Проект участка нейтрализации раствора аммиачной селитры производительностью 450 тысяч тонн плава аммиачной селитры в год

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сегодня химическая промышленность является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей промышленности. Одним из актуальных направлений в химической промышленности является производство минеральных удобрений.

Для нормального роста и развития растений необходимо их обеспечение достаточным количеством питательных веществ. Основными питательными веществами являются: азот, фосфор, калий, кальций, магний и железо. Для поддержания плодородности сельскохозяйственных земель необходимо искусственным способом поддерживать баланс микроэлементов в почве. Для этого используют в данное время всевозможные минеральные удобрения (селитра, карбамид, азофос, аммиачная вода, нитроаммофоска, полифосфат аммония и др.). Применение комплексных и высококонцентрированных удобрений снижает трудовые затраты на внесенные их в почву, уменьшает расходы на транспортировку и хранение, повышает общую культуру земледелия.

Азотные удобрения могут содержать азот в виде свободного аммиака и аминов (аммиакатов), ионов NН₄⁺, NО_з^-, аминогруппы NH₂⁺, а также в виде сочетаний этих форм. В качестве твердых азотно-содержащих минеральных удобрений используют карбамид, нитрат, сульфат и фосфат аммония, нитраты кальция и др. Применяют также жидкие азотные удобрения - жидкий и водный аммиак, амины, водные растворы солей.

Сырьем для получения аммонийных форм азотных удобрений служит аммиак, нитратных - азотная кислота, амидных - аммиак или свободный азот. Поскольку источник азота для получения и аммиака и азотной кислоты - это атмосфера, то основным сырьем в производстве всех азотных удобрений является воздух - атмосферный азот. Запасы его практически неограниченны.

Но из-за медленности естественной фиксации атмосферного азота его необходимо перерабатывать в минеральные удобрения заводскими методами.

В ассортименте азотных удобрений значительное место занимает аммиачная селитра, объем мирового производства которой исчисляется миллионами тонн в год. Аммиачная селитра имеет ряд преимуществ перед другими азотными удобрениями. Она содержит около 35% N - одно из наиболее эффективных удобрений. Впервые в чистом виде в качестве удобрения ее стали применять в России. Это безбалластное удобрение, и стоимость перевозки содержащегося в нем азота ниже, чем при перевозке других азотных удобрений (за исключением карбамида и жидкого аммиака).

Аммиачная селитра используется также в промышленности. Она входит в состав большой группы устойчивых в разных условиях взрывчатых веществ в качестве окислителя.

Улучшение физико-химических свойств достигается модифицированием, т.е. внесением различных добавок, которые способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур, улучшению качества продукции, устойчивости растений к неблагоприятным погодным условиям. Большое значение имеют физико-химические свойства: статическая прочность гранул, гигроскопичность, слеживаемость.

За последние годы на ряде предприятий выполнен большой объем исследовательских и проектно-изыскательских работ, позволивших улучшить качество продукта, уменьшить выбросы в окружающую среду, снизить энерго- и трудозатраты, повысить эксплуатационную надежность агрегатов.

Цех по производству гранулированной аммиачной селитры ОАО «Дорогобуж» был введен в эксплуатацию в декабре 1979 года. На протяжении всего времени работы в цехе велась работа по повышению производительности, по снижению себестоимости, повышению производительности и по улучшению качества продукции. Инженерами и конструкторами завода при участии некоторых институтов ведется модернизация, а также создается более совершенные и производительные машины и аппараты. При разработке новых видов удобрений и более прогрессивных технологий их производства используются все достижения научно-технического прогресса. При конструировании и модернизации химической аппаратуры учитываются требования постоянно обновляющихся Государственных и отраслевых стандартов, технических условий и других нормативно-технических материалов.

Производство аммиачной селитры осуществляется методом нейтрализации слабой азотной кислоты газообразным аммиаком, в присутствии добавки нитрата магния с последующим упариванием раствора аммиачной селитры до состояния высококонцентрированного плава, гранулированием в грануляционной башне и быстрым охлаждением в аппарате «кипящего слоя».

В дипломной работе представлен проект участка нейтрализации раствора аммиачной селитры производительностью 450 тысяч тонн плава аммиачной селитры в год.

1. Выбор и обоснования принятой схемы производства

1.1 Обоснование места строительства

Для определения места строительства завода по выпуску минеральных удобрений в мае 1961 года был обследован ряд районов.

Местных ресурсов для получения аммиака Смоленщина не имеет, бурый уголь Сафоново низок по качеству и дорог. Остается один выход - природный газ.

Природный газ и электрификация могут быть поданы в любые районы области, решающим фактором при выборе места явилась возможность обеспечения завода паром и водой от действующих сооружений и наличие готовой стройбазы.

После тщательного сравненительного анализа, окончательный выбор сделан Дорогобуж.

Этот выбор был обоснован следующими причинам:

1. На реке Днепр уже была действующая Дорогобужская ГРЭС - главный источник снабжения электроэнергией.

2. Обеспечение природным газом от газопровода Шебелинка - Брянск - Смоленск.

3. В Сафоново размещалась мощная строительная организация « Дорогобужхимстрой», имевшая в своем распоряжении подсобные предприятия, строительные и монтажные управления.

4. В районе Дорогобуж - Сафоново намечалось создание крупного промышленного комплекса промышленных предприятий. В 1962 намечен ввод в действие Котельного завода, в 1969 - КРЗ, завода пластмасс, приборостроение.

5 . С этим районом есть связь:

Железнодорожная Москва - Смоленск

Автомагистраль Москва - Смоленск - Минск

6 . В районе Дорогобужской ГРЭС есть необходимая площадка: она расположена в 3,5 км южнее Дорогобужской ГРЭС в 40 га с возможностью расширения до 100 га.

Площадка со спокойным рельефом, большой глубиной залегания подземных вод. С хорошими грунтами, допускающими нагрузку 2 - 2,5 кг/ см². Эта площадка расположена от пос. Верхнеднепровский - 2,5 км, от Дорогобужа-4,5 км.

Таким образом, Дорогобужский завод азотных удобрений явился первым по выпуску минеральных удобрений на Смоленщине, и должен был обеспечивать Смоленскую, Калужскую и Брянскую области азотными удобрениями.

Строительство завода началось в 1963 г. а закончилось в 1965г. Государственная комиссия приняла завод в намеченный срок. На смену строителям пришли эксплуатанционщики, и через шесть месяцев вышли на производственную мощность 106 тыс. тонн аммиака с переработкой его в аммиачную воду.

Существующих мощностей не хватало для обеспечения потребителей, плюс к этому сельскому хозяйству требовались новые виды минеральных удобрений, для повышения урожайности.

Вследствие этих причин было принято решение о расширении существующего производства и строительстве новых производств.

В декабре 1979 года вступил в строй комплекс производства синтетического аммиака по энерготехнологической схеме на импортном оборудовании. Годовая проектная и достигнутая мощность производства - 450 тысяч тонн аммиака.

В декабре этого же года была запущена в эксплуатацию первая технологическая линия по производству аммиачной селитры. Вторая технологическая линия была запущена в производство в декабре 1980 года:



1.2 Общая характеристика производства

1. Полное наименование производства.

