Производство азотной кислоты

Масло

н/б 0,5 мг/м3

Аппаратчик в присутствии лаборанта

Лаборант ЦХЛ

По требованию

Железо

н/б 0,2 мг/м3

Аппаратчик в присутствии

лаборанта

Лаборант ЦХЛ

Газообразный аммиак

Из коллектора газообразного аммиака после КАПА

Разовая

По требованию

Масло

н/б 0,5 мг/м3

Аппаратчик в присутствии лаборанта

Лаборант ЦХЛ

По требованию

Железо

н/б 0,2 мг/м3

Аппаратчик в присутствии лаборанта

Лаборант ЦХЛ

Жидкий аммиак

Из коллектора жидкого аммиака

разовая

По требованию

Масло

н/б 0,2 мг/м3

Аппаратчик

Дневной лаборант

ЦОТК

Воздух атмосферный

Из коллектора всаса в турбокомпрессор

Средняя за 8 часов

1 раз в месяц с каждого агрегата

Запыленность

н/б 0,007 мг/м3

Лаборант

Лаборант

Масло

не нормируется

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

н/м90,0%

Дневной лаборант

Дневной лаборант

Разовая

NH3

9,5-11,0

Дневной лаборант

Дневной лаборант

Методы аналитического контроля

I. Методы анализа качества сырья и продукции

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

Диапазон измерения массовой концентрации от 10 до 100 км/дм3. Продолжительность анализа 10 мин.

1. Метод измерений.

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

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

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

2. Реактивы.

- Ртуть (ll) азотнокислая раствор с =1,35 моль/дм3.

- Натрия нитропруссид раствор с массовой долей 10 % (импортный реактив).

3. Требования безопасности.

Все операции по проведению анализа выполняют в соответствии с основными правилами безопасности работы в химической лаборатории.

Азотная кислота - жидкость желтоватого цвета с едким запахом.Ткип = 86о.Смешивается с водой в любых соотношениях с выделением тепла. Сильно дымит на воздухе, выделяя окислы азота. Является сильным окислителем. ПДК (паров HNO3)=2 мг\м3

В лаборатории все работы с кислотой - 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.

4. 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.

Объем пробы от 300 до 500 см3.

5. Выполнение измерений.

Пипеткой помещают в колбу 10(25см3) HNO3 (в зависимости от концентрации хлоридов), наливают 30-40 см3 H2О, 3-4 капли нитропруссида натрия, перемешивают и титруют раствором азотнокислой ртути до появления слабой мути.

6. Вычисление результатов измерений.

Массовую концентрацию хлоридов в азотной кислоте (мг/дм3)

1,0000 - масса хлор-ионов, соответствующая 1 см3 раствора азотнокислой ртути.

У-объем пробы HNO3, см3.

II. Методика определения массовой доли оксида азота в HNO3 титриметрическим методом.

Диапазон от 0,02 до 0,6 %. Продолжительность анализа 30 мин.

1.Метод измерений.

Метод измерений титриметрический, основан на окислительно-восстановительном взаимодействии перманганат-ионов с окислами азота

С последующим титрованием избытка марганцовокислого калия раствором сернокислого закисного Fe.

2.Реактивы - С

- С

- Fe р-р=С (FeSO4)=0.1 моль/дм3

3.Отбор проб.

Пробу неконцентрированной азотной кислоты отбирают в склянку с притертой пробкой.

4.Выполнение измерений.

В коническую колбу вместимостью 250 см3 вносят цилиндром 50 см3 р-ра KMnO4 +10 см3 H2SO4. Перемешивают , прибавляют 10 см3 HNO3 (исследуемой) при этом конец пипетки должен быть опущен в р-р во избежание потерь окислов азота. Колбу закрывают, энергично встряхивают в течение 3 мин. Содержимое колбы до полного поглощения окислов азота.

Титруют раствором сернокислого железа до обесцвечивания потом по каплям KMnO4 до розовой окраски.

5.Вычисление результата измерений.

Массовую долю окислов азота %

С

V1 - суммарный объем раствора KMNO4

C , используемой в анализе, см3.

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

0,0046 - масса четырехоксид азота, соответствующая 1 см3 р-ра KMnO4,

V - объем HNO3, см3

плотность HNO3, г/см3.

III. Методика определения массовой доли остатка после прокаливания в 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 28.00г.

