Модернизация технологии производства аммиачной селитры на ОАО 'Череповецкий 'Азот'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модернизация технологии производства аммиачной селитры на ОАО "Череповецкий "Азот"

Введение

аммиачная селитра технологическая модернизация

Российское правительство считает развитие агропромышленного комплекса страны одним из приоритетных направлений в своей работе и постоянно увеличивает финансирование, активно поддерживает развитие этой отрасли. Стабильные и высокие урожаи, решение проблемы самообеспеченности отдельных регионов и государства в целом продовольствием определяет важность применения в хозяйствах различных форм собственности достаточных доз удобрений со средствами химической мелиорации (известью, гипсом) и пестицидами. Органические и минеральные удобрения - основа не только обычных, но и интенсивных, и высоких технологий [1].

Химическая технология - наука о наиболее эффективных и экологически обоснованных методах химической переработки сырых природных материалов в предметы потребления и средства производства [2]. Материальной базой всех химико-технологических процессов являются машины и аппараты химических производств.

Повышение производительности работы аппаратов приводит к повышению эффективности производства. В настоящее время основой химической промышленности являются крупные многотоннажные производства. Одним из крупнейших химических предприятий нашей страны - ОАО «Череповецкий Азот» производит и поставляет высококачественные азотсодержащие минеральные удобрения - аммиачную селитру, мочевину, сложные и комплексные удобрения, позволяющие значительно поднять урожайность.

Также товарной продукцией ОАО «Череповецкий «Азот» являются аммиак жидкий технический, неконцентрированная азотная кислота, медицинская закись азота.

ОАО «Череповецкий «Азот» создано в 1969 году. В начале 1970 года были получены первые тонны аммиака, азотной кислоты, аммиачной селитры.

Аммиачная селитра является одним из самых распространённых и дешёвых азотных удобрений, используемых в сельском хозяйстве. Но из-за склонности к термическому распаду, а также низкой детонационной устойчивости и высокой огне- и взрывоопасности аммиачная селитра в чистом виде запрещена к производству. Актуальной проблемой на сегодняшний день является вопрос реконструкции цехов по производству аммиачной селитры.

Перевод агрегата АС-72М на производство сложного азотно-фосфатного удобрения (САФУ) с применением в качестве добавки жидких комплексных удобрений (ЖКУ) связан с многочисленными проблемами, в числе которых:

- дополнительные затраты греющего пара на упаривание ЖКУ;

проблема очистки реакционного оборудования от инкрустации;

проблема неэффективного сырья.

САФУ - высокоэффективное, водорастворимое, гранулированное удобрение, характеризующееся улучшенными физико-химическими свойствами и наличием двух основных питательных элементов - азота с 31% масс. и фосфора - 5% масс. При внесение в почву оно равномерно рассеивается по полю и сохраняет эти свойства в течение 12-месячного срока хранения на складах.

По агрохимической ценности САФУ является одним из лучших источников азота для питания растений, так как в нем удачно сочетаются быстродействующий нитратный азот с менее подвижным аммонийным азотом, что способствует его эффективному использованию в период вегетации растений. Добавка фосфатов обуславливает более слабую растворимость САФУ в сравнении с аммиачной селитрой, что наделяет его пролонгирующим действием [1].

Многолетний опыт работы ОАО «Череповецкий «Азот» на рынке минеральных удобрений, качество выпускаемой продукции, подтвержденное спросом как со стороны отечественных, так и зарубежных потребителей, неплохая конъюнктура цен на азотные удобрения на внешнем рынке, а также выгодное географическое положение ОАО «Череповецкий «Азот» создают благоприятные условия и прекрасные возможности для деятельности предприятия, успешного сотрудничества с партнерами из ближнего и дальнего зарубежья, позволяют говорить о хорошей организации подготовительного и производственного процесса предприятия.

Целью данного дипломного проекта является модернизация производства аммиачной селитры с получением САФУ на ОАО «Череповецкий «Азот».

1. Аналитический обзор

.1 Обзор существующих технологических схем

Агрегат АС-72

В агрегате АС-72 компоновка основного технологического оборудования нейтрализации и упаривания растворов размещено на отметке ±0,00 в открытой металлической этажерке. В верхней части грануляционной башни размещены промывной скруббер, вентиляторы и грануляторы. Вместо железобетонной, футерованной кислотоупорным кирпичом башни применена облегченная металлическая башня с несущими металлоконструкциями заводского изготовления. Принятые решения удешевили и сократили сроки строительства агрегата, упростили эксплуатацию и ремонт оборудования.

Такая компоновка оборудования стала возможной в результате применения специальных насосов для перекачивания плава на высоту примерно 70 м. Практика эксплуатации показала, что насосы надежны в работе, а система автоматического контроля и регулирования обеспечивает безопасность их эксплуатации. Для повышения качества аммиачной селитры в агрегате АС-72 было предусмотрено применение сульфатно-фосфатной добавки, улучшена конструкция грануляторов, установлен трехсекционный выносной аппарат КС для охлаждения гранулированной селитры. Обработку гранул диспергатором НФ проводят в аппарате улучшенной конструкции. [4]

В верхней части аппарата соковый пар из реакционной части отмывается от брызг аммиачной селитры, паров HNO₃ и NH₃ 20%-ным раствором аммиачной селитры из промывного скруббера 18 и конденсатом сокового пара из подогревателя азотной кислоты 2, которые подают на колпачковые тарелки верхней части аппарата. Часть сокового пара используют на подогрев азотной кислоты в подогревателе 2, а основную его массу направляют в промывной скруббер 18, где смешивают с воздухом из грануляционной башни, с паровоздушной смесью из выпарного аппарата 6 и промывают на промывных тарелках скруббера. Промытую паровоздушную смесь выбрасывают в атмосферу вентилятором 19.

Раствор из аппаратов ИТН 3 последовательно проходит донейтрализатор 4 и контрольный донейтрализатор 5. В донейтрализатор 4 дозируют серную и фосфорную кислоты в количестве, обеспечивающем содержание в готовом продукте 0,05 - 0,2% сульфата аммония и 0,3 - 0,5% Р₂О₅. Дозировку кислот ведут плунжерны-ми насосами и регулируют в зависимости от нагрузки агрегата [5].

Рис.1. Технологическая схема агрегата АС-72:

1,2 - подогреватели соответственно газообразного аммиака и азотной кислоты; 3 - аппарат ИТН; 4, 5 - донентрализаторы; 6 - комбинированный выпарной аппарат; 7, 24 - подогрева-тели воздуха; 8 - нагнетатель воздуха; 9 - гидрозатвор-донейтрализатор; 10 - фильтр плава; 11 - бак для плава аммиачной селитры; 12 - погружной насос; 13 - насос центробежный; 14 - бак для раствора аммиачной селитры; 15 - бак напорный; 16, 17 - грануляторы соответственно акустический и монодисперсный; 18 - скруббер; 19, 23 - вентиляторы; 20 - грануляционная башня; 21, 25 - ленточные конвейеры; 22 - аппарат для охлаждения аммиачной селитры в кипящем слое; 23 - вентилятор; 26 - элеватор; 27 - аппарат для обработки гранул ПАВ.

После нейтрализации избыточной HNO₃ в растворе аммиачной селитры из аппаратов ИТН и введенных серной и фосфорной кислот в донейтрализаторе 4, раствор проходит контрольный донейтрализатор 5 (куда аммиак автоматически подается только в случае проскока кислоты из донейтрализатора 4) и поступает в выпарной аппарат 6. Верхняя часть выпарного аппарата 6 снабжена двумя ситчатыми промывными тарелками, на которые подают паровой конденсат, отмывающий ПВС из выпарного аппарата от аммиачной селитры. Плав селитры из выпарного аппарата 6, пройдя гидрозатвор-донейтрализатор 9 и фильтр 10, поступает в бак 11, откуда его погружным насосом 12 по трубопроводу с антидетонационной насадкой подают в напорный бак 15, а затем к грануляторам виброакустическому 16 или монодисперсному 17. Безопасность узла перекачивания плава обеспечивается системой автоматического поддержания температуры плава до 190°С при его упаривании в выпарном аппарате, контролем и регулированием среды плава после донейтрализатора 9 (в пределах 0,1- 0,5 г/л NH₃), контролем температуры плава в баке 11, корпусе насоса 12 и напорном трубопроводе. При отклонении регламентных параметров процесса перекачивание плава автоматически прекращается, а плав в баках 11 и выпарном аппарате 6 при повышении температуры разбавляют конденсатом [4].

Плав гранулируют в прямоугольной металлической башне 20.. Высота полета гранул 55 м обеспечивает кристаллизацию и остывание гранул диаметром 2-3 мм до 90-120°С при встречном потоке воздуха летом до 500 тыс. м³/ч и зимой до 300-400 тыс. м³/ч. В нижней части башни расположены приемные конуса, с которых гранулы ленточным конвейером 21 направляют в аппарат охлаждения КС 22.

Аппарат охлаждения КС разделен на три секции с автономной подачей воздуха под каждую секцию решетки кипящего слоя. В головной его части имеется встроенный грохот, на котором отсеиваются комки селитры, образовавшиеся вследствие нарушения режима работы грануляторов. Комки направляют на растворение. Воздух, подаваемый в секции аппарата охлаждения вентиляторами 23, подогревают в аппарате 24 за счет тепла сокового пара из аппаратов ИТН. Подогрев производят при влажности атмосферного воздуха выше 60%, а в зимнее время во избежание резкого охлаждения гранул [6].

Гранулы аммиачной селитры последовательно проходят одну, две или три секции аппарата охлаждения в зависимости от нагрузки агрегата и температуры атмосферного воздуха. Рекомендуемая температура охлаждения гранулированного продукта в зимнее время - ниже 27°С, летом до 40-50°С.

Количество воздуха, подаваемое в каждую секцию, 75-80 тыс. м³/ч. Отработанный воздух из секций аппарата при температуре 45-60°С, содержащий до 0,52 г/м³ пыли аммиачной селитры, направляют в грануляционную башню, где он смешивается с атмосферным воздухом и поступает на промывку в промывной скруббер 18.

Охлажденный продукт направляют на склад или на обработку ПАВ (дисперга-тором НФ), а затем на отгрузку навалом или на упаковку в мешки. Обработку диспер-гатором НФ ведут в полом аппарате 27 с центрально расположенной форсункой, опрыскивающей кольцевой вертикальный поток гранул, или во вращающемся барабане. Качество обработки гранулированного продукта во всех применяемых аппаратах удовлетворяет требование ГОСТ 2-85 [5].

Гранулированную аммиачную селитру хранят на складе навалом в буртах высотой до 11 м. Перед отправкой потребителю селитру из склада подают на рассев. Нестандартный продукт растворяют, раствор возвращают на упарку. Стандартный продукт обрабатывают диспергатором НФ и отгружают потребителям.

Емкости для серной и фосфорной кислот и насосное оборудование для их дозирования скомпоновано в самостоятельный блок.

Агрегат АС-72М

В ГИАП разработана технологическая схема агрегата АС-72М, в которой учтен обобщенный опыт эксплуатации агрегатов АС-72. Основные отличия модернизиро-ванного агрегата заключаются в следующем:

для кондиционирования применена магнезиальная добавка, что исключило потребление серной и фосфорной кислот, а также необходимость обработки гранул ПАВ;

установлен скруббер-нейтрализатор 8 для улавливания, не прореагировавшего аммиака в донейтрализаторах 4 и 5;

-установлен скруббер 7 с фильтрующей насадкой для промывки паровоздушной смеси из выпарного аппарата;

-промывной скруббер 18 грануляционной башни оснащен элементами для фильтрующей очистки выхлопных газов;

в схеме КИПиА усовершенствованы блокировки, обеспечивающие защиту процесса от повышений температуры в аппаратах ИТН, выпарном аппарате, баках и насосах для перекачивания плава селитры за счет дублирования приборов измерения температур и измерения рН растворов и плава.

В остальном основное оборудование соответствует оборудованию агрегатов АС-72 с небольшими изменениями, повышающими надежность его эксплуатации.

