Проведение полного комплекса опытных испытаний на пилотных установках и оптимизация конструкционных узлов и элементов

      ФИЛИАЛ ООО «КАС ФОРШУНГС-УНД ФЕРТРИБСГЕЗЕЛЬШАФТ МБХ» В г.АСТАНА

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Директор Филиала ООО

«КАС Форшунгс-унд

Фертрибсгезельшафт мбХ»

__________ Пирматов Э.А.

«___»______________2014 г.

 

 

 

 

ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

 

(договор № 89/НАК от 5 марта 2014 года)

по теме:

 

 

«Проведение полного комплекса опытных испытаний

на пилотных установках и оптимизация конструкционных узлов и элементов»

(промежуточный)

 

 

 

 

 

 

 

 

Главный менеджер проектов    Чамантаев К.К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Астана – 2014 год

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

 

 

Директор Филиала ООО «КАС Форшунгс-унд  Фертрибсгезельшафт мбХ», д.т.н.	подпись, дата	Пирматов Э.А.
Главный менеджер проектов Филиала ООО «КАС Форшунгс-унд  Фертрибсгезельшафт мбХ», к.т.н.	подпись, дата	Чамантаев К.К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Отчет  с.35, рис.14, табл.12, 12 источника.

 

РЕАКТОР, СЕРНАЯ КИСЛОТА, ОПТИМИЗАЦИЯ, КАТАЛИЗАТОР, СЕРА, СЕРНЫЙ АНГИДРИД, СЕРНИСТЫЙ АНГИДРИД, КОНВЕРСИЯ, ИСПЫТАНИЯ, КОНСРУКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ.

 

Объект исследования – исследования научного и прикладного характера, направленные на создание установок для реализации новых технологических решений  с получением серной кислоты на катализаторах, обеспечивающих ведение процесса конверсии SO2 в SO3 в пседоожиженном режиме, что позволит вести процесс в менее габаритных аппаратах с наименьшими материальными и энергетическими затратами.

 

Цель работы – разработка инновационной технологии получения серной кислоты, оптимизация конструкционных узлов и элементов пилотной установки, изготовление  катализатора, компактное аппаратурное оформление оборудования с АСУТП, обеспечивающее более высокую производительность, рентабельность и безопасность производства, а также возможность осуществления технологического процесса в более мягких условиях, исключающих использования повышенных температур и давления.

 

В процессе работы проведены следующие мероприятия:

1. Рассмотрены особенности реакторов процесса конверсии SO2 в SO3 и технологические схемы производства серной кислоты.

2. Проведена предварительная технико-экономическая оценка способа получения серной кислоты конверсией SO2 в SО3 в псевдоожиженном (кипящем) слое катализатора.

3. Произведены расчеты материального и теплового балансов процесса конверсии SO2 в SO3 для определения параметров дополнительного контактного аппарата установки.

4. Оптимизированы основные узлы и элементы конвертора и патронного фильтра.

5. Разработаны схемы проведения испытаний.

6. Проведен первый этап испытаний двух образцов носителя разрабатываемого катализатора.

7. Разработана схема привязки пилотной установки для испытания в реальных газовых смесях сернокислотного производства.

 8. Произведен выбор конструкционного материала всего оборудования опытно-промышленной установки.

 

Оглавление

		Стр.
	Введение…………………………………………………………………………...	8
1.	Химические аппараты (реакторы) окисления SO2 в SO3 и технологические схемы производства серной кислоты…………………………………...……….	9
2.	Предварительная технико-экономическая оценка получения серной кислоты конверсией SO2 в SО3 в псевдоожиженном (кипящем) слое катализатора……………………………………………………………………….	17
3.	Материально-тепловой расчет  и определение параметров контактного аппарата опытно-промышленной установки…………………………………...	19
4.	Оптимизация конструкций основных узлов и элементов  установки - для изготовления дополнительного конвертора и патронных фильтров………….	23
5.	Разработка опытных образцов носителей катализаторов новых марок……...	27
6.	Выбор конструкционного материала для аппаратуры производства серной кислоты…………………………………………………………………………....	30
	Заключение………………………………………………………………………..	34
	Список использованных источников……………………………………………	35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определения

 

В настоящем отчете о НИР применяют следующие термины с соответствующими

определениями:

Химический реактор - элемент химико-технологической системы, в котором осуществляются химические процессы, состоящие из реакций массо- и теплопереноса.

Максимальная производительность и интенсивность работы - высокий выход продукта и наибольшая селективность процесса.

Минимальные энергетические затраты – снижение энергетических затрат за счет компактного аппаратурного оформления и использование теплоты реакции.

Оптимизация - процесс нахождения наилучших (оптимальных) решений различных (производственных, бизнес-задач и т.д.) задач.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначения и сокращения

SO2	-	диоксид серы
SO3	-	триоксид серы
БАВ	-	контактная масса, состоящая из бария, алюминия, ванадия
СВД	-	сульфо-ванадато-диатомовая контактная масса
ТС	-	термостабильный катализатор
ДК—ДА	-	двойное контактирование — двойная абсорбция
H2SO4	-	серная кислота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормативные ссылки

 

В настоящем отчете о НИР использованы ссылки на следующие стандарты:

Общие требования к реферату на отчет о НИР – ГОСТ 7.9.

Оформление таблиц ГОСТ 1.5 и ГОСТ 2.105.

ГОСТ 7.32-2001 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ “ОТЧЕТ О НАУЧНО-

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ”.

