--PAGE_BREAK--
Рисунок 2.3 – Диаграмма состава пара над жидкой серной кислотой при
температуре кипения и давлении 1атм (0,098 МПа)
При концентрировании серной кислоты протекают 2 основных процесса: испарение воды и передача теплоты.
В данном производстве используется установка с непосредственным обогревом кислоты. В концентраторе вихревого типа с соприкосновением горючих топочных газов и кислоты обеспечивается высокая интенсивность процессов массо – и теплопередачи.
Однако недостатком этого метода является туманообразование /4/ серной кислоты и разложение ее по формуле:
H2SO4 → SO2+ Ѕ О2 + Н2О (2.30)
Данный метод несмотря на свои недостатки нашел широкое применение в производстве нитратов целлюлозы, производимые на территории ФКП КГКПЗ.
Раскисление серной кислоты при ее концентрировании.
Серная кислота, поступающая на концентрирование, обычно содержит примеси тех продуктов, в производстве которых она была применена. Серная кислота, полученная после концентрирования слабой азотной кислоты, содержит до 0,03 % окислов азота и азотной кислоты.
При концентрировании серной кислоты примеси в отдельных случаях вызывают значительное раскисление /4/ серной кислоты до сернистого ангидрида, что приводит к большим потерям серной кислоты при ее упарке.
Раскисление в основном идет за счет углерода по уравнению:
2 H2SO4 + С → СО2 + 2SO2+ 2 Н2О (2.31)
Поэтому даже при концентрировании сравнительно чистых, свободных от органических примесей растворов серной кислоты частицы несгоревшего топлива приводят к значительному разложению серной кислоты. Ракисление при концентрировании серной кислоты в отдельных случаях сопровождается обильным вспениванием кислоты, что осложняет процесс концентрирования.
2.3.1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНОГО ОБРУДОВАНИЯ
1. Концентрационная колонна типа ГБХ (поз.1) состоит из отдельных царг, изготовленных из ферросилида. Каждая царга /3/ отливается в месте с днищем (тарелкой), переходящим в центре в горловину. Горловина тарелки закрывается круглым зубчатым колпачком для барботирования паров через слой жидкости. На горловине сделаны приливы. Жидкость перетекает с тарелки на тарелку через переточные трубки, расположенные поочередно с противоположных сторон от центра тарелки.
Некоторые царги отливаются вместе со штуцерами для ввода и вывода азотной и концентрированной серной кислоты. Нижняя царга является одновременно промежуточным сборником отработанной кислоты. В эту же царгу подается острый пар для денитрации разбавленной серной кислоты. Царги колонны собираются на прокладках из асбеста и зажимаются фланцами при помощи длинных болтов.
Колонна состоит из 20 царг. Габаритная высота ее 6925 мм, диаметр 980 мм, высота одной царги 250 мм (кроме нижней и верхней царг, имеющих высоту 600 мм и 645 мм ). Толщина стенки царги 25 мм, диаметр колпака 480 мм.
Перед пуском агрегата колонну разогревают паровоздушной смесью. Затем включают выхлопной вентилятор, создают в колонне вакуум порядка 15-20 мм рт.ст и через нижний штуцер подают пар низкого давления и атмосферный воздух. Начальная температура такой паровоздушной смеси. Начальная температура такой паровоздушной смеси не должна превышать 50єС. Дальнейшее повышение температуры смеси проводится равномерно, без скачков, со скоростью 10єС за 15 мин. Через 2-3 часа нагревания в верхней царге достигается температура 80 – 90єС, при этом температура паровоздушной смеси должна быть около 150єС. Затем уменьшают подсос воздуха и повышают температуру смеси. В колонну для промывки парового конденсата подают концентрированную серную кислоту. Тепло, выделяющееся при разбавлении H2SO4конденсатом, а также физическое тепло пара расходуется на поддержание в верхней части колонны температуры не ниже 80єС.
В разогретую колонну постепенно подают разбавленную азотную кислоту, доводя нагрузку агрегата до нормальной. Период пуска агрегата до установления полной нагрузки и нормального режима составляет до 10 часов. Такой длительный пусковой период обусловлен хрупкостью ферросилида и большой чувствительностью его к изменениям температуры.
2. Конденсатор (поз.2) предназначен /3/ для конденсации парообразной крепкой азотной кислоты. Он выполнен из ферросилидовых труб в количестве 64 штук с размерами: h= 2000 м, D= 1000 мм.
Тип — оросительный. Имеются кольца Рашига. Размеры холодильника: h= 2780 мм, D= 560 мм, F= 65мм2.
3. Холодильник – конденсатор (поз.3) предназначен для охлаждения и конденсации нитрозных газов. Представляет собой вертикально-установленный стальной цилиндр с двумя трубными решетками, в которых развальцована 121 труба из кислотоупорной стали, концы цилиндра заканчиваются газовыми коробками для прохождения нитрозных газов.
Размеры холодильника: h= 3290 мм, D= 690 мм, F= 50 м2.
4. Абсорбер (поз.4) предназначен для получения слабой азотной кислоты. Колонна представляет собой стальной цилиндр из кислотоупорной стали размерами: h= 6800 мм, D= 700 мм, F= 75м2.
В нижней части колонна имеет колосники и решетку из кислотоупорной стали 12Х18Н10Т. На колосниковой решетке установлено пять рядов колец «Аурги» с размерами 75 х 75 мм, а сверху насыпаны кольца Рашига. Башня закрыта крышкой из кислотоупорной стали, на которой смонтированы оросители разбрызгивающего типа.
5. Напорный [3] бак (поз.5 1 – 3) представляет собой алюминиевый цилиндр с размерами: h= 2700мм, D= 700 и предназначен для приемки отработанной кислоты из 3-его цеха, серной кислоты после ее концентрирования, и готовой азотной кислоты, далее поступающие в производство концентрированной азотной кислоты.
6. Сборный бак (поз.6 1 – 3) представляет собой алюминиевый цилиндр с размерами: h= 2700мм, D= 700 и предназначен для приемки отработанной кислоты из 3-его цеха, серной кислоты после ее концентрирования, и готовой азотной кислоты
7. Абсорбционная башня (поз.9) предназначена для получения слабой азотной кислоты. Башня представляет собой стальной цилиндр из кислотоупорной стали с размерами: h= 11800 мм, d= 3700 мм. В нижней части башня имеет колосники и решетку из кислотоупорной стали 12Х18Н10Т. На колосниковой установлено пять рядов колец «Аурги» с размерами 75 Ч 75 мм, а сверху насыпаны кольца «Рашига». Башня закрыта крышкой из кислотоупорной стали, на которой смонтированы оросители разбрызгивающего типа.
8. Топка (поз.12) предназначена для сжигания топлива, представляющая собой стальной барабан с размерами: диаметр d= 2800 мм, длина L
= 6200 мм.
Внутри топка футерована огнеупорным кирпичом. Условно топка разделена на 2 камеры:
а) Камера горения, где происходит сгорание топлива;
б) Камера смешения, где происходит смешение горячих топочных газов с холодным воздухом.
Топка работает под давлением. Спереди установлен стальной короб, в котором вентилятором воздуходувки подается воздух.
Для регулировки подаваемого воздуха и создания вихревого движения при горении в горловине установлен завихритель конструкции Котляренко. – завод «Пластмасс», г. Котовск..
9. Холодильник (поз.18) серной кислоты /3/ предназначен для охлаждения продукционной серной кислоты до температуры 60 – 95 єС.
Техническая характеристика холодильника /3/ продукционной серной кислоты:
1. Производительность по продукционной серной кислоте 80 – 120 т/сут
2. Расход охлаждающей воды в холодильник: 12,5 м3 / ч
3. Поверхность фторопластовых охлаждающих элементов: 24 м2
Размеры холодильника:
Высота – 1515 мм
Диаметр – 3300 мм2
4. Общий вес холодильника – 6000 кг
5. Материал корпуса холодильника: Ст. 3 и изнутри футерован кислотоупорным кирпичом и кислотоупорной плиткой.
