Модернизация технологии производства аммиачной селитры на ОАО "Череповецкий "Азот"

Аммиачная селитра как распространённое и дешёвое азотное удобрение. Обзор существующих технологических схем его производства. Модернизация производства аммиачной селитры с получением сложного азотно-фосфатного удобрения на ОАО "Череповецкий "Азот".

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 22.02.2012
Размер файла 1,0 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Гранулированные САФУ поступают в аппарат для охлаждения гранул в кипящем слое Х-33, охлаждается до температуры не более 50 С. Нестандартная фракция поступает на растворение в бак позиции Е-31. Охлаждённые гранулы конвейерами подаются на узел рассева и далее в отделение упаковки и на склад.

Для предотвращения слеживаемости и пылеобразования САФУ при хранении и транспортировке гранулы удобрения обрабатывают антислеживающей добавкой (поверхностно-активным веществом) на пересыпке с конвейера позиции ПТ-61.

4.6 Очистка отработанного воздуха, выбрасываемого в атмосферу

Загрязнённый примесями NP-смеси и аммиака воздух из грануляционной башни и промывателя паровоздушной смеси Х-98, а также соковый пар из аппаратов ИТН и скруббера Х-86 поступают на очистку в промывной скруббер Х-29.

Очищенный воздух с содержанием аммиачной селитры не более 0,1г/м3 и аммиака не более 0,05г/м3 выбрасывается в атмосферу.

Промывной раствор, пройдя тарелки скруббера, возвращается в бак Е-20, откуда насосом вновь подаётся в скруббер. NP-растворы с пониженной массовой долей аммиачной селитры, которые образуются при налаживании технологического режима в период пуска аппаратов ИТН, при дренировании аппаратов и трубопроводов агрегата, при растворении некондиционного удобрения, собираются в хранилище позиции Е-8 (Е-34). Отсюда они подаются на переработку аппараты ИТН или, при низкой концентрации NP-раствора, - на установку упаривания слабых растворов. Хранилища позиции Е-8, Е-34 для сбора слабых возвратных NP-растворы используются: одно - в качестве рабочей, другое - в качестве резервной емкости. Это обеспечивает возможность проведения чистки хранилищ от накапливающегося шлама без остановки производства.

4.7 Упаковка и хранение готового продукта

САФУ после охлаждения в аппарате кипящего слоя Х-33 подаётся на конвейер ПТ-51. Затем элеватором ПТ-59/2 продукт подаётся на конвейер ПТ-61. Откуда САФУ может подаваться через двухпозиционный шибер с пневмоприводом Х-53 на конвейер ПТ-82 для отгрузки в железнодорожные вагоны насыпью или через ручной шибер Х-54 на конвейер ПТ-71 для упаковки и отгрузки в мешках. Температура САФУ в бункерах регистрируется, предусмотрена сигнализация максимального и минимального уровней в бункерах. Сигнализация положения переключающих устройств, а также управление ими выведены на щит КИПиА в ДПУ. Возможные просыпи при упаковке САФУ в мешки убираются в бункеры Е-54, из которых ленточным конвейерам ПТ-79 направляются в элеватор ПТ-81 и далее через переключающее устройство на упаковку.

5. Физико-химические основы технологии

Для выбора оптимальных условий получения САФУ с различным соотношением питательных веществ необходимы данные о температурах кристаллизации (плавления) системы NH4NO3 - NH4H2PO4 при изменении соотношения компонентов в широком интервале. Теоретически значения температур плавления и кристаллизации для одного и того же чистого вещества должны совпадать, но практика показывает, что полученные результаты могут не совпадать. Во-первых, аммиачная селитра в широком температурном интервале - от -300С до 1700С претерпевает ряд полиморфных превращений. Во-вторых, моноаммоний фосфат характеризуется способностью при понижении температуры образовывать переохлажденные расплавы [1].

Кроме определения физических констант САФУ (температур кристаллизации и плавления) в ходе проведения исследований был изучен метод термического анализа о химической природе исследуемого продукта. В выполняемых исследованиях по термографической оценке природы САФУ изучаемый продукт был условно представлен в виде упрощенной модельной схемы, и его состав был рассмотрен по типу сплавляемой бинарной системы состоящей из аммиачной селитры и моноаммоний фосфата.

Таблица 5.1 Результаты ДТА для смесей NH4NO3-NH4H2PO4

NH4NO3/NH4H2PO4, % масс.

Соотношение NH4NO3/

NH4H2PO4

10/0

95/5

85/15

80/20

60/40

50/50

30/70

10/90

100

Температура кристаллизации и системы

169

159

155

149

166

172,5

180

189

198

Содержание PO2 в системе

0

3,1

9,3

12,4

24,7

30,9

43,2

55,6

Причиной значительного расхождения данных по температурам плавления в системе NH4NO3-NH4H2PO4 в области кристаллизации моноаммоний фосфата могут служить такие процессы, протекающие с ним при высоких температурах. При длительном нагревании моноаммоний фосфата в процессе проведения опыта происходит отщепление воды с образованием полифосфата аммония, характеризующегося определенными физико-химическими свойствами. Выступая как индивидуальное химическое соединение, он, в свою очередь, меняет физико-химические свойства системы NH4NO3-NH4H2PO4. Выделение воды при нагревании подтверждается интенсивным вскипанием системы в области повышенных температур, правее эвтектической точки. Следовательно, метод определения температур плавления и полиморфных превращений должен быть экспрессным, характеризоваться высокой прочность и чувствительностью. Поэтому для решения данной задачи как наиболее адекватным признан метод ДТА [12].

Полиморфные превращения аммиачной селитры и минеральных удобрений на ее основе оказывают большое влияние на такие потребительские свойства, как слеживаемость, гигроскопичность, смешиваемость. Изучение двойной системы NH4NO3-NH4H2PO4 методом (ДТА), а также сравнительный анализ кривых ДТА чистой аммиачной селитры и выпускаемой в последние годы аммиачной селитры с магнезиальной добавкой, имеет не только теоретическое, но и практическое значение.

Выделяют четыре типичных эндоэффекта, которые характеризуют:

- IV (ромбическая) - III (ромбическая);

- III (ромбическая) - II (тетрагональная);

- II (тетрагональная) - I (кубическая);

- I (кубическая) - расплав.

Сравнительное определение температуры модификационных переходов в циклах нагрева и охлаждения проводились для следующих типов соединений, выступающих в производственной практике: нитрата аммония «ч», технической аммиачной селитры с магнезиальной добавкой и лабораторных образцов САФУ с содержанием P2O5 0,41 и 5,7% P2O5.

Присутствие магнезиальной добавки на 6 0С снижало температуру плавления аммиачной селитры (1690С и 1360С) и на 30С - температуру начала кристаллизации (1670С и 1640С). Фосфатная добавка в количестве 0,6% P2O5 увеличивает температуру начала перехода IV > III на 11-12 0С (42-430С и 52-550С), для переходов III > II и II > I она остается такой же, как и для аммиачной селитры.