1. Отбор пробы

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

2.Алгоритм выполнения измерений

Навеску кислоты 30.000 г в выпарной чаше осторожно выпаривают досуха вначале на водяной, затем на песчаной бане.

Во время выпаривания над чашей помещают воронку.

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

3.Обработка результатов

Массовую долю остатка после прокаливания (Х)

Х,

где: m - масса навески кислоты, г;

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

m2 - масса пустой чаши.

Отходы производства, их применение

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

Твердые отходы это, как правило, отходы отработанных катализаторов, бытовые отходы (макулатура, пищевые отходы), промышленный мусор (смет с пола, промасленная ветошь и т.д.), отходы образованные при выполнении ремонтных работ (огарки электродов, металлолом, прокладочный материал, сальниковая набивка и т.д.).

Твердые отходы собирают (с учетом их наименования) в контейнеры и отправляют в переработку, либо на захоронение.

Жидкие отходы это отходы отработанных масел и химзагрязненные воды 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 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 и т.д. Так как оксиды азота наносят большой вред окружающей среде то перед выбросом в атмосферу их 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); давление, высокой температуры в аппаратах, трубопроводов; большого количества оборудования и электрооборудования; приходных механизмов, обуславливает строгие соблюдения правил и норм техники безопасности, противопожарной безопасности, производственной санитарии, правил эксплуатации оборудования. Свойства токсичных, агрессивных, горючих и отравляющих жидкостей и газов необходимо знать и 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 и 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 производство работ на оборудовании, находящихся в рабочем состоянии, под давлением не допускается.

При необходимости использования пара через резиновые шланги необходимо:

- проверить прочность, исправность шланга;

- полотно прикрепить его к патрубку паровой линии специальными хомутами;

- 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 воздушноаммиачной смеси в пределах нормы. Повышенное содержание аммиака в АВС может привести к взрыву. В процессе работ запрещается отключать приборы, сигнализацию и блокировки, т. к. это может привести к взрыву аммиачновоздушной смеси.

Содержать в чистоте и боевой готовности средства пожаротушения и связи, 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, находящемуся 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 повреждении электропроводки;

- из-за перегруза электродвигателей;

- при самовоспламенении горючих материалов, пропитанных азотной кислотой, шлаковаты;

- 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, масло в таре нельзя тушить водой. Для этой цели надо применять песок, углекислотные огнетушители.

Все посторонние лица должны быть удалены с территории цеха.

О возникновении пожара немедленно сообщить в пожарную часть по телефону 40 - 41, 01 или вызвать пожарную часть по пожарному извещателю, расположенному вблизи очага загорания. До ее прибытия для ликвидации пожара следует применять имеющиеся противопожарные средства: углекислотные огнетушители, полотна из стеклоткани, песок, воду.

Основы взрывоопасности

Взрывы могут произойти по следующим причинам:

- выделение газообразного или жидкого аммиака при нарушении герметичности коммуникаций, аппаратов КАПА, УПА, подогревателя жидкого аммиака поз.101, поз. 21, поз.22, образование взрывоопасной концентрации аммиак-воздух;

- 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".

Производственная санитария

Производство слабой азотной кислоты под давлением 0,716 МПа связано с выбросом отработанных «хвостовых» газов в атмосферу и сбросом сточных вод в канализацию, являющимися 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% об., аммиака - не более 0,015% об.

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 подается известковое молоко. В другой нейтрализатор загружен доломит. Туда поступают стоки из корпуса бытовых и вспомогательных помещений: два вывода из лаборатории помещений: два вывода из лаборатории регенерации катализаторных сеток, аккумуляторной. Постоянных хнологических 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 дренируется в дренажный бак, откуда насосом откачиваются 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 он 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% об. 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 течении последующих двух сеток. 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 обмыть 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. Средство защиты: противогазы марки. В и М.

Природный газ - в смеси с воздухом горит и взрывается. Температура воспламенения 5370С. Предел взрываемости 4,9 - 15,98% об. 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 действует на организм человека, т. к. 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 ТБ, ПБ, производственной санитарии, общих инструкций по предприятию при выполнении работ в газоопасных местах, инструкций по стадиям и видам ремонтов оборудования, огневых работ, работ на высоте и др. в соответствии с перечислением обязательных инструкций.

- К работе допускаются лица, прошедшие стажировку на рабочем месте и сдавшие экзамен на допуск к самостоятельной работе

- Все работы, связанные со слабой азотной кислотой, производятся в противогазе, защитных очках и в рукавицах.