Охлаждающие элементы изготовлены из фторопластовых трубок.
Теплообменник фторопластовый: поверхность – 12 м2
10. Концентратор отработанной серной кислоты вихревого типа (БМСКХ) предназначен для концентрирования серной кислоты, состоящий из пяти рабочих ступеней, трех абсорбционных ступеней и одной брызгоуловительной ступени (поз.13). Работа вихревой колонны концентрирования серной кислоты основана на следующих принципах:
1. Применение прямоточного взаимодействия газовой и жидкой фаз в зоне контакта при сохранении противоточного движения потока по аппарату в целом.
2. Использование вихревого движения /3/ газожидкостного потока в зоне контакта фаз, обеспечивающего максимальную турбулизацию потока, обновление межфазной поверхности, широкий диапазон устойчивости работы контактных ступеней, а также эффективную сепарацию жидкости в поле центробежных сил.
3. Применение восходящего движения фаз в зоне контакта, обеспечивающего минимальный диаметр многоступенчатых аппаратов.
Принцип прямоточного движения газовой и жидкой фаз осуществляется в вихревом контактном устройстве (графическая часть), состоящем из тарелки, на которой установлен завихритель, и контактного патрубка. Завихритель газового потока расположен внутри контактного патрубка и изготовлен в виде глухого цилиндра, имеющего 8 тангенциально расположенных лопаток, образующие между собой тангенциальные щели для прохода жидкости. Завихритель расположен на нижней царге, а контактный патрубок на верхней царге 2 – ой ступени. Подача жидкости на ступень осуществляется в нижнюю царгу, а ее вывод из верхней царги.
Контактируемый газ входит в щель между лопатками завихрителя и приобретает вращательное движение. Серная кислота из вышележащей ступени по линии перетока поступает на нижнюю царгу ступени, протекает через прорези контактного патрубка во внутреннюю полость между завихрителем и внутренней стенкой контактного патрубка. Поток кислоты разделяется на две части. Часть кислоты эжектируется внутрь завихрителя и вылетает из него в виде капель и струй. Основная доля жидкости раскручивается газожидкостным потоком и движется по спирали вверх по внутренней стенке контактного патрубка. При этом жидкостная пленка непрерывно бомбардируется каплями и струями кислоты, вылетающими из завихрителя, и непрерывно многократно обновляет свою поверхность. Выходящий из щели завихрителя свежий газовый поток образует вихри жидкости, которые сливаются и движутся по спирали в восходящем потоке в виде высокотурбулизированного слоя жидкости, основная часть которой затем отсекается от газового потока под вышележащей царгой, служащей отбойником. Часть серной кислоты уносится газовым потоком на вышележащие ступени. Количество уносимой кислоты определяется расходами газовой и жидкой фаз, поступающих на ступень. За счет уноса определенного количества серной кислоты со ступени на ступень осуществляется такое распределение концентраций серной кислоты на ступенях, при котором величины пересыщения паров серной кислоты на ступенях не достигают критических значений и исключаются условия образования тумана серной кислоты. Отсепарированная на верхней царге серная кислота перетекает через внешний гидрозатвор на нижнюю царгу нижележащей ступени.
Серная кислота перетекает со ступени на ступень вниз, концентрируется и поступает в нижнюю часть колонны. На первой ступени кислота подхватывается газовым потоком и в виде капель и струй по тангенциальному каналу поступает в днище колонны, где раскручивается газовым потоком и поднимается в виде высокотурбулизированного слоя жидкости, струй, брызг по внутренней стенке днища колонны вверх, в зону сепарации по трубопроводу в холодильник.
Газовый поток, контактируя на ступенях с кислотой, отдаст ей свое тепло, освобождается от брызг кислоты на брызгоуловительных ступенях, и с содержанием кислых компонентов в пределах санитарных норм выбрасывается через трубу выброса газов в атмосферу.
3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
3.1 МАТЕРИАЛЬНЫЕ РСЧЕТЫ
3.1.1. МАТЕРИАЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ ОТДЕЛЕНИЯ ДЕНИТРАЦИИ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ
Для расчета примем исходные условия: массовая доля азотной кислоты – 98 %, массовая доля отработанной серной кислоты – 70 %, массовая доля регенерированной серной кислоты – 92 %.
Состав отработанных кислот, поступающих на денитрацию /3/:
а) от нитрации HNO3 — 16 – 26 %
H2SO4 – 46 — 66 %
H2O – 18 — 28 %
б) от абсорбционной установки
HNO3 – 50 %
H2O – 50 %
Расчет составлен на 1 тонну условной отработанной кислоты, поступающей в колонну ГБХ, учитывая, что отработанная кислота составляет 80%, а смесь азотной кислоты и воды – 20 %.
Выбираем средний состав кислот: HNO3 – 27%, H2SO4 – 45%, H2O – 28%.
Принимаем, что в отработанной кислоте содержится 3% азотной кислоты в виде окислов азота связаны в нитрозилсерную кислоту по реакции:
2H2SO4 + N2O3= 2HNSO5+ H2O (3.1)
В колону поступает:
HNO3 – 24,3 %
H2SO4 – 13,5 %
H2O – 58,3 %
N2O3 – 0,9 %
HNSO5 – 3 %
Всего – 100 %
В процессе разгонки кислотных смесей и гидролиза HNSO5 в колонне протекают следующие реакции:
— разложение HNSO5
2HNSO5 + H2O = 2H2SO4 + NO2 +NO (3.2)
— разложениеHNO3
2HNO3 = 2NO2 + H2O + ЅO2 (3.3)
2HNO3 = N2 + H2O + 2 · ЅO2 (3.4)
— разложениеN2O3
N2O3 (газ) = NO (газ) + NO2 (газ) (3.5)
В колонну ГБХ поступает:
1. Перерабатываемая кислотная смесь в количестве Gґ= 1000 кг, в том числе:
HNO3 – 243 кг
H2SO4 – 135 кг.
H2O – 583 кг.
N2O3 – 9 кг.
HNSO5 – 30 кг.
2. Регенерированная серная кислота с массовой долей 92 % Gґ= 1900 кг, в том числе воды g1= 1900 · 0,08 = 152 кг.
3. Вода в виде перегретого пара g2= ∑ gрасх— ∑ gприх
4. Азотная кислота с массовой долей 98 % Gґ1 = 243 / 0,98 = 248 кг
Принимаем, что 3 % азотной кислоты разлагается на нитрозные газы и 1 % уносится с нитрозными газами.
Тогда из колоны выходит:
1. Азотная кислота с массовой долей 98 %:
Gґ2= 98 % ∙ Gґ1, (кг) (3.1)
где Gґ1– количество азотной кислоты, поступающей в колонну.
Gґ2= 0,98 ∙ 248 = 243 кг
При этом с парами азотной кислоты уносится вода:
g1= 2 % · Gґ2, (кг) (3.2)
где Gґ2– количество азотной кислоты, выходящей из колонны.
g1= 243 · 0,02 = 4,86 кг
2. Нитрозные газы:
а) в колоне Ѕ количества (1,5 %) азотной кислоты разлагается до NO2по реакции (3.3):
g2= 1,5 % · Gґ1, (кг) (3.3)
g1= 0,015 · 248 = 3,72 кг
При этом образуются газообразные вещества,:
NO2 , (кг) (3.4)
где M1– молекулярная масса оксида азота (IV), кг/моль; M4– молекулярная масса азотной кислоты, кг/моль.
NO2 кг
H2O , (кг) (3.5)
где M2– молекулярная масса воды, кг/моль.
H2O кг
O2 , (кг) (3.6)
где M3– молекулярная масса кислорода, продолжение
--PAGE_BREAK--кг/моль.
O2 кг
б) По реакции (3.4) разлагается Ѕ количества (1,5 %) азотной кислоты до N2:
N2 , (кг) (3.7)
где M5– молекулярная масса азота, кг/моль.
N2 кг
H2O , (кг) (3.8)
где M2– молекулярная масса воды, кг/моль.
H2O кг
O2 ,(кг) (3.9)
где M3– молекулярная масса кислорода, кг/моль.
