Содержание
Введение
1. Выбор и обоснование принятой схемы производства
2.Характеристика выпускаемой продукции, исходного сырья, вспомогательных материалов
3. Технологическая часть
3.1 Теоретические основы процесса
3.2 Описание технологической схемы
3.3 Расчеты технологических процессов
3.3.1 Расчеты материальных балансов процессов
3.3.2 Расчеты тепловых процессов
3.3.3 Конструктивные расчеты основного аппарата
4. Аналитический контроль производства
5. Автоматизация технологического процесса
6. Охрана труда и окружающей среды
Список использованных источников информации
Введение
Азотная кислота является одним из исходных продуктов для получения большинства азотосодержащих веществ. Основное количество получаемой азотной кислоты (до 70-80 %) расходуется на получение минеральных удобрений. Одновременно азотная кислота применяется при получении взрывчатых веществ почти всех видов, нитратов и ряда других технических солей, в промышленности органического синтеза, в ракетной технике как окислитель в различных процессах и во многих других отраслях промышленности.
Азотная кислота вырабатывается как неконцентрированная (до 60-62 % HNО3), так и концентрированная (98-99 % HNО3). В небольших объемах выпускается реактивная кислота и азотная кислота особой чистоты.
Все промышленные способы получения азотной кислоты основаны на контактном окислении аммиака кислородом воздуха с последующей переработкой оксидов азота в кислоту путем поглощения их водой. Основными стадиями производства неконцентрированной азотной кислоты являются очистка сырья (воздуха и аммиака) от пыли и других загрязнений, каталитическое окисление аммиака, утилизация получаемого тепла, вывод из нитрозного газа реакционной воды, абсорбция оксидов азота, очистка газовых выбросов. К современным тенденциям развития технологии относятся: обеспечение наибольшей надежности конструкций аппаратуры и машинных агрегатов, повышение степени кислой абсорбции, а также степени использования тепла химических реакций и коэффициента полезного действия энергии сжатых газов, снижение вредных выбросов в атмосферу.
1. Выбор и обоснование принятой схемы производства
В нашей стране особенно интенсивное строительство установок производства азотной кислоты началось в начале 60-х годов прошлого столетия. По объему производства азотной кислоты бывший Советский Союз являлся крупнейшим производителем.
Основными производителями кислоты являются США, Франция, Германия, Италия и Англия, на долю которых приходится свыше 75% всей выработанной в начале 80-х годов азотной кислоты. К середине 80-х годов производство азотной кислоты в капиталистических странах стабилизировалось. Рост производства происходит за счет обновления предприятий, а также организации выпуска кислоты в развивающихся странах.
Все промышленные способы получения азотной кислоты основаны на контактном окислении аммиака кислородом воздуха с последующей переработкой оксидов азота в кислоту путем поглощения ее водой. Основными стадиями производства неконцентрированной азотной кислоты являются: очистка сырья, каталитическое окисление аммиака, утилизация тепла, вывод из нитрозного газа реакционной воды, абсорбция оксидов азота, очистка газовых выбросов.
К современным тенденциям развития технологии относятся: обеспечение наибольшей надежности агрегатов, повышение степени кислой абсорбции, а также степень использования тепла химических реакций и КПД энергии сжатых газов, снижение вредных выбросов в атмосферу.
Все современные агрегаты производства азотной кислоты высоко автоматизированы, что позволяет сократить численность эксплуатационного персонала, устойчиво вести технологический процесс и повысить надежность работы установок.
Бурный рост производства азотной кислоты сохраняет актуальность инженерного поиска оптимальных решений при создании новых технологических линий. Тенденция к созданию установок азотной кислоты, отличающихся высокими технико-экономическими показателями, проявилась особенно ярко в последние годы. Развитие химической промышленности пошло по пути создания установок большой единичной мощности.
В силу ряда специфических особенностей процесса в настоящее время не сложилась стандартная технология получения азотной кислоты.
Одной из наиболее сложных задач, возникающих при разработке технологической схемы агрегата азотной кислоты большой единичной мощности, является определение оптимального давления для каждой стадии производства.
Агрегаты, работающие по комбинированной схеме, мощностью 45¸50 тыс.т/год (давление на стадиях конверсии аммиака и абсорбции оксидов азота, соответственно 0,098 и 0,343 МПа), которые были созданы в 60-е годы для получения 45-48%-ой азотной кислоты. В 70-е годы в Государственном научно-исследовательском и проектном институте азотной промышленности и продуктов органического синтеза были разработаны и внедрены агрегаты с единичной мощностью 120 тыс.т/год, работающие под единым давлением 0,716 МПа и снабженных пусковым электродвигателем.
В основу этих агрегатов положена так называемая, энерготехнологическая схема, в которой используется энергия химических реакций превращения аммиака в азотную кислоту. В технологическую схему была внесена высокотемпературная очистка (каталитическая) хвостовых газов от оксидов азота с использованием природного газа в качестве восстановителя и в сочетании с газовой турбиной для рекуперации энергии. Подобная система позволила снизить содержание оксидов азота в выхлопных газах до 0,002¸0,005% по сравнению с 0,1¸0,3% в комбинированной схеме.
