Производство аммофоса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данном курсовом проекте рассматривается отделение сушки и грануляции в производстве аммофоса. Данные процессы осуществляются с помощью барабанной грануляторной сушилки (БГС).

Для интенсификации работы БГС аппарате предлагается наращивание шнека обратного ретура до разгрузочной камеры, в результате этого исключается установка конвейерного транспорта, обеспечивающего подачу мелкой фракции аммофоса в голову аппарата БГС.

Данная работа включает в себя: технологический расчет аппарата БГС; расчеты материальных и тепловых балансов. Кроме того, в работе рассмотрены вопросы аналитического контроля, автоматизации, охраны труда и окружающей среды.

Проект включает в себя графическую часть, состоящую из чертежа БГС и технологической схемы.

Курсовой проект содержит 41 страницу, 8 таблиц и 12 литературных источников.

Содержание

• Введение
• 1. Выбор и обоснование принятой схемы производства
• 2. Характеристика исходного сырья, вспомогательных и побочных материалов, выпускаемой продукции
• 3. Технологическая часть
• 3.1 Теоретические основы процесса
• 3.2 Описание технологической схемы
• 3.3 Расчеты технологических процессов
• 3.3.1 Материальный и тепловой расчет
• 3.3.2 Конструктивный расчет
• 4. Аналитический контроль производства
• 5. Автоматизация технологического процесса
• 6. Охрана труда и окружающей среды
• Заключение
• Список использованных источников информации

Введение

Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, нормального роста и развития растений требуются различные питательные элементы в усвояемой для растений форме. Для пополнения запасов в почве питательных элементов их вносят в почву в виде минеральных удобрений.

В России и за рубежом в настоящее время основными формами удобрений стали фосфаты аммония, и главным образом аммофос, который выпускается в гранулированном виде и используется как для самостоятельного внесения в почву, так и для получения на его основе различных смешанных удобрений.

Удобрения должны иметь такие физико-химические свойства, которые обеспечивали бы полную высокопроизводительную и экономичную механизацию всех процессов обращения с ними. Такими требованиями в наибольшей степени отвечают фосфаты аммония. Поэтому и в перспективе ведущее место среди сложных удобрений будет занимать аммофос.

Объёмы производства аммофоса предопределены особенностями развития фосфатно-сырьевой базы нашей страны: почти весь прирост ресурсов идёт за счёт таких видов фосфатного сырья, на основе которых наиболее эффективно с народнохозяйственной точки зрения выпускать экстракционную фосфорную кислоту и на её основе - аммофос.

Технический прогресс в промышленности минеральных удобрений связан не только с расширением ассортимента и повышением качества продукции, но и с внедрением в промышленность наиболее экономически выгодных способов производства. Характерной чертой современного развития производства фосфатов аммония является создание единичных технологических линий большой мощности.

При нынешнем росте сельского хозяйства в развивающихся странах рынки минеральных удобрений стали расширятся, а также возросли требования к качеству удобрений.

В современных условиях рыночной экономики повышаются требования к состоянию оборудования, эксплуатирующемуся в технологических процессах на производстве. Степень износа морально устаревших машин влияет на производительность, качество продукции, а следовательно и на себестоимость продукции. Это неизбежно сказывается на конкурентоспособности товара, которая является основной характеристикой производства при существующих экономических отношениях. В условиях экономического кризиса России, когда предприятия не имеют возможностей постоянно обновлять оборудование, становится актуальным вопрос о модернизации.

1. Выбор и обоснование принятой схемы производства

Производство фосфатов аммония осуществляется по ретурным и безретурным схемам. В ретурных схемах кратность циркуляции продукта составляет 4 - 6 единиц, в безретурных - не более единицы. Основной недостаток ретурных схем производства фосфатов аммония заключается в том, что в процессе непрерывно циркулирует в 4 - 6 раз больше материала, чем выпускается готового продукта. Это требует значительного увеличения цеховых транспортных средств, дробильно-сортировочного оборудования, повышенных расходов электроэнергии и т.д. В основном производство фосфатов аммония идет по пути создания безретурных схем.

Безретурная схема получения аммофоса с аппаратом БГС является наиболее короткой и компактной. Важны и другие преимущества этой схемы: высокая производительность аппарата БГС, в котором совмещаются три технологические операции (гранулирование, сушка упаренной аммофосной пульпы и возврат мелкой фракции в "голову" аппарата), малая ретурность (до единицы), малая нагрузка на транспортное и классификационное оборудование, а также возможность полной комплектации производства отечественным оборудованием. При получении аммофоса по схемам с аппаратом БГС можно использовать фосфорную кислоту любой концентрации Р ₂0₅. Большим преимуществом схемы получения аммофоса в аппаратах БГС является возможность возврата в процесс жидких отходов.

Схема с аппаратом БГС является более универсальной и позволяет производить любые формы фосфатов аммония. Процесс производства аммофоса по схеме с аппаратом БГС остается устойчивым (его легко регулировать) при колебаниях концентрации исходной кислоты. А также на основе данной схемы возможно создание значительно больших единичных мощностей, чем на основе ретурных схем.

Гранулированный аммофос, полученный по схеме с аппаратом БГС, обладает хорошими физико-механическими свойствами. Высокая прочность гранул и сокращение числа технологических узлов пересылок аммофоса благоприятно сказывается на санитарных условиях труда в цехе (запыленность в цехе очень не значительная).

Производство гранулированного аммофоса с упаркой пульпы и ее грануляцией в аппарате БГС предусматривает замкнутый цикл водооборота (без стоков) и минимальные выбросы аммиака и соединений фтора в атмосферу.