O2 кг
3. При разложении N2O3по реакции (3.5):
NO2 , (кг) (3.10)
где M5– молекулярная масса оксида азота (IV), кг/моль; M4– молекулярная масса оксида азота (VI), кг/моль.
NO2 кг
NO, (кг) (3.11)
где M7– молекулярная масса оксида азота (II), кг/моль; M4– молекулярная масса оксида азота (VI), кг/моль.
NO кг
4. При разложении нитрозилсерной кислоты по реакции (3.2):
NO2 , (кг) (3.12)
где M1– молекулярная масса оксида азота (IV), кг/моль; M4– молекулярная масса нитрозилсерной кислоты, кг/моль.
NO2 кг
NO, (кг) (3.13)
где M7– молекулярная масса оксида азота (II), кг/моль; M4– молекулярная масса оксида азота (VI), кг/моль.
NO кг
Выделившаяся в процессе реакции серная кислота вновь войдет в состав отработанной кислоты и ее количество составит 154 кг.
5. С нитрозными газами уносится 1 % азотной кислоты:
Gґ3 = 1 % · Gґ1 , (кг) (3.14)
где Gґ1– количество азотной кислоты, поступающей в колону.
Gґ3 = 0,01 · 248 = 2,48 кг
6. Слабая серная кислота с массовой долей 70 %.
В колону поступает с кислотной смесью моногидрата H2SO4– 154 кг и 1900 кг с массовой долей 92 %. Тогда жидкостная нагрузка по серной кислоте:
Gґ3 = кг
При этом с этой кислотой уносится воды:
g3= 30 % · Gґ3, (кг) (3.15)
Gґ3– жидкостная нагрузка по серной кислоте, кг.
g3= 0,3 · 2720 = 816 кг. Принимаем g3= 820 кг.
В результате гидролиза получается следующее количество сухих нитрозных газов (без учета подсоса воздуха):
O2 = NO2 = 2,72 + 5,45 + 5,43 = 13,6 кг
илиNO2 = 13,6 ∙ 22,4 / 46 = 6,62 нм
NO = 3,55 + 3,54 = 7,09 кг
илиNO = 7,09 · 22,4 / 30 = 5,3 нм
N2 = 0,53 + 0,53 = 1,06 кг
или N2= 1,06 ∙ 22,4 / 28 = 0,85 нм
O2= 0,47 + 2,36 = 2,83 кг
или O2= 2,83 · 22,4 / 32 = 1,981 нм
HNO3= 2,48 кг
HNO3= 2,48 · 22,4 / 63 = 0,88 нм
Всего: 24,58 кг или 14,76 нм.
4. Воздух, подсасываемый из помещения:
Принимаем, что подсасываемый воздух поступает при t = 20 єС с относитель-ной влажностью 70%. Подсос воздуха через неплотности соединений царг принимаем равным 100 % объема сухих газов. Тогда Vподс = 14,76 нм..
В том числе:
N2= с 1 ∙ Vподс, (нм) (3.16)
где с 1 = 78 % — массовая доля азота в сухом воздухе /5/; Vподс – объем воздуха, подсасываемый через неплотности соединений царг, нм.
N2= 0,78 ∙ 14,76 = 11,51 нм
O2= с 2 · Vподс, (нм) (3.17)
где с 2 = 21 % — массовая доля кислорода в сухом воздухе /5/; Vподс – объем воздуха, подсасываемый через неплотности соединений царг, нм.
O2 = 0,21 · 14,76 = 3,10 нм.
ИлиN2 = 11,51 ∙ 28 / 22,4 = 14,40 кг
O2 = 3,10 ∙ 32 / 22,4 = 4,43 кг
Итого: 18,83 кг.
Масса водяных паров, поступающих в колонну с воздухом:
М Вод. пар. =18,83 · 0,01042 = 0,2 кг
где d= 10,42 г/ кг сухого воздуха – влагосодержание
Количество и состав сухих газов, выходящих из колонны с учетом подсоса воздуха:
NO2= 2,72 + 5,45 + 5,43 = 13,6 кг
или NO2= 13,6 ∙ 22,4 / 46 = 6,62 нм
NO = 3,55 + 3,54 = 7,09 кг
илиNO = 7,09 · 22,4 / 30 = 5,3 нм
N2 = 0,53 + 0,53 + 14,40 = 15,46 кг
или N2= 15,46 ∙ 22,4 / 28 = 12,37 нм
O2= 0,47 + 2,36 + 4,43 = 7,26 кг
или O2= 7,26 · 22,4 / 32 = 5,10 нм
HNO3= 2,48 кг
HNO3= 2,48 · 22,4 / 63 = 0,88 нм
Итого: 45,89 кгили 30,27 нм.
Количество паров воды, уходящих из колонны с нитрозными газами при t = 35 єС, определяем по формуле:
H2O = (кг) (3.18)
где V = 30,27 нм 3 – объем сухих газов; р – парциальное давление паров воды /5/, МПа; М – молекулярная масса воды, кг/моль.
р = 1,8 мм. рт. ст – парциальное давление воды над 98 % HNO3 при t = 35 єС
p = 133.3 · 1.8 = 239.9 Па
H2O = кг
или в объеме
нм
Общий состав и количество газов, выделившихся из системы гидролиза и поступающих на поглощение:
NO2 = 13,6 кгилиNO2 = 6,62 нм
NO = 7,09 кгилиNO = 5,3 нм
N2= 15,46 кгили N2= 12,37 нм
O2= 7,26 кгили O2= 5,10 нм
HNO3= 2,48 кг или HNO3= 0,88 нм
H2O = 1,45 кг или H2O = 1,80 нм
Итого: 45,89 кгили 30,27 нм.
На основании полученных данных в таблице 3.1 приведен сводный баланс воды при регенерации кислотной смеси, в таблице 3.2 приведен сводный баланс по кислотам и нитрозным газам.
Таблица 3.1 – Сводный баланс воды при регенерации 1 тонны кислотной смеси
Таблица 3.2 – Сводный баланс по кислотам и нитрозным газам при регенерации 1 тонны кислотной смеси
3.1.2 МАТЕРИАЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ ОТДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ОТРАБОТАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Для расчета принимаем следующие исходные данные:
Производительность концентратора по моногидрату H2SO4 – 31,5 тонн;
Массовая доля продукционной кислоты – 92 %;
Массовая доля отработанной серной кислоты, поступающей на концентрирова-ние – 70 %;
Потери серной кислоты с отходящими газами – 1,5 %;
Приход:
1. В вихревую колонну поступает разбавленная /3/ серная кислота с учетом 0,06 % потерь:
Gразб = G · (1 – 0,0006), (кг) (3.19)
Gразб = 7654,87 · 0,9994 = 7650,28 кг
в том числе воды:
GH2O = Gразб· (1 – w / 100), (кг) (3.20)
GH2O = 7650,28 · (1 – 0,7) = 2295,08 кг
2. Топочные газы:
Соотношение серной кислоты с массовой долей 70 % и топочных газов равно 3:1. Следовательно, масса топочных газов, поступивших в колонну на концентрирование 70 % — ной серной кислоты: m= 2600 кг.
3. Вода, поступившая в концентратор на абсорбцию:
GH2Oґ= (кг), (3.21)
где Gразб – количество серной кислоты, поступившей на концентрирование, кг; w1– массовая доля воды, содержащейся в разбавленной серной кислоте, %; w2– массовая доля серной кислоты, поступившей на концентрирование, %.
GH2Oґ= = 3278,7 кг
Расход:
1. При концентрировании серная кислота разлагается по формуле:
H2SO4 = SO2 + H2O + Ѕ O2 (3.6)
Потери от разложения составляют 50% общих потерь или 0,03 %:
Gпот = 0,03 % · G разб, (кг) (3.22)
Gпот = G разб · 0,03 / 100 = 7650,28 · 0,0003 = 2,3 кг.
2. Потери вследствие уноса серной кислоты с дымовыми газами составляют
также 50% общих потерь (0,03%):
Gун = 0,03 % · G разб, (кг) (3.23)
Gун = 0,0003 ∙ 7650,28 = 2,3 кг.