Принятые решения в технологической и строительной частях улучшили условия эксплуатации и повысили надежность работы агрегата. Ниже описана установка для приготовления магнезиальной добавки. Магнезиальную добавку готовят в виде 30-40%-ного раствора нитрата магния путем разложения азотной кислотой каустического магнезита. Порошок магнезита из крытых железнодорожных вагонов при помощи пневматического вакуумного разгрузчика 7 подают в силос 5. Вакуум создается насосом 8. Воздух из силосов очищают в рукавном фильтре 4 и удаляют в атмосферу вентилятором 3. Из силосов порошок магнезита пневматическим подъемником 9 через объемный дозатор 6 подают на приготовление магнезиальной добавки в три реактора 2.

Магнезит дозируют в количестве, обеспечивающем полную нейтрализацию азотной кислоты. Для обеспечения лучшего контакта реагентов через раствор барбо-тирует воздух. Для отвода тепла в реакторах имеются змеевики, в которых цирку-лирует оборотная вода. Процесс разложения магнезита происходит в течение 3-5 ч при температуре не выше 80 °С. Раствор из реакторов собирают в емкость 10 и насосом 14 подают на фильтрпресс 1, где раствор отделяется от нерастворимого шлама. Очищенный раствор направляют в хранилище 12, откуда насосом 15 подают в производство аммиачной селитры [7].

В реактор по уровню заливают 10 м³ 58%-ной азотной кислоты и разбавляют ее конденсатом сокового пара из агрегата АС-72 и промывной водой из фильтр-пресса до концентрации 35% HNO₃.

Промывные воды из фильтр-пресса собирают в емкости 11, откуда ее насосом 13 направляют в реакторы 2 для разбавления азотной кислоты. На установке для приготовления магнезиальной добавки в расчете на 1 т аммиачной селитры расхо-дуется: 6,0 кг магнезиального порошка ПМК-83; 27 кг 58%-ной азотной кислоты; 17,1 кг конденсата сокового пара; 0,23 кВт-ч электроэнергии; 0,35 м³ оборотной воды.

Рис. 2. Технологическая схема агрегата АС-72М:

, 2 - подогреватели соответственно газообразного аммиака и азотной кислоты; 3 - аппарат ИТН; 4, 5 - донентрализаторы; 6 - комбинированный выпарной аппарат; 7 - промыватель паровоздушной смеси; 8, 18 - скрубберы; 9 - гидрозатвор-донейтрализатор; 10 - фильтр плава; 11- бак для плава; 12 - погружной насос; 13 - центробежный насос; 14 - бак для раствора аммиачной селитры; 15 - напорный бак; 16 - гранулятор акустический; 17 - грануляционная башня; 19, 22 - вентиляторы; 20 - ленточный конвейер; 21 - аппарат охлаждения аммиачной селитры в кипящем слое; 23, 24 - подогреватели воздуха; 25 - нагнетатель воздуха работающие периодически.

1.2 Кондиционирующие добавки, улучшающие качество продукта

Специфические физико-химические свойства аммиачной селитры, такие как полиморфные превращения, протекающие при кристаллизации ее плавов или при нагреве и охлаждении кристаллов этой соли, а также их гигроскопичность, весьма затрудняют получение гранулированного продукта, удовлетворяющего требованиям потребителей. Для получения такого продукта приходилось прибегать к применению различного рода добавок, вводимых в аммиачную селитру.

Основным назначением добавок является уменьшение отрицательного влияния процесса полиморфных превращений, протекающих в кристаллах аммиачной селитры с заметным изменением их объема. Несмотря на многочисленность и многообразие таких добавок, их можно подразделить на следующие основные группы[9]:

Добавки, связывающие свободную влагу:

Нитрат магния Мg(NO₃)₂ (магнезиальная добавка). Он хорошо растворим в воде и в растворах аммиачной селитры. В безводном состоянии может присоединять шесть молекул воды, образуя гексагидрат нитрата магния. Одна массовая часть безводного нитрата магния может связать около 0,7 массовых частей воды. В технологическом процессе производства аммиачной селитры нитрат магния используют в виде водного раствора, который вводят в раствор аммиачной селитры, поступающий на гранулирование. Находящийся в растворе аммиачной селитры нитрат магния постепенно обезвоживается в процессе получения высококонцентри-рованного плава аммиачной селитры.

Гранулированная селитра с магнезиальной добавкой обладает очень хорошими физико-химическими свойствами. Упакованная в полиэтиленовые мешки, она в течение длительного времени (более шести месяцев) сохраняет сыпучесть; она пригодна для бестарной перевозки в вагонах; может также храниться насыпью в обычных закрытых складах. В обычных бумажных мешках, не обеспечивающих достаточной герметизации, аммиачная селитра с этой добавкой при длительном хранении может при неблагоприятных условиях сильно увлажняться и рекристал-лизоваться [10].

Доломитная добавка (ДЛМ), получаемая разложением азотной кислотой доломитов, содержащих 32-33% карбоната кальция и 16-19% карбоната магния и 43-44% диоксида углерода. Получаемый при этом раствор содержит нитрат магния и нитрат кальция, причем с большим преобладанием нитрата кальция. Необходимый эффект по уменьшению слеживаемости аммиачной селитры эта добавка дает при меньшем содержании влаги в готовом продукте. При хранении на складах селитры с добавкой ДЛМ в бумажных мешках она сильно рекресталлизуется, превращаясь в сыпучую кристаллическую массу.

Добавки, влияющие на процесс полиморфных превращений:

Сульфатная добавка представляет собой сульфат аммония, вводимый в раствор аммиачной селитры. Для этого в раствор аммиачной селитры, поступающей после аппаратов ИТН на донейтрализацию, при помощи дозирующих насосов вводят соответствующее количество серной кислоты и газообразного аммиака.

Добавление к раствору аммиачной селитры небольшого количества сульфата аммония практически устраняется пыление в грануляционной башне. Причем при использовании грануляторов существующих типов обеспечивается получение грану-лированного продукта, содержание мелких (менее 1мм) гранул в котором соответ-ствует требованиям ГОСТ 2-85. Изменение содержания сульфата аммония в аммиачной селитре от 0,3 до 1,0% при содержании влаги в продукте 0,3 до 0,4% не оказывает существенного влияния на физические свойства продукта. Поэтому на отечественных предприятиях, выпускающих аммиачную селитру с сульфатной добавкой, принята норма расхода сульфата аммония 4 кг на 1т готового продукта.

При содержании этой добавки 0,17 до 0,83% предельная концентрация влаги для стабилизации перехода II®IV возрастает с 0,06 - 0,08% до 0,15%.

Константа скорости превращения IV®III селитры с сульфатной добавкой (0,27%) почти в десять раз меньше, чем для чистой селитры. Присутствие сульфатной добавки существенно повышает также дисперсность кристаллической структуры в пределах изменения добавки от 0,45 до 0,85%. Гигроскопичность продукта с указанным содержанием сульфатной добавки практически не отличается от гигроскопичности чистой селитры.

Несмотря на то, что применение сульфатной добавки улучшает технологию производства гранулированной аммиачной селитры и физико-химические свойства продукта, ее нельзя признать наиболее эффективной. Существенным недостатком этой добавки является то, что она в применяемых количествах (0,4%) не предотв-ращает разрушения гранул селитры в результате модификационных превращений, происходящих при переменном изменении температуры. При длительном хранении в неблагоприятных условиях такая устойчивость гранул недостаточна, так как их прочность может значительно понизиться, и качество продукта не будет соответствовать требованиям потребителей.

Также для сохранения 100% сыпучести товарной селитры с сульфатной добавкой обязательным условием является обработка гранул ПАВ.

Фосфатно-сульфатная добавка состоит из фосфатов аммония и сульфата аммония, вводимых в раствор аммиачной селитры в виде растворов этих солей, или в виде фосфатной и серной кислот, нейтрализуемых затем газообразным аммиаком до рН раствора 5,5-6,8. Гранулы аммиачной селитры, содержащие добавку, обладают значительно большей стойкостью к воздействию переменной температуры, чем гранулы самой селитры. Эта добавка замедляет разложение плава аммиачной селитры и повышение его кислотности [6].

Фосфатно-сульфатно-боратная добавка («Пермален-34») отличается от фосфатно-сульфатной тем, что кроме фосфата и сульфата аммония содержит орто-борную кислоту. Эти компоненты вводят в раствор аммиачной селитры в виде водных растворов ортоборной кислоты, чистого диаммонийфосфата и технического сульфата аммония. Гранулы аммиачной селитры практически не разрушаются от температурных колебаний.

Добавки, образующие центры кристаллизации:

Внесение твердых нерастворимых примесей в плав аммиачной селитры способствует образованию гранул с мелкокристаллической структурой, обладающих высокой плотностью и прочностью. К добавкам такого типа относится в первую очередь тонкоизмельченный сухой порошок бентонитовой глины.

Добавка 2% бентонита к плаву аммиачной селитры стабилизирует полиморфный переход II®IV до содержания влаги в продукте 0,4%, но не влияет на скорость влагопоглощения.

Эффективность этой добавки была проверена в нашей стране в одном из цехов по производству аммиачной селитры. В плав селитры, содержащей 0,4% влаги, вводили 2% порошка бентонита с размером частиц менее 0,04% мм и влажностью не более 2%.

Полученный продукт обладал лучшими физическими свойствами, чем селитра без добавки, содержащая 0,15% влаги. После длительного хранения в запаянных полиэтиленовых мешках на обычном складе селитра с добавкой бентонита сохранила сыпучесть и высокую прочность гранул, в то время как гранулы селитры без добавки в тех же условиях заметно слежались и имели меньшую прочность [7].

Веществами, способствующими образованию центров кристаллизации плава нитрата аммония, могут также служить вермикулит, кизельгур, перлит, аэросил, каолин. Как правило, в случае применения добавок, образующих центры кристаллизации плава, повышается прочность гранул, не оказывая решающего влияния на уменьшение их слеживаемости. В то же время операция приготовления ввода в плав таких добавок существенно усложняет технологическую схему производства гранулированной аммиачной селитры, так как в этом случае приходится, как правило, оперировать с сухими, пылящими материалами. Транспортирование, складирование, хранение и дозирование их в плав аммиачной селитры гораздо сложнее, чем жидких добавок.

Кроме того, присутствие в поступающем на грануляцию плаве аммиачной селитры нерастворимых частиц усложняет работу статических грануляторов. В этом случае необходима тщательная фильтрация плава для отделения частиц добавки, недопустимых по размеру для данного типа гранулятора. Тем не мене добавки такого типа могут оказаться перспективными, если возникает необходимость значительного увеличения прочности гранул аммиачной селитры [9].

Из анализа приведенных выше сведений вытекают преимущества производства САФУ:

очень хорошие физико-химические свойства;

сохранение сыпучести в течение длительного времени;

применение этой добавки облегчает технологическую схему производства;

повышение качества готового продукта.

.3 Выбор и обоснование технологической схемы

Применение ЖКУ в качестве добавки повышает качество продукции, продукт становится менее гигроскопичным. Целью данного проекта с экономической точки зрения является повышение рентабельности за счёт экономии греющего пара, затрачиваемого на упаривание раствора удобрения, при замене магнезиальной добавки на ЖКУ на агрегате большой единичной мощности АС-72М.

При проведении процесса нейтрализации ЖКУ вносит дополнительный вклад тепла, что позволяет получать в аппарате ИТН более концентрированные растворы, тем самым снижает энергозатраты на упаривание плава до продуктного содержания в нём влаги.

На агрегате АС-72М предусмотрен ввод ЖКУ в ИТН для обеспечения содержания фосфата в конечном продукте на уровне 0,05%.

Таблица 1.1 Расходные коэффициенты на 1 т аммиачной селитры

Наименование	АС-72		АС-72М
	на 1 т продукта (34,7 % N)	на 1 т	на 1 т продукта (34,5% N)	на 1 т
100% NH3, кг	214,5	618	213	616
100% HNO3, кг	790	2276	792,6	2292
100% H2SO4, кг  100% Н3РО4, кг	1,2 4,0	3,5 11,5	- -	- -
Пар	0,75	2,18	0,84	2,4
Электроэнергия,кВт-ч	19,8	57,1	28,24	81,7
Химически очищенная вода, м3	0,2	0,6	0,1	0,3
Оборотная вода, м3	0,8	2,3	0,7	2,2
Каустический магнезит, кг	-	-	5	14,46.
Технологический воздух, м3	5	14,4	5	14,4
Воздух для КИП	2,6	7,5	2,6	7,5

 

Для производства САФУ наиболее подходящим является агрегат крупной единичной мощности АС-72М. Так как по сравнению с агрегатом АС-72 он является наиболее экономичным и экологически-безопасным.

