Технология химических производств

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Описание технологической схемы установки.

 

 

 

Воздух  забирают из атмосферы через трубу 25(см чертёж), очищают от пыли в фильтре 24, сжимают воздушным компрессором 23 до 0,42 МПа и, разделив на два потока, подают в контактный аппарат и подогреватель аммиака. Жидкий аммиак (парожидкостная смесь) через ресивер 1 поступает в испаритель 2, где испаряется при 10–16 °С и давлении 0,6 МПа.

После испарителя газообразный аммиак очищают от масла  и механических примесей в фильтре 3 и направляют в подогреватель  аммиака 4, где он нагревается до 80–120 °С воздухом.

Очищенный воздух и аммиак поступают в смесительную камеру 22 контактного аппарата 20. Образующаяся аммиачно-воздушная смесь содержит 9,6–10,0% NH3. Пройдя тонкую очистку в  фильтре, встроенном в контактный аппарат, аммиачно-воздушная смесь поступает  на двухступенчатый катализатор, состоящий  из трех платиноидных сеток и слоя неплатинового катализатора. Нитрозные  газы при температуре 840–860 °С поступают  в котел-утилизатор 19, расположенный  под контактным аппаратом, где за счет их охлаждения получают пар давлением 40 МПа с температурой 440 °С. Котел  питают химически очищенной водой, деаэрированной в колонне 17. Деаэрированная вода проходит теплообменник 16, где  нагревается нитрозными газами до 150 °С, экономайзер 18 и затем поступает  в барабан котла-утилизатора 21.

Нитрозные газы после котла-утилизатора охлаждаются  в экономайзере 18, отдают свою теплоту  в подогревателе 15 и затем поступают  в водяной холодильник 14 для дальнейшего  охлаждения до 55^оС. При охлаждении нитрозных газов происходит конденсация паров воды с образованием 40–45%-ной азотной кислоты, которая подается в газовый промыватель 13. Сюда же поступают нитрозные газы.

В промывателе  происходит одновременно с охлаждением  промывка нитрозных газов от нитрит-нитратных  солей и дальнейшая конденсация  азотной кислоты. Кислота из нижней части промывателя подается в абсорбционную колонну 10, а нитрозные газы сжимаются в компрессоре 12 до 11–12,6 МПа, нагреваясь при этом до 210–230 °С. После сжатия нитрозные газы охлаждают в холодильнике 16 до 155–165 °С. в холодильнике 11 второй ступени до 60–65 °С и подают в абсорбционную колонну 10. На тарелках колонны расположены земеевики для охлаждения кислоты. Сверху в колонну поступает паровой конденсат (Н2O) с температурой не выше 40 °С. Снизу колонны выводится 58–60%-ная азотная кислота; она поступает в продувочную колонну 9 для удаления растворенных в ней оксидов азота и далее направляется в хранилище.

Отходящий газ из абсорбционной колонны  нагревается в подогревателе (топочном устройстве) 8, смешивается в смесителе 7 с природным газом и подогретый до 480 °С направляется на каталитическую очистку от оксидов азота в  реактор. Катализатором очистки  служит алюмопалладиевый катализатор  АПК-2. После каталитического разложения выхлопные газы, содержащие до 0,008% оксидов  азота при температуре 750 °С, поступают  в рекуперационную турбину 5, входящую в состав газотурбинного агрегата. Здесь тепловая энергия выхлопных  газов преобразуется в механическую с одновременным снижением давления газа до 0,95–1,05МПа. Энергия, вырабатываемая в газовой турбине, используется для привода компрессоров 12 и 23 (нитрозного и воздушного).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Устройство, принцип работы основного аппарата.

 

 

Контактный аппарат, совмещенный  с картонным фильтром для аммиачно-воздушной  смеси и присоединенный в нижней части непосредственно к котлу-утилизатору. Картонный фильтр диаметром 3020/850 мм и высотой 1528 мм состоит из ряда кассет. Пройдя их, аммиачно-воздушная смесь  через внутренний цилиндр поступает  в верхний конус.