2.Общие потери составляют:
Gпот = Gун + Gразл, (кг) (3.24)
Gпот = 2,3 + 2,3 = 4,6 кг.
4. При разложении серной кислоты образуется:
H2SO4 = SO2 + H2O + Ѕ O2 (3.7)
SO2 = ( продолжение
--PAGE_BREAK--М
SO2/ МH2SO4) · Gун, кг, (3.25)
где М H2SO4– молекулярная масса серной кислоты, кг/моль;М SO2– молекулярная масса оксида серы (VI), кг/моль; Gун – потери вследствие уноса серной кислоты с дымовыми газами, кг.
SO2 = (64 / 98) · 2,3 = 1,5 кг
H2O = (МН
2
О/ МH2SO4) · Gун, (кг) (3.26)
где М H2O– молекулярная масса воды, кг/моль;М Н2SO4– молекулярная масса серной кислоты, кг/моль; Gун – потери вследствие уноса серной кислоты с дымовыми газами, кг.
Н2O= (18 / 98) · 2,3 = 0,42 кг
O2 = (0,5 · МО
2/ МH2SO4) · Gун, (кг) (3.27)
где М H2O– молекулярная масса воды, кг/моль;М Н2SO4– молекулярная масса серной кислоты, кг/моль; Gун – потери вследствие уноса серной кислоты с дымовыми газами, кг.
O2 = (0,5 · 32 / 98) · 2,3 = 0,38 кг,
5. В колонне выпаривается воды:
Gвых = Gразб · [(1 – w3/ 100) – (1 – w4/ 100)], (кг) (3.28)
где Gразб – количество серной кислоты, поступившей на концентрирование, кг; w1– массовая доля разбавленной серной кислоты, %; w2– массовая доля концентрированной серной кислоты, %.
Gвых = 7650.28 · [(1 – 70 / 100) – (1 – 92 / 100)] = 1606,56 кг
На процесс абсорбции поступает вода в количестве 3278,7 кг. При этом на поглощение газов затрачивается по 5 % на каждой абсорбционной ступени, т. е. 15 % от общего количества воды и равно 491,81 кг. Остальное количество воды выходит из колонны.
6. Выход 92% продукционной H2SO4:
Gкон= G разл – Gвых, (кг) (3.29)
Gкон= 7650.28 – 1606.56 = 6043,76 кг.
7. Приход кислоты по моногидрату (конденсат):
G конд = Gразб · (1 – w3/ 100), (кг) (3.30)
G конд = 7650,28 ∙ 0,7 = 5355,2 кг
В таблице 3.3 приведен сводный баланс отделения концентрирования серной кислоты.
Таблица 3.3 – Сводный баланс концентрирования серной кислоты.
Приход
Масса, кг
Расход
Масса, кг
1
2
3
4
1. С серной кислотой с массовой долей
70 %
2. Топочные газы
С температурой 900 єС
3. Вода, поступающая на концентрирование
7650,28
2600
5573,78
1. Потери вследствие уноса серной кислоты с дымовыми газами
2. При разложении серной кислоты
3. В колонне выпаривается воды
4. Выход 92% продукционной
серной кислоты
5. Приход
кислоты по
моногидрату
6. Выход отработанной воды
2,3
2,3
1606,56
6043,76
5355,2
2786,90
Итого:
15797,02
Итого:
15797,02
3.2 ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ
3.2.1 ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ ОТДЕЛЕНИЯ ДЕНИТРАЦИИ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ
Исходные данные:
1. Температура отработанной кислотной смеси, поступающей в колонну,
t= 90 єС.
2. Температура азотной кислоты с массовой долей 50 %, поступающей в колонну,
t= 20 єС.
3. Температура серной кислоты с массовой долей 92%, поступающей в колонну,
t= 20 єС.
4. Температура отработанной серной кислоты 70%, выходящей из колонны,
t= 170 єС.
5. Температура выходящих из колонны паров азотной кислоты и нитрозных газов
t= 85єС.
6. Температура азотной кислоты 98%, выходящей из конденсатора, поступающей в колонну, t= 40 єС.
7. Температура концентрированной азотной кислоты с массовой долей 98%, выходящей из колонны, t= 85 єС.
8. Температура подсасываемого воздуха t= 20 єС
Общий вид уравнения теплового баланса:
Qприход= Qрасход, (кДж) (3.31)
Приход теплоты:
Qприход= q1+ q2 + q3 + q4 + q5 + q6, (кДж) (3.32)
где q1– теплота от поступающей серной кислоты с массовой долей 92 %.
Теплота от серной кислоты состоит из физической теплоты q1ґи теплоты разбавления q1ґґ:
q1= q1ґ+ q1ґґ, (кДж) (3.33)
Физическая теплота определяется по формуле:
q1ґ= Gґ· c1 ∙ t, кДж, (3.34)
где — Gґ– масса серной кислоты с массовой долей 92 %, поступающей в колонну, кг; с 1 – удельная теплоемкость серной кислоты с массовой долей 92 % при температуре 20 єС, кДж / (кг · К) /6/; t– температура поступающей в колонну серной кислоты, К.
q1ґ= 1900 · 1,579 ∙ 293 = 979235,3 кДж
Теплота разбавления серной кислоты q1ґґопределяется разницей теплот разбавления моногидрата серной кислоты до массовой доли 70 %:
q1ґґ= q70+ q92, кДж, (3.35)
q70– теплота разбавления серной кислоты с массовой долей 70 %; q92– теплота разбавления серной кислоты с массовой долей 92 %.
Удельная теплота разбавления моногидрата:
, (кДж) (3.36)
где – молярное отношение H2O: H2SO4.
Находим n
для серной кислоты с массовыми долями 92 % и 70 %.
В серной кислоте с массовой долей 92 % содержится:
H2SO4= , (моль) (3.37)
где – Gґ– масса серной кислоты с массовой долей 92 %, поступающей в колонну, кг; w– концентрация серной кислоты, %; М – молекулярная масса серной кислоты, кг / моль.
H2SO4= моль
H2O= , (моль) (3.38)
где – Gґ– масса серной кислоты с массовой долей 92 %, поступающей в колонну, кг; w– содержание воды в 92 % серной кислоте, %; М – молекулярная масса воды, кг / моль.
H2O= моль
Отсюда n
= 8,44 / 17,8 = 0,47
В серной кислоте с массовой долей 70 % содержится:
H2SO4= , (моль) (3.39)
где – Gґ– масса серной кислоты с массовой долей 70 %, поступающей в колонну, кг; w– концентрация серной кислоты, %; М – молекулярная масса серной кислоты, кг / моль.
H2SO4= моль
H2O= , (моль) (3.40)
где – Gґ– масса серной кислоты с массовой долей 70 %, поступающей в колонну, кг; w– содержание воды в 70 % серной кислоте, %; М – молекулярная масса воды, кг / моль.
