Разработка технологии получения фосфорной кислоты экстракционным методом

3) Теплообменно-испарительные системы совмещают два способа отвода теплоты: через стенку башен сжигания и охлаждения, а также путем испарения воды из газовой фазы; существенное преимущество системы - отсутствие контуров циркуляции кислоты с насосно-холодильным оборудованием.

На отечественных предприятиях эксплуатируют технологические схемы с циркуляционно-испарительным способом охлаждения (двухбашенная система). Отличительные особенности схемы: наличие дополнительной башни для охлаждения газа, использование в циркуляционных контурах эффективных пластинчатых теплообменников; применение высокопроизводительной форсунки для сжигания P, обеспечивающей однородное тонкодисперсное распыление струи жидкого P и полное его сгорание без образования низших оксидов.

Технологическая схема установки мощностью 60 тыс. т в год 100%-ной приведена на рисунке 4. Расплавленный желтый фосфор распыляется нагретым воздухом под давлением до 700 кПа через форсунку в башне сжигания, орошаемой циркулирующей кислотой. Нагретая в башне кислота охлаждается оборотной водой в пластинчатых теплообменниках. Продукционная кислота, содержащая 73-75% , отводится из контура циркуляции на склад. Дополнительно, охлаждение газов из башни сжигания и абсорбцию кислоты производят в башне охлаждения (гидратации), что снижает температурную нагрузку на электрофильтр и способствует эффективной очистке газов. Отвод теплоты в башне гидратации осуществляется циркулирующей 50%-ной , охлаждаемой в пластинчатых теплообменниках. Газы из башни гидратации после очистки от тумана в пластинчатом электрофильтре выбрасываются в атмосферу. На 1 т 100%-ной расходуется 320 кг P [10].

Рисунок 4 - Циркуляционная двухбашенная схема производства термической

1 - сборник кислой воды; 2 - хранилище фосфора; 3,9 - циркуляционные сборники; 4,10 - по-гружные насосы; 5,11 - пластинчатые теплообменники; 6 - башня сжигания; 7 - фосфорная форсунка; 8 -башня гидратации; 12 - электрофильтр; 13 - вентилятор.

Главное преимущество термического способа, по сравнению с экстракционным, заключается в возможности переработки любых видов сырья, в том числе и низкокачественных фосфоритов, и получение кислоты высокой чистоты.

1.5 Выбор и обоснование технологической схемы производства экстракционной фосфорной кислоты

Выбор технологической схемы, которая в дальнейшем будет рассматриваться в данном курсовом проекте, должен основываться на принципе образования малого количества отходов, безопасности производства, относительной простоты и компактности аппаратуры, универсальности и распространенности оборудования. Всем этим требованиям соответствует технологическая схема полугидратного способа.

В данном разделе курсового проекта рассмотрены основные физические и химические свойства фосфорной кислоты, значение и сферы ее применения. Проанализированы основные способы получения ЭФК.

Наиболее перспективным является полугидратный способ получения фосфорной кислоты, так как дает возможность получения концентрированной фосфорной кислоты (35-37% ) и увеличение эффективности стадии фильтрации пульпы в 1,5-2 раза по сравнению с дигидратным способом [11].

2. Разработка принципиальной технологической схемы производства фосфорной кислоты со схемой КИПиА

В данном разделе курсовой работы предлагается принципиальная технологическая схема производства экстракционной фосфорной кислоты полугидратным способом. Принципиальная технологическая схема определяет условия ведения технологического процесса, его параметры, включает типы аппаратов, в которых осуществляется технологический процесс, их взаимное расположение в соответствии с компоновкой оборудования.

2.1 Автоматизация технологической схемы производства экстракционной фосфорной кислоты

Смесь серной кислоты и оборотного раствора фосфорной кислоты поступает в экстрактор ( Э ). По мере движения пульпы в экстракторе образуется фосфорная кислота и завершается процесс кристаллизации сульфата кальция. Из последней секции экстрактора пульпа поступает на трехсекционный вакуум-фильтр( ВФ ) . Основной фильтрат Ф-1 ( СБ-1 ) из первой секции фильтра отводится как продукционная фосфорная кислота, причем часть ее добавляется к оборотному раствору. Осадок кальция на фильтре промывается противотоком горячей водой, при этом промывной раствор Ф-3 ( СБ-3 ) используется для первой промывке во второй секции фильтра. Фильтрат первой промывки Ф-2

( СБ-2 ) направляется в виде оборотного раствора в экстрактор ( Э ).

Образовавшаяся фосфорная кислота (Ф-1) подогревается в колонне выпарки ( КВ ), где упаривается до заданной концентрации за счет прямого контакта с топочными газами и направляется на склад. Выделяющиеся из концентратора газы проходят промывной скруббер ( СК ), в котором улавливаются соединения фтора и очищенный газ выбрасываются в атмосферу. Газы, выделяющиеся из экстрактора и содержащие фтористый водород и тетрафторсилан, поступают также на абсорбцию в скруббер ( СК ), орошаемой водой или разбавленной кремнефтористоводородной кислотой.

