Курсовая работа (т): Технологический процесс производства сульфата аммония

Для предотвращения уноса воды в атмосферу, в скруббере предусмотрена осушающая насадка. По мере забивания насадки производится ее промывка через промывочную форсунку.[3]

сульфат аммоний абсорбция

,2 - абсорбер; 3,4 - кислотная ловушка; 5,7 - циркулирующие сборники подачи;6,8 - циркулирующие сборники возврата; 9 - бак грязного конденсата; 10 - испаритель; 11 - сборник грязного конденсата;12 - центрифуга;13 - скруббер обеспыливания;14 - барабанная сушилка; 15 - питающий сборник;16 - сборник чистого конденсата; 17,18 - напорный бак серной кислоты,19 - транспортёр;20 - бак с серной кислотой; 21 - пароэжектор; 22 - конденсатор

Рисунок 2 - Технологическая схема аммиачно-сульфатного отделения

3.     
Выбор и конструкция основного аппарата

Аммиачный абсорбер

Абсорбер, показанный на рисунке 3, состоит из цилиндрического вертикального корпуса 2, в средней части которого установлены отбойники 3 и радиально-целевой распределитель газа 4. Они делят газовое пространство на две секции.

Первая и вторая секции абсорбера разделены между собой горизонтальной тарелкой, имеющей ряд колпачков и систему отбойников, расположенных под тарелкой, для задержки увлеченных капель жидкости из первой секции во вторую. Эти отбойники устанавливают под углом 45° к потоку газа и крепят в верхней части нижней секции абсорбера.

Увеличение поверхности контакта между коксовым газом и раствором серной кислоты достигается за счет распыливания раствора форсунками 5. В первой секции под отбойником установлено восемь форсунок диаметром 36 мм. Первая секция орошается 1% раствором серной кислоты. Вторая секция (над распределителем газа) орошается 10-12% раствором, который подается через восемь форсунок диаметром 36 мм и одну форсунку диаметром 80 мм. Все форсунки за исключением верхней, обеспечивают разбрызгивание раствора мелкими каплями, а верхняя дает крупные капли для уменьшения уноса жидкости из абсорбера в кислотную ловушку.

Коксовый газ поступает в абсорбер через штуцер Д, проходит снизу вверх и выходит через штуцер В. Раствор к форсункам подается в штуцеры Б. Штуцеры Ж и Е предназначены для удаления раствора из первой, а штуцер Г - из второй секции. На корпусе абсорбера имеются монтажные люки А.

Корпус абсорбера изготавливается из стали 10Х17Н13М3Т или Ст3 изнутри абсорбер футеруется кислотоупорным кирпичом. Все детали внутри абсорбера изготавливаются из кислотостойких сталей. Абсорбер имеет кольцевую опору 1, которой он устанавливается на кольцевой железобетонный фундамент. [5]

- кольцевая опара; 2 - корпус; 3 - отбойник; 4 - радиально-целевой распределитель газа; 5 - форсунки. А, Б, В, Г, Д, Ж, Е - штуцера.

Рисунок 3 - Абсорбер для улавливания аммиака из коксового газа

.       
Расчет основного аппарата

Материальный баланс аммиака

Материальный баланс аммиака (кг/ч) имеет следующий вид:

Таблица 1 - Материальный баланс аммиака

Расчет произведен на 100000 м³/час коксового газа.

Для поглощения 761 кг/ч аммиака необходимо подать серной кислоты в моногидрате 761 2193 кг/ч; при этом образуется сухого сульфата аммония 761 + 2193 = 2954 кг/ч, а с влажностью 2%:  кг/ч.

Расход 94%-ной серной кислоты составит:  кг/ч, из них моногидрата серной кислоты 2193 кг/ч, воды 140 кг/ч.

Для упрощения расчета пренебрегаем содержанием серной кислоты и пиридиновых оснований в отфугованном сульфате аммония. [3]

.1      Материальный и тепловой балансы абсорбера 1-й ступени

Приход:

. Коксовый газ. В абсорбер 1-й ступени поступают коксовый газ из нагнетателя и аммиачно-водяные пары из дефлегматора в количестве (табл. 2), кг/ч:

2. В абсорбер поступает циркулирующий раствор из сборника 1-й ступени абсорбера. Обозначим это количество через G₁.

Таким образом, общий приход равен 55309 + G₁ кг/ч.

Таблица 2 - Приход коксового газа в 1- ю ступень абсорбера

Расход:

. Коксовый газ. Из имевшихся в коксовом газе 704 кг/ч аммиака поглощается 662 кг/ч и остается в газе 42 кг/ч.