2. Характеристика исходного сырья, вспомогательных и побочных материалов, выпускаемой продукции

Таблица 2.1. Характеристика исходного сырья

Наименование сырья, материалов, полупродуктов	Показатели по стандарту, обязательные для проверки	Регламентируемые показатели
1	2	3
1. Аммиак жидкий синтетический	Массовая доля аммиака, не менее, %	99,6
	Массовая доля воды (остаток после испарения), не более, %	0, 2 - 0, 4
	Массовая концентрация масла, не более, мг/дм 3	8
	Массовая концентрация железа, не более, мг/дм 3	2
2. Кислота серная техническая	Массовая доля моногидрата (Н 2SО 4),не менее, %	92,5
3. Кислота фосфорная экстракционная упаренная	Массовая доля Р 2О 5 в осветленной фазе, не менее, %	52
	Массовая доля сульфатов (SO3), не более, %	4,5
	Массовая доля взвешенных веществ, не более, %	5
	Массовая доля Н 3РО 4 в пересчете на Р 2О 5, не менее, %	52,0
	Массовая доля сульфатов (SO3), не более, %	3,5
	Массовая доля взвешенных веществ, не более, %	4,5
	Массовая доля F, не более, %	0,5
	Массовая доля MgO, не более, %	0,6
4. Природный газ	Давление, кПа (кгс/см 2)	300 - 350 (3,0-3,5) нп 0,2 кгс/см 2
5. Водяной пар на входе в корпус	Давление, не более, кПа (кгс/см 2)	700 (7) нп 0 4 кгс/см 2
	Температура, не более, С	195 5 С
6.Сжатый воздух КИПиА	Давление, кПа (кгс/см 2)	550 - 600 (5,5 - 6,0) нп 0,4 кгс/см 2
7. Пылеподавитель: индустриальные масла	Плотность при 20 оС,, кг/м 3	890-900
	Температура вспышки в открытом тигле, не ниже, оС	200
	Массовая доля воды	следы
	Кинематическая вязкость при 40 оС, мм 2/с	13-75
	Содержание механических примесей	отсутствие
	Кислотное число (КОН), не более, мг	0,03
8. Очищенный ливневой сток	Показатели качества соответствуют Технологическому регламенту водоохранных сооружений I и II зоны
9. Осветленная вода	Показатели качества соответствуют Технологическому регламенту системы гидроудаления фосфогипса: рН	6,0-8,5

Таблица 2.2. Характеристика готовой продукции

Наименование показателей по НТД	Нормы показателей по НТД
	Аммофос на экспорт (контракт)	Аммофос "Экстра" ТУ 2186-22-00203648-97	Аммофос по ГОСТ 18918-85 и ТУ 113-08-642 -90 (Россия)
1	2	3	4
1. Температура отгружаемых удобрений, С	не более 40
2. Массовая доля общих фосфатов, %
3. Массовая доля водорастворимых фосфатов, %		не менее 48	не менее 48
3. Массовая доля усвояемых фосфатов, %	не менее 52	не менее 52	не менее 52
4. Массовая доля общего азота, %	не менее 12	13 1	12 1
5. Массовая доля воды, %	не более 1,5	не более 1,5	не более 1
6. Гранулометрический состав. Массовая доля гранул размером:
- менее 1 мм, %			не более 3
- менее 2 мм, %	не более 3	не более 3
-от 1 до 4 мм, %			не менее 95
-от 1 до 6 мм, %
-от 2 до 5 мм, %	не менее 95	не менее 95
более 6 мм, %
менее 6 мм, %		100	100
7. Статическая прочность гранул, МПа (кг/см 3)	не менее 6 (60)	не менее 6 (60)	не менее 3 (30)
8. Рассыпчатость, %	100 %	100 %	100 %
9. Пылимость, г/т	не более 60

Аммофос представляет собой гранулы белого или серого цвета. В основном состоит из моноаммонийфосфата (МАФ) - NH₄H₂PO₄ (80 - 90%) при небольшом (10 - 20%) содержании диаммонийфосфата (ДАФ) - (NH₄)₂HPO₄, а также в состав аммофоса входят сульфат аммония, фосфаты железа, алюминия, магния, фториды и кремнефториды аммония, фосфогипс. Содержание этих примесей зависит от качества сырья и степени загрязнения исходной фосфорной кислоты твердыми примесями, сульфатами, железом, алюминием, магнием, фтором.

МАФ - устойчивая негигроскопическая соль. При ее нагревании до 100-110С не наблюдается потерь аммиака. При дальнейшем нагревании плавится и легко превращается в подвижную прозрачную жидкость. После длительного выдерживания при 190С наступает незначительное его разложение. При дальнейшем повышении температуры одновременно с аммиаком удаляется вода, поэтому расплав содержит полифосфаты аммония.

Аммофос нетоксичен, пожаро - и взрывобезопасен. Предельно допустимая концентрация пыли удобрений в воздухе рабочих помещений - 6 мг/м³.

Угол естественного откоса аммофоса при влажности 0,8-1,4 % 35-37.

Насыпная плотность гранулированного аммофоса составляет 0,9 - 1,1т/м³ (по экспериментальным данным).

3. Технологическая часть

3.1 Теоретические основы процесса

Фосфаты аммония являются высококонцентрированными удобрениями благодаря большому содержанию питательных веществ, а именно (в вес. %):

	NH3	Р 2О 5
Моноаммонийфосфат NН 4Н 2РО 4	61,7	14,3
Диаммонийфосфат (NН 4)2НРО 4	53,8	23,8
Пирофосфат аммония (NН 4)2Н 2Р 2О 7	67,0	16,0
(NН 4)3НР 2О 7	62,0	22,3
Триполифосфат аммония (NН 4)3Н 2Р 5О 10	68,9	16,5

Отношения N:Р ₂О ₅ составляют для NН ₄Н ₂РО ₄ 5 и для (NН ₄)₂НРО ₄ 1:2,5. В диаммонийфосфате это соотношение является более благоприятным, однако вследствие своей меньшей устойчивости, чем моноаммонийфосфат, один диаммонийфосфат в качестве удобрения не применяется, а используют его смесь с моноаммонийфосфатом. Такую смесь называют аммофосом.

