Технологічний процес виробництва сульфату амонію та піридинових основ

Таблиця 2.2 Зміст маткового розчину

Виконання заданого технологічного режиму роботи сатуратора забезпечує високий ступінь уловлювання з газу аміаку і піридинових основ.

Уловлювання легких піридинових основ з коксового газу і пари, що виділяються в аміачній колоні при дистиляції надсмольной води, здійснюється в сатураторі одночасно з основним процесом нейтралізації аміаку коксового газу сірчаною кислотою з утворенням сульфату амонію або в абсорбері.

Легкі піридинові основи, що містяться в коксовому газі, зв'язуються з сірчаною кислотою, утворюючи залежно від кислотності розчину кислу або середню сіль сульфату піридину :

C5H5N + H2SO4 >C5H5NH•H2SO4 (кисла сіль);

2C5H5N + H2SO4 >(C5H5NH)2SO4 (средня сіль).

Обидві ці солі знаходяться в робочому розчині в розчиненому виді. Вони є нестійкими з'єднаннями, схильними за певних умов дисоціювати з виділенням піридину у вільному виді. У матковому розчині сатуратора в основному міститься кислий сульфат піридину. Будучи термічно стійким з'єднанням у водних розчинах навіть при високій концентрації (200-260 г/л) і високих температурах (75-80 °С), кислий сульфат піридину, проте, легко дисоціює під дією сульфату амонію з утворенням вільного піридину, який за певних умов видувається газом з маткового розчину сатуратора і втрачається.

Найбільш суттєвими чинниками, що впливають на міру уловлювання піридинових основ з газу, є температура розчину у ванні сатуратора, його кислотність і концентрація в нім піридинових підстав. При цьому вирішальним чинником є температура. Вона визначає міру дисоціації піридину і, отже, пружність пари піридину над матковим розчином. Висока температура маткового розчину порушує умови одночасного уловлювання у ванні сатуратора аміаку і піридинових підстав. В результаті підвищення кислотності розчину порушується процес утворення великокристалічної солі сульфату амонію.

Оптимальний технологічний режим сатуратора, що забезпечує нормальне протікання процесу одночасного уловлювання в нім аміаку і піридинових основ, характеризується наступними параметрами: температура ванни сатуратора 50- 55 °З, кислотність маткового розчину 4,5-5,0 %, піридинових основ в розчині 12-15 г/л. Це дозволяє довести міру піридинових основ до 90 %. Необхідна концентрація піридинових основ в матковому розчині підтримується шляхом безперервного виводу з сатуратора постійної кількості розчину на переробку в піридинове відділення.

Низька концентрація піридинових основ в матковому розчині обумовлена необхідністю переробки великої кількості його, що вимагає більше місткої апаратури і, отже, Збільшення капітальних витрат.

У установках отримання сульфату амонія бессатураторным способом в результаті роздільного уловлювання аміаку і піридинових основ концентрація піридинових основ в матковому розчині досягає 100-120 г/л, що сприятливо позначається на техніко-економічних показниках роботи піридинової установки.

Технологія виділення легких піридинових основ з маткового розчину

Виділення піридинових основ з маткового розчину здійснюється у піридинової установці, технологічна схема якої показана на рис.

Частина маткового розчину з кристаллоприемника 1 через відстійник 2 і витратомір маткового розчину 3 безперервно поступає в нейтралізатор 4, в який постійно подається концентрована паро аміачна суміш після дефлегматора аміачної колони. Барботуючи крізь шар маткового розчину в нейтралізаторі, велика частина аміаку витрачається на нейтралізацію вільної сірчаної кислоти, інший аміак реагує з сульфатами піридину і його гомологами. При цьому піридинові основи виділяються у вільному виді по реакції:

C5H5NH•H2SO4 + 2NН3 > (NН4)2SO4 + С5Н5N.

Що виділилися в нейтралізаторі, вільні піридинові основи випаровуються за рахунок теплоти нейтралізації розчину і часткової конденсації пари. Температура розчинів в нейтралізаторі утримується на рівні 100-101 °С. Щоб випарувалися при цій температурі пиридиновые основи в суміші з водяними парами, частиною аміаку, що не прореагував, вуглекислотою, сірководнем, частиною фенолів і парами нейтральних олій, а також з газами, що не конденсуються, спрямовуються в міжтрубний простір конденсатора-холодильника 5, де пари конденсуються і конденсат охолоджується до 30-35 °З технічною водою, що протікає по трубах.