Основные аппараты в производстве экстракционной кислоты - экстрактор и вакуум-фильтр.

Экстрактор - это железобетонный аппарат прямоугольного сечения, разделенный на секции с мешалками, в котором пульпа последовательно перетекает из одной секции в другую. В другом варианте экстрактор составляют два сблокированных стальных цилиндра со многими мешалками.

Вакуум-фильтр - аппарат для разделения суспензий, то есть жидкостей, содержащих твёрдые частицы во взвешенном состоянии. Разделение происходит в результате разности давлений, создаваемой вакуум-насосом, над фильтрующей перегородкой и под ней.

При разработке аппаратурно-технологической схемы процесса предусматривают установку контрольно-измерительных приборов, позволяющих контролировать, регистрировать и регулировать технологические параметры.

Таблица 4- Описание контрольно-измерительных приборов .

Позиция	Параметры среды, измерительные параметры	Наименование и технологическая характеристика	Марка	Количество	Примечание
1-1 10-1	Р=0,04-100МПа Т=180 °С	Датчик давления, выходной сигнал 4…20 мА	Метран-100-ДА	2	по месту
1-2 10-2	Тмах=50°С Тмin=5°С Рмах=200КПа	Прибор давления показывающий и регулирующий	ДИСК-250М	2	по месту
1-3 10-3	FT = 100 м3/час DуТ =100 мм РТ = 0,11 МПа Р = 0,3 КПа	Электропневматический преобразователь	ЭПП-100	1	на щите
1-4 2-5 3-6 4-5 8-6 9-6 10-4	FT = 200 м3/час DуТ = 100 мм Тмах=250°С Тмin=20°С РТ = 0,11 МПа Р = 0,3 КПа	Регулирующий клапан	25нж49нж	7	в разрыве трубопровода
2-1 4-1	Тмах=150°С Тмin=0°С FT= 0,18-2000 м3/час	Вихреакустический преобразователь с расходом	Метран-300 ПР	2	по месту
2-2 4-2	Тмах=150°С Тмin=0°С Рмах= 2,5 МПа FT=2,7-452 м3/час	Прибор давления показывающий и регулирующий	ДИСК-250М	2	по месту
2-3 3-3 3-4 4-3 5-3 6-3 7-3 8-3 8-4 9-3 9-4	Нн=0,2V м Нв=0,8V м	Лампа сигнальная	Л-1	11	под таблицей
2-4 4-4	FT = 100 м3/час DуТ =100 мм РТ = 0,11 МПа Р = 0,3 КПа	Электропневматический преобразователь	ЭПП-100	2	на щите
3-1 5-1 6-1 7-1 8-1 9-1	P=1,1МПа T=180°С	Датчик гидростатического давления	Метран-49	6	по месту
3-2 8-2 9-2	Тмах=150°С Тмin=0°С Рмах= 2,5 МПа FT=2,7-452 м3/час	Прибор давления показывающий и регулирующий	ДИСК-250М	3	по месту
3-5 8-5 9-5	Тмах=90°С Тмin=80°С DуТ = 100 мм	Электропневмопреобразователь	ЭПП-100	3	на щите
5-2 6-2 7-2	Нн=0,2V м Нв=0,8V м	Прибор показывающий с сигнализацией	КП1Т	3	по месту

Ш Датчики давления серии Метран-100 предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование в унифицированный токовый и/или цифровой на базе HART-протокола выходной сигнал дистанционной передачи следующих измеряемых величин:

· избыточного давления - Метран-100-ДИ;

· абсолютного давления - Метран-100-ДА;

· разрежения - Метран-100-ДВ;

· давления-разрежения - Метран-100-ДИВ;

· разности давлений - Метран-100-ДД;

· гидростатического давления (уровня) - Метран-100-ДГ.

Измерение среды: жидкости, пар, газ, в том числе, газообразный кислород и кислородосодержащие газовые смеси.

Диапазоны измеряемых давлений:

· минимальный 0-0,04 кПа;

· максимальный 0-100 МПа;

Основная погрешность: ±0,1%, ±0,15%, ±0,25%, ±0,5%.

Ш Диск-250М -микропроцессорные одноканальные приборы применяются для измерения, регистрации, сигнализации и регулирования параметров техпроцессов (температура, давления, уровня, расхода и т. д.) в металлургии, энергетике, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой, целлюлозно - бумажной и других отраслях промышленности.