- Вся электропусковая аппаратура и электродвигатели должны иметь заземления.

2. Расчетная часть

2.1 Материальный баланс

Предварительный расчет

Исходные данные:

Производительность агрегата по азотной кислоте в расчете на

моногидрат, т/сутки …………………………………………………990

Степень окисления аммиака, доли единиц………………………..0,97

Степень абсорбции диоксида азота, доли единиц………………...0,99

Объемная доля аммиака в аммиачно-воздушной смеси СNH3, %.........11

Водяные пары воздуха, %........................................................................1,91

Давление в системе, МПа……………………………..………….…….0,73

Часовая производительность установки составит:

1500/24 = 62,5 т/час

где: 24 - количество часов в сутках.

Определим количество агрегатов обеспечивающих данную производительность

62,5/14,7 = 4,25 агрегатов

где: 14,7 - часовая производительность (заводские данные).

Принимаем 5 агрегатов, тогда производительность 1 агрегата, с учетом заданной производительности составит:

62,5*1000/5 = 12500 кг/ч

Материальный баланс контактного аппарата

Расход аммиака на заданную производительность определяют из уравнения реакции:

Теоретический расход:

где: - молярная масса аммиака,

- молярная масса азотной кислоты.

Тогда

Фактический расход аммиака с учетом степени конверсии и абсорбции составит:

где: - теоретический расход аммиака, кг

Отсюда

Кроме того, около 1% аммиака, то есть превращается в кислоту и теряется после абсорбционной колонны. Таким образом фактический расход аммиака составит:

или

где: 22,4 - объем, который занимает 1 моль газа,л.

Количество аммиачно-воздушной смеси, поступающей на окисление:



где: - фактический расход аммиака, м3.

Следовательно

В этом количестве аммиачно-воздушной смеси содержится воздуха:

Отсюда

Состав воздуха, поступающего на конверсию:

количество паров

где: - количество водяных паров воздуха, %;

тогда

количество кислорода

где: - содержание кислорода в воздухе, в долях единиц;

или 22559,4 кг/ч; 361,2 моль.

количество азота

или 38205,1 кг/ч; 2364,5 моль.

Состав нитрозных газов, образующихся в результате окисления аммиака. основные реакции протекающие в контактном аппарате:

По первой реакции окисляется 97% аммиака, по второй - 3%. Состав нитрозных газов определяется стехиометрическим соотношением в этих иреакциях:

количество образующегося оксида азота (по реакции (1)):

где: - степень окисления аммиака, в долях едениц;

тогда

количество образующегося азота (по реакции (2)):

(24)

Всего азота в нитрозных газах:

количество образующихся водяных паров (по реакциям (1)и(2))



Всего водяных паров в нитрозных газах:

или 6475,7 кг/ч; 358, 8 моль

Количество расходуемого кислорода

по реакции (1):

по реакции (2):

Полученные результаты сведем в таблицу.

Таблица 5 - Материальный баланс контактного аппарата

Приход	Расход
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Комп.	м3/ч	кг/ч	моль/ч	%об	Кмп.	м3/ч	кг/ч	моль/ч	%об
NH3 O2	4870,7 8091,6	3696,5 11559,4	217,5 361,2	11,0 18,3	NO O2	4724,6 2043,4	6374,5 2919,1	210,9 91,2	10,4 4,5
N2 H2O	N2 752,7	38205,1 604,8	1364,5 33,6	69,0 1,7	N2 H2O	30637,2 8058,7	38296,5 6475,7	1368,6 359,8	67,4 17,7
Всего:	44279,1	54065,8	1976,8	100	Всего:	45463,9	54065,8	2030,5	100

Всего кислорода в нитрозных газах:

8058,7 - (5905,7 + 109,6) = 2043,4 м3/ч

Материальный баланс котла-утилизатора

Нитрозные газы из контактного аппарата поступают в котел-утилизатор. В нем оксид азота частично окисляется до диоксида азота

На это расходуется кислорода:

Результаты сведем в таблицу.