Количество водяных паров, выходящих с газом из 1-й ступени абсорбции, можно определить исходя из того, что за счет тепла нейтрализации происходит нагрев газа до 58, то есть до температуры поступающего раствора, и испарение соответствующего количества воды. Обозначим это количество через G_в:

где  - тепло, вносимое коксовым газом, кДж/ч;

 - тепло, внесенное аммиачно-водяными парами, кДж/ч;

 - тепло реакции нейтрализации, кДж/ч;

 - тепло, уносимое сухим газом, кДж/ч;

 - температура газа на выходе из абсорбера,  = 58.

Тепло, вносимое коксовым газом при 50:

 = 16 435 756 кДж/ч.

Тепло, вносимое аммиачно-водяными парами из дефлегматора при 95 равно:

 = (254 · 0,508 + 70 · 0,24 + 83 · 0,418) · 95 · 4,19 + 1239 · 4,19 · (595 + 0,44 · 95) = = 3 378 435 кДж/ч.

Тепло реакции нейтрализации аммиака

 = кДж/ч,

где 46700 - тепло реакции нейтрализации, ккал/ч серной кислоты.

Тепло, уносимое сухим коксовым газом при температуре 58:

 = (42 · 0,508 + 1501 · 0,298 + 83 · 0,418 + 3036 · 0,246 + 45000 · 0,7) · 58 · 4,19 = = 7 963 464 кДж/ч.

Тогда:

Таким образом, общее количество газов, выходящих из 1-й ступени абсорбера во 2-ю, равно (табл. 3):

Таблица 3 - Выход газа из 1 -й ступени абсорбера

2. Циркулирующий раствор. Количество циркулирующего раствора, выходящего из 1-й ступени абсорбера, обозначим G₂, кг/ч. Тогда общий расход равен 55761,5 + G.

Приравнивая приход и расход, получим:

+ G = 55761,5 + G, или G = G + 452,5.

Второе уравнение для определения G и G получим исходя из значений концентрации серной кислоты на входе и выходе из 1-й ступени абсорбции и количества расходуемой серной кислоты в 1-й ступени.

Принимая концентрацию поступающего раствора 1,6% и выходящего 1%, получим уравнение:

 + G_к,

где G_к - количество кислоты, расходуемой в 1-й ступени абсорбера, кг/ч.

Для связывания в 1-й ступени абсорбера 662 кг/ч аммиака необходимо израсходовать серной кислоты 1908 кг/ч. Однако при разложении сульфата пиридина, поступившего из 2-й ступени, освобождается серной кислоты 35,5 кг/ч.

Поэтому G_к = 1908 - 35,5 = 1872,5 кг/ч.

Таким образом, 1,6G = G + 187250.

Решая приведенные два уравнения с неизвестными G и G₂, получим

G = 311329,5 кг/ч и G = 310877 кг/ч.

Объем поступающего раствора при плотности 1,24 кг/л будет равен

 нм³/ч.

Таблица 4 - Материальный баланс 1-й ступени абсорбции, кг/ч

Таблица 5 - Тепловой баланс 1-й ступени абсорбции, кДж/ч:

Тепло коксового газа Тепло аммиачно-водяных паров Тепло нейтрализации Тепло циркулирующего раствора          16 435 756 3 378 435 3 809 632 311329,5·0,7·58

4,19=52961508Тепло коксового газа

Тепло теряемое наружу

Тепло циркулирующего раствора7 963 464 +(595+ +0,438·58)  6024

4,19 = 23 622 809

877·0,7·4,19t =

Приравнивая приход и расход тепла, получим температуру раствора выходящего из 1-й ступени абсорбера, равную 57, 9 , то есть примерно такую же, как и поступающего.

.2      Материальный и тепловой балансы сборника 1-й ступени

Приход.

В сборник абсорбера 1-й ступени поступают: циркулирующий раствор из абсорбера, маточный раствор из центрифуги, переток из 2-й ступени абсорбера, серная кислота, вода для пополнения цикла.

Схема материальных потоков показана на рисунке 4.

Определим количество этих потоков:

1.   Количество раствора, поступающего из 1-й ступени абсорбера, равно 310877-10655 = 300222 кг/ч.

2.      Количество маточного раствора, поступающего из центрифуги, равно 2933 кг/ч.

.        Количество раствора, поступающего из 2-й ступени абсорбера (переток), равно 832 кг/ч.

.        Количество поступающей кислоты обозначим х₁.

.        Количество воды для пополнения цикла обозначим у₁.

Общий приход равен 303987 + х₁ + у₁

Рисунок - 4 Схема материальных потоков абсорбера и сборника 1-й ступени

Расход.

Количество раствора, выводимого из сборника в циркуляцию, равно 311 329,5 кг/ч.

Приравнивая приход и расход, получим:

х₁ + у₁ = 7342,5 кг/ч.

Для определения х₁ и у₁ составляем баланс моногидрата серной кислоты.