Проектирование фазы концентрации серной кислоты

ДИПЛОМ

«Проектирование фазы концентрации серной кислоты»

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 ХАРАКТЕРИСТИКА ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

2.2 ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ, МАТЕРИАЛОВ И ПОЛУПРОДУКТОВ

2.3 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И СХЕМЫ

2.3.1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

2.3.2 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

2.4 Описание основного технологического ОБОРУДОВАНИЯ

2.4.1 Монтаж выпарной установки

2.4.2 КомпОновка оборудования

2.5 АВТОМАТИЗАЦИЯ и МЕХАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

2.5.1 Сущность автоматизации и механизации производства

2.5.2 Анализ состояния автоматизации технологических параметров

2.5.3 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования

2.5.4 Выбор и обоснование технических средств автоматизации

2.6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА

2.7 ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА, ПУТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ

2.8 РАСЧЕТ ОСНОВНОГО АППАРАТА

2.8.1 Материальный баланс

2.8.2 Тепловой (энергетический) баланс

2.8.3 Конструктивные расчеты аппарата

2.8.4 Расчет вводимого оборудования

2.9 РАСЧЕТ ПРОЕКТИРУЕМОГО ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.9.1 Выбор газодувки

2.9.2 Расчет и выбор насоса

2.9.3 Выбор емкости для гидролизной кислоты

2.9.4 Расчет толщины стенки днища

2.9.5 Выбор опоры

2.10 ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

2.10.1 Опасные и вредные производственные факторы

2.10.2 Особые требования безопасности производства и отдельных его стадий

2.10.3 Специфические требования безопасности производства

2.10.5 Аварийные ситуации

2.10.4 Санитарные требования

2.10.6 Средства индивидуальной защиты

2.10.7 Классификация отделения упаривания по взрывоопасности, степени огнестойкости, электрооборудования и санитарной характеристики

2.10.8 Расчёт воздухообмена

2.11 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

3. СТРОИТЕЛЬНО — КОМПОНОВОЧНАЯ ЧАСТЬ

3.1 КОМПОНОВКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЗДАНИИ

4. Расчетная ЧАСТЬ

4.1 Расчет потребности сырья и материалов

4.2 РАСЧЕТ СТОИМОСТИ ЭНЕРГОЗАТРАТ

4.3 РАСЧЕТ ЧИСЛЕННОСТИ РАБОЧИХ

4.4 РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА

4.5 РАСЧЕТ ФОНДА ОПЛАТЫ ТРУДА

4.6 РАСЧЕТ СЕБЕСТОИМОСТИ ПРОДУКЦИИ И СОСТАВЛЕНИЕ КАЛЬКУЛЯЦИИ ВЫВОДЫ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Программа технического оснащения всех отраслей народного хозяйства предусматривает широкое внедрение новых орудий труда, материалов и технологических процессов, превосходящих по своим технико-экономическим показателям лучшие отечественные и мировые достижения.

Развитие химической промышленности предусматривает применение современного высокопроизводительного оборудования с полной автоматизацией всех технологических процессов.

По мере увеличения производства химической продукции приобретают все большее значение способы разделения и концентрирования растворов методом выпаривания.

Современные выпарные аппараты представляют собой крупногабаритные сосуды с вмонтированными нагревательными элементами. Во избежание коррозии деталей выпарные аппараты изготовляют из легированных сталей или из дорогостоящих и дефицитных цветных металлов и сплавов. Для выпаривания растворов в таких аппаратах расходуется огромное количество водяного пара, что приводит к удорожанию получаемой продукции.

Использование природного газа в качестве топлива позволило за последние годы значительно расширить область применения аппаратов погружного горения в химических производствах для выпаривания растворов минеральных солей и других солей промышленного назначения.

Серная кислота является одним из основных продуктов химической промышленности и широко применяется в различных отраслях народного хозяйства. Трудно назвать какое-нибудь современное производство, в котором не употреблялась бы серная кислота.

Серная кислота широко применяется в производстве минеральных удобрений, разнообразных минеральных солей и кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ и т. д. Она находит разнообразное применение в нефтяной, металлургической, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, используется в качестве водоотнимающего и осушающего средства, применяется в процессах нейтрализации, травления металлов и для многих других целей.

Поэтому развитие сернокислой промышленности является важнейшей задачей в развитии химической промышленности. Основной задачей в модернизации этой промышленности является более экономичное использование и уменьшение затрат на энергоресурсы и рациональное использование природного газа.

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

Процесс концентрирования серной кислоты заключается в удалении из нее части воды нагреванием. В зависимости от того, как передается тепло серной кислоте, существуют два способа: по первому способу кислота нагревается через стенку аппарата, по второму — тепло передается непосредственным соприкосновением горячих газов с концентрируемой кислотой. В первом случае процесс концентрирования ведут при атмосферном давлении или при вакууме, во второмпроцесс проводится с помощью барботажа или путем дробления кислоты на капли при больших скоростях потока горячего газа .

