Слабая азотная кислота

 

Защита зданий и сооружений от разрядов

атмосферного  электричества (молниезащита)

 

Согласно СНиП 305-77 цех производства слабой азотной кислоты относится ко 2 категории. Защита зданий и сооружений этой категории от прямых ударов молнии выполнятся отдельно стоящими молниеотводами установленными непосредственно на здании. Тип молниеотводов одиночно стержневой.  Выхлопная труба в цех относится к 3 категории и сопротивления заземлителя для трубы при защит от прямых ударов должно быть не менее 50 Ом.  Величина сопротивления заземления при защит от вторичных проявлений молнии 10 Ом.

  Оподляемое количество (N) поражений молний в год рассчитывается по формул:

А) для высотного сооружения

N=9nh2 106

 

Для производственного и других зданий:

 

N={ (S+6h) (L+6h)– 7,7 h} n 106

Где h – высота здания, м

     Высота трубы 40 м, высота  здания 17 м.

S, L – ширина и длина здания, м

n – удельная плотность ударов молнии в землю, 1 / км2 год) Для Казани равно 2

Тогда

А) N = 9 3,14  402  106 = 0,045

 

Б) N = {(34+102) (80+102) – 130,9} 2  106 = 0,049

   Цех производства слабой азотной кислоты по устройству молниезащиты относится к зон защиты  А (степень надёжности 99,5% и бол). Согласно этим данным здание должно быть защищено лишь от прямых ударов молнии.

   Расчёт молниеотводов сводится к определению высоты молниеприёмника. Обеспечивающего требуемую надёжность.

  Высота молниепримника рассчитывается по формуле:

h= ( tx +1,63 hx ) / 1,5   , м

где h – рассчитываемая высота молниепримника, м

tx – размер зоны защиты на высот hx .Составляет 34 м.(из табл. Молниеотводов)

 hx  -  высота защищённого слоя, м Составляет 17 м

h =  (34+1,63 17) / 1,5 = 41, 14 м

 

Рисунок– Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 150 м.

                       

где h0- высота зоны защиты над землей;

 r0-радиус зоны защиты на уровне земли;

 rx-радиус зоны защиты, м.

hx - высота защищенного объекта, м;  

 

Безопасность процесса производства

 азотной кислоты.

 

Для создания нормальных условий труда, необходимо, чтобы оборудование кислотного цеха было герметично. Для обеспечения герметичности аппарат концентрирования футерован изнутри. Фланцевые соединения колонны во избежание разбрызгивания кислоты ограждаются манжетами из алюминия.

Прокладки между царгами изготавливаются из фторопласта 4.

Испытание на герметичность производится продувкой колонны. Для обеспечения герметичности кислотопроводов уплотнение фланцевых соединений осуществляется при помощи прокладок из "ванного асбеста", обмотанного фторопластовой лентой.

Коррозия может служить одной из причин аварий и разрушений оборудования. Оборудование  работает в агрессивной среде, все оборудование из кислотостойкой стали.

В данном случае процесс непрерывный и полностью автоматизирован, в нем исключён непосредственный контакт обслуживающего и ремонтного персонала с сырьём, полуфабрикатами и готовой продукцией. Так же в процессе нет движущихся механизмов и транспортёров, что повышает герметичность и безопасность процесса, так же снижая вероятность получения механических травм персоналом. Все соединения трубопроводов либо сварные, либо герметизированы прокладками из фторопласта. Вихревая колонна покрыта изнутри кислотоупорным материалом (кислотоупорный кирпич, фторопласт – 4). Процесс оборудуется емкостями для аварийного слива, в которые не допускается попадание воды. Все трубопроводы и аппараты в соответствии с Правилами Госгортехнадзора (ПБ 10-115-96), подвергаются техническому освидетельствованию до пуска в работу, а так же периодически при эксплуатации – проводится внутренний и наружный осмотр через каждые 2 года, а также гидравлическое испытание на прочность пробным давлением (0,088 мПа) – через 8 лет. Направленная на регенирацию и концентрирование азотная и серная кислоты должны подвергаться анализу.

Каждые два часа отбирается проба кислотной смеси и анализируется.

Аппаратчик ведет журнал, в котором делает отметки:

1. Давление природного газа до и после газорегулирующего прибора
2. Давление воздуха.
3. Температура газов выходящих из топки
4. Температура газов в шлемовой трубе.
5. Массовая доля и температура кислоты после холодильника.
6. Результаты анализа кислотной смеси.

Цеховая лаборатория один раз в смену проводит анализ выхлопных газов и определяет массовую долю окислов азота. Процесс оборудуется системой контроля, управления и противоаварийной защиты (ПАЗ), которая в случае возникновения аварийной ситуации прекращает нагрев топочных газов путём отключения подачи природного газа в топку. При этом система ПАЗ отключает электроснабжение всего оборудования. Также помещение цеха оборудуется автоматической системой пожаротушения и противопожарной сигнализацией. В помещении предусмотрен аварийный выход для эвакуации персонала в случае аварии..

 

Инженерное обеспечение безопасной эксплуатации оборудования.

 

Для обеспечения безопасности технологического процесса предусмотрены следующие мероприятия:

а) оборудование вынесено на открытую площадку;

б) производство автоматизировано;

в) предусмотрено дистанционное управление технологическим процессом;

г) герметичность оборудования обеспечивается прокладками вареного асбеста, обмотанного фторопластовой лентой во фланцевых соединениях и торцевыми уплотнителями вала;

д) производство непрерывное;

е) предусмотрено аварийное отключение производственного оборудования;

ж) для слива кислоты из аппарата и трубопроводов предусмотрен дренажный бак с нуружным насосом;

з) на фланцевых соединениях арматуры и трубопроводов, по которым транспортируется азотная кислота, купоросное масло, установлены защитные кожухи, колпаки;

и) вращающиеся части привода, муфты центрабежных насосовзакрыты защитными кожухами, которые окрашены в красный цвет, предупреждающий об опасности;

к) емкости оборудования снабжены регуляторами уровня, приборами сигнализации.