Промышленные испытания получения САФУ с применением в качестве фосфорсодержащего сырья проводили в два этапа: первый - в декабре 2007 года (выпущено 187 тонн продукта), второй - с мая 2008 года по март 2009 года (выпущено 157333 тонн продукта) [1].

На первом этапе была выяснена принципиальная возможность получения NP-удобрения с заданным химическим составом и качеством, соответствующим требованиям нормативной документации не вносили никаких изменений и дополнений в технологическую схему производства аммиачной селитры, пользовались оборудованием цеха.. На основании результатов лабораторных исследований была разработана программа первого выпуска опытно-промышленной партии с содержанием фосфата 5-7 % в пересчете на P₂O₅ с целью изучения особенностей технологического процесса, качества получаемого удобрения, его пригодности для длительного хранения, изучения спроса на рынке.

Процесс получения САФУ осуществлялся в соответствии с принятой технологией, заключающейся в приготовлении NP-раствора путем смещения аммиачной селитры концентрацией не менее 89 % при температуре 148-165⁰С с раствором ЖКУ с последующей донейтрализацией, упариванием до состояния высоко концентрированного плава при температуре 175-185⁰С и грануляцией NP-плава методом приллирования.

В начальный период второго этапа испытаний принятую технологическую схему производства несколько раз изменяли в части подготовки и подачи ЖКУ в технологический цикл с целью снижения осадкообразований и оптимизации процесса получения NP-удобрения.

В первые дни работы производства раствор ЖКУ, подаваемый в смеси с возвратным NP-раствором на установку слабой выпарки в аппарат Т-101, подвергался нагреву до высоких температур (в пределах 128-164⁰С), что способствовало интен-сивному образованию в системе нерастворимых осадков в результате гидролиза полиформ фосфатов и забивке трубчатке выпарного аппарата. После разделения потоков ЖКУ и возвратных NP-растворов температуру подаваемого в технологи-ческий процесс ЖКУ снизили до 60-80 ⁰С [3].

Температура раствора ЖКУ в баках Е-34/_2,3 в течение июня 2002 года превышала регламентированную норму (не более 25 ⁰С), составляя в среднем 43-66 ⁰С вследствие перелива ЖКУ, подогретого в аппарате Т-101/₁, из напорного бака Е-101/₁, в баки Е-34/_2,3. Нарушение температурного режима в баках ЖКУ Е-34/_2,3 и продолжительность пребывания ЖКУ в условиях высоких температур привели к снижению степени конверсии фосфатов в результате гидролиза конденсированных форм P₂O₅ в ЖКУ, следствием явилось помутнение раствора ЖКУ и выпадение осадка

В существующую технологическую схему производства аммиачной селитры на крупнотоннажном агрегате АС-72М на основании выполненных исследований требуется внести существенные изменения и дополнения:

смонтировать отделение приема сырья;

спроектировать и выполнить монтаж узла подготовки ЖКУ;

спроектировать и выполнить монтаж узла дозировки ЖКУ.

В состав проекта приемного комплекса сырья входит:

заглубленная емкости ЖКУ, объемом 6,3 м³;

поддон для предотвращения проливов ЖКУ из транспортных средств;

устройство для слива ЖКУ из железнодорожных цистерн с низким разгрузочным устройством;

устройство для слива ЖКУ из железнодорожных цистерн с верхним разгрузочным устройством.

В дополнение к существующей технологической схеме агрегата АС-72М требуется установить следующее оборудование:

емкость расходная для ЖКУ объемом 5 м^3;

- технологические трубопроводные линии для переобвязки существующего оборудования;

металлоконструкции для крепления оборудования и трубопроводов.

Проект узла вспомогательных технологических промывок по семи различным контурам был выполнен в связи с тем, что при эксплуатации оборудования на новом виде удобрения, вследствие особенностей его раствора, образуется довольно большое количество труднорастворимого осадка.

Разработан проект опрыскивания ПАВ с целью придания им свойств антислеживаемости. В исходных данных на проектирование установки поверхностной обработки гранул САФУ были учтены рекомендации передовых фирм, специализи-рующих в обработке гранул различными добавками [7].

Проект включает в себя узел приема и хранения ПАД выполненный на базе существующего оборудования, а также узел подготовки и опрыскивания гранул, компактно и рационально вписанный в действующую систему конвейеров и пересыпок. Нормы технологического режима процесса подготовки добавки к опрыскиванию поддерживаются с помощью автоматических средств контроля и регулирования параметров процесса.

В проекте применены трансзвуковые малоинерционные насосы для подогрева воды, позволяющие с меньшими затратами энергоносителя поддерживать необходимую температуру. Оригинальное проектное решение дает возможность, использованную на обогреве емкостей воду применить для обогрева подводящих трубопроводов от узла хранения до узла опрыскивания. В связи с большой вязкостью добавки при обычных температурах имеет важное значение скорость переключения потоков. Для решения этой проблемы проектом предусмотрена специальная арматура. Чтобы избежать забивания форсунок и труб при остановках процесса, запроектированы воздухоподогреватели для продувки линий горячим воздухом.

.4 Сравнительная характеристика САФУ и аммиачной селитры

САФУ представляет собой смесь аммиачной селитры с массовой долей 87-91% NH₄NO₃, орто- и полифосфатов аммония с массовой долей 7-8% и 1,7-2% соответственно. В чистом виде аммиачная селитра представляет собой белое кристаллическое вещество, содержащее 35% азота, 60% кислорода и 5% водорода.

Таблица 1.2 Сравнительная характеристика аммиачной селитры и САФУ

Показатель	Аммиачная селитра	САФУ
Суммарная массовая доля нитритного и аммонийного азота в пересчете на сухое вещество азот, %, не менее	34,4	31
Массовая доля воды, %, не более	0,3	0,5
Гранулометрический состав: - масс. доля гранул от 1 до 4 мм, %, не менее; - масс. доля гранул от 2 до 4 мм, %, не менее; - масс. доля гранул размером менее 1 , %, не более; - масс. доля гранул размером более 6 мм, %.	95  80  3  0	90  80  3  0
Рассыпчатость, %, не менее	100	100
Температура плавления, 0С	169,6	155
Кристаллическая модификация	От -17 до +169,6 0С имеет 5 модифика-ций	Определяется кристалллической модификацией веществ, входящих в состав удобрения
Растворимость при 20 0С, г/100г раствора, %	24	43
Слеживаемость	Слеживается	Не слеживается
Взрывоопасность	Взрывоопасно	Не взрывоопасно
Коэффициент гигроскопический, моль воды/г час (φ=80%)	4,6	3,6

Таким образом, для САФУ высокая гигроскопичность в силу связывания и удержания влаги кристаллогидратами не оказывает такого существенного влияния на слеживаемость, как гигроскопичность чистой аммиачной селитры. САФУ не расплывается на воздухе в отличие от аммиачной селитры даже при достаточно высоком содержании влаги в удобрении. Введение в аммиачную селитру фосфорсодержащих добавок приводит к уплотнению структуры гранул и повышению их прочности к раздавливанию и истираемости, что в конечном итоге оказывает воздействие на снижение слёживаемости продукта при хранении.

Изучение растворимости аммиачной селитры и САФУ в воде выявило существенные различия в скорости этого процесса. САФУ растворяется значительно медленнее, чем аммиачная селитра. Следовательно, обладая более низкой скоростью растворения, чем аммиачная селитра фосфаты, присутствующие в САФУ способствуют постепенному высвобождению азота, что предотвращает большую степень его использования (вследствие уменьшения потерь от вымывания) и наделяют его свойствами удобрения пролонгированного действия.

Фосфаты делают кристаллические гранулы прочными, чем тормозят процесс перекристаллизации. Гранулы мало измельчаются. Резко уменьшается количество пыли, мелкая фракция практически отсутствует. Отсутствие пыли снижает слеживаемость продукта. Снижению слеживаемости также способствует гранулирование продукта, повышение прочности гранул, обработка гранул поверхностноактивными веществами, упаковка продукта в герметичную тару, снижение температуры затаривания продукта.

Таким образом, на основании выше сказанного установлено, что введение фосфатной добавки в аммиачную селитру в количестве не менее 5% P₂O₅ приводит к значительному улучшению физико-химических свойств продукта.

.5 Аппарат ИТН

Аппарат ИТН предназначен для получения раствора аммиачной селитры путем нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком с использованием тепла реакции для частичного выпаривания воды из раствора под атмосферным давлением.

Вертикальной цилиндрической формы аппарат состоит из двух частей: реакционной и сепарационной. Внутри корпуса реакционной части находиться реакционный стакан с отверстиями внизу. Реакционный стакан обеспечивает время пребывания реагентов в реакционной зоне 0,5-1,0 с, что обеспечивает незначительные потери азота за счет термического разложения HNO₃ и нитратов аммония. Внутрь стакана поступают аммиак и раствор азотной кислоты через титановые барботеры. Скорость аммиака в отверстиях барботера 30-50 м/с. Скорость HNO₃ 2-3 м/с. За счет теплоты реакции нейтрализации из образующегося раствора NH₄NO₃ испаряется часть воды. Вследствие этого возникает подъемная сила, и парожидкостная эмульсия выбрасывается из верха реакционного стакана через завихритель, способствующий разделению парожидкостной смеси. Температура процесса нейтрализации составляет 150-160 ^оС. Раствор, выходящий из завихрителя по кольцевому зазору между стаканом и корпусом аппарата, движется вниз, продолжая упариваться за счет тепла, получаемого через стенку стакана[12]..

Соковый пар, отделяемый в завихрителе от раствора, содержит брызги раст-вора NH₄NO₃, NH₃ или пары HNO₃. Очистка сокового пара производится в верхней сепарационной части. При этом соковый пар, поднимаясь со скоростью 0,6 м/с про-мывается на 4-х барботажных колпачковых тарелках. На 2-х нижних тарелках пар отмывается от аммиака 15-20 % раствором NH₄NO₃, подкисленным HNO₃. При этом раствор подается на 2-ую тарелку, затем перетекает на 1-ую тарелку, а с неё по пере-ливной трубе перетекает в реакционную зону, смешиваясь с циркулирующим 90 % раствором. На 2-х верхних тарелках из сокового пара улавливаются пары HNO₃ и брызги раствора NH₄NO₃ с помощью конденсата сокового пара. При этом конденсат сокового пара подается на 4 тарелку, затем перетекает на 3 и выводится из аппарата. Из аппарата ИТН выходит 89-91 % NH₄NO₃.

2. Технико-экономическое обоснование проекта

Производство САФУ является сложным технологическим процессом, а в виду того, что в состав ЖКУ входят соединения Fe, Al, Mg, Ca, S, Se, возможно протекание целого ряда сопутствующих реакций с образованием осадков, состав которых меняется в зависимости от pH среды [4].

С повышением температуры возрастает образование нерастворимых соединений, которые склонны с течением времени укрупняться и оседать на оборудовании (на стадиях выпаривания и гранулирования) [4].

Предполагаем, что цена на САФУ при внедрении новой добавки увеличится на 10000 руб за 1 тонну, так как улучшится однородность гранул по химическому составу, а также повысится их прочность и плотность. Вследствие этого увеличится прибыль предприятия от данного производства.

Себестоимость САФУ составит 14907376,048 руб; новая цена NP-удобрений предполагается - 36000 руб/т; мощность производства не изменяется - 450 тыс. тонн в год.

Прибыль производства: 195000 руб. в год.

Использование в производстве новой добавки ЖКУ позволяет получить новое минеральное удобрение - САФУ с улучшенными физико-химическими качествами и повысить качество и получить прибыль.

Экономический расчет показывает экономическую целесообразность замены магнезиальной добавки на ЖКУ.