Пари, що Не сконденсувалися, і гази через воздушники відводяться в газопровід перед первинними газовими холодильниками. Цим зменшуються втрати легких піридинових основ.

Сконденсована і охолоджена рідина з конденсатора-холодильника поступає в сепаратор 6, в якому піридинові основи відділяються від води внаслідок різниці їх щільності. Верхній шар, що є сирі піридинові основи, відводиться в один з мірників 7, а звідти в сховищі 8.

Обеспиридиненный розчин з нейтралізатора 4 через гідро¬затвор поступає в проміжну збірку реактор-підкислювач, де відстоюється від шламу, а потім підкисляється сірчаною кислотою до кислотності 10-12 % і повертається в сатуратор. Лужність маткового розчину після нейтралізатора повинна знаходитися в межах 0,3-0,5 г/л леткого аміаку.

Якість сирих піридинових основ оцінюється за їх змістом в сирому продукті, який визначається кількістю і складом органічних речовин, що знижують зміст 100 %-их піридинових основ в перерахунку на безводний продукт.

Оскільки органічні речовини, що складаються в основному з легких погонів смоли, нафталіну і фенолів, потрапляють в нейтралізатор піридинової установки з матковим розчином сатуратора і з аміачними парами, та якість сирих піридинових основ знаходиться в прямій залежності від режиму роботи цих відділень, від роботи відділення конденсації, очищення газу від туманоподібної смоли в електрофільтрах. Якість сирих піридинових основ визначається також температурою аміачної пари, що поступає в нейтралізатор. Висока температура аміачної пари пов'язана з підвищеним вмістом в їх складі водяної пари, яку пройшовши нейтралізатор, цілком конденсуються в конденсаторі і потрапляють в сепаратор. При цьому зменшується концентрація розчинних солей в сепараторній воді, знижується її щільність, збільшується розчинність в ній піридинових основ, внаслідок чого вони погано відстоюються в сепараторі і погіршується їх якість.

Наявність в сепараторній воді великої кількості розчинених амонійних солей (NН4)2СO3 і (NН4)2S дуже позитивний чинник, оскільки це збільшує її щільність, сприяючи швидкому і чіткому відстоюванню легких піридинових основ. Якщо щільність сепараторної води більш висока, зменшується кількість піридинових основ, що розчиняються. Для збільшення вмісту амонійних солей в сепараторній воді її зазвичай замикають в циклі сепаратор-нейтрализатор-сепаратор.

На деяких заводах сепараторна вода використовується як зрошування, що подається на аміачну колону. В результаті пари, що йдуть в нейтралізатор, збагачуються важливими компонентами (аміак, піридинові основи, вуглекислота і сірководень). Крім того, на 3-5 °С знижується температура пари після колони, різко зменшуючи вміст в них води.

Виведення сепараторної води у вигляді зрошування на аміачну колону сприятливо позначається на водному балансі нейтралізатора і сатуратора, зменшуючи кількість води, яка потрапляє в ці апарати.

Важливий результат виведення сепараторної води в якості зрошування полягає в тому, що стає можливим видалити із стічними водами після аміачної колони значну частину агресивних ціаністих сполук, які при замкненому циклі сепараторної води поступово накопичувалися в нейтралізаторі і сепараторі, руйнуючи апаратуру і комунікацію сульфатно-піридинового відділення. Потрапляючи в сатуратор, комплексні з'єднання ціаністого водню і заліза (фероцианіди), нерозчинні в кислому середовищі, негативно впливають на гранулометричний склад сульфату амонію.

Технологічна схема виробництва сульфату амонію

Охолоджений в первинних холодильниках до 25-30°С і очищений від смоли коксовий газ після нагнітача з тиском 2600-3000 мм вод. Ст. поступає в газовий підігрівач 1, де підігрівається до температури 65-70°С і по трубі, що газопідводить, поступає в сатуратор 2, ванна якого заповнена матковим розчином.

Труба, що газопідводить, закінчується барботажним зонтом, опущена в розчин кислоти на 240-260 мм. Разом з коксовим газом в сатуратор поступають також аміачні пари з дефлегматора аміачної колони.

