Устройство и принцип работы технологического оборудования гранулирования в производстве аммиачной селитры

Аппаратура для ректификации. Аппараты, служащие для проведения Р., -- ректификационные колонны -- состоят из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара, -- куба и дефлегматора. Колонна представляет собой вертикально стоящий полый цилиндр, внутри которого установлены т. н. тарелки (контактные устройства различной конструкции) или помещен фигурный кусковой материал -- Насадка. Куб и дефлегматор -- это обычно кожухотрубные теплообменники (находят применение также трубчатые печи и роторные испарители).

5.3 Экстракция

Экстракцией называют процессы разделения жидких смесей и извлечения компонентов из твердых веществ при помощи жидкого растворителя (экстрагента), избирательно растворяющего только извлекаемые компоненты.

Экстракция из твердого вещества применяется для извлечения масла из семян, канифоли, скипидара и других продуктов из древесины и т. д. В химической технологии процессы экстракции в системе твердое вещество -- жидкость мало распространены.

Разделение жидкой смеси методом экстракции складывается из следующих процессов:

1) смешение исходной смеси с экстрагентом для создания между ними тесного контакта;

2) разделение двух несмешивающихся жидких фаз (экстракта и рафината);

3) регенерация экстрагента, т. е. удаление его из экстракта и рафината.

Процессы экстракции проводятся чаще всего без подвода или отвода тепла, при обычных (комнатных) температурах. Поэтому для расчета этих процессов не требуется составления теплового баланса.

Устройство экстракторов

По характеру изменения состава жидких фаз экстракционные аппараты можно разделить на две группы:

1) дифференциально-контактные экстракторы, в которых характер изменения состава фаз близок к непрерывному;

2) ступенчатые экстракторы, в которых изменение состава фаз происходит скачкообразно (ступенчато), в каждой ступени осуществляется смешение и разделение (сепарация) фаз.

Экстракторы обеих групп могут быть классифицированы по двум признакам:

a) по способу контакта между сплошной фазой, заполняющей аппарат, и дисперсной фазой, распределяемой в виде капель в сплошной фазе. Контакт между фазами возможен за счет собственной энергии потоков фаз (экстракторы без механических перемешивающих устройств), либо за счет подвода энергии извне (механические 'экстракторы);

б) по виду сепарации фаз, которая может происходить вследствие разности плотностей фаз (гравитационная сепарация) либо под действием центробежных сил (центробежная сепарация).

Экстракторы, в которых смешение и сепарация фаз происходят в поле центробежных сил, называются центробежными.

Роторно-дисковые экстракторы

Наиболее распространенным аппаратом является роторно-дисковый экстрактор (рис. 5). По оси колонны вращается ротор--вал, на который насажены плоские диски, перемешивающие жидкость. Колонна делится на секции кольцевыми перегородками, укрепленными на стенках аппарата, причем диски находятся на середине высоты каждой секции. Движущиеся противотоком жидкие фазы смешиваются в каждой секции и в некоторой степени разделяются при обтекании неподвижных кольцевых перегородок, ограничивающих секции.



Рис. 5. Роторно-дисковый экстрактор:

Достоинством роторно-дисковых экстракторов является сочетание довольно значительной производительности с высокой интенсивностью процесса массопередачи.

5.4 Адсорбция

Адсорбция представляет собой процесс поглощения газов, паров или жидкостей поверхностью пористых твердых тел--адсорбентов.

Процессы адсорбции являются избирательными и обратимыми. Это значит, что каждый поглотитель обладает способностью поглощать лишь определенные вещества и не поглощает (или поглощает лишь в незначительной степени) другие вещества, содержащиеся в газовой смеси или растворе, а поглощенное вещество всегда может быть выделено из поглотителя путем десорбции -- процесса, обратного адсорбции.

Процессы адсорбции протекают в неподвижном или перемещающемся слое зернистого адсорбента, или в кипящем (псевдоожиженном) слое. В последнем случае адсорбенты могут находиться в виде «стационарного» слоя внутри аппарата или циркулировать через аппарат.

Устройство адсорберов

Для проведения процессов адсорбции применяются адсорберы следующих типов:

1) с неподвижным зернистым адсорбентом;

2) с движущимся зернистым адсорбентом;

3) с кипящим (псевдоожиженным) слоем мелкозернистого адсорбента.

Адсорберы с кипящим (псевдоожиженным) слоем мелкозернистого адсорбента.

При проведении адсорбции в кипящем (псевдоожиженном) слое адсорбента гидравлическое сопротивление слоя является весьма малым, поэтому можно создавать скорости газового потока, в несколько раз большие, чем в неподвижном слое адсорбента. Благодаря сочетанию высоких скоростей газа с очень развитой поверхностью фазового контакта можно значительно интенсифицировать процесс адсорбции.

Схемы адсорбционных установок.

Адсорбция производится на установках периодического и непрерывного действия.

Рис. 6. Адсорбционная установка периодического действия:

1--газодувка; 2--газоход: 3--адсорбер: 4--выхлопной газоход; 5--конденсатор; 6--теплообменник.

На установке периодического действия процесс, проводимый в адсорбере, складывается из четырех последовательных операций, или циклов:

1) поглощение (собственно адсорбция),

2) отгонка поглощенного газа из адсорбента (десорбция),

3) сушка адсорбента,

4) охлаждение адсорбента.

В установках такого типа, применяемых для улавливания (рекуперации) паров летучих растворителей, сушку адсорбента иногда проводят продувкой исходной паровоздушной смеси, предварительно нагретой в теплообменнике (на рисунке показан пунктиром), а охлаждение -- холодной паровоздушной смесью. Таким путем совмещают циклы сушки и охлаждения адсорбента с циклом поглощения, что позволяет сократить продолжительность процесса.