Для увеличения отношения азота к фосфору к смеси фосфатов аммония добавляют какое-либо азотное удобрение, например сульфат аммония. В этом случае смесь называют сульфоаммофосом.

Сырьем для производства фосфатов аммония являются аммиак и ортофосфорная кислота, как экстракционная, так и термическая.

В процессе нейтрализации смеси экстракционной фосфорной и серной кислот аммиаком возможны следующие реакции:

Н₃ РО₄ + NН₃ = NН₄Н₂РО₄ (1)

NН₄Н₂РО₄+ NН₃= (NН₄)₂ НРО₄ (2)

Н₃РО₄ + 2NН₃= (NН₄)₂ НРО₄ (3)

От степени аммонизации фосфорной кислоты аммиаком зависит выпуск различных видов удобрений: аммофоса при мольном отношении NН₃/Н₃РО₄=1,05 - 1,19 и диаммонийфосфата при мольном отношении NН₃/Н₃РО₄= 1,7 - 1,85.

Присутствующие в фосфорной кислоте серная и кремнефтористоводородная кислоты (КФВК) являются носителями азота в удобрениях:

Н₂SО₄ + 2NН₃=(NН₄)₂ SО₄ (4)

3SiF₄ + 3Н₂О= 2Н₂SiF₆+ Н ₂SiO₃ (5)

Н₂SiF₆ + 2NН₃ = (NН₄)₂SiF₆ (6)

НF+NН₃=NН₄ F (7)

При переработке ковдорского апатита (с повышенным содержанием магния) возможно образование нерастворимой соли по следующей реакции:

3MgO+ 3Н₃РО₄ =3MgHРО₄ ·3Н₂О (8)

За счет образования этой соли снижается содержание азотной части в удобрениях. Особенно это заметно при производстве ДАФ.

Присутствующие в фосфорной кислоте примеси железа, алюминия, растворимого кальция образуют в основном средние соли:

Fе₂О₃ + 2Н₃РО₄ = 2FеРО₄ + 3Н₂О (9)

Аl₂О₃ + 2Н₃РО₄ = 2AlРО₄ +3 Н₂О (10)

СаО + Н₃РО₄ = СаНРО₄ + Н₂О (11)

Возможно также образование солей типа Fe, Al NH₄(HPO₄)₂·0.5H₂O, MgNH₄PO₄H₂O и других.

При нейтрализации экстракционной кислоты, содержащей 35-40% Н ₃РО ₄, выход кристаллов, даже при 25°C небольшой, поэтому предпочитают использовать предварительно выпаренную кислоту. При нейтрализации термической фосфорной кислоты (75%- Н ₃РО ₄) количество образующейся твердой фазы весьма велико даже при температуре массы выше 75°С. Этому способствует и испарение части воды за счет тепла реакции. При применении с целью получения аммофоса экстракционной фосфорной кислоты, загрязненной примесями, в процессе нейтрализации ее аммиаком, по достижении рН = 4--5.5, выделяются в осадок фосфаты железа и алюминия. Выделяется также гипс. Эти вещества осаждаются в форме кристаллогидратов (CaS0₄•2H₂0, FeP0₄•2H₂0, Fe₂(S0₄)₃•9H,0 и т. п.), что связано с удалением из раствора некотого количества воды.

Для того чтобы получаемая при нейтрализации пульпа не была слишком густой (это затрудняет поглощение ею аммиака), концентрация исходной фосфорной кислоты не должна быть слишком высокой. Чем больше в кислоте примесей железа и алюминия, тем ее концентрация должна быть ниже для того, чтобы компенсировать убыль воды, переходящей в твердую фазу с осадками, образующимися из примесей. Обычно исходная экстракционная фосфорная кислота, полученная из флотированных фосфоритов, берется с концентрацией 23--26%, Р ₂О ₅, а более чистая кислота из апатитового концентрата - 26-30% Р ₂О ₅.

Фосфаты аммония, получаемые из термической фосфорной кислоты, обладают высокой чистотой, не содержат примесей и используются в основном в пищевой, фармацевтической промышленности или для других технических целей. Концентрация термической кислоты не должна быть выше 77% Н ₃РО ₄.

В настоящее время фосфаты аммония производят несколькими способами, которые отличаются между собой условиями нейтрализации кислоты и процессом кристаллизации готового продукта.

3.2 Описание технологической схемы

Процесс производства аммофоса включает следующие стадии:

1. Прием, хранение и снабжение корпусов основным сырьем:

а) экстракционной фосфорной кислотой;

б) серной кислотой;

в) аммиаком.

2. Нейтрализацию аммиаком смеси фосфорной и серной кислот с получением пульпы фосфатов аммония.

3. Гранулирование и сушку продукта;

4. Рассев (классификацию) высушенных гранул;

5. Дробление крупной фракции;

6. Охлаждение готового продукта;

7. Транспортировку готового продукта на склад;

8. Очистку газов, выбрасываемых в атмосферу;

9. Обеспыливание готового продукта;

10. Транспортировку продукта.

Прием, хранение и снабжение основным сырьем.

Снабжение экстракционной фосфорной и серной кислотой.

Из производства экстракционной фосфорной кислоты упаренная экстракционная фосфорная кислота поступает на склад кислот.