Для проб САФУ с содержанием 0,41-5,7% P2O5 наблюдалась тенденция к понижению температуры плавления на 160С (1530С и 1690С) и увеличение температуры фазовых переходов III > II на 4-80С (92-960С и 880С) и IV > III на 6-140С (49-570С и 42-430С) при практически неизменной температуре фазового перехода II > I (129 0С) по сравнению с чистой аммиачной селитрой.

Таблица 5.2 Температуры фазовых переходов САФУ при нагреве

Содержание P2O5, %

IV > III

III > II

II > I

I > расплав

5,7 (САФУ)

57

95

128

153

1,6

56

94

128

156

1,0

56

90

128

156

0,78

56

90

128

157

0,41

53

90

128

157

0

42-43

88

129

169

При увеличении содержания в системе NH4NO3-NH4H2PO4 моноаммоний фосфата (от 0 до 5,7% P2O5) наблюдается тенденция снижения температуры плавления с 1690С до 1530С, повышения температуры фазовых переходов IV > III и III > II с 42 0С до 540С и с 880С до 940С соответственно. Температура перехода II > I осталась практически неизменной.

Снижение температуры плавления системы позволит экономить тепловую энергию на технологических стадиях упаривания и грануляции. Особенно важным является повышение температуры фазового перехода IV > III САФУ. В этом случае можно снизить расход холодного воздуха для охлаждения гранул в холодильнике кипящего слоя внизу грануляционной башни перед подачей готового продукта на склад.

6. Технологические расчеты

6.1 Материальный и тепловой балансы производства САФУ

6.1.1 Материальный баланс аппарата ИТН

Исходные данные для расчетов

1. Производительность агрегата…………………………………….450 тыс.т/год

2. Число дней работы установки в год………………………………………330

3. Производительность по 100%-ной NH4NO3, кг/ч.………………………...56800

4. Давление процесса ат. абс ……………………………………………………1,05

8. Концентрация азотной кислоты, % мас…………………………………….….58

6. Концентрация газообразного аммиака, % мас…………………………….....100

7. Потери азотной кислоты с соковым паром, кг…………………………..........7,5

8. Потери нитрата аммония с соковым паром, кг…………………………….....2,5

9. Для промывки сокового пара от аммиачной селитры и азотной кислоты в промывную зону аппарата ИТН подается КСП, кг/ч…………………………....…..3003

в том числе:

воды, кг/ч................……………………………………………………................2979

азотной кислоты, кг/ч……………………………………………………….……...12

нитрата аммония, кг/ч……………………………………………………….……..12

Молярная масса NH4NO3, кг/кмоль………………………………………….……80

Молярная масса HNO3, кг/кмоль…………………………………………….……63

Молярная масса NH3, кг/кмоль……………………………………………….…...17

Молярная масса Н2О, кг/кмоль………………………………………..………......18

1) Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком протекает по реакции:

Н3+НО3 Н4О3+Q ?Н = -146490 кДж

2) Теоретически расход НО3 по реакции равен на 1 т. Н4О3:

из 63 кг HNO3 получается 80 кг NH4NO3

из х кг HNO3 получается 1000 кг NH4NO3 , отсюда

3) Практически расход с учетом потерь:

4) Теоретический расход 100%-ного Н3 по реакции равен:

из 17 кг NH3 получается 80 кг NH4NO3

из х кг NH3 получается 1000 кг NH4NO3 , отсюда

.

5) Практический расход Н3: 12,5+2,5 = 215 кг.

6) Часовой расход НО3 в аппарате ИТН: 795 · 56,8 = 45156 кг/ч

Часовые потери НО3: 7,5 · 56,8 = 426 кг/ч

7) Часовой расход Н3: 215 · 56,8 =12212 кг/ч

Часовой потери Н3: 2,5 · 56,8 =142 кг/ч

8) Расход 58%-ой кислоты на нейтрализацию:

.

9) Масса Н2О в растворе: 77855 - 45156 = 32699 кг/ч

10) Общая масса раствора Н3 и НО3: 77855 + 12212 = 90067 кг/ч

11) Концентрация раствора Н4О3 без учета испарения Н2О за счет тепла реакции нейтрализации:

12) С учетом испарения Н2О концентрация раствора Н4О3 на выходе из аппарата ИТН принимается 90%. Правильность выбранной концентрации проверяется тепловым расчетом. Масса 90%-го раствора Н4О3:

13) Масса Н2О содержащая в этом растворе: 63111 - 56800 = 6311 кг

14) Масса Н2О, испарившейся за счет тепла нейтрализации и перешедшая в СП пар: 32699 - 6311 = 26388кг/ч

Мы рассчитали материальный баланс аппарата ИТН по основным потокам Н3 и раствору НО3. Однако с 1-й тарелки сепараторной зоны по переливной трубе в реакционную часть поступает 20%-ый раствор Н4О3. Этот раствор смешивается с основной массой циркуляционного 90%-го раствора Н4О3 и упарившегося до 90%-го раствора Н4О3. Объем 20%-го раствора 6,4 /ч, плотность 1,085 т/.

Уточним материальный баланс с учетом прихода 20%-го раствора Н4О3.

15) Масса 20%-го раствора Н4О3: 6,4 · 1,085 = 6,944т/ч = 6944кг/ч.

16) Масса Н4О3 в 20%-ом растворе: 6944 · 0,2 = 1389кг/ч

17) Масса 90%-го раствора нитрата аммония после упарки 20%-го раствора:

1389/0,9 = 1543 кг

18) Масса испарившейся Н2О: 6944 - 1543 = 5401 кг

19) Общая масса выходящего 90%-го раствора Н4О3 из ИТН:

63111 + 1543 = 64654кг.

20) Общая масса выходящего сокового пара из аппарата ИТН складывается из массы потерь Н3 и НО3 и массы дополнительного пара после упарки 20%-го раствора:

26388 + 5401 + 426 + 142 = 32357кг.

21) Общий приход и расход массы.

Приход: 90067 + 6944 = 97011кг

Расход: 64654 + 32357 = 97011кг.

Таблица 6.1 Материальный баланс процесса нейтрализации (на два аппарата ИТН)

Приход

Кг/ч

% масс

Расход

Кг/ч

% масс

Газообразный аммиак (с м. д. Н3 99,6 %),

12212

12

Раствор аммиачной селитры с м. д. Н4О3 90% на выходе из аппарата ИТН

64654

67

Азотная кислота с масс. дол. НО3 80%,

в том числе

НО3

Н2О

77855

45156

32699

81

Соковый пар, в том числе:

Н2О

Н4О3

НО3

32357

31789

426

142

33

Раствор аммиачной селитры с м. д. NН43 20%, том числе

Н4О3

Н2О

6944

1389

5555

7

Всего:

97011

100

Всего:

97011

100

В данном разделе произведен расчет материального баланса на два аппарата ИТН. При этом получается большое количество сокового пара, который используется для подогрева исходных реагентов и воздуха в теплообменниках. Большое количество воды для сокового пара приходит с раствором азотной кислоты (81% от прихода).