Стандарт Корпоративной системы стандартизации АО НАК «Казатомпром»

СТ НАК 01-2013 «Порядок организации и выполнения НИР».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Оптимизация - это процесс нахождения наилучших (оптимальных) решений различных (производственных, бизнес-задач и т.д.) задач с использованием математических моделей. Целью оптимизации является минимизация или максимизация каких-либо необходимых показателей в процессе организации производства и принятия решений, таких как общее затраченное время, фактическая продолжительность, стоимость и т.д., учитывая заданные условиями реальной задачи ограничения.

Задачи оптимизации возникают во всех областях производства и экономики, например, разработка технологического процесса, увеличение производительности, логистике, управлении трафиком, транспортными потоками, рабочей нагрузкой, стратегическом планировании и т.д.

Традиционно на практике принят способ принятия решений в задачах оптимизации на основе выбора из нескольких вариантов, полученных эвристическим (экспериментальным) путём.

Одним из основных элементов любой химико-технологической системы является химический реактор. Химический реактор – это аппарат, в котором осуществляются химические процессы, состоящие из реакций массо- и теплопереноса. Типичные реакторы – промышленные печи, контактные аппараты, реакторы с механическим, пневматическим и струйным перемешиванием, варочные котлы, гидрататоры и др.

Каталитическая конверсия SO2 в SO3 является основой процесса в производстве серной кислоты.

Все аппараты, расположенные до реактора конверсии SO2 в SO3, необходимы для подготовки сырья к химической обработке; аппараты после реактора – для разделения получившихся продуктов. От правильности выбора реактора и его совершенства зависит эффективность всего технологического процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Химические аппараты (реакторы) окисления SO2 в SO3 и технологические схемы производства серной кислоты.

Реакторы, или контактные аппараты, для каталитического окисления оксида серы (IV) по своей конструкции делятся на аппараты с неподвижным слоем катализатора (полочные или фильтрующие), в которых контактная масса расположена в 4...5 слоях, и аппараты кипящего слоя. Отвод теплоты после прохождения газом каждого слоя катализатора осуществляется введением в аппарат холодного газа или воздуха или с помощью встроенных в аппарат либо вынесенных отдельно теплообменников.

 

Основные требования к промышленным реакторам.

1. Максимальная производительность и интенсивность работы.

2) Высокий выход продукта  и наибольшая селективность процесса, обеспечиваемые оптимальным режимом  работы реактора: температурой, давлением, концентрацией исходных веществ  и продуктов реакции, применением  подходящего катализатора.

3) Минимальные энергетические  затраты на перемешивание и  транспортировку материалов через  реактор, а также наилучшее использование  теплоты, подводимой в реактор  для нагрева реагирующих веществ  до оптимальных температур.

4) Легкая управляемость и безопасность работы, обеспечиваемые рациональной конструкцией реактора и малыми колебаниями параметров технологического режима.

5) Низкая стоимость изготовления реактора и его ремонта, достигаемые простотой конструкции и применением дешевых конструкционных материалов: черных металлов, силикатных изделий, наиболее дешевых пластмасс.

6) Устойчивость работы реактора при значительных изменениях основных параметров режима /1/.

Обычно не удается реализовать процесс в реакторе таким образом, чтобы были удовлетворены одновременно все предъявляемые к нему требования в виду их противоречивости. Приходится вырабатывать наиболее рациональные и экономичные решения, обеспечивающие поддержание заданных значений основных параметров процесса: времени реакции, температуры в различных точках реакционной зоны, давления, степени перемешивания реагирующих веществ, изменения концентраций реагентов по высоте (длине) реактора.

При исследовании работы реакторов составляется математическое описание, под которым понимается система уравнений, позволяющих определить изменение в нём концентраций, температуры, давления и других параметров.

Химические реакторы отличаются друг от друга по конструктивным особенностям, размеру, внешнему виду. Наиболее значимы следующие признаки классификации химических реакторов и режимов работы: режим движения реакционной смеси, условия теплообмена в реакторе, фазовый состав, способ организации процесса, характер изменения параметров процесса во времени, конструктивные характеристики.

Так в зависимости от режима движения реакционной смеси существуют реакторы смешения и вытеснения. Реакторы смешения – ёмкостные аппараты с механическим перемешивающим устройством (мешалкой) или циркуляционным насосом. Реакторы вытеснения – трубчатые аппараты, имеющие вид удлинённого канала. По применяемому давлению различают вакуумные реакторы и реакторы, работающие под атмосферным и высоким давлением.

В зависимости от температурного режима выделяют реакторы адиабатические, изотермические и политермические. При отсутствии теплообмена с окружающей средой химический реактор называется адиабатическим. Вся теплота, выделившаяся или поглотившаяся в нём, идёт на обогрев или охлаждение реакционной смеси. Существуют изотермические реакторы, в которых обеспечивается постоянство температуры за счёт теплообмена с окружающей средой.

В политермическом режиме часть тепловой энергии химической реакции идёт на изменение теплосодержания системы, а часть – на теплообмен с окружающей средой.

При проектировании реактора необходимы сведения о кинетике химической реакции и производительности реактора. Разрабатывая схему реактора, нужно решить, будет ли реактор работать непрерывно или периодически, определить модель реактора и указать способы подвода или отвода теплоты.

Основные стадии производства серной кислоты контактным способом можно разделить на 4 основные:

1. Получение обжигового газа, содержащего SO2;
2. Подготовка к контактному окислению (конверсии) SO2 в SO3 (очистка от от каталитических ядов и пыли);
3. Каталитическая конверсия SO2 в SO3;
4. Абсорбция SO3.