Серная кислота с массовой долей моногидрата не менее 92,5 % поступает в хранилище серной кислоты, откуда при необходимости насосом подается в хранилища фосфорной кислоты.

Дозировка серной кислоты осуществляется по уровню в хранилище. Для выпуска продукта определенной марки готовится смесь кислот согласно дозировочных таблиц в зависимости от содержания Р ₂О ₅, SО ₃, взвесей в исходной фосфорной кислоте. После дозирования серной кислоты осуществляется повторный отбор смеси на анализ.

Смесь серной и фосфорной кислот из хранилищ передается насосами в приемные сборники.

Аммиаком участок аммофоса снабжается со склада жидкого аммиака.

Узел получения пульпы фосфатов аммония.

При нейтрализации (аммонизации) фосфорной кислоты аммиаком образуется суспензия, состоящая в основном из фосфатов аммония (моноаммонийфосфата, диаммонийфосфата, сульфата аммония, фосфатов железа, алюминия, магния и др.), называемая пульпой.

Экстракционная фосфорная кислота из сборников насосами подается в расходные сборники, где смешивается с абсорбционной жидкостью, поступающей от линии нагнетания насосов абсорбционных сборников.

Разбавленная фосфорная кислота насосами из расходных сборников фосфорной кислоты подается на нейтрализацию жидким аммиаком в смесители, где образуется пульпа фосфатов аммония.

Жидкий аммиак со склада аммиака подается в смесители. Объемный расход жидкого аммиака автоматически регулируется клапанами. Процесс нейтрализации фосфорной и серной кислот аммиаком происходит с выделением тепла.

При выпуске аммофоса нейтрализация фосфорной кислоты аммиаком в смесителях проводится до мольного отношения NН ₃/Н ₃РО ₄=1,05-1,19.

Смеситель представляет собой камеру смешения с тангенциальными вводами аммиака и фосфорной кислоты. За счет тангенциальных вводов аммиака и фосфорной кислоты и установке на трубопроводах подачи пульпы в аппараты БГС винтовых завихрителей реакция нейтрализации проходит достаточно полно.

Гранулирование и сушка продукта.

Полученная пульпа фосфатов аммония из смесителей через форсунки поступает на грануляцию и сушку в аппараты БГС.

Сушка гранулированного продукта в аппаратах БГС осуществляется прямотоком дымовых газов, которые получаются при сжигании природного газа в топках - калориферах многорежимных газовых.

После газораспределительного устройства (ГРУ) природный газ поступает в топки.

Расход природного газа в топки замеряется камерными диафрагмами и автоматически регулируется дроссельными заслонками, установленными на трубопроводах подачи природного газа в топки.

Первичный воздух на горение подается вентиляторами.

Расход первичного воздуха замеряется бескамерными диафрагмами и автоматически регулируется шиберами, установленными на газоходах первичного воздуха в топки.

Разрежение на входе в аппараты БГС замеряется пневматическими сильфонными тягонапоромерами и автоматически регулируется шиберами, установленными на всасах вентиляторов.

Вторичный воздух подается вентиляторами в топки для разбавления продуктов сгорания с целью снижения до установленной на входе в аппарат БГС температуры.

Расход вторичного воздуха замеряется бескамерной диафрагмой. Разбавленные дымовые газы поступают в аппараты БГС.

Температура дымовых газов на входе в аппараты БГС измеряется термоэлектрическими термометрами и регулируется изменением положения шиберов, установленных на линиях вторичного воздуха в топки.

Аппараты БГС представляют собой наклонно установленные вращающиеся барабанные сушилки диаметром 4 м, длиной 22 м.

На входе в аппарат БГС установлено переднее подпорное наклонное кольцо, служащее для отбрасывания продукта от газовой камеры БГС. За передним подпорным кольцом расположена подъемно-лопастная насадка, предназначенная для создания по сечению аппарата равномерной ретурной завесы (ретур - циркулирующий в системе продукт).

На расстоянии 11 м от загрузочной камеры БГС установлено подпорное кольцо, предназначенное для поддержания в БГС определенного количества ретура, для предварительной классификации продукта. Крупные гранулы собираются в верхней части кольца и, пересыпаясь через него, направляются из БГС на дробление. Мелкая фракция, собирающаяся в нижней части кольца, возвращается обратным шнеком в "голову" аппарата БГС.

Пульпа фосфатов аммония, подаваемая из смесителей оседает на поверхности гранул ретура, укрупняя их. Готовый продукт из БГС направляется в охлаждающий барабана (ОБ).

Для более эффективной сушки в хвостовой части БГС (после подпорного кольца) имеется насадка, перемешивающая продукт.

На выходе из БГС установлено "беличье" колесо, предназначенное для предварительного дробления крупных комков продукта.

Передвижение гранул по аппарату БГС обеспечивается углом наклона БГС 3 и вращением его со скоростью 4 об/мин.

Большое влияние на процесс гранулирования оказывает температура: повышение температуры и более 125 С при выпуске МАФ приводит к терморазложению удобрений и возможной забивке системы абсорбции.

С понижением температуры снижается прочность гранул, легко разрушающихся в технологическом цикле при транспортировке и хранении.

При недостаточной сушке гранулируемой массы образуется продукт, склонный к налипанию.

Рассев (классификация) высушенных гранул, дробление крупной фракции, охлаждение готового продукта.

Высушенные гранулы продукта из аппаратов БГС элеваторами подаются на грохоты, где происходит разделение на фракции:

- мелкая фракция возвращается конвейерами в головную часть аппаратов БГС для создания ретурной завесы;

- крупная фракция с верхних сит грохотов поступает в дробилки затем на элеваторы и далее подается на рассев;

- основная фракция через конвейеры поступает в аппарат ОБ, работающий в режиме охлаждения;

- готовый продукт с конвейера плужком сбрасывается на конвейер, которым подается в "голову" охлаждающего барабана.