Таблица 6 - Материальный баланс котла-утилизатора

Приход	Расход
1	2	3	4	5	6	7	8	8	10
Кмп.	м3/ч	кг/ч	моль/ч	%об	Кмп.	м3/ч	кг/ч	моль/ч	%об
NO O2 N2 H2O	4724,6 2043,4 30637,2 8058,7	6374,5 2919,1 38296,5 6475,7	210,9 91,2 1368,6 359,8	10,4 4,5 67,4 17,7	NO NO2 O2 N2 H2O	2031,68 2693,0 729,7 30637,2 8058,7	2720,9 5530,3 1042,4 38296,5 6475,7	93,4 120,2 32,6 1364,5 359,8	4,74 6,1 1,65 69,25 18,26
Всего:	45463,9	54065,8	2030,5	100	Всего:	44117,4	54065,8	1970,5	100

2.2 Тепловой баланс

Тепловой баланс контактного аппарата

Определим приход тепла, выделяющегося по реакциям:

Приход тепла по первой реакции:

по второй реакции:

где: 4,1=(1368,6 - 1364,5) моль .

Приход тепла с аммиачно-воздушной смесью, поступающей в контактный аппарат, рассчитывается по формуле:

где: - количество поступающей аммиачно-воздушной смеси, моль;

- средние мольные теплоемкости компонентов аммиачно-воздушной смеси, в пределах от 0 до 250°С;

- температура смеси, °С.

Определим расход тепла с уходящими газами от сеток нитрозными газами при температуре конверсии 900°С, принимая следующие мольные теплоемкости компонентов нитрозного газа в пределах 0 - 900°С [в Дж/(моль·градус)]:

NO……………………31,9

H2O……………………38,0

O2……………………..32,6

N2……………………...31,0

Потери тепла за счет излучения , вызывающие снижение температуры сеток, составляет 5%:

Исходя из количества поступающеготепла, можно определить температуру аммиачно-воздушной смеси, поступающей в конвертор:

По результатам выполненных расчетов составим таблицу теплового баланса контактного узла.

Таблица 7 - Тепловой баланс контактного узла

Приход	кДж	%	Расход	кДж	%
	47700000 2600000 11600000	77,06 4,2 18,74		59000000 2900000	95,32 4,68
Всего:	61900000	100	Всего:	61900000	100

Тепловой баланс котла-утилизатора

Запишем уравнение теплового баланса котла-утилизатора:

Qнг + Qпв = Q'нг + Q'кв + Q'пп + Q'фп + Q'пот

где: Qнг - тепло вносимое в котел с входящими нитрозными газами, кДж; Qпв - тепло вносимое в аппарат с входящей питательной водой, кДж;

Q'нг - тепло уносимое из аппарата с уходящими нитрозными газами, кДж; Q'кв - тепло уносимое из аппарата с уходящей котловой водой, кДж;

Q'пп - тепло уносимое из аппарата с уходящим перегретым паром, кДж;

Q'фп - тепло поглощаемое при физоческом процессе (кипении), кДж;

Q'пот - потери тепла в окружающую среду, кДж.

Определим количество теплоты, вносимое в аппарат с входящими нитрозными газами:

Qнг = (У (N (нг) i· Ср (нг) i)) · t нг

где N(нг) i - количество вещества компонентов нитрозного газа, моль;

Ср(нг) i - мольная теплоемкость компонентов нитрозного газа, Дж/(моль·К);

t нг - температура входящих нитрозных газов, оС.

Принимаем состав нитрозных газов на входе в котел-утилизатор:

Таблица 8 - Состав нитрозных газов на входе в котел-утилизатор

Компонент	м3/ч	кг/ч	моль	%об.
NO NO2 O2 N2 H2O	2031,68 2693,0 729,7 30637,2 8058,7	2720,9 5530,3 1042,4 38296,5 6475,7	93,4 120,2 32,6 1364,5 359,8	4,74 6,1 1,65 69,25 18,26
Всего:	44117,4	54065,8	1970,5	100

Для компонентов нитрозного газа запишем коэффициенты уравнения Ср = ѓ(Т):

Таблица 9 - Коэффициенты уравнения Ср = ѓ(Т)

Компонент	a	b·103	c'·10-5	c·106
NO NO2 O2 N2 H2O(г)	29,58 29,68 31,46 27,88 30,00	3,85 3,95 3,39 4,27 10,71	-0,59 -0,79 -3,77 0 0	0 0 0 0 0,33

Теплоемкость компонентов входящего нитрозного газа выражается уравнением:

Срi = аi + bi·T + ci·T2 + c'i/Т2 (32)

где Т - температура газа , К.