H2O= моль
Отсюда n
= 45,33 / 19,42 = 2,33
Тогда удельная теплота разбавления серной кислоты с массовой долей 100 % до массовой доли 70 %:
ккал / моль (42238,80 кДж / моль)
и до массовой доли 92 %:
ккал / моль (15507,82 кДж /моль)
Следовательно, удельная теплота разбавления серной кислоты с массовой долей 92 % и 70 % составит:
кДж / моль
Или на 1 т отработанной кислоты:
q2ґґ= 17,8 · 26730,98 = 475811,44 кДж
Тогда на 1 т отработанной серной кислоты приход теплоты:
q1= 979235,3 + 475811,44 = 1455046,74 кДж
Физическая теплота, поступающая с азотной кислотой с массовой долей 50 %:
q2= G2· с 2 ∙ t2, (кДж) (3.41)
где – G2 – масса азотной кислоты с массовой долей 50 %, поступающей в колонну, кг; с 2 – удельная теплоемкость азотной кислоты с массовой долей 50 % при температуре 20 єС, кДж / (кг · К) /7/; t– температура поступающей в колонну азотной кислоты, К.
q2= 333,40 · 2,847 ∙ 293 = 278112,61 кДж
Физическая теплота, поступающая с отработанной кислотной смесью:
q3= G3· с 3 ∙ t3, (кДж) (3.42)
где – G3 – масса кислотной смеси, поступающей в колонну, кг; с 3 – удельная теплоемкость кислотной смеси при температуре 90 єС, кДж / (кг · К) /2/; t3– температура поступающей в колонну кислотной смеси, К.
q3= 666,60 · 2,22 ∙ 363 = 537186,28 кДж
Физическая теплота, поступающая с азотной кислотой с массовой долей 98 %, поступающей из конденсатора в зону отдувки:
q4= G4· с 4 ∙ t4, (кДж) (3.43)
где – G4 – масса азотной кислоты, поступающей в колонну, кг; с 4 – удельная теплоемкость азотной кислоты при температуре 30 єС, кДж / (кг · К) /7/; t4– температура поступающей в колонну азотной кислоты, К.
q4= 243 · 1,93 ∙ 303 = 142103,97 кДж
Физическая теплота, поступающая с воздухом, подсасываемым из помещения:
q5= G5· с 5 ∙ t5, (кДж) (3.44)
где – G5 – масса воздуха, поступающего в колонну, кг; с 5 – удельная теплоемкость воздуха, кДж / (кг · К) /5/; t5– температура поступающей в колонну азотной кислоты, К.
q5= 18,83 · 1 ∙ 293 = 5517,20 кДж
Физическая теплота, поступающая с перегретым паром равна q6.
Итого: Qприход= 1455046,74 + 278112,61 + 537186,28 + 142103,97 + 5517,20 + q6
Расход теплоты:
Qрасход = q1ґ+ q2ґ+ q3ґ+ q4 ґ+ q5 ґ+ q6ґ+ q7ґ+ q8ґ+ q9ґ , (кДж) (3.45)
где q1ґ— теплота на закрепление содержащейся в отработанной кислоте азотной кислоты при ее массовой доле в смеси:
%
до массовой доли 98 %
Удельная теплота разбавления для азотной кислоты:
, (кДж) (3.46)
В кислоте с массовой долей 29 %, моль:
HNO3= 1,08 моль
H2O= 9,20 моль
Отсюда n
= 9,20 / 1,08 = 8,52. Принимаем n
= 8,5.
Удельная теплота разбавления для азотной кислоты с массовой долей 29 %:
= 7451,3 ккал / моль (31220,96 кДж/моль)
Теплота разбавления для азотной кислоты с массовой долей 98 %. В кислоте, моль:
HNO3= 0,020 моль
H2O= 0,01 моль
Отсюда n
= 0,01 / 0,020 = 0,5. Принимаем n
= 0,5.
Теплота разбавления:
qґ= 2005,81 ккал/моль (8704,35 кДж/моль)
Теплота закрепления азотной кислоты, находящейся в отработанной кислоте с 29 % до массовой доли 98 %:
q1ґ= (31220,96 – 8704,35) · (233,28 / 63) = 83309,2 кДж
Физическая теплота, уносимая парами кислоты с массовой долей 98 % из колонны при 85 єС:
q2ґ= 0,97 ∙ G2ґ· с 2ґ ∙ t2ґ, ( продолжение
--PAGE_BREAK--кДж) (3.47)
где – G2ґ– масса азотной кислоты, поступающей в колонну, кг; с 2ґ – удельная теплоемкость азотной кислоты при температуре 85 єС, кДж / (кг · К) /7/; t2ґ– температура, поступающей в колонну азотной кислоты, К.
q2ґ= 0,97 · 243 · 1,936 ∙ 358 = 163367,77 кДж
Расход теплоты на испарение азотной кислоты:
q3ґ= 0,97 ∙ 243 i, (кДж) (3.48)
где – i– теплота испарения 1 кг кислоты, кДж / кг.
q3ґ= 0,97 · 243 · 483 = 113847,93 кДж
Расход теплоты на испарение 2 % воды, содержащейся в азотной кислоте:
q4ґ= 0,97 · 2 / 98 · 243 i1, (кДж) (3.49)
где – i1– теплота парообразования воды, кДж / кг.
q4ґ= 0,97 · 2 / 98 · 243 · 2259 = 10866,71 кДж,
Физическая теплота, уносимая с отработанной серной кислотой с массовой долей 70 % из колонны при 170 єС:
q5ґ= G3ґ· с 5ґ ∙ t5ґ, (кДж) (3.50)
где – G3ґ– масса серной кислоты, поступающей в колонну, кг; с 2ґ – удельная теплоемкость серной кислоты с массовой долей 70 %, кДж / (кг · К) /6/; t2ґ– температура серной кислоты, выходящей из колонны, К.
q5ґ= 2720 · 2,09 ∙ 443 = 2518366,4 кДж
Расход теплоты на нагревание подсасываемого воздуха в среднем до 90 єС:
q6ґ= gподс∙ с · (t2– t1), (кДж) (3.51)
где – с – удельная теплоемкость воздуха, кДж / кг ∙ К; t1– температура подсасываемого воздуха, К.
q6ґ= 18,83 · 1 ∙ (363 – 273) = 1694,7 кДж
Расход теплоты, уносимой с азотной кислотой с массовой долей 98 % из колонны при температуре 85 єС:
q7ґ= G2ґ∙ с · t, (кДж) (3.52)
где – с – удельная теплоемкость азотной кислоты при температуре 85 єС, кДж / кг ∙ К /7/; t1– температура уходящей азотной кислоты из колонны, К.
q7ґ= 243 · 1,93 ∙ 358 = 167898,42 кДж
Расход теплоты в окружающую среду:
Колонна типа ГБХ в течение 1 часа теряет в окружающую среду порядка 33520 кДж. При условии подачи в колонну 92 кг/ мин тройной кислотной смеси потери теплоты в окружающую среду:
qґ8= 6072,46 кДж
Теплота, уносимая нитрозными газами qґ9:
q9ґ= ∑ q9iґ, (кДж) (3.53)
где ∑ q9iґ= ∑( gi∙ с i· ti); gi– масса уносимого газа, кг; с i– удельная теплоемкость уносимого газа, кДж / кг ∙ К /2/; ti– температура уносимого газа, К.
q NO2ґ = 13,6 ∙ 0,754 ∙ 358 = 3671,08 кДж
q NOґ= 7,09 ∙ 0,996 ∙ 358 = 2528,07 кДж
q N2ґ = 15,46 ∙ 1,040 ∙ 358 = 5756,07 кДж
q O2ґ= 7,26 ∙ 0,923 ∙ 358 = 2398,95 кДж
q НNO3ґ= 2,48 ∙ 1,800 ∙ 358 = 1598,11 кДж
qН2Oґ= 1,45 ∙ 1,873 ∙ 358 = 972,27 кДж
Итого: q9ґ= 16924,55 кДж
Отсюда Qрасход= 83309,2 + 163367,77 + 10866,71 + 966416 + 1694,7 + 167898,42 + 16924,55 = 1410477,35 кДж
Приравнивая приход теплоты к расходу, определяем количество теплоты, которое необходимо подать в колонну с перегретым паром.
Qприход= 1455046,74 + 278112,61 + 537186,28 + 142103,97 + 5517,20 + q6= 2417966,8 + q6= Qрасход
2417966,8 + q6= 2951575,66
Отсюда q6= 533608,86 кДж
Таблица 3.4 – Тепловой баланс концентрирования азотной кислоты
Приход
кДж
Расход
кДж
1
2
3
4
1. Теплота от поступающей серной кислоты с массовой долей 92 %.