Охлаждающий барабан представляет собой наклонный вращающийся барабанный аппарат диаметром 4 м, длиной 22 м. По всей длине охлаждающего барабана установлена подъемно-лопастная насадка. Охлаждение продукта осуществляется подачей холодного воздуха с улицы противотоком движению продукта. Запыленный воздух из охлаждающего барабана вентилятором направляется на абсорбцию.

Готовый продукт после охлаждающего барабана через узел рассева поступает на конвейер. Мелкая фракция с грохота сбрасывается по течкам в аппарат БГС. Количество готовой продукции с каждого грохота в отдельности и количество мелкой фракции с двух грохотов измеряется преобразователем расхода сыпучих материалов типа ПРСМ.

3.3 Расчеты технологических процессов

3.3.1 Материальный и тепловой расчет

В качестве топлива используется природный сухой газ следующего состава [%об]: 92 СН ₄; 0.5 С ₂Н ₆; 5 Н ₂; 1СО; 1.5N₂.

Теоретическое количество сухого воздуха , затрачиваемого на сжигание 1кг топлива, равно:[7]

, (1)

где составы горючих газов выражены в объемных долях. Подставив соответствующие значения, получим:



Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся таблицей характеристики горения простых газов:[7]

Таблица 3.3.1 Характеристики горения простых газов

Газ	Реакция	Тепловой эффект реакции, кДж/
Водород Оксид углерода Метан Ацетилен Этилен Этан Пропан Бутан Сероводород		10810 12680 35741 58052 59108 63797 91321 118736 23401

Количество тепла , выделяющееся при сжигании 1 м ³ газа, равно:

Плотность газообразного топлива :

, (2)

где: - мольная масса топлива, кмоль/кг;

- температура топлива, равная 20 ;

-мольный объем, равный 22.4 .

Количество тепла, выделяющееся при сжигании 1кг топлива:

, (3)

кДж/кг.

Масса сухого воздуха подаваемого в сушильный барабан, в расчете на 1кг сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха б, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси . Значения б находят из уравнений материального и теплового балансов.

Уравнение материального баланса: [10]

, (4)

где: -масса сухих газов, образующихся при сгорании 1кг топлива;

-массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода, кг/кг.

Уравнение теплового баланса:[10]

, (5)

где: -общий КПД, учитывающий эффективность работы топки и потери тепла в окружающую среду, принимаемый равным 0.95;

-теплоемкость газообразного топлива при температуре 20, равная 1.34;

-энтальпия свежего воздуха, кДж/кг;

-энтальпия сухих газов, кДж/кг; ;

,-соответственно теплоемкость и температура сухих газов: =1.05 , =350;

-влагосодержание свежего воздуха, кг/кг сухого воздуха, при температуре и относительной влажности ;

-энтальпия водяных паров, кДж/кг;

;

-теплота испарения воды при температуре 0 С, равная 2500кДж/кг;

-средняя теплоемкость водяных паров, равная 1.97 ;

-температура водяных паров;

Решая совместно уравнения теплового и материального баланса, получим:

, (6)

Пересчитаем содержание компонентов топлива, при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые:

Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1кг топлива, равно:

Коэффициент избытка воздуха находится:

Общая удельная масса сухих газов, получаемая при сжигании 1кг топлива и разбавления топочных газов воздухом до температуры смеси 350єС [7], равна:

, (7)

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1кг топлива:

, (8)

Влагосодержание газов на входе в сушилку () на 1кг сухого воздуха равно:

(9)

откуда

Энтальпия газов на входе в сушилку:

, (10)

Поскольку коэффициент избытка воздуха велик, физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха .

Производительность установки по влажному материалу:

G_h=G_k=5,46 кг/с,

где G_k - производительность по сухому материалу, кг/с;

_н и _к - начальная и конечная влажность высушиваемого материала, %.

Из уравнения материального баланса сушилки определим расход влаги W, удаляемый из высушиваемого материала:

, (11)

Таблица 3.3.2 Материальный баланс сушилки

Приход	Расход
№	Статьи прихода	кг/с	%мас	№	Статьи расхода	кг/с	% мас
1	Пульпа аммофоса, в т.ч.: аммофос вода	5,46 4,095 1,365	100 75 25	1	Готовый продукт, в т.ч.; аммофос вода	4,16 4,0976 0,0624	100 98,5 1,5
				2	Пары Н 2О в выхлопных газах	1,303
Итого:	5,46	100	Итого:	5,46	100

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:

, (12)

где: -разность между удельным приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере;

-теплоемкость влаги во влажном материале при температуре , ;

-удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту

-удельный расход тепла в сушилке с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае

-удельный расход тепла в барабане с высушываемым материалом, кДж/кг влаги,

(13)

где -теплоемкость высушенного материала, равна 1,26 ;

-температура высушенного материала на выходе из сушилки. При испарении поверхностной влаги принимается приблизительно равной температуре мокрого термометра при соответствующих параметрах сушильного агента. , [10]

-удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испаренной влаги, кДж/кг влаги.

(14)

кДж/кг влаги;

кДж/кг влаги;

Для построения рабочей линии сушки на диаграмме необходимо знать координаты ( и ) минимум двух точек. Координаты одной точки известны: и . Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением и определим соответсвующее значение . Пусть кг влаги/кг сухого воздуха. Тогда:

кДж/кг сух. воздуха.

Через две точки на диаграмме (рис.9.2 [13]) с координатами, и , проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром . В точке пересечения линии сушки с изотермой находим параметры отработанного сушильного агента кг/кг, кДж/кг.