3. Характеристика исходного сырья и готового продукта

.1 Характеристика исходного сырья

Сырьем для производства САФУ являются жидкое комплексное удобрение (ЖКУ), жидкий аммиак, азотная кислота, антислеживающие добавки.

.1.1 Техническое наименование продукта - жидкое комплексное удобрение

В качестве фосфорсодержащей добавки при получении удобрения используют жидкое комплексное удобрение марки 11:37:0 представляющие собой водный раствор орто- и полифосфатов аммония, содержащие 11% азота и 37% фосфора в пересчете на диоксид фосфора. Ортофосфаты аммония, входящие в состав ЖКУ, содержат один атом фосфора и представлены моноаммонийфосфатом (NH₄H₂PO₄) и диаммо-нийфосфатом ((NH₄)₂HPO₄). Полифосфата аммония, содержащие в своем составе два и более атомов фосфора, представлены в ЖКУ диаммонийпирофосфатом ((NH4)₂H₂P₂O₇), триаммонийпирофосфатом ((NH₄)₃HP₂O₇), а также небольшим коли-чеством триполифосфата аммония ((NH₄)₃H₂P₃O₁₀). Кроме основных компонентов в состав ЖКУ входят водорастворимые соединения железа, алюминия, магния, кальция, серы, фтора, являющиеся примесями в исходном сырье. Их количество зависит от состава исходного сырья и составляет (в пересчете на оксиды) 1,5-2,5%.

В ЖКУ может также присутствовать небольшое количество (до 0,4%) твердых примесей - аммонийных пирофосфатов железа и алюминия состава ((FeAl)NH₄H₂P₂O₇∙3H₂O) с некоторым включением органических веществ, образующих мелкодисперсный, медленно оседающий и легко взмучиваемый осадок. Общее содержание солей в растворе ЖКУ составляет более 60%.

Раствор ЖКУ имеет нейтральную реакцию. Массовой доле азота в ЖКУ, составляющей 11%, соответствует рН, равный 6,4-6,8. В зависимости от качества кислоты, используемой для получения ЖКУ, эта величина может незначительно меняться.

Поскольку ЖКУ не содержит свободного аммиака, равновесное парциальное давление NH₃ над раствором незначительно. В интервале рН, равном 6,4-6,8, равновесное давление аммиака составляет:

Таблица 3.1Равновесное давление аммиака при различных температурах

Температура, 0С	Давление, Па
20	-
50	10,6
80	141,3
100	625,3

Плотность ЖКУ при 20 ⁰С составляет 1,44 ±0,03 г/см³ и зависит в основном от суммы питательных веществ в удобрении и состава исходного сырья. Увеличение концентрации питательных веществ и рост количества примесей в исходной суперфосфорной кислоте приводит к увеличению плотности ЖКУ.

При нагревании ЖКУ выше 25 ⁰С начинается процесс гидролиза полифосфатов с образованием ортофосфатов и появление осадка. Результаты лабораторных исследований по изучению изменения конверсии растворов ЖКУ марки 11:37:0 в процессе хранения при разных температурах представлены в таблице:

Таблица 3.2 Изменение степени конверсии ЖКУ от времени и температуры хранения.

Температура, 0С	Снижение конверсии в % от исходного в зависимости от времени хранения (сутки)
	10	20	30	60	80
6 ± 3	0,8	14,1	1,2	1,2	2,3
26 ± 4	1,8	2,5	3,9	4,5	5,4
36 ± 2	6,3	10,1	12,5	15,8	17,2
50	13,1	20,4	27,4	35,2	39,1

.1.2 Техническое наименование продукта - жидкий аммиак технический. Химическая формула NH₃. Основные технические требования: аммиак должен выпускается в соответствии с требованиями ГОСТ 6221-90 двух сортов:

Таблица 3.4 Основные технологические требования аммиака

Показатель	1 сорт	2 сорт
Аммиак, %, не менее	99,9	99,6
Вода, %, не более	0,1	0,4
Масло, мг/л, не более	10	35
Железо, мг/л, не более	2	не нормируется

При обычных условиях жидкий аммиак технический - бесцветный газ с резким, удушливым запахом, плотностью 0,771 кг/м³. При охлаждении до -33,5°С под атмосферным давлением газообразный аммиак превращается в бесцветную жидкость, затвердевающую при температуре -77,8°С (температура плавления аммиака). Критическая температура аммиака 132,4°С; критическое давление 111,5ат; теплоемкость газообразного аммиака при 25°С равна 8,523 ккал/(моль·град).

Таблица 3.5 Давление насыщенных паров жидкого аммиака при различной температуре:

Температура,°С	-35	-25	-15	-5	5	15	25
Давление, ат	0,95	1,55	2,41	3,62	5,26	7,48	10,23

Жидкий аммиак технический перевозят в цистернах двух типов: в цистернах, рассчитанных на давление 16 ат , без тепловой изоляции, и в цистернах на давление 2,5 ат с тепловой изоляцией [9]. Аммиак хорошо растворим в воде.

Таблица 3.6 Растворимость жидкого аммиака при различной температуре.

Давление, ат	Температура,°С
	0	20	30	50
0,1	0,22	0,085	0,043	-
0,5	0,57	0,337	0,247	0,105
1	0,88	0,515	0,400	0,224
2	1,62	0,812	0,632	0,389

 

.1.3 Техническое наименование продукта - азотная кислота. Химическая формула-HNO₃ [10].

По внешнему виду азотная кислота представляет собой бесцветную жидкость или слегка желтоватую жидкость, температура кипения которой зависит от концентрации HNO₃. Так, 100%-ная азотная кислота кипит при 86°С, а при 68,4%-ная имеет наивысшую точку кипения, равную 122°С. При охлаждении кислота затвердевает, причем температура плавления также зависит от концентрации HNO₃.

Основные технические требования: азотная кислота выпускается двух видов: разбавленная и концентрированная. Разбавленная азотная кислота имеет три сорта:

Таблица 3.7 Основные технические требования азотной кислоты

Показатель	1 сорт	2 сорт	3 сорт
HNO3, %, не менее	55	47	45
N2О4, %, не более	0,15	0,2	0,2
Твердый остаток, %, не более	0,05	0,1	0,1

Теплота плавления 100%-ной азотной кислоты составляет 39,8 Дж/г; теплота испарения 481 Дж/г. Теплоемкость азотной кислоты с повышением ее концентрации уменьшается от 1 до 0,46 кал/(г*град). Плотность водных растворов азотной кислоты возрастает с увеличением концентрации.

.2.1 Сложное азотно-фосфатное удобрение представляет собой смесь аммиачной селитры с массовой долей 87-91% NH₄NO₃, орто- и полифосфатов аммония с массовой долей 7-8% и 1,7-2% соответственно (полифосфаты аммония представлены в основном пирофосфатами (NH₄)H₂P₂O₇), содержащую азота общего 32-33% , фосфора в пересчете на Р₂О₅ - 5-7% и конверсии полифосфатов 18-27% [7].

Таблица 3.8 Химический состав аммиачной селитры, фосфатов аммония и САФУ.

Формула	Молек.масса	Состав, %				СуммаP2O5+N	Мас. отн.P2O5:N
		P2O5	NH3	HNO3	N
NH4NO3	80,0	-	21,3	78,7	35,0	-	-
САФУ	-	6,0	21,0	71,8	33,1	38,8	0,18:1

Таблица 3.9 Температура кипения водных растворов САФУ.

Массовая доля САФУ,%	Температура, °С
50 60 70 80 90	112 116 120 128 142

Одной из важных характеристик удобрения является уровень рН 10%-го водного раствора.

Как показали исследования, рН готового продукта САФУ составил от 4,0 до 5,0 ед., что ниже по сравнению с рН аммиачной селитры (норма не менее 5,0). Это связано с протеканием в процессе получения САФУ гидролиза солей аммония, в результате чего в системе возрастает концентрация свободных ионов водорода (Н⁺), что приводит к снижению значения рН получаемого продукта.

Таблица 3.10 Растворимость САФУ и его компонентов в воде.

Температура, °С	Растворимость, г/100г раствора (%)
	NH4NO3	NH4H2PO4	Полифосфаты	САФУ
-17	42,4	1,0	-	-
0	54,3	18,5	51,0	-
10	60,3	22,8	-	-
20	65,5	27,2	-	46
25	-	-	63,3	-
30	70,2	31,7	-	-
40	74,1	36,2	-	-
50	77,6	40,5	-	-
60	80,8	45,2	-	-

 

.2.2 Область применения САФУ

САФУ рекомендуется применять на всех типах почв для основного (допосевного) внесения и для подкормок под все культуры. Применяя САФУ, можно обеспечить питание растений азотом и частично фосфором.

4. Описание технологического процесса и схемы

         Технологический процесс получения сложного азотно-фосфатного удобрения состоит из следующих стадий:

4.1. Прием и слив ЖКУ.

.2. Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком с получением растворов аммиачной селитры.

.3. Донейтрализация аммиачной селитры с введением ЖКУ.

.4. Упаривание полученного раствора до состояния высококонцентрированного плава и перекачивание плава наверх грануляционной башни.

.5. Гранулирование плава с последующим охлаждением гранул.

.6. Очистка отработанного воздуха, выбрасываемого в атмосферу.

4.7 Упаковка и хранение готового продукта [2].

.1 Прием и слив ЖКУ

ЖКУ поступают с ОАО “Аммофос” в железнодорожных цистернах. Из цистерны ЖКУ самотеком сливаются в приемную подземную емкость позиции Е - 30, откуда центробежными насосами позиции Н-32/_1,2 подаются в бак раствора ЖКУ позиции Е-34/_2,3. В зимнее время ЖКУ насосами Н-32/_1,2 подаются на подогреватель Т-33, где подогреваются до температуры 20°С и далее в расходные баки раствора ЖКУ позиции Е-34/_2,3 или по линии циркуляции в железнодорожную цистерну. Из расходных баков Е-34/_2,3 ЖКУ насосами позиции Н-100/_1,2 подаются на подогреватель ЖКУ Т-101/₁, где подогреваются до температуры 70-85°С.

Смешанный NP-раствор поступает на выпарной аппарат позиции Т-101, и далее на сепаратор позиции С-102. Из сепаратора раствор САФУ подается на донейтрализатор позиции Р-4, где смешивается с раствором аммиачной селитры (не менее 89% концентрации) из аппаратов ИТН.

Емкости позиций Е-8 и Е-34 используются для перехода с производства аммиачной селитры на САФУ и наоборот.

.2 Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком с получением растворов аммиачной селитры

Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком является простой необратимой реакцией: NН₃+НNО₃®NН₄NО₃+Q, которая в обычных условиях протекает почти без образования побочных продуктов и с выделением теплоты (144,936 кДж/моль при взаимодействии 100 %-ных исходных продуктов).

Для процесса нейтрализации применяется азотная кислота с массовой долей не менее 57%, поэтому тепловой эффект реакции соответственно уменьшается на суммарную величину теплоты разбавления азотной кислоты и теплоты растворения твёрдой NН₄NО₃. Выделяющаяся в процессе нейтрализации теплота используется для испарения большей части воды из образующегося раствора аммиачной селитры, то есть на его концентрацию.

Процесс нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком осуществ-ляется в двух параллельно работающих аппаратах ИТН, при давлением 20 кПа, с получением раствора аммиачной селитры с массовой долей NН₄NО₃ не менее 89%.

Температура процесса 148-165°С. Азотная кислота подаётся в агрегат из склада азотной кислоты, распределяется на два подогревателя позиции Т-2, где нагревается до температуры 75-95 °С за счёт теплоты конденсации сокового пара, и далее поступает в два аппарата ИТН.

Газообразный аммиак поступает в агрегат из заводской сети. Жидкий аммиак испаряется за счёт тепла конденсации пара, подаваемого во внутренний змеевик аппарата. Из аппарата Х-37 аммиак направляется в трубное пространство подогревателя Т-1, где нагревается до температуры 120-180°С паровым конденсатом, поступающим в межтрубное пространство теплообменника из пароувлажнителя X-42.