2. Теплота, поступающая с азотной кислотой с массовой долей 50 %:
3. Физическая
1455046,74
278112,61
537186,28
1. Теплота закрепления азотной кислоты, находящейся в отработанной кислоте с 29 % до массовой доли 98 %
2. Физическая теплота, уносимая парами кислоты с
83309,2
163367,77
--PAGE_BREAK--
Продолжение таблицы 5.1
1
2
3
4
5
5. Холодильник
регенерированной серной кислоты
Температура
60 – 120 єС
+
+
+
7. Труба выброса газов Давление
0,15 МПа
+
+
+
8. Колонна БМКСХ
Температура
180 єС, 300 єС
+
+
+
9. ГРП
Давление
0,1 МПа
+
+
+
В таблице 5.3 приведена спецификация, в которой указаны основные КИП и А и их основные характеристики (шкала, предел измерений, единица измеряемой величины, класс точности)
--PAGE_BREAK--.
9.5 ШУМ И ВИБРАЦИЯ
В проектируемом объекте источниками шума и вибрации могут служить воздуходувки, вентиляторы, электродвигатели вентиляционных установок, центробежные насосы.
Воздуходувки относятся к машинам безударных процессов, имеют виброзащиту в виде кожухов, предусмотренную заводом – изготовителем.
Воздуходувки также расположены в специально отведенных для них местах, огражденных перегородками. Поэтому аппаратчики находятся на некотором удалении от воздуходувок, а шум и вибрация от этих установок не приносят вреда здоровью людей.
Дополнительными источниками шума являются вентиляторы, насосы, шум от которых достигает 80 – 100 дБ. Шум от вентиляционного агрегата распространяется через воздушную среду, по строительным конструкциям и стенкам воздуховодов.
В таблице 9.2 указаны допустимые /11/ уровни шума на рабочих местах согласно СаНПиН 2.2.4/1.1.8.562 – 96
Таблица 9.2 — Допустимые уровни шума на рабочих местах согласно СаНПиН 2.2.4/1.1.8.562 – 96
Продолжение таблицы 9.2
Борьба с шумом осуществляется путем снижения первоначального шума от вентиляционного агрегата и насосов, изоляцией агрегатов от их основания при помощи виброзащитных элементов. Амортизаторы вибраций изготовляют из стальных пружин или резиновых прокладок. Фундаменты под центробежные насосы изолируют войлоком, асбестом, для уменьшения вибрации. Применяют также звукопоглощающие материалы, как стекловолокно, поролон, для воздуховодов и облицовки вентиляционных камер.
В качестве индивидуальных средств защиты от шума в соответствии с нормами СаНПиН 2.2.4/1.1.8.562 – 96 используют легкие противошумные вкладыши и беруши, вставляемые в уши, позволяющие снизить уровень шума на 10 – 15 дб.
В помещении регенерации отработанной серной кислоты имеются вентиляторы, насосы, создающие вибрацию, равную 150 дб. В соответствии с СаНПиН 2.2.4/2.1.8.566 – 96 нормы вибрации составляют 100 дб (виброускорение 0,1 м/с2). Для защиты от вибрации, передаваемой человеку через ноги, используется обувь на войлочной или толстой резиновой подошве.
9.6 ВЕНТИЛЯЦИЯ
Вентиляция воздуха в нашем помещении осуществляется естественным путем за счет дверных и оконных проемов и искусственно с помощью приточно-вентиляционных установок. В случае превышения ПДК паров HNO3 в воздухе рабочей зоны автоматически происходит включение аварийной вентиляции, которая снабжена газоанализиратором, который настроен на ПДК кислот.
Расчет вентиляции.
Требуемый воздухообмен /10/ для помещения, где выделяются вредные или взрывоопасные газы, пар и пыль определяют по формуле:
(9.3)
где L
рв= 4160 – расход воздуха, удаляемого из рабочей зоны помещения местными отсосами и на технологические нужды, м3/ч, G= 0,00178– расход каждого из вредных или взрывоопасных веществ, поступающих в воздух помещения, мг/ч; q
в= 0,005 – концентрация вредного вещества в воздухе, мг/м3; q
ух = 0,0012 – уходящем из помещения (за пределами рабочей зоны), мг/м3; q
р3 = 0,002 – удаляемом из рабочей зоны, мг/м3; q
п = 0,00032 – подаваемом в помещение (q
пq
ух), мг/м3.
Требуемый воздухообмен для помещения, где выделяются вредные или взрывоопасные вещества определяют по формуле:
Кратность воздухообмена составляет:
К = 6182 / 10379,52 = 0,47 ч -1
Требуемый воздухообмен для помещения, где образуется избыток тепла определяют по формуле:
L= Q
/ (СР ∙ ρ ∙ (tУХ– tП) ), (м 3 /ч) (9.4)
где Q= 25820,03– общее количество тепла, выделившегося в помещение, кДж; СР — теплоемкость воздуха, равная 1,2 кДж/кг ∙ єС; ρ – плотность воздуха, кг/м3; tРЗ= 22 – температура воздуха рабочей зоны, єС; tП= 16,5 – температура воздуха, подаваемого в помещение; tУХ= 31 – температура воздуха, уходящего из помещения, єС.
Теплопоступления от нагретых частей аппарата QАП= 1761, 03 Вт.
Теплопоступления от оборудования, приводимого в действие электродвигателями QОБ= 1445 Вт.
Теплопоступления от источников искусственного освещения QОСВ= 21522 Вт.
Теплопоступления от работающих QРАБ= 1092 Вт.
Общее количество тепла, выделившегося в помещение:
Qоб= QАП + QОБ + QОСВ+ QРАБ , (Вт) (9.5)
Qоб= 25820,03 Вт
Требуемый воздухообмен:
L= 25820,03 / (1,01∙ 0,36 ∙ (31 – 16,5 ) ) = 4897,4
Кратность воздухообмена составляет:
К = 4897,4 / 10379,52 = 0,47 ч -1
Максимальная вредность по вредным веществам, так как кратность воздухообмена при этом составляет 0,59 ч-1, что больше 0,47 ч-1 при теплоизбытках. В связи с этим в цехе предусмотрена не только естественная
вентиляция (через дверные и оконные проемы), но и вентиляция с помощью приточно – вытяжных систем (механическая общеобменная) кратностью воздухообмена К = 1,5.
В соответствии с СН – 245 – 71 выбираем вентилятор антикоррозионного исполнения – для перемещения агрессивных сред. Материал – железохромистая сталь марки 18.9 – 57 – 4. Электродвигатель марки М2, исполнения 2, у которого КПД = 0.8, N = 1,6 кВт, n = 2800 обор./мин, производительность 4,5 ∙ 10 3 м3/ч, асинхронного типа.
Аварийный вентилятор марки ЦАГИ (с пусковым магнитопускателем)
9.7 МИКРОКЛИМАТ
Наше производство частично автоматизированное, работа, производится оператором сидя или стоя, связана с ходьбой и сопровождающаяся некоторым физическим напряжением.
Отопление бытового и рабочего помещения – централизованное, паровое. (СНиП 41.01 – 2003). Температура поверхностей нагретых частей системы составляет Т = 70 є С /3/.
Исходя из перечисленного по ГОСТ 12.1.005 – 88 выбираем I а категорию работ и составляем таблицу 9.3.
Таблица 9.3 – Метеорологические условия
Катего -рия работ
Время года
Температура воздуха, єС
Относительная влажность, %
Скорость движения воздуха, м/с
Оптим.
Допуст.
Оптим.
Допуст.
Оптим.
Допуст.
I б
Теплый
22 – 24
22 – 24
40-60 %
15-75 %
0,1
0,1
I б
Холодный
21 – 23
19 – 24
40-60 %
15-75%
0,1
0,1-0,2
Вывод: Условия труда не превышают установленных гигиенических нормативов для рабочих мест. Допустимые условия труда относят к безопасным. Действительные значения параметров микроклимата соответствуют оптимальным значениям микроклимата.
Для поддержания оптимальных значений температуры и влажности в холодное время года используется система отопления.
9.8 ПОЖАРНАЯ ПРОФИЛАКТИКА И СРЕДСТВА ПОЖАРОТУШЕНИЯ
Здание концентрирования кислот четырехэтажное. Здание кирпичное, толщина наружных стенок 500 мм. (стены несущие и ограждающие).
Критическая температура для кирпича 700-1000 єС, полы бетонные.