Основная погрешность, в % от нормирующего значения, не более:

+ 0,5 по показаниям и преобразованию;

+ 1,0 по регистрации, регулированию и сигнализации

Диапазон задания уставок регулирования и сигнализации: от 0 до 100% диапазона выходного сигнала

Условия эксплуатации:

· температура: от +5 до +50°С

· влажность до 80% при 35°С (исполнение УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150-69)

· температура от +5 до +50°С,

· влажность до 98% при 35°С без конденсации влаги (исполнение О 4.2 по ГОСТ 15150-69).

Ш Электропневматический преобразователь ЭПП-100.

Электропневматические ЭПП предназначены для уменьшения рассогласования хода и повышения быстродействия поршневых возвратно-поступательных и поворотных пневматических исполнительных механизмов одно- и двустороннего действия и мембранных пневматических исполнительных механизмов путем введения жесткой обратной связи по положению выходного звена исполнительного механизма.

Ш Клапан регулирующий 25нж49нж с МИМ

Регулирующий клапан необходим для регулирования трубопроводной арматуры.

Характеристики:

· Давление Pу, кгс/см2: 16

· Материал корпуса: сталь 12Х18Н9ТЛ

· Рабочая среда: жидкие и газообразные, агрессивные среды

· Температура рабочей среды, С°: -15 до +220

· Тип присоединения: фланцевое

Тип привода: пневматический МИМ.

Ш Преобразователь расхода Метран-300ПР

Характеристики прибора:

· Измеряемые среды: вода, водные растворы, кроме абразивных, вязкостью до 2-10-6 м2/с (2 сСт)

· Диапазон температур измеряемой среды 1...150°С

· Избыточное давление измеряемой среды до 1,6 МПа

· Условный проход Dу 25…300

· Пределы измерения расхода 0,18…2 000 м3/ч

· Динамический диапазон 1:100

· Пределы относительной погрешности измеренияобъема ±1,0%

· Выходные сигналы: импульсный пассивный типа "замкнуто/разомкнуто" - оптопара; токовый 4-20 (20-4) мА; цифровой протокол HART;цифровой протокол ModBus RTU/RS485;3-х строчный ЖКИ;

· Питание от источника постоянного тока стабилизированным напряжением от 16 до 36 В;

· Интервал между поверками - 4 года.

Ш Сигнальная лампа Л-1

Лампа применяется на предприятиях и промышленных объектах в качестве средства оптической индикации технологических процессов. Корпус пластик.

Характеристики:

· напряжение питания 24 В;

· максимальная потребляемая мощность 6 Вт;

· средняя потребляемая мощность 3 Вт;

· световой поток 500 люмен;

· импульсный режим работы;

· оранжевый цвет;

· защита от перегрева, импульсной помехи в сети питания, неверной полярности питания;

· крепление на вертикальную или горизонтальную поверхность.

· Габаритные размеры: диаметр 170 мм; высота 205 мм.

Ш Коррозионностойкий датчики давления Метран-49

Коррозионностойкие интеллектуальные датчикидавления Метран-49 предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования, управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование в унифицированный аналоговый токовый выходной сигнал и/или цифровой сигнал.

· Измеряемые среды: агрессивные среды свысоким содержанием сероводорода,нефтепродукты, сырая нефть и другие, поотношению к которым материалы датчика, контактирующие с измеряемой средой являются коррозионностойкими

· Основная погрешность измерений до ±0,15% от диапазона

· Диапазоны перенастроек пределов измерений до 25 : 1

· Наличие взрывозащищенных исполнений

· Межповерочный интервал - 2 года.

· Клапан ручной регулировки USV-I

Клапан USV-I предназначен для установки на подающем трубопроводе, может также выполнять роль запорной арматуры.

Ш Прибор КП1Т

Могут применяться в системах автоматики ТЭЦ, ГРЭС и других объектов различных отраслей промышленности, рассчитаны на работу с входными характеристикой преобразования по ГОСТ Р 8.585-2001; от термопреобразователей сопротивления с номинальной статической характеристикой преобразования по ГОСТ 6651-94; 0...5 и 0...10 В; 0...5 мА; 0...50 и 0...100 мВ по ГОСТ 26.011-80.

Приборы предназначены для работы в закрытых помещениях без агрессивных сред при температуре окружающего воздуха от 5 до 50 °С и верхнем значении относительной влажности 80 % для районов с умеренным климатом.

Приборы являются восстанавливаемыми изделиями и не создают индустриальных радиопомех.

2.2 Выбор запорно-регулирующей арматуры

Промышленная трубопроводная арматура - наименование ряда устройств, предназначенных для монтажа на агрегатах, сосудах или трубопроводах. Главная эксплуатационная задача трубопроводной арматуры - управление ,распределение, отключение, сброс, регулирование потоками газообразных, порошкообразных, жидкостных, газожидкостных рабочих сред при помощи увеличения или уменьшения площади проходного сечения.

