Азотная кислота

  Устройство  выполнено из труб диаметром  25×2,5 мм в виде трех 

 кольцевых  коллекторов диаметром 1400. 2400 и  3200 мм.  Подведение газа до двух  последних  осуществляется двумя  потоками. При этом участок питания  одного элемента коллектора составляет 2500 гг. В коллекторах с шагом 30 мм  в два ряда  расположенные отверстия 2 мм, направленные вверх под углом 45°. Коллекторы розжигательного   устройства расположены на высоте 100-150 мм над пластом платно родиевых   сеток. Направление потока азотоводородной  смеси вверх под указанным углом разрешает обеспечить направление пламени, достаточное для прогрева локальных участков сеток к температуре начала реакции окисления аммиака кислородом воздуха и одновременно - исключить прогрев огнепреградителей. .

  Расчетное  давление 0,394 МПа, температура на  катализаторе 850-880 оС , температура  корпуса 300 оС.

 

 

 

 

 

 

 

1-базальтовые  фильтры; 2- огнепреградитель ; 3- платинародиевый  катализатор; 4- не платиновый катализатор; 5- испаритель котла- утилизатора; 6- пароподогреватель котла утилизатора.

 

 Рисунок  1.3 - Контактный  аппарат окисления  аммиака.

 

 

СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

                          3.1 Материальный расчет контактного  узла

 Исходные  данные для расчета:

 Мощность  агрегата ,т/пор …………………………………………....1200

 Степень  преобразования NН3 ,%  …………………………………………96

 Степень  абсорбции,% ...…………………………………………………......9.3

 Концентрация NН3 в аммиачно-воздушной смеси, % ………………….....9,7

 Температура  контактирования,  ос…………………………………………850

 Потери тепла,% ...………………………………………………………......1

 

1. Теоретические  затраты NН3 на 1 т НNО3 соответственно  уравнению составят:

NH3 + 2O2 = HNО3+H2O 

G_(〖NH〗_3 )=(M_(〖NH〗_3 )∙1000)/M_HNО3 =17/63∙1000=270 кг

 Де M_(〖NH〗_3 )- молекулярная масса аммиака;

M_HNО3- молекулярная  масса азотной кислоты ;

2. Фактические  затраты NН3 при степени конверсии  96 % и степени абсорбции   99,3% составят:

270/(0,96∙0,993)=270,2 кг

 Где 0,96 и  0,993 - степень конверсии и абсорбции  соответственно;

 

3. Общие затраты  NН3 за 1  час 

                                       (1200∙284,2)/24  =14210 кг или 14210/17 = 835,8 кмоль 

1200-Где мощность  агрегата,т/пор;

17-молекулярярна  масса аммиака;

 

 

4. Часовые затраты  воздуха при содержимом  в аммиачно-воздушной смеси 9,7 % NН3 составят:

835,8(100-9,7)/9,7=77835,8кмоль

 В нем  содержится О2

7780,7•0,21= 1634 кмоль  або 52288 кг

21-обємна частица  кислорода в воздухе,%

 Количество  других газов , которые поступают  с воздухом составляет:

7780,7•0,79 =6146,7 кмоль або 172107,6  кг

79- частица азота  в воздухе,%

 В контактном  реакторе протекают реакции:

 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O+908000 Дж

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O=1269000 Дж

 Первая протекает на 96 %, а друг на 4 %.

 Образовывается NO

835,8•0,96= 802,4 кмоль или  24072 кг

 Количество N2 соответственно реакции

                                    227,4 •0,04 •0,5=16,7  кмоль

 Паров воды

835,8•1,5= 1253,7 кмоль  или  22 566,4 кг

 При образовании  NO и N2 связалось О2

835,8 •0,96•1,25+835,8•0,04•0,75=1028 кмоль 

 Осталось в нитрозном газе  О2

1634-1028 =606 кмоль  или 19 392 кг

 Количество N2 в нитрозном газе

6146,7+16,7=6163,4 кмоль  или 172575,2  кг

 

 Составляем  материальный баланс контактного  узла

 

 

 Таблица  2.1 - Материальный баланс процесса  окисления аммиака.Приход Расход

Компонент кмоль 0б,% кг Компонент  кмоль кг 0б,%

NH3

О2

N2

835,8

1634

6146,7 9,7

19

71,3 14210

5228

172107,6 NO

О2

Н2О

N2

802,4

606

1253,7

6163,4 24072

19392

22566,4

172575,2 9,8

13,2

9

68

Всего 8616,5 100 238605,6 Всего 8825,5 238605,6 100

 

 

                     3.2 Определение основных размеров  контактного узла 

 Время конверсии  τ при температуре окисления   аммиака 850 0С  

                                lg τ= -0,0960•а+6,25 •10-6•а3

 где  а-  степень конверсии,%.