Надежность, простота управления, минимальные капитальные затраты и снижение себестоимости кислоты при практически полной очистки выхлопных газов от оксидов азота – главные критерии, на которые опирались проектировщики при создании данного агрегата
Унифицированная комплексная линия производства азотной кислоты под единым давлением 0,716 МПа (УКЛ-7) полностью автоматизирована по энергии. Баланс ее в схеме замыкается за счет установки на одной оси с воздушным компрессором высокотемпературной газовой турбины. Это выгодно отличает данную схему от зарубежных, где одновременно с низкотемпературной газовой турбиной дополнительно устанавливается еще паровая, работающая на паре полученном на этой же установке
В настоящее время больше половины разбавленной азотной кислоты вырабатывается на агрегатах мощностью 355 тыс/сутки, работающих по этой схеме.
Следующим шагом явилась разработка и внедрение ГИАП-ом в 70-е годы еще более мощных агрегатов АК-72 (36¸380 тыс.т/год) производства азотной кислоты по комбинированной энерготехнологической схеме (давление на стадиях конверсии и абсорбции соответственно 0,392 и 1079 МПа). С той же системой каталитической очистки, что и в агрегатах мощностью 120 тыс.т/год.
Параллельно и независимо французской фирмой "Гранд Ларуас" были созданы ряд установок азотной кислоты (60-ой %) по комбинированной схеме с давлением 0,4¸0,5 Мпа на стадии окисления и 1,1¸1,3 Мпа на стадии абсорбции, такой же мощности, что и агрегат АК-72. Эти установки характеризуются отсутствием природного газа и замкнутым энергетическим балансом, работают без каталитической очистки и запускаются паром из заводской сети [6].
Фирма "Гранд Ларуас" в начале 70-х годов запустила агрегат мощностью 925 т/сутки в ГДР, в дальнейшем этот агрегат был воспроизведен в Польше. Агрегаты меньшей мощностью (от 700 до 800 т/сут)были построены в Румынии и, наконец, в 1977 году фирма "Гранд Ларуас" пустила в эксплуатацию агрегат номинальной мощностью 1250 т/сут для Голландской компании.
В 1992 году в ФРГ предложили способ получения азотной кислоты окислением и абсорбцией оксидов азота в водном растворе в присутствии кислорода при противотоке газ-жидкость. Процесс проводят в колонне специальной конструкции.
Объединив свои знания и опыт, ГИАП и фирма "Гранд Ларуас" совместно разработали агрегат производства азотной кислоты по комбинированной технологической схеме без потребления природного газа с возможностью низкотемпературной каталитической очисткой выхлопных газов и замкнутым энергетическим балансом.
2. Характеристика выпускаемой продукции, исходного сырья,
вспомогательных материалов
Техническое наименование продукта – кислота азотная неконцентрированная
Химическая формула азотной кислоты – HNО3
Молекулярный вес азотной кислоты – 63,016
Кислота азотная неконцентрированная должна соответствовать требованиям регламента, что выше показаний ОСТ 113 – 03 – 270 – 90.
Таблица 2.1.
Характеристика исходного сырья, вспомогательных и побочных материалов, выпускаемой продукции
| Наименование показателей | Требования регламента | ТребованияОСТ 113 – 03 – 270 – 90 высший сорт |
| 1 | 2 | 3 |
| 1. Внешний вид | Бесцветная или желтая жидкость без механических примесей | |
| 2. Массовая доля азотной кислоты (НNО3) | 58 ÷ 60 | не менее 57,0 |
| 3. Массовая доля окислов азота ( в пересчете на N2О4), % не более | 0,05 | 0,07 |
| 4. Массовая доля остатка после прокаливания, % не более | 0,004 | 0,004 |
| 5. Массовая доля хлоридов в пересчете на Сl- мг\кг 100% НNО3, не более | 10 | не регламентируется |
Кислота азотная неконцентрированная с массовой долей 60% имеет следующие свойства:
Таблица 2.2.
Кислота азотная неконцентрированная с массовой долей 60% имеет следующие свойства:
| Температура, оС | Плотность кг\м3 | Парциальное давление паров над водными растворами Па (мм рт. Ст.) | Динамическая вязкость Па∙с∙10-3 | Удельная электропроводность, Ом -1∙см -1 | Удельная теплоемкость,кДж \кг∙К | Теплопроводность, Вт\м∙К |
| 20 | 1366,7 | 111,97 (0,84) | 2,024 | 33,6 | 2,68 | 0,421 |
| 30 | 1353,3 | 221,30 (1,66) | 1,63 | 35,5 | 2,71 | 0,424 |
| 40 | 1339,8 | 413,20 (3,10) | 1,34 | 40,4 | 2,74 | 0,428 |
| 60 | 1312,4 | 1319,70 (9,90) | 1,00 | - | 2,81 | 0,435 |
Температура кристаллизации – минус 21,5оС