Расчет абсорбционной колонны в производстве неконцентрированной азотной кислоты ОАО «Череповецкий Азот»

Режим движения воды –  турбулентный.

 

7. Определяем коэффициент теплоотдачи для газов по формуле

 

Критерий Прандля Pr при 55⁰С определяется по номограмме и равен Pr = 3,4.

Где Nu=0,021Re^0.8Pr^0.43εi

Где εi = 1 – поправочный коэффициент

Тогда

λ=0,56 для воды

l = d_Э = 0,021 – для данного аппарата

 

8. Определим коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде

λ для смеси газов  при t_ср=107.5⁰С

λ=0,0324*0,785+0,00331*0,056+0,0324*0,004+0,006*0,0254+0,0422*0,009+0,0564*0,14=0,0352

λ=0,639 для воды

 

9. Рассчитаем массовую  долю воды в смеси

G_Н2О=8,2/105,94=0,077

λ_общ=0,639*0,077+0,035*(1-0,077)=0,082

 

10. Определим коэффициент  теплопроводности для газов

Определяем скорость движения газов в межтрубном пространстве:

ω_г=Q/0,785*(1,2²-1083*0,025²)=19,44/0,785*(1,2²-1083*0,025²)=32,4 м/с

ρср = ρгхг + ρжхж

29

ρ_ж = 987,3 кг/м³

ρ_г = 0,785*5,49+0,056*3,33+0,004*6,27+0,006*5,88+0,009*3,53+0,14*9,02=5,83 кг/м³

ρ_ср = 5,83*(1-0,077)+987,3*0,077=81,71 кг/м³

μ_ср = 0,025*10^-3*(1-0,077)+0,28*10^-3*0,077=0,045*10^-3 Па*с

Режим движения турбулентный

Значение критерия Нуссельта:

Nu = cεRe0,8

30

Nu = 0,021*1*1 588 442^0,8=1918

Коэффициент теплоотдачи от стенки к газам

где 1/r₃₁, 1/ r₃₂ – термическое сопротивление загрязнений со стороны газов и воды соответственно

При наличии перегородок в межтрубном пространстве устанавливается многократный перекрестный ток движения теплоносителей.

Средний температурный  напор 

 

Требуемая площадь поверхности  теплопередачи определяется по формуле:

F=Q/(KΔtср)

31

F=41 829 600/588*52,5=1355 м²

 

6. Конструктивный  расчет аппарата.

 

Принимаем по таблице 3 одноходовых теплообменника типа ТН со следующей характеристикой: площадь поверхности теплообмена 510 м², диаметр корпуса 1.2 м, диаметр труб 25х2 мм, длина труб 6 м, число труб 1083, число сегментных перегородок 9.

Схема соединения теплообменников  – последовательная. Запас площади поверхности теплообмена:

100(510*3-1355)/1355=13%

Число ходов в межтрубном пространстве

z=9+1=10

Определяем диаметр  патрубков (штуцеров).

Схема соединения теплообменников  – последовательная, секционная. Скорость движения рабочих сред в патрубках по возможности должна совпадать с рабочей скоростью среды в аппарате, устанавливаемой в расчете. Поэтому скорость газов в патрубках, соединяющих межтрубные пространства теплообменников, а также воды, движущейс из аппарата по соединяющим их коленам, принимаем приблизительно равными движению этих сред в теплообменнике.

Определяем скорость движения газов по трубам теплообменника

ω_г=32,4 м/с

 

Диаметры патрубков определяют по формуле

 

Определяем диаметр патрубков  для воды и колен, соединяющих теплообменники

Принимаем трубы для  изготовления патрубков и колен  диаметром 580х10 мм.

Принимаем трубу 230х5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Охрана окружающей  среды

 

Выбросы в атмосферу.

Из производственного  корпуса в атмосферу через  высотную трубу Н=150 м  Æ 2800 имеется постоянный выброс отходящих очищенных хвостовых газов в количестве 63880 м³/ч с каждого агрегата, исходя из материального баланса (73655 кг/ч) с объемной долей оксида азота II и оксида азота IV (NO + NO₂) не более 0,005 % и оксида углерода II (CO) не более 0,02 %, аммиака 0,005 %.