В зависимости от функционального назначения выделяют следующие виды промышленной трубопроводной арматуры:

· запорная;

· регулирующая;

· распределительно-смесительная;

· предохранительная;

· защитная ;

· фазоразделительная.

Функциональное назначение запорной арматуры - полное открытие или перекрытие потока в трубопроводе. Эксплуатация запорной арматуры определяется технологическими требованиями.

Трубопроводная арматура регулирующего типа применяется для регулирования параметров рабочих сред посредством изменения расхода. Регулирующая арматура - это различные модели регуляторов давления, регуляторы уровня жидкости, дросселирующая арматура, регулирующие клапаны и др.

Основное предназначение разделительно-смесительной арматуры (клапаны, краны) - смешивание потоков рабочей среды, перенаправление потоков в необходимом направлении.

Предохранительная арматура применяется для автоматической защиты трубопроводов и оборудования от избыточного давления. При эксплуатации предохранительной арматуры предупреждение аварийных ситуаций осуществляется при помощи сброса избытка рабочей среды из системы. Наиболее распространенными видами предохранительной арматуры являются импульсные предохранительные устройства, предохранительные клапаны, перепускные клапаны, мембранные разрывные устройства.

Функциональное назначение защитной арматуры (отключающие и обратные клапаны) - автоматическая защита трубопроводов и оборудования от сбоев в технологическом процессе вследствие изменения параметров рабочих сред, изменения направления потоков. При эксплуатации защитной арматуры предупреждение аварийных ситуаций осуществляется без выброса избытка рабочей среды из системы.

Фазоразделительная трубопроводная арматура применятся при необходимости организации автоматического разделения рабочих сред с учетом их текущего состояния и фазы. Наиболее распространенными видами фазоразделительной арматуры являются газоотделители, конденсатоотводчики, воздухоотделители и маслоотделители [12].

Основные виды запорно-регулирующей арматуры представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Запорно-регулирующая арматура

Тип арматуры	Эскиз	Описание	Краткая характеристика
Кран		Пробковые, включая шаровые, краны -- арматура, в которой запирающий или регулирующий элемент, имеющий форму тела вращения или его части, поворачивается вокруг собственной оси, произвольно расположенной к направлению потока рабочей среды. Повороту запирающего или регулирующего элемента может предшествовать его возвратно-поступательное движение.	Малая строительная высота. Малое время открывания и закрывания. Большие крутящие моменты, необходимые для управления. Малое гидравлическо сопротивление
Задвижка		Задвижка -- арматура, в которой запирающий элемент перемещается по прямой линии перпендикулярно направлению движения рабочей среды потока.	Малая строительная длина, большая строительная высота. Большой ход затвора, большое время открывания и закрывания. Малое гидравлическое сопротивление.
Затвор дисковый		Затворы дисковые поворотные -- арматура, в которой запирающий или регулирующий элемент (диск)поворачивается вокруг оси, расположенной под прямым углом к направлению потока рабочей среды, проходящей через проходное сечение.	Малые габаритные размеры и масса. Малое время открывания и закрывания. Проход частично перекрыт затвором при открытом положении изделия.Незначительное гидравлическое сопротивление.
Клапан		Запорные, регулирующие, предохранительные и прочие клапаны -- арматура, в которой запирающий или регулирующий элемент перемещается по прямой линии параллельно направлению оси потока, проходящего через проходное сечение.	Большая строительная длина. Малый ход затвора, малое время открывания и закрывания. Большое гидравлическое сопротивление.

Традиционно выделяют два основных эксплуатационных параметра трубопроводной арматуры:

--- номинальный размер (условный проход)

--- номинальное (условное) давление.

Условный диаметр (DN или Ду) - параметр, при помощи которого характеризуют соединительные элементы трубопровода: условный проход (номинальный размер арматуры) выражается в миллиметрах и приблизительно равен внутренней площади диаметра присоединяемого элемента.

Номинальное (условное) давление (PN или Ру) - максимальное избыточное давление в системе при температуре рабочей среды 20° С, позволяющее обеспечить эксплуатационный срок службы отдельных элементов соединительной арматуры и трубопровода. Обозначения и значения условного давления должны соответствовать номиналам, указанным в ГОСТ 26349-84.

Выбор трубопроводной арматуры является ответственным этапом проектирования трубопроводной системы, поскольку во многих случаях надежность и долговечность арматуры определяет собой надежность и долговечность всей трубопроводной системы. В результате выбора арматуры должны быть определены конструкции, в оптимальной степени удовлетворяющие всем техническим и экономическим требованиям, предъявляемым к арматуре. Выбор должен производиться на основе тщательно подготовленных и четко выявленных технических данных, определяющих требуемые параметры арматуры.

В общем виде порядок выбора арматуры может быть следующим.

1) У точняется назначение и определяются условия работы арматуры: среда, температура, давление

2) Определяется условный диаметр прохода присоединительных фланцев

3) Уточняется метод управления арматурой: ручной привод, электропривод, дистанционное управление, электромагнитный привод, пневмо- или гидропривод.