Соковый пар, образующийся при испарении NP-раствора в аппарате ИТН, и имеющий ту же температуру, поступает в сепарационную часть аппарата, где промывается от примесей аммиака и аммиачной селитры на 4-х колпачковых тарелках слабым закисленным NP-раствором и конденсатом сокового пара.

При необходимости переработки NP-раствора из хранилища Е-8 раствор насо-сом через фильтр подаётся в реакционную зону аппарата ИТН. При этом нагрузка по аммиаку на аппарат ИТН должна быть не менее 3600 кг/ч. Из аппаратов ИТН NP-раствор поступает в донейтрализатор Р-4, предназна-ченный для нейтрализации избытка азотной кислоты газообразным аммиаком, введения ЖКУ и поддержания щелочной среды раствора перед подачей его на стадию упаривания.

Для исключения попадания раствора на стадию упаривания перед выпарным аппаратом Т-10 установлен контрольный донейтрализатор Р-97.

.3 Донейтрализация аммиачной селитры с введением ЖКУ

NP-раствор с необходимым соотношением количества фосфатов и азота через донейтрализаторы Р-4 и Р-97, в которых газообразным аммиаком нейтрализуется избыточная кислотность раствора, поступает в выпарной аппарат позиции Т-10, где упаривается до состояния высококонцентрированного плава (Н₂О£0,5%). После выпарного аппарата Т-10 NP-плав с температурой 180°С по существующей схеме проходит гидрозатвор-донейтрализатор позиции Р-13, бак для плава Е-15/_1,2 и насосами подается в напорный бак отделения грануляции.

4.4 Упаривание полученного NP-раствора селитры до состояния высококонцентрированного NP-плава и перекачивание плава наверх грануляционной башни

Упаривание полученного NP-раствора до состояния плава осуществляется под избыточным давление, за счёт использования тепла конденсации насыщенного пара и противоточной продувки горячим воздухом в выпарном аппарате Т-10. Раствор, поступающий в выпарной аппарат из донейтрализатора, равномерно распределяется на верхней трубной решётке и далее стекает по внутренней поверхности трубок в виде плёнки, упариваясь до массовой доли аммиачной селитры 99,0-99,5 %.

После трубчатки NP-плав поступает в нижнюю часть аппарата, и упаривается до массовой доли аммиачной селитры не менее 99,7 % [7].

Образовавшаяся ПВС с температурой не более 185°С поступает в промыватель. Здесь на трёх ситчатых тарелках происходит промывка ПВС закисленным раствором аммиачной селитры. NP-плав из выпарного аппарата с температурой 175-185°С поступает в гидрозатвор-донейтрализатор Р-13, предназначенный для подщелачивания плава аммиаком перед перекачиванием его на стадию гранулирования.

.5 Гранулирование NP-плава с последующим охлаждением гранул

Процесс гранулирования высококонцентрированного NP-плава осуществляется в металлической грануляционной башне. Внизу гранулированной башни имеется встроенный металлический конус с двумя круговыми зазорами для подсоса воздуха из атмосферы. NP-плав с массовой долей аммиачной селитры не менее 99,7% и температурой 175-185°С из напорного бака Е-23 поступает в стояки перед грануляторами и далее через леечные акустические грануляторы Х-26 равномерно в виде капель разбрызгивается по всему сечению полного объёма грануляционной башни. Высота падения гранул в башне составляет 55м. Падающие капли NP-плава охлаждаются встречным потоком воздуха и кристаллизуются в виде гранул. Образовавшиеся гранулы САФУ с температурой 70-120°С через отверстие для выгрузки поступают на конвейер ПТ-30 и, далее, пройдя колосниковую решётку грохота для отделения комков и крупные частиц.

Гранулированные САФУ поступают в аппарат для охлаждения гранул в кипящем слое Х-33, охлаждается до температуры не более 50 °С. Нестандартная фракция поступает на растворение в бак позиции Е-31. Охлаждённые гранулы конвейерами подаются на узел рассева и далее в отделение упаковки и на склад.

Для предотвращения слеживаемости и пылеобразования САФУ при хранении и транспортировке гранулы удобрения обрабатывают антислеживающей добавкой (поверхностно-активным веществом) на пересыпке с конвейера позиции ПТ-61.

.6 Очистка отработанного воздуха, выбрасываемого в атмосферу

Загрязнённый примесями NP-смеси и аммиака воздух из грануляционной башни и промывателя паровоздушной смеси Х-98, а также соковый пар из аппаратов ИТН и скруббера Х-86 поступают на очистку в промывной скруббер Х-29.

Очищенный воздух с содержанием аммиачной селитры не более 0,1г/м³ и аммиака не более 0,05г/м³ выбрасывается в атмосферу.

Промывной раствор, пройдя тарелки скруббера, возвращается в бак Е-20, откуда насосом вновь подаётся в скруббер. NP-растворы с пониженной массовой долей аммиачной селитры, которые образуются при налаживании технологического режима в период пуска аппаратов ИТН, при дренировании аппаратов и трубопроводов агрегата, при растворении некондиционного удобрения, собираются в хранилище позиции Е-8 (Е-34). Отсюда они подаются на переработку аппараты ИТН или, при низкой концентрации NP-раствора, - на установку упаривания слабых растворов. Хранилища позиции Е-8, Е-34 для сбора слабых возвратных NP-растворы используются: одно - в качестве рабочей, другое - в качестве резервной емкости. Это обеспечивает возможность проведения чистки хранилищ от накапливающегося шлама без остановки производства.

.7 Упаковка и хранение готового продукта

САФУ после охлаждения в аппарате кипящего слоя Х-33 подаётся на конвейер ПТ-51. Затем элеватором ПТ-59/2 продукт подаётся на конвейер ПТ-61. Откуда САФУ может подаваться через двухпозиционный шибер с пневмоприводом Х-53 на конвейер ПТ-82 для отгрузки в железнодорожные вагоны насыпью или через ручной шибер Х-54 на конвейер ПТ-71 для упаковки и отгрузки в мешках. Температура САФУ в бункерах регистрируется, предусмотрена сигнализация максимального и минимального уровней в бункерах. Сигнализация положения переключающих устройств, а также управление ими выведены на щит КИПиА в ДПУ. Возможные просыпи при упаковке САФУ в мешки убираются в бункеры Е-54, из которых ленточным конвейерам ПТ-79 направляются в элеватор ПТ-81 и далее через переключающее устройство на упаковку.

5. Физико-химические основы технологии

Для выбора оптимальных условий получения САФУ с различным соотношением питательных веществ необходимы данные о температурах кристаллизации (плавления) системы NH₄NO₃ - NH₄H₂PO₄ при изменении соотношения компонентов в широком интервале. Теоретически значения температур плавления и кристаллизации для одного и того же чистого вещества должны совпадать, но практика показывает, что полученные результаты могут не совпадать. Во-первых, аммиачная селитра в широком температурном интервале - от -30⁰С до 170⁰С претерпевает ряд полиморфных превращений. Во-вторых, моноаммоний фосфат характеризуется способностью при понижении температуры образовывать переохлажденные расплавы [1].

Кроме определения физических констант САФУ (температур кристаллизации и плавления) в ходе проведения исследований был изучен метод термического анализа о химической природе исследуемого продукта. В выполняемых исследованиях по термографической оценке природы САФУ изучаемый продукт был условно представлен в виде упрощенной модельной схемы, и его состав был рассмотрен по типу сплавляемой бинарной системы состоящей из аммиачной селитры и моноаммоний фосфата.

Таблица 5.1 Результаты ДТА для смесей NH₄NO₃-NH₄H₂PO₄

NH4NO3/NH4H2PO4, % масс.
Соотношение NH4NO3/ NH4H2PO4	10/0	95/5	85/15	80/20	60/40	50/50	30/70	10/90	100
Температура кристаллизации и системы	169	159	155	149	166	172,5	180	189	198
Содержание PO2 в системе	0	3,1	9,3	12,4	24,7	30,9	43,2	55,6

Причиной значительного расхождения данных по температурам плавления в системе NH₄NO₃-NH₄H₂PO₄ в области кристаллизации моноаммоний фосфата могут служить такие процессы, протекающие с ним при высоких температурах. При длительном нагревании моноаммоний фосфата в процессе проведения опыта происходит отщепление воды с образованием полифосфата аммония, характеризующегося определенными физико-химическими свойствами. Выступая как индивидуальное химическое соединение, он, в свою очередь, меняет физико-химические свойства системы NH₄NO₃-NH₄H₂PO₄. Выделение воды при нагревании подтверждается интенсивным вскипанием системы в области повышенных температур, правее эвтектической точки. Следовательно, метод определения температур плавления и полиморфных превращений должен быть экспрессным, характеризоваться высокой прочность и чувствительностью. Поэтому для решения данной задачи как наиболее адекватным признан метод ДТА [12].

Полиморфные превращения аммиачной селитры и минеральных удобрений на ее основе оказывают большое влияние на такие потребительские свойства, как слеживаемость, гигроскопичность, смешиваемость. Изучение двойной системы NH₄NO₃-NH₄H₂PO₄ методом (ДТА), а также сравнительный анализ кривых ДТА чистой аммиачной селитры и выпускаемой в последние годы аммиачной селитры с магнезиальной добавкой, имеет не только теоретическое, но и практическое значение.

Выделяют четыре типичных эндоэффекта, которые характеризуют:

IV (ромбическая) ↔ III (ромбическая);

III (ромбическая) ↔ II (тетрагональная);

II (тетрагональная) ↔ I (кубическая);

I (кубическая) ↔ расплав.

Сравнительное определение температуры модификационных переходов в циклах нагрева и охлаждения проводились для следующих типов соединений, выступающих в производственной практике: нитрата аммония «ч», технической аммиачной селитры с магнезиальной добавкой и лабораторных образцов САФУ с содержанием P₂O₅ 0,41 и 5,7% P₂O₅.

Присутствие магнезиальной добавки на 6 ⁰С снижало температуру плавления аммиачной селитры (169⁰С и 136⁰С) и на 3⁰С - температуру начала кристаллизации (167⁰С и 164⁰С). Фосфатная добавка в количестве 0,6% P₂O₅ увеличивает температуру начала перехода IV → III на 11-12 ⁰С (42-43⁰С и 52-55⁰С), для переходов III → II и II → I она остается такой же, как и для аммиачной селитры.

Для проб САФУ с содержанием 0,41-5,7% P₂O₅ наблюдалась тенденция к понижению температуры плавления на 16⁰С (153⁰С и 169⁰С) и увеличение температуры фазовых переходов III → II на 4-8⁰С (92-96⁰С и 88⁰С) и IV → III на 6-14⁰С (49-57⁰С и 42-43⁰С) при практически неизменной температуре фазового перехода II → I (129 ⁰С) по сравнению с чистой аммиачной селитрой.

Таблица 5.2 Температуры фазовых переходов САФУ при нагреве

Содержание P2O5, %	IV → III	III → II	II → I	I → расплав
5,7 (САФУ)	57	95	128	153
1,6	56	94	128	156
1,0	56	90	128	156
0,78	56	90	128	157
0,41	53	90	128	157
0	42-43	88	129	169

При увеличении содержания в системе NH₄NO₃-NH₄H₂PO₄ моноаммоний фосфата (от 0 до 5,7% P₂O₅) наблюдается тенденция снижения температуры плавления с 169⁰С до 153⁰С, повышения температуры фазовых переходов IV → III и III → II с 42 ⁰С до 54⁰С и с 88⁰С до 94⁰С соответственно. Температура перехода II → I осталась практически неизменной.

Снижение температуры плавления системы позволит экономить тепловую энергию на технологических стадиях упаривания и грануляции. Особенно важным является повышение температуры фазового перехода IV → III САФУ. В этом случае можно снизить расход холодного воздуха для охлаждения гранул в холодильнике кипящего слоя внизу грануляционной башни перед подачей готового продукта на склад.