Расход сухого газа:

, (15)

кг/c.

Расход сухого воздуха:

, (16)

кг/c.

Расход тепла на сушку:

, (17)

кДж/с или 5943,6 кВт.

Расход топлива на сушку:

, (18)

кг/с;

Таблица 3.3.3 Тепловой баланс сушилки

Приход	Расход
Наименование статей прихода	кДж	Наименование статейрасхода	кДж
1. Сушильным агентом Lc.г.*J1	6545,3	1. С отраб. газами L*J2	4998
2. С материалом Gk*Cm*Q1	235,9	2. С высушенным материалом Gk*Cm*Q2	498
3. С влагой материала W*Cв*Q1	245,7	3. С испаренной влагой W*J2	553,8
		4. Потери Q	913,5
Итого:	7026,9	Итого:	6963,3

3.3.2 Конструктивный расчет

Основные размеры барабана выбираются по нормативам и каталогам -справочникам в соответствии с объемом сушильного пространства. Объем сушильного пространства V складывается из объема , необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги, и объема , требуемого для проведения процесса испарения влаги,[10] т.е.

, (19)

Объем сушильного пространства барабана может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи: [1]

, (20)

где: -средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/;

-объемный коэффициент массопередачи, 1/с.

При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи равен коэффициенту массоотдачи

Для барабанной сушилки коэффициент массоотдачи может быть вычислен по эмпирическому уравнению: [10]

, (21)

где:-средняя плотность сушильного агента, кг/;

-теплоемкость сушильного агента при средней температуре в барабане, равная 1 ;

-степень заполнения барабана высушиваемым материалом, %;

-давление при котором осуществляется сушка, Па;

-среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па.

Размер частиц высушиваемого материала от 2 до 4 мм, насыпная плотность 700-1100 кг/. Принимаем скорость газов в барабане .[10]

Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане

практически соответствует плотности воздуха при этой температуре:

, (22)

.

;

При этом, частота вращения барабана n=4 об/мин. [1, 4]

Степень заполнения барабана высушиваемым материалом для различных конструкций перевалочных устройств различна. Для рассматриваемой конструкции сушильного барабана .

Процесс сушки осуществляется при разряжении, т.е. при

Парциальное давление водяных паров в сушильном барабане определим как среднеарифметическую величину между парциальными давлениями на входе газа в сушилку и на выходе из нее.

Парциальное давление водяных паров в газе определим по уравнению:

, (23)

Тогда на входе в сушилку:

;

на выходе из сушилки:

;

Откуда

, (24)

.

Таким образом, объемный коэффициент массоотдачи равен:

Расход тепла равен:

, (25)

;

Объемный коэффициент теплопередачи определяют по эмпирическому уравнению [5]:

, (26)

;

При отсутствии расчетных зависимостей для определения коэффициентов массо- и теплопередачи объем сушильного аппарата может быть ориентировочно определен с помощью объемного напряжения по влаге , кг/().

При использовании величины объем сушильного аппарата расчитывают по уравнению:

, (27)

Значения для некоторых материалов, полученные из опытов, приведены в таблице Х.2.[10].

;

Выбираем [10, 11] барабанную сушилку с объемом сушильного пространства 276, внутренний диаметр 4м и длина 22м.

Определим действительную скорость газов в барабане :

, (28)

Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана

, (29)

где: -среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг сухого воздуха.

, (30)

кг/кг;

;

Тогда ;

Далее определим среднее время пребывания материала в сушилке [10]:

, (31)

Количество находящегося в сушке материала равно:

, (32)

кг;

Отсюда ;

Зная , рассчитаем угол наклона барабана:

, (33)

;

Проверяем допустимую скорость газов, исходя из условия, что частицы высушиваемого материала наименьшего диаметра не должны уносится потоком сушильного агента из барабана. Скорость уноса, равную скорости свободного витания W_св, определяется по уравнению [10]:

, (34)

где _ср и _ср - вязкость и плотность сушильного агента при средней температуре;

- наименьший диаметр частиц материала, м;

- критерий Архимеда;

₄ - плотность частиц высушивания материала, равная для аммофоса 1540 кг/м ³ [4].

;

Скорость уноса:

м/c;

Рабочая скорость сушильного агента в сушилке W_Д =1,81 м/с меньше, чем скорость уноса частиц наименьшего размера W_y=6,6м/c.