Производство гранулированной аммиачной селитры в двух крупнотоннажных агрегатах АС-72.

2. Год ввода в эксплуатацию.

I агрегат цеха аммиачной селитры введен в эксплуатацию в декабре 1979 года,

II агрегат в декабре 1980 года.

3. Мощность производства.

В соответствии с проектом мощность технологической линии производства аммиачной селитры составляет 450 тыс. т/год или 1363 т/сутки. Производство состоит из 2-х технологических линий. Общая проектная мощность производства аммиачной селитры составляет 900 тыс. т/год. Максимальная мощность технологических линий производства аммиачной селитры была достигнута в 2001г. и составила - 613092 тонн.

4. Состав производства.

Производство гранулированной аммиачной селитры в ОАО «Дорогобуж» состоит из следующих основных технологических стадий:

1. Приготовление крепкого раствора аммиачной селитры с добавкой нитрата магния.

2. Выпаривание крепкого раствора аммиачной селитры до состояния высококонцентрированного плава.

3. Гранулирование плава аммиачной селитры.

4. Охлаждение гранулированной аммиачной селитры.

5. Очистка газовых выбросов.

6. Приготовление раствора нитрата магния.

7. Пароснабжение.

5.Метод производства.

Производство аммиачной селитры осуществляется методом нейтрализации слабой азотной кислоты газообразным аммиаком в присутствии добавки нитрата магния с последующим упариванием раствора аммиачной селитры до состояния высококонцентрированного плава, гранулированием в грануляционной башне и быстрым охлаждением в аппарате «кипящего слоя».

6. Проект выполнен проектными организациями.

Генеральный проектировщик - ГИАП (г. Москва).

Проектировщик технологической части, строительной части, контроля и автоматического регулирования, отопления и вентиляции, эл. оборудования, тепловой вентиляции по основному производству - ГИАП г. Москва.

Проектировщик общезаводских объектов и сетей - Новомосковский филиал ГИАП.

Реконструкция аппарата ИТН поз. Р-3/1 - Чирчикский филиал ГИАП 1983 г.

Технический проект по переработки раствора аммиачной селитры в действующем производстве АС-72 объект 26 882 том 18 книга 1. Разработчик - ГИАП г. Москва 1986 г.

Разработка установки расходомера ТRIO-MASS на линии аммиачной селитры к теплообменнику поз. Т-93 ЦПКР ОАО «Дорогобуж», 2001 г.

Разработчик установки по приготовлению магнезиальной добавки - филиал ГИАП г. Тольятти, - проектировщик ПКО Дорогобужского ПО « Минудобрения», 1987 г.

Реконструкция «Автоматизированная система управления технологическим процессом получения аммиачной селитры АС-72» выполнена ОАО «Севзапмонтаж автоматика», 2006 г.



2. Характеристика исходного сырья, материалов и готовой продукции

2.1 Характеристика выпускаемой продукции

1. Техническое наименование продукта - аммиачная селитра.

Химическая формула - NH₄NO₃.

2. Аммиачная селитра должна соответствовать требованиям ГОСТ 2-85.

Наименование показателя	Норма для марки
	А	Б
	ОКП 21 8111 0100	Высший сорт ОКП 21 8111 0220	Первый сорт ОКП 21 8111 0230	Второй сорт ОКП 21 8111 0240
1. Суммарная массовая доля нитратного и аммонийного азота в пересчет: - на NH4NO3 в сухом веществе, %, не менее - на азот в сухом веществе, %, не менее	98 не нормируется	не нормируется
		34.4	34,0
2. Массовая доля воды, %, не более: - с сульфатной и сульфатно-фосфатной добавками; - с добавками нитратов кальция и магния	0,2	0,3
	0,3
3. рН 10%-ного водного раствора, не менее с сульфатно-фосфатной добавкой	5,0 4,0
4. Массовая доля веществ, не растворимых в 10%-ном растворе азотной кислоты, %, не более	0,2	Не нормируется
5. Гранулометрический состав: 5.1. массовая доля гранул размером от1 до 3 мм, %, не менее	93
5.2 массовая доля гранул размером от 1 до 4 мм, %, не менее в том числе гранул размером от 2 до 4 мм, %, не менее	не нормируется	95
		80	50	не нормируется
5.3. массовая доля гранул размером менее 1 мм, %, не более	4	3	3	4
5.4. массовая доля гранул размером более 6 мм, %.	0,0
6. Статическая прочность гранул, Н/гранулу (кг/гранулу), не менее: - с сульфатной и сульфатно-фосфатной добавками - с добавками нитратов кальция и магния	5 (0,5)	10 (1,0) 8 (0,8)	7 (0,7)	5 (0,5)
7. Рассыпчатость, %, не менее	100

Примечание: 1. Требования к качеству селитры, предназначенной для экспорта, должны соответствовать требованиям договора (контракта) поставщика с внешнеэкономической организацией или иностранным покупателем.2. Массовую долю воды определяют в момент приемки у потребителя. 3. Массовая доля гранул менее 1 мм для высшего и первого сорта марки Б на момент отгрузки - не более 2 %. 4. Допускается по согласованию с потребителем для марки А нормирование массовой доли гранул размером от 1 до 4 мм не менее 95 %.

3. Основные свойства и качество выпускаемой продукции, физико-химические свойства и константы.

В чистом виде аммиачная селитра представляет собой белое или желтоватое кристаллическое вещество, содержащее не менее 34,4 % азота в аммиачной и нитратной формах.

Молекулярная масса - 80,043.

Плотность, г/см³ - 1,69 1, 725

Температура плавления, ⁰ С - 169,6

Теплота плавления, кДж/кг - 73,21

Кристаллические модификации

Нитрат аммония в зависимости от температуры существует в пяти кристаллических модификациях, термодинамически устойчивых при атмосферном давлении.



Кристаллические модификации нитрата аммония

Модификация	Интервал температур 0С	Вид симметрии	Объём элементарной ячейки нм3
I	169,6 - 125,2	Кубическая	0,085
II	125,2 - 84,2	Тетрагональная	0,164
III	84,2 - 32,3	Ромбическая	0,314
IV	32,3 - ( -16.9)	Ромбическая	0,155
V	(- 16,9) - (- 50)	Тетрагональная	0,634

Каждая модификация существует лишь в определенной области температур и переход из одной модификации в другую сопровождается изменениями кристаллической структуры, выделением (или поглощением) тепла, а также скачкообразным изменением удельного объёма, теплоемкости, энтропии и т.д.

Параметры модификационных превращений нитрата аммония

Превращение	Температура , 0С	Изменение удельного объёма м3/т (см3/г)
Плав I	169,6	0,0542
I II	125,8	0,0138
II III	84,2	0,0080
III IV	32,2	0,0215
IV V	-16,9	0,0170
II I V	50,5	0,0135

Растворимость аммиачной селитры в воде.

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде, причем растворимость ее значительно возрастает с повышением температуры. Растворение протекает с поглощением тепла. При растворении аммиачной селитры в равном по объёму количестве воды температура раствора снижается примерно на 25 ⁰С.



