Денитрация отработанных кислот

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ДЕНИТРАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ КИСЛОТ

Денитрация - это переработка отработанной кислоты для извлечения из нее окислов азота и азотной кислоты, превращаемых в абсорбционной системе в слабую азотную кислоту. Концентрирование полученной денитрованной серной кислоты дает возможность получить серную кислоту, пригодную для повторного использования при нитровании. Таким образом, применение установки денитрации в комплексе с концентрационной установкой позволяет создать замкнутый цикл использования серной кислоты как среды для нитрования и вернуть на нитрование в виде слабой азотной кислоты окислы азота и азотную кислоту, содержащиеся в отработанной кислоте.

Для успешного и безопасного проведения процесса денитрации отработанная кислота должна отвечать определенным требованиям, в частности, по содержанию нитропродуктов и концентрации серной кислоты. Присутствие нитропродуктов в отработанной кислоте нежелательно, так как они отгоняются в денитранионной колонне и, попадая в аппараты абсорбционной системы, загрязняют получаемую азотную кислоту продуктами осмоления; кроме того вместе с азотной кислотой они могут образовать взрывоопасную смесь.

Удаляемые при денитрации окислы азота связаны в нитрозилсерную кислоту HNSO5. Нитрозилсерная кислота -- соединение само по себе непрочное, ее" кристаллы быстро разлагаются при нагревании, ,но растворы нитрозилсерной кислоты в 75%-ной (и выше) серной кислоте очень прочны. При снижении концентрации серной кислоты до 70% разложение нитрозилсерной кислоты происходит достаточно быстро. Увеличению скорости разложения также способствует повышение температуры и наличие азотной кислоты.

Процесс денитрации отработанной кислоты чаще всего проводят в денитрационной колонне, снабженной конденсаторами для охлаждения отходящих паров и газов и абсорбционной установкой для поглощения их с последующим превращением в азотную кислоту. Отработанная кислота поступает в верхнюю часть колонны и через распределитель струями, орошая насадку, стекает вниз навстречу насыщенному или перегретому пару (с температурой 250°С), подаваемому в нижнюю часть колонны. В колонне отработанная кислота нагревается и находящаяся в ней азотная кислота целиком разлагается по уравнению:

HNO3 + HNSO5 > H2S04 + 2N02

Оставшаяся нитрозилсерная кислота разлагается по мере продвижения через колонну под действием пара:

2HNSO5 + Н20> 2H2S04 + NO + N02

HNSO5 + Н20> H2S04 + HN02

Образующаяся азотистая кислота также разлагается:

2HN02 > NO + N02 + Н20

3HN02 > 2NO + HN03 + H20

Полученные в результате азотная кислота и окислы азота, а также растворенный в отработанной кислоте нитропродукт отгоняются острым паром из колонны в холодильник, где нитропродукт, азотная кислота и водяной пар конденсируются, остальные газы направляются в абсорбционную установку. Денитрованная отработанная кислота, содержащая 67--70% H2S04, сливается из нижней части колонны через гидравлический затвор в охлаждаемый сборник. Продукты, выделяющиеся при денитрации -- слабые азотная и серная кислоты -- поступают на концентрирование.

2. КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ДЕНИТРОВАННЫХ КИСЛОТ

Полученную после денитрации серную кислоту концентрируют, продувая через две или три камеры с кислотой топочные газы с помощью, барботажных труб. Возможно противоточное или прямоточное движение газов и кислоты. Топочные газы с температурой 650--1000°С получают в выносной топке сжиганием мазута или газа. Двухкамерный концентратор обеспечивает крепость купоросного масла 92--93% H2S04, трехмерный --95--96% H2S04 .

Полученное в результате денитрации и концентрации купоросное масло используется либо для составления нитрующих смесей, либо для получения олеума, очистки продуктов перегонки нефти, приготовления удобрений и других целей.

денитрация отработанный кислота

3.ПОГЛОЩЕНИЕ ОКИСЛОВ АЗОТА

Одним из важных элементов кислотного хозяйства завода ВВ являются абсорбционные установки для поглощения окислов азота, выделяющихся при денитрации отработанных кислот и из нитрационных аппаратов. Поглощение окислов азота преследует две цели: охрану окружающей среды и устранение потерь ценных продуктов (NO, N02, HN03)

1.Общие сведения о технологии

Отработанная серная кислота, поступающая на денитрацию, содержит различные количества азотной кислоты и окислов азота. В одних случаях она представляет собой 65--70%-ную серную кислоту, в которой растворено до 3--4% N203, образующих нитрозилсерную кислоту HNS05, и содержится до 1--2% азотной кислоты. В других случаях в отработанной серной кислоте содержание азотной кислоты достигает 10--18%, и ее рассматривают как тройную смесь HN03--H2S04--Н20. При денитрации отработанной серной кислоты, содержащей окислы азота и некоторое количество азотной кислоты, образуется разбавленная азотная кислота, которая в отдельных случаях может быть закреплена до 50%-ной концентрации окислами азота, выделяющимися в процессе денитрации при необходимости азотную кислоту (50% HN03) повторно направляют в денитрационную колонну на концентрирование с помощью технической серной кислоты.