Ср(NO) = 29,58 + (3,85·10-3)·1173 - (0,59·105)/(1173)2 = 34,053 Дж/(моль·К)

Ср(NO2)=29,68 + (3,95·10-3)·1173 - (0,79·105)/(1173)2 = 34,256 Дж/(моль·К)

Ср(O2) = 31,46 + (3,39·10-3)·1173 - (3,77·105)/(1173)2 = 35,162 Дж/(моль·К)

Ср(N2) = 27,88 + (4,27·10-3)·1173 = 32,889 Дж/(моль·К)

Ср(Н2O) = 30,00 + (10,71·10-3)·1173 +(0,33·10-6)· (1173)2=43,017 Дж/(моль·К)

Таким образом, количество тепла вносимое в аппарат с нитрозными газами составит:

Qнг= ((93,4) · (34,053) + (32,6) · (35,162) + (1364,5) · (32,889) + (120,2)·(34,256)+ +(408,55) · (43,017)) · 900 = 61919063,73 кДж

Определим количество теплоты, вносимое в аппарат с входящей питательной водой:

Qпв = (Nпв · Ср(пв) ) · t пв (33)

где Nпв - количество вещества питательной воды, моль;

Ср(пв) - мольная теплоемкость питательной воды, Дж/(моль·К);

t пв - температура входящей питательной воды, оС.

Для питательной воды запишем коэффициенты уравнения

Ср = ѓ(Т) [3]:

Таблица 10 - Коэффициенты уравнения Ср = ѓ(Т)

Компонент	a	b·103	c'·10-5	c·106
H2O(ж)	39,02	76,64	0	11,96

Подставив значения из таблицы (4.3) в уравнение (3) получим:

Ср(пв) = 39,02 + (76,64·10-3)·377 +(11,96·10-6) · (377)2 = 69,613 Дж/(моль·К)

Таким образом, количество тепла вносимое в аппарат с питательной водой составит:

Qпв = (24500)·(69,613)·(104)/(18) = 9854106,889 кДж

Определим количество теплоты, уносимое из аппарата с уходящими нитрозными газами:

Q'нг = (У(N'(нг) i· С'р(нг) i)) · t' нг

где N'(нг) i - количество вещества компонентов нитрозного газа, моль;

С'р(нг) i - мольная теплоемкость компонентов нитрозного газа, Дж/(моль·К);

t' н г - температура уходящих нитрозных газов, оС.

Теплоемкость компонентов уходящих нитрозных газов выражается уравнением (3), подставив в него значения из таблицы (4.2), получим:

Ср(NO) = 29,58 + (3,85·10-3)·533 - (0,59·105)/(533)2 = 31,424 Дж/(моль·К)

Ср(NO2)=29,68 + (3,95·10-3)·533 - (0,79·105)/(533)2 = 31,507 Дж/(моль·К)

Ср(O2) = 31,46 + (3,39·10-3)·533 - (3,77·105)/(533)2 = 31,940 Дж/(моль·К)

Ср(N2) = 27,88 + (4,27·10-3)·533 = 30,156 Дж/(моль·К)

Ср(Н2O) = 30,00 + (10,71·10-3)·533 +(0,33·10-6)· (533)2 = 35,802 Дж/(моль·К)

Таким образом, количество тепла уносимое из аппарата с нитрозными газами составит:

Q'нг= ((93,4) · (31,424) + (32,6) · (31,940) + (120,2)·(31,507) + (1364,5) · (30,156) + +(359,8) · (35,802)) · 260 = 16066130,24 кДж

Определим количество теплоты, уносимое из аппарата с уходящей котловой водой:

Q'кв = (N'кв · С'р (кв)) · t' кВ

где N'кв - количество вещества котловой воды, моль;

С'р(кв) - мольная теплоемкость котловой воды, Дж/(моль·К);

t' кв - температура уходящей котловой воды, оС.

Подставив значения из таблицы (4.3) в уравнение (3) получим:

С'р(кв) = 39,02 + (76,64·10-3)·377 +(11,96·10-6) · (377)2 = 69,613 Дж/(моль·К)

Таким образом, количество тепла уносимое из аппарата с котловой водой составит:

Q'кв = (1050) · (69,613) · (104) / (18) = 422318,8667 кДж

Определим количество теплоты, уносимое из аппарата с уходящим перегретым паром:

Q'пп = (N'пп · С'р (пп)) · t' пп

где N'пп - количество вещества перегретого пара, моль;

С'р(пп) - мольная теплоемкость перегретого пара, Дж/(моль·К);

t' пп - температура уходящего перегретого пара, оС.