4) На основе подготовленных данных выбирается материал корпусных деталей: чугун, ковкий чугун, углеродистая сталь, коррозионностойкая сталь, бронза и др.

5) Выбирается класс арматуры (запорная, регулирующая, предохранительная).

6) Назначается тип арматуры (вентиль, задвижка, кран, регулирующий или предохранительный клапаны).

7) Уточняется условный диаметр прохода и диаметр отверстия в седле, для чего устанавливается допустимое гидравлическое сопротивление, коэффициент пропускной способности, характеристика плунжера.

8) С использованием данных о номенклатуре выпускаемой арматуры и данных каталогов выбираются соответствующие изделия.

9) Определяются геометрические параметры выбранной арматуры (строительная длина, строительная высота, тип и размеры фланцев, размеры и число болтов).

10) Проверяются параметры выбранной арматуры и соответствие их заданным условиям работы [12].

В данном разделе курсового проекта разработана принципиальная технологическая схема производства ЭФК полугидратным способом.

Схема включает:

1) экстракцию апатита серной кислотой в аппарате с мешалкой;

2) отделение фосфорной кислоты от пульпы в вакуум-фильтре;

3) подогрев образовавшейся фосфорной кислоты в колонне выпарки, упарка до заданной концентрации;

4) очистка газов в скруббере.

Также были подобраны средства автоматизации, установлены контрольно-измерительные приборы, позволяющие контролировать, регистрировать, регулировать и сигнализировать технологические параметры процесса. Выбрана соответствующая запорно-регулирующая арматура.

3. Расчетная часть

В разделе представлены расчет материального баланса производства экстракционной фосфорной кислоты полугидратным способом, а также, рассчитаны расходные коэффициенты.

3.1 Расчет материального баланса

Материальный баланс производства представляет собой математическую модель технологического процесса, а именно количественные взаимоотношения материальных потоков в процессе их движения и взаимодействия. Исходной величиной при расчете материального баланса является заданная в проекте годовая производительность предприятия по основному продукту или по поступающему сырью. Составим материальный баланс для определения количества исходного сырья, отходов и потерь, которые образуются в процессе производства, также для определения производительности технологического оборудования, обеспечивающего выработку заданного количества фосфорной кислоты [13]. Исходные данные:

Производительность: 450 кг/час

Основное химическое уравнение :

М [] = 310 г/моль - Х

М [] = 98 г/моль - Х2

М [] = 98 г/моль

М [] = 136 г/моль - Х1

1) Определим массовый состав готового продукта:

: кг/час

: кг/час

2) Потери :

кг/час

3) Количество , полученное по реакции:

кг/час

4) Расход на реакцию:

кг/час

5) Количество в фосфорите:

кг/час

6) Не превращенное :

кг/час

7) Расход 45 % фосфорита:

 кг/час

8) В фосфорите:

- балласта кг/час

- влаги кг/час

9) Количество , полученное по реакции:

кг/час

10) Расход серной кислоты:

- кг/час

- 98 % кг/час

11) Количество в :

кг/час

12) Количество на выходе из реактора:

кг/ час

Таблица 6 - Материальный баланс производства экстракционной фосфорной кислоты

3.2 Расчет расходных коэффициентов

Экономическая эффективность и практическая целесообразность химического производства определяются технико-экономическими показателями , важнейшими из которых являются расходный коэффициент сырья и выход продуктов, производительность аппарата, интенсивность процесса ( аппарата) и экономическая эффективность химического производства. Расход каждого вида сырья, отнесенный к единице целевого продукта, называют расходным коэффициентом (А) и выражают в тоннах (т), килограммах (кг), метрах кубических ().

Теоретические расходные коэффициенты () рассчитываются на основании стехиометрических соотношений, по которым происходит превращение сырья в целевой продукт.

 кг/кг

Выход продукта - это отношение массы полученного целевого продукта к его массе, которая должна быть получена по стехиометрическому уравнению, выраженное в процентах:

Произведен расчет материального баланса производства ЭФК полугидратным способом. Также рассчитаны теоретические расходные коэффициенты , выход продукта, который составил 97 %.

4. Анализ мероприятий по безопасности труда и охране окружающей среды

В данном разделе курсового проекта проанализируем опасные и вредные факторы на производстве ЭФК и влияние производства ЭФК на окружающую среду.

4.1 Безопасность труда на производстве ЭФК

Охрана труда - это система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая правовые, социально - экономические, организационные, технические, психофизиологические, санитарно - гигиенические, лечебно - профилактические, реабилитационные и иные мероприятия и средства.