Растворимость в системе NH₄NO₃ - H₂ O.

Температура 0С	Концентрация NH4NO3, %	Твердая фаза (модификация)	Температура 0С	Концентрация NH4NO3, %	Твердая фаза (модификация)
0	0	Лед	70,0	83,6	III
-5,0	13,0	Лед	75,30	85,0	III
-10,0	25,6	Лед	80,0	86,3	III
-15,0	38,3	Лед	84,2	87,4	III + II
-16,9	42,4	Лед+NH4NO3	85,0	87,6	II
-15,0	43,1	IV	90,0	88,8	II
-10,0	47,1	IV	95,0	90,0	II
-5,0	50,8	IV	100,0	91,1	II
0	54,3	IV	105,0	92,2	II
5,0	57,4	IV	110,0	93,2	II
10,0	60,3	IV	115,0	94,2	II
15,0	63,0	IV	120,0	95,0	II
20,0	65,5	IV	125,0	95,7	II
25,0	68,0	IV	125,2	95,8	II + I
30,0	70,2	IV	130,	96,4	I
32,2	71,1	IV + III	135,0	97,1	I
35,0	72,2	III	140,0	97,5	I
40,0	74,1	III	145,0	97,9	I
45,0	75,9	III	150,0	98,3	I
50,0	77,6	III	155,0	98,8	I
55,0	79,2	III	160,0	99,2	I
60,0	80,8	III	165,0	99,6	I
65,0	82,2		169,6	100	I + плав

Температура кипения водных растворов аммиачной селитры различной концентрации при атмосферном давлении.

Концентрация NH4NO3, %	Температура, 0С	Концентрация NH4NO3, %	Температура, 0С	Концентрация NH4NO3, %	Температура, 0С
5	101,0	45	108,5	85	137,0
10	101,5	50	110,0	90	149,0
15	102,5	55	112,0	95	177,0
20	103,0	60	114,0	96	187,0
25	104,0	65	117,0	97	197,0
30	105,0	70	120,0	98	210,0
35	106,0	75	124,0	99	223,0
40	107,0	80	130,0	100	238,0

Давление пара аммиачной селитры в зависимости от температуры и агрегатного состояния.

Температура, 0С	Давление пара NH4NO3 мм. вд. ст.	Агрегатное состояние
148	0,0329	твердое
160	0,0705	твердое
165	0,0861	жидкое
170	0,1034	жидкое
180	0,1847	жидкое
190	0,2715	жидкое

Вязкость (мПа; с) водных растворов аммиачной селитры.

Температура, 0С	Концентрация NH4NO3, %
	50	60	70	80	85	91,14	97,61	99,24
20	1,45	-	-	-	-	-	-	-
30	1,19	1,65	-	-	-	-	-	-
40	1,00	1,30	2,05	-	-	-	-	-
60	0,75	1,02	1,55	2,50	-	-	-	-
80	0,60	0,85	1,28	2,00	2,55	-	-	-
90	0,54	0,76	1,15	1,60	-	-	-	-
100	0,46	0,70	1,06	1,66	2,15	3,87	-	-
110	0,42	0,64	0,78	1,55	2,02	3,45	-	-
120	-	-	-	1,46	-	-	-	-
130	-	-	-	1,34	1,80	2,81	-	-
140	-	-	-	-	1,71	2,57	-	-
160	-	-	-	-	-	-	4,79	-
170	-	-	-	-	-	-	4,28	4,78
180	-	-	-	-	-	-	3,98	4,26
190	-	-	-	-	-	-	-	3,86

Гигроскопичность.

Аммиачная селитра отличается большой гигроскопичностью - способностью поглощать влагу из атмосферного воздуха. На открытом воздухе она быстро становится влажной, затем расплывается, теряя кристаллическую форму. Степень поглощения влаги аммиачной селитрой зависит от влажности воздуха и давления паров над насыщенным раствором соли. Между воздухом и аммиачной селитрой происходит почти постоянный обмен влагой, на который решающее влияние оказывает относительная влажность воздуха.

Гигроскопичность аммиачной селитры характеризуется так называемой гигроскопической точкой, т.е. относительной влажностью воздуха, при которой вещество не теряет воду и не поглощает ее из воздуха.

Гигроскопические точки аммиачной селитры имеют следующие значения:

Гигроскопическая точка (% относительной влажности)	75,3	69,8	66,9	62,7	59,4	52,5	48,4
Температура, 0С	10	15	20	25	30	40	50

Слёживаемость.

Отрицательным свойством аммиачной селитры является ее способность слёживаться, то есть терять при хранении сыпучесть (рассыпчатость), а в известных условиях даже превращаться в монолитную массу, с трудом поддающуюся измельчению.

Слёживаемость аммиачной селитры вызывается многими причинами, основными из которых являются:

а) изменение кристаллических модификаций, протекающих в гранулах на стадиях охлаждения и хранения их;

б) гигроскопичность аммиачной селитры

С целью сохранить потребительские свойства при транспортировке и хранении в аммиачную селитру вводятся кондиционирующие добавки, проводится обработка гранул поверхностно-активными веществами.

Добавки.

Основным назначением добавок является уменьшение отрицательного влияния процесса полиморфных превращений, протекающих в кристаллах нитрата аммония с заметным изменением их объёма. Добавки можно разделить на следующие основные группы:

- добавки, связывающие свободную влагу, которая находится в плаве нитрата аммония, поступающем на гранулирование;

- добавки, влияющие на процесс полиморфных превращений нитрата аммония;

- добавки, образующие центры кристаллизации.

К таким добавкам относится нитрат магния. Он хорошо растворим в воде и растворах аммиачной селитры. Безводный нитрат магния может присоединять до шести молекул воды, образуя гексагидрат нитрата магния Mg(NO₃)₂ ^, 6Н₂О. Одна массовая часть (м. ч.) безводного нитрата магния может связать около 0,7 м.ч. воды. В технологическом процессе производства аммиачной селитры нитрат магния используют в виде водного раствора, который вводят в раствор аммиачной селитры, поступающий на упаривание. В процессе упаривания нитрат магния обезвоживается. Обезвоженный нитрат магния, находясь в гранулах селитры, связывает оставшуюся в плаве селитры свободную влагу в химические соединения. Если безводного нитрата магния в гранулах достаточно для связывания всей находящейся в них влаги, то получается практически безводная аммиачная селитра, обладающая хорошими физико-химическими свойствами.

В процессе кристаллизации плава, содержащего нитрат магния, образуются не только кристаллогидраты этой соли, но происходит также образование двойных аммонийно-магниевых солей, и в этом случае диаграмма фазовых состояний безводного нитрата магния и различных его кристаллогидратов усложняется. В связи с этим аммиачной селитре, содержащей добавку нитрата магния, не свойственна какая-либо постоянная гигроскопическая точка, так как по мере связывания влаги нитратом магния образуется новое химическое соединение, изменяющее значение гигроскопической точки.