 При выходе  оксида азота равному 96 %

  lg τ = -0,0960•96+6,25 •10-6•963

lg ? =-3,67

 τ =2,1•10-4 сек

 Площадь  сечения конвертора:

                     S = (100∙τ∙V_0∙T_к∙Р_п)/(1,1∙mdp_к∙273(1-1.57d√n) )

 где V-объем  аммиачно-воздушной смеси о 0осах  ;

                       Vо= (8616,5∙22,4)/3600 =53,6 м3/сек ;

 Тк- температура  конверсии, 850+ 273= 1123 К;

 Рп- начальное  давление 9,8 •104 н/м2 ;

m-количество  сеток ,17 шт;

  d- диаметр  проводов  сетки,0,009 см;

 Рк- давление  газа при конверсии 42•104 н/м2;

n- число плетений  на 1 см2 сетки, 1024.

                       S =  (100∙2,1∙〖10〗^(-4)∙53,6∙1123∙9,8)/(1,1∙17∙0,009∙42∙273(1-1,57∙0,009√1024) ) =11,7 м2

 Диаметр  каталізаторних сеток :

 

                              D=√(4S/π) = √((4∙11,7)/3,14) =3,860 м

       Диаметр сеток необходимо увеличить на 60 мм в сравнении с расчетным, чтобы зажать сетки между нижней и верхней частями контактного аппарата. Тогда диаметр будет составлять 3,9 г.

 Поверхность  1 м2 участка сетки составляет:

 

                     (3,14∙0,009√1024∙2∙100∙100)/(10 000) = 1,81 м2

 

 Общая поверхность  всех сеток  равняется:

                                 F=1,81•17•11,7= 360  м2 

 Напряженность1м2  активной поверхности сеток составляет:

                       ( 14210∙24)/360 = 947 кг/(м2 •сутки)

 Масса 1м2  платинородиевой сетки ( плотность 21,4 г/см3 ) равняется

                      (3,14∙〖0,009〗^2)/4 •100 √1024  •2•100•21,4= 875

 Общая масса  сеток составляет:

                            875•17•11,7= 174 037 г

 Напряженность  1 г платины, выраженная в кг  аммиака, который сжимается через сутки , определяется величиной

                          (14210∙24)/174037 = 1,96 кг/г

      

     Диаметр  катализаторных сеток, применяемых  в контактном узле агрегата  АК-72 с учетом их крепления  между фланцами равняется 3,9 г.  Принимаем в постановку контактный узел, который состоит из 2-х контактных аппаратов, которые работают вместе с котлами - утилизаторами. Конструкция контактного аппарата описана в разделе 1.

           

           3.3 Механические расчеты контактного  аппарата окисления аммиака

 Расчет толщины  стенки обечайки цилиндрической  формы, которая находится под  внутренним давлением:

S≥Sp+C

Sp=(S∙D)/((2∙[σ]∙φ_p-P) )

C=C1+C2+C3

 

 Де Sp- расчетная  толщина стенки; Р- расчетное внутреннее  избыточное давление в аппарате; D-диаметр обечайки; [σ]-допустимая напряженность; φ_p- коэффициент ослабления прочности.

 Коэффициент  ослабления прочности обечайки  через наличие отверстия:

 φ_p=(D-do)/D

 где do- диаметр  отверстия,г;

 φ_p=(4-1,2)/4=0,7 м

Sp=(0,42∙4)/(2∙148∙0.7-0,42)=0,00812м

S=0,00812+0,001=0,00912г  или 9мм.

 

 Расчет толщины  стенки полусферического днища  при внутреннем избыточном давлении.

 S=SD+C

SD=(P∙R)/((2∙φ∙[σ]-0,5 P) )

 

 Радиус кривизны днища при вершине днища

R=D2/(4•HD)

 

 Для полусферических  днищ с HD=0,5•D приймається R=0,5•D;

R=16/4•2=2 м

SD=(0,42∙4)/((2∙0,7∙148-0,5 •0,42) )=0,00811м

S=0,00811+0,00100=0,00911 г=0,009 мм

 

 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ  ПОКАЗАТЕЛИ

        Основным критерием выбора способа  производства есть его экономическая  оценка. Главным экономическим показателем  производства азотной кислоты  есть себестоимость единицы продукции,  т.е. 1т 100%-вой  . Составляющими себестоимости является стоимость исходного сырья, энергетических ресурсов, зарплата обслуживающего персонала.