Разбавленные растворы серной кислоты можно концентрировать простым упариванием ввиду того, что при кипении смеси серной кислоты и воды образуются пары с содержанием серной кислоты меньше чем в жидкости. Эта разность между содержанием серной кислоты в жидкой и газовой фазах с повышением концентрации серной кислоты уменьшается.

Таким образом, вследствие образования азиотропной смеси теоретически концентрация серной кислоты может быть значительно повышена простым упариванием.

Серная кислота поступает на концентрирование, обычно содержит примеси тех продуктов, в производстве которых она была применена. В серной кислоте полученной после производства двуокиси титана содержатся различных примеси .При концентрировании серной кислоты примеси в отдельных случаях вызывают значительное раскисление серной кислоты до двуокиси серы, что приводит к большим потерям серной кислоты при ее упарке. Поэтому даже при концентрировании сравнительно чистых примесей растворов серной кислоты частицы не сгоревшего топлива могут привести к значительному разложению серной кислоты. Раскисление при концентрировании серной кислоты в отдельных случаях сопровождаются обильным вспениванием кислоты, что осложняет процесс концентрирования.

Разделение однородных систем методом выпаривания широко используется в различных отраслях промышленности.

Обычно выпаривание производится в аппаратах, где испаряется раствор соприкасаясь с нагревательным элементом или в аппаратах с непосредственным контактом нагретых газов с жидкостью. В первом случае для выпаривания растворов тепло подводится через стенки нагревательных элементов при помощи водяного пара, перегретой воды высококипящих органических теплоносителей и электрического тока, подаваемого в нагревательные спирали сопротивления или устройства для индукционно нагрева. Во втором случае испаряемый раствор нагревается при непосредственном контакте (барботаже) дымовых газов, полученных при сжигании газообразного или жидкого топлива в горелке, частично или полностью погруженных в жидкость, а также подачей раствора на встречу движению нагретых газов в специальных распылительных башнях и аппаратах с развитой насадкой Процесс выпаривария состоит из подогрева раствора до температуры кипения, а затем превращение жидкой фазы в парообразную до получения заданного концентрированного раствора или сухого остатка.

Количество выпаренной воды из раствора определяется из уравнения материального баланса:

W=Gнач.-Gкон Где G-начальное и конечное значение количество раствора в кг;

При выпаривании растворов их концентрация зависит от количества выпаренного растворителя и начального тконечного содержания растворенного твердого вещества.

Интенсивное испарение раствора протекает путем насыщения газовых пузырьков водяным паром, который они выбрасывают при всплывании в пространство, находящееся над свободной поверхностью (зеркалом испарения). Обычно в аппаратах погружного горения выпаривание растворов протекает при равновесной температуре испарения, которая ниже температуры кипения раствора при атмосферном давлении. При такой температуре дымовые газы полностью насыщаются водяным паром и уходят из раствора с температурой на 1−2 С0 выше равновесной температуры испарения. Использование природного газа в качестве топлива позволило значительно расширить область применения аппаратов погружного горения для выпаривания растворов серной кислоты, соляной, фосфорной.

В аппаратах с погружными горелками сжигают газообразное топливо.

Оба типа установок — с внешним обогревом и непосредственным соприкосновением греющих газов с кислотой — имеют как положительные так и отрицательные стороны, которые должны учитываться при выборе характера производства в каждом отдельном конкретном случае. Преимуществом установок первого типа — отсутствие или весьма малое содержание тумана серной кислоты, выбрасываемого в атмосферу, преимущество установок второго типа — лучшее использование тепла, Установки первого вида используются при концентрировании относительно малых количеств серной кислоты, установки второго вида — для переработки значительного количества кислоты. В аппаратах второго типа концентрирование производится путем барботажа горячих газов через упариваемую кислоту. При барботаже в концентраторах взаимодействие горячих газов с упариваемой кислотой происходит как в слое кислоты, так и в зоне брызг, где на поверхности капель происходит хорошая теплопередача.

При выпаривании растворов, выделяющих в процессе нагрева кристаллические соли, охлаждающиеся на поверхностях нагрева в виде накипи, быстро загрязняется поверхность нагрева и резко ухудшается теплопередача. Перечисленные трудности, возникаемые при выпариварии, устраняются если испаряемая жидкость в аппарате непосредственно соприкасается с потоком нагретых газов или продуктов сгорания.

В дипломном проекте рассмотрен способ барботажа горячих газов через упариваемую кислоту, тоесть непосредственным соприкосновением греющих газов с кислотой в выпарном аппарате.

Этот способ по сравнению с другими имеет большую производительность и экономичность. Со времени промышленного применения выпарных аппаратов в них внесены значительные усовершенствования, направленные Ра усовершенствование отдельных узлов и увеличение производительности.