При денитрации отработанной серной кислоты, представляющей собой трехкомпонентную смесь со значительным содержанием HN03, может быть получена концентрированная азотная кислота (до 98% HN03), которая в свободном виде или в виде смеси с серной кислотой, так называемого меланжа, может быть использована в различных производствах -- например, при нитрозном способе получения серной кислоты.

Очистка серной кислоты от окислов азота производится в денитрационной колонне нагревом смеси кислот водяным паром до температуры, обеспечивающей полное удаление летучих компонентов, после чего получается разбавленная 66--69%-ная серная кислота, направляемая на концентрирование.

Отработанная серная кислота в ряде случаев содержит 0,5--1% органических примесей. Денитрация таких смесей связана с определенными трудностями и необходимостью изыскания способов, обеспечивающих нормальное проведение процесса разделения с получением азотной и серной кислот, не уступающих по своим качествам стандартным кислотам.

2. Перспективы производства и потребления

Регенерация ОСК с получением продукта высокого качества может быть достигнута ее термической деструкцией до диоксида серы, когда в условиях высоких температур углеводородные примеси полностью выгорают. Анализ современного состояния вопроса регенерации ОСК с целью выявления перспективы и тенденцией развития показал, что в ближайшее время регенерация отработанных кислот будет осуществляться в основном методом термического разложения.

Основная часть отработанной кислоты, пригодной к повторному использованию (65%), применяется в производстве удобрений . В настоящее время около 6% потребности СССР в серной кислоте покрывается за счет отработанных кислот ,но в перспективе количество отработанной кислоты будет расти.

Использование отработанной серной кислоты позволяет наряду с частичным обеспечением потребности народного хозяйства в серной кислоте и сокращением единовременных и текущих затрат на развитие сернокислотного производства решать актуальные социально-экономические задачи предотвращения вредных сбросов в реки и водоемы.

Процесс денитрации нитрозы обжиговым газом и широко освещен в литературе. В связи с освоением методов получения высококонцентрированного сернистого газа весьма перспективным является применение его для денитрации нитрозы. Положительное влияние при этом на денитрацию нитрозы оказывает наличие растворенного в кислоте сернистого ангидрида. Присутствие в денитрируемой кислоте свободной азотной кислоты вызывает торможение процесса.

Преимуществом использования элементарной серы для денитрации является отсутствие загрязнения серной кислоты примесями.

Переработка отработанной серной кислоты на удобрения не всегда рациональна вследствие значительного территориального удаления предприятий, имеющих отходы серной кислоты как от ближайших предприятий, производящих удобрения, так и от основной зоны потребления удобрений. В связи с этим должны осуществляться концентрирование кислоты и ее глубокая денитрация.

3. Характеристика производимой продукции

Серная кислота Н2SO4 (денитрированная) - бесцветная едкая тяжелая маслообразная жидкость без цвета и запаха, плотность 1.84 г / м3, смешивается с водой в любых соотношениях. Безводная серная кислота растворяет до 70% оксида серы (VI). При обычной температуре она не летуча и не имеет запаха. При нагревании отщепляет SO3 до тех пор, пока не образуется раствор, содержащий 98,3 % H2SO4. Безводная H2SO4 почти не проводит электрический ток. Кипит и разлагается при 340 єС, образуя триоксид серы и водяной пар:

H2SO4 (ж) > SO3 (г) + H2O

Серная кислота концентрированная должна быть изготовлена в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке. По физико-техническим показателям СК должна соответствовать нормам по ГОСТ 2184-77.

Азотная кислота концентрированная HNO3 в чистом виде - бесцветная жидкость с едким, удушливым запахом; имеет удельный вес 1,5 гр/см3; 100% HNO3 плавится при температуре -42єС; кипит при температуре +86єС. HNO3 действует на все металлы, кроме серебра и платины. Хранится и транспортируется в алюминиевых цистернах. На свету медленно разлагается с выделением кислорода и двуокиси азота NO2. Туман азотной кислоты и окиси азота в виде NO2, N2O3 вызывает тяжелые отравления. ПДК в рабочей зоне - до 5 мг/м3 .

Окислы азота NO, NO2 - газ красно-бурого цвета. Предельная концентрация в воздухе ПДК в пересчете на N2O2 - 2мг/м3.

4. Характеристика сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов (согласно требованиям ГОСТов и ТУ)

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. Температура кристаллизации, применяемой в нитрозном процессе, при одинаковой концентрации исходной серной кислоты повышается с увеличением содержания в ней N2O3. Внешний вид: бесцветные ромбические кристаллы, расплывающиеся при соприкосновении с влажным атмосферным воздухом. Формула в виде текста: HNSO5. Молекулярная масса (в а.е.м.): 127,07. Температура плавления (в °C): 73. Растворимость (в г/100 г или характеристика) вода: реагирует. Серная кислота концентрированная: растворима.

Процесс разложения нитрозилсерной кислоты с выделением окислов азота характеризуется как процесс денитрации. Однако термин "денитрация" служит для обозначения процесса, обратного этерификации.