В присутствии нитрата магния характер и кинетика полиморфных превращений также изменяется. Присущее нитрату аммония, содержащему влагу, полиморфное превращение при 32 ⁰С III IV заменяется метастабильным превращением II IV, протекающим при 48 - 51 ⁰С, если содержание влаги в селитре составляет 0,4 %, а переход IV III происходит в этом случае при 52 - 53 ⁰С. При хранении на складах гранулы такой аммиачной селитры существенно не изменяют свой объём и поэтому не разрушаются.

Эффективный способ повышения качества аммиачной селитры.

Эффективным способом повышения качества аммиачной селитры является модифицирование поверхности гранул готового продукта аммиачной селитры поверхностно-актиными веществами (ПАВ). Применение незначительных количеств добавки ПАВ (0,05 - 0,10 %) резко улучшает физико-химические свойства аммиачной селитры.

Наиболее эффективными по степени гидрофобизирующего действия являются амины. Аммиачная селитра, обработанная аминами, сохраняет 100% рассыпчатость до 6 месяцев.

По требованию потребителя гранулированную аммиачную селитру обрабатываем лиламином марки АС-61Н.

Применение аммиачной селитры.

Аммиачная селитра применяется в сельском хозяйстве в качестве азотных удобрений, а также используется в промышленности для различных технических целей.



3. Технологическая часть

3.1 Теоретические основы технологического процесса

Технологический процесс получения аммиачной селитры протекает по реакции:

NH₃ + HNO₃ NH₄NO₃ + Q

В процессе нейтрализации выделяется большое количество тепла. Тепловой эффект реакции составляет144936 Дж/моль.

Так как конечной целью производства аммиачной селитры является получение твердого продукта, то на стадии нейтрализации стремятся получить возможно более концентрированные растворы аммиачной селитры. Часть тепла, выделяющаяся при нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком, идет на выпаривание воды из полученного раствора, процесс ведётся при температуре 148-165 ⁰С. При использовании азотной кислоты с массовой долей 58-60 % и предварительном подогреве исходного сырья получают крепкий раствор с массовой долей аммиачной селитры 89-92 %.

Для увеличения прочности гранул аммиачной селитры, и с целью сохранения потребительских свойств при транспортировке и хранении в раствор аммиачной селитры вводится кондиционирующая добавка нитрата магния.

Добавка нитрата магния увеличивает стойкость гранул аммиачной селитры к воздействию переменной температуры, что очень важно при хранении селитры в условиях резких колебаний температуры окружающей среды.

Крепкий раствор аммиачной селитры, полученный в процессе нейтрализации, выпаривают до содержания массовой доли аммиачной селитры не менее 99,7 %. Процесс ведется в интервале температур 175-185 ⁰С. Такой температурный диапазон выбран в связи с тем, что температура 163-170 ⁰С соответствует кристаллизации расплавов аммиачной селитры с массовой долей 99,3 -100 %, а подогрев выше температуры 190 ⁰С приводит к терморазложению аммиачной селитры.

Процесс гранулирования высококонцентрированного плава аммиачной селитры осуществляется в грануляционной башне, обеспечивающей высоту свободного полета гранул 50 метров. Температура гранул аммиачной селитры на выходе из грануляционной башни колеблется в пределах от 70 до 120 ⁰С. Гранулы на выходе из грануляционной башни имеют значительно более высокую температуру, чем необходимо для хранения и транспортировки продукта. Для охлаждения гранул аммиачной селитры до температуры не более 50 ⁰С используют аппарат с кипящим слоем. Кипящий слой создаётся путём подачи под перфорированную решётку аппарата потока воздуха, вследствие чего и создаётся псевдоожиженный слой гранул аммиачной селитры на поверхности решётки аппарата. Охлажденный продукт поступает на упаковку или на склад, для хранения насыпью.

Воздух, водяные пары на выходе из агрегата очищаются (от не прореагировавших аммиака и азотной кислоты, аэрозолей аммиачной селитры) в скрубберной установке, затем выбрасываются в атмосферу.

Таким образом, процесс производства аммиачной селитры можно представить в виде следующих стадий:

1 Прием сырья:

аммиака, азотной кислоты, пара, раствора аммиачной селитры из цеха НАФ.

2 Получение основного продукта:

2.1 Приготовление крепкого раствора аммиачной селитры с добавкой нитрата магния.

2.1.1 нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком;

2.1.2 переработка раствора аммиачной селитры из цеха НАФ.

2.1.3 ввод добавки нитрата магния.

2.1.4 сбор и переработка крепкого раствора аммиачной селитры.

2.1.5 нейтрализация свободной азотной кислоты в крепком растворе аммиачной селитры.

2.2 Выпаривание крепкого раствора аммиачной селитры до состояния высококонцентрированного плава.

2.3 Гранулирование плава аммиачной селитры.

2.4 Охлаждение гранулированной аммиачной селитры.

2.5 Очистка газовых выбросов.

2.6 Приготовление раствора нитрата магния.

2.7 Приготовление порообразующих добавок.

2.8.Ввод порообразующих добавок в плав амселитры.

2.9 Пароснабжение.

3.2 Описание технологической схемы

Приготовление крепкого раствора аммиачной селитры с добавкой нитрата магния.

Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком.

Процесс нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком осуществляется в двух параллельно работающих аппаратах ИТН (использование тепла нейтрализации) поз. Р-3 под давлением не более 0,0049 МПа (0,05 кгс/см²), то есть близким к атмосферному.

Необходимая для процесса нейтрализации азотная кислота подается насосами поз. Н-101/1,2, установленными на складе кислоты цеха АК-72, по двум трубопроводам на каждый агрегат отдельно под давлением 0, 588 - 0,784 МПа (6,0 - 8,0 кгс/см²). Поддержание постоянного давления в трубопроводе подачи кислоты производится автоматическими устройствами, предусмотренными в схеме склада азотной кислоты. На входе в цех производятся замеры давления азотной кислоты (параметр безопасности) прибором поз.PRAНL-3 и общего расхода кислоты прибором поз. FQR-14. После очистки от нерастворимых примесей в сетчатом фильтре поз. Ф-10, кислота поступает в четырёхходовой кожухотрубный теплообменник поз. Т-2, в котором нагревается до температуры 75- 90 ⁰С поз. TR-11 за счет тепла пара вторичного вскипания из бака сбора парового конденсата поз. Е-43. Подогретая азотная кислота подаётся в реакционный стакан аппарата поз. Р-3. Регулирование расхода (параметр безопасности) кислоты поз. FFRCSAHL-2 в аппарат поз. Р-3 происходит при помощи регулирующего клапана поз. FFRCSAHL-2-CV.