5.5 Сушка

Тепловая сушка, или просто сушка, представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространенным способом удаления влаги из твердых и пастообразных материалов и проводится двумя основными способами:

1) путем непосредственного соприкосновения сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов) с высушиваемым материалом -- конвективная сушка;

путем нагревания высушиваемого материала тем или иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло-- контактная сушка.

Сушка производится также путем нагревания высушиваемых материалов токами высокой частоты (диэлектрическая сушка) или инфракрасными лучами (радиационная сушка).

В особых случаях применяется сушка некоторых продуктов в замороженном состоянии при глубоком вакууме -- сушка возгонкой, или сублимацией.

Раздел 6. Вспомогательное оборудование

6.1 Склады для хранения жидких, твердых и газообразных веществ

Большие количества жидкостей, транспортируемых на дальние расстояния, почти никогда не поступают непосредственно к месту потребления. Вначале их направляют на склад, откуда по мере потребности распределяют по производственным цехам.

Для хранения больших количеств жидких продуктов на складах применяются резервуары-хранилища самых разнообразных конструкций, изготовленные из различных материалов, в зависимости от физико-химических свойств хранимых веществ. Наиболее широкое применения в промышленности органических полупродуктов находят хранилища из стали и железобетона.

Стальные хранилища выполняют в виде горизонтальных или вертикальных цилиндрических, реже прямоугольных резервуаров. Горизонтальные или вертикальные цилиндрические резервуары снабжаются сферическими или плоскими днищами в зависимости от способа эвакуации жидкости из хранилищ. Для работы без давления служат резервуары с плоскими днищами, для эвакуации жидкости при помощи сжатого воздуха или вакуума применяются цилиндрические резервуары с выпуклыми или вогнутыми сферическими днищами. Если в вертикальных цилиндрических резервуарах жидкость отстаивается от воды или других примесей, резервуары снабжают коническими днищами.

Внутреннюю поверхность стальных резервуаров защищают различными покрытиями из материалов, стойких к действию хранимых веществ.

Железобетонные резервуары-хранилища применяются для хранения больших количеств минеральных кислот. Их изготавливают большей частью цилиндрическими, реже - прямоугольными. Днища их делают, как правило, плоскими.

Склады для хранения твердых веществ

Организация складов

Основное назначение склада сырых материалов - обеспечить необходимый для бесперебойной работы предприятия запас сырья (от двухнедельного и выше, в зависимости орт характера производства). Склады могут быть открытого, полузакрытого и закрытого, типов, в том числе утепленные. В них хранится до отправки потребителя также и готовая продукция.

Склады открытого типа представляют собой специально оборудованную под открытым небом площадку.

Полузакрытые склады имеют навес, предохраняющий материалы от прямого воздействия атмосферных осадков. На указанных складах могут храниться продукты в герметичной таре и насыпные материалы, качество которых под действием атмосферных осадков мало ухудшатся (уголь, известняк). Склады для штучных товаров должны быть оборудованы подвесными монорельсовыми дорогами с электрической тягой и рольгангами, склады для насыпного материала - мостовыми кранами с грейферными ковшами и транспортерами.

Наиболее рациональными для сыпучих материалов являются заглубленные склады, в которых железнодорожный путь проходит по середине помещения. Они имеют большую вместимость, чем незаглубленные. Если в цехе используют два вида сырья, то они разгружаются по разные стороны от пути.

Транспортная схема предусматривает подачу материала на дробление и дробленого материала обратно на склад для создания аварийного запаса на случай длительного ремонта дробилок.

Склады для хранения газообразных веществ

Для хранения газов используют газгольдеры. Они могут быть низкого давления, избыточное давление газа в которых не превышает атмосферного, и высокого давления с избыточным давлением выше атмосферного. Первые делятся на сухие и мокрые.

Газгольдеры мокрого типа представляют собой металлический колокол, погруженный своей открытой частью в бассейн с водой. Под колокол проведены трубы для подачи и расходования газа. В начальный момент колокол целиком погружен в воду, а при нагнетании газа выдвигается из воды и свободно плавает в бассейне, скользя на направляющих. Высота колокола определяет высоту бассейна. Для больших объемов газа колокол делают составным, причем отдельные звенья его соединяют герметически при помощи гидравлических затворов, высота которых должна быть больше внутреннего избыточного давления в газгольдерах.

6.2 Внешний и внутризаводской транспорт

Внешне заводской транспорт предназначен для снабжения предприятия сырьем, материалами, оборудованием и для вывоза с предприятия готовой продукции и отходов. Операции транспортировки выполняют в этом случае средствами железнодорожного, водного, автомобильного, трубопроводного и конвейерного транспорта.

Железнодорожный транспорт благодаря высокой грузоподъемности, малой зависимости от климатических условий, относительно высокой маневренности и экономичности обеспечивает основной грузопоток. Его используют для перевозки штучных, сыпучих и жидких материалов. Каждый вагон независимо от его назначения состоит из пяти основных частей: двух тележек, рамы, ударно-тяговых устройств, кузова и тормозной системы. Тележки могут иметь от двух до четырех осей. По устройству кузова (тары) различают вагоны крытые, полувагоны, платформы и цистерны. Число осей и масса тары определяют грузоподъемность вагона. Нагрузка на одну ось не должна превышать 30 т (давление на грунт 0, 4 МПа).

Сыпучие материалы, не портящиеся от влаги, перевозят в полувагонах: гондолах, хопперах и думпкарах.

Гондола имеет вертикальные стенки и горизонтальный пол с открывающимися люками. При открывании запорных механизмов люки образуют две наклонные плоскости, по которым большая часть груза ссыпается по обе стороны железнодорожного пути

Xoппер -- саморазгружающийся вагон, кузов которого выполнен в виде бункера с наклонными торцовыми стенками. Разгружается он через люки в днище на обе стороны пути.