6.1.2 Тепловой баланс аппарата ИТН

Исходные данные:

Данные материального баланса аппарата ИТН

Температура аммиака………………………………………….……………..125°С

Температура раствора азотной кислоты ………………………………..……90°С

Температура сокового пара………………………………………………….106 °С

Целью расчета теплового баланса является определение всех потоков прихода и расхода тепла.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла:

QПРИХ = QРАСХ (6.1)

Запишем уравнение теплового баланса:

Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = Q5 + Q6+ Q7+ Q8+ Q9+ Q10, (6.2)

где Q1 - физическое тепло 58%-й НО3,кДж;

Q2 - физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q3 - физическое тепло 20%-го раствора, кДж;

Q4 - тепловой эффект реакции нейтрализации, кДж;

Q5-эндотермический эффект разбавления 90%-го раствора Н4О3 20%-ым раствором Н4О3, кДж;

Q6 - теплота, затраченная на испарение Н2О из раствора Н4О3, кДж

Q7 - теплота, затраченная на испарение НО3 и раствора азотной кислоты, кДж

Q8 - физическое тепло сокового пара, кДж

Q9 - физическое тепло 90%-го раствора Н4О3, кДж

Q10 - потери тепла в окружающую среду, кДж.

Расчет прихода тепла

1) физическое тепло азотной кислоты рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.3)

где m - масса азотной кислоты, кг;

с - теплоемкость азотной кислоты, кДж/кг·К;

t - температура азотной кислоты, °С.

Q1 = 77855 · 2,780 · 90 = 19479321 кДж.

2) физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.4)

где n - количество аммиака, кмоль;

c - теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t - температура аммиака, °С.

Q2 = 12212 · 2,26 · 125 = 3449890 кДж

3) физическое тепло конденсата сокового пара рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.5)

Q3 = 6944 · 3,530 · 108 = 2647331 кДж

4) Q4 тепло реакции нейтрализации является суммой следующих теплот:

- теплота дегидратации азотной кислоты (она численно равна теплоте разбавления HNO3 водой до концентрации 58%), кДж/кг HNO3:

q1 = = 357,88

- теплота дегидратации, приходящаяся на 1 кг NH4 NO3, кДж:

q2 = = 281,7

- теплота нейтрализации в соответствии с реакцией на 1 кг NH4 NO3, кДж:

q3 = = 1830,2

- теплота растворения образовавшегося нитрата аммония до концентрации 90% на 1 кг NH4 NO3, кДж/кг: q4 = 76

Удельная теплота нейтрализации равна:

q5 = 1830,2 - 281,7 - 76 = 1472,5 кДж/кг

Вычислим тепло реакции нейтрализации:

Q4 = 1472,5 · 56800 = 83638000 кДж

Общий приход тепла

Qприх = 19479321 + 3449890 + 2647331 + 83638000 = 109214542 кДж

Расчет расхода тепла

5) Масса Н4О3 в разбавленном растворе: 56800 + 1389 = 58189кг

Общая масса разбавленного раствора: 63111 + 6944 = 70055кг

Концентрация раствора после разбавления: 58189 · 100/70055 = 83%масс

Затраты тепла на растворение Н4О3 до концентрации 83%:

122кДж/кг · 58189кг = 7099058кДж

Затраты тепла на растворение Н4О3 до концентрации 90%:

76кДж/кг · 58189кг = 4422364кДж

Q5 = 7099058 - 4422364 = 2676694кДж

6) теплоту, затраченную на испарение воды из раствора аммиачной селитры, рассчитаем по формуле:

Q7 = ДНисп. · G, (6.6)

где ДНисп - средняя теплота испарения воды при и концентрации раствора от 63 до 90%масс,кДж/кг, кДж/кг;

G - масса испарившейся воды, кг.

кДж/кг

кг

Q6 = 2252 ·31418 = 70753336кДж

7) Тепло, затраченное на испарение HNO3 из раствора азотной кислоты, вычислим следующим образом:

- теплота дегидратации равна 357,88 кДж/кг;

- теплота испарения HNO3 из 100%-го раствора равна 626,3 кДж/кг

- вычислим Q7: Q7 = 426 · (357,88 + 626,3) = 419260,68 кДж

8) Q8 = 32357 · 1,895 · 155,5 = 9534718 кДж

9) Q9 = 64654 · 2,193 · 155,5 = 22047758 кДж

10) Q10= Qприх - (Q5 +Q6+ Q7+ Q8+ Q9) (6.7)

Q10 = 109214542 - 105431766,7 = 3782775,3кДж,

Таблица 6.2 Тепловой баланс на два аппарата ИТН.

Приход

Кг/ч

% масс

Расход

Кг/ч

% масс

Q1 - физ. тепло 58%-й НО3 кДж;

19479321

17,8

Q5-эндотермический эффект разбавления 90%-го раствора Н4О3 20%-ым раствором Н4О3, кДж;

2676694

2,5

Q2 - физ. тепло газообразного аммиака, кДж

3449890

3,2

Q6 - теплота, затрачен-ная на испарение Н2О из раствора Н4О3, кДж

70753336

64,8

Q3 -физ. тепло 20%-го раствора, кДж;

2647331

2,4

Q7 - теплота, затраченная на испарение НО3 и раствора азотной кислоты, кДж

419260,68

0,4

Q4 - теп. эффект реакции нейтра-лизации, кДж

83638000

76,6

Q8 - физ. тепло сокового пара, кДж

9534718

8,7

Q9 - физ. тепло 90%-го раствора Н4О3, кДж

22047758

20,2

Q10 - потери тепла в окружающую среду, кДж

3782775,3

3,4

Всего:

109214542

100

Всего:

109214542

100

В данном разделе произведен расчет теплового баланса на два аппарата ИТН. Значительную часть прихода тепла составляет тепло реакции нейтрализации (76,6%), а в расходе тепла - это тепло, затраченное на испарение воды из раствора аммиачной селитры (64,8%).

6.1.3 Материальный баланс донейтрализатора Р-4

Исходные данные:

Данные материального баланса аппарата ИТН

Массовая доля NH4NO3 в выходящем растворе…………………………..…..0,885

В аппарат подается добавка ЖКУ, кг/ч…………………………….….…..…6336,4

в том числе

фосфаты аммония, кг/ч…………………………………………………..……4749,2

вода, кг/ч ………………………………………………………………………1587,2

Потери аммиака, %мас………………………………………..…………………...58

Потери фосфатов аммония, %мас………...…………………………………….0,09

Расчет материального баланса.

1) Нейтрализация азотной кислоты происходит по реакции

Н3+НО3 Н4О3+Q ?Н = -146490 кДж

В донейтрализатор поступает 27кг/ч аммиака. Учитывая потери, прореагирует только 15,7 кг аммиака. Вычислим, сколько азотной кислоты при этом нейтрализуется:

17 кг NH3 - 63 кг HNO3

15,5 кг NH3 - х кг HNO3

Тогда останется азотной кислоты: 87 - 57,4 = 29,6 кг.

2) Найдем сколько получится нитрата аммония:

17 кг NH3 - 80 кг NH4NO3

15,5 кг NH3 - х кг NH4NO3

Тогда в выходящем из донейтрализатора растворе САФУ содержится нитрата аммония: 51504,4 + 72,9 = 51577,3 кг/ч

3) В аппарат с добавкой ЖКУ и аммиаком поступает вода. Вычислим, сколько воды будет в выходящем растворе:

5722,7 + 1587,2 + 0,1 = 7310 кг/ч.