Главной задачей по усовершенствованию технологии производства серной кислоты является наиболее экономичное использование энергоресурсов. На проектирующей фазе концентрирования серной кислоты существуют проблемы с использованием природного газа, так как природный газ является основным используемым источником, и является на данный момент одним из дорогостоющих видов ресурсов. Проблема данной фазы заключается в том, что аппараты с погружными горелками потребляют большое количество природного газа.

В настоящем проекте экономическая часть обосновывает правильность принятых решений со стороны экономической эффективности проектируемого производства и оборудования. Это выражается в уменьшении удельных капитальных вложений на единицу мощности производства, а также в сбережении общественного труда, что сказывается на себестоимости производимой продукции.

В настоящем проекте экономическая часть обосновывает правильность принятых решений со стороны экономической эффективности проектируемого производства и оборудования. Это выражается в уменьшении удельных капитальных вложений на единицу мощности производства В дипломном проекте рассмотрен способ наиболее экономичного использования природных ресурсов (природного газа).

В дипломном проекте рассмотрено использование отходящих газов на предварительный подогрев гидролизной кислоты, что существенно уменьшит расходы природного газа на дальнейшей стадии выпаривания. Предложено отходящие газы перед выходом в атмосферу пустить в напорный бак с гидролизной кислотой с применением змеевика. Затраты на оборудование будут небольшими, а эффективность с подогрением гидролизной кислоты будет существенной

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 ХАРАКТЕРИСТИКА ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

Кислота серная отработанная производства двуокиси титана (упаренная гидролизная кислота, закрепленная моногидратом до 72−75 Выпускается по СТП 6−576 656−03,2,4,-94

Таблица 1. Физико-химические свойства.

Химический состав серной кислоты выражается формулой H2SO4 (молекулярный вес 98,08).

Серную кислоту следует рассматривать как соединение одной молекулы серного ангидрида SO3 с одной молекулой воды.

Серная кислота — одна из самых активных неорганических кислот. Она реагирует почти со всеми металлами и их окислами, вступает в реакции обменного разложения, энергично соединяется с водой, обладает окислительными и другими важными химическими свойствами. Высокая химическая активность серной кислоты обусловила ее широкое применение в различных отраслях промышленности.

2.2 ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ, МАТЕРИАЛОВ И ПОЛУПРОДУКТОВ

Таблица 2. Характеристика сырья, материалов и полуфабрикатов.

При гидролизе в производстве двуокиси титана образуется значительное количество гидролизной кислоты — около 1,25 т / считается на стопроцентную серную кислоту / на 1 тонну двуокиси титана. Гидролизная кислота загрязнена примесями. Состав гидролизной кислоты (в г/дм3 с пересчетом солей на металлы) следующий.

Серная кислота (общ) 200−500

Серная кислота (своб) 250−312

AL 0.5−10

Fe 50−10

Mg 0.5−10

TI 0.5−10

Mn 0.5−10

V 0.1−2

Cr 0.1−2

2.3 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Прием гидролизной кислоты;

упаривание гидролизной кислоты и санитарная очистка

отходящих газов;

-.охлаждение упаренной кислоты;

фильтрация упаренной охлажденной кислоты;

закрепление отфильтрованной упаренной кислоты в смесительной установке;

охлаждение закрепленной кислоты;

складирование готовой кислоты;

2.3.1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Гидролизная кислота — отход производства двуокиси титана, с массовой долей Н2S04- 20−24 из цехов двуокиси титана поступает в приемные сборники отделения по производству серной кислоты для минеральных удобрений.

Из приемных сборников гидролизная кислота поступает в выпарные аппараты через напорный бак. В выпарных аппаратах гидролизная кислота доводится до температуры кипения 105°С+125°С упаривается до концентрации Н2S04 52−55%[ за счет тепла выделяемого при сгорании газо-воздушной смеси с использованием горелок погружного горения.

При работе погружных горелок образовываются продукты сгорания (отходящие газы). Парогазовая смесь перед выбросом в атмосферу очищается от капель H2S04. Через сепаратор, где отделяются самые крупные капли жидкости поступает в скрубер, орошаемый кислой водой через три форсунки расположенные с интервалом в 120,° по кругу скрубера. Далее парогазовая смесь поступает в скрубер типа «труба Вентури» орошаемый технологической водой через 4 форсунки для улавливания брызг серной кислоты и охлаждения до температуры не * более 80 °C.

После скрубера «труба Вентури» парогазовая смесь тангенциально (по касательной) поступает в циклон для отделения капель воды и серной кислоты. После циклона парогазовая смесь поступает на 1 ступень сантехнических фильтров и проходит через кассету состоящую

из решетки изготовленной из нержавеющей стали и натянутой на эту решетку иглопробивнойной ткани, орошаемой периодически кислой водой.