Думпкар -- это вагон-самосвал. Разгружается он путем опрокидывания кузова под углом примерно 45° с одновременным откидыванием борта. Опрокидывание кузова осуществляет разгрузочный механизм, включающий в себя четыре пневматических цилиндра, по два с каждой стороны вагона.

Разгрузку думпкара можно производить на обе стороны железнодорожного полотна.

Для транспортировки жидких продуктов применяют железнодорожные цистерны (рис. 10-1), которые представляют собой сварной цилиндрический резервуар, укрепленный на раме четырехосного вагона.

Автомобильный транспорт применяют в основном при малых грузооборотах и на короткие расстояния. Его преимущества по сравнению с рельсовым -- большая маневренность и мобильность. Организация автотранспорта требует меньших капитальных затрат и подготовительных работ.

На расстоянии до 100 км автомобильный транспорт по сравнению с железнодорожным ускоряет доставку в среднем в 20 раз.

Для перевозки штучных грузов используют бортовые автомобили марок КамАЗ, ЗИЛ, Урал и т. д. Доставку сырья из карьеров и вывоз сыпучих отходов осуществляют самосвалами различных марок. При транспортировке на короткие расстояния (1--3 км) больших количеств груза следует использовать большегрузные самосвалы. Например, для вывоза фосфогипса успешно применяют самосвалы марок БелАЗ (рис. 9.2). На небольших карьерах и на отвалах используют автосамосвалы особой конструкции-- думперы, которые отличаются большой маневренностью и имеют малый радиус поворота. Рациональное расстояние транспортирования думперами 1, 5--2 км. В этих условиях их производительность на 20--25 % выше, чем самосвалов. Для стран -- членов СЭВ Венгрия выпускает думперы «Дутра» Г-116 с двигателем мощностью 92 кВт (125 л. с.) и скоростью 50 км/ч с грузом 10 т. С целью предотвращения смерзания груза автосамосвалы снабжают системой обогрева кузова выхлопными газами.

Конвейерный транспорт применяют для доставки сырья с карьеров или рудников и для удаления отходов. Например, ленточными конвейерами подают руду из рудников на калийные фабрики и удаляют галитовые отходы. При характерных для современных условий больших грузопотоках и расположении перерабатывающих предприятий вблизи источников сырья (до 10--20 км) конвейерный транспорт более экономичен, чем железнодорожный или автомобильный.

Примером конвейерного транспорта является также воздушно-канатная дорога (ВКД), используемая, в частности, на содовых предприятиях для доставки карбонатного сырья с карьеров. Вагонетки ВКД (рис. 9.4) по одной движутся по несущему (поддерживающему) канату 6, свободно лежащему на опорах. Тележки / приводятся в движение тяговым канатом 5 от стационарного двигателя. Замкнутый тяговый канат обслуживает оба направления: грузовое и порожняковое. Для приведения его в движение используют систему шкивов. Скорость движения (в зависимости от конструкции ВКД) 1, 5--3 м/с, а расстояние между ними 50---100 м.

6.3 Технологические трубопроводы и запорная арматура

На предприятиях химической промышленности трубопроводы являются неотъемлемой частью технологического оборудования. Затраты на их сооружение достигают 30% от стоимости предприятия. Суммарная длина всех трубопроводов завода составляет десятки и сотни километров.

С помощью трубопроводов передаются продукты в самых различных состояниях: жидкости, пары и газы, пластические и сыпучие материалы. Температура этих сред может находиться в пределах от низких (минусовых) до чрезвычайно высоких, а давление -- от глубокого вакуума до десятков МПа.

Классификация трубопроводов по различным признакам и окраскам:

Обычно трубопроводы классифицируют в зависимости от основного назначения:

1) технологические, служащие для транспортировки различных химических соединений;

2) тепловые и газовые сети, используемые для подвода инертного газа или пара;

3) линии водоснабжения и канализации.

В зависимости от расположения по отношению к оборудованию трубопроводы делят на:

1) внутренние; они располагаются внутри агрегата и связывают в единое целое его отдельные элементы, например трубы котла или теплообменника;

2) внешние; они связывают отдельные агрегаты в единый производственный комплекс.

В зависимости от параметров транспортируемой среды трубопроводы делят на пять категорий, которые подчиняются правилам Госгортехнадзора и Госстроя. Каждая категория трубопроводов характеризуется предельно-допустимыми значениями давлений и температур, причем самые низкие их значения соответствуют первой категории. Так,

1. для транспортировки токсичных веществ применяют трубопроводы только 1-й и 2-й категории,

2. для транспортировки легковоспламеняющихся веществ и горючих газов -- трубопроводы первых четырех категорий,

3. для транспортировки негорючих жидкостей и паров -- трубопроводы всех пяти категорий.

При проектировании к трубопроводам предъявляются следующие требования:

1. надежность и минимум расчетных затрат;

2. унификация узлов и деталей;

3. высокая маневренность (быстрое включение в работу);

4. уменьшение тепловых потерь в трубах;

5. снижение шумовых эффектов;

6. уменьшение длины труб и соответственно гидравлических сопротивлений.

Для нахождения оптимального решения необходимо выполнить вариантные проектные разработки и произвести выбор наиболее выгодного в технико-экономическом отношении варианта.

Основные части трубопроводных систем

К частям трубопроводных систем относятся трубы и их фасонные части, детали для соединения и крепления трубопроводов, компенсаторы температурных удлинений, трубопроводная арматура.

Трубы -- основная часть трубопроводов. Основным составляющим элементом трубопроводов являются трубы того или иного типа и размера, в зависимости от технологического назначения трубопровода.

В трубопроводах используются трубы бесшовные, сварные (с продольным или спиральным сварным швом), ковано-прессованные и кованно-сверленные.

Сварные трубы имеют сварные швы, поэтому они менее надежны и используются для транспортировки воды, сжатого воздуха, газа, пара низкого давления и других веществ при температурах от --15 до +200 °С и давлениях до 1 МПа (обыкновенные) или до 1, 6 МПа (усиленные).