6. Технологические расчеты

.1 Материальный и тепловой балансы производства САФУ

.1.1 Материальный баланс аппарата ИТН

Исходные данные для расчетов

1. Производительность агрегата…………………………………….450 тыс.т/год

2. Число дней работы установки в год………………………………………330

3. Производительность по 100%-ной NH4NO3, кг/ч.………………………...56800

4. Давление процесса ат. абс ……………………………………………………1,05

8. Концентрация азотной кислоты, % мас…………………………………….….58

6. Концентрация газообразного аммиака, % мас…………………………….....100

7. Потери азотной кислоты с соковым паром, кг…………………………..........7,5

8. Потери нитрата аммония с соковым паром, кг…………………………….....2,5

9. Для промывки сокового пара от аммиачной селитры и азотной кислоты в промывную зону аппарата ИТН подается КСП, кг/ч…………………………....…..3003

в том числе:

воды, кг/ч................……………………………………………………................2979

азотной кислоты, кг/ч……………………………………………………….……...12

нитрата аммония, кг/ч……………………………………………………….……..12

Молярная масса NH4NO3, кг/кмоль………………………………………….……80

Молярная масса HNO3, кг/кмоль…………………………………………….……63

Молярная масса NH3, кг/кмоль……………………………………………….…...17

Молярная масса Н2О, кг/кмоль………………………………………..………......18

1) Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком протекает по реакции:

NН₃+НNО₃ ® NН₄NО₃+Q ∆Н = -146490 кДж

) Теоретически расход НNО₃ по реакции равен на 1 т. NН₄NО₃:

из 63 кг HNO₃ получается 80 кг NH₄NO₃

из х кг HNO₃ получается 1000 кг NH₄NO₃ , отсюда

3) Практически расход с учетом потерь:

4) Теоретический расход 100%-ного NН₃ по реакции равен:

из 17 кг NH₃ получается 80 кг NH₄NO₃

из х кг NH₃ получается 1000 кг NH₄NO₃ , отсюда

.

5) Практический расход NН₃: 12,5+2,5 = 215 кг.

6) Часовой расход НNО₃ в аппарате ИТН: 795 · 56,8 = 45156 кг/ч

Часовые потери НNО₃: 7,5 · 56,8 = 426 кг/ч

) Часовой расход NН₃: 215 · 56,8 =12212 кг/ч

Часовой потери NН₃: 2,5 · 56,8 =142 кг/ч

8) Расход 58%-ой кислоты на нейтрализацию:

.

9) Масса Н₂О в растворе: 77855 - 45156 = 32699 кг/ч

) Общая масса раствора NН₃ и НNО₃: 77855 + 12212 = 90067 кг/ч

) Концентрация раствора NН₄NО₃ без учета испарения Н₂О за счет тепла реакции нейтрализации:

12) С учетом испарения Н₂О концентрация раствора NН₄NО₃ на выходе из аппарата ИТН принимается 90%. Правильность выбранной концентрации проверяется тепловым расчетом. Масса 90%-го раствора NН₄NО₃:

13) Масса Н₂О содержащая в этом растворе: 63111 - 56800 = 6311 кг

) Масса Н₂О, испарившейся за счет тепла нейтрализации и перешедшая в СП пар: 32699 - 6311 = 26388кг/ч

Мы рассчитали материальный баланс аппарата ИТН по основным потокам NН₃ и раствору НNО₃. Однако с 1-й тарелки сепараторной зоны по переливной трубе в реакционную часть поступает 20%-ый раствор NН₄NО₃. Этот раствор смешивается с основной массой циркуляционного 90%-го раствора NН₄NО₃ и упарившегося до 90%-го раствора NН₄NО₃. Объем 20%-го раствора 6,4 /ч, плотность 1,085 т/.

Уточним материальный баланс с учетом прихода 20%-го раствора NН₄NО₃.

15) Масса 20%-го раствора NН₄NО₃: 6,4 · 1,085 = 6,944т/ч = 6944кг/ч.

16) Масса NН₄NО₃ в 20%-ом растворе: 6944 · 0,2 = 1389кг/ч

) Масса 90%-го раствора нитрата аммония после упарки 20%-го раствора:

/0,9 = 1543 кг

) Масса испарившейся Н₂О: 6944 - 1543 = 5401 кг

) Общая масса выходящего 90%-го раствора NН₄NО₃ из ИТН:

+ 1543 = 64654кг.

) Общая масса выходящего сокового пара из аппарата ИТН складывается из массы потерь NН₃ и НNО₃ и массы дополнительного пара после упарки 20%-го раствора:

+ 5401 + 426 + 142 = 32357кг.

) Общий приход и расход массы.

Приход: 90067 + 6944 = 97011кг

Расход: 64654 + 32357 = 97011кг.

Таблица 6.1 Материальный баланс процесса нейтрализации (на два аппарата ИТН)

Приход	Кг/ч	% масс	Расход	Кг/ч	% масс
Газообразный аммиак (с м. д. NН3 99,6 %),	12212	12	Раствор аммиачной селитры с м. д. NН4NО3 90% на выходе из аппарата ИТН	64654	67
Азотная кислота с масс. дол. НNО3 80%,  в том числе НNО3 Н2О	77855  45156 32699	81	Соковый пар, в том числе: Н2О NН4NО3 НNО3	32357 31789 426 142	33
Раствор аммиачной селитры с м. д. NН4NО3 20%, том числе NН4NО3 Н2О	6944  1389 5555	7
Всего:	97011	100	Всего:	97011	100

В данном разделе произведен расчет материального баланса на два аппарата ИТН. При этом получается большое количество сокового пара, который используется для подогрева исходных реагентов и воздуха в теплообменниках. Большое количество воды для сокового пара приходит с раствором азотной кислоты (81% от прихода).

.1.2 Тепловой баланс аппарата ИТН

Исходные данные:

Данные материального баланса аппарата ИТН

Температура аммиака………………………………………….……………..125°С

Температура раствора азотной кислоты ………………………………..……90°С

Температура сокового пара………………………………………………….106 °С

Целью расчета теплового баланса является определение всех потоков прихода и расхода тепла.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла:

Q_ПРИХ = Q_РАСХ (6.1)

Запишем уравнение теплового баланса:

Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ = Q₅ + Q₆+ Q₇+ Q₈+ Q₉+ Q₁₀, (6.2)

где Q₁ - физическое тепло 58%-й НNО_3,кДж;

Q₂ - физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q₃ - физическое тепло 20%-го раствора, кДж;

Q₄ - тепловой эффект реакции нейтрализации, кДж;

Q₅-эндотермический эффект разбавления 90%-го раствора NН₄NО₃ 20%-ым раствором NН₄NО₃, кДж;

Q₆ - теплота, затраченная на испарение Н₂О из раствора NН₄NО₃, кДж

Q₇ - теплота, затраченная на испарение НNО₃ и раствора азотной кислоты, кДж

Q₈ - физическое тепло сокового пара, кДж

Q₉ - физическое тепло 90%-го раствора NН₄NО₃, кДж

Q₁₀ - потери тепла в окружающую среду, кДж.

Расчет прихода тепла

) физическое тепло азотной кислоты рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.3)

где m - масса азотной кислоты, кг;

с - теплоемкость азотной кислоты, кДж/кг·К;

t - температура азотной кислоты, °С.

Q₁ = 77855 · 2,780 · 90 = 19479321 кДж.

2)    физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.4)

где n - количество аммиака, кмоль;

c - теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t - температура аммиака, °С.

Q₂ = 12212 · 2,26 · 125 = 3449890 кДж

3)    физическое тепло конденсата сокового пара рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.5)

Q₃ = 6944 · 3,530 · 108 = 2647331 кДж

) Q₄ тепло реакции нейтрализации является суммой следующих теплот:

теплота дегидратации азотной кислоты (она численно равна теплоте разбавления HNO₃ водой до концентрации 58%), кДж/кг HNO₃:

q₁ =  = 357,88

теплота дегидратации, приходящаяся на 1 кг NH₄ NO₃, кДж:

q₂ =  = 281,7

теплота нейтрализации в соответствии с реакцией на 1 кг NH₄ NO₃, кДж:

q₃ =  = 1830,2

теплота растворения образовавшегося нитрата аммония до концентрации 90% на 1 кг NH₄ NO₃, кДж/кг: q₄ = 76

Удельная теплота нейтрализации равна:

q₅ = 1830,2 - 281,7 - 76 = 1472,5 кДж/кг

Вычислим тепло реакции нейтрализации:

Q₄ = 1472,5 · 56800 = 83638000 кДж

Общий приход тепла

Q_прих = 19479321 + 3449890 + 2647331 + 83638000 = 109214542 кДж

Расчет расхода тепла

Общая масса разбавленного раствора: 63111 + 6944 = 70055кг

Концентрация раствора после разбавления: 58189 · 100/70055 = 83%масс

Затраты тепла на растворение NН₄NО₃ до концентрации 83%:

кДж/кг · 58189кг = 7099058кДж

Затраты тепла на растворение NН₄NО₃ до концентрации 90%:

кДж/кг · 58189кг = 4422364кДж

Q₅ = 7099058 - 4422364 = 2676694кДж

) теплоту, затраченную на испарение воды из раствора аммиачной селитры, рассчитаем по формуле:

Q₇ = ΔН_исп. · G, (6.6)

где ΔН_исп - средняя теплота испарения воды при  и концентрации раствора от 63 до 90%масс,кДж/кг, кДж/кг;

G - масса испарившейся воды, кг.

кДж/кг

кг

Q₆ = 2252 ·31418 = 70753336кДж

) Тепло, затраченное на испарение HNO₃ из раствора азотной кислоты, вычислим следующим образом:

-         теплота дегидратации равна 357,88 кДж/кг;

-        теплота испарения HNO₃ из 100%-го раствора равна 626,3 кДж/кг

-        вычислим Q₇: Q₇ = 426 · (357,88 + 626,3) = 419260,68 кДж

8)  Q₈ = 32357 · 1,895 · 155,5 = 9534718 кДж

)  Q₉ = 64654 · 2,193 · 155,5 = 22047758 кДж

) Q₁₀= Q_прих - (Q₅ +Q₆+ Q₇+ Q₈+ Q₉) (6.7)

Q₁₀ = 109214542 - 105431766,7 = 3782775,3кДж,

Таблица 6.2 Тепловой баланс на два аппарата ИТН.

Приход	Кг/ч	% масс	Расход	Кг/ч	% масс
Q1 - физ. тепло 58%-й НNО3 кДж;	19479321	17,8	Q5-эндотермический эффект разбавления 90%-го раствора NН4NО3 20%-ым раствором NН4NО3, кДж;	2676694	2,5
Q2 - физ. тепло газообразного аммиака, кДж	3449890	3,2	Q6 - теплота, затрачен-ная на испарение Н2О из раствора NН4NО3, кДж	70753336	64,8
Q3 -физ. тепло 20%-го раствора, кДж;	2647331	2,4	Q7 - теплота, затраченная на испарение НNО3 и раствора азотной кислоты, кДж	419260,68	0,4
Q4 - теп. эффект реакции нейтра-лизации, кДж	83638000	76,6	Q8 - физ. тепло сокового пара, кДж	9534718	8,7
			Q9 - физ. тепло 90%-го раствора NН4NО3, кДж	22047758	20,2
			Q10 - потери тепла в окружающую среду, кДж	3782775,3	3,4
Всего:	109214542	100	Всего:	109214542	100

В данном разделе произведен расчет теплового баланса на два аппарата ИТН. Значительную часть прихода тепла составляет тепло реакции нейтрализации (76,6%), а в расходе тепла - это тепло, затраченное на испарение воды из раствора аммиачной селитры (64,8%).

.1.3 Материальный баланс донейтрализатора Р-4

Исходные данные:

Данные материального баланса аппарата ИТН

Массовая доля NH4NO3 в выходящем растворе…………………………..…..0,885

В аппарат подается добавка ЖКУ, кг/ч…………………………….….…..…6336,4

в том числе

фосфаты аммония, кг/ч…………………………………………………..……4749,2

вода, кг/ч ………………………………………………………………………1587,2

Потери аммиака, %мас………………………………………..…………………...58

Потери фосфатов аммония, %мас………...…………………………………….0,09

Расчет материального баланса.