Газообразный аммиак поступает в цех с избыточным давлением 0,392 - 0,588 МПа (4,0 - 6,0 кгс/см²) поз. PI-1 (параметр безопасности), которое измеряется манометром поз.PJ-15, от испарителя склада жидкого аммиака или из основного производства аммиака. На входе газообразного аммиака в цех установлен отделитель-испаритель жидкого аммиака поз. Х-37, вертикальный аппарат с внутренним паровым змеевиком, для отделения масла и испарения жидкого аммиака. Далее аммиак поступает в вертикальный одноходовой кожухотрубный теплообменник поз. Т-1, где подогревается паровым конденсатом от пароувлажнителя поз. Х-42 до температуры 120-180 ⁰С, поз. TR-21, (параметр безопасности). Перед подогревателем поз. Т-1, регулирующим клапаном поз. PRCAHL-1-2-CV-1, и клапаном тонкой регулировки поз. PRCAHL-1-2-CV-2, давление аммиака (параметр безопасности) поз. PRSАL-1-1, редуцируется до 0,178 - 0,216 МПа (1,8 - 2,2 кгс/см²). После подогревателя поз. Т-1 производится замер общего расхода газообразного аммиака прибором поз. FQR-13. Подогретый аммиак подается в реакционный стакан аппарата ИТН регулирующим клапаном поз. FRCSAHL-1-CV , поддерживается расход аммиака поз. FRCSAHL-1 в аппарате ИТН. На линии газообразного аммиака установлены предохранительные клапаны с давлением сброса: на поз. Х-37 Р_СБ. = 0,676 МПа (6,9 кгс/см²); поз. Т-1 Р_СБ. = 0,264 МПа (2,7 кгс/см²).

ИТН поз. Р-3 представляет собой вертикальный, цилиндрической формы аппарат, состоящий из двух частей: реакционной и сепарационной.

Реакционная часть аппарата поз. Р-3 - реакционный стакан с кислотным и аммиачным барботерами и отверстиями в нижней части. В реакционный стакан через барботеры поступают аммиак и азотная кислота.

Время пребывания реагентов в реакционной зоне 0,5-1 сек. В реакционной части раствор имеет массовую долю аммиачной селитры 89-92 %. Реакция идет при температуре 148 - 165 ⁰С поз. TRSAL-22-1 (параметр безопасности). Клапаном тонкой регулировки поз. QRCAL-1-CV установленным на линии газообразного аммиака, в аппарате поз. Р-3 поддерживается кислая среда, с массовой концентрацией свободной кислоты 1- 4 г/дм³ и числом ионов водорода (рН) поз. QRCAL-1 1,5-2,0. Раствор аммиачной селитры, полученный в реакционной зоне аппарата поз Р-3, самотеком поступает в донейтрализатор поз. Р-4.

Верхняя часть реакционного стакана заканчивается диффузором, обеспечивающим постепенное нарастание скорости на выходе раствора из стакана, тем самым предотвращается возникновение гидроударов парожидкостной смеси в стакане. Вывод парожидкостной смеси осуществляется через завихритель.

Сепарационная часть аппарата поз. Р-3 - промыватель с четырьмя колпачковыми тарелками и сетчатым отбойником.

Соковый пар с давлением 0,0049 - 0,0196 МПа (0,05-0,2 кгс/см²), образующийся при кипении раствора аммиачной селитры в аппарате поз. Р-3, имеет ту же температуру (148-165 ⁰С), что и раствор, выходящий из аппарата поз. Р-3. Соковый пар промывается от брызг раствора аммиачной селитры на четырех колпачковых тарелках паровым конденсатом, который подается на верхнюю промывную тарелку (четвертую) центробежным насосом поз. Н-41/1,2 из бака поз. Е-45 в количестве до 3,5 м³/час поз. FRC-7. Расход парового конденсата регулируется клапаном поз.FRC-7-CV. Орошающая жидкость перетекает на третью, вторую, первую тарелки и далее по переточной трубе в реакционную зону аппарата поз. Р-3. Над верхней колпачковой тарелкой установлено брызгоулавливающее устройство. При контакте сокового пара со слабым раствором (1, 2 и 3 тарелки) и конденсатом (4 тарелка) на промывных тарелках тепло перегрева снижается, соковый пар становится насыщенным и выходит из сепарационной части аппарата поз. Р-3 с температурой 100 -110 ⁰С поз. TR-16 (соответствующей точке насыщения пара при этом давлении).

В верхней части аппарата поз.Р-3, на выходе сокового пара, установлено устройство отбора пробы (УОП) конденсата сокового пара, далее соковый пар подается на очистку в промывной скруббер поз. Х-29.

С целью предотвращения возможного переполнения при неполадках, аппарат поз. Р-3 оборудован линей перелива с выходом раствора в хранилище поз. Е-8. Уровень в хранилище Е-8 поз. LRAHL-7 (параметр безопасности). На линии перелива установлена термопара поз. ТR-18 с выводом показаний на УНК.

На 1 агрегате проведена реконструкция аппарата поз. Р-3/1 для увеличения производительности. Демонтирована сепарационная часть и на высоту сепарационной части увеличен реакционный стакан.

Переработка конверсионных растворов из цеха НАФ.

Раствор аммиачной селитры (конверсионный) с массовой долей не менее 89% из цеха НАФ подается с температурой 110 - 125 ⁰С в вертикальный одноходовой кожухотрубный теплообменник поз.Т-93. На теплообменник поз.Т-93 подается пар давлением не более 0,098 МПа (10,0 кгс/см²) (параметр безопасности) после узла редуцирования пара 1,225 -1,568 МПа (12,5 - 16 кгс/см²).

Объёмный расход выдаваемого раствора должен быть не менее 10 м³/час. До подогревателя поз. Т-93 установлен регулирующий клапан расхода камфлекс II поз.QCV- 42 и массовый кариолисовый расходомер-плотномер ТRJO- MASS поз. QRC- 42. Проходя теплообменник поз. Т-93, раствор нагревается до температуры 148-165 ⁰С (параметр безопасности) и подается в донейтрализатор поз. Р-4.

В целях избежание накопления ионов фтора в цикле агрегата, перерабатывающего раствор из цеха НАФ, предусмотрена постоянная выдача слабых растворов в цех НАФ из хранилища поз. Е-34 (2 агрегата) насосами поз. Н-36/1,2.

Допустима работа агрегата только на конверсионном растворе.

Ввод добавки нитрата магния.

Для увеличения прочности гранул аммиачной селитры и с целью сохранения потребительских свойств, при транспортировке и хранении, в раствор аммиачной селитры вводится кондиционирующая добавка нитрата магния.

Раствор с массовой долей Mg(NO₃)₂ 35 - 40% и массовой концентрацией свободной HNO₃ 20-80 г/дм³ подается насосами поз. Н-1/1,2 или поз. Н-2/1,2,3 из отделения АКВМ по двум параллельным трубопроводам на 1 и 2 агрегаты, так называемое кольцо, в которое врезаны трубопроводы для каждого агрегата в отдельности, непосредственно подающие нитрат магния в аппараты ИТН и Р-4.

Регулирующим клапаном поз. FRCAH-41-CV поддерживается расход нитрат магнияпоз. FRCAH-41, в реакционную зону аппарата поз.Р-3 или в донейтрализатор поз.Р-4. Массовая доля добавки в растворе аммиачной селитры составляет 0,2 - 0,5 % (в пересчете на MgO).

Сбор и переработка крепкого раствора аммиачной селитры.

Хранилище поз. Е-8 предназначено для приема раствора аммиачной селитры при налаживании технологического режима в период пуска аппарата поз. Р-3, при дренировании аппаратов поз. Р-3, Р-4, Р-4А, бака поз. Е-23, при кратковременном прекращении подачи плава аммиачной селитры на грануляцию.