Бесшовные трубы -- цельнотянутые или цельнокатанные -- более надежны и используются для транспортировки самых разных веществ в широком интервале температур (от --180 до 800 °С) и давлений до 200 МПа.

Их изготовляют из стали, чугуна, цветных металлов, стекла, керамики, фарфора, пластмасс, т. е. практически из всех конструкционных материалов химического машиностроения. Наиболее широко применяют стальные трубы.

Назначение и классификация арматуры

Арматура -- это устройства, устанавливаемые на трубопроводах, аппаратах, емкостях и обеспечивающие управление потоком сред.

По функциональному назначению трубопроводную арматуру подразделяют на следующие классы:

1) запорная -- предназначена для перекрытия потока среды (составляет около 80% от всей арматуры);

2) регулирующая -- предназначена для изменения параметров среды (регулирование расхода, температуры, давления и т.д.);

3) предохранительная и перепускная -- предназначена для предотвращения аварийного повышения давления в системе и выпуска избытка среды при повышении давления;

4) защитная (отсечная) -- для защиты оборудования от аварийных изменений параметров среды отключением обслуживающей линии;

5) обратная - предназначена для исключения движения среды в обратном направлении;

6) фазоразделительная -- для удаления конденсата из паро- и газопроводов (конденсатоотводчики);

7) специальная -- указатели уровня, и, пробно-спускные краны и др.

Кроме того, трубопроводную арматуру классифицируют по:

1) передаваемой среде;

2) конструкционным материалам.

В зависимости от способов присоединения к трубопроводу различают арматуру:

1) фланцевую,

2) резьбовую,

3) с концами под сварку.

По способу приведения в действие различают арматуру:

1) приводную - с ручным или механическим приводом,

2) самодействующую, приводимую в действие перемещаемой средой

Наряду с трубопроводной арматурой массового назначения в химической промышленности применяют многие виды арматуры, предназначенные для весьма специфических целей: для работы в условиях сильной коррозии, с загрязненными средами, с застывающими жидкостями и др.

Раздел 7. Методика расчета основного оборудования

7.1 Методика расчета теплообменных аппаратов

Конструкции теплообменных аппаратов весьма разнообразны, однако существует общая методика расчетов, которую можно применять для частных расчетов в зависимости от имеющихся исходных данных.

Существует два вида теплотехнических расчетов теплообменных аппаратов: конструкторский (проектный) и проверочный.

Конструкторский расчет производится при проектировании теплообменного аппарата, когда заданы расходы теплоносителей и их параметры. Цель конструкторского расчета -- определение поверхности теплообмена и конструктивных размеров выбранного аппарата.

Поверочный расчет выполняется для выявления возможности использования имеющихся или стандартных теплообменных аппаратов для тех технологических процессов, в которых используется данный аппарат. При поверочном расчете заданы размеры аппарата и условия его работы, а неизвестной величиной является фактическая производительность теплообменного аппарата. Поверочный расчет производят для оценки работы аппарата при режимах, отличных от номинальных. Таким образом, целью поверочного расчета является выбор условий, обеспечивающих оптимальный режим работы аппарата. Конструкторский расчет состоит из теплового (теплотехнического), гидравлического н механического расчетов.

Последовательность конструкторского расчета. Для выполнения расчета должно быть задано:

1) тип теплообменного аппарата (змеевиковый, кожухотрубчатый, труба в трубе, спиральный и др.;

2) наименование нагреваемого и охлаждаемого теплоносителей (жидкость, пар или газ);

3) производительность теплообменного аппарата (количество одного из теплоносителей, кг/с);

4) начальные и конечные температуры теплоносителей.

Требуется определить:

1) физические параметры и скорости движения теплоносителей;

2) расход нагревающего или охлаждающего теплоносителя на основании теплового баланса;

3) движущую силу процесса, т. е. среднюю разность температур;

4) коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи;

5) поверхность теплопередачи;

6) конструктивные размеры аппарата: длину, диаметр и число витков змеевика, длину, число труб и диаметр кожуха в кожухотрубчатом аппарате, число витков и диаметр корпуса в спиральном теплообменнике и др.;

7) диаметры штуцеров для входа и выхода теплоносителей.

7.2 Методика расчета емкостных аппаратов

При выполнении проекта по технологии производства какого-либо химического продукта возникает необходимость выбора емкостных аппаратов по нормалям и каталогам. Для выбора емкостного аппарата нужно знать его объем, который определяют из материального расчета производства. Если емкостной аппарат применяют для хранения сырья. То общий объем сырья равен полуторасуточному его запасу. Выбирают максимально возможный объем сосуда, подсчитывают количество емкостей и определяют его конструктивные размеры. Наибольшее распространение имеет отношение высоты к диаметру емкости.

В сосудах, предназначенных для хранения промежуточных продуктов, емкость определяют из условия обеспечения бесперебойной работы аппаратов и удобства их маневрирования. В сосудах, предназначенных для отмеривания определенных количеств реагирующих веществ, емкость выбирают в зависимости от количества жидкости, загружаемой на одну операцию реактора.

Для расчета и выбора емкостного аппарата необходимо знать запас хранения жидкости и физические свойства жидкости.

Последовательность расчета реакционных аппаратов с обогревающими или охлаждающими устройствами и мешалками:

1) материальный баланс

2) технологический расчет

3) тепловой баланс

4) определение коэффициента теплоотдачи и теплопередачи

5) определение поверхности теплообмена и размеров рубашки, змеевика или трубчатки

6) механический расчет.