1)      Нейтрализация азотной кислоты происходит по реакции

NН₃+НNО₃ ® NН₄NО₃+Q ∆Н = -146490 кДж

В донейтрализатор поступает 27кг/ч аммиака. Учитывая потери, прореагирует только 15,7 кг аммиака. Вычислим, сколько азотной кислоты при этом нейтрализуется:

кг NH₃ - 63 кг HNO₃

15,5 кг NH₃ - х кг HNO₃

Тогда останется азотной кислоты: 87 - 57,4 = 29,6 кг.

) Найдем сколько получится нитрата аммония:

17 кг NH₃ - 80 кг NH₄NO₃

15,5 кг NH₃ - х кг NH₄NO₃

Тогда в выходящем из донейтрализатора растворе САФУ содержится нитрата аммония: 51504,4 + 72,9 = 51577,3 кг/ч

) В аппарат с добавкой ЖКУ и аммиаком поступает вода. Вычислим, сколько воды будет в выходящем растворе:

,7 + 1587,2 + 0,1 = 7310 кг/ч.

) составим таблицу материального баланса

Таблица 6.3 Материальный баланс донейтрализатора Р-4

Статьи прихода	кг/ч	%мас	Статьи расхода	кг/ч	%мас
Раствор аммиачной селитры с м.д. NH4NO3 0,9, в том числе NH4NO3 HNO3 Н2О	57314,1   51504,4 87 5722,7	85,3	Раствор САФУ с м.д. NH4NO3 0,885, в том числе NH4NO3 HNO3 Н2О фосфаты аммония	63661,7   51577,3 29,6 7310 4744,8	99,98
ЖКУ, в том числе фосфаты аммония Н2О	6336,4 4749,2 1587,2	10	Потери NH3 фосфаты аммония	15,9 11,5 4,4	0,02
Аммиак с м.д. NH3 0,996 в том числе Н2О NH3	27,1 0,1 27	4,7
ИТОГО	63677,6	100	ИТОГО	63677,6	100

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры - 85,3%, а расходуется больше раствора САФУ - 99,98%.

.1.4 Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

Исходные данные:

Данные теплового баланса аппарата ИТН

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Температура ЖКУ……………………………………………………………....80°С

Потери тепла………………………………………………………………………4%

Целью расчета теплового баланса донейтрализатора является определение расхода пара для обогрева донейтрализатора.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла.

Запишем уравнение теплового баланса:

Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ = Q₆ + Q₇ + Q₈ + Q₉, (6.8)

где Q₁ - физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры, кДж;

Q₂ - физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q₃ - физическое тепло ЖКУ, кДж;

Q₄ - тепло реакции нейтрализации, кДж;

Q₅ - тепло пара, подаваемого на обогрев донейтрализатора, кДж;

Q₆ - физическое тепло раствора САФУ, кДж;

Q₇ - физическое тепло аммиака в скруббер-нейтрализатор, кДж;

Q₈ - теплота, затраченная на разбавление 90%-го раствора аммиачной селитры 4,4%-м раствором, кДж;

Q₉ - потери тепла, кДж.

Расчет прихода тепла:

1) физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры рассчитаем:

Q = m · c · t, (6.9)

где m - масса 90%-ного раствора аммиачной селитры, кг;

с - теплоемкость 90%-ного раствора аммиачной селитры, кДж/кг·К;

t - температура 90%-ного раствора аммиачной селитры, °С.

Q₁ = 57314,1 ·2,400 · 155 = 21320845,2 кДж

) физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.10)

где n - количество аммиака, кмоль;

c - теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t - температура аммиака, °С.

Q₂ =  = 5196,3 кДж

) физическое тепло ЖКУ рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.11)

где m - масса ЖКУ, кг;

с - теплоемкость ЖКУ, кДж/кг·К;

t - температура ЖКУ, °С.

Теплоемкость ЖКУ рассчитаем по правилу аддитивности, используя теплоемкости чистых веществ и зная массовые доли их в растворе:

с_ЖКУ = 1,349 · 0,75 + 4,19 · 0,25 = 2,059 кДж/кг·К

Q₃ = 6336,4 · 2,059 · 80 = 1043731,8 кДж

) рассчитаем тепло реакции нейтрализации:

при нейтрализации 63 кг HNO₃ выделяется 146490 кДж тепла

при нейтрализации 57,4 кг HNO₃ выделяется х кДж тепла

Q₄ =  = 133468,7 кДж

) выразим тепло пара, кДж: Q₅ = n · 36,1 · 183= n · 6606,3

6) приход тепла равен:

Q_ПРИХ = 21320845,2 + 5196,3 + 1043731,8 + 133468,7 + n · 6606,3

Q_ПРИХ = 22503242 + n · 6606,3

Расчет расхода тепла:

) физическое тепло раствора САФУ с массовой долей нитрата аммония 0,88 рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.12)

где m - масса раствора САФУ, кг;

с - теплоемкость раствора САФУ, кДж/кг·К;

t - температура раствора САФУ, °С.

Q₆ = 63661,7 · 2,200 · 155 = 21708639,7 кДж

) физическое тепло аммиака в скруббер нейтрализатор, кДж, рассчитаем по формуле:

Q₇ =  = 2205,1 кДж

) вычислим эндотермический эффект разбавления 90%-го раствора аммиачной селитры 4,4%-м раствором, образующимся при смешении образующегося нитрата аммония с водой, пришедшей с ЖКУ:

масса NH₄ NO₃ в разбавленном растворе, кг: 51577,3

общая масса разбавленного раствора, кг: 51577,3 + 7310 = 58887,3

концентрация раствора после разбавления: 5157730/58887,3 = 88%

затраты тепла на растворение NH₄ NO₃ до 90% составляют:

q₁ = 76 кДж/кг ∙ 51577,3 кг = 3919874,8 кДж

затраты тепла на растворение NH₄ NO₃ до 88% составляют:

q₂ = 78 кДж/кг ∙ 51577,3 кг = 4023029,4 кДж

-затраты тепла на разбавление 90%-го раствора до 88%-го составляют:

Q₈ = 4023029,4 - 3919874,8 = 103154,6 кДж

) выразим потери тепла: Q₉ = (22503242 + n · 6606,3) · 0,04

) расход тепла равен: Q_РАСХ = 21708639,7 + 2205,1 + 103154,6 + Q₉

Q_РАСХ = 22754129,1 + 264,3 · n

) вычислим расход пара, исходя из условия теплового баланса:

+ n · 6606,3 = 22754129,1 + 264,3 · n

n = 40 кмоль; n = 40кмоль · 18 кг/кмоль = 720 кг

) вычислим тепло пара, кДж по формуле: Q₅ = 40 · 36,1 · 183 = 264252 кДж

) вычислим приход тепла: Q_ПРИХ = 22503242 + 264252 = 22767494 кДж

) вычислим потери тепла: Q₉ = (22503242 + 40 · 6606,3) · 0,04 = 910699,8 кДж

) вычислим расход тепла: Q_РАСХ = 22754129,1 + 264,3 · 40 = 22764701,1 кДж

) составим таблицу теплового баланса

Таблица 6.4 Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

ПРИХОД			РАСХОД
Поток	кДж/ч	%	Поток	кДж/ч	%
Q1-физ. тепло 90%-го раствора NH4NO3	21320845,2	93,6	Q6-физическое те-пло раствора САФУ	21708639,7	95,4
Q2-физическое тепло газообраз-ного аммиака	5196,3	0,02	Q7-физ. тепло газо-образного аммиака в скруббер-нейтрали-затор	2205,1	0,09
Q3-физическое тепло ЖКУ	1043731,8	4,58	Q8-тепло разбав-ления	103154,6	0,51
Q4 - тепло реакции нейтрализации	133468,7	0,6	Q9 - потери тепла	910699,8	4
Q5-физ. тепло пара	264252	1,2
ВСЕГО	22767494	100	ВСЕГО	22764701,1	100

В данном разделе произведен расчет теплового баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры - 93,6%, а расходуется больше раствора САФУ - 95,4%.

.1.5 Материальный баланс донейтрализатора Р-97

Исходные данные:

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Массовая доля NH4NO3 в выходящем раствор………………………………0,885

Потери аммиака…………………………………………………………….58%мас

Потери фосфатов аммония……………………………………………….0,09%мас

) небольшой избыток аммиака (0,5 г/л) должен быть в выходящем растворе аммиачной селитры , так как в барабан должен поступать раствор САФУ рН = 4,5-5. Этот избыток будет составлять 10,1 кг/ч, тогда прореагирует аммиака:

- 11,5 - 10,1 = 5,4 кг

) вычислим, сколько азотной кислоты нейтрализуется:

кг NH₃ - 63 кг HNO₃

,4 кг NH₃ - х кг HNO₃

х = 20,4 кг/ч

Тогда останется азотной кислоты: 29,6 - 20,4 = 9,2 кг

) Найдем сколько получится нитрата аммония:

17 кг NH₃ - 80 кг NH₄NO₃

5,4 кг NH₃ - х кг NH₄NO₃

х = 25,9 кг/ч

Тогда в выходящем из донейтрализатора растворе САФУ нитрата аммония содержится: 51577,3 + 25,9 = 51603,2 кг/ч

4) составим таблицу материального баланса

Таблица 6.5 Материальный баланс донейтрализатора Р-97

Статьи прихода	кг/ч	%мас	Статьи расхода	кг/ч	%мас
Раствор САФУ с м.д. NH4NO3 0,881, в том числе NH4NO3 HNO3 Н2О фосфаты аммония	63661,7 51577,3 29,6 7310 4744,8	99,96	РастворСАФУ с м.д. NH4NO3 0,885, в т.ч. NH4NO3 HNO3 NH3 Н2О фосфаты аммония	63672,9 51603,2 9,2 10,1 7310 4740,4	99,98
Аммиак с м.д. NH3 0,996 в том числе Н2О NH3	27,1 0,1 27	0,04	Потери NH3 фосфаты аммония	15,9 11,5 4,4	0,02
ИТОГО	63688,8	100	ИТОГО	63688,8	100

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-97. Большую часть прихода составляет раствор САФУ - 99,96%, а расходуется больше раствора САФУ - 99,98%.

.1.6 Тепловой баланс донейтрализатора Р-97

Исходные данные:

Данные теплового баланса донейтрализатора Р-4

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Температура аммиака……………………………………………………..…..120°С

Потери тепла……………………………………………………………………..4%

Целью расчета теплового баланса донейтрализатора является определение расхода пара для обогрева донейтрализатора.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла.

Запишем уравнение теплового баланса:

Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ = Q₅ + Q₆ + Q₇, (6.13)

где Q₁ - физическое тепло раствора САФУ с м.д. NH₄NO₃ 0,88, кДж;

Q₂ - физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q₃ - тепло реакции нейтрализации, кДж;

Q₄ - тепло пара, подаваемого на обогрев донейтрализатора, кДж;

Q₅ - физическое тепло раствора САФУ на выходе, кДж;

Q₆ - физическое тепло аммиака в скруббер-нейтрализатор, кДж;

Q₇ - потери тепла, кДж.

Расчет прихода тепла:

1) физическое тепло раствора САФУ с массовой долей нитрата аммония 0,88 рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.14)

где m - масса раствора САФУ, кг;

с - теплоемкость раствора САФУ, кДж/кг·К;

t - температура раствора САФУ, °С.

Q₁ = 63661,7 · 2,200 · 155 = 21708639,7 кДж

2) физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.15)

где n - количество аммиака, кмоль;

c - теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t - температура аммиака, °С.