Для приема раствора аммиачной селитры при дренировании аппарата поз. Р-13, баков поз. Е-15, поз. Е-20, поз. Е-31, их коммуникаций и линий перелива установлен дренажный бак поз. Е-6, уровень в баке поз.LRCAHL-5 (параметр безопасности), из которого раствор аммиачной селитры погружным насосом поз. Н-7 перекачивается в хранилище поз. Е-8, уровень поз. LRCAHL-7 в хранилище Е-8 (параметр безопасности).

При дренировании скруббера поз. Х-93 из отделения обработки раствор аммиачной селитры направляется в хранилище поз. Е-8.

Из хранилища раствора аммиачной селитры, поз. Е -8, центробежным насосом поз. Н-9, давление на насосе поз. PI-17 (параметр безопасности), через сетчатый фильтр позФ-75 раствор с массовой долей аммиачной селитры не более 90 % и массовой концентрацией избыточного аммиака 0,1-0,5 г/дм³ подается в реакционную зону аппарата поз. Р-3 или в донейтрализатор поз.Р-4. Расход раствора аммиачной селитры поз. FRC-5, регулируется клапаном поз.FRC-5-CV. Для поддержания щелочной среды в растворе, через гидрозатвор-донейтрализатор, установленный в хранилище поз. Е-8, периодически подается газообразный аммиак. Для контроля среды из ёмкости поз. Е-8 производится отбор пробы раствора для анализа, с периодичностью согласно графика аналитического контроля.

Недопустима работа аппарата поз. Р-3 только на растворе от Е-8 без подачи в аппарат поз. Р-3 азотной кислоты и газообразного аммиака, так как при этом отсутствует выделение сокового пара, промывные тарелки становятся сухими, отсутствует естественная циркуляция раствора аммиачной селитры, что может привести к образованию застойных зон, где повышен риск разложения аммиачной селитры.

Нейтрализация свободной кислоты в крепком растворе аммиачной селитры.

Для поддержания щелочной среды в растворе аммиачной селитры перед выпаркой, установлен вертикальный цилиндрический аппарат, с вмонтированным аммиачным барботером в нижней части, донейтрализатор поз. Р-4. Для лучшей турбулизации потока, с целью увеличения контакта аммиака с раствором аммиачной селитры, в донейтрализаторе смонтированы перегородки. Расход аммиака поз. FRAL-19 в Р-4 регулируется клапаном поз. QRCAL-3-CV. Массовая концентрация свободного аммиака в растворе аммиачной селитры поддерживается в диапазоне 0,1-0,5 г/дм³.

Для постоянного контроля и замера числа ионов водорода (рН) (параметр безопасности) поз. QRCAL-1 и поз. QRCAL-3 в растворе аммиачной селитры в аппаратах поз.Р-3 и Р-4 установлены два параллельно работающих УРП-2И (устройство разбавления пробы).

Из донейтрализатора поз. Р-4 раствор аммиачной селитры поступает в вертикальный цилиндрический аппарат, контрольный донейтрализатор поз.Р-4А.

Из контрольного донейтрализатора поз. Р-4А, раствор аммиачной селитры поступает в выпарной аппарат поз. Т-10 через отсекатели поз.HCVA?S₆/1,2.

Избыточный аммиак, не вступивший в реакцию с кислотой в донейтрализаторе поз. Р-4, отводится вместе с соковым паром через воздушник аппарата в скруббер-нейтрализатор поз. Х-86. В скруббер из бака поз. Е-20 центробежным насосом поз. Н-21 подается орошающий раствор с массовой долей аммиачной селитры не более 25 % и с массовой концентрацией свободной азотной кислоты не более 20 г/дм³ и числом ионов водорода (рН) поз. QRAL-6 1,5-2,0. Для поддержания рН раствора предусмотрена подача азотной кислоты в скруббер поз. Х-86. Расход азотной кислоты поз. FRC-12 в скруббер регулируется клапаном поз. FRC-12 CV. Кислота подаётся в том объёме, который обеспечивает рН раствора в Е-20 1,5-2,0. Далее соковый пар из скруббера направляется на вторую очистку в промывной скруббер поз. Х-29. Во избежание аварийных ситуаций в аппаратах поз.Р-3, поз. Р-4, поз. Р-4А, при отклонении параметров безопасности от регламентированных значений, предусмотрены автоматические блокировки.



3.3 Расчёт технологических процессов

Материальный баланс аппарата ИТН.

Исходные данные:

Годовой объем производства 450 000 т.

Концентрация применяемой азотной кислоты 58 %

Концентрация парообразного аммиака 99 %

Состав готового продукта:

NH₄NО₃ 98,57 %

Н₂О 6 %

Потери NH₄NО₃ соковым паром 0.78%

Молярные массы веществ: М HNO₃ = 63 (кг/кмоль);

Р.К NH₃ =213 кг/т М NH₃ = 17 (кг/кмоль);

Р.К NHО₃ =792 кг/т М H₂O = 18 (кг/кмоль);

Р.К 40% р-ра HNO₃ =46.5 кг/т М NH₄ NO₃ = 80 (кг/кмоль).

Схема материальных потоков

Размещено на http://www.allbest.ru/



Рассчитаем материальный баланс реакционной части аппарата ИТН:

Расчет ведем при нормальных условиях на 1000 кг готового продукта. Исходя, из этого условия получаем:

1000·0,9857=985.7 кг.

Статьи прихода:

1. Определяем часовую производительность установки:

1.1 Количество часов работы установки:

Т=330·24=7920 (ч)

450000/7920=56,82 (т/ч)

2. Теоретический расчет расхода аммиака и азотной кислоты на 1т. продукта:

NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃

3. Расход аммиака в час:

Необходимо учесть потери аммиака. Поэтому с учетом потерь коэффициент по аммиаку принимаем равным 213 кг/т.

213 · 56,82 = 12102,66 (кг/ч)

В том числе:

NH₃ =12102,66 · 99 / 100 =11981,63

Н₂О = 12102,66 - 11981,63 = 121,03

4. Расход азотной кислоты, с учетом потерь на различных стадиях принимаем расходный коэффициент по азотной кислоте 792 кг/т. Тогда расход 100 %-ной азотной кислоты в час:

792 · 56,82 = 45001,44 (кг/ч)

45001,44 /0,58 = 77588,69 (кг/ч)

В этом количестве кислоты содержится воды:

77588,69 - 45001,44 = 32587,25 (кг/ч)

Потери HNO₃:

792-776,2=15,8(кг/ч)

5. В реакционную часть поступает 40 %-ый раствор аммиачной селитры в количестве 1926 кг/ч.

В том числе:

NH₄NO₃ - 767 кг/ч,

Н₂О - 1151 кг/ч,

НNO₃ - 8 кг/ч.

6. Всего в аппарат ИТН поступает:

12102,66 + 77588,69 + 1926 = 91617,35 (кг/ч) .