7.3 Методика расчета выпарных аппаратов

Существует два вида тепловых расчетов выпарных установок:

1) проектные

2) поверочные

Проектные тепловые расчеты выполняют при проектировании новой выпарной установки. Основной задачей таких расчетов являются определение поверхности нагрева выпарных аппаратов при некоторых ранее выбранных условиях теплового режима их работы. Поверочные расчеты выполняют при нормировании работы действующих выпарных установок. Основной их задачей является установление оптимального режима работы установки при известной поверхности нагрева выпарного аппарата. Проектирование однокорпусной и многокорпусной выпарных установок состоит из следующих расчетов: теплотехнического; конструктивного, механического, расчета вспомогательного оборудования; экономического.

Последовательность расчета однокорпусного выпарного аппарата.

1) Теплотехнический расчета.

2) Материальный баланс.

3) Тепловой баланс выпарного аппарата.

4) Конструктивный расчет выпарного аппарата.

5) Механический расчет выпарного аппарата.

6) Расчет вспомогательного оборудования.

7) Гидравлический расчет выпарной установки.

8) Экономический расчет выпарных аппаратов.

Последовательность расчета многокорпусной выпарной установки.

Расчет многокорпусного выпарного аппарата включает те же элементы, что и расчет однокорпусного выпарного аппарата, но отличается следующими дополнительными расчетами:

1) Определением количества воды, выпариваемой в каждом корпусе

2) Определением расхода пара в корпусе с учетом отбора экстрапара

3) Определением общей полезной разности температур между корпусами

4) Определением поверхности нагрева корпусов

Существуют следующие методы расчета

А) упрощенный; Б) уточненный; В) общий; Г) графоаналитический.

7.4 Общая схема расчета колонных аппаратов и ректификационных колонн

Целью расчета массообменного аппарата является определение конструктивных размеров, т.е. высоты и диаметра колонны, гидромеханических и экономических показателей ее работы.

Расчет диффузионного аппарата рекомендуется проводить в такой последовательности:

Для расчета должно быть задано:

1) Тип аппарата;

2) Разделяемая смесь и поглотитель (адсорбент, экстрагент, или растворитель, адсорбент).

3) Производительность.

4) Концентрация компонентов на входе и выходе из аппарата.

Требуется определить:

1) Физические параметры смеси.

2) Расход поглотителя или веса чистых компонентов (уравнение материального баланса).

3) Движущую силу процесса.

4) Коэффициенты массоотдачи и массопередачи.

5) Построить кривую равновесия, рабочую линию и число ступеней изменения концентрации.

6) Поверхность фазового контакта и конструктивные размеры.

7) Количество подводимого или отводимого тепла (тепловой баланс)

8) Гидравлическое сопротивление аппарата.

9) Механическую прочность и устойчивость.

10) Экономические показатели работы колонны.

Ректификацией называется процесс разделения жидкой смеси на компоненты, при этом происходит массообмен, т.е. переход вещества из жидкой фазы в паровую, и наоборот. Целью расчета ректификационных колонн является определение основных размеров колонны, размеров внутренних устройств, материальных потоков и затрат тепла.

Для расчета колонны задается производительность по разгоняемой смеси или дистилляту, концентрация низкокипящего компонента в смеси, в дистилляте и кубовой жидкости. По справочникам находят физические свойства компонентов в жидком и парообразном состояниях и таблицу опытных данных об изменении содержания или упругости паров низкокипящего компонента в паровой и жидкой фазах в зависимости от температуры.

7.5 Методика расчета сушилок

Для проектирования сушильной установки должно быть задано:

1) Конструкция сушилки

2) Вид сырого материала, подвергающегося сушке и сушильного агента

3) Производительность

4) Режим сушки( температура сушки, кривая сушки, скорость сушильного агента и др.)

5) Начальная и конечная влажность материала.

Необходимо определить:

1) Основные физические параметры высушиваемого материала и сушильного агента.

2) Выход высушенного материала и количество удаленной влаги (материальный баланс).

3) Расход воздуха (сушильного агента) на сушку (удельный и общий) из баланса влаги.

4) Расход тепла (тепловой баланс сушилки).

5) Размеры сушилки.

6) Продолжительность сушки.

7) Механический расчет основных узлов сушилки.

8) Расчет и выбор вспомогательного оборудования (калорифера, пылеуловителя, вентилятора).

9) Экономические показатели работы сушилок.

7.6 Методика расчета фильтров и центрифуг

При проектировании фильтров выполняют проверочный расчет. По заданной производительности (количеству поданной суспензии на разделение), характеру осадка, содержанию осадка в суспензии и физико-химическим свойствам разделяемых веществ выбирают тип фильтра, выписывают техническую характеристику и проверяют пригодность выбранного фильтра для заданного процесса.

Поверочный расчет состоит из материального, технологического, механического и экономического расчетов. Для проектирования фильтровальной установки должно быть задано:

1) Производительность фильтра ( по количеству суспензии, осадка или фильтрата)

2) Содержание твердой фазы в суспензии

3) Влажность осадка

4) Давление фильтрации

5) Промывная жидкость

Необходимо определить:

1. Основные физические параметры суспензии, фильтрата, осадка и промывной жидкости.

2. Массу осадка и фильтрата из уравнений материального баланса

3. Объем осадка на 1 м² поверхности фильтрации и проверить производительность фильтрата.

4. Время фильтрации

5. Поверхность фильтрации

6. Скорость фильтрации и скорость промывки

7. Выполнить механический расчет:

а) определить расход мощности на привод

б) проверить на прочность основные узлы

8. Подобрать вспомогательное оборудование (вакуум-насос, воздуходувки, ресивер, ловушку-конденсатор и др.)

9. Определить основные экономические показатели работы фильтра.

Технологический расчет состоит из определения основных параметров разделения суспензий и эмульсий, фактора разделения центрифуги, времени цикла фугования, производительности центрифуги, материального баланса, определения удельной массы суспензии, осадка, фильтрата, определения отношения объемной доли жидкой фазы в суспензии и осадке, отношение рабочего объема к полному объему ротора.