Охрана труда достигает основной своей цели - создание благоприятных, здоровых и безопасных условий труда - двумя путями: постоянным совершенствованием и развитием производственных сил и постоянным развитием человека как субъекта производства

Для реализации задач в области охраны труда и промышленной безопасности на производстве существует Положение о системе управления охраной труда (СУОТ).

СУОТ предусматривает непрерывное управление всеми видами деятельности, которые прямо или косвенно направлены на обеспечение охраны труда промышленной безопасности на производстве.

Оценка состояния охраны труда и промышленной безопасности в производственных подразделениях осуществляется посредством расчета показателя безопасности, основанного на комплексе фактически достигнутых показателей, характерных для подразделений. Для своевременности принятия корректирующих решений расчет показателей безопасности в производственных подразделениях проводится ежемесячно.

Метод производства - сернокислотная экстракция из апатитового концентрата с последующим отделением образующейся кислоты от фосфогипса путем фильтрации и упариванием ее с массовой доли не менее 27% до массовой доли не менее 50% включает стадии:

- приём, выгрузка, складирование фосфатного сырья и передача их цехам-потребителям;

- приём, хранение и дозирование серной кислоты;

- прием и дозирование пеногасителя;

- разложение в экстрактор фоссырья смесью оборотной фосфорной и серной кислоты (экстракция);

- прием и дозирование флокулянта;

- фильтрование экстракционной пульпы;

- удаление, транспортировка и складирование фосфогипса в отвал;

-упаривание экстракционной кислоты в вакуум-выпарных аппаратах до массовой доли не менее 50% ;

-абсорбция фтористых газов с получением товарной кремнефтористоводородной кислоты;

- складирование и передача фосфорной кислоты потребителям.

Реконструкция цеха фосфорной кислоты заключается в замене карусельного вакуум-фильтра на ленточный вакуум- фильтр, что позволит увеличить производительность по кислоте, снизить энергозатраты и как итог - уменьшить себестоимость фосфорной кислоты.

К опасным и вредным производственным факторам, действующим на работников в цехе фосфорной кислоты являются:

Физические опасные и вредные производственные факторы:

· запорная арматура и оборудование с нарушенной герметичностью;

· лестницы и площадки для обслуживания оборудования при отсутствии ограждений;

· токоведущие провода с нарушенной изоляцией;

· незаземлённое оборудование;

· фланцевые соединения трубопроводов при отсутствии на них защитных кожухов;

· вращающиеся части машин и механизмов;

· неизолированные трубопроводы пара.

Таблица 7 - Химические опасные и вредные производственные факторы:

Вещество и класс опасности	Действие	Средства защиты	ПДК, мг/
Водород фтористый (1 класс опасности)	Сильно раздражает верхние дыхательные пути. При высоких концентрациях вызывает раздражение слизистой оболочки носа, глаз, слезотечение и слюнотечение. Могут развиваться медленно заживающие язвы, коньюктивы глаз, слизистой оболочки носа, дёсен и полости рта, гортани, бронхов; носовые кровотечения.	Суконная спецодежда, резиновые перчатки, защитные очки, резиновые сапоги, фильтрующий противогаз марки БКФ	0,5 мг/ в пересчёте на HF, чрезвычайно опасное вещество
Кислота серная (2 класс опасности)	Пары вызывают раздражение дыхательных путей, кашель, затруднение дыхания, спазм голосовых связок, поражают лёгкие, вызывают жжение в глазах. При попадании на кожу вызывает ожоги вплоть до обугливания тканей. Особенно опасно попадание кислоты в глаза.	Суконная спецодежда, резиновые перчатки, защитные очки, резиновые сапоги, фильтрующий противогаз марки БКФ	1 мг/, высокоопасное вещество
Кислота ортофосфорная (2 класс опасности)	Пары вызывают атрофические процессы слизистой оболочки носа. Характерны носовые кровотечения, сухость во рту, крошение зубов, на кожу действует прижигающе, вызывает воспалительные процессы.	Суконная спецодежда, резиновые перчатки, защитные очки, резиновые сапоги, фильтрующий противогаз марки БКФ	1 мг/ в пересчёте на фосфорный ангидрид
Кислота кремнефтористоводородная (2 класс опасности)	Пары вызывают раздражение верхних дыхательных путей. Попадание кислоты на кожу вызывает ожог.	Суконная спецодежда, резиновые перчатки, защитные очки, резиновые сапоги, фильтрующий противогаз марки БКФ	0,5 мг/ в пересчёте на HF
Концентрат апатитовый (4 класс опасности )	Пыль апатитового концентрата при длительном вдыхании может вызвать хроническое заболевание - силикоз. Признаки отравления: кашель, боли в грудной клетке, одышка при физическом напряжении.	Суконная спецодежда, защитные очки, респиратор типа "Лепесток"	6 мг/, малоопасное вещество
Фосфориты (3 класс опасности).	Пыль фосфоритов при длительном вдыхании может вызвать хроническое заболевание - силикоз. Признаки заболевания - кашель, боли в грудной клетке, одышка при физическом напряжении. При вдыхании пыли возможны изменения в зубной и костной ткани	Суконная спецодежда, защитные очки, респиратор типа "Лепесток"	ПДК - 6 мг/.
Мука фосфоритная (4 класс опасности)	Пыль при длительном вдыхании может вызвать хроническое заболевание - силикоз.	Суконная спецодежда, защитные очки, респиратор типа "Лепесток";	ПДК - 6 мг/
Фосфогипс (4 класс опасности)	Пыль фосфогипса, содержащая остаточную кислотность, при попадании в глаза вызывает раздражение слизистой оболочки. При попадании на кожу обильно промыть водой, при попадании в глаза промыть большим количеством воды и при необходимости, обратиться к врачу.	Суконная спецодежда, защитные очки, резиновые перчатки, респиратор типа "Лепесток"	ПДК гипса в воздухе рабочей зоны - 2 мг/ (в фосфогипсе более 90% гипса). Малоопасное вещество, пожаровзрывобезопасен. Наиболее токсичными примесями в фосфогипсе являются фтористые соединения, содержащиеся в нём в количестве до 0,25% (в водорастворимой форме)
Четырёхфтористый кремний (1 класс опасности)	Вызывает раздражение верхних дыхательных путей и слизистой оболочки глаз и носа.Последствиями могут быть дистрофические изменения печени.	Суконная спецодежда, резиновые перчатки, защитные очки, резиновые сапоги, фильтрующий противогаз марки БКФ	0,5 мг/ в пересчёте на HF