       К стоимости исходного сырья  и материалов по обыкновению  входит: стоимость аммиака, платина  родиевого катализатора,стоимость переработки катализатора,стоимость реагентов для регенерации  платиновых сеток.

       Стоимость энергетических ресурсов  может включать стоимость электроэнергии, которая тратится, пары, химически  очищенной и деаэрованой  воды, парового конденсата, водорода для разжигания каталізаторних сеток, природного газа, оборотной охлаждающей воды и холода.АК-72 рассчитанный на получение азотной кислоты концентрацией 60%Содержимое растворенных оксидов азота  не   превышает  0,05 %. Практически достигается полная отдувка кислоты от оксидов азота.

     Производительность  агрегата АК-72 через сутки составляет 1150 т, при температуре атмосферного  воздуха 20ос и давления па  входе в осевой компрессор 0,096 МПа. Затрата воздуха на технологию  составляет 186-190 тыс. м3/ч. Расчетная затрата воздуха на 1 т азотной кислоты при степени конверсии аммиака 96 %,степени абсорбции 99,3 % равняется приблизительно 3880 м3.

 Общие затраты  сырья и энергии на производство 1 т азотной кислоты при температуре  воздуха 20 ос в агрегате АК-71 приведенные в таблице 3.1.

 

 

 Таблица  3.1- Затраты сырья и энергии  на 1 т. азотной кислоты.

 

 Аммиак,т 0,286

 Платиноидный  сплав,г 0,120

 Палладиевый  катализатор АПК-2,г 0,028

 Активированный  оксид алюминия ,г 22

 Химически  очищенная вода,т 1,54

 Конденсат  водной пары,т 0,34

 Производственная  оборотная вода(Δt=7 ос),м3 129

 Природный  газ , м3 82

 Электрическая  энергия,квт•год 14,4

 Водная пара(Р=3,92 МПа, t=440ос;

 Р=1,47 МПа, t=250ос),ГДж 4,731

 

 

                                                                                ОХРАНА ТРУДА

      В производстве разбавленной  азотной кислоты применяется  аммиак, оксиды азота, серная кислота,  сода , кислород и другие продукты  в чистом виде, так и в виде  разнообразных смесей. Многие из  них владеют токсичными свойствами или образовывают огнеопасные или взрывоопасные смеси.

 Например, в  атмосфере газообразного кислорода  возможное самовозгорание органических  веществ или материалов. Жидкий  аммиак, азотная и серная кислоты  служат причиной сильно обжигающего  действия, особенно попадаясь на слизистую оболочку глазу.

      При увеличении концентрации  аммиака в аммиачно-воздушные  смеси в зоне катализатора  могут происходить взрывы, которые  вызывают разрушение  аппарата. При  перегревание котла-утилизатора,  когда недостаточно воды или при чрезмерном повышении давления аппарат может разорвать.

      Таким образом, производство азотной  кислоты связано с возможностью  возникновения пожаров, взрывов,  в том числе травматизма обслуживающего  персонала. Для обеспечения безопасного режима работы в производстве неконцентрированной азотной кислоты  необходимое суровое  выполнение технологического регламента, инструкций по охране работы на  рабочих местах, инструкции по охране работы и промышленной безопасности отделения, инструкций по отдельным видам

 работ.

     1)Обслуживающий  персонал допускается к работе  в надлежащем за нормами спецодежды  и спецобуви, обязан иметь при  себе исправные средства индивидуальной  защиты (индивидуальный противогаз) обязательно проверяется ежемесячно  перед началом работы. Кроме индивидуальных противогазов в отделении находится аварийный запас фильтрующих и изолирующих противогазов.

 

 Аварийные  противогазы сохраняются в аварийных  шкафах.

     При  работе с азотной кислотой (отбор  проб, обзор коммуникаций, пуск насосов продукционной    кислоты ) необходимо применять индивидуальные средства  защиты органов дыхания  и зрения (фильтрующий противогаз с коробкой марки "М", защитные очки с резиновой полумаской или защитный щиток из оргстекла, или шлем от противогаза), резиновые кислота защитные  перчатки, специальную кислота защитная  одежда. Работы с парой, паровым конденсатом делать в спецодежде, спецобуви, варежках.