Энергетический расчет состоит из определения расхода мощности на сообщение кинетической энергии обрабатываемой суспензии; преодоление трения в подшипниках, преодоление трения барабана о воздух и срез осадка. Подсчитывается мощность, необходимая для нормальной работы центрифуги во время загрузки, среза осадка и холостого хода. По полной мощности, потребляемой центрифугой, подбирается двигатель для привода центрифуги и выполняется механический расчет.

Механический расчет состоит из расчета привода центрифуги и прочностного расчета вала и барабана центрифуги, выбора и проверки подшипников. По данным поверочных расчетов делают вывод о целесообразности использования предварительно выбранной центрифуги и определяют ее экономические показатели.

Задание должно включать производительность центрифуги (по количеству подаваемой жидкости, фугата или осадка), содержание твердой фазы в суспензии или содержание одной жидкости в другой (для эмульсий), физические параметры суспензии или эмульсии, фугата и осадка. Задаются также минимальный размер твердых частиц осадка, конечная влажность осадка и содержание твердой фазы в фугате.

Раздел 8. Устройство и принцип работы технологического оборудования узла упаривания и гранулирования в производстве аммиачной селитры

8.1 Устройство и принцип работы основного оборудования (аппаратов)

Выпарной аппарат поз. 102/1-4.

Предназначен для упаривания растворов аммиачной селитры до массовой доли амселитры не менее 98, 0%. Представляет собой кожухотрубчатый теплообменник с примыкающим к его верхней части сепаратором. Сепаратор служит для разделения парожидкостной эмульсии на плав амселитры и соковый пар.

Сепарационная часть

Диаметр корпуса (внутренний)_ 1600*8мм

Высота корпуса- 2800мм

Теплообменная часть:

Диаметр- 600*8мм

Длина трубок- 700мм

Количество трубок- 279шт.

Материал- нержавеющая сталь Х18Н10Т

Доупарочный аппарат поз. 104?1-3.

Предназначен для доупаривания раствора амселитры до массовой доли амселитры не менее 99, 5%. Состоит из трех частей. Верхняя часть находится над верхней трубной доской. В состав ее входит распределительное устройство, состоящее из распределительной и успокоительной кольцевых перегородок

Средняя часть- теплообменник.

Поверхность теплообменника- 100 мІ

Диаметр корпуса- 1400*10мм

Длина корпуса- 50*3, 5мм

Количество трубок- 223 шт.

Вместимость трубного пространства- 4, 632 мі

Вместимость межтрубного пространства- 4, 632 мі

Нижняя часть имеет распределительное устройство для воздуха, представляющее кольцевой распределитель с отверстиями для ввода под решетку.

Днище аппарата является приемником плава, на нем установлен наружный змеевик. Нижние концы трубок выходят из нижней трубной решетки и на них установлены специальные хвостовики. Материал доупаровочного аппарата- нержавеющая сталь- Х18Н10Т. Аппарат изолирован.

Виброгранулятор поз. 106

Предназначен для получения гранул амселитры. Состоит из гранулятора, псевматического шарикового вибратора, аэрозольного генератора и мотор-редуктора.

Гранулятор состоит из системы лопаток, полового вала, перфорированной корзины и излучателя. Шариковый вибратор предназначен для создания периодических возмущений на поверхности струи, способствующих делению струи на капли одинакового размера. Состоит из корпуса, обоймы шарика и резонатора.

Аэрозольный генератор предназначен для насыщения воздуха парами масла. Представляет сосуд, снабженный барботером.

Мотор-редуктор

Тип АО-2-31-А

Мощность -1, 1 кВт

Материал- разный

Виброгранулятор

Производительность - 30т/час

Число оборотов- 66 об/мин.

Сталь Х18Н9Т

8.2 Устройство и принцип работы вспомогательного оборудования

Напорный бак поз.101

Предназначен для создания постоянного напора раствора аммиачной селитры при подаче в выпарные аппараты поз.102. Работает под переливом, в нижней части имеется 4 штуцера- выводы к выпарным аппаратам.

Характеристика бака

Диаметр- 2200мм

Высота- 2300мм

Вместимость- 12, 5мі

Материал- нержавеющая сталь

Аппарат изолируется.

Бак плава поз. 105/1-3.

Служит для донейтрализации плава амселитры после доупарочного аппарата поз. 104/1-3 газообразным аммиаком до рН не менее 5, 0 и стабильной подачи плава на гранулятор.

Высота- 1200мм

Диаметр- 1200мм

Материал- сталь Х18Н9Т

Вместимость- 1, 25мі

Фильтр плава поз. 138

Предназначен для фильтрации плава от взвесей размером до 0, 4мм.

Высота- 850мм

Диаметр- 620мм

Материал- нержавеющая сталь Х18Н10Т

Вместимость- 0, 3мі

Промыватель сокового пара от содержащихся в нем брызг аммиачной селитры. Аппарат поз. 107/1.2- вертикальный аппарат цилиндрической формы, внутри которого расположены три ситчатые тарелки. На 2-х верхних- уложены охлаждающие змеевики с поверхностью теплообмена 21мі. В змеевики подается охлаждающая вода.

Промыватель работает под вакуумом 61-75кПа(450-550мм рт.ст)

Диаметр- 2600мм

Высота- 4350мм

Вместимость- 18, 5мі

Материал сталь Х18Н10Т

Подогреватель воздуха поз. 110/1-3.

Предназначен для подогрева воздуха, подаваемого вентилятора поз. 111/1-6 в доупарочный аппарат поз. 104/1-3, до температуры 175-185°C

Диаметр- 1000*14мм

Высота- 5380мм

Поверхность теплообменна- 250мІ

Трубки 25*2мм-4000мм

Количество-805шт.

Материал сталь ВМСт. 3сп.

Бак парового конденсата поз. 114

Является напорным баком парового конденсата, предназначенного для промывки аппаратов.

Диаметр- 1400мм

Высота- 1990мм

Вместимость- 2, 0мі

Материал- сталь МВСт. 3сп.