Неправильная организация труда, несоблюдение технологических инструкции, правил и норм эксплуатации оборудования, нерациональное или плохое освещение рабочего места, загрязненность воздушной среды, наличие вредных паров, газов или пыли, повышенный уровень шума и вибрации могут стать причинами производственных травм и профессиональных заболеваний. Их устранение является основной задачей для создания безопасных и комфортных условий труда, а это является важнейшим условием для повышения производительности труда, снижения производственного травматизма и уровня заболеваемости .

Под вредным производственным фактором понимают фактор, воздействие которого на работающего человека приводит к заболеванию. Характеристика вредных производственных факторов приведена в таблице 8.

Таблица 8 - Анализ вредных производственных факторов

Вредные факторы, то есть факторы, значения которых выше уровня допустимого значения, являются температура и шум, вибрация. Средства коллективной защиты от шума могут быть оградительные, звукоизолирующие и звукопоглощающие устройства, глушители шума. Для снижения шума, возникающего от отдельных источников, их необходимо выполнить из шумопоглощающего материала, необходимо установить глушители аэродинамического шума от воздуходувок. Для защиты органов слуха от шума необходимо использовать противошумные наушники или "беруши". В результате механизации многих видов работ в цехе, использование пневматических инструментов приводит к возникновению вибрации.

4.2 Охрана окружающей среды

Предприятия по производству фосфорной кислоты являются источниками выбросов в атмосферу, образования токсичных стоков, и большого количества твердых отходов и пыли.

Основная причина - в процессе производства фосфорной кислоты помимо основного продукта образуются побочные, в основном это фосфогипс (влажный и в виде пыли), фтор и его соединения в газообразном и растворенном виде и продукты неполного разложения фосфата, содержащего примеси, являющиеся дополнительным источником отходов.

Технологические выбросы при производствефосфорной кислоты.

На установках по производству удобрений чаще всего используется влажная технология, при которой фосфоритовые руды выщелачиваются кислотой(например, серной, азотной или соляной). Трифосфат кальция, содержащийся в фосфоритовой руде, реагирует с концентрированной серной кислотой с образованием фосфорной кислоты и сульфата кальция (нерастворимая соль).

В число технологических выбросов входят газообразныефториды в форме фтористоводородной кислоты (HF) и четырехфтористый кремний (SiF4), которые выделяются при выщелачивании фосфоритовых руд, обычно содержащих 2-4% фтора.

Выбросы пыли, содержащие нерастворимые в воде фториды, могут происходить в процессе разгрузки, хранения, перемещения и измельчения фосфоритовых руд, которые транспортируются на участки хранения и измельчения ленточными транспортерами или грузовиками.