4) составим таблицу материального баланса

Таблица 6.3 Материальный баланс донейтрализатора Р-4

Статьи прихода

кг/ч

%мас

Статьи расхода

кг/ч

%мас

Раствор аммиачной селитры с м.д. NH4NO3

0,9, в том числе

NH4NO3

HNO3

Н2О

57314,1

51504,4

87

5722,7

85,3

Раствор САФУ с м.д. NH4NO3

0,885, в том числе

NH4NO3

HNO3

Н2О

фосфаты аммония

63661,7

51577,3

29,6

7310

4744,8

99,98

ЖКУ, в том числе

фосфаты аммония

Н2О

6336,4

4749,2

1587,2

10

Потери

NH3

фосфаты аммония

15,9

11,5

4,4

0,02

Аммиак с м.д. NH3 0,996 в том числе

Н2О

NH3

27,1

0,1

27

4,7

ИТОГО

63677,6

100

ИТОГО

63677,6

100

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры - 85,3%, а расходуется больше раствора САФУ - 99,98%.

6.1.4 Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

Исходные данные:

Данные теплового баланса аппарата ИТН

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Температура ЖКУ……………………………………………………………....80°С

Потери тепла………………………………………………………………………4%

Целью расчета теплового баланса донейтрализатора является определение расхода пара для обогрева донейтрализатора.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла.

Запишем уравнение теплового баланса:

Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = Q6 + Q7 + Q8 + Q9, (6.8)

где Q1 - физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры, кДж;

Q2 - физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q3 - физическое тепло ЖКУ, кДж;

Q4 - тепло реакции нейтрализации, кДж;

Q5 - тепло пара, подаваемого на обогрев донейтрализатора, кДж;

Q6 - физическое тепло раствора САФУ, кДж;

Q7 - физическое тепло аммиака в скруббер-нейтрализатор, кДж;

Q8 - теплота, затраченная на разбавление 90%-го раствора аммиачной селитры 4,4%-м раствором, кДж;

Q9 - потери тепла, кДж.

Расчет прихода тепла:

1) физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры рассчитаем:

Q = m · c · t, (6.9)

где m - масса 90%-ного раствора аммиачной селитры, кг;

с - теплоемкость 90%-ного раствора аммиачной селитры, кДж/кг·К;

t - температура 90%-ного раствора аммиачной селитры, °С.

Q1 = 57314,1 ·2,400 · 155 = 21320845,2 кДж

2) физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.10)

где n - количество аммиака, кмоль;

c - теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t - температура аммиака, °С.

Q2 = = 5196,3 кДж

3) физическое тепло ЖКУ рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.11)

где m - масса ЖКУ, кг;

с - теплоемкость ЖКУ, кДж/кг·К;

t - температура ЖКУ, °С.

Теплоемкость ЖКУ рассчитаем по правилу аддитивности, используя теплоемкости чистых веществ и зная массовые доли их в растворе:

сЖКУ = 1,349 · 0,75 + 4,19 · 0,25 = 2,059 кДж/кг·К

Q3 = 6336,4 · 2,059 · 80 = 1043731,8 кДж

4) рассчитаем тепло реакции нейтрализации:

при нейтрализации 63 кг HNO3 выделяется 146490 кДж тепла

при нейтрализации 57,4 кг HNO3 выделяется х кДж тепла

Q4 = = 133468,7 кДж

5) выразим тепло пара, кДж: Q5 = n · 36,1 · 183= n · 6606,3

6) приход тепла равен:

QПРИХ = 21320845,2 + 5196,3 + 1043731,8 + 133468,7 + n · 6606,3

QПРИХ = 22503242 + n · 6606,3

Расчет расхода тепла:

7) физическое тепло раствора САФУ с массовой долей нитрата аммония 0,88 рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.12)

где m - масса раствора САФУ, кг;

с - теплоемкость раствора САФУ, кДж/кг·К;

t - температура раствора САФУ, °С.

Q6 = 63661,7 · 2,200 · 155 = 21708639,7 кДж

8) физическое тепло аммиака в скруббер нейтрализатор, кДж, рассчитаем по формуле:

Q7 = = 2205,1 кДж

9) вычислим эндотермический эффект разбавления 90%-го раствора аммиачной селитры 4,4%-м раствором, образующимся при смешении образующегося нитрата аммония с водой, пришедшей с ЖКУ:

-масса NH4 NO3 в разбавленном растворе, кг: 51577,3

-общая масса разбавленного раствора, кг: 51577,3 + 7310 = 58887,3

-концентрация раствора после разбавления: 5157730/58887,3 = 88%

-затраты тепла на растворение NH4 NO3 до 90% составляют:

q1 = 76 кДж/кг • 51577,3 кг = 3919874,8 кДж

-затраты тепла на растворение NH4 NO3 до 88% составляют:

q2 = 78 кДж/кг • 51577,3 кг = 4023029,4 кДж

-затраты тепла на разбавление 90%-го раствора до 88%-го составляют:

Q8 = 4023029,4 - 3919874,8 = 103154,6 кДж

10) выразим потери тепла: Q9 = (22503242 + n · 6606,3) · 0,04

11) расход тепла равен: QРАСХ = 21708639,7 + 2205,1 + 103154,6 + Q9

QРАСХ = 22754129,1 + 264,3 · n

12) вычислим расход пара, исходя из условия теплового баланса:

22503242 + n · 6606,3 = 22754129,1 + 264,3 · n

n = 40 кмоль; n = 40кмоль · 18 кг/кмоль = 720 кг

13) вычислим тепло пара, кДж по формуле: Q5 = 40 · 36,1 · 183 = 264252 кДж

14) вычислим приход тепла: QПРИХ = 22503242 + 264252 = 22767494 кДж

15) вычислим потери тепла: Q9 = (22503242 + 40 · 6606,3) · 0,04 = 910699,8 кДж

16) вычислим расход тепла: QРАСХ = 22754129,1 + 264,3 · 40 = 22764701,1 кДж

17) составим таблицу теплового баланса

Таблица 6.4 Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

ПРИХОД

РАСХОД

Поток

кДж/ч

%

Поток

кДж/ч

%

Q1-физ. тепло 90%-го раствора NH4NO3

21320845,2

93,6

Q6-физическое те-пло раствора САФУ

21708639,7

95,4

Q2-физическое тепло газообраз-ного аммиака

5196,3

0,02

Q7-физ. тепло газо-образного аммиака в скруббер-нейтрали-затор

2205,1

0,09

Q3-физическое тепло ЖКУ

1043731,8

4,58

Q8-тепло разбав-ления

103154,6

0,51

Q4 - тепло реакции нейтрализации

133468,7

0,6

Q9 - потери тепла

910699,8

4

Q5-физ. тепло пара

264252

1,2

ВСЕГО

22767494

100

ВСЕГО

22764701,1

100

В данном разделе произведен расчет теплового баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры - 93,6%, а расходуется больше раствора САФУ - 95,4%.