 

 

 

Экологичность производства.

.

   В целях охраны окружающей среды все воды из здания (кроме сливных) направлены на стекание. Выброс в атмосферу воздуха предусмотрен так, чтобы концентрация вредных веществ не превышала: в атмосфере воздуха населенного пункта максимально разовых концентраций NO2 0,085 мг/м3. Для обезвреживания выхлопных газов, содержащих окислы азота, применяют кислотную абсорбцию и предусмотрена установка выхлопных труб, высотой 100 м. Сбросов кислот нет. При промывке аппаратов при внезапных пропусках кислот, они отводятся в бак, откуда насосом подаются в хранилище, где предусмотрен кислотоупорный поддон с приёмником для слива аварийных проливов и сливных вод, откуда кислоты после обработки возвращаются в производственные цехи. Ливневые и загрязнённые воды сбрасываются в кислотную канализацию, по которой поступают в общезаводской отстойник, где нейтрализуются отработанным известняковым молоком.

            Цех загрязняет атмосферу, поэтому  необходимо его зонировать и располагать с подветренной стороны по отношению к другим производствам.

Таблица. Очистка выбросов в окружающую среду.

в-ва загрязняющие атмосферу	метод очистки	Агенты применяе- мые для очистки	степень очистки
окислы азота NO, NO2   туманообразный H2SO4   кислые воды	каталитическое восстановление, щелочная очистка электронейтрали- зация     нейтрализация	колонна       электрофильтр кт-144 скрубер-нейтрализатор скрубер	98 %       92 %   98 %   96 %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Веществами, загрязняющими атмосферу являются окислы азота. В проектируемом производстве применены следующие методы очистки:

1) на стадии абсорбции улов окислов азота производим серной кислотой,

2) на стадии концентрирования поглощение окислов азота, содержащихся в несконденсировавшихся  парах АК.

 

 

Материальный баланс производства

 азотной кислоты

 

Материальный баланс  рассчитывается на одну тонну целевого продукта

 

Производительность агрегата  179,1 т/сут.

Массовая доля аммиака в АВС

Степень контактирования  97 %

Степень поглощения окислов азота  98 %

 

Составление материального баланса окислительного узла производства слабой азотной кислоты.

  Теоретический расход аммиака  на одну тонну азотной кислоты  составит

 

17/63  480 = 129,52 кг = 0,12592 т

 

где 17 – молекулярная масса аммиака,  г/моль

       63 – молекулярная масса азотной кислоты, г/моль

       480 – масса 100% азотной кислоты, получаемой в  результате, кг

Это согласно уравнению

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O

 

Фактический расход при степени конверсии 97% и степени поглощения 98% составит:

 

129,52 / 0,98 · 0,97 = 136,255 кг = 0,136255 т

 

Приняв, что воздух содержит 21% кислорода (0,21) и 79% азота (0,79), определяем расход воздуха на одну тонну 48% азотной кислоты, при содержании 11,8% аммиака в аммиачно-воздушной смеси.

 

136,255  88,2 / 17  11,8   (0,21  32 + 0,79  28) = 1727,74 кг = 1,72774 т

 

где   17 – молекулярная масса аммиака,  г/моль

         88,2 – содержание  воздуха в АВС

         32 – молекулярная  масса кислорода, г/моль

         28 – молекулярная  масса азота,  г/моль

 

При этом количество поступающего кислорода будет:

 

136,255  88,2  / 17  11,8   0,21  32 = 402,56  кг = 0,40256 т

 

А количество других газов, поступающих с воздухом, в пересчете на азот составит:

 

1724,74 – 402,56 = 1325,18 кг = 1,32518 т

 

Таблица Количество АВС, поступающей в аппарат на 1 т 48% азотной кислоты составит

	кмоль	объёмн. %	кг	Вес %
Аммиак Кислород Азот	8,015 12,58 47,33	11,8 18,5 69,7	136,26 402,56 1325,18	7,37 21,60 71,09
Всего	67,93	100,0	1864,00	100,0

 

Состав газа после окисления аммиака в соответствии с принятой степенью конверсии 97% рассчитываем в соответствии со следующими реакциями (при условии, что 97% аммиака реагируют до окиси азота и три процента аммиака – до азота)

 

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

 

  После окисления аммиака, газ  имеет следующий состав

 

	кмоль	Объёмн.%	кг	Вес%
NO O2 H2O N2	7,77 2,68 12,02 47,45	11,12 3,83 17,19 67,86	233,22 85,76 213,36 1328,60	12,51 4,60 11,61 71,28
Всего	69,92	100,00	1863,94	100,00

 

 

Таблица – Материальный баланс окислительного узла производства слабой азотной кислоты составленный на одну тонну целевого продукта

 

Приход, т	Расход, т
С аммиачно-воздушной смесью NH3                               0,13626 O2                          0,40256 N2                          1,32518	С нитрозными газами NO                        0,23322 O2                         0,08576 H2O                       0,21636 N2                          1,32860
Всего                     1,86400	1,86394

 

 

Составление материального баланса абсорбционного узла производства слабой азотной кислоты.

   Общее количество получаемой  азотной кислоты при степени  поглощения окислов азота 98% составит:

 

233,22   0,98  63 / 30 = 480 кг = 0,480 т

 

Где  30 – молекулярная масса окиси азота г/моль

        233,22 – масса  окиси азота, полученной после окисления аммиака, кг