5. Физико-химические основы процесса денитрации

При установившемся в денитрационной колонне равновесном процессе азотная кислота из смеси кислот, поступающей в колонну на тарелку испарения, частично возгоняется на тарелки, лежащие выше, частично уходит на лежащие ниже тарелки, откуда снова отгоняется на тарелку испарения. В процессе дистилляции, т. е. отгонки азотной кислоты из тройной смеси, поднимающиеся кверху пары обогащаются более летучим компонентом -- азотной кислотой, а в движущуюся книзу жидкость переходит менее летучий компонент -- вода.

Процесс испарения азотной кислоты происходит главным образом в средней части денитрационной колонны. Серная кислота, пройдя эту зону, при достаточной концентрации и нормальных температурных условиях работы колонны содержит в себе растворенные окислы азота, перешедшие из тройной смеси.

Даже если в тройной смеси не было растворенных окислов азота, то при частичном разложении азотной кислоты происходит выделение окислов азота, которые, взаимодействуя с серной кислотой, образуют нитрозилсерную кислоту HNSO5.

Процесс разложения нитрозилсерной кислоты с выделением окислов азота из серной кислоты и является, собственно, процессом денитрации.

Процесс денитрации можно представить следующими уравнениями:

2HNS05 + 2Н20 = 2H2S04 + 2HNO2

2HNO2 = H20 + N2О3 жидк

N2О3 жидк = N2О3 газ

N2О3 газ = NО газ + NО2 газ

Нитрозилсерная кислота является довольно стойким соединением, которое при концентрациях H2S04 выше 70% не разлагается полностью даже при температуре кипения.

При разбавлении серной кислоты водой происходит гидролиз нитрозилсерной кислоты, степень которого увеличивается с понижением концентрации серной кислоты и повышением температуры.

Отработанная H2SO4, выходящая из колонны, 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 HNSO5 в колонне ГБХ является важной стадией процесса. С увеличением температуры, степень гидролиза HNSO5 увеличивается. Образующийся при разложении азотистой кислоты монооксид азота незначительно растворяется в разбавленной H2SO4. Гидролиз нитрозилсерной кислоты ведут с помощью перегретого пара до 250оС водяного пара, который подается с таким расчетом, чтобы разбавление кислоты конденсатом соответствовало массовой доли H2SO4 68-70%.

В отработанной H2SO4 содержится до 0,03% HNO3 и растворенных окислов азота. Последние образуют с H2SO4 до 0,01% HNSO5. После стадии денитрации слабая H2SO4 отправляется на стадию концентрирования. В процессе концентрирования разбавленной H2SO4, имеющиеся в ней примеси, в частности, продукты неполного сгорания топлива (когда концентрирование ведется непосредственным соприкосновением упариваемой кислоты с топочными газами), вызывает разложение H2SO4 вследствие ее восстановления до SO4. Восстановление в основном идет за счет углерода, содержащегося в примесях и в топливе по уравнению:

2H2SO4 + С = СО2 + 2SO2 + 2H2O

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 абсорберы. 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, но монооксид NO не может реагировать с водой и для перевода его в HNO3 следует предварительно окислить его до диоксида азота:

2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 + 116 кДж.

N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2 + 59,2 кДж.

N2O3 + H2O = 2HNO3 + 55,6 кДж.

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 вследствии взаимодействия паров воды с нитрозными газами, также получается HNO3 и азотистая кислота, но в значительном количестве. Образовавшаяся при помощи нитрозных газов азотистая кислота - малоустойчивое соединение.

2HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O - 75,8 кДж

Суммарная реакция образования HNO3:

2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3

3HNO2 = HNO3 + 2NO + 2H2O

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

N2O3 + H2O = 2HNO2

3HNO2 = HNO3 + H2O + 2NO

3N2O3 + H2O = 2HNO3 + 4NO

Так как в нитрозных газах содержится незначительное количество триоксида азота, обычно технологические расчеты производят по NO2. Как видно из формул 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 NO2 будет выделяться в газовую фазу. Монооксид азота для дальнейшей переработки должен быть окислен кислородом до двуокиси азота по уравнению:

2NO + O2 = 2NO2

Получающаяся двуокись азота опять реагирует с водой, превращаясь на 2/3 в HNO3, а выделившаяся окись азота снова должна быть окислена. Таким образом, весь процесс поглощения распадается на ряд последовательно протекающих реакций окисления NO в NO2 и образования HNO3 из NO2. 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 концентрированной серной кислотой, которая до 0,003% поглощает окислы азоты, выбрасываемые в атмосферу газы соответствуют санитарным нормам. В результате поглощения получается нитрозилсерная кислота:

2H2SO4 +N2O3 = 2NHSO5 + H2O + 20611 кал.

H2SO4 + 2NO2 = NHSO5 + HNO3 + 5709 кал.

6. Описание технологического процесса

Технологическая схема процесса простой денитрации отработанной серной кислоты:

1 -- центробежный насос; 2 -- напорный бак; 3 -- ротаметр; 4 -- подогреватель; 5 -- денитрационная колонна; 6 -- хранилище отработанной серной кислоты; 7--конденсатор- холодильник; 8 -- приемник; 9 -- эпруветка; 10 -- аварийный эжектор.