Источником выброса  является каждый агрегат по производству неконцентрированной азотной кислоты. Температура выбрасываемых в атмосферу газов не превышает 180 ⁰С.

Через аэрационные фонари (дефлекторы) производственного корпуса возможны выбросы в атмосферу вредных веществ оксидов азота II, IV (NO + NO₂) и аммиака (NH₃) в пределах ПДК, которые могут образоваться при возникновении неплотности оборудования, арматуры и соединений коммуникаций.

Содержание оксидов азота (NO + NO₂) в пересчете на NO₂ в рабочей зоне не должно превышать 2 мг/м³, содержание аммиака (NH₃) - не более 20 мг/м³.

 

Сточные воды.

При нормальной работе отделения  вредные стоки отсутствуют. При  аварийных ситуациях, в случае пролива кислоты, последняя собирается в дренажном приямке и после тщательной промывки мест пролива откачивается насосом в одно из хранилищ склада кислоты.

Непрерывные продувки котлов после утилизации их тепла выдаются в заводскую сеть или сбрасываются в промливневую канализацию.

Оборотная вода из дренажей (воздушников) холодильников-конденсаторов  и из расширителя периодических  продувок котлов с температурой не выше 40 ⁰С сбрасывается в канализацию.

Твердые и жидкие отходы.

Твердые отходы в отделении  образуются  в результате использования в процессе фильтрующих материалов.

Жидкие отходы образуются при использовании масла турбинного в системе смазки и регулирования  ГТТ-3М, а также в результате непрерывной  продувки испарителей аммиака.

 

 

 

 

 

8. Охрана труда

 

В производстве слабой азотной кислоты применяются в качестве сырья, а также получаются в процессе переработки вещества, которые могут быть причиной взрывов, пожаров, отравлений, ожогов, удушья. Такими веществами являются: жидкий и газообразный аммиак, природный газ, оксиды азота, азотная кислота, оксид углерода (СО), азотоводородная смесь, азот, пар, питательная вода и конденсат водяного пара. Причиной несчастного случая могут также быть вращающиеся части оборудования, источники переменного и постоянного тока.

На установке НАК  имеют место следующие виды опасностей:

• Загазованность воздуха производственных помещений – определяется наличием газов, содержащих токсические компоненты (аммиак, окислы азота, пары азотной кислоты, оксид углерода) и удушающие (азот, природный газ, азото-водородная смесь);
• Взрывоопасность – определяется наличием аммиака, природного газа, азото-водородной смеси, которые под воздействием искры, пламени или при нагревании в замкнутом объёме взрываются;
• Пожароопасность – определяется наличием горючих веществ и материалов (аммиак, природный газ, азотная кислота, азото-водородная смесь, масло турбинное, электропровода, электрооборудование);
• Химические ожоги – могут возникнуть в результате попадания на кожу или в глаза жидкого аммиака, азотной кислоты;
• Термические ожоги – могут возникнуть в результате попадания на кожу высокотемпературных сред (пар, паровой конденсат, вода питательная или теплофикационная, воздух), а также при соприкосновении с горячими неизолированными поверхностями оборудования;
• Поражение электрическим током – при наличии повреждения на электрооборудовании или электропроводке, а также в результате несоблюдения правил электробезопасности;

Прочие опасности, связанные  с эксплуатацией оборудования, выполнением  работ на высоте, обслуживанием движущихся механизмов, ремонтными работами, которые могут привести к различным видам травм в случае несоблюдения правил безопасности.

 

 

 

 

 

9. Автоматизация  производства.

