кожу, он вызывает сильные ожоги. В этом случае необходимо сначала насухо вытереть обожженное место чистой тканью, промыть водой, смазать сульфидиновой эмульсией и обратиться в медпункт. При попадании брызг в глаза следует немедленно промыть их водой и обратиться в медпункт. При работе с жидким аммиаком необходимо пользоваться резиновыми перчатками, фартуком, сапогами и защитными очками, иметь при себе противогаз марки КД или М.

Газообразный аммиак в смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь (17 - 20% объемных аммиака). При отравлении им наблюдается раздражение слизистых оболочек, кашель, боль в груди, головокружение, тошнота, рвота. При тяжелых отравлениях может быть отек легких. Пострадавшего необходимо немедленно вывести на свежий воздух, дать кислородную подушку, вызвать врача. ПДК аммиака в воздухе производственных помещений 20 мг/м3. Средства защиты: фильтрующий противогаз марки КД или М, резиновые перчатки, сапоги.

Оксиды азота - выделяются из аппарата в виде диоксида азота - газа красно-бурого цвета. Они раздражающе действуют на легкие, в тяжелых случаях вызывают их отек. Пострадавшего необходимо вынести из загазованного помещения, дать кислородную подушку, обеспечить покой и тепло. Отравление оксидами азота опасно тем, что последствия его могут сказаться не сразу после отравления, а через некоторое время, поэтому пострадавший должен находиться под медицинским наблюдением в течение последующих двух суток. Признаки отравления оксидами азота: тошнота, рвота, головная боль. Средства защиты: противогазы марки В или М. ПДК оксидов азота в производственных помещениях 5,0 мг/м3 (в пересчете на диоксид азота).

Азотная кислота - вызывает ожоги кожного покрова и слизистых оболочек. Животные и растительные ткани при воздействии азотной кислоты разрушаются. Органические вещества: бумага, масла, опилки - при соприкосновении с концентрированной азотной кислотой самовозгорают. При попадании кислоты на кожу необходимо немедленно промыть пораженное место водой, смазать вазелином и обратиться в медпункт. При попадании брызг кислоты в глаза, их необходимо промыть большим количеством воды и обратиться в медпункт. Средства защиты: противогазы марки. В и М.

Природный газ - в смеси с воздухом горит и взрывается. Температура воспламенения 5370С. Предел взрываемости 4,9 - 15,98% объемных. Природный газ производит отравляющее воздействие на организм человека, в больших концентрациях - удушье. Средства защиты: противогазы марки СО и М, при высоких концентрациях - изолирующие противогазы.

Азот - бесцветный газ, не имеющий запаха, легче воздуха. Атмосфера, обогащенная азотом, вредно воздействует на организм человека, с увеличением содержания азота в атмосфере уменьшается содержание кислорода. При удушье в атмосфере азота необходимо надеть изолирующий противогаз; пострадавшего вынести из зоны загазованности, вызвать скорую помощь, если необходимо, то сделать искусственное дыхание. Для обеспечения нормального режима работы в производстве слабой азотной кислоты необходимо выполнять следующие условия:

- строгое выполнение технологического регламента, рабочих инструкций по технике безопасности и противопожарной безопасности, производственной санитарии, общих инструкций по предприятию при выполнении работ в газоопасных местах, инструкций по стадиям и видам ремонтов оборудования, огневых работ, работ на высоте.

2. Расчетная часть

2.1 Материальный расчет

Исходные данные.

Производительность агрегата по азотной кислоте

в пересчете на моногидрат, т/год 680000

Степень окисления аммиака, % 97

Степень абсорбции диоксида азота, % 99

Общий выход, % 96

Содержание аммиака в АВС, % объемных 11

Давление в системе, МПа 0.73

Водяные пары воздуха, % объемных 1.91

2.1.1 Предварительный расчет

П=680000*1000/(365-14)*24*0.975=82791.54кг/ч=82.79т/ч

где 365 - количество дней в году;

14- количество дней на ремонт и простой оборудования;

0.975 - коэффициент использования оборудования.

Определяем количество агрегатов, обеспечивающих данную производительность:

82.79 / 14.7 = 5.64?6 агрегатов

где: 14.7 - часовая производительность (заводские данные)

Принимаем 6 агрегатов, тогда производительность одного агрегата составит:

П=82.79515*1000/6 = 13798.58 кг/ч=13.798 т/ч

2.1.2 Материальный баланс контактного аппарата.