Отработанная серная кислота центробежным насосом 1 подается в напорный бак 2, из которого через ротаметр 3 поступает в подогреватель 4 и далее направляется в денитрационную колонну 5. Небольшая часть подаваемой в напорный бак кислоты по переливной линии возвращается в хранилище 6.

В подогревателе 4 отработанная кислота глухим паром нагревается до 80--100°С и поступает на 3-ю царгу колонны 5. Колонна состоит из 18 царг, днища и крышки. По пути движения по тарелкам колонны отработанная кислота под действием поднимающихся снизу горячих газов и паров постепенно нагревается и разбавляется водяным паром.

В верхней части денитрационной колонны нитрозилсерная кислота, имеющаяся в отработанной кислоте, частично разлагает азотную кислоту с образованием двуокиси азота. Поступая в нижнюю часть колонны, HNS05 сама разлагается под действием водяного пара, выделяя окислы азота. В процессе денитрации из колонны выходит парогазовая смесь, состоящая из окислов азота, паров азотной кислоты и воды, которая поступает в хромоникелевый трубчатый конденсатор-холодильник 7, где охлаждается до 55--60оС, в результате чего поручается разбавленная азотная кислота (примерно 35% HNO3). Охлажденные в холодильнике-конденсаторе нитрозные газы направляются в абсорбционную установку, а азотная кислота стекает в приемник 8, который служит для отделения конденсата от большей части содержащихся в нем органических примесей.

Вверху приемник имеет переливную трубу, по которой азотная кислота поступает в поглотительную башню абсорбционной системы, где циркулирует азотная кислота такой же концентрации.

Денитрированная серная кислота, содержащая 67--68% H2S04 и не более 0,03% окислов азота, выходит из днища колонны через гидравлический затвор и направляется на концентрирование.

Пар, необходимый для процесса денитрации, поступает в колонну при температуре 250°С под абсолютным давлением 1,5 am через паровой барботер, имеющийся в днище колонны. Температуру на крышке колонны поддерживают в пределах 90--110°С, разрежение на верху колонны должно быть не менее 35 мм столба технической серной кислоты.

Для денитрации отработанной серной кислоты состава: 69% H2S04, 0,7% HN03 и 3,5% N2O3 на 1 т отработанной смеси расходуется:

пара, кг

перегретого (t=250° С) 82--90

насыщенного (p = 3--5 am)……..60--70

электроэнергии, квт-ч 0,8--1,0

воды (t=23°С), м3 1--1,2

7. Характеристика технологического оборудования

Основным аппаратом установок денитрации серной кислоты является денитрационная колонна. Колонна изготовляется из ферросилида -- весьма хрупкого материала, отливка которого затруднена. Этим и объясняется выполнение колонны в виде отдельных царг, закрепленных одна на другой. В отечественной промышленности применяются колонны диаметром 1000 мм, различающиеся внутренним устройством.

Наиболее ранними были колонны с семью барботажными колпаками. Она имеет внутренний диаметр 1000 мм, высоту 6528 мм и состоит из 18 царг, днища и крышки. Изготовляется колонна из ферросилида марки С-15. В днище каждой царги имеется семь штуцеров диаметром 120 мм для прохода газов и паров. Каждый штуцер накрыт барботажным колпаком диаметром 260 мм с зубцами высотой 35 мм. Колпак устанавливается на борту штуцера, имеющего прорези, и его поворотом закрепляется на царге. Пары и газы, проходя зазор между стенками колпака и газового штуцера, барботируют через слой кислоты на царге, создавая тем самым хороший контакт между газовой и жидкой фазами. Для перетока жидкости с одной царги на другую в дне царги имеется отверстие, куда вставляется переливной патрубок диаметром 120 мм.

Переливной патрубок каждой нижней царги расположен по диаметру против переливного патрубка верхней царги для того, чтобы кислота, стекающая по патрубку, равномерно омывала все барботажные колпаки. Верхний конец патрубка имеет расширение, увеличивающее периметр слива кислоты на царгу, лежащую ниже.

Патрубок устанавливается так, чтобы верхний конец его был несколько выше верха прорези зубцов колпака, а нижний был погружен в кислоту, находящуюся на царге, лежащей ниже. Все царги устроены одинаково, за исключением верхней, представляющей собой полое кольцо высотой 1000 мм. Царга, на которую поступает отработанная серная кислота, имеет штуцер, в который вставляется патрубок, предохраняющий стенку царги колонны от растрескивания в случае подачи в колонну холодной кислоты.

Днище колонны имеет два штуцера: в один из них вставляется форсунка для ввода перегретого пара в колонну, второй служит, для отвода из колонны разбавленной серной кислоты, получающейся в процессе денитрации. В крышке колонны имеется центральное отверстие диаметром 150 мм, предназначенное для отвода из колонны газов и паров; в два других отверстия вставляются термометр и манометр для измерения температуры и разрежения вверху колонны.