6.1.5 Материальный баланс донейтрализатора Р-97

Исходные данные:

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Массовая доля NH4NO3 в выходящем раствор………………………………0,885

Потери аммиака…………………………………………………………….58%мас

Потери фосфатов аммония……………………………………………….0,09%мас

1) небольшой избыток аммиака (0,5 г/л) должен быть в выходящем растворе аммиачной селитры , так как в барабан должен поступать раствор САФУ рН = 4,5-5. Этот избыток будет составлять 10,1 кг/ч, тогда прореагирует аммиака:

27 - 11,5 - 10,1 = 5,4 кг

2) вычислим, сколько азотной кислоты нейтрализуется:

17 кг NH3 - 63 кг HNO3

5,4 кг NH3 - х кг HNO3

х = 20,4 кг/ч

Тогда останется азотной кислоты: 29,6 - 20,4 = 9,2 кг

3) Найдем сколько получится нитрата аммония:

17 кг NH3 - 80 кг NH4NO3

5,4 кг NH3 - х кг NH4NO3

х = 25,9 кг/ч

Тогда в выходящем из донейтрализатора растворе САФУ нитрата аммония содержится: 51577,3 + 25,9 = 51603,2 кг/ч

4) составим таблицу материального баланса

Таблица 6.5 Материальный баланс донейтрализатора Р-97

Статьи прихода

кг/ч

%мас

Статьи расхода

кг/ч

%мас

Раствор САФУ с м.д. NH4NO3

0,881, в том числе

NH4NO3

HNO3

Н2О

фосфаты аммония

63661,7

51577,3

29,6

7310

4744,8

99,96

РастворСАФУ с м.д. NH4NO3 0,885, в т.ч.

NH4NO3

HNO3

NH3

Н2О

фосфаты аммония

63672,9

51603,2

9,2

10,1

7310

4740,4

99,98

Аммиак с м.д. NH3 0,996 в том числе

Н2О

NH3

27,1

0,1

27

0,04

Потери

NH3

фосфаты аммония

15,9

11,5

4,4

0,02

ИТОГО

63688,8

100

ИТОГО

63688,8

100

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-97. Большую часть прихода составляет раствор САФУ - 99,96%, а расходуется больше раствора САФУ - 99,98%.

6.1.6 Тепловой баланс донейтрализатора Р-97

Исходные данные:

Данные теплового баланса донейтрализатора Р-4

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Температура аммиака……………………………………………………..…..120°С

Потери тепла……………………………………………………………………..4%

Целью расчета теплового баланса донейтрализатора является определение расхода пара для обогрева донейтрализатора.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла.

Запишем уравнение теплового баланса:

Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = Q5 + Q6 + Q7, (6.13)

где Q1 - физическое тепло раствора САФУ с м.д. NH4NO3 0,88, кДж;

Q2 - физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q3 - тепло реакции нейтрализации, кДж;

Q4 - тепло пара, подаваемого на обогрев донейтрализатора, кДж;

Q5 - физическое тепло раствора САФУ на выходе, кДж;

Q6 - физическое тепло аммиака в скруббер-нейтрализатор, кДж;

Q7 - потери тепла, кДж.

Расчет прихода тепла:

1) физическое тепло раствора САФУ с массовой долей нитрата аммония 0,88 рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.14)

где m - масса раствора САФУ, кг;

с - теплоемкость раствора САФУ, кДж/кг·К;

t - температура раствора САФУ, °С.

Q1 = 63661,7 · 2,200 · 155 = 21708639,7 кДж

2) физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.15)

где n - количество аммиака, кмоль;

c - теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t - температура аммиака, °С.

Q2 = = 5196,3 кДж

1) рассчитаем тепло реакции нейтрализации:

при нейтрализации 63 кг HNO3 выделяется 146490 кДж тепла

при нейтрализации 20,4 кг HNO3 выделяется х кДж тепла

Q3 = = 47434,9 кДж

4) выразим тепло пара, кДж: Q4 = n · 36,1 · 183 = n · 6606,3

5) приход тепла равен:

QПРИХ = 21708639,7 + 5196,3 + 47434,9 + n · 6606,3

QПРИХ = 21761270,9 + n · 6606,3

Расчет расхода тепла:

6) физическое тепло раствора САФУ на выходе из донейтрализатора:

Q5 = 63672,9 · 2,209 · 150,3 = 21140211,5 кДж

8) физическое тепло аммиака в скруббер нейтрализатор:

Q6 = = 2205,1 кДж

9) выразим потери тепла:

Q7 = (21761270,9 + n · 6606,3) · 0,04

10) расход тепла равен:

QРАСХ = 21140211,5 + 2205,1 + Q7

QРАСХ = 22012867,4 + 264,3 · n

11) вычислим расход пара, исходя из условия теплового баланса:

21761270,9 + n · 6606,3= 22012867,4 + 264,3 · n

n = 40 кмоль; n = 40кмоль · 18 кг/кмоль = 720 кг

13) вычислим тепло пара, кДж :

Q4 = 40 · 36,1 · 183 = 264252 кДж

14) вычислим приход тепла: QПРИХ = 21761270,9 + 264252 = 22025522,9кДж

15) вычислим потери тепла: Q7 = (21761270,9 + 40 · 6606,3) · 0,04 = 881020,9 кДж

16) вычислим расход тепла: QРАСХ = 22012867,4 + 264,3 · 40 = 22023439,4 кДж

17) составим таблицу теплового баланса

Таблица 6.6. Тепловой баланс донейтрализатора Р-97

ПРИХОД

РАСХОД

Поток

кДж/ч

%

Поток

кДж/ч

%

Q1

21708639,7

98,6

Q5

21140211,5

96

Q2

5196,3

0,02

Q6

2205,1

0,01

Q3

47434,9

0,2

Q7

881020,9

3,99

Q4

264252

1,18

ВСЕГО

22025522,9

100

ВСЕГО

22023439,4

100

В данном разделе произведен расчет теплового баланса донейтрализатора Р-97. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры - 98,6%, а расходуется больше раствора САФУ - 96%.

6.2 Материальный и тепловой балансы производства аммиачной селитры

6.2.1 Материальный баланс донейтрализатора Р-4

Материальный баланс донейтрализатора Р-4 (с введением магнезиальной добавки)

Исходные данные:

Данные материального баланса аппарата ИТН

Раствор нитрата магния 37% Mg(NO3)2………………………………..1900,8 кг/ч:

в том числе Mg(NO3)2…………………………………………………….703,3 кг/ч

H2O…………………………………………………………………..……1197, 5 кг/ч

Расчет материального баланса.