8.3 Подготовка к работе технологического оборудования, инструментов, оснастки

Основная часть оборудования отделения грануляции находится в закрытых помещениях. Наличие легко кристализующихся продуктов (раствор и плав аммиачной селитры) иногда приводит к кристализации некоторых участков.

Обслуживающий персонал обязан постоянно следить за состоянием обогрева технологических линий и аппаратов.

При обнаружении закристаллизованного участка аппаратчик докладывает мастеру смены отделения производства аммиачной селитры, который дает указания по подготовке оборудования к пропарке и руководит работой по пропариванию трубопроводов и аппаратов.

После определения границ закристализованного участка, он должен быть отключен запорной арматурой от действующих коммуникаций и оборудования для предотвращения возможных выбросов среды при пропарке этого участка. На закрытой запорной арматуре необходимо вывесить плакаты «не включать, работают люди».

На отключенном участке (аппарате) открываются все воздушники и дренажи для обеспечения стока пропаренной среды и предотвращения создания высокого давления при прогреве.

Если дренажи и воздушники отсутствуют, необходимо рассоединить один или несколько участков, предусмотреть безопасный способ стока среды при пропарке.

Отогрев осуществляется паром или горячим конденсатом. Применение с целью отогрева открытого огня запрещается.

В случае, если кристаллизация плава наступила по причине плохой проводимости в пароспутнике, пропарку необходимо производить, устранив неисправность в системе обогрева

Отогретый раствор аммиачной селитры необходимо отводить в существующие дренажные сборники. Места сброса среды должны быть ограждены сигнальными знаками.

Закристаллизовавшийся при отпарке плав аммиачной селитры с открытых площадок необходимо затаривать в мешки и отправлять как нестандартную продукцию. Возвращать его в производственный цикл запрещается.

Для пропарки используются резиновые шланги. Резиновые не должны иметь порывов и трещин. При их наличии, поврежденный участок шланга должен быть вырезан и заменен трубной вставкой с обязательным креплением хомутами. Запрещается применение проволочных скруток. Применение с целью отогрева открытого огня запрещается.

Тупиковые участки линий плава аммиачной селитры требуют к себе повышенного внимания, так как они чаще закристаллизовываются. Пропарку этих линий необходимо проволочных скруток. Применение с целью отогрева открытого огня запрещается.

Тупиковые участки линий плава аммиачной селитры требуют к себе повышенного внимания, так как они чаще закристаллизовываются. Пропарку этих линий необходимо проводить с особой осторожностью, не допуская повышения температуры более 185°C, помня, что сильный разогрев может привести к разложению плава.

Не следует открывать подачу пара и конденсата настолько сильно, чтобы возникало «биение» шланга от силы реакции истекающей струи, в результате чего возможно получение ожогов. Подогрев трубопроводов, аппаратов следует осуществлять равномерно, избегая больших температурных изменений. Распаривание участков трубопроводов необходимо проводить с нижних участков вверх, со свободным отводом избыточного давления пара и распаренного раствора.

При пропарке с помощью гибкого шланга работу проводить в индивидуальных средствах защиты лица, глаз и слуха (маска от противогаза, беруши, фартук, прорезиненный), соблюдая при этом все меры предосторожности (надежно закрепить шланг хомутом, при пропарке через стену трубопровода пользоваться паром небольшого давления и т.д), Опасная зона должна быть ограждена.

8.4 Контроль и обеспечение бесперебойной работы оборудования, технологических линий

Определение концентрации раствора.

В цилиндр, ополоснутый анализируемым раствором, отбирают пробу щелоков, опускают ареометр для определения плотности. Для правильности показаний ареометр и термометр не должны касаться стенок цилиндра и соприкасаться между собой. По верхнему мениску отсчитывают показания термометра и ареометра и по таблицам определяют процентное содержание аммиачной селитры в растворе.

Определение концентрации плава по температуре застывания.

Метод основан на зависимости температуры застывания плава от концентрации нём аммиачной селитры: чем выше концентрация, тем выше температура застывания.

Для анализа применяют пробирку из жароустойчивого стекла «пирекс» диаметром 25мм и высотой 125мм. Пробирку помещают в спираль с держателями, изготовленными из нержавеющей стали. Её геометрично закрывают резиновой пробкой, в центр которой плотно вставлен термометр для измерения температур от 0до -200єС. Термометр вставляют в пробку так, чтобы при закрытии ею пробирки ртутный шарик термометра был в центре пробирки и находился на высоте 15мм. Пробирку вставляют в змеевик и закрепляют резинкой. Перед анализом держатель с пробиркой и отдельно термометр нагревают в струе анализируемого плава до температуры не ниже 130єС. Затем быстро набирают в пробирку анализируемый плав, чтобы он занимал половину объёма её, и быстро закрывают пробирку пробкой с термометром. Непрерывно следят за понижением температуры плава, которая понижается со скоростью 1град за 8-10сек. В момент кристаллизации снижение температуры плава прекращается примерно в течение 1мин. Замеряют температуру плава в момент кристаллизации с точностью до 0, 5 град и по ней с помощью номограммы рассчитывают концентрацию плава. Например, температура кристаллизации плава составляет 150єС. Слева но номограмме находят температуру 150єС., а справа - концентрацию плава 98, 4%

8.5 Выявление и устранение отклонения от режимов в работе оборудования, коммуникаций

Неполадки в работе оборудования и нарушения нормального технологического режима объясняются в основном нарушением технологических связей между отдельными аппаратами и стадиями производства, дефектами в аппаратах, коммуникациях, вентилях, задвижках и др.