Сборка колонны производится следующим образом. На фундамент кладут свинцовый лист толщиной 3--4 мм, являющийся поддоном; на поддоне укладывают чугунное кольцо, на которое устанавливают днище колонны. Колонну собирают последовательной установкой одной царги на другую; при этом следует соблюдать горизонтальность установки царг, так как в противном случае не будет достигнуто равномерное барботирование паров через кислоту.

Для герметичности между царгами помещают прокладки из листового или шнурового асбеста толщиной 2 мм. Прокладки должны быть заранее заготовлены и проварены в течение 5--6 ч в тяжелом минеральном масле или в каменноугольной смоле с добавлением 10% парафина. Прокладки укладывают на борт царги колонны горячими. После установки царги на газовые штуцера надевают колпаки и в ее днище вставляется периливной патрубок таким образом, чтобы создать определенный уровень кислоты на царге.

При монтаже колонны весьма важно выдержать так называемый установочный барботажный уровень, т. е. расстояние от верхнего обреза зубцов барботажного колпака до верха переливного патрубка. Проектом колонны задается величина барботажного уровня для каждой царги, равная 3 мм. После сборки колонны в штуцер для входа кислоты вставляется патрубок и скрепляется со штуцером царги; аналогично устанавливают форсунку для водяного пара в штуцер днища колонны. После сборки колонна изолируется. Каждая царга изолируется отдельно диатомовым кирпичом толщиной 40 мм. На изоляцию наносится слой асбестита толщиной 10--15 мм, крышка колонны не изолируется. Верхние царги колонны крепятся стяжными болтами. Производительность колонны при денитрации отработанной серной кислоты (69% H2S04, 0,7% HN03 и 3,5% N203) составляет около 100 т в сутки моногидрата серной кислоты.

8. Используемые средства автоматизации и управления технологическим процессом

До внедрения автоматического регулирования процесса денитрации колонны оснащались только контрольно-измерительными приборами и управление процессом осуществлялось вручную изменением положения вентилей на линиях, подводящих в колонну кислоты и пар, в соответствии с показаниями приборов и результатами лабораторных анализов периодических проб продуктов денитрации.

Перевод колонны с ручного управления на автоматическое повышает качественные показатели процесса. Автоматическое поддержание устойчивого технологического режима приводит к уменьшению расхода пара на денитрацию и увеличению производительности колонн вследствие уменьшения пределов регулирования определяющих температур; увеличивает также длительность межремонтных периодов работы колонн. Внедрение автоматики освобождает обслуживающий персонал от управления процессов и улучшает условия труда в производственных помещениях. Несмотря на многолетний опыт работы денитрационных колонн, достаточно полных исследований, раскрывающих закономерности происходящего в колонне процесса во всех его деталях, а также влияние различных внешних факторов на него в опубликованной литературе не имеется.

Пробел в этой области в какой-то степени восполнен результатами проведенных в последнее время исследований В. И. Крайнова (на тарельчатой колонне для концентрирования азотной кислоты), которые в достаточной степени отражают особенности процессов, происходящих в денитрационной колонне при разгонке смесей получением в одну стадию крепкой азотной кислоты. Эти исследования показывают, что процесс получения концентрированной азотной кислоты из трехкомпонентной системы HN03--H2S04--Н20 во многом отличается от процессов разгонки других многокомпонентных смесей. При анализе изменений режима работы колонны путем внесения различных возмущений выявляется общая зависимость состава концентрированной азотной кислоты от температуры в верхней части колонны -- выше ввода отработанной кислоты, и зависимость состава разбавленной серной кислоты от температуры в нижней части колонны.

Концентрация крепкой азотной кислоты и содержание в ней окислов азота изменяется обратно пропорционально температуре в верхней части колонны. Это происходит потому, что увеличение температуры в зоне осушки уменьшает поглощающую способность серной кислоты и большая часть паров воды, не

поглощаясь, проходит вместе с парами азотной кислоты через зону осушки и конденсируется в конденсаторе. Это вызывает расслабление готовой азотной кислоты. Вместе с тем увеличение температуры в зоне осушки улучшает условия выделения окислов азота из концентрированной азотной кислоты.

Таким образом, повышение температуры в верхней части колонны всегда вызывает снижение концентрации крепкой азотной кислоты и уменьшение в ней содержания окислов азота, а снижение температуры повышает концентрацию азотной кислоты и увеличивает содержание в ней окислов азота.

Температура во всей верхней части колонны при постоянной подаче воды в конденсатор зависит от температуры в зоне осушки, которая, в свою очередь, определяется в основном приходом тепла от поглощения паров воды серной кислоты и расходом тепла на испарение азотной кислоты, приносимой в зону осушки с брызгами.

Концентрация разбавленной серной кислоты, вытекающей из колонны, изменяется пропорционально изменению температуры в нижней части колонны. Во всех случаях при изменении температуры в нижней части колонны меняется содержание азотной кислоты и окислов азота в разбавленной серной кислоте: при понижении температуры содержание азотной кислоты и окислов азота увеличивается, а при повышении -- уменьшается.

Таким образом, исходя из изменения температурного режима процессов на отдельных царгах, колонну можно рассматривать как состоящую из двух частей: нижней, включающей царгу, на которую вводится отработанная кислота, и все последующие нижние царги, и верхней части, расположенной, начиная с зоны осушки и выше.