Теоретический расход аммиака на 13.798 т/ч моногидрата согласно уравнению составит:

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O (2.1)

G(NH3) = M(NH3) * П / M(HNO3) = 17*13798.58 /63 = 3723.43кг/ч

n(NH3) = G(NH3) / M(NH3) = 3723.43 / 17 = 219.03 кмоль/ч

V(NH3) = G(NH3) * (22.4/ M(NH3)) = (3723.43*22.4) / 17 = 4906.16 м3/ч

где: 17;63 - молекулярные массы аммиака и азотной кислоты;

22.4 - объем 1 кмоль газообразного аммиака при н.у.

Фактический расход аммиака при степени конверсии 97% и степени поглощения 99% оксидов азота равен:

G(NH3)? = 3723.43 / (0.97*0.99) = 3877.36 кг/ч

V(NH3)? = 5109 м3/ч

n(NH3)? = 228.08 кмоль/ч

Кроме того 1% аммиака, то есть 3877.36 * 0.01 = 38.77 кг/ч превращается и теряется после абсорбционной колоны. Таким образом, фактический расход аммиака составит:

G(NH3) = 3877.36 + 38.77 = 3916.13 кг/ч

n(NH3) = 230.36 кмоль/ч

V(NH3) = 5160.06 м3/ч

Определяем расход воздуха при содержании 11% аммиака в АВС:

n(возд) = 230.36*(100-11) / 11 = 1863.8 кмоль/ч

Количество водяных паров, вносимых потоком воздуха составит:

1863.8 - 100%

Х - 101.91%

n(возд) = 1863.8 * 101.91 = 1899.39 кмоль/ч

где: 101.91% - общий процент приходящийся на влажный воздух.

n(H2О) = 1899.39 - 1863.8 = 35.59 кмоль/ч

G(H2О) = 797.2 кг/ч

V(H2О) = 640.62 м3/ч

Приняв, что воздух содержит 21% О2 и 79% N2, определяем количество кислорода, поступающего в систему с потоком воздуха:

n(О2) = 1863.8 * 0.21 = 391.4 кмоль/ч

G(О2) = 391.4 * 32 = 12524.8 кг/ч

V(О2) = 8767.36 м3/ч

Определяем количество азота, поступающего в систему с потоком воздуха:

n(N2) = 1863.8 - 391.4 = 1472.4 кмоль/ч

G(N2) = 41227.2 кг/ч

V(N2) = 32981.76 м3/ч

Рассчитываем количество оксидов азота, образующего по реакции

4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О + Q (2.2)

n(NО) = 230.36 * 0.97 = 223.45 кмоль/ч

G(NО) = 6703.5 кг/ч

V(NО) = 5005.28 м3/ч

где: 0.97 - степень окисления аммиака.

Количество азота, образующегося по реакции (2.3) составит:

4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2О + Q (2.3)

n(N2) = (230.36 - 223.45) / 2 = 3.45 кмоль/ч

G(N2) = 93.8 кг/ч

V(N2) = 75 м3/ч

Определим количество азота в газовой смеси после окислителя аммиака:

n(N2) = 1472.4 + 3.45 = 1475.85 кмоль/ч

G(N2) = 41323.8 кг/ч

V(N2) = 33059.04 м3/ч

Определяем количество воды, образующейся по реакциям (2.2) и (2.3), которая находится в парообразном состоянии:

n(пар) = 230.36 * (6/4) = 345.54 кмоль/ч

G(пар) = 6129.72 кг/ч

V(пар) = 7740.1 м3/ч

Количество водяных паров в газовой смеси после окисления аммиака составит:

n(H2O пар) = 345.54 + 35.59 = 381.13 кмоль/ч

G(H2O пар) = 6860.34 кг/ч

V(H2O пар) = 8537.3 м3/ч

Расход кислорода на окисление аммиака до оксида азота рассчитываем по реакции (2.2) составит:

nI(О2) = 223.45 * (5/4) = 279.31 кмоль/ч

GI(О2) = 8937.92 кг/ч

VI(О2) = 6256.54 м3/ч

Количество кислорода, расходуемого на окисление аммиака до азота по реакции (2.3) составит:

n2(О2) = (3/4 * 6.9) = 5.18 кмоль/ч

G2(О2) = 165.6 кг/ч

V2(О2) = 112.67 м3/ч

Расход кислорода по реакции (2.2) и (2.3) составит:

n(О2) = nI(О2) + n2(О2) = 279.31 + 5.18 = 284.49 кмоль/ч

G(О2) = 9103.68 кг/ч

V(О2) = 6372.58 м3/ч

Определяем количество кислорода, оставшегося в газовой смеси после окисления:

n(О2) = 391.4 - 284.49 = 106.91 кмоль/ч

G(О2) = 3421.12 кг/ч

V(О2) = 2394.78 м3/ч

Полученные данные заносим в таблицу 5.