К рекомендованным мерам по предотвращению и контролю выбросов относятся следующие:

· правильный выбор фосфоритовых руд (по содержанию , содержанию F, отношению и физическим свойствам) с целью сведения к минимуму количества кислоты, необходимой для реализации влажной технологии, уменьшения выбросов в окружающую среду и расширения возможностейповторного использования фосфогипса;

· выбор оптимального размера сит и дробилок (например, валковых или цепных дробилок);

· использование закрытых ленточных транспортеров и хранение в помещениях;

· обеспечение надлежащего обслуживания (например, регулярная уборка/чистка поверхностей установки и территории);

· улавливание пыли, образующейся при дроблении фосфоритовых руд, с использованием правильно эксплуатируемых и обслуживаемых тканевых и керамических фильтров и/или циклонов;

· обработка газообразных выбросов фторидов с помощью систем очистки газа (например, скрубберов с разбрызгивающим устройством, фильтрующих слоев, установок с перекрестными потоками и циклонных башенных скрубберов). Фтор извлекается в виде кремнефтористоводородной кислоты, из которой фильтрацией удаляется кремнезем. Разбавленный раствор кремнефтористоводородной кислоты () можно использовать в качестве смачивающей жидкости в скруббере. Извлечение открывает дополнительные возможности для уменьшения выбросов фторидов.

Выводы

В курсовом проекте рассмотрены основные физические и химические свойства, значение и области применения фосфорной кислоты, а также представлены характеристики сырьевых источников для его получения. Проанализированы основные способы получения фосфорной кислоты, такие как термический и экстракционный. Выявлены достоинства и недостатки различных технологических схем производства фосфорной кислоты. Выяснено, что наиболее распространенным является способ получения фосфорной кислоты экстракционным полугидратным способом.

Разработана принципиальная технологическая схема процесса получения экстракционной фосфорной кислоты полугидратным методом. Данная схема включает: экстракцию апатита серной кислотой в аппарате с мешалкой; отделение фосфорной кислоты от пульпы в вакуум-фильтре; подогрев образовавшейся фосфорной кислоты в колонне выпарки, упарка до заданной концентрации; очистка газов в скруббере.

Подобраны средства автоматизации. Установлены контрольно - измерительные приборы, позволяющие контролировать, регистрировать, регулировать и сигнализировать технологические параметры процесса. Выбрана соответствующая запорно - регулирующая арматура.

Произведен расчет материального баланса получения ЭФК. Также рассчитаны расходные коэффициенты и выход продуктов.

Рассмотрены основные опасные и вредные производственные факторы при получении ЭФК . Проанализированы мероприятия по безопасности труда и охраны окружающей среды в процессе получения фосфорной кислоты.

Список литературы

1) М.Е. Позин, Р.Ю. Зинюк "Физико-химические основы неорганической технологии". - Л.: Химия, 1985 г.;

2) А.М. Кутепов, Т.И.Бондарева "Общая химическая технология"-Л.:Химия,1990 г.;

3) "Общая химическая технология и основы промышленной экологии". Под ред. Ксензенко. - М.: "КолосС", 2003г.;

4) Соколов Р. С. Химическая технология: учеб. пособие для вузов / Р.С. Соколов т. 1. -М.: Владос-пресс. -2000. -516 с.;

5)Б.А. Копылев "Технология экстракционной фосфорной кислоты"-Л.:Химия,1981 г;

6) Абалонин Б. Е. Основы химических производств: учеб. / Б. Е. Абалонин, И. М. Кузнецова, X. Э. Харламниди. - М.: Химия. - 2001. - 472 с.;

7) А.А.Соколовский - Технология минеральных удобрений и кислот.-М.:Химия,1971.-456с.;

8) И. П. Мухленов "Основы химической технологии". - М.: "Высшая школа", 1991 г.;

9) Кнунянц И. Л. Химическая энциклопедия / И. Л. Кнунянц т. 5. - М.: Советская энциклопедия. - 1988. - 671с.;

10) Воскресенский, С.К. Производство фосфорной кислоты концентрацией 32% разложением апатита серной кислотой с кристаллизацией гипса / под ред. С. К Воскресенского. - М.: НИУИФ, 1962. - 163 с.10);

11) В.С. Бесков, В.С. Сафронова "Общая химическая технология и основы промышленной экологии"-М.: Химия,1999 г;

12) Расчеты по технологии неорганических веществ /Под ред. П.В. Дыбиной. -М.:Высшая школа,1967.-524с.;

13) Б.А. Копылев "Технология экстракционной фосфорной кислоты"-Л.:Химия,1981 г;

14) БЖД. Безопасность технологических процессов: Учеб. пособие для вузов/П.П. Кукин, В.Л. Лапин, Е.А. Подгорных и др. - М.: Высш. шк., 1999. - 318с.;

15) Безопасность труда в химической промышленности: учебное пособие для вузов / Л.К. Маринина, А.Я. Васин, Н.И. Торопов и др.; Под ред. Л.К. Марининой. - Москва: ИЦ "Академия", 2006.-526с.;

16) Справочник по охране труда и технике безопасности в химической промышленности. Общие положения, устройство и содержание промышленных предприятий. М., "Химия", 1971. 511 с.;

17) Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности: Учебник для вузов/А.С. Бобков, А, А. Блинов, И.А. Роздин, Е.И. Хабарова - М.: Химия, 1997. - 400с

Размещено на Allbest.ru