Разработка технологии концентрирования серной кислоты (стр. 1 из 15)

СЛАБАЯ АЗОТНАЯ КИСЛОТА, КОНЦЕНТРИРОВАННАЯ СЕРНАЯ КИСЛОТА, РЕКУПЕРИРОВАННЫЕ И УЛОВЛЕННЫЕ КИСЛОТЫ, ОТРАБОТАННАЯ СЕРНАЯ КИСЛОТА, ТЕХНОЛОГИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, КОНЦЕНТРАЦИОННАЯ КОЛОННА ТИПА БМКСХ, АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ, ОХРАНА ТРУДА, ЭКОНОМИКА, НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ВЫБРОСОВ.

технология концентрирование серная кислота

Объектом проектирования является цех по регенерации отработанной серной кислоты.

Цель проектирования: разработка технологии концентрирования серной кислоты.

В процессе работы проводился аналитический обзор по разрабатываемой теме, выбран оптимальный метод производства. Предложена модернизация концентрационной колонны типа БМКСХ, т. е увеличение числа абсорбционных ступеней, и частичная автоматизация процесса. Представлены материальные и тепловые расчеты, расчеты основного аппарата – колонна типа БМКСХ; экономическое и экологическое обоснование нововведений и проекта в целом. Рассмотрены вопросы автоматизации и охраны труда. Показана возможность уменьшения себестоимости при усовершенствовании основного аппарата и автоматизации технологического процесса.

Проектные предложения рекомендованы к внедрению на ФКП КГКПЗ.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1Технологическая часть

2.1 Теоретические основы процессов

2.2 Характеристика исходного сырья и готовой продукции

2.3 Операционное описание технологического процесса

2.3.1 Принцип действия и назначение основного оборудования

3 Расчетная часть

3.1.1 Материальные расчеты отделения денитрации и концентрирования азотной кислоты

3.1.2 Материальные расчеты отделения концентрирования серной кислоты

3.2 Тепловые расчеты

3.2.1 Тепловые расчеты отделения денитрации и концентрирования азотной кислоты

3.2.2 Тепловые расчеты отделения концентрирования серной кислоты

4 Производственный контроль

4.1 Порядок допуска материалов в производство

4.2 Прием кислот со стороны

4.3 Технологический контроль

5 Автоматизация и автоматизированные системы управления

5.1 Краткое описание технологического процесса

6 Строительно – монтажная часть

7 Работа предприятия в чрезвычайных ситуациях

7.1 Противопожарные мероприятия

7.2 Предохранительные мероприятия

7.3 Правила при утечке СДЯВ

7.4 Связь и сигнализация

7.5 Меры оказания первой помощи

8 Стандартизация

9 Безопасность и экологичность проекта

9.1 Общая характеристика участка

9.2 Характеристика веществ, применяемых на участке

9.3 Безопасность ведения процесса

9.4 Средства индивидуальной защиты

9.5 Шум и вибрация

9.6 Вентиляция

9.7 Микроклимат

9.8 Пожарная профилактика средства пожаротушения

9.9 Освещение

9.10 Электробезопасность и статическое электричество

9.11 Молниезащита

9.12 Экологичность проекта

10. Экономическое обоснование проекта

10.1 Режим работы проектируемого производства

10.2 Расчет годового выпуска продукции

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Казанский пороховой завод выпускает пироксилиновые пороха и заряды практически ко всем видам вооружения, лаковые коллоксилины, пластифицированную нитроцеллюлозу, порошковую нитроцеллюлозу, охотничьи и спортивные пороха, лакокрасочные материалы, пиротехническую продукцию, ферросилидовое литье и нестандартное оборудование. Предприятие разрабатывает, изготавливает и монтирует вихревые колонны для рекуперации кислот с характеристиками на уровне лучших мировых аналогов.

Завод является разработчиком и ведущим производителем изделий из высококремнистого чугуна (ферросилида) марок ЧС - 15, ЧС - 17. Предприятие выпускает следующие изделия из ферросилида: трубы, насосы для перекачки агрессивных сред, коррозийно-стойкую запорную арматуру, фасонные изделия, ферросилидовый анод.

На сегодняшний день 10-15 % регенерированной серной кислоты /1/ используется для получения взрывчатых веществ и синтетических красителей, 75-80 % - для получения сульфатов и сложных минеральных удобрений. Значительное количество концентрированной серной кислоты применяется для очистки продуктов перегонки нефти, в текстильной промышленности.