Таблица 5 - Материальный баланс контактного аппарата в производстве азотной кислоты

Приход	Расход
Компонент	кмоль/ч	кг/ч	% масс	нм3/ч	Компонент	кмоль/ч	кг/ч	% масс	нм3/ч
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
NH3	230.36	3916.16	6.72	5160.06	NO	223.45	6703.5	11.5	5005.28
O2	391.4	12524.8	21.48	8767.36	O2	106.91	3421.12	5.87	2394.78
N2	1472.4	41227.2	70.7	32981.76	N2	1475.85	41323.8	70.87	33059.04
H2O	35.59	640.62	1.1	797.22	H2O	381.13	6860.34	11.76	8537.3
Всего	2129.75	58308.75	100	47706.4	Всего	2187.34	58308.76	100	48996.4

2.1.3 Материальный баланс котла-утилизатора

Нитрозные газы из контактного аппарата поступают в котел-утилизатор, где происходит частичное окисление NO в NO2 .

Степень окисления NO в NO2 на данных стадиях процесса составляет 0.885, согласно литературным и практическим данным.

Определяем количество оксидов азота, которые не окислились:

n1(NО) = 223.45 - 197.75 = 25.7 кмоль/ч

G1(NО) = 771 кг/ч

V1(NО) = 575.68 м3/ч

Количество образовавшегося диоксида азота равно:

NO + ? O2 = NO2 (2.4)

n(NО2) = 197.75кмоль/ч

G(NО2) = 9096.5 кг/ч

V(NО2) = 4429.6 м3/ч

Расход кислорода, который необходим на окисление оксидов азота согласно реакции (2.4) составит:

n(О2) = 197.75 / 2 = 98.875 кмоль/ч

G(О2) = 3164 кг/ч

V(О2) = 2214.8 м3/ч

Определяем количество кислорода в газовой фазе после окисления оксидов азота:

n(О2) = 106.91 - 98.875 = 8.035 кмоль/ч

G(О2) = 257.12 кг/ч

V(О2) = 179.98 м3/ч

Состав нитрозных газов после котла-утилизатора сводим в таблицу 2.

Таблица 6 - Материальный баланс котла-утилизатора

Приход	Расход
Компонент	кмоль/ч	кг/ч	% масс	нм3/ч	Компонент	кмоль/ч	кг/ч	% масс	нм3/ч
NO	243.45	6703.5	11.5	5005.28	NO	25.7	771	1.32	575.68
O2	106.91	3421.12	5.87	2394.78	NO2	197.75	9096.5	15.6	4429.6
N2	147.85	41323.8	70.87	33059.04	O2	8.035	257.12	0.45	179.98
H2O	381.13	6860.34	11.76	8537.3	H2O	381.13	6860.34	11.76	8537.3
					N2	1475.85	41323.8	70.87	33059.04
Всего	2187.34	58308.76	100	48996.4	Всего	2088.465	58308.76	100	46781.6

Расчёт расходных коэффициентов.

Теоретические расходные коэффициенты.

Теоретические расходные коэффициенты считаем по суммарному расходному уравнению

z y x 1т

2NH3+1,5O2+H2O=2HNO3

2*30 1,5*32 18 2*63

a y1 0.47

4NH3+ 5O2=4NO+6H2O

4*17 5*32 4*30

O2= y+ y1=0,381+0,635=1,016 m O2/mHNO3

H2O - 0.14 mH2O/mHNO3 NO - 0.47 mNO/mHNO3

NH3 - 0.25 mNH3/mHNO3 O2 - 1.016 mO2/mHNO3

Практические расходные коэффициенты. Рассчитываем на основании данных материального баланса.

Производительность агрегата - 13.798 т/ч

NH3 = 3.4/(13.798*0.97)=0.25 mNH3/mHNO3

O2 = 12.7/(13.798*0.97) = 0.9mO2/mHNO3

H2O = 1.6/(13.798*0.97) = 0.1 mH2O/mHNO3

Вывод: практические расходные коэффициенты всегда больше теоретических, так как в любом производстве существуют технологические потери. Любое предприятие стремится к уменьшению разности между практическими и теоретическими расходными коэффициентами.