После 1 ступени парогазовая смесь поступает на П ступень' сан. фильтров, где. также проходит очистку от оставшихся капель серной кислоты. После П ступени сан. фильтров парогазовая смесь выбрасывается в атмосферу с остаточным содержанием H2S04 не более 0,3г/м3.

Упаренная кислота с необходимей концентрацией в 52−55%увыгружается из аппарата зрлифтным устройством и поступает самотеком на охлаждение в погружные двухступенчатые холодильники. В погружных двухступенчатых холодильниках. упаренная кислота постепенно охлаждается до температуры 66−56°С в первой ступени и до температуры 56−46°С во второй ступени.

Плавное охлаждение кислоты обеспечивает максимальный рост кристалла сульфата железа.

Из погружных холодильников кислота самотеком поступает в сборники для упаренной кислоты. С этих сборников кислота насосом подается в корыта барабанных вакуум-фильтров. Ими кислота отфильтровывается от кристаллов сульфатов железа (П). Так называемый железный купорос срезается ножом с барабана вакуум-фильтра и транспортерами подается в приемный бункер, откуда автотранспортом вывозится на отвал. Отфильтрованная упаренная кислота с концентрацией 52−55% и содержанием Fe не более 0,6% поступает в сборники для дальнейшего ее закрепления моногидратом до 72−75% и содержанием Fe не более 0,4 с последующим охлаждением в оросительных холодильниках до температуры 40−65°С.

Складируется охлажденная серная кислота с массовой долей, H2S04 72−75% в хранилищах. Из этих хранилищ центробежными насосами товарная серная кислота перекачивается в цеха по производству минеральных удобрений.

2.3.2 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Гидролизная серная кислота как отход производства двуокиси титана с массовой долей H2S04 20−24% и растворимого титана (TI02) с массовой долей не более 0,6% поступает в приемные сборники 8(1,2,3,4) отделения по производству серной кислоты для минеральных удобрений.

Из приемных сборников гидролизная серная кислота центробежным. насосом поз. 18 подается в напорный бак поз. 6, откуда самотеком поступает в выпарной аппарат поз. 1 (1,2,3).

Выпарной аппарат предназначен для упаривания гидролизной ;серной кислоты путем барботажа газов, получаемых при сгорании природного газа в горелках, погруженных в раствор гидролизной серной ;кислоты. Аппарат состоит из корпуса, верхней крышки, сепаратора, трех погружных горелок с циркуляционными трубами, нижней крышки, питательной трубы, клапана донного слива и эрлифта.

Корпус аппарата представляет собой вертикальный цилиндрический цельносварной сосуд с коническим днищем. На корпусе установлены штуцеры для КИП и питательной трубы исходной гидролизной кислоты.

Корпус аппарата выполнен из углеродистой стали, внутри футерован кислотоупорным кирпичом по полиизобутилену, штуцеры гомогенно освинцованы и защищены керамическими вставками.

Погружная горелка состоит из смесителя, завихрителя. Камера сгорания отлита из чугуна, внутри футерована огнеупорным кирпичом расположена в циркуляционной трубе.

Циркуляционная труба обеспечивает организованную циркуляцию упариваемой кислоты во всем объеме аппарата, интенсифицируя процесс * теплообмена. Изготовлена циркуляционная труба из углеродистой стали, снаружи и внутри гомогенно освинцована.

При первичном запуске выпарной аппарат заполняется крепкой' серной кислотой с массовой долей H204 92,54−94% в объеме мЗ с последующей дозаправкой гидролизной кислотой массовой' долей 20−24% до установленного уровня. Уровень кислоты в аппарате регулируется автоматически.

Загрузка исходной кислоты может производиться как вручную, так и автоматически. Регулирование уровня концентрированного раствора в аппарате осуществляется путем изменения количества подаваемого исходного раствора.

Выгрузка упаренной кислоты из аппарата осуществляется автоматически через эрлифт, при достижении температуры 105°-125°С, остановленной на терморегуляторе, с корректировкой по уровню в аппарате.

Эрлифт состоит из транспортной гомогенно освинцованной трубы прикрепленных к ней двух воздушных свинцовых труб, одна из которых предназначена для подачи воздуха в транспортную трубу эрлифта, другая для подачи воздуха во внутрь аппарата, с целью перемешивания суспензии и поддержания сульфатов железа выпадающих при упаривании в осадок, во взвешенном состоянии.

Принцип действия эрлифта следующий: по воздушной трубе сжатый воздух поступает снизу в смеситель и транспортную трубу эрлифта. Благодаря тому, что удельный вес (плотность) жидкости, пронизанной пузырьками нагнетаемого; воздуха, меньше удельного веса (плотности) чистой жидкости, происходит вытеснение воздушно-жидкостной смеси чистой жидкостью вверх по транспортной трубе.