Барботажний зонт - це конічний ковпак, до котрого знизу прикріплені лопатки, зігнуті під деяким кутом до радіального напряму. Потік газу ділиться лопатками на окремі струмені і барботує крізь розчин по колу біля основи зонта. Направляючі лопатки закручують газові струмені і утворюють інтенсивний круговий рух розчину, що сприяє змішуванню і оновленню розчину в зоні реакції між аміаком і сірчаною кислотою. Остання безперервно поступає в сатуратора з напірного бака 3, рівномірно розподіляючись в зоні реакції за допомогою кільцевої труби з отворами, закріпленої довкола труби, що газопідводить, над барботажним зонтом.

Завдяки тісному контакту газу з кислим матковим розчином в сатураторі забезпечується практично повне уловлювання аміаку. При нормальному режимі роботи вміст аміаку в газі після сатуратора не перевищує 0,03 г/мЗ. Очищений газ виводиться з сатуратора при температурі 55-65°С через штуцер в кришці апарату в кислотну ловушку 4, де відбувається відділення унесеним газовим потоком крапель розчину, і прямує далі в кінцеві газові холодильники для охолоджування до 25-30°С перед уловлюванням бензольних вуглеводнів.

Утворений в зоні реакції пересичений розчин сульфату амонію служить живильною середою для утворення і зростання кристалів. З метою створення сприятливих умов для зростання кристалів матковий розчин у ванні сатуратора інтенсивно перемішується за допомогою насоса продуктивністю 150-250 мЗ/год, що забирає розчин з середньої зони сатуратора і подає його в нижню конічну частину через спеціальне сопло, -- ажитатор. Завдяки цьому у ванні сатуратора створюється висхідний потік маткового розчину, що підтримує дрібні кристали в зваженому стані.

У міру зростання кристали осідають на дно сатуратора, звідки суспензія подається насосом 7 в кристалоприймач 8, де відбувається розділення фаз по щільності. Розчин, що відстоявся, безперервно стікає крізь штуцер у верхній частині кристалоприймача в каструлю зворотніх токів 9 і далі у ванну сатуратора, а пульпа, що осіла, з нижньої частини кристалоприймача поступає самопливом у центрифугу 10 безперервної дії. Під дією відцентрових сил відбувається відділення маткового розчину від кристалів і промивання останніх гарячою водою (паровим конденсатом) для видалення залишків сірчаної кислоти. Розчин з центрифуги повертається в сатуратор через збірник 11, а вологий сульфат амонію подається скребковим транспортером 12 в сушарку і далі на склад.

В процесі роботи сатуратора на поверхні маткового розчину накопичується кисла смолка - продукт взаємодії туманоподібної смоли і неорганічних з'єднань з сірчаною кислотою, яка за наявності в розчині нерозчинних з'єднань заліза і інших металів, так званих шламів, може осідати разом з кристалами сульфату амонію, додаючи продукту сіре забарвлення і знижуючи його якість.

Для видалення кислої смолки частка маткового розчину безперервно виводиться з сатуратора через переливне вікно і гідравлічний затвор в циркуляційну каструлю 13, з якої насосом 5 знову повертається в сатуратор.

У циркуляційній каструлі кисла смолка спливає на поверхню розчину і виводиться через переливний штуцер в спеціальну ємність. Час перебування розчину в каструлі має бути достатнім для можливо повного виділення кислої смолки. Тому кількість циркулюючого через каструлю розчину не повинна перевищувати 10-12 мЗ/год. На деяких заводах перелившись з циркуляційної каструлі поступає в спеціальний збірник для повнішого відстоювання розчину.

Переливне вікно в сатураторі служить також для підтримки постійного рівня розчину в ньому. При утворенні надлишку маткового розчину в системі частка його переливається з циркуляційної каструлі в збірник 11, з якого у міру потреби він повертається в сатуратор насосом 6.

8. Параметри технологічного режиму та їх вплив на якість готової продукції

Показники технологічного режиму роботи установки характеризуються наступними даними табл.