В месте перехода конической части  аппарата в цилиндрическую размещена  решетка, служащая для равномерного распределения газового потока. Это  способствует созданию более благоприятных  условий работы катализаторных сеток. В контактном аппарате имеются три  катализаторных сетки диаметром 2800 мм из нитей диаметром 0,09 мм с 1024 отв./см2, их рабочая поверхность 33, 4 м2. Сетки  помещаются на колосниках, под которыми находится слой металлических колец  высотой 250 мм (размеры колец 32х32х1 мм).

Нижняя часть конвертора футерована жаростойким кирпичом и присоединена непосредственно к котлу-утилизатору. Для розжига аппарата и наблюдения за состоянием сеток в его цилиндрической части имеются запальные отверстия  и «глазки».

Суточная производительность описанного аппарата составляет 18-19 т NH₃, или 48-50 т HNO₃. 

 

 

Контактный аппарат:

1 - жаростойкая футеровка; 2 – слой колец; 3 – катализаторные сетки; 4 – распределительная решетка; 5 – конус контактного аппарата; 6 – картонные фильтрующие кассеты; 7 – взрывная мембрана.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Техника безопасности при обслуживании оборудования.

 

 

В контактном отделении аммиак и аммиачно-воздушная  смесь, нагнетаемая вентиляторами  в смесители, а затем в контактные аппараты, находится под некоторым  давлением, поэтому через неплотности  вентиляторов, соединений трубопроводов, задвижек трубопроводов, смесителей возможно выделение аммиака в рабочие  помещения.

Ввиду того, что многие технологические процессы происходят при высоких температурах, на многих рабочих местах имеется  значительное тепловыделение. Так, например, температура платиновой сетки, которая  служит катализатором окисления, достигает 600-700°С и алюминиевые стенки контактных аппаратов на наружной поверхности  имеют температуру около 300°С. Для  борьбы с тепловыделением аппараты заключают в теплоизолирующие кожухи, соединённые с вытяжными системами  вентиляции.

Контактное  отделение представляет определённую опасность взрыва, так как при  содержании аммиака в воздухе  свыше 13-15% смесь становится взрывоопасной. Для предупреждения опасности взрыва служит, установленный на линии подачи аммиака от газгольдера к вентилятору, автоматический вентилятор, прекращающий подачу аммиака при отключении электрического тока и, следовательно, при остановке  работы нагнетательных вентиляторов. Также для уменьшения опасности  утечек аммиака служат автоматические газоанализаторы.

В абсорбционных  отделениях происходит постоянное загрязнение  воздуха окислами азота, постоянно  проникающими в помещение из соседних газоходов и кислотопроводов, от насосов, мест взятия проб. В абсорбционном  отделении также возможны аварии, связанные с выбросом газов, наиболее опасными местами по авариям являются стеклянные соединения кислотопроводов  от башен к буферным бакам, а также  кислотопроводы, находящиеся под  высоким давлением, где при неисправностях или повреждениях системы также  могут быть прорывы больших количеств  кислоты.

В инверсионном отделении неблагополучным местом является верх керамиковой башни, куда поступает кислота и раствор  нитритов, при взаимодействии которых  происходит бурное образование окислов  азота. При наименьших неплотностях, они поступают в рабочее отделение. Также необходимо отметить опасность  ожогов лица и глаз брызгами кислоты, рук и тела кислотой при авариях, при взятии проб, при ремонте аппаратуры.

Загрязнение наружного воздуха на территории предприятия окислами азота, выбрасываемыми хвостовыми вентиляторами. Содержание окислов в этих выбросах достигает 0,5 - 1,5%.

В отделении  хранения слабой кислоты причинами  постоянных и аварийных ситуаций являются также неплотности и  неисправности кислотопроводов, переливание  ёмкостей через край. При этом также  могут быть и химические ожоги  кислотой.

Розлив азотной  кислоты в железнодорожные цистерны производится снаружи, следовательно, здесь имеется главным образом  опасность ожога кислотой при  переливании цистерн, при неаккуратности рабочих.

Для наибольшей безопасности работников, обслуживающих  вращающиеся и движущиеся части  машин и механизмов, применяют  защитную блокировку, которая срабатывает  при снятии ограждений или попадании  человека в опасную зону. Различают  механические и электрические блокирующие  устройства, а также блокировку с  помощью фотоэлементов.