2.2 Тепловой баланс

Цель: найти температуру tх , до которой необходимо нагревать АВС для обеспечения автотермичности процесса окисления.

1. Вычисляем общий объем АВС, необходимый для производства 680000 т HNO3.

Vсм = V(NH3) + Vсв + V(H2O) = 4906.16 + 41655.04 + 797.2 = 47358.42 м3

2. Определяем концентрацию компонентов АВС, % объемные:

- аммиака;

?ам = ( V(NH3) / Vсм) * 100% = (4906.16 / 47358.42) * 100% = 10.4

- сухого воздуха;

?см = ( Vсв / Vсм) * 100% =(41655.04 / 47358.42) *100% = 87.9

- воды;

? (Н2О) = ( V(Н2О) / Vсм) * 100% = (797.22 / 47358.42) * 100% = 1.7

3. Рассчитываем среднюю теплоемкость АВС:

Сср=0.01(35.8*?ам +28.7*?см+32.6*?(Н2О)) = 0.01(35.8*10.4+28.7*87.9+32.6*1.7)=32.8 кДж

Где 35.8; 28.7; 32.6 - теплоемкости аммиака, сухого воздуха и паров воды.

4. Определяем теплоту, вносимую АВС:

Q1 = Сср*(Vсм/22.4)*tx = 32.8*(47358.42/22.4)*52 = 3606005 кДж

5. Вычисляем теплоты, выделяемые при протекании реакций (1),(2):

Q2 = (905800/4 * VNO / 22.4) + (1266960/1 * V(N2) / 22.4) =

= (905800/4 * 5160/06 / 22.4) + (1266960/1 * 75 / 22.4) = 53437597 кДж

6. Находим общий объем нитрозного газа:

Vнит = VNO + V(O2) + V(N2) + V(H2O) = 5005.28+2394.78+33059.04+8537.3=48996.4 м3

7. Определим концентрацию компонентов нитрозного газа, % объемные

NO ?NO=( VNO / Vнит) * 100% =10.22

О2 ?(О2)=( V(О2) / Vнит) * 100% =4.89

N2 ?(N2)=( V(N2) / Vнит) * 100% =67.47

H2O ? (Н2О) =( V( Н2О) / Vнит) * 100% =17.42

8. Вычисляем среднюю теплоемкость нитрозного газа:

Ссрн = 0.01(31.68*10.22+32.3*4.89+37.4*17.42+30.8*67.47) = 32.2 кДж

где: 31.68; 32.3; 37.4; 30.8 - теплоемкости компонентов нитрозного газа при температуре tr, ккал/(кмоль*К)

9. Рассчитаем теплоту, уносимую нитрозными газами. Контактный аппарат и котел-утилизатор смонтированы в виде единого агрегата.

Q3= Ссрн *(Vнит/22.4)*tr = 32.2*(48996.4/22.4)*800 = 56345856 кДж

10. Вычислим значение tx:

tx = (22.4/32.8*47358.42)*((56345856/1-0,04)-5343759) = 520 С

11. Определим теплопотери в окружающую среду:

Qпот = K4 (Q1 + Q2) = 0.04*(3606005 + 53437597) = 0.04*57043602 = 281744 кДж

Приход	Расход
Q1	3606005	Q3	56345856
Q2	53437597	Qпот	281744
Всего	57043602	Всего	56627600

2.3 Конструктивный расчет

Если применяется комбинированный катализатор (платиноидные сетки и слой неплатинового катализатора - активного и стойкого при данной температуре).

Количество платиноидных сеток диаметром нитей 0,009 см должно составлять не менее половины от нормального расчетного количества.

Слой неплатинового катализатора в 50 мм заменяет две платиноидные сетки. Высота слоя в данном случае активированного и термостойкого железоалюминиевого катализатора составит

где: - количество сеток, шт.;

тогда

Определим объем катализатора в контактном аппарате и время контакта газа с катализатором по следующим исходным данным:

Производительность конвертора 680000 т/год

Давление 0,73 МПа

Температура 900 °С

Степень превращения 97%

На 1 т азотной кислоты расходуется 3637 м3 аммиачно-воздушной смеси.

Зная производительность конвертора 13798.58 кг/ч, найдем расход циркулирующего газа с учетом степени превращения:

Объем катализатора:

Время конверсии при температуре окисления аммиака 900°С можно определить по уравнению

где: ? - выход оксида азота,%.