Минимальный предел огнестойкости ограждающих стен (противопожарные) 0,75ч.
У здания предусмотрена лестница шириной 70 см. для эвакуации людей с верхних этажей при пожаре. Число эвакуационных выходов – 5 (через противопожарные двери). Также помещение оборудовано противопожарными лестницами с естественным освещением через окна. Ширина дверей не менее 1м, длина до 5 м /3/.
Для ликвидации пожара установлены пожарные краны в здании, а на улице пожарные гидранты на расстоянии 100 м друг от друга, не ближе 5 м от стены, не далее 50 м установлены пожарные извещатели.
Таблица 9.4 — Типы противопожарных преград
Исходя из перечисленного и ссылаясь на то, что цех по регенерации отработанной серной кислоты по НПБ 105 – 95 относится к классу А, выбираем степень огнестойкости здания – II, пределы огнестойкости 0,25 – 2,5 часа.
Максимальное расстояние от наиболее удаленного рабочего места до ближайшего эвакуационного выхода – 25 м.
Также помещение обеспечено первичными средствами пожаротушения /3/:
1) огнетушители порошковые ОП-1 (для тушения электропроводки,
электродвигателей, находящихся под напряжением по ГОСТ 12.1.004-83)
2) ручные углекислые ОУ-2 (для тушения открытого огня и газов)
В случае возникновения пожара в помещении необходимо прекратить работу, включить вентиляционную систему, приступить к тушению пожара и вызвать пожарную команду.
Согласно СНиП 2.04.09-84 выбирается автоматический извещатель типа ДТР. Также ручные пожарные извещатели вне здания на конструкциях на высоте 1,5 м. от уровня пола.
Таблица 9.5 – Классификация производственного помещения
Вывод: Цех по регенерации серной кислоты согласно ПУЭ относится к зоне класса В – Iа, так как в процессе регенерации отработанной серной кислоты для получения топочных газов используется природный газ, способный образовывать взрывоопасные смеси только при авариях и неисправностях.
9.9 ОСВЕЩЕНИЕ
Для освещения нашего помещения используется естественное, искусственное, а также аварийное освещение.
В соответствии с ранее принятым проектом объемно-пространственного и конструктивного решения здания, естественное освещение боковое, через световые проемы в наружных окнах здания.
Так как производство по регенерации отработанной серной кислоты частично автоматизировано и непрерывно, то согласно СНиП 23 – 05 – 95 разряд зрительных работ – III(высокой точности). Значения КЕО /11/ при боковом освещении 2 %, размер объектов различения 0,5 мм, освещенность при боковом освещении выполняемых работ Е= 200 лк, объектом различения является деления шкалы КИП, размер объекта различения для IIIразряда составляет 0,3 – 0,5 мм. Подраязряд работ – г, тон – светлый, контраст – средний.
Расчет естественного освещения
Расчет освещения заключается в определении площади световых проемов для помещения:
, (9.6)
где
S— площадь пола, равная 1081,2 м2;
S0 – площадь окон, м 2;
eн= 2 — нормированное значение КЕО;
Кз = 1.6 – коэффициент запаса;
к ЗД =1,1- коэффициент, учитывающий затемнения окон противостоящими зданиями;
η0, — световая характеристика окна, равная 11.
τ0 – общий коэффициент пропускания, учитывает оптические свойства стекла (0,8), потери света в переплетах (0,6), потери из-за загрязнения остекленной поверхности (0,8), в солнцезащитных устройствах (0,7) равный 0,269.
r1– коэффициент, учитывающий отражение света от потолка, стен и отношение длины помещения Lк его длине В, равный 1,7.
Вывод: В цехе по регенерации отработанной серной кислоты имеется 24 окна, размеры одного окна 4,5 Ч 5 м. Общая площадь окон составляет 540 м2. Этого недостаточно для нормированного значения, следовательно, требуется искусственное освещение, так как работа оператора требует высокой точности.
Необходимое количество ламп, обеспечивающих нормированное значение освещенности рассчитывается по формуле
, шт (9.7)
где Е – нормированная освещенность, лк; S
п– площадь помещения, м 2; к коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности ламп в процессе эксплуатации, равный 1,1; F– световой поток лампы выбранной мощности и типа (ЛДЦ 80), равный 3740лм; Z
– поправочный коэффициент светильника, равный 1,3; η = 0,6 – коэффициент использования светового потока, определяется с учетом коэффициента отражения светового потока от потолка, стен и показателя помещения i= 4,5, найденного из соотношения
Вывод: Для освещения данного цеха в вечернее и ночное применяется 138 ламп НОГЛ – 80 мощностью 80 Вт каждая и светильники типа МВП с общим количеством 138 штук соответственно.
Аварийное освещение.
Эвакуационное освещение обеспечивает освещенность на полу или на земле основных проходов и на ступенях лестниц: в помещениях – 0,5 лк, на открытых наружных площадках – 0,2 лк. Освещение безопасности создает на рабочих поверхностях в производственных помещениях и на территории предприятия наименьшую освещенность в размере 5 % от нормированной освещенности. Аварийное освещение составляет 10 лк. Светильники аварийного освещения присоединены к сети, не зависящей от сети рабочего освещения /11/.
9.10 ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ И СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Характеристика сети: Так как цех по регенерации отработанной серной кислоты согласно ПУЭ относится к классу взрывоопасной зоны В – Iа, поэтому степень защиты оболочки IP54, т.е. уровень взрывозащиты электрооборудования повышенной надежности против взрыва. Напряжение сети составляет 380 В, 550 В, сила тока 120 А, частотой 100 Гц /3/.
В соответствии с ПУЭ цех по регенерации серной кислоты относится к классу повышенной опасности, так как в цехе имеются токопроводящие полы (железобетонные) и возможно одновременное прикосновение человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам.
В кислотном цехе для защиты людей от воздействия электрического тока применяются индивидуальные изолирующие защитные средства: диэлектрическая обувь, на рабочих местах деревянные подставки, покрытие резиновыми ковриками. Люди, работающие вблизи электроустановок напряжением 550 В (например, у вентиляторов) имеют указатели напряжения (вольтметры) с изолирующими ручками.
По способу защиты людей от поражения электрическим током все электротехнические изделия нашего производства в соответствии с ГОСТ 12.1.018 – 86 относятся к I классу, так как изделия, кроме рабочей изоляции токоведущих частей установки (оплетка обмоточных проводов), имеют, элементы заземления (вилку с заземленным контактом): Rиз≥ 0,5 МОм в соответствии с ПУЭ при напряжении до 1000 В иRзаз≤ 4 Ом согласно ГОСТ 12.1.030 — 81.
Для обеспечения бесперебойной работы электрооборудования, во избежание поражения электрическим током, все электрооборудование, как было сказано выше, имеет надежную рабочую изоляцию, предусмотренную заводом-изготовителем. В качестве изолирующего материала используется эмаль, противоточные лаки. Контроль за состоянием изоляции проводится не реже одного раза в год.
Электроснабжение цеха обеспечивается с трансформаторных подстанций, электрооборудование питается напряжением 380 В и 500 В. Силовая сеть выполнена из кабеля марки ВРБТ, также выполнена контрольным кабелем КРВБТ /3/. Во избежание опасности механических повреждений проводов кабеля проводка делается под штукатуркой. Также электрооборудование заземляется к общему контуру друг к другу сопротивлением не более 4 Ом. Заземление предусматривается контурное медное или стальное (ст. 45). Стержни заземлителя располагаются по всему контуру на расстоянии 4 метров друг от друга.
В электроустановках применяется система защитного отключения, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки, при возникновении в ней опасности поражения током. Безопасность обеспечивается быстродействующим (0,1-0,2 сек) отключением всей сети при замыкании на элементы электрооборудования. Также применяем световую сигнализацию (красную) в соответствии с ГОСТ 12.2.007.0 – 75 при коротком замыкании электрооборудования. Для профилактики электротравматизма применяем в соответствии с ГОСТ 12.4.026 – 76 предостерегающие плакаты. Электродви-гатели взрывозащищенного исполнения по ГОСТ 12.2.020 – 76 марки 2ExiIIAT1.