4. Аналитический контроль производства

Таблица 4

Наименование стадий процесса, места измерения параметров или отбора проб	Наименование и позиция контролируемого параметра	Способ контроля и управления	Нормы и технические показатели	Методики и средства контроля	Кто контролирует
1	2	3	4	5	6
1. Продукт на пересыпке конвейеров (автоматический пробоотборник)	1. Массовая доля общего азота	1 раз в смену	не менее 12,0 %	Объемный ГОСТ 18918 ГОСТ 30181.8-94 Д =+ 0,1 %	Автоматический пробоотборник. Анализ - лаборант ЦЛАК
	2. Массовая доля общих фосфатов	3 раза в смену	не менее 52,0 %	Фотоколориметрический ГОСТ 18918, ГОСТ 20851.2 -75, Д =+ 0,2 %
	3. Массовая доля воды	3 раза в смену	не более 1,5 %	Весовой ГОСТ 18918 Д =+ 0,1 %
	4. Мольное отношение NH3/Н 3РО 4	3 раза в смену	1,05 - 1,19	Объемный №421-А-45-98 Д =+ 0,01
2. Продукт с конвейера	1. Температура	3 раза в смену	не более 65 оС	Физический Термометр по ГОСТ 28498 или по ТУ 25-2021.003-88 Д =+ 1 оС	Отбор производит аппаратчик, измерение - лаборант ЦЛАК
3. Аммофос	1. Массовая доля общего азота	проба на партию	не менее 12,0 %	Объемный ГОСТ 18918, ГОСТ 30181.8 - 94 Д= + 0,1 %
	2. Массовая доля усвояемых фосфатов	проба на партию	не менее 52,0 %	Фотоколориметрический ГОСТ 18918 ГОСТ 20851.2 -75, Д =+ 0,2 %	Отбор производит аппаратчик, измерение - лаборант ЦЛАК
	3. Массовая доля воды	проба на партию	не более 1,5 %	Весовой ГОСТ 20851.4-75, Д =+ 0,1 %
	4.Гранулометрический состав: Массовая доля гранул размером: менее 2 мм 2-5 мм более 6 мм	проба на партию	не более 3 % не менее 95% 0 %	Весовой ГОСТ 18918 Д =+ 0,7 % ГОСТ 21560.2-82 Д =+ 0,3%	Автоматический пробоотборник. Анализ - лаборант ЦЛАК
	5. Пылимость	проба на партию	не более 60 г/т	Весовой МВИ № 421- А- 60-01, Д =+ 5,1 г/т (диапазон 10,0-40,0 г/т) Д =+ 12 г/т (диапазон св.40 до 150 г/т)	Автоматический пробоотборник. Анализ - лаборант ЦЛАК
	6. Массовая доля SO3	проба на партию	не менее 5 %	Нефелометрический МВИ № 421-А- 57-99 Д =+ 0,3% (диапазон 4,5-8%)	Автоматический пробоотборник. Анализ - лаборант ЦЛАК
	7. Массовая доля индустриального масла	проба на партию	0,3-0,4 %	Спектрофотометрический МВИ № 421-А-64-00 Д =+ 0,03 % Весовой = 15 отн.
	8. Статическая прочность гранул	1 раз в 10 дней	не менее 6 МПа	Физический ГОСТ 21560.2-82 Д= + 0,45 МПа

5. Автоматизация технологического процесса

В данном разделе рассмотрена автоматизация аппарата БГС и системы очистки газовых выбросов. Для качественного ведения процесса необходимо регулировать и контролировать ряд параметров. Для создания САУ применим компактный многоканальный многофункциональный высокопроизводительный микропроцессорный контроллер РК 131/300 (г. Чебоксары), работающий в комплекте с ПЭВМ. РК 131/300 может работать как автономное устройство управления, так и в составе локальной управляющей сети.

Кроме того, проектом предусмотрено, что информация о значениях параметров поступает на пульт управления инженера-технолога, причем информация о ходе технологического процесса может фиксироваться на видеотерминале; наиболее важная часть информации выводится на печатающее устройство. Поступающая информация анализируется инженером-технологом, и при необходимости им вносятся коррективы в процесс управления. В качестве датчиков выбраны преимущественно датчики фирмы "Метран"; в качестве исполнительных механизмов и регулирующих органов - пневматические клапаны с пневмоприводом.

Таблица 5

№	Регламентируемый параметр, величина	Место отбора измерительного импульса
1	Температура дымовых газов (545 - 555 оС)	На входе в аппарат БГС
2	Соотношение расходов: природный газ - воздух	Перед топкой
3	Температура дымовых газов (85 - 115 оС)	На выходе из аппарата БГС
4	Разряжение дымовых газов (-40 - -180 Па)	На входе в аппарат БГС
5	Перепад давлений (мах 3 кПа)	В абсорбере
6	Температура хвостовых газов (50 - 70 оС)	После абсорбера
7	Температура абсорбционного р-ра (50 - 60 оС)	В абсорбере
9	Плотность абсорбцион. р-ра (мах 1450 кг/м 3)	В сборнике
10	Расход аммофосной пульпы	На входе в аппарат БГС
8	Расход абсорбцион. р-ра (min 80 м 3/ч)	В абсорбере

6. Охрана труда и окружающей среды

Производство сложных удобрений относится к числу вредных химических производств, принадлежащих к первому классу опасности в соответствии с установленной классификации. Предприятие расположено, как того требуют санитарные нормы, за пределами санитарно-защитной зоны. фосфат аммоний грануляция автоматизация

Процесс получения гранулированного аммофоса основан на методе нейтрализации аммиака фосфорной кислотой.

При нарушении технологического режима и авариях возникает опасность выделения вредных газов (аммиака, фторсодержащих соединений), пролив фосфорной кислоты, и следовательно, возможность отравления и ожогов. К неблагоприятным факторам производственной среды также относятся шум, вибрация.

К травмоопасным факторам относятся следующие факторы: электрический ток (напряжение), движущиеся части оборудования, агрессивные вещества, взрывопожарные вещества.

В производствах, где есть вредные и тяжелые условия труда, трудовое законодательство предусматривает для работающих систему льгот и компенсаций: для рабочих, которые непосредственно работают в производстве, то есть аппаратчики, лаборанты предусматривается лечебно-профилактическое питание, дополнительный отпуск, бесплатную выдачу спецодежды и средств индивидуальной защиты, регулярные медицинские осмотры, льготное пенсионное обеспечение.