Статьи расхода:

1. Количество образовавшегося 93 %-го раствора аммиачной селитры:

а) масса NH₄NO₃ образовавшегося в химической реакции:

б) масса NH₄NO₃ ушедшая в 93 % плаве:

57134,78+ 767 - 450 = 57451,78(кг/ч)

в) масса 93 % плава:

57451,78· 100 / 93= 61776,11(кг/ч)

г) количество воды в растворе 93 %-го NH₄NO₃:

61776,11- 57451,78- 15,8 = 4308,53 (кг/ч)

2. Количество испарившейся воды:

121,03 +32587,25+1151 - 4308,53 -450= 29100,75(кг/ч)

3. Общее количество сокового пара:

29100,75+ 290,49 + 450 = 29841,24 (кг/ч)

Составим таблицу материального баланса реакционной части

Размещено на http://www.allbest.ru/

Материальный баланс реакционной части

Приход	Расход
№	Наименование компонента	кг/ч	%	№	Наименование компонента	кг/ч	%
1.	Аммиак	12102,66	13,2	1.	Раствор NH4NO393%-ный	61776,11	67,5
	в том числе:				в том числе:
	NH3	11981,63	99,0		NH4NO3	57451,78	93,0
	Н2О	121,03	1,0		Н2О	4308,53	6,9
2.	Азотная кислота 58 %	77588,69	84,7		НNO3	15,8	0,1
	в том числе:			2.	Соковый пар	29841,24	32,5
	НNO3	45001,44	58,0		в том числе:
	Н2О	32587,25	42,0		Н2О	29100,75	97,5
3.	40 % раствор NH4NO3	1926	2,1		NH3	290,49	1,0
	в том числе:				NH4NO3	450	1,5
	NH4NO3	767	39,8
	Н2О	1151	59,8
	НNO3	8	0,4
	Итого:	91617,35	100		Итого:	91617,35	100

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рассчитаем материальный баланс сепарационной части аппарата ИТН:

Статьи прихода:

1. Определим количество азотной кислоты (НNO₃), которой необходимо подать на нейтрализацию аммиака (NH₃), содержащегося в соковом паре по реакции:

NH₃ + НNO₃ > NH₄NO₃

m(НNO₃)= 290,49· 63 / 17 = 1076,52 (кг/ч)

m(58%НNO₃)= 1076,52 / 0,58 = 1856,07 (кг/ч)

Образуется NH₄NO₃ в количестве:

m(NH₄NO₃)= 290,49· 80/17=1367,01 (кг/ч)

2. 20 % раствор NH₄NO₃ подается в количестве 2494 (кг/ч),

В том числе:

NH₄NO₃ - 460 кг/ч,

Н₂О - 2000 кг/ч,

НNO₃ - 34 кг/ч.

3. Конденсат сокового пара подается в количестве 50 кг/ч.

Статьи расхода:

1. 40 % раствор NH₄NO₃ в количестве 1926 кг/ч, в том числе:

NH₄NO₃ - 767 кг/ч,

Н₂О - 1151 кг/ч,

НNO₃ - 8 кг/ч.

2. Соковый пар:

Количество кислоты:

34 - 8 = 26 (кг/ч)

Количество воды:

29100,75+ 2000 + 779,55+ 50 - 1151 = 30779,3 (кг/ч)

Количество селитры:

450 + 460 + 1367,01 - 767 = 1510,01 (кг/ч)

Составим таблицу материального баланса сепарационной части.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Материальный баланс сепарационной части

Приход	Расход
№	Наименование компонента	кг/ч	%	№	Наименование компонента	кг/ч	%
1.	Соковый пар	29841,24	87,2	1.	40 % раствор NH4NO3	1926	5,6
	в том числе:				в том числе:
	Н2О	29100,75	97,5		NH4NO3	767	39,8
	NH3	290,49	1,0		Н2О	1151	59,8
	NH4NO3	450	1,5		НNO3	8	0,4
2.	20 % раствор NH4NO3	2494	7,3	2.	Соковый пар	32315,31	94,4
	в том числе:				в том числе:
	NH4NO3	460	18,4		НNO3	26	0,1
	Н2О	2000	80,2		NH4NO3	1510,01	4,7
	НNO3	34	1.4		Н2О	30779,3	95,2
3.	Азотная кислота	1856,07	5,4
	в том числе:
	НNO3	1076,52	58,0
	Н2О	779,55	42,0
4.	Конденсат (Н2О)	50	0,1
	Итого:	34241,31	100		Итого:	34241,31	100

Сводный материальный баланс ИТН

Приход	Расход
№	Наименование компонента	кг/ч	%	№	Наименование компонента	кг/ч	%
1.	Аммиак	12102,66	12,9	1.	Соковый пар	32315,31	34,3
	в том числе:				в том числе:
	NH3	11981,63	99,0		НNO3	26	0,1
	Н2О	121,03	1,0		NH4NO3	1510,01	46,7
2.	Азотная кислота 58 %	77588,69	82,4		Н2О	30779,3	53,2
	в том числе:			2.	Раствор NH4NO3 93 %	61776,11	65,7
	НNO3	45001,44	58,0		в том числе:
	Н2О	32587,25	42,0		NH4NO3	57451,78	93
3.	20 % раствор NH4NO3	2494	2,7		Н2О	4308,53	6,9
	в том числе:				НNO3	15,8	0,1
	NH4NO3	460	18,4
	Н2О	2000	80,2
	НNO3	34	1,4
4.	Азотная кислота 58 %	1856,07	1,9
	в том числе:
	НNO3	1076,52	58,0
	Н2О	779,55	42,0
5.	Конденсат (Н2О)	50	0,1
	Итого:	94091,42	100		Итого:	94091,42	100

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловой баланс аппарата ИТН.

Исходные данные:

Температура азотной кислоты t _вх.HNO3 = 90⁰C

Температура аммиака t _{вх. NH3} = 150⁰C

Температура 20 % раствора NH₄NO₃ t _{вх. NH4NO3} = 100⁰C

Температура конденсата t_КОНД. = 18 °C.

Температура сокового пара t_С.П. = 100 °C.

Температура 93 % раствора NH₄NO₃ t _{вх. NH4NO3} = 150⁰C

Тепловой эффект реакции - 144,94 кДж/моль.

Схема тепловых потоков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статьи прихода:

Уравнение для расчета теплоты:

где

1. Тепло, приносимое с аммиаком:

а.) с NH₃:

t = 150 °C;

c = 2.35 кДж/кг·град.

б.) с Н₂О:

t = 150 °C;

с = 1,88 кДж/кг·град.

2. Тепло, приносимое с азотной кислотой:

а.) с HNO₃:

t = 90 °C;

с = 2,85 кДж/кг·град.

б.) с Н₂О:

3. Тепло, приходящие с 20 % раствором NH₄NO₃:

t = 100 °C;

с = 3,44 кДж/кг·град.

4. Тепло, приходящие с азотной кислотой:

а.) с HNO₃:

t=40°C;

б.) с Н₂О:

5. Тепло, приносимое с конденсатом:

t = 18 °C;

с = 1,88 кДж/кг·град.

6. Тепло химической реакции:

Статьи расхода:

1. Тепло, уносимое с соковым паром:

t = 100 °C;

2. Тепло, уносимое с 93 % раствором NH₄NO₃:

t = 160 °C;

Составим таблицу теплового баланса аппарата ИТН.