Температура в верхней части колонны определяется в основном параметрами поднимающихся паров, а в нижней -- параметрами жидкости; поэтому восстановление требуемой величины регулируемого параметра при изменении температуры в верхней части колонны запаздывает относительно мало, а в нижней части колонны это запаздывание в несколько раз больше.

Изучение воздействия на режим колонны различных внешних факторов показало, что колонна представляет собой сложную динамическую систему с взаимным влиянием процессов на царгах. Между элементами колонны имеются не только прямые, но и обратные связи, в результате чего внутри нее образуются местные замкнутые контуры. Так, часть воды, вводимой в колонну с отработанной кислотой и в виде острого пара, поднимается вверх, поглощается технической серной кислотой в зоне осушки и выводится из колонны разбавленной серной кислотой. Кроме того, в колонне уносится много жидкости с одной царги на другую поднимающимися вверх парами.

Все это приводит к возникновению колебаний в технологическом режиме, вследствие чего колонна в целом представляет собой колебательную систему.

Для контроля и регулирования технологического процесса технологическое оборудование обеспечено КИП. В специальных журналах производится запись показаний КИП ежесменно. По автоматизации технологических процессов предусмотрено следующее:

- КИП, установленные в пожароопасных помещениях, должны удовлетворять ПУЭ;

- все приборы и щиты в пожароопасных должны быть заземлены независимо от применяемого напряжения согласно ПУЭ. Автоматизированные системы управления - это человекомашинные системы, обеспечивающие автоматический сбор, обработку информации и оптимизацию управления.

АСУТП предназначены для выработки и реализации воздействий на технологический объект управления, в соответствии с принятыми критериями управления с помощью современных средств вычислительной техники. Технологический объект управления - это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по регламенту технологического процесса. Особое значение приобретает АСУТП в потенциально-опасных процессах.

Выделяют 4 группы потенциально-опасных процессов химической технологии:

1. Токсичные вещества и процессы с ними

2. Процессы со взрывоопасными веществами

3. Процессы с большой скоростью реакции

4. Смешанные из 1,2,3

Потенциально-опасные процессы широко применяются процессы нитрования, гидрирования бромирования, магнитоорганического синтеза и др.

Особенности потенциально-опасных производств в том, что они могут протекать в двух режимах:

1. нормальный режим

2. предаварийный режим

Способность переходить из 1-ого режима во 2-ой и отличает потенциально-опасные процессы от других производств.

Предаварийный режим имеет две фазы:

- возможность вернуться к нормальному режиму

- невозможность вернуться к нормальному режиму, так как аварийная ситуация уже неотвратима и наступает аварийное состояние.

Нужно иметь такие автоматизированное системы управления, чтобы оно управляло процессом в предаварийном состоянии.

Для этого в АСУ есть система защиты (АСЗ) - автоматическая система защиты.

9. Аналитический контроль производства

Цеховая лаборатория один раз в смену производит определение массовой доли концентрированных серной и азотной кислот, отработанной серной кислоты и массовой доли азотной кислоты в ней.

Аппаратчик отделения каждый час работы контролирует и записывает в технологический журнал:

- температуру газовой фазы на 4 царги колонны,

- дозировку кислот в колонну,

- температуру слабой серной кислоты на выходе из колонны,

- давление пара в общей магистрали,

- температуру кислот, поступающих в колонну,

- разрежение в колонне,

- массовую долю крепкой азотной кислоты и концентрированной на входе в колонну.

В случае отклонения температуры и крепости выходящей азотной кислоты, аппаратчик производит регулирование соотношения кислот.

Ответственность за правильное ведение технологического процесса в отделении концентрации азотной кислоты возлагается на аппаратчика отделения, мастера смены и старшего мастера участка. Состояние воздушной среды в производственных помещениях цеха контролирует газовая лаборатория ЦЗЛ. Контроль производится по графику, утвержденному главным инженером предприятия.

Для улучшения воздушной среды в производственных помещениях, цехом проводятся следующие мероприятия:

- совершенствуется технология производства;

- проводится герметизация оборудования и запорной арматуры;

- осуществляется постоянный контроль за работой приточно - вытяжной вентиляции.

Аналитическая служба - это сложная система, позволяющая получить данные о химическом составе (реже - химическом строении веществ), которые необходимы для материального производства, рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды, научных исследований. Аналитический контроль производства включает в себя практическое применение теории и методов аналитической химии к определению состава конкретных объектов какого-либо производства. До недавнего времени его называли техническим анализом. При этом выделяют следующие частные цели: изучение и оценка состава, управление составом.

Изучение состава - это установление качественного и (или) количественного состава сырья, промежуточных продуктов и готовой продукции. Оценка заключается в установлении соответствия содержания компонента в основной массе вещества определенным требованиям (критериям). Синоним оценки - контроль химического состава веществ. Управление составом состоит в использовании полученных данных для целей производства, например введение добавок реагентов или изменение условий проведения процесса в зависимости от состава сырья или полупродуктов или принятие той или иной схемы переработки сырья.