1) Нейтрализация азотной кислоты происходит по реакции

Н3+НО3 Н4О3+Q ?Н = -146490 кДж

Газообразный аммиак для донейтрализации азотной кислоты:

кг/ч аммиака,

где 17,63 - молекулярные массы аммиака и азотной кислоты соответственно;

88 - количество азотной кислоты, кг/ч;

С учетом потерь (2,5 кг/ч на 1000 кг аммиачной селитры)

111,5 кг/ч NH4NO3 - х

1000 кг/ч NH4NO3 - 2,5 кг/ч NH3

х = 0,28 кг/ч

Общий расход аммиака: 23,7 + 0,28 = 24 кг/ч NH3 (100%-ного)

Количество 99,6%-ного аммиака необходимого для донейтрализации:

99,6%-ного аммиака

Количество воды, содержащейся в 99,6 %-ом аммиаке:

24,1-24=0,1 кг/ч воды

Расход:

Раствор аммиачной селитры с массовой долей NH4NO3 88,5% , входящей в донейтрализатор:

NH4NO3 (100%) = 59165+111,5=59 276,5 кг/ч

Mg(NO3)2= 703,3 кг/ч

H2O=5401+1197,5+0,1=6598,6 кг/ч

Таблица 6.7 Материальный баланс донейтрализатора Р-4

Статьи прихода

кг/ч

%мас

Статьи расхода

кг/ч

%мас

Раствор аммиачной селитры с м.д. NH4NO3

0,9, в том числе

NH4NO3

HNO3

Н2О

64654

59165

88

5401

97,1

Раствор аммиачной селитры в том числе

NH4NO3

Mg(NO3)2

Н2О

66578,8

59276,5

703,3

6599

100

Раствор нитрата магния 37% в т.ч.

Mg(NO3)2

H2O

1900,8

703,3

1197,5

2,86

Аммиак с м.д. NH3 0,996 в том числе

Н2О

NH3

24,1

0,1

24

0,04

ИТОГО

66578,9

100

ИТОГО

66578,8

100

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры - 97,1%, а расходуется больше раствора аммиачной селитры - 100%.

6.2.2 Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

Исходные данные:

Данные теплового баланса аппарата ИТН

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Температура нитрата магния……………………………………………………80°С

Целью расчета теплового баланса донейтрализатора является определение расхода пара для обогрева донейтрализатора.

Расчет теплового баланса.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла.

Запишем уравнение теплового баланса:

Q1 + Q2 + Q3 = Q6 + Q7 , (6.16)

где Q1 - физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры, кДж;

Q2 - физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q3 - физическое тепло 37% раствора нитрата магния, кДж;

Q4- физическое тепло раствора САФУ, кДж;

Q5 - потери тепла, кДж.

Расчет прихода тепла:

1) физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.17)

где m - масса 90%-ного раствора аммиачной селитры, кг;

с - теплоемкость 90%-ного раствора аммиачной селитры, кДж/кг·К;

t - температура 90%-ного раствора аммиачной селитры, °С.

Q1 = 64654 · 1,86 · 160 = 19241030,4 кДж

2) физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.18)

где n - количество аммиака, кмоль;

c - теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t - температура аммиака, °С.

Q2 = 24,1 · 2,3 · 120 = 6651,6 кДж

3) физическое тепло 37%-ного раствора нитрата магния рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.19)

где m - масса нитрата магния, кг;

с - теплоемкость нитрата магния, кДж/кг·К;

t - температура нитрата магния, °С.

Q3 = 1900,8 · 3,05 · 80 = 463795,2 кДж

6) приход тепла равен:

QПРИХ = 19241030,4 + 6651,6 + 463795,2 = 19711477,2 кДж

Расчет расхода тепла:

4) физическое тепло раствора аммиачной селитры с массовой долей 88,5% рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.20)

где m - масса раствора аммиачной селитры, кг;

с - теплоемкость раствора аммиачной селитры, кДж/кг·К;

t - температура раствора аммиачной селитры, °С.

Q4 = 66578,8 · 1,95 · 150 = 19474299 кДж

5) выразим потери тепла:

Q5 = 19711477,2 - 19474299 = 237178,2 кДж

6) расход тепла равен:

QРАСХ = 19474299 + 237178,2 = 19711477,2 кДж

7) составим таблицу теплового баланса

Таблица 6.8 Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

ПРИХОД

РАСХОД

Поток

кДж/ч

%

Поток

кДж/ч

%

Q1

19241030,4

97,6

Q4

19474299

98,8

Q2

6651,6

0,03

Q5

237178,2

1,2

Q3

463795,2

2,35

ВСЕГО

19711477,2

100

ВСЕГО

19711477,2

100

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры - 97,6%, а расходуется больше раствора аммиачной селитры - 98,8%.

6.3 Конструктивный расчет основного аппарата ИТН

В данной схеме производства используется вертикальный цилиндрический аппарат ИТН, состоящий из двух частей: реакционной и сепарационной. Реакционный стакан имеет отверстие в нижней части. Выше отверстий расположены барботер аммиака, ниже барботера газообразного аммиака - кольцевой барботер азотной кислоты. Верхняя часть реакционного стакана заканчивается диффузором.

Сепарационная часть аппарата - промыватель с четырьмя колпачковыми тарелками и двумя отбойниками. Среда: азотная кислота, аммиак, раствор NP-удобрения (аммиачной селитры) с массовой долей NН43 до 91%, фосфаты аммония до 10 %, соковый пар.

Объем реакционной зоны:

, (6.21)

где V - расход реагентов в реакторе, м/с,

-время пребывания в реакционном стакане, с

Vз = 8,44 0,5 = 4,22 м3

2. Площадь поперечного сечения:

S = V/w, (6.22)

где w- линейная скорость потока в реакторе, м/с

S = 4,22/3,5 = 1,2 м2

3. Диаметр реакционного стакана:

D = (6.23)

D =м

4. Высота стакана:

H = Vp /S, (6.24)

H = 4,22/1,2=3,5м

По имеющимся диаметру и высоте реакционного стакана, учитывая число тарелок, находим по таблице высоту сепарационной части: H = 7660мм.

Следовательно, высота аппарата ИТН будет равна: 7660 + 3500 = 11160мм.

6.4 Расчет и выбор вспомогательного оборудования

Вспомогательным оборудованием процесса нейтрализации азотной кислоты газообразным являются: теплообменники, донейтрализаторы и скруббер.

Рассчитаем и подберем по ГОСТу подогреватель газообразного аммиака Т-1.

Перед подачей аммиака в аппарат ИТН аммиак нагревают до температуры 120-180 0С в цилиндрическом одноходовом кожухотрубчатом теплообменнике.

Количество тепла Q, Вт, затрачиваемое на нагрев раствора определяется по формуле:

Q = G · c · Дt , (6.25)

где G - расход раствора ДАФ, кг/с;

c - теплоёмкость раствора, Дж/ (кг·К);

Дt -разность температур, оС;

Q = 12096,4 · 2,3 · (125 - 40) = 2364846,2 Вт

Количество нагревающего раствора G, кг/с, определяется по формуле:

G = 2364846,2 / (3743,763 · 85) = 7,43 кг/с

В процессе теплообмена аммиак нагревается от 40 оС до 125 оС

Среднелогарифмическая разность температур Дt ср лог, определяется по формуле:

, (6.26)

где Дt б -большая разность температур, град;

Дt м- меньшая разность температур, град;

Дt м =Дt б =50 град

Дt ср лог = 50 град

Отношение n/Z определяется по формуле:

(6.27)

где n -общее число труб, шт;

Z - число ходов;

Re - критерий Рейнольдса;

µ- вязкость среды, Па·с;

d- внутренний диаметр трубок, м

- при диаметре труб Штр= 25Ч2 мм

,

- при диаметре труб Штр=20Ч2 мм

Площадь поверхности теплообменника Fор , м 2, определяется по формуле:

(6.28)

k - коэффициента теплопередачи, Вт/( м 2·К)

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи:

k=250 Вт/( м 2·К)

Тогда ориентировочная поверхность теплообмена:

Fор= 189 м 2

Выбираем теплообменник, соответствующий площади поверхности теплообменника Fор = 189 м2. (ГОСТ 15120- 79):

- поверхность теплообмена F=219 м2

- диаметр теплообменника Ш=800 мм

- диаметр труб теплообменника Штр=25Ч2 мм

- число ходов Z = 1

- число трубок n = 465 шт

- длина труб = 6м

- площадь сечения в вырезе S1 =16,1·10-2 м2

- площадь сечения между перегородками S2 =7,9·10-2 м2

- площадь сечения одного хода по трубе S3 =6,9·10-2 м2

Критерий Рейнольдса Re определяем исходя из формулы:

Re=

Критерий Прандтля (Pr) определяем по формуле:

Pr = (6.29)

где c - удельная теплоемкость, кДж/ (кг·К);

л - теплопроводность, Вт/ (м·К);

µ- вязкость среды, Па·с.

Pr == 5,07

Коэффициент теплоотдачи к жидкости б, Вт/( м2·К), движущейся по трубам турбулентно, определяется по формулам :

б = 0,023 · Re0,8 · Pr0,4 · л /d , (6.30)

б1 = 0,023 · 9500,8 · 5,070,4 · (0,748/0,021) =377,9 Вт/(м2·К)

Площадь сечения потока в межтрубном пространств между перегородками:

S2 = 0,079 м2

Критерий Рейнольдса Re в межтрубном пространстве определяется:

Re = G · dвн / S2 · м , (6.31)

где G - расход, кг/с;

dвн - внутренний диаметр, м ;

S2 - площадь сечения между перегородками, м2

Re2 = 7,43 · 0,02/(0,079 · 0,0125) =150,5

Критерий Прандтля: Pr2 = 3743,4630 · 0,00125/ 0,548 = 6,255

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, движущейся в межтрубном пространстве:

б = 0,24 · Re0,6 · Pr0,36 · л /d, (6.32)

б2 = 0,24 · 150,50,6 · 6,255 0,36 (0,748/0,02) =351,7 Вт/( м2·К)

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2 ·К), определяется по формуле:

, (6.33)

где Уд/л - сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений, м2·К/Вт

Уд/л= (6.34)

Уд/л = 0,002/17,5 + 2/2900 = 0,000804 м2·К/Вт

Коэффициент теплопередачи: К = 1/(1/377,9 +0,000804 +1/351,7) =160 Вт/(м2·К),

Поверхность теплообмена составит: F = 2364846,2/ (50 · 160) = 295,6 м2

Запас поверхности теплообмена составляет: Д = (295,6 - 189)/295,6 · 100% = 3,6%

Данные по оборудованию приведены в таблице 5.9

Таблица 6.9 Основное оборудование процесса нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком и введение ЖКУ.

Оборудование

Размеры

Подогреватель газообразного аммиака Т-1

Диаметр, мм

Высота, мм

Поверхность теплообмена,м2

800

7140

219

Аппарат ИТН Р-3

Диаметр реакционной части, мм.

Диаметр реакционного стакана, мм.

Высота, мм.

Диаметр сепарационной части ,мм.

Общая высота, мм.

Давление, МПа.

Температура в реакционной зоне , С.

Температура в сепарационной зоне ,С.

1600

1200

5300

3600/2200

11160

0,02

148-165С

100-106С

Контрольный донейтрализатор Р-97

Диаметр, мм

Высота, мм

1600

6700

Скруббер-нейтрализатор Х-86

Диаметр, мм

Высота, мм

600

3814

Донейтрализатор Р-4

Диаметр, мм

Высота, мм

Вместимость, м3

Давление , МПа

Температура ,С

800

6720

3,2

0,02

165

Подогреватель азотной кислоты Т-2

Диаметр, мм

Высота, мм

Поверхность теплообмена,м2

600

5610

94

Бак-гидрозатвор Е-5

Диаметр, мм

Высота ,мм

1600

2508

Отделитель- испаритель жидкого аммиака Х-37

Диаметр, мм

Высота, мм

Вместимость, м3

Поверхность теплообмена, м2

1600

3160

5

2,3

6.5 Механические расчеты

1 Определение толщины стенки.

Рассматриваемый аппарат представляет собой цилиндрическую обечайку. Материал корпуса - сталь 12Х18Н10Т, модуль упругости при температуре 300єC - Е=1,9МПа.

Коэффициент прочности сварных швов корпуса , коэффициент Пуассона м = 0,3.

Прибавка к расчетной толщине корпуса:

с = с1 + с2 + с3, (6.35)

где с1 - прибавка для компенсации коррозии, эрозии, с1 = 2,5мм;

с2 - прибавка для компенсации минусового допуска, с2 = 0,8мм;

с3 - технологическая прибавка, с3 = 4,75мм

с = 2,5 + 0,8 + 4,75 = 8,05мм

Расчетное давление: Р = 0,02МПа.

Температура стенки: Т = 140°С.

Диаметр корпуса D = 3600мм.

Величина допускаемых напряжений при температуре t = 140єC, у = 136МПа.

Расчетная толщина стенки корпуса, нагруженной внутренним избыточным давлением, мм:

, (6.36)

где [у] = з·у*, з - поправочный коэффициент, для листового проката з = 1.

[у] = 1·136 = 136МПа

мм

Округляем SR до целого четного числа, SR = 6мм.

Исполнительная толщина обечайки:

S=SR+c (6.37)

S = 4,2+8,5 = 12,7мм.

Принято 14мм.

Условие применения формул:

, (6.38)

для обечаек и труб при D? 200мм

< 0,1 Условие выполняется.

Рассчитаем толщину стенки полусферического днища.

Радиус кривизны в вершине днища: R = 0,5D, R = 2200мм.

(6.39)

мм

Исполнительная толщина стенки днища, мм:

S1 = S1R + c (6.40)

S1 = 2,6 + 8,5 = 11,1 мм

Принимаем S1 = 12мм.

2 Определение допускаемого давления

Допускаемое наружное давление, МПа:

[Р] = min{[Р]1;[Р]2}, (6.41)

где [Р]2 - допускаемое наружное давление, определяемое из условия прочности обечайки между смежными кольцами жесткости, МПа:

, (6.42)

[Р]2 = = 0,42МПа

[Р]1 - допускаемое давление из условия прочности и условия устойчивости в пределах упругости, МПа:

, (6.43)

[Р]у - допускаемое давление из условия прочности, МПа:

(6.44)

[Р]у = = 1,116МПа

[Р]Е - допускаемое давление устойчивости в пределах упругости, МПа:

; (6.45)

где Кэ - коэффициент, принимаем Кэ = 0,93;

nу - коэффициент запаса устойчивости, nу = 2,4

[Р]Е = = 1,776МПа

[Р]1 = = 0,845МПа

[Р] = min {0,845; 1,016} = 0,845МПа

[Р] > Р2 (0,845 > 0,42), условие прочности и устойчивости выполняется.