Таблиця 8.1. Показники технологічного режиму

Основні показники технологічного режиму піридинової установки приведені нижче:

Температура, °С:

маткового розчину, що поступає в нейтралізатор .........................50-55

аміачної пари перед нейтралізатором.............................................94-95

пари після нейтралізатора............................................................... 94-98

продукту після конденсатора...........................................................30-40

кислотність маткового розчину перед нейтралізатором, %........... 4,5-5

лужність знепіридиненого розчину при виході з нейтралізатора, г/л,

не більше...........................................................................................0,3-0,5

вміст піридинових основ в стоці з нейтралізатора, г/л ...................0,4-0,5

Можливі відхилення від оптимального режиму, аналіз причин та методи їх усунення

Потужність основного обладнання. Особливості обладнання, умови експлуатації, корозія обладнання та методи боротьби.

Ескізи основного обладнання та стисла характеристика основних апаратів.

Сатуратор залізний зварний апарат конусним дном та кришкою. Об'єм газового простору 37 м3, об'єм ванни 31 м3. Газ надходить в сатуратор крізь центральну барботажну трубу і виходить крізь два штуцери в кришці сатуратора. Видача сульфату амонію із сатуратора відбувається спеціальними насосами. Інтенсивне перемішування верхніх шарів маточного розчину досягається за допомогою барботажного пристрою. Продуктивність сатуратору по газу 62500 м3.

Газовий решофер - кожухотрубний теплообмінник з горизонтальним розташуванням труб, циліндричний, зварений діаметром 2000 мм, довжиною 2000 мм, має поверхню теплообміну 224 м2 , кількість труб діаметром 50Ч3,5 мм- 667 шт. Газ проходить по трубам, а пара подається в між трубний простір.

Виносний кислотний уловлювач - вертикальний циліндричний апарат з конусним дном. Використовується для виділення з газу крапель маточного розчину. Уловлювач має вертикальну перегородку, яка не доходить до дна і розташована біля входу газу в уловлювач, а також кілька кутових перегородок у верхній частині на вході газу.

Кислотний уловлювач по внутрішній поверхні футерований діабазовою плиткою.

Кислотний уловлювач обладнаний штуцерами для входу і виходу коксового газу, виводу маточного розчину, подачі води для промивання. Висота 6369 мм, діаметр 3500 мм.

Апарат для сушіння сульфату амонію в киплячому шарі - двосекційний, сталевий, зварений розміром 1060Ч2400Ч2400 мм. Поверхня однієї секції складає 1 м2.

Апарат сушіння сульфату амонію обладнаний живильниками входу і виходу сульфату амонію, оглядовими вікнами, штуцерами для входу гарячого повітря. Для створення рівномірного потоку всередині кожної секції встановлені сітчасті днища. Продуктивність апарату 7 т/год.

Центрифуга

У сульфатному відділенні встановлені 3 центрифуги ФГП -801 К-6.

Центрифуга призначена для виділення кристалів сульфату амонію з маточного розчину. Складається з корпусу, в якому розташований порожній вал з ротором. На роторі встановлена сітка з нержавіючої сталі (сито). Для створення поступальних рухів ротору призначений масло насос з приводом від електродвигуна потужністю22 кВт, 2950 об/хв.

Обертання ротору центрифуги здійснюється електродвигуном потужністю 30 кВт, 1450 об/хв. Продуктивність центрифуги 7 т/год.

Піридинове відділення

Нейтралізатор представляє собою тарільчасту колону 1 з роз'ємним корпусом, сферичним днищем 2 і стандартною опорою 3. Внутрішній простір колони 1 розділено глухою сферичною перегородкою 9 на дві секції ,кожна з котрих має дві розбірні ковпачкові тарілки, а також бокові патрубки 7 та 10 для парової фази. Верхня та нижня секції апарату сполучаються між собою трубопроводом 6 для рідини, який виконано у вигляді гідро затвору. Днище 2 має трубу 8 для виводу рідини, а верхня секція-живильний патрубок 11.

9. Матеріальний баланс процесу. Витрати сировини та реагентів на виробництво продукції. Відходи виробництва та шляхи їх утилізації

Таблиця 9.1. Матеріальний баланс сульфатного відділення

Витрати сировини та енергоносіїв

Електроенергія кВт•год/1000 м 3 газу ?3,8

Водяний пар Гкал/1000 м 3 газу ?0,08

Вода технічна м 3/1000 м 3 газу ?0,2

Сірчана кислота 100% кг/т ?755

Таблиця 9.2. Відходи виробництва та шляхи їх утилізації

Размещено на Allbest.ru