По статистике наибольшее количество нещадных случаев  на химических производствах случается  при проведении ремонтных работ  с применением открытого огня.

Ответственный за проведение огневых работ обязан обеспечить безопасное ведение огневых  работ: провести инструктаж; обеспечить средства пожаротушения; знать состояние  воздушной среды; постоянно находиться на месте огневых работ; по завершении их убедиться в отсутствии источников возникновения огня.

При ремонтных  работах не допускается одновременное  проведение несовместимых операций. Например, нельзя проводить электрогазосварку  и одновременно разбирать или промывать, технологическое оборудование и трубопроводы, так как выделяющиеся при промывке и разборе легковоспламеняющиеся и взрывоопасные пары аммиака могут загореться (взорваться).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчетная часть.

2.1. Материальный баланс основного аппарата.

 

 

 

Расчет введенного количества реагентов

 

1. На 1 т 100%-ой азотной кислоты необходимо аммиака:

 

17*1000/63 = 270 кг

 

С учетом степени контактирования и степени  поглощения полученных оксидов количество необходимого аммиака составит:

 

                                                           270

_________ = 287 кг

                                                  0,96 * 0,98

 

или

287/17 = 16,9 кмоль.

 

 

2. Расчет аммиачно-воздушной смеси.

Содержание  аммиака в смеси 10,0%. Следовательно  на воздух приходится 90,0%. Необходимое  количество воздуха:

 

(16,9 * 90) / 10 = 152, 1 кмоль,

в том  числе О₂:

(152,1* 21) / 100 = 31, 9 кмоль,

N₂:

(152,1 * 79) / 100 = 120, 2 кмоль.

 

 

Состав  аммиачно-воздушной смеси:

 

Компонент	кмоль	об.%	кг
NH3	16,9	10,0	287,0
O2	31,9	18,9	1020,0
N2	120,2	71,1	3365,0
Всего	169,0	100,0	4672,0

 

 

 

 

 

Расчет выведенного количества газов

 

Окисление аммиака на платине происходит по реакциям:

 

 

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

 

4NH₃ +3O₂ = 2N₂ + 6H₂O

 

1. Количество получаемой окиси азота:

1 кмоль  аммиака даёт 1 кмоль NO, а при степени контактирования 96% из 16,9 кмоль получится:

 

16,9 * 0,96 = 16,2 кмоль

или

16,9 * 0,96 *  30 = 487 кг.

 

2. По второй реакции из 1 кмоль аммиака получается 0,5 кмоль N₂. В этой реакции участвует 4% аммиака от начального количества:

 

16,9 * 0,5 * 0,04 = 0,34 кмоль

или

16,9 * 0,5 * 0,04 * 28 = 9,0 кг.

 

3. Количество получающихся водяных паров.

Из уравнений  реакции видно, что 4 кмоль аммиака  образуют 6 кмоль H₂O, и суммарное количество паров воды составит:

 

(16,9 * 6) / 4 = 25,4 кмоль

или

25,4 * 18 = 457 кг.

 

4. Количество кислорода.

По первому  уравнению вступило в реакцию  кислорода:

 

(16,9 * 5 * 0,96) / 4 = 20,3 кмоль.

По второму:

(16,9 * 3 * 0,04) / 4 = 0,5 кмоль.

 

Всего вступило в реакцию кислорода:

 

20,3 + 0,5 = 20,8 кмоль

 

Осталось  в нитрозных газах:

 

31,9 –  20,8 = 11,1 кмоль

или

11,1 * 32 = 355 кг.

 

5. Количество N₂ в нитрозных газах складывается из первоначального количества N₂ и азота, образовавшегося по реакции:

 

3365 + 9 = 3374 кг

 

 

Материальный  баланс контактного узла на 1 т 100%-ой азотной кислоты:

 

Введено				Выведено
Статья	кмоль	об.%	кг	Статья	кмоль	об.%	кг
NH3	16,9	10,0	287,0	NO	16,2	10,4	487,0
O2	31,9	18,9	1020,0	O2	11,1	7,6	355,0
N2	120,2	71,1	3365,0	N2	120,54	72,2	3374,0
				H2O	25,4	9,8	457,0
Всего:	169,0	100,0	4672,0	Всего:	173,24	100,0	4673,0