Клапан подачи воздуха, на. эрлифт открывается пневматическими импульсами от генератора импульсов. Частота этих импульсов зависит от температуры кислоты в аппарате (105°-125°С). Одновременно с регулятора уровня подается сигнал на открытие клапана загрузки гидролизной кислоты в выпарной аппарат.

При работе аппарата на ручном режиме загрузка кислоты производится путем открытия запорной арматуры на байпасной линии, и уровень в аппарате (300−500мм) определяется по мерному стеклу. при ручном режиме работы, выгрузка суспензии из выпарного аппарата происходит так же эрлифтом или через клапан донного слива.Щ

В погружных горелках сжигается природный газ, который подается. в горелки под избыточным давлением 0,7кгс/см2 (70кПа), регулирование давления газа в коллекторе перед горелками осуществляется регулятором давления, установленном в ГРУ перед входом в коллектор подачи газа на выпарные аппаратыж

При достижении давления природного газа в коллекторе перед выпарным аппаратом ниже 0,56кгс/см2 или выше 0,84кгс/см2, срабатываем блокировка, автоматически закрывается клапан отсечки и прекращается подача газа к горелкам, включается световая и звуковая сигнализация.

При падении давления сжатого воздуха ниже 0,25 кгс/см2 (25кПа) срабатывает блокировка, автоматически закрывается клапан отсечки на газовом коллекторе перед выпарным аппаратом и прекращается подача, природного газа к горелкам. Количество воздуха, поступающего на горение, зависит от коэффициента избытка воздуха.

При уменьшении количества воздуха подаваемого на горелку менее 0,5 мЗ/ч, срабатывает блокировка, автоматически закрывается клапан

Смешение природного газа с воздухом происходит в смесителе и завихрителе горелки, затем газовоздушная смесь поступает в камеру сгорания горелки, погружаемой в кислоту на глубину, где происходит горение смеси. Зажигание газовоздушной смеси производится запальником с электроискровым запалом.

Уровни погружения горелок измеряются пьезометрическим методом и показания выведены на КИП и А.

При барботаже горящих газов (продуктов сгорания) происходит испарение воды, массовая доля H2S04 в гидролизной кислоте повышается до 52−55% Из раствора выкристаллизовывают сернокислые соли, для предотвращения осаждения которых, содержимое аппарата постоянно перемешивается сжатым воздухом, подающимся через барботер, расположенный в нижней части эрлифта.

Для непрерывного перемешивания, для подъема суспензии со дна аппарата и сброса ее в холодильник используется обычный сжатый воздух давлением 0,86 кгс/см2.

При достижении температуры раствора в аппарате l05−125°C и массовой доли H2S04 45−55% транспортируется эрлифтом или через донный слив подается в двухступенчатый холодильник поз. 2,3 для охлаждения.

Парогазовая смесь на выходе из аппарата погружного горения через сепаратор поступает в скруббер (поз. 4), затем в скрубер типа «труба Вентури» (поз.7) для промывки от брызг кислоты и охлаждения до температуры не выше 80 °C.

Кислые стоки с фильтров поступают в гидрозатвор поз.21. Парогазовая смесь через выхлопную трубу выбрасывается в атмосферу с содержанием H2S 04 не более 0,3г/м3.

Холодильник упаренной серной кислоты (поз.2,3) состоит из корпуса прямоугольной формы, внутри футерован кислотоупорным кирпичем, и трех съемных крышек с приводами мешалок. Корпус разделен кирпичными перегородками на три секции. Для перетока кислоты из секции в секцию в перегородках предусмотрены окна. В каждой секции установлены змеевики, выполненные из свинцовых труб.

Для охлаждения пульпы внутри змеевиков проходит оборотная вода, движение воды противоточное вращению мешалок. Мешалки предотвращают образование осадка на дне холодильника и обеспечивают массообмен пульпы. Холодильник первой ступени (поз.2) охлаждает суспензию до температуры 5б-бб°С, холодильник второй суспензии (поз.З) до 4б-5б°С Температура кислоты в холодильнике регистрируется приборами. В случае аварии на одной из ступеней холодильника, можно работать только на одной ступени. Постепенное охлаждение суспензии способствует росту кристаллов сульфата железа.

Из холодильников (поз.2,3) смесь одноводного сульфата железа FeS04. H2S0 и серной кислоты H2S04 с массовой долей 52−55% самотеком поступает в сборники с мешалкой (поз.9 (1,2,3,4)).

Из сборников (поз.9) суспензия насосами (поз.19−1а, 19−1) подается на барабанные вакуум-фильтры (поз.11 1,2,3,4), где происходи отделение железного купороса от серной кислоты.