В настоящее время развитие производств, применяющих смесь азотной и серной кислот в качестве нитрующего агента, привело к получению огромных количеств отработанных кислотных смесей. Эти смеси с экономической точки зрения необходимо регенерировать и в необходимых расчетных концентрациях возвращать обратно в производственный цикл, тем самым удешевляя единицу себестоимости готовой продукции. Цех № 3 ФКП КП КПЗ выпускает сырье для производства взрывчатых веществ и лакокрасочной продукции, для чего использует нитрующую смесь, поэтому цех № 2, ранее выпускающий азотную и серную кислоты, сегодня регенерирует возвратные кислотные смеси, так как при этом себестоимость продукта резко снижается, а значит и затраты предприятия. Состав отработанных кислот, поступающих на регенерацию, колеблется в довольно широких пределах. В одних случаях они представляют сильно разбавленные кислотные смеси с содержанием азотной кислоты 5 – 10%, в других случаях отработанные кислоты содержат 1 – 2% азотной кислоты и 65 – 70% серной кислоты, в которой растворены окислы азота N₂O₃, образующие нитрозилсерную кислоту HNSO₅. Регенерация таких смесей представляет собой определенные трудности и требует изыскания все новых и новых способов, обеспечивающие нормальное ведение процесса разгонки отработанных кислот, а также получение азотной и серной кислот, которые по своим качествам и техническим характеристикам не уступают свежим кислотам применяемым для нитрации.Начальной ступенью регенерации отработанных кислот является их денитрация. Этот процесс заключается в выделении их кислотной смеси азотной кислоты и окислов азота, содержащихся в смеси. В результате проведения процесса денитрации получается 68 – 70% серная кислота, которая поступает на концентрирование, после чего направляется на производство нитроцеллюлозы или в случае необходимости, может быть снова направлена непосредственно в цикл нитрации.
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ

При установившемся в денитрационной колонне ГБХ (поз.1) равновесном процессе, HNO₃ из смеси кислот, поступающей в колонну (поз.1) на тарелку испарения, частично уходит на нижележащие тарелки, откуда снова отгоняется на тарелку испарения. В процессе дистилляции, то есть отгонки HNO₃ из тройной смеси, поднимающиеся вверх пары обогащаются более летучим компонентом – HNO₃, а в движущуюся вниз жидкость переходит менее летучий компонент – вода.Процесс испарения HNO₃ происходит /3/ главным образом в средней части колонны (поз.1). Серная кислота, пройдя эту зону, содержит в себе растворенные окислы азота, переходящие из тройной смеси. Даже если в тройной смеси не было бы растворенных окислов азота, то при частичном разложении HNO₃ происходит выделение окислов, которые взаимодействуя с H₂SO₄, образуют нитрозилсерную кислоту: 2H₂SO₄ + N₂O₃ = 2HNSO₅ + H₂O + 86250 Дж (2.1) Диоксид или четырехоксид азота, реагируя с концентрированной H₂SO₄, образует нитрозилсерную кислоту и азотную кислоту: 2NO₂ + H₂SO₄ = HNSO₅ + HNO₃ (2.2) Процесс разложения нитрозилсерной кислоты с выделением окислов азота характеризуется как процесс денитрации. Однако термин "денитрация" служит для обозначения процесса, обратного этерификации. В данном случае более правильно процесс разложения нитрозилсерной кислоты называть процессом гидролиза:2HNSO₅ + 2H₂O = 2H₂SO₄ + 2HNO₂ (2.3)2HNO₂ = H₂O + N₂O_3(жид) (2.4)N₂O_3(жид) = N₂O_3(газ) (2.5)N₂O_3(газ) = NO _(газ) + NO_{2 (газ)} (2.6) Азотистая кислота (HNO₂), образующаяся при гидролизе по реакции (2.3) неустойчива и распадается: 2HNO₂ = H₂O + HNO₃ + 2NO (2.7) Нитрозилсерная кислота является довольно стойким соединением, которое при концентрациях H₂SO₄ выше 70% не разлагается полностью даже при температуре кипения. При разбавлении H₂SO₄ водой происходит гидролиз нитрозилсерной кислоты, степень которой увеличивается с понижением концентрации H₂SO₄ и повышением температуры. Таблица 2.1 – Зависимость степени разложения HNSO₅ от концентрации H₂SO₄ при 15-20 ºС