Q₂ =  = 5196,3 кДж

1)      рассчитаем тепло реакции нейтрализации:

при нейтрализации 63 кг HNO₃ выделяется 146490 кДж тепла

при нейтрализации 20,4 кг HNO₃ выделяется х кДж тепла

Q₃ =  = 47434,9 кДж

4) выразим тепло пара, кДж: Q₄ = n · 36,1 · 183 = n · 6606,3

5) приход тепла равен:

Q_ПРИХ = 21708639,7 + 5196,3 + 47434,9 + n · 6606,3

Q_ПРИХ = 21761270,9 + n · 6606,3

Расчет расхода тепла:

) физическое тепло раствора САФУ на выходе из донейтрализатора:

Q₅ = 63672,9 · 2,209 · 150,3 = 21140211,5 кДж

) физическое тепло аммиака в скруббер нейтрализатор:

Q₆ =  = 2205,1 кДж

) выразим потери тепла:

Q₇ = (21761270,9 + n · 6606,3) · 0,04

) расход тепла равен:

Q_РАСХ = 21140211,5 + 2205,1 + Q₇

Q_РАСХ = 22012867,4 + 264,3 · n

) вычислим расход пара, исходя из условия теплового баланса:

,9 + n · 6606,3= 22012867,4 + 264,3 · n

n = 40 кмоль; n = 40кмоль · 18 кг/кмоль = 720 кг

) вычислим тепло пара, кДж :

Q₄ = 40 · 36,1 · 183 = 264252 кДж

) вычислим приход тепла: Q_ПРИХ = 21761270,9 + 264252 = 22025522,9кДж

) вычислим потери тепла: Q₇ = (21761270,9 + 40 · 6606,3) · 0,04 = 881020,9 кДж

) вычислим расход тепла: Q_РАСХ = 22012867,4 + 264,3 · 40 = 22023439,4 кДж

) составим таблицу теплового баланса

Таблица 6.6. Тепловой баланс донейтрализатора Р-97

ПРИХОД			РАСХОД
Поток	кДж/ч	%	кДж/ч	%
Q1	21708639,7	98,6	Q5	21140211,5	96
Q2	5196,3	0,02	Q6	2205,1	0,01
Q3	47434,9	0,2	Q7	881020,9	3,99
Q4	264252	1,18
ВСЕГО	22025522,9	100	ВСЕГО	22023439,4	100

В данном разделе произведен расчет теплового баланса донейтрализатора Р-97. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры - 98,6%, а расходуется больше раствора САФУ - 96%.

.2 Материальный и тепловой балансы производства аммиачной селитры

.2.1 Материальный баланс донейтрализатора Р-4

Материальный баланс донейтрализатора Р-4 (с введением магнезиальной добавки)

Исходные данные:

Данные материального баланса аппарата ИТН

Раствор нитрата магния 37% Mg(NO3)2………………………………..1900,8 кг/ч:

в том числе Mg(NO3)2…………………………………………………….703,3 кг/ч

H2O…………………………………………………………………..……1197, 5 кг/ч

Расчет материального баланса.

1)      Нейтрализация азотной кислоты происходит по реакции

NН₃+НNО₃ ® NН₄NО₃+Q ∆Н = -146490 кДж

Газообразный аммиак для донейтрализации азотной кислоты:

 кг/ч аммиака,

где 17,63 - молекулярные массы аммиака и азотной кислоты соответственно;

- количество азотной кислоты, кг/ч;

С учетом потерь (2,5 кг/ч на 1000 кг аммиачной селитры)

,5 кг/ч NH₄NO₃ - х

1000  кг/ч NH₄NO₃ - 2,5 кг/ч NH₃

х = 0,28 кг/ч

Общий расход аммиака: 23,7 + 0,28 = 24 кг/ч NH₃ (100%-ного)

Количество 99,6%-ного аммиака необходимого для донейтрализации:

 99,6%-ного аммиака

Количество воды, содержащейся в 99,6 %-ом аммиаке:

,1-24=0,1 кг/ч воды

Расход:

Раствор аммиачной селитры с массовой долей NH₄NO₃ 88,5% , входящей в донейтрализатор:

NH₄NO₃ (100%) = 59165+111,5=59 276,5 кг/ч(NO₃)₂= 703,3 кг/ч₂O=5401+1197,5+0,1=6598,6 кг/ч

Таблица 6.7 Материальный баланс донейтрализатора Р-4

Статьи прихода	кг/ч	%мас	Статьи расхода	кг/ч	%мас
Раствор аммиачной селитры с м.д. NH4NO3 0,9, в том числе NH4NO3 HNO3 Н2О	64654  59165 88 5401	97,1	Раствор аммиачной селитры в том числе NH4NO3 Mg(NO3)2 Н2О	66578,8  59276,5 703,3 6599	100
Раствор нитрата магния 37% в т.ч. Mg(NO3)2 H2O	1900,8 703,3 1197,5	2,86
Аммиак с м.д. NH3 0,996 в том числе Н2О NH3	24,1 0,1 24	0,04
ИТОГО	66578,9	100	ИТОГО	66578,8	100

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры - 97,1%, а расходуется больше раствора аммиачной селитры - 100%.

.2.2 Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

Исходные данные:

Данные теплового баланса аппарата ИТН

Данные материального баланса донейтрализатора Р-4

Температура нитрата магния……………………………………………………80°С

Целью расчета теплового баланса донейтрализатора является определение расхода пара для обогрева донейтрализатора.

Расчет теплового баланса.

Условием теплового баланса является равенство прихода и расхода тепла.

Запишем уравнение теплового баланса:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₆ + Q₇ , (6.16)

где Q₁ - физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры, кДж;

Q₂ - физическое тепло газообразного аммиака, кДж;

Q₃ - физическое тепло 37% раствора нитрата магния, кДж;

Q₄- физическое тепло раствора САФУ, кДж;

Q₅ - потери тепла, кДж.

Расчет прихода тепла:

1) физическое тепло 90%-го раствора аммиачной селитры рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.17)

где m - масса 90%-ного раствора аммиачной селитры, кг;

с - теплоемкость 90%-ного раствора аммиачной селитры, кДж/кг·К;

t - температура 90%-ного раствора аммиачной селитры, °С.

Q₁ = 64654 · 1,86 · 160 = 19241030,4 кДж

) физическое тепло газообразного аммиака рассчитаем по формуле:

Q = n · c · t, (6.18)

где n - количество аммиака, кмоль;

c - теплоемкость аммиака, кДж/кмоль·К;

t - температура аммиака, °С.

Q₂ = 24,1 · 2,3 · 120 = 6651,6 кДж

) физическое тепло 37%-ного раствора нитрата магния рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.19)

где m - масса нитрата магния, кг;

с - теплоемкость нитрата магния, кДж/кг·К;

t - температура нитрата магния, °С.

Q₃ = 1900,8 · 3,05 · 80 = 463795,2 кДж

) приход тепла равен:

Q_ПРИХ = 19241030,4 + 6651,6 + 463795,2 = 19711477,2 кДж

Расчет расхода тепла:

) физическое тепло раствора аммиачной селитры с массовой долей 88,5% рассчитаем по формуле:

Q = m · c · t, (6.20)

где m - масса раствора аммиачной селитры, кг;

с - теплоемкость раствора аммиачной селитры, кДж/кг·К;

t - температура раствора аммиачной селитры, °С.

Q₄ = 66578,8 · 1,95 · 150 = 19474299 кДж

) выразим потери тепла:

Q₅ = 19711477,2 - 19474299 = 237178,2 кДж

) расход тепла равен:

Q_РАСХ = 19474299 + 237178,2 = 19711477,2 кДж

) составим таблицу теплового баланса

Таблица 6.8 Тепловой баланс донейтрализатора Р-4

ПРИХОД			РАСХОД
Поток	кДж/ч	%	Поток	кДж/ч	%
Q1	19241030,4	97,6	Q4	19474299	98,8
Q2	6651,6	0,03	Q5	237178,2	1,2
Q3	463795,2	2,35
ВСЕГО	19711477,2	100	ВСЕГО	19711477,2	100

 

В данном разделе произведен расчет материального баланса донейтрализатора Р-4. Большую часть прихода составляет раствор аммиачной селитры - 97,6%, а расходуется больше раствора аммиачной селитры - 98,8%.

.3 Конструктивный расчет основного аппарата ИТН

В данной схеме производства используется вертикальный цилиндрический аппарат ИТН, состоящий из двух частей: реакционной и сепарационной. Реакционный стакан имеет отверстие в нижней части. Выше отверстий расположены барботер аммиака, ниже барботера газообразного аммиака - кольцевой барботер азотной кислоты. Верхняя часть реакционного стакана заканчивается диффузором.

Сепарационная часть аппарата - промыватель с четырьмя колпачковыми тарелками и двумя отбойниками. Среда: азотная кислота, аммиак, раствор NP-удобрения (аммиачной селитры) с массовой долей NН₄NО₃ до 91%, фосфаты аммония до 10 %, соковый пар.

Объем реакционной зоны:

, (6.21)

где V - расход реагентов в реакторе, м/с,

 -время пребывания в реакционном стакане, с

V_з = 8,44 × 0,5 = 4,22 м³

. Площадь поперечного сечения:

S = V/w, (6.22)

где w- линейная скорость потока в реакторе, м/с

S = 4,22/3,5 = 1,2 м²

. Диаметр реакционного стакана:

D = (6.23)

D =м

. Высота стакана:

H = V_p /S, (6.24)

H = 4,22/1,2=3,5м

По имеющимся диаметру и высоте реакционного стакана, учитывая число тарелок, находим по таблице высоту сепарационной части: H = 7660мм.

Следовательно, высота аппарата ИТН будет равна: 7660 + 3500 = 11160мм.

.4 Расчет и выбор вспомогательного оборудования

Вспомогательным оборудованием процесса нейтрализации азотной кислоты газообразным являются: теплообменники, донейтрализаторы и скруббер.

Рассчитаем и подберем по ГОСТу подогреватель газообразного аммиака Т-1.

Перед подачей аммиака в аппарат ИТН аммиак нагревают до температуры 120-180 ⁰С в цилиндрическом одноходовом кожухотрубчатом теплообменнике.

Количество тепла Q, Вт, затрачиваемое на нагрев раствора определяется по формуле:

 

Q = G · c · Δt , (6.25)

где G - расход раствора ДАФ, кг/с;

c - теплоёмкость раствора, Дж/ (кг·К);

Δt -разность температур, ^оС;

= 12096,4 · 2,3 · (125 - 40) = 2364846,2 Вт

Количество нагревающего раствора G, кг/с, определяется по формуле:

G = 2364846,2 / (3743,763 · 85) = 7,43 кг/с

В процессе теплообмена аммиак нагревается от 40 ^оС до 125 ^оС

Среднелогарифмическая разность температур Δt _{ср лог}, определяется по формуле:

, (6.26)

где Δt _б -большая разность температур, град;

Δt _м- меньшая разность температур, град;

Δt _м =Δt _б =50 град

Δt _{ср лог} = 50 град

Отношение n/Z определяется по формуле:

 (6.27)

где n -общее число труб, шт;

Z - число ходов;

Re - критерий Рейнольдса;

µ- вязкость среды, Па·с;

d- внутренний диаметр трубок, м

- при диаметре труб Ø_тр= 25×2 мм

 ,

-    при диаметре труб Ø_тр=20×2 мм

Площадь поверхности теплообменника F_ор , м ², определяется по формуле:

 (6.28)

 - коэффициента теплопередачи, Вт/( м ²·К)

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи: =250 Вт/( м ²·К)

Тогда ориентировочная поверхность теплообмена:

_ор=  189 м ²

 

Выбираем теплообменник, соответствующий площади поверхности теплообменника F_ор = 189 м². (ГОСТ 15120- 79):

- поверхность теплообмена F=219 м²

диаметр теплообменника Ø=800 мм

диаметр труб теплообменника Ø_тр=25×2 мм

- число ходов Z = 1

- число трубок n = 465 шт

длина труб = 6м

площадь сечения в вырезе S₁ =16,1·10^-2 м²

- площадь сечения между перегородками S₂ =7,9·10^-2 м²

- площадь сечения одного хода по трубе S₃ =6,9·10^-2 м²          

Критерий Рейнольдса Re определяем исходя из формулы:

Re=

Критерий Прандтля (Pr) определяем по формуле:

 =  (6.29)

где c - удельная теплоемкость, кДж/ (кг·К);

λ - теплопроводность, Вт/ (м·К);

µ- вязкость среды, Па·с.

Pr == 5,07

Коэффициент теплоотдачи к жидкости α, Вт/( м²·К), движущейся по трубам турбулентно, определяется по формулам :

α = 0,023 · Re^0,8 · Pr^0,4 · λ /d , (6.30)

α₁ = 0,023 · 950^0,8 · 5,07^0,4 · (0,748/0,021) =377,9 Вт/(м²·К)

Площадь сечения потока в межтрубном пространств между