Понижение температуры парожидкостной смеси после выпарного аппарата второй ступени. Эта неполадка связана с повышением нагрузки, снижением давления пара. Часто она вызывается ухудшением работы конденсатоотводчика. Для устранения этой неполадки греющую камеру выпарного аппарата нужно освободить от конденсата. Плав из гидравлического затвора подают в желоб растворов низкой конденсации, вакуум понижают. Конденсатоотводчик переводят на работу через обводную линию и следят за тем, чтобы при этом не происходило гидравлических ударов. Наблюдают за температурой парожидкостной смеси и при её повышении переводят

Конденсатоотводчик в нормальное рабочее положение. Выпарной аппарат выводят на нормальный технологический режим.

Понижение вакуума в системе. Резкое понижение вакуума обычно вызывается поломками вакуум-насоса. Для устранения этой неполадки надо включить в работу резервный вакуум-насос, после чего остановить работающий. Возможно поступление содержимого гидрозатвора в сепаратор под действием атмосферного давления. При этом гидрозатвор перестаёт работаёт работать, и по трубопроводу из гидрозатвора в сепаратор поступает воздух. Эти неполадки часто возникают при пуске выпарных аппаратов. Для устранения их выпарной аппарат надо остановить и залить гидравлический затвор.

Повышение температуры воды в конденсаторах может быть вызвано понижением концентрации растворов, поступающих в выпарные аппараты второй ступени. В этом случае количество упариваемой из раствора воды увеличивается. Для устранения неполадки надо увеличить количество воды, поступающей в конденсатор, уменьшить количество раствора, поступающего в выпарной аппарат.

Колебание вакуума (пульсация) в системе приводит к понижению упариваемого раствора, увеличению потерь аммиачной селитры со вторичным паром. Для устранения неполадки необходимо найти неплотности и устранить их. Небольшие подсосы до полной остановки аппаратов, коммуникаций устраняются наложением «хомутов» или обмазкой раствором глины с асбестом.

Увеличение потерь аммиачной селитры в сбросных водах связано с повышением или колебанием вакуума в системе, увеличением нагрузки сепаратора по вторичному пару, кристаллизацией коммуникаций. при этом необходимо установить нормальный режим по вакууму, устранить пульсацию его, проверить нагрузку выпарного аппарата и концентрацию раствора, поступающего на упаривание. Если причина неполадки не ясна, для ее установления и устранения выпарной аппарат останавливают.

Повышение температуры парожидкостной смеси после сепаратора выше 165єС может привести к разложению аммиачной селитры. Оно уменьшением нагрузки выпарного аппарата, повышением давления пара, понижением вакуума. Для устранения неполадки необходимо понизить давление пара так, чтобы температура парожидкостной смеси не превышала 165єС, и увеличить количество щелоков поступающих в выпарной аппарат. Если температура смеси не понизится, расплав из гидравлического затвора перевести в аварийный желоб, полностью перекрыть поступление пара в выпарной аппарат, продолжать циркуляцию раствора через него. Затем надо найти и устранить причину повышения температуры парожидкостной смеси.

Понижение уровней растворов в напорных баках. Назначение напорных баков - создавать постоянное давление раствора, поступающего в выпарные аппараты. При опорожнении их возникает много неполадок: унос в выпарные аппараты осевших в напорном баке осадков, периодичность и прекращение поступления упаренного раствора в гидравлические затворы. Опорожнение напорных баков может быть вызвано увеличением нагрузки щелоков на выпарные аппараты, пуском новых выпарных аппаратов, ухудшением работы насосов, подающих растворы в напорный бак. Для устранения неполадки применяют соответствующие меры. Если не включились в работу новые выпарные аппараты или не увеличилась нагрузка на работающие и в сборной ёмкости имеется достаточное количество раствора, необходимо включить резервный насос подачи раствора в напорный бак, отрегулировать выход щелоков из него по переливной линии. В случае опорожнения баков в период пуска новых выпарных аппаратов необходимо уменьшить нагрузку щелоков на выпарные аппараты и, если напорный бак не наполняется, включить резервный насос. С большой оперативностью должна производиться работа по устранению неполадок при внезапном отключение электроэнергии особенно чётко надо провести мероприятия по остановке выпарных аппаратов второй ступени: перекрыть поступление пара выпарные аппараты, вывести плав из гидравлических затворов через аварийный желоб, перекрыть подачу растворов в выпарные аппараты, снять вакуум, разбавить содержимое гидрозатворов горячим конденсатом, слить раствор из аппаратов.

8.6 Подготовка к ремонту и прием оборудования из ремонта

Остановка отдельных выпарных аппаратов первой ступени. Прекращают подачу сокового пара на останавливаемый выпарной аппарат, снимают вакуум и сливают оборудования или коммуникаций вначале включают резервное оборудование или коммуникацию. При отсутствии резервного оборудования или коммуникаций останавливают оборудование и коммуникации, взаимного связанные в работе.

Остановка отделения выпаривания первой ступени.

Прекращают подачу щелоков в выпарные аппараты. Соковый пар из нейтрализаторов полностью выпускают в атмосферу. Задвижку подачи сокового пара перекрывают.

Для снятия вакуума перекрывают подачу воды в конденсаторы, останавливают вакуум-насос, выполняя операции в следующей последовательности: останавливают электродвигатель насоса, перекрывают вентиль на всасывающем патрубке, прекращают подачу воды на сальники и в уравнительный бачок. Полностью снимают вакуум в выпарной системе, открыв вентиль подсоса воздуха. Сливают раствор из выпарных аппаратов, емкостей и коммуникаций. К щелокам, оставшимся в емкостях, для предотвращения кристаллизации добавляют воду до концентрации 40-50%.

Необходимо помнить, что при остановке выпарных аппаратов первой ступени, подсобного оборудования, коммуникаций инертные газы скапливаются во всех аппаратах и коммуникациях, где проходил соковый пар. Для предотвращения образования взрывоопасных смесей после остановки выпарные аппараты, подсобное оборудование, коммуникации отключаются заглушками от возможного источника поступления в них сокового пара и продуваются чистым паром с давлением 0, 2-0, 4 атм из парокотельного цеха.

...