Технологический процесс получения аммофоса путем нейтрализации аммиака фосфорной кислотой связан с использованием вредных веществ, которые могут поступать в воздух рабочей зоны в результате испарения с открытых поверхностей, утечки через неплотности технологического оборудования и арматуры, при разгерметизации аппаратов, при неисправности вентиляционной установки и др. Приоритетным путём поступления токсичных веществ в организм человека является ингаляционный (через органы дыхания). Степень опасности воздействия вредных веществ на организм человека зависит от природы вещества, его агрегатного состояния, полученной дозы, внешних факторов окружающей среды (микроклиматических параметров) и индивидуальных особенностей организма. Для снижения нежелательных последствий (хронических и острых отравлений) необходимо провести оценку степени опасности веществ, используемых и получаемых в разрабатываемом технологическом процессе. Данные по этой оценке представляем в виде таблицы 6. Вследствие наличия на производстве вредных и опасных веществ необходимо предусмотреть соответствующие меры безопасности, а именно: для удаления из воздуха рабочей зоны токсичных паров и газов предусмотреть вентиляцию, для проведения работ в условиях аварийных ситуаций необходимо использовать СИЗ органов дыхания, зрения и кожных покровов: костюм хлопчатобумажный, кепи хлопчатобумажное, костюм для защиты от кислот концентрации 50-80 %, куртка с пристегивающейся подкладкой, подшлемник, ботинки с повышенными берцами на резиновой подошве, перчатки хлопчатобумажные с точечным полимерным покрытием, противогаз марки "М", защитная каска, щиток.

Таблица 6 Характеристики токсичности вредных веществ на производстве [2-7]

Наименование сырья, полупродуктов, готовой продукции, отходов производства	ПДКрз мг/м3.	ПДКмр мг/м3	ПДКсс мг/м3	Класс опасности	Характеристика токсичности (воздействие на организм человека)	Методы контроля	СИЗ
1	2	3	4	5	6	7	8
Аммиак	20	0,2	0,04	IV	Газ. При небольших концентрациях - легкое раздражение глаз, слизистой оболочки носа, легкая тошнота и головная боль, потливость и боль в груди. При высоких концентрациях - слезотечение, удушье, боли в желудке, рвота, отек легких. Возможен химический ожог глаз и верхних дыхательных путей.	Экспресс-метод газовой хроматографии	Противогаз марок ''В'' и ''ВКФ'', пылегазовые респираторы марки ШБ-1 ''Лепесток'', респиратор НТГ-67. Перчатки из щелочностойкой резины, спецодежда из плотной ткани.
Фосфорная кислота Н3РО4 75%	1,0	0,5	0,05	II	Ядовитая жидкость, вызывает химические ожоги, воспалительные заболевания кожи. Пары фосфорной кислоты раздражают верхние дыхательные пути, вызывают носовое кровотечение, сухость в носу и глотке крошение зубов.	Объемный МВИ №9 1 %	Противогаз марок ''В'' и ''ВКФ'', пылегазовые респираторы марки ШБ-1 ''Лепесток'', респиратор НТГ-67. Суконная спецодежда, резиновые сапоги и перчатки.
Газообразные соединения фтора (H2SiF6)	0,05	0.02	0.005	1	Газ. Сильно раздражает верхние дыхательные пути. При высоких концентрациях появляется раздражение глаз, слизистых оболочек носа, десен гортани и бронхов.	Экспресс-метод газовой хроматографии	Суконный костюм. Противогаз марок ''В'' и ''ВКФ'', пылегазовые респираторы марки ШБ-1 ''Лепесток'', респиратор НТГ-67.

Заключение

В данном курсовом проекте предложено провести модернизацию сушилки барабанного типа. Сушилка содержит обратный шнек для подачи ретура в голову барабана, из которого в свою очередь образуется завеса ретура на которую напыляется пульпа аммофоса. Если увеличить плотность завесы ретура можно будет увеличить подачу пульпы в барабан, установив два трубчатых реактора, что повлечет увеличение производительности.

Увеличить плотность завесы ретура можно только увеличив подачу оного в голову барабана. Для увеличения подачи ретура в голову барабана требуется модернизация обратного шнека, а в частности шнека внутреннего ретура который подает мелкую фракцию гранул с внутреннего конуса - классификатора. Увеличив проходное сечение заборника и шнека будет увеличена подача ретура в голову барабана, а следовательно увеличится и производительность аппарата БГС.

Модернизация сушильного отделения заключается в замене обратного шнека внутреннего ретура на шнек большего проходного сечения, что повлечет за собой увеличение производительности сушильного отделения и снижение расходных норм на энергоресурсы.

В ходе работы рассчитаны материальный и тепловой балансы процесса сушки. По полученному рабочему пространству аппарата БГС рассчитаны основные размеры барабанной сушилки, длина сушилки 22м, диаметр 4м производительностью до модернизации 15т/ч, а после модернизации 19,3т/ч (повышение производительности на 15%).

Произведен конструкционный расчет аппарата БГС служащего для сушки и гранулирования аммофоса, а также рассмотрены вопросы охраны труда и окружающей среды, аналитического контроля, автоматизации технологического процесса.

Список использованных источников информации

1. Технологический регламент производства гранулированного аммофоса.

2. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Под общей редакцией д - ра техн. наук проф. М.Ф. Михалева. Л.: Машиностроение. 1984. 303с.

3. Генкин А.Э. Оборудование химических заводов":М.: Высшая школа. 1986. 280 с.

4. М.Е. Позин. Технология минеральных удобрений.- Л.:Химия, 1965.- 432 с.

5. Расчёты по технологии неорганических веществ. Под ред. доктора технических наук профессора П.В. Дыбиной. .- М.: Высшая школа, 1967.- 296 с.

6. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. - Л.: Химия, 1981. -560 с.

7. Расчеты по технологии неорганических веществ. Под ред. М.Е. Позина. Л., "Химия", 1977.

8. Технология фосфорных и комплексных удобрений. Под ред. С.Д. Эвенчика и А.А. Бродского. Москва, "Химия", 1987, 464 с.

9. Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров, врачей / Под ред. Н.В. Лазарева, Э.Н. Левиной.- М.:Химия.-1976-77. Т....