Рассмотрим подробнее задачи аналитического контроля. Контроль производства служит для проверки качества продукции и хода технологического процесса, для предотвращения брака и обеспечения установленного нормами и техническими условиями качества выпускаемых изделий. Нормы на различную продукцию устанавливаются государственными стандартами. Стандарты подразделяются на следующие категории: государственные общесоюзные стандарты (ГОСТ), отраслевые стандарты (ОСТ), республиканские (РСТ), стандарты предприятий (СТП). Каждый стандарт имеет свой номер и год утверждения и содержит следующие основные разделы: определение и назначение продукта (изделия); технические требования (классификация, свойства и т.д.); правила приемки (отбор пробы для анализа); методы испытаний; упаковка и маркировка. В случае отсутствия стандартов качество определяется временными техническими условиями (ТУ), которые утверждаются министерствами и ведомствами.

В зависимости от объекта аналитического контроля и его цели различают следующие виды анализов, с помощью которых производят оценку химического состава: маркировочные, скоростные, арбитражные. Маркировочные анализы проводят для контроля химического состава и свойств сырья и материалов, поступающих на предприятие. Они предназначены также для объективной оценки работы предприятия. По результатам маркировочных анализов определяют качество полупродуктов и готовой продукции, ее соответствие установленным нормам. Маркировочные анализы должны отличаться большой достоверностью и правильностью, так как на их основе делают технологические и экономические расчеты.

Скоростные (экспрессные) методы применяют при текущем контроле промежуточных и готовых продуктов, с их помощью устанавливают правильность технологического режима. Основное требование, предъявляемое к анализам этого вида, - повышенная скорость, чтобы результаты могли быть своевременно использованы в процессе производства.

Арбитражные анализы производят в случае необходимости получения особенно точных сведений о химическом составе, при разногласиях между заводом-поставщиком и предприятием-потребителем, например по поводу химического состава сырья.

Заключения о качестве вещества основаны на сопоставлении данных анализа, выполненного на предприятии аналитической службой (в лаборатории), с определенными показателями.

При осуществлении контроля химического состава особенно важно получение правильных и достоверных результатов, для достижения которых используют теорию ошибок и математическую обработку результатов анализа. При этом можно исходить из двух общих задач: 1) согласование норм на содержание тех или иных компонентов или стабильности значений содержаний во множестве партий оцениваемых объектов и выявление доли неверно аттестованных партий и 2) индивидуальный контроль отдельной партии. Для решения первой задачи необходим сплошной контроль, а для решения второй - выборочный. Сплошной контроль, т.е. анализ каждой партии, необходим в следующих случаях: а) ответственное назначение продукта; б) высокая стоимость партии; в) недостаточная стабильность контролируемых объектов, например полупродуктов технологического процесса, и др. Точность анализа во всех указанных случаях также лимитирована нормативами. Желательно, чтобы доверительная вероятность составляла 0,99 или 0,95.

При проведении химического анализа используют химические, физико-химические и физические методы в сочетании с химическими, физико-химическими методами разделения и концентрирования элементов. Выбор метода обнаружения или количественного определения компонентов зависит от фазового состояния объекта анализа, его химико-аналитических свойств и способа проведения анализа (мокрым или сухим путем, с разрушением или без разрушения пробы и т.п.). При выборе метода учитывают также требуемую точность определения, чувствительность метода, необходимую скорость проведения анализа, оснащение лаборатории и другие факторы.

Аналитическая служба предприятия (заводская лаборатория) связана с другими службами предприятия и другими организациями, в частности с отраслевыми научно-исследовательскими институтами. Она включает аппаратуру, вещества, производственные площади, обслуживающий персонал, энергетические ресурсы и т.д. Эта сложная система постоянно развивается и совершенствуется, что связано с непрерывным развитием всего народного хозяйства. Постоянно повышаются требования к получению аналитической информации с технической и экономической точек зрения. Аналитический контроль должен характеризоваться небольшой продолжительностью анализа, небольшими затратами рабочей силы и экономией мощности, высокими избирательностью, точностью и чувствительностью определения. Это достигается путем внедрения технических средств аналитического контроля: механизации, инструментальных методов анализа, автоматизации и использования ЭВМ.

10. Вредные производственные факторы

Серная кислота

При попадании на кожи вызывает ожоги (немедленно промыть водой), пары вызывают раздражение верхних дыхательных путей. В тяжелом случае вызывают отек легких.

При попадании на кожу концентрированной серной кислоты необходимо осторожно снять кислоту ватным тампоном, затем промыть обожженные места большим количеством воды, 2 %-ным раствором соды и, смазав вазелином, наложить повязку. В случае вдыхания паров азотной кислоты и газообразных окислов азота пострадавшего прежде всего нужно вывести на свежий воздух, напоить молоком, а в случае необходимости применить кислород.

При термических ожогах с пострадавшего следует осторожно снять обгоревшую одежду, не касаясь обожженных мест. На ожог нужно наложить компресс из 1%-ного раствора марганцовокислого калия (компресс без бумаги). Не следует смазывать такие ожоги маслом и вазелином.