При выходе оксида азота, равном 97%

отсюда

Площадь сечения Ѕ конвертора будет ровна:

где: - объем аммиачно-воздушной смеси при 0°С равен

- температура конверсии, К;

- количество сеток, шт.;

- диаметр проволоки сетки, см.;

- давление газа при конверсии, н/м2;

- число плетеней на 1 м2 сетки.

Подставив эти величины в формулу, определим площадь сечения аппарата:

Принимаем по справочным данным площадь сечения аппарата равное 5.0 м2.

Диаметр контактного аппарата определяется по уравнению

Поверхность 1 м2 площади сетки составит:

Общая поверхность сеток составит

Количество аммиака сжигаемого в сутки в одном контактном аппарате,

Напряженность катализатора

Для определения размеров штуцеров входа АВС и выхода нитрозного газа обычно применяют линейную скорость его в сечении штуцера равной от 5 до 10 м/секунду

отсюда

где: - объемный расход газа при рабочих условиях, м3/с;

W - скорость газа в сечении штуцера, м/с.

Обыем газа на входе в аппарате равен:

где: 50°С температура аммиачно-воздушной смеси.

Принимая скорость газа в сечении штуцера 10 м/с, получаем:

и

Объем газа после окисления при 900°С:

Необходимый диаметр штуцера для выхода газа из контактного аппарата при скорости газа в нем 10 м/с:

=650 мм

Найдем высоту колонны:

Н = 6800 мм.

Принимаем по справочным данным высоту равную 6800 мм

2.4 Экономический расчет

В кратковременном периоде предприятие может изменить только часть издержек производства ( переменных издержек ) в святи с необходимостью изменения объёма выпуска продукции. Для исследования зависимости издержек от объёма производства можно условно задать несколько значений объёма выпуска продукции и при этих объёмах рассчитать соответствующие значения условно - постоянных и условно - переменных издержек на ед. продукции.

Удельные условно - переменные издержки при различных объёмах выпуска продукции одинаковы, т. к. расходные коэффициенты не зависят от объёма выпуска продукции. Исследования проводим на основании месячной планово-заводской калькуляции, которая приведена в таблице

Таблица 12 - Калькуляция себестоимости производства

Наименование статей рсхода	Ед изм	Расход
		На единицу	На весь продукт
		Кол-во	Цена	Сумма	Кол-во	Сумма
Полуфабрикты собств. производства	руб			570,01		33345583,25
- аммиак	тн	0,700	1856,71	570,01	17959,5	33345583,25
Возвратные отходы	руб			-65,47		-3829995,0
- конденсат	т	-1,00	6,00	-8,82	-85995,0	-515970,0
- пар 10 МПа	Гкал	-1,00	55,00	-56,65	-60255,0	-3314025,0
Вспомогат. материалы	руб			4,37		255912,05
- ткань нитрон - фильтр КРФ	кг шт	0,700 0,430	0,24 1016,95	0,00 4,37	409,500 251,55	98,28 255813,77
Топливо и энергия	руб			260,54		15241136,63
- конденсат	т	0,00	12,43	0,87	4095,0	50900,85
- вода оборотная	т,м	0,200	420,62	72,35	10062,0	4232278,44
- вода обессоленная	м	2,0	16,11	34,96	126945,0	2045083,95
- природный газ	т,м	0,800	1223,32	132,12	6318,0	7728935,76
- электроэнергия	т, квт	0,500	754,33	18,86	1462,5	1103207,63
-конд. сокового пара	т	0,00	6,00	1,38	13455,0	80730,0
Основная и доп. з/п	руб			6,95		406861,0
Отчисления на соцстр.	руб			1,86		108631,89
Общецеховые расходы	руб			212,52		12432529,0
Амортизация оборуд. и траспорт. средств	руб			13,42		785310,00
Износ приспособ. и прочие расходы	руб			80,23		4693419,78
- катализатор платин.	г	0,5	621,00	71,42	6727,5	4177777,50
- катализатор АВК-10	г	1,6	0,20	0,23	65871,00	13174,20
- АОК-78-55	кг	0,0770	275,74	2,12	450,45	124207,08
- катализатор ИК-42-1	л	0,0122	5300,00	6,47	71,37	378261,00
Проч. произв. расходы	руб			0,33		20667,06
- промышл. стоки	т, м	0,00005	7065,66	0,33	2,92500	20667,06
Цеховая себестоимость	руб			1084,79		63460055,66
Общепроизв. расходы	руб			27,12		15686272,21
Себестоимость пр-ва	руб			1111,90		65046327,87
Себестоимость товарного продукта	руб			0,00		0,00
Полная себестоимость	руб			1111,90		65046327,87