Удельное объемное электрическое сопротивление исходного сырья и готовой продукции не менее 105 Ом · м и не более 108 Ом · м.
Следовательно, по ЭСИБ производственное помещения относится к классу слабой электризации Э2. Для защиты рабочих от статического электричества применяют специальную хлопчатобумажную одежду, обувь на резиновой подошве; оборудование заземлено.
9.11 МОЛНИЕЗАЩИТА
Для защиты от прямого удара молнии применяются молниеотводы. Отделение концентрирования кислот по ПУЭ относится к классу В — Iа и здание расположено в местности со средней грозовой деятельностью 20 часов в год.
Ожидаемое количество N поражений молнией в год здания определяется по формуле:
N = [(S + 6 h) · (L + 6h) – 7,7 h 2 ] n · 10 — 6, (9.8)
где:
S – ширина здания, м; S = 18 м
L— длина здания, м; L= 64,6 м.
h – наибольшая высота здания, м; h= 21,6 м
n = 2 – среднегодовое число ударов молний на 1 м2 земной поверхности.
N = N= [(18 + 6 · 21,6) · (64,6 + 6 · 21,6) – 7,7 ·21,6 2 ] 2 · 10– 6 = 0,05
Так как N
а. Так как объект протяженный, выбираем 3 одиночных стержневых молниеотвода для защиты от прямых ударов молнии. Выбираем молниеприемник для IIкатегории здания сечением 100 мм2, токоотвод сечением 48 мм2, заземлитель сечением 160 мм2 /11/.
Высота зоны защиты hнад землей рассчитывается по формуле:
h= 0,92 · h, (м) (9.9)
где h– высота троса, м.
h= 0,92 · 33 = 30,36 м
Радиус зоны защиты на уровне земли определяется по формуле:
R= 1,5 ∙ h, (м) (9.10)
где h– высота троса, м.
R= 1,5 ∙ 33 = 49,5 м
Радиус торцевых областей зоны защиты над землей:
Rх= 1,5 ∙ (h– hх / 0,92), (м) (9.11)
Рисунок 1 – Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода.
Высоту одиночного стержневого молниеотвода hрассчитываем по формуле
h= (rX+ 1,63 · hX) / 1,5, (м) (9.12)
где hX— высота зоны защиты над землей, м;
rX— радиус зоны защиты на высоте h x над землей, м.
Для определения радиуса зоны защиты разбиваем наш объект на три равные части, при этом получаются три прямоугольника. Длина объекта составит 21,5 м, ширина – 9 м (ширина здания – 18 м, длина здания — 64,6 м). При этом радиус зоны защиты составит 14,5 м.
h= (14,5 + 1,63 · 21,6 ) / 1,5 = 33 м
Высота молниеприемника:
hм= 33 – 21,6 = 11,4 м.
Согласно расчетам устанавливается 3 одиночных тросовых молниеотвода с высотой молниеприемника 11,4 метров, радиусом зоны защиты 14,5 метров.
9.12 ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
Для создания нормальных условий труда, необходимо, чтобы оборудование кислотного цеха было герметично. Для обеспечения герметичности аппараты концентрирования футерованы изнутри. Фланцевые соединения колонны во избежание разбрызгивания кислоты ограждаются манжетами из алюминия. Прокладки между царгами изготавливаются из фторопласта.
Испытание на герметичность производится продувкой колонны. Для обеспечения герметичности кислотопроводов уплотнение фланцевых соединений осуществляется при помощи прокладок из «ванного асбеста», обмотанного фторопластовой лентой.
Коррозия может служить одной из причин аварий и разрушений оборудования. Оборудование работает в агрессивной среде, все оборудование из кислотостойкой стали. Колонна ГБХ и вихревая колонна из ферросилида.
В соответствии с СанПин 2.2.1/2.1.1.567-96 данное производственное помещение относится ко IIклассу с шириной санитарно- защитной зоны 1000 м.
Контроль за состоянием воздушной среды осуществляется ЦЗЛ согласно графику контроля.
Отработанные воды после холодильников и конденсаторов азотной кислоты по трубопроводам стекают в колодцы. Из колодцев сточные воды собираются в общий коллектор, откуда подаются в цех № 3 на нейтрализацию /3/.
В процессе денитрации отсутствуют твердые отходы
Вывод: После очистки сточные воды и уловленные нитрозные газы являются безвредными, так как не превышают установленных ПДК. Поэтому производство по регенерации серной кислоты не наносит вреда окружающей среде.
10 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА
10.1 РЕЖИМ РАБОТЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА
Режим работы проектируемого производства по регенерации серной кислоты является непрерывным. Для непрерывного производства /12/:
Т календарный = 365дней · 24 часа = 8760 ч / г
Номинальный фонд времени определяется с учетом выходных и праздничных дней: Т номинальный = Т к= 8760 ч / г
Эффективный фонд времени учитывает простои оборудования в ремонте и по технологическим причинам:
Т эффективный = Т ном (1 – α / 100), (дн.), (10.1)
где α – регламентированный процент времени простоя оборудования в ремонте и по технологическим остановкам, равный 10%.
Т эффективный = 365 ( 1 – 10 / 100) = 329 дней
Т эффективный= 329дней · 24 часа = 7896 ч /г
10.2 РАСЧЕТ ГОДОВОГО ВЫПУСКА ПРОДУКТА
За одну загрузку сырья и материала на предприятии получают 100000 кг серной кислоты, продолжительность цикла при однократной загрузке сырья 72 часа. Годовой выпуск продукта Вб:
, ( т/год) (10.2)
т/год
,( т/год), (10.3)
продолжение
--PAGE_BREAK--
т/год
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время 75 – 80% производимой азотной кислоты используется для получения нитратов, сложных минеральных удобрений, 10 – 15% — для получения взрывчатых веществ. Основное количество производимой азотной кислоты на данном предприятии расходуется на получение взрывчатых веществ.
Производство азотной кислоты является опасным для здоровья человека, так как в данном технологическом процессе используются вещества, вызывающие химические, термические ожоги при воздействии на кожу человека. Для предотвращения получения ожогов предлагается в более опасных местах производства автоматизировать процесс. Это позволит сократить технологический процесс (сократится время концентрирования серной кислоты, качество продукции, а значит и затраты предприятия) и вывести людей из опасной зоны.
В проекте выполнены подбор и расчеты основного оборудования (колонна типа БМКСХ) и вспомогательного оборудования (насосы, трубопроводы).
В данном проекте для повышения качества и выхода готовой продукции предлагается увеличить количество абсорбционных ступеней с 2 до 3, что позволит уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу, а значит и выход готовой продукции (на 5 %), что является одной из главных целей предприятия.
Цех по регенерации отработанной серной кислоты является безвредным по отношению к окружающей среде, несмотря на значительные промышленные выбросы отходящих газов и сточных вод в результате деятельности, так как после очистки содержание окислов азота, паров азотной и серной кислот не превышает установленных ПДК. Для снижения вредных выбросов в цеху имеются установки по обезвреживанию промышленных выбросов (дополнительная абсорбция паров азотной кислоты и окислов азота).
В данном проекте установлена технико-экономическая целесообразность технологической линии по регенерации отработанной серной кислоты с производительностью 10363,5 т / год по проекту, что больше производительности по аналогу на 493,5 т / год. Для проекта имеются необходимые технические предпосылки (источники сырья, энергии, потребители).
Экономические расчеты доказали экономическую эффективность производства по регенерации отработанной серной кислоты, поскольку годовая прибыль при производительности 10363,5 т / год составляет 2045709,4 рублей. Срок окупаемости капитальных вложений в проект составляет 1,03 года, что является приемлемым показателем для производителя и удовлетворяет нормативному значению. Данное производство считается рентабельным.
--PAGE_BREAK--
Приложение Б
(обязательное)
Форма 2. Спецификация комплекса
--PAGE_BREAK--
Приложение В
(обязательное)
Форма 2 а. Спецификация к чертежу основного аппарата
--PAGE_BREAK--