 

Контроль и управление технического процесса осуществляется автоматизированной системой управления технологическими процессами (АСУ ТП) на базе микропроцессорной техники с использованием ПЭВМ, которая обеспечивает:

• оперативное управление технологическим процессом и механизмами с единой операторской станции, располагаемой в помещении центрального пункта управления, расположенного вне опасных зон;
• поддержание параметров технологических процессов в регламентируемых режимах;
• постоянный анализ изменения параметров в сторону критических значений;
• получение независимой объективной информации обо всех параметрах технологического процесса, состоянии оборудования, действиях оператора в виде сменных, суточных рапортов, автоматически распечатываемых на принтере;
• постоянный контроль состояния среды во взрывоопасных зонах объекта;
• регистрацию основных технологических параметров и срабатывания системы ПАЗ, контроль работоспособности  средств ПАЗ;
• выбор и рекомендация персоналу оптимальных управляющих воздействий;
• действие средств управления и ПАЗ, прекращающих развитие опасной ситуации, обеспечение локализации аварийной ситуации, выбор и рекомендация персоналу оптимальных управляющих воздействий;
• выдачу информации о ходе технологического процесса, состоянии электрических механизмов  и состоянии безопасности на объекте, как для оперативного управления, так и  в вышестоящую систему АСУП;

     В отделении  производства НАК в качестве  объекта управления при автоматизации  является абсорбер. Показателем  эффективности данного процесса является температура и состав газов и кислоты, выходящих из абсорбера, а целью управления – поддержание этого параметра на определенном значении.

В  отделении производства НАК предусмотрены следующие  стандартные  узлы регулирования:

     PI – прибор  для измерения давления показывающий с контактным устройством,     установленный по месту.

TIR – измеритель  температуры  с автоматическим обегающим устройством  показывающий, регистрирующий, установленный  как по месту отбора сигнала,  так и на щите.

PIR – прибор для измерения давления показывающий, регистрирующий, регулирующий, с контактным устройством, установленный на щите.

        FIR – прибор для измерения расхода  показывающий, регистрирующий, регулирующий, установленный как по месту  отбора сигнала, так и на щите. 
Заключение

       В  ходе курсовой работы было  расчитано основное оборудование  производва НАК на ОАО,,Череповецкий  Азот”.

Была произведена замена морально устаревшего газового холодильника на более современный кожухотрубный  со следующими характеристиками: количество теплообменников 3, площадь поверхности теплообмена одного холодильника 510 м², диаметр корпуса 1.2 м, диаметр труб 25х2 мм, длина труб 6 м, число труб 1083, число сегментных перегородок 9.

Схема соединения теплообменников  – параллельная, смесь нитрозных газов подается в межтрубное пространство под давлением 0.73 МПа, вода – в трубное.

 

Литература.

 

1. В. М. Рамм. Абсорбция газов. – М.: Химия, 1976, 656с.
2. Справочник химика: в 6 томах: Т2, 5 – М.: Химия, 1966.
3. Абсорбция. Общие закономерности абсорбции. Аппараты, предназначенные для проведения процесса абсорбции / под ред. В. В. Кафаров // Процессы и аппараты химических производств и химическая кибернетика. – М.: ВИНИТИ, 1994, №8, 14с.
4. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии. Учебник для ВУЗов: в 2 кн.:ч.2 – М.: Химия, 1995, 368 с.
5. Криворот С. Е. Конструкции и основы проектирования машин и аппаратов химической промышленности. Учебник для техникумов. – М.: Машиностроение, 1992, 400с.
6. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков. Т3 / под ред. Н. В. Лазарева – Л.: Химия, 1997, 608с.
7. Химическая энциклопедия: в 5 томах: Т1 – М.: Советская энциклопедия, 1990, 671с.
8. Альперт Л. З. Основы проектирования химических установок: Учеб. пособие для учащихся химико-механических специальных техникумов. – М.: Высш. Шк., 1989, 304с.
9. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский – М.: Химия, 1991, 496с.
10. А. К. Чернышев, К. Л. Поплавский, Н. Д. Заичко. Сборник номограмм для химико-технологических расчетов. – Л.: Химия, 1969, 280с.
11. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов. – Л.: Химия, 1987, 576с.
12. Дж. Перри Справочник инженера-химика. Т1,2. – М.: Химия, 1969, 640с.
13. В. Б. Коган, В. М. Фридман, К. Л. Кафаров. Равновесие между жидкостью и паром. Справочное пособие, кн.1. – М.: Наука, 1966, 640с.
14. Н. Б. Варгафтик. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей – М.: Наука, 1972, 720с.
15. Колонные аппараты. Каталог. - М.:ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987, 28с.