Таблица 13- Издержки производства на единицу продукции

Объём выпуска продукции	10000	30000	50000	56666	58500
Издержки производства
Условно-постоянные	1980,5	860,6	488,4	350,3	261,46
Условно-переменные	850,44	850,44	850,44	850,44	850,44
Удельные валовые	2830,94	1711,04	1338,84	1200,7	1111,9

Предположим цена на рост 2600 руб., тогда Q кр = 12500т. Принимаем V =30тыс. т., тогда р= 2600-1711,04/1711,04*100%=51,9%.

Предположим цена снизится до 200 руб, тогда Q кр =20 000 т. Принимаем V =30 000т., тогда р= 2000-1711,04/1711,04*100%=40.6%.

Расчет проектной себестоимости по заводской с\с в месяц 65046327,87 руб, годовая сумма издержек составит 780555934,44 руб. Экономия на катализаторе составит за год 18740000 руб. Следовательно по проекту себестоимости годовая составит 761815,934000руб. (780555,934-18740). Себестоимость одной тонны будет 1120 руб (761815,934:680000).

Показатели экономической эффективности.

П=Ц-С

Ц- цена 1т, 1737 руб.

Пз= 1737-1111,9=625,1 руб.

Ппр= 1737-1120=617 руб.

Пзгод= 625,1*700000 = 437570000 руб

Ппргод = 617,0*680000 = 419560000 руб.

Е= Э/К

Э-Пгод

К - стоимость основных фондов, по заведенным данным 135865743,65 руб.

Езав = 437570000/1358665743,65 = 3,22

Епр = 419560000/135865743,65 = 3,08

Расчеты показали, что проектный вариант менее эффективен, чем заводской, но все равно экономически целесообразен, т.к. Е> Ен (0,16)

Заключение

В данном дипломном проекте применен неплатиновый катализатор

ИК - 42 - 1 (заменены 4 сеток платинового катализатора неплатиновым). Это позволяет снизить потери платиноидов и затраты на дорогостоящий платиновый катализатор. Срок службы платинового катализатора 4000 часов, а неплатинового - 8000 часов.

Библиографическая ссылка

1) Постоянный технологический регламент по производству неконцентрированной азотной кислоты в агрегатах УКЛ-7 под единым давлением 0,7 МПа.

2) Дыбина В. М Расчеты по технологии неорганических веществ. М.: Высшая школа, 1966. 523с.

3) Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1983.348с

4) Иоффе И.Л Проектирование процессов и аппаратов химической промышленности.. Л.: Химия, 1991. 352с.

5) Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической промышленности. М.: Химия, 1971

6) Мельникова Е.Я. Справочник азотчика, т. 2- М.: Химия, 1967, 492с. 784с.

7) Мельников Е.А. Технология неорганических и минеральных удобрений. М.: Химия, 1983. 432с

8) Атощенко В.И., Каргин С.И. Технология азотной кислоты. Издательство «Химия», М.,1970. 494с.

9) Голубятников В.А., Шувалов В.Р. Автоматизация производственных процессов и УСУП в химической промышленности. [Учебник для химико-технологических техникумов]. М.: Химия, 1987

10) Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е. Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности.Изд. 2-е, перер. и доп. Л.: Химия, 1974. 340с.

11) Лащинский А.А., Толщинский А.Р. Конструктирование сварных химических аппаратов. Машиностроение, 1981. 72с.

12) Олевский В.М. Производство азотной кислоты в агрегатах большой мощности. М.: Химия, 1985. 193с.

13) Павлов К.Ф., Романков П.Г., Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Носков А.А. Изд. 7-е. Л.: Химия, 1970. 624с

14) Позина М.Е. Расчеты по технологии неорганических веществ. М - Л.: Химия, 1966.

15) Равдаля А.А.и Пономаревой А.М.Краткий справочник физико химических величин. Изд. 10-е, испр. и доп./ Под ред.- СПб.: Иван Федоров, 2002, 240 с.

16) Чернышев А., Буслаев А., Тарасова Л. Материалы научно практической конференции «Производство азотной кислоты» - М.: Химия и бизнес, 2002. 67 с.

Размещено на Allbest.ru