3 Расчет укрепления отверстий

Допускаемый диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления:

(6.46)

74мм

Формула применяется, если: ,

где dR - расчетный диаметр отверстия,

dR = d + 2с (6.47)

Отверстие для отбора проб: d = 10мм

dR = 10 + 2 Ч 8,05 = 26,1мм

Укрепление не требуется (dR < d0 ).

Отверстие для термопары: d = 40мм

dR = 40 + 2 Ч 8,05 = 56,1мм

Укрепление не требуется (dR < d0 ).

4 Укрепление одиночного отверстия в обечайке, днище, крышке другим штуцером

Внутренний диаметр штуцера d = 600мм.

Наибольший расчетный диаметр отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при отсутствии избыточной толщины стенки:

(6.48)

мм

Допускаемое напряжение материала штуцера при расчетной температуре =140МПа.

Допускаемое напряжение материала накладного кольца при расчетной температуре =136МПа.

Расчетная длина внешней части штуцера:

, (6.49)

где l1 - исполнительная длина внешней части штуцера, l1 = 48мм,

сS - сумма прибавок к расчетной толщине штуцера, сS = 0,8мм,

S1 - исполнительная толщина стенки штуцера, мм:

S1 = S1R + сS, (6.50)

, (6.51)

ц1 - коэффициент прочности продольного сварного соединения, ц1 = 1,

мм

S1 = 1,7 + 0,8 = 2,5мм

Принимаем S1 = 10мм

мм

Принимаем l1R = 48мм.

Расчетная ширина накладного кольца, мм:

, (6.52)

где l2 - исполнительная ширина накладного кольца, l2 = 240мм,

S2 - исполнительная толщина накладного кольца, S2 = 12мм

мм

Принимаем l2R = 240мм

Расчетная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера, мм:

(6.53)

lR = = 194мм

Отношения допускаемых напряжений:

(6.54)

Х1 = Х3 = 140/136

Принимаем Х1 = Х3 = 1.

(6.55)

Х2 = 136/136 = 1

Условие укрепления отверстия:

l1R(S1 - S1R - cS)X1 + l2RS2X2 + l3R(S3 - 2cS)X3 + lR(S - SR - c) ? 0,5(dR - doR) SR (6.56)

48(10 - 1,7 - 0,8)1 + 240Ч12Ч1 + 0 + 194(18 - 9,8 - 8,05) = 3269мм

0,5(600 - 77,2)9,8 = 2561,72мм

Определяем необходимость укрепления отверстия диаметром 900мм.

Отверстия диаметром 600 и 900мм следует укрепить другим штуцером.

5 Расчет укрепления взаимовлияющих отверстий

Максимальное расстояние между наружными поверхностями двух соседних штуцеров: в = 370мм.

Условие, когда отверстия считаются одиночными

(6.57)

мм

370 < 389, отверстия взаимовлияющие.

Допускаемое давление перемычки, МПа:

, (6.58)

где к1 и к2 - коэффициенты, для выпуклых днищ к1 = 2, к2 =1,

V1 - коэффициент снижения прочности:

, (6.59)

где DR - расчетный диаметр укрепляемого элемента, мм:

DR = 2R - для сферических днищ, DR = 2Ч1900 = 3800мм,

= 600мм, = 900мм - расчетные диаметры взаимовлияющих штуцеров,

- внутренние диаметры взаимовлияющих штуцеров.

МПа

Расчетное давление 0,2МПа не превышает допускаемое давление перемычки 0,82МПа

6 Расчёт опор обечайки

Вертикальные аппараты обычно устанавливают на стойках, когда они размещаются внизу помещения или на подвесных лапах, когда аппараты размещают между перекрытиями в помещении или на специальных, стальных конструкциях. При отношении Н/D>5 вертикальные аппараты размещают на открытой площадке и устанавливают на так называемых юбочных (цилиндрических и конических) опорах.

Находим нагрузку на одну опору:

Q=G/z, (6.60)

где G - вес обечайки со средой, Н;

z - число опор, z = 4;

Q = 221300/4 = 55,2 кН

Размеры опоры: а=258 мм, а1=315 мм, b=83 мм, b1=43 мм, b2=323 мм, b3=166 мм, h1=98 мм, h2=493 мм, S=17 мм, S1=31 мм, dб=М36.


Подобные документы

  • Физико-химические свойства аммиачной селитры. Основные стадии производства аммиачной селитры из аммиака и азотной кислоты. Установки нейтрализации, работающие при атмосферном давлении и работающие при разрежении. Утилизация и обезвреживание отходов.

    курсовая работа [605,6 K], добавлен 31.03.2014

  • Характеристика и назначение аммиачной селитры. Технологическая схема производства аммиачной селитры. Параметры топочных газов, подаваемых в сушильную установку. Расчет параметров отработанных газов, расхода сушильного агента, тепла и топлива на сушку.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.02.2023

  • Автоматизация производства гранулированной аммиачной селитры. Контуры стабилизации давления в линии подачи сокового пара и регулирования температуры конденсата пара из барометрического конденсатора. Контроль давления в линии отвода к вакуум-насосу.

    курсовая работа [327,6 K], добавлен 09.01.2014

  • Характеристика выпускаемой продукции, исходного сырья и материалов для производства. Технологический процесс получения аммиачной селитры. Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком и выпаривание до состояния высококонцентрированного плава.

    курсовая работа [51,2 K], добавлен 19.01.2016

  • Описания грануляторов для гранулирования и смешивания сыпучих материалов, увлажненных порошков и паст. Производство комплексных удобрений на основе аммиачной селитры и карбамида. Упрочнение связей между частицами сушкой, охлаждением и полимеризацией.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 11.03.2015

  • Назначение, устройство и функциональная схема аммиачной холодильной установки. Построение в термодинамической диаграмме цикла для заданного и оптимального режимов. Определение холодопроизводительности, потребляемой мощности и расхода электроэнергии.

    контрольная работа [147,7 K], добавлен 25.12.2013

  • Общая характеристика проектируемого предприятия и обоснование необходимости модернизации производства. Выбор и обоснование способа и схемы производства, производственно-технологические расчеты основных отделений, технические сооружения и устройства.

    курсовая работа [888,7 K], добавлен 31.01.2010

  • Сущность процесса сушки и описание его технологической схемы. Барабанные атмосферные сушилки, их строение и основной расчёт. Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку, автоматическая регулировка влажности. Транспортировка сушильного агента.

    курсовая работа [140,6 K], добавлен 24.06.2012

  • Анализ технологических параметров выплавки стали на разных предприятиях. Содержание азота в стали, выплавленной в ОАО "Уральская Сталь". Структура управления и экономика производства электросталеплавильного цеха. Экологическая характеристика предприятия.

    дипломная работа [4,0 M], добавлен 01.11.2010

  • Цель и задачи модернизации шихтоподачи. Разработка участка отсева мелочи агломерата. Проектирование привода ленточного конвейера. Разработка гидропривода перекидного шибера. Выбор технологии производства опоры подшипника, расчет режимов резания.

    дипломная работа [857,7 K], добавлен 09.11.2016

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.