Подставив значения из таблицы (4.2) в уравнение (3) получим:

С'р(пп) = 30,00 + (10,71·10-3)·523 +(0,33·10-6) · (523)2 = 35,692 Дж/(моль·К)

Таким образом, количество тепла уносимое из аппарата с прегретым паром составит:

Q'пп = (19540) · (35,692) · (250) /(18) = 10182134,44 кДж

Определим количество теплоты, затраченное на образование перегретого пара:

Q'фп = mпп· (I- (С'р(пп) · tпв )/18)

где mпп - масса перегретого пара, кг;

I - энтальпия перегретого пара составляет 2916,5 кДж/кг;

18 - молекулярный вес воды, кг/кмоль.

Таким образом, количество тепла затраченное на образование прегретого пара составит:

Q'фп = 19540 ·(2916,5 - (69,613 · 104)/18) = 45257248 кДж

Из уравнения теплового баланса (1) определим потери тепла в окружающую среду:

Q'пот = (Qнг + Qпв ) - ( Q'нг + Q'кв + Q'пп + Q'фп)

Q'пот = (61919063,73 + 9854106,889) - (16066130,24 + 422318,8667 + 8923000 + +45257248) = 1104473,509 кДж

Потери тепла в окружающую среду не должны превышать 5 % от общего прихода тепла:

((Q'пот ) / (Qнг + Qпв )) · 100 % ? 5 %

((1104473,509) / (61919063,73 + 9854106,889)) · 100 % = 1,54 % , что довлетворяет поставленному условию.

Составим таблицу теплового баланса:

Таблица 11 - Таблица теплового баланса

Приход тепла	Расход тепла
Наименование	Количество, кДж	Наименование	Количество, кДж
Qнг Qпв	61919063,73 9854106,889	Q'нг Q'кв Q'пп Q'фп Q'пот	16066130,24 422318,8667 8923000 45257248 1104473,509
Всего	71773170,62	Всего	71773170,62

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 должо состовлять не менее половины от нормельного 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 300000 кг/сутки

Давление 0,73 МПа

Температура 900 °С

Объемная скорость (согласно регламенту цеха)

Степень превращения 97%

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

Зная производительность конвертора 12500 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: б - 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

откуда

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:

Объем газа после окисления при 900°С:

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

Найдем высоту колонны:

Н = 6800 мм.

Принимаем по справочным данным высоту равную 6800 мм.

Расчет основных расходных коэффициентов

Расчет теоретических расходных коэффициентов

Теоретические расходные коэффициенты считают по суммарному уравнению

(4)

Расчет практических расходных коэффициентов

Рассчитываем практические расходные коэффициенты на основании данных материального баланса.

Производительность одного агрегата - 12,5 т/ч.

Где: 270 - расход аммиака.

Где: 8,436 - расход кислорода.

2.4 Экономический расчет

125 грамм неплатинового катализатора ИК - 42 - 1 заменяют две сетки платинового катализатора. Стоимость одной сетки плитинового катализатора 4800000, а стоимость 375 грамм катализатора ИК - 42 - 1 - 750000 руб.. В год меняют 4 сетки платинового катализатора, значит мы экономим две сетки в год, следовательно экономим в год 9600000 руб.