гранулированный аммиачный селитра технологический

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловой баланс аппарата ИТН

№	Приход тепла	кДж/ч	%	№	Расход тепла	кДж/ч	%
1.	С аммиаком	4257655,04	14,7	1.	С соковым паром:	6114493,52	22,2
	NH3	4223524,58	99,0		NH4NO3	320575,12	5,2
	Н2О	34130,46	1,0		HNO3	7410	0,1
2.	С азотной кислотой	17056632,06	59,0		Н2О	5786508,4	94,7
	HNO3	11542869,36	32,3	2.	С 93 % раствором NH4NO3	20818431,25	73,1
	Н2О	5513762,7	67,7		NH4NO3	19515220,63	93,7
3.	С 20 % раствором NH4NO3	857936	3,0		HNO3	7204,8	0,1
4.	С азотной кислотой	181345,44	0,6		Н2О	1296005,82	6,2
	HNO3	122723,28	67,7	3.	Потери	1944635,77	4,7
	Н2О	58622,16	32,3
5.	С конденсатом	1692	0,1
6.	Тепловой эффект реакции	6522300	22,6
	Итого:	28877560,54	100		Итого:	28877560,54	100

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструктивные расчёты основного аппарата.

1. Техническая характеристика.

1. Давление:

Пробное давление в аппарате в период пуско-наладочных работ:

2. Температура в нижней части аппарата t = 180⁰C

Рабочая в верхней части аппарата (на тарелках) t = 104⁰C

3. Среда:

Состав азотная кислота 60%, раствор амселитры 90%, аммиак, соковый пар

2. Определение габаритных размеров реактора.

Производительность по готовому продукту - 44,19 г/час.

Концентрация азотной кислоты (60%) - 1500 кг/м³.

Объем заполнения реактора - 35%.

Остальной объем заполняют пары азотной кислоты и нейтральные газы.

Тогда:

Принимаем стандартный реактор, объемом 64 м³, D_в = 3800 мм, высотой цилиндрической части - 2600 мм и общей высотой 10100 мм.

Условия работы реактора:

Давление P_изб =0,02 МПа

Т _{верхн.ч.} = 104⁰С

Т _{нижн. ч}. = 180⁰С

Рекомендуемые материалы для 60% азотной кислоты:

Х17 ОХ17Т Х28 Х18Н10Т

Выбираем сталь Х18Н10Т. физико-механические характеристики:

Е²⁰ = 2,15 · 10⁵ МПа []²⁰ = 140 МПа

Е¹⁰⁰ = 2,15 · 10⁵ МПа []²⁰ = 130 МПа

Е¹⁸⁰ = 2,15 · 10⁵ МПа []²⁰ = 118 МПа

Т.к. аппарат подвергают гидроиспытаниям с Р_изб=0,04 МПа, необходимо рассчитать аппарат на прочность при действии

Р_раб = 0,12 МПа

Р_пн.исп. = 0,14 МПа

3. Определение толщины стенок элементов аппарата.

В аппарате 3 различные зоны:

сепарационная Ш = 2000 мм

основная Ш = 3800 мм

нижняя Ш = 1600 мм

- толщина цилиндрической части сепарационной зоны

Принимаем S = 6 мм

Условие прочности:

Условие выполняется

- толщина эллиптической крыши сепарационной зоны.

Принимаем S=6 мм.

Условие прочности:

Условие выполнено.

- толщина стенки основной зоны

Принимаем S = 8 мм.

Условие прочности:

Условие выполнено.

- толщина конического перехода основной зоны.

Принимаем S=8 мм.

Условие прочности



Условие выполнено

- толщина стенки цилиндрической обечайки нижней зоны

С учетом повышенной коррозии и эрозии нижней части ИТН примем толщину стенки цилиндрической части равной 10 мм.

Условие прочности

Условие выполнено

- толщину стенки эллиптического днища примем равной 10 мм

Тогда

Условие выполняется

4. Укрепление одного из отверстий в реакторе

Набольший диаметр: штуцер для выхода сокового пара Ш = 725 мм.

- толщина стенки штуцера

Принимаем S_исп = 4 мм



- ширина зоны укрепления

- расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления.

- площадь вырезанного сечения

- площадь укрепляющего сечения

-площадь укрепляющего сечения внешней части штуцера

Условие укрепления явно не выполняется, так как

Увеличим толщину стенки крышки до 10 мм, тогда

Условие укрепления



- применим для дополнительного укрепления накладное кольцо. Ширина кольца

- площадь укрепляющего сечения накладного кольца

Тогда условие укрепления

Таким образом, достаточным является укрепление штуцера накладным кольцом.

5. Подбор опоры для реактора

Для этого определим его вес в рабочих условиях.



В реакторе предусмотрены также колпачковые распределительные тарелки ТСК-Р. Их масса составляет 1000 кг каждая.

Внутри нижней части реактора установлена полая цилиндрическая труба

H = 4400 мм

D = 1200 мм

Масса кислоты в аппарате

Таким образом, общая масса аппарата

- монтажная

- рабочая

- нагрузка на одну опору (с учетом 3-х опорного варианта)



Назначаем опорные стойки по ОСТ 26-665-79 грузоподъемностью 160 кН

6. Расчет арматурного фланца

Аду 150 мм Ру 1,0 МПа

Материал:

Бурта - Х18Н10Т

Крепежа - сталь 35Х

Кольца - сталь 16ГС

Прокладки - поранит

Д = 147 мм Д_п = 203 мм Д'_б = 212 мм

S = 6 мм h = 18 мм

Арматурный фланец принят в зависимости от Ру 1,0 МПа

Проверочный расчет на прочность бурта

Исходные данные:

Диаметр болтов, мм

Допускаемое напряжение для материала крепежа

Число болтов Z = 8 см

Диаметр отверстий под крепеж d = 23 мм

Расчетное давление

Допускаемое напряжение для материала бурта

Расчетная температура

Моментные плечи



Коэффициенты

Напряжение в бурте

Условие прочности бурта

Условие прочности бурта выполнено

Расчет фланца

Материал:

Кольца - сталь 20

Бурта -Х18Н10Т.

Крепежа - 30Х13

Прокладки - паронит

S₀ - расчетная толщина втулки

Принято S₀ = 10 мм

Результаты расчета

Условие прочности прокладки (для прокладок типа паронит и фторопласт)

Условие выполняется.

Условия прочности крепежа (класс прочности для материала крепежа)

Условие выполняется

Условие прочности накидного кольца

Условие выполняется

Условие прочности бурта

Условие выполняется

Условие герметичности



Условие выполняется.



4. Аналитический контроль производства

Аналитический контроль предусматривают для соблюдения стабильного технологического режима и обеспечения заданного качества готового продукта. Выбор параметров и показателей, которые необходимо контролировать, осуществляют на основе глубокого анализа технологического процесса.

Аналитическая служба - это система, позволяющая получить данные о химическом составе, строении веществ, которые необходимы для производства, рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Аналитический контроль производства включает в себя практическое применение теории и методов аналитической химии к определению состава конкретных объектов производства. До недавнего времени его называли техническим анализом. При этом выделяют следующие цели: изучение, оценка, управление составом веществ.