Концентрация H2SO4, %	Степень разложения HNSO5 , %	Концентрация H2SO4, %	Степень разложения HNSO5 , %
98959290	1,14,07,312,4	81807057,5	19,4 27,7 49,8 100,0

Как видно из зависимости, начиная с концентрации 57,5% серной кислоты, нитрозилсерная кислота совершенно отсутствует. Отработанная серная кислота, выходящая из колонны (поз.1), должна содержать минимально возможное количество окислов азота. Это необходимо не только для исключения потерь N₂O₃, но и устранения нитрозилсерной кислоты, обладающей сильно разрушающими свойствами.Поэтому гидролиз нитрозилсерной кислоы в колонне ГБХ (поз.1) /1/ является важной стадией процесса. С увеличением температуры, степень гидролиза нитрозилсерной кислоты увеличивается. Образующийся при разложении азотистой кислоты монооксид азота незначительно растворяется в разбавленной серной кислоте. Гидролиз нитрозилсерной кислоты ведут с помощью перегретого до 250 ºС водяного пара, который подается с таким расчетом, чтобы разбавление кислоты конденсатом соответствовало массовой доли H₂SO₄ 68 – 70 %. В отработанной серной кислоте содержится до 0,03% азотной кислотыи растворенных окислов азота. Последние образуют с серной кислотой до 0,01 % нитрозилсерной кислоты. После стадии денитрации разбавленная серная кислота отправляется на стадию концентрирования /3/. В процессе концентрирования разбавленной серной кислоты, имеющиеся в ней примеси, в частности, продукты неполного сгорания топлива (когда концентрирование ведется непосредственным соприкосновением упариваемой кислоты с топочными газами), вызывают разложение серной кислоты вследствие ее восстановления до SO₂. Восстановление в основном идет за счет углерода, содержащегося в примесях и в топливе по реакции: 2H₂SO₄ + С = СО₂ + 2SO₂ + 2 H₂O (2.8) За счет этого происходят некоторые потери кислоты при ее упаривании. В процессе разгонки тройной смеси в колонне образуются нитрозные газы, которые поступают на поглощение в абсорбер (поз.4). Наиболее распространенный способ поглощения нитрозных газов – водой с образованием слабой HNO₃. На поглощение поступают нитрозные газы различной степени окисления. Окислы азота, содержащиеся в нитрозных газах NO₂, N₂O₄, N₂O₃ реагируют с водой 2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂ + 116 кДж (2.9) N₂O₄ + H₂O = HNO₃ + HNO₂ + 59,2 кДж (2.10)N₂O₃ + H₂O = 2HNO₃ + 55,6 кДж (2.11) Процесс поглощения нитрозных газов водой связан с растворением в ней диоксида азота, четырехоксида и трикосида азота с образованием HNO₃ и азотистой кислоты.В газовой среде вследствие взаимодействия паров воды с нитрозными газами, также получается HNO₃ и азотистая кислота. Образовавшаяся при помощи нитрозных газов азотистая кислота – малоустойчивое соединение, которое разлагается по реакции: 2HNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O – 75,8 кДж (2.12) Суммарная реакция образования HNO₃: 2NO₂ + H₂O= HNO₂ + HNO₃ (2.13)3HNO₂ = HNO₃ + 2NO + 2H₂O (2.14)____________________________________3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO (2.15) N₂O₃ + H₂O = 2HNO₂ (2.16) 3HNO₂ = HNO₃ + H₂O + 2NO (2.17)______________________ 3N₂O₃ + H₂O = 2HNO₃ + 4NO (2.18) Так как в нитрозных газах содержится незначительное количество триоксида азота, обычно технологические расчеты производят по NO₂. Как видно из реакций (2.12) – (2.18) 2/3 поглощенного диоксида азота идет на образование HNO₃, 1/3 его выделяется в виде монооксида азота.Отсюда следует, что при поглощении водой нитрозных газов невозможно все количество NO₂ превратить в HNO₃, так как в каждом цикле всегда 1/3 NO _х будет выделяться в газовую фазу. Однако указанные поглощения не являются совершенными и нитрозные газы перед выбросом в атмосферу следует дополнительно очистить от окислов азота.Отсюда следует, что в последнем абсорбере орошение ведется не водой, а азотной кислотой с массовой долей 5 %, которая до 0,003% поглощает окислы азоты. Выбрасываемые в атмосферу газы при этом соответствуют санитарным нормам, т.е. не превышают установленных ПДК.

2.2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