Вобщем мы экономим за год

В кратковременном периоде предприятие может изменить только часть издержек производства (переменных издержек) в связи 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			236,51		12771482,49
- аммиак	тн	0,3055	774,17	236,51	16497	12771482,49
Возвратные отходы	руб			-286,43		-15468224,4
- конденсат	т	-1,58	2,50	-3,93	-85320	-213300
- пар 10 МПа	Гкал	-1,11	36,30	-40,29	-59940	-2175822
- возврат платины	г	-0,42	576,68	-242,21	-22680	-13079102,4
Вспомогат. материалы	руб					83,16
- ткань нитрон	кг	0,007	0,22		378	83,16
Топливо и энергия	руб			134,81		7279791,84
- конденсат	т	0,15	6,02	0,90	8100	48762,00
- вода оборотная	т,м	0,15	290,57	43,59	8100	2353617
- вода обессоленная	м	2,17	6,36	13,60	117180	745264,80
- природный газ	т,м	0,1307	472,00	61,69	7057	3331281,60
- электроэнергия	т, квт	0,018	782,27	14,08	972	760355,44
-конд. сокового пара	т	0,30	2,50	0,73	16200	40500
Основная и доп. з/п	руб			4,48		241757
Отчисления на соцстр.	руб			1,63		88966,58
Амортизация оборуд. и траспорт. средств	руб			5,83		314810,00
Износ приспособ. и прочие расходы	руб			342,77		18509833,02
- катализатор платин.	г	0,14	696,73	97,55	7560	5267430
- аффинаж палтины	г	0,42	576,68	242,21	22680	13079102,4
- катализатор АПК-10	г	1,126	0,19	0,21	60804	11552,76
- катализатор АПК-2	г	0,03	1,67	0,05	1620	2705,40
- аффинаж кат. АПК-2	г	0,04	0,64	0,03	2160	6,08
- оксид алюминия марки АОА	кг	0,01125	0,01	-	607,5	35154
- АОК-78-55	кг	0,0031	210,00	0,65	167,4	7014,66
- катализатор СТК1-7	кг	0,00078	166,54	0,13	42,12	105485,32
- катализатор ИК-42-1	кг	0,00067	2915,57	1,95	3618	11654,03
Проч. произв. расходы	руб			0,22		11654,03
- промышл. стоки	т, м	0,00005	4316,31	0,22	2,7	23750153,72
Цеховая себестоимость	руб			439,82		23750153,72
Себестоимость пр-ва	руб			439,82
Себестоимость товарного продукта	руб			0,00		0,00
Полная себестоимость	руб			439,82		23750153,72

Таблица - Издержки производства на единицу продукции

Объём выпуска продукции	10000	30000	50000	54000	225000
Издержки производства
Условно-постоянные	64,55	21,52	12,91	11,95	2,87
Условно-переменные	427,8	427,8	427,8	427,8	427,8
Удельные валовые	492,35	449,32	440,71	439,75	430,67

На основании данных таблицы строится график зависимости издержек производства от объёма выпуска продукции.

Исследования:

При сложившейся цене на рынке рублей.. Принимаем объем продукции при этом себестоимость равна 460,08руб., по графику прибыль равна:

Принимаем объём продукции , себестоимость будет равна руб.

Предположим, цена на рынке упадёт до 560 руб. .

Принимаем, тогда себестоимость будет равна 460,08 руб.

Принимаем , себестоимость равна руб.

при /сутки, себестоимость равна руб.



Расчёты показали, что при сложившейся цене на рынке 571,77 руб. предприятие будет иметь удовлетворительную рентабельность () при объёме выпуска в т/сутки. Если предприятие будет иметь возможность продать большее количество продукции, то рентабельность, а следовательно и прибыль, возрастут.

Если же цена упадёт до 550 руб., то при объёме выпуска в т/сутки рентабельность будет только %, и видим, что при увеличении объёма рентабельность значительно увеличивается.

Но если объём максимальный, то рентабельность повысится еще, до %.

Заключение

В данном дипломном проекте применен неплатиновый катализптор ИК - 42 - 1 (заменены 6 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.

Список используемых источников

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

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

3. Производство азотной кислоты в агрегатах большой мощности. /Под ред. В.М. Олевского .- М.: Химия, 1985. 193с.

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

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

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

7. Справочник азотчика, т. 2/Под ред. Е.Я. Мельникова - М.: Химия, 1967, 492с.

8. Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической промышленности». - М.: Химия, 1971, 784с.

9. Дыбина П.В. «Расчеты по технологии неорганических веществ» - М.: Высшая школа, 1966. 523с.

10. Лащинский А.А., Толщинский А.Р. «Конструктирование сварных химических аппаратов». Машиностроение, 1981. 72с.

11. Мельников Е.А. «Технология неорганических и минеральных удобрений», М.: Химия, 1983. 432с.

12. «Основные процессы и аппараты химической технологии». Под ред. Ю.И. Дытнерского, - М.: Химия, 1983.348с.

13. 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.

14. Иоффе И.Л. «Проектирование процессов и аппаратов химической промышленности». - Л.: Химия, 1991. 352с.

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

16. «Расчеты по технологии неорганических веществ». Под общей ред. Поф., М.Е. Позина, М - Л.: Химия, 1966.

Размещено на Allbest.ru