Азотная кислота

При попадании на кожу вызывает долго заживающие раны (ожоги). Пары вызывают раздражение дыхательных путей. ПДК паров HNO3 в пересчете N2O2 - 2мг\м3

При ожогах азотной кислотой необходимо сразу же мыть пораженное место большим количеством воды, затем 2 %-ным раствором соды, смазать вазелином или специальной мазью от ожогов и перевязать.

При попадании под струю кислоты надо быстро сбросить верхнюю смоченную кислотой одежду и принять душ или ванну, которые обычно находятся в цехах вблизи от рабочих мест. В тяжелых случаях поражения следует снимать одежду под душем или в ванне с помощью других людей.

Окислы азота

При отравлении наблюдается изменение состава крови, сосуды расширяются и снижается кровеносное давление. При хронических заболеваниях вызывается бронхит, раннее разрушение зубов. При острых отравлениях: сильный кашель, головная боль, рвота.

11. Рекомендации по охране окружающей среды и утилизации отходов производства

Предприятия отрасли расположены во многих регионах России, крупные комплексы сформировались в Ярославской, Самарской, Волгоградской и других областях. В ряде населенных пунктов России воздействие предприятий отрасли на окружающую среду доминирует.

Многообразие производств и характер используемого сырья, несовершенство технологий, незавершенность производственных циклов и износ основных фондов определяют воздействие химической промышленности на окружающую среду. Отрасль характеризуется большими объемами и высокой токсичностью отходов, выбросов вредных веществ в атмосферу и сбросов сточных вод.

Выбросы предприятий химической промышленности характеризуется наличием в них твердых, жидких и газообразных веществ (выбросы диоксида серы, оксидов азота, оксида углерода в большей степени связаны с работой ТЭЦ и котельных, входящих в состав предприятия комплекса), а также широким перечнем специфических вредных веществ, среди которых можно выделить аммиак, сероводород, серную кислоту и др.

Производственные потребности химического комплекса в воде на 91% удовлетворяются оборотными средствами. Вместе с тем водоемкость химических процессов велика, что приводит к образованию значительных объемов сточных вод. В частности, предприятия отрасли за год сбрасывают в водоемы около 1450 млн. м3 загрязненных сточных вод.

Атмосферный воздух практически не учитывается как природный ресурс, и контроль за его компонентами, за исключением диоксида углерода, не ведется. В тоже время отмечаемое снижение содержание кислорода в промышленных центрах нарушает нормальное клеточное дыхание животного организма, осложняет ведение технологических процессов.

Мониторинг водных ресурсов проводится в рамках государственного водного кадастра. Учет водных ресурсов (кроме подземных) и наблюдение за режимом велись на сети гидрометеорологических обсерваторий, станций и постов Росгидромета по единой в стране системе. Роскомвод обеспечивает на предприятиях, в организациях и учреждениях контроль правильности учета количества вод, забранных из водоисточников, и сброса в них использованных вод, осуществляя учет использование вод.

Мониторинг земельных ресурсов осуществляется как землепользователями, так и государственными землеустроительными органами. Инвентаризация земель, проводится один раз в 5 лет.

Сведения государственной регистрации землепользования, учет количества и качества земель фиксируются в Государственном земельном кадастре.

12. Рекомендации по безопасной эксплуатации производства и охране труда

Основным условием безопасной работы является строгое соблюдение правил ведения технологического процесса согласно технологическим инструкциям и правилам техники безопасности.

При эксплуатации установки аппаратчик концентрирования кислот должен:

- следить за состоянием заземления аппаратуры и коммуникаций;

- следить за наличием защитных кожухов в местах фланцевых соединений трубопроводов, эксплуатация труб без защитных кожухов не допускается;

- вести технологический процесс при работающих приточной и вытяжной вентиляции.

Аппаратчику концентрирования кислот категорически запрещается:

- оставлять без надзора работающую аппаратуру;

- работать на неисправном оборудовании;

- хранить и принимать пищу на рабочем месте.

В целях безопасного ведения технологического процесса необходимо соблюдать следующие требования:

- движущиеся части механизма должны быть ограждены;

- производить ремонт оборудования только при остановках;

- аппаратчик должен иметь при себе противогаз марки «БФК» и работать в очках, резиновых перчатках, суконном костюме, спец. обуви, головном уборе.

Заключение

В период прохождения производственной профессиональной практики

при беседе со специалистами предприятия, цеха

познакомилась с:

правилами внутреннего распорядка цеха;

правилами приема-сдачи смены;

содержанием рабочих инструкций по основным и вспомогательным стадиям.

узнала:

регламент работы цеха;

теоретические основы технологического процесса денитрации серной кислоты;

нарушения в технологическом процессе и методы их устранения.

назначение, устройство и принцип действия оборудования;

обвязку основного и вспомогательного оборудования.

умею:

вычерчивать эскизы оборудования

- выполнять чертеж основного аппарата

– вести расчет по химической реакцией;

знаю:

- свойства, характеристику сырья, готовой продукции, полупродуктов. ГОСТ ы, ОСТ ы, - химизм процесса, обоснование оптимального решения технологического процесса.

- основные стадии технологического процесса, устройство и работу основного и вспомогательного оборудования.

Размещено на Allbest.ru

...