Вакуум — фильтр состоит из гуммированного корыта, мешалки, полого барабана. На барабане имеется распределительная головка, отводные трубы, барабан покрывается матрацами, на матрацах закрепляется фильтровальная ткань. Вакуум на фильтре создается вакуум-насосом (поз. 13 (1,2,3)).

Осадок железного купороса подсушивается воздухом, срезается с барабана ножом и по течке сбрасывается на транспортеры (поз.20,32) Системой транспортеров железный купорос подается в накопительный бункер Оттуда автотранспортом вывозится на отвал. Массовая доля Н2S 04 в купоросе не более 20%.

2.4 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕНЯЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Основным оборудованием в технологической схеме установки является аппарат погружного горения, представляющий собой цилиндрическую емкость с коническим днищем и крышкой. Корпус аппарата гуммирован и защищен кислотостойким кирпичом. Сепарационная камера гомогенно освинцована. На крышке конуса имеются два штуцера для подсоединения эмалированных клапанов с условным проходом 70 мм для выгрузки пульпы. На крышке аппарата расположена сепарационная камера и три горелки под углом 1200 по окружности и общей теплопроизводительностью Q.

Корпуса горелок изготовлены из чугуна и внутри футерованы специальным цементом со щебнем хромистомагнезитового кирпича. Объем камеры сгорания составляет 0,066 м³. Циркуляционные трубы горелок гомогенно освинцованы.

Погружные горелки на входе в камеру сгорания имеют винтовой смеситель, который обеспечивает турбулентное смешение природного газа и воздуха подача которых производится через штуцера.

Для предотвращения осаждения солей на дне аппарата центральная погружная горелка имеет удлиненную несколько изогнутую циркуляционную трубу, благодаря которой в нижней части аппарата достигается хорошее перемешивание раствора.

Подачу исходного раствора производят через штуцер. На корпусе погружной горелки находится штуцер для запальника. Сепаратор снабжен взрывными мембранами и штуцером для выхода парогазовой смеси.

2.4.1 Монтаж выпарной установки

Монтаж выпарной аппаратуры производят ремонтно — монтажные бригады предприятия или специализированные организации. Перед началом монтажа производят планировочные и дорожные работы, прокладывают вспомогательные трубопроводы и электрический кабель, устанавливают приспособления.

Проектом производства монтажно-сборочных работ предусматриваются следующие операции сборки:

1. Установка корпуса аппарата на фундамент.

2. Установка греющей поверхности.

3. Установка обслуживающих площадок и лестниц.

4. Установка элементов, находящихся внутри аппарата.

5. Установка крышки аппарата.

6. Подгонка и присоединение всех трубопроводов.

7. Установка арматуры и контрольно-измерительных приборов.

8. Герметизация мест соединения аппарата.

9. Присоединение вспомогательных механизмов и устройств.

10. Установка ограждений.

11.Испытание аппарата на герметичность и сдача инспектору Госгортехнадзора.

12.Обкатка механизмов в течение одной рабочей смены.

13. Пробная эксплуатация установки.

14. Проведение теплоизоляционных работ.

15. Сдача установки в эксплуатацию.

Монтаж аппаратов начинают с циркуляционных насосов. После того как насос закреплен болтами на фундамент, на его нагнетающий патрубок устанавливают камеру. До окончания монтажа узлов выпарного аппарата категорически запрещается установка смотровых окон, карманов для термометров. Указанные узлы устанавливаются непосредственно перед установкой аппаратов.

Все открытые фланцевые соединения до монтажа трубопроводов должны быть заглушены.

Прокладки, устанавливаемые во фланцевые соединения, должны быть цельными и не должны иметь повреждений.

Смотровое окно перед установкой следует прокипятить в воде и протереть. Болты закручиваются без больших усилий.

2.4.2 Компановка оборудования

Все оборудование для цеха по упариванию гидролизной кислоты расположено на разных высотных отметках, начиная с отметки 0,00 и заканчивая отметкой 24,00 где расположен грузоподъемный кран.

Основное технологическое оборудование, выпарной аппарат погружного горения, размещен на отметке 14,40. Выпарной аппарат размещен на фундаменте и состоит на лапах-опорах.

Для обслуживания выпарного аппарата к нему подводят сеть трубопроводов для подачи газа и воздуха, исходной смеси, выхода отработанных газов и выход готового продукта.

На отметке 0,00 располагают емкостное оборудование для исходного сырья и упаренной кислоты, а также на этой отметке располагают оросительный холодильник.

На отметке 0,00 располагают оборудование для перекачивания сырья, воздуха и подачи газа, оно представлено насосами и газодувками, вакуум-насосами.

Все отметки с 0,00 до площадки на отметке высотой 20,60 связаны между собой лестничными переходами. Переходы ограждены перилами. На отметке 14,40 располагают также барабанный вакуум-фильтр.

Плиты перекрытия с водоизоляционным слоем расположены на высотной отметке 30,00. Расстояние между колоннами составляет 6000 мм. Стены цеха выполнены из кирпича, имеют наличие оконные проемы, грунт состоит из земли с рыхлым песком, проведена бетонная стяжка, которая служит полом.

Таблица 3 Спецификация основного оборудования.

2.5 МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

2.5.1 Сущность автоматизации и механизации производства

Автоматизацияэто применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.

Для обеспечения качественных показателей по кислоте при концентрировании в аппаратах погружного горении, необходимо стабильно поддерживать температуру теплоагента, стабилизировать расходы газа и воздуха.

Для измерения и регулирования температуры газов в выпарном аппарате выбираем термопары ТХК, вторичный прибор типа ДИСК, так как приборы имеют унифицированные входные и выходные сигналы: 0−5 мА, 4−20 мА, и имеют класс точности 0,5.

Для измерения и регулирования расходов природного газа, выбираем метод переменного перепада, в состав которого входит камерная диафрагма и дисковая диафрагма.

Полная автоматизация технологического процесса концентрирования серной кислоты связана с некоторыми трудностями вследствие того, что такое оборудование, как выпарные аппараты, холодильники, насосы, требуют частого осмотра и ремонта.

Автоматизация концентратора увеличивает межремонтный период технологических аппаратов, что уменьшает затраты на ремонт; кроме того, улучшаются условия труда и несколько сокращается численность обслуживающего персонала.

Применяемая в настоящее время в установках концентрирования конструкция выпарного аппарата ограничивает температуру топочных газов, которое в свою очередь, определяется производительность и гидравлическое сопротивление системы.

В системе автоматического регулирования режима работы концентратора в качестве главного параметра следует принимать количество топочных газов, подаваемых в аппарат при постоянной температуре.

Максимально допустимая и постоянная температура топочных газов, поступающих в концентратор, может быть обеспечена с помощью регулятора температуры.

Постоянство температуры в камере можно поддерживать изменением количества слабой серной кислоты поступающей в аппарат.

Схемой автоматизации концентратора предусматривается сигнализация аварийного состояния и блокировка, обеспечивающего безопасную работу установки на природном газе. Кроме регулирующих, имеются контрольно-измерительные приборы, используемые при пуске агрегата и настройке процесса в оптимальный режим, а также для контроля режима работы оборудования.

Все приборы для автоматического регулирования и контроля монтируются на центральном щите управления, расположенном в отдельном помещении.

Для безопасной работы концентратора при сжигании природного газа на трубопроводе подачи природного газа устанавливается отсекающий клапан, представляющий собой сальниковый вентиль с электромагнитным приводом и электромагнитной защелкой. При уменьшении или увеличении давления природного газа выше или ниже заданных приделов, а также при падении давления давления воздуха, клапан отсекатель автоматически прекращает подачу газа. Газ автоматически отключается и в случае погасания факела по какой либо причине.

2.5.2 Анализ состояния автоматизации технологических параметров

В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, а также чувствительностью их к нарушению режима, вредностью условий труда, взрывои пожароопасностью перерабатываемых сред.

По мере осуществления механизации производства сокращается тяжёлый физический труд, уменьшается численность рабочих, непрерывно занятых в производстве и т. д.

Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества, снижению себестоимости выпускаемой продукции и повышению производительности труда.

Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшение численности рабочих.

В проекте применены однотипные технические средства автоматизации. Это упрощает компоновку приборов на щите, обеспечивает взаимозаменяемость, удобство и простоту настройки приборов.

Данная схема автоматизации полностью соответствует предъявляемым к ней требованиям, в том числе по показателям надежности функционирования. В ней нашли применение простые и экономически целесообразные решения, обеспечивающие безопасность труда обслуживающего персонала и исключающие возможность выхода из строя технологического оборудования.

2.5.3 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования

Система автоматизированного контроля и регулирования направлена на обеспечение требуемых параметров технологического процесса, обеспечения выпуска качественной продукции. Для осуществления оперативного управления необходимо контролировать наиболее важные входные и выходные параметры процесса. Для обеспечения контроля и управления непрерывным производственным процессом в цехе предусмотрены:

— автоматический централизованный контроль технических параметров;

— автоматический централизованный контроль оборудования;

— автоматическое и дистанционное управление параметрами;

— сигнализация и защита при отклонении параметров от нормы;

— учет сырья и готовой продукции.

Средства автоматизации размещаются на щитах в помещении КИП отделения.

С целью получения данных, необходимых для хозрасчетных операций и расчета технико-экономических показателей, контролируют параметры, характеризующие затраты на проведение процесса.

В отделении упаривания гидролизной кислоты применяется электрическая схема управления, которая определяет полный состав электрических элементов и связей между ними, обеспечивающих решение задач управления: пуск и остановку электродвигателей, контроль, регулирование, сигнализацию, защиту и т. д.

В ходе производственного процесса концентрирования гидролизной кислоты возможно изменение технологических параметров, что может привести к нарушению режима производства и браку выпускаемой продукции, поэтому организация автоматического контроля и управления процессом очень важно.

В отделении упаривания гидролизной кислоты автоматическое регулирование предусматривается для следующих параметров:

— объёмный расход воздуха по расходу природного газа, воздействием на подачу воздуха;

— объёмный расход сжатого воздуха на горелки;

— объёмный расход природного газа в выпарной аппарат, воздействием на;

— температура гидролизной кислоты;

— температура упаренной кислоты;

— температура кислоты на выходе из выпарного аппарата;

— объёмный расход гидролизной кислоты;

2.5.4 Выбор и обоснование технических средств автоматизации

Прибор для измерения давления: преобразователь давления с электрическим выходным сигналом МПЭ-МИ.

Для измерения массы готового продукта применяем устройство весовое с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 4195 Пр.

Для регулирования температуры используем термопреобразователи сопротивления. Данный прибор используется в комплекте с электронным автоматическим потенциометром КСП4−133.

Автоматическое регулирование расхода природного газа проводим с помощью диафрагмы камерной, преобразователя перепада давления с электрическим выходным и вторичным прибором с дифференцированной трансформаторной измерительной схемой.

В качестве вторичных приборов были приняты электрические самопишущие приборы: электрический потенциометр КСУ-3, вторичный прибор с дифференцированной трансформаторной измерительной схемой КСД-3, электронный автоматический мост КСМ4−257.

2.6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА

В процессах нагревания и выпаривания растворов в аппаратах с погружными горелками можно автоматизировать регулирование температуры выпариваемого раствора изменением подачи исходного раствора в аппарат и регулирование соотношения расходов исходного раствора и теплового потока дымовых газов.

Основными параметрами автоматического контроля и регулирования процесса выпаривания раствора является:

Горючий газ-количество, поступающее в погружную горелку, температура и давление в газопроводе;

Воздух-количество, температура и давление в воздуходувке;

Раствор-количество раствора, поступающего в аппарат, концентрация, уровень раствора в аппарате и его температура;

Продукт-количество продукта, отбираемого после выпаривания из аппарата, концентрация и температура;

Процесс выпаривания растворов ведут при равновесной температуре испарения. В этом случае уровень выпариваемого раствора в аппарате должен поддерживаться в определенных приделах. Малейшее нарушение подачи исходного раствора в аппарат может привести к нарушению теплового режима, ухудшению качества получаемого продукта, а также вынужденной остановке работы аппарата. Наблюдение за уровнем раствора в аппарате через смотровое окно очень затрудняется вспениванием раствора, загрязнениями смотрового окна кристаллами солей, выпадающих из раствора.

В практике эксплуатации выпарных аппаратов их производительность обычно выражается в тоннах серной кислоты, вырабатываемой в сутки. Для того, чтобы эта величина имела смысл, необходимо указывать концентрацию продукционной кислоты, поступающей на концентрирование.

Естественно, что производительность концентратора тем больше, чем выше концентрация гидролизной кислоты и ниже концентрация продукционной.

При таких условиях с некоторой степенью можно определять и сравнивать производительность того или иного агрегата по количеству выпаренной воды.

Контроль технологического процесса сводится в таблицу.

Таблица 4 Аналитический контроль (периодический).

Таблица 5 Контроль производства (непрерывный).

2.7 ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА, СПОСОБЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ

В процессе концентрирования серной кислоты образуются отходы: газообразные, жидкие и твердые.

Подкисленные воды направляются на общезаводскую станцию нейтрализации, где происходит ее нейтрализация известковым молоком.

Водооборотная вода, идущая на охлаждение холодильников смесительной установки в случае порыва или течи теплообменников может быть закислочена, при этом через перелив водооборотной системы может быть закислочена канализация, во избежание этого при снижении рН воды до 6 единиц, автоматически сброс переводится на линию самотечной кислой канализации, стоки которой проходят те же стадии очистки, что и кислые стоки с газоочистки.

Характеристика стоков приведена в таблице 6.

Таблица 6 Характеристика стоков.

Твердые отходы представлены в виде железного купороса. При фильтрации упаренной гидролизной кислоты с концентрацией 52−55% на барабанный вакуум-фильтрах происходит отделение железного купороса FeSO4· H2O который системой транспортеров подается в накопительный бункер, откуда вывозится на отвал.

Вокруг отвала проходит отводная канава, по которой дренирующая кислота и ливневые стоки направляются на линии самотечной кислой канализации на нейтрализацию.

Характеристика твердых отходов представлена в таблице 7.

Таблица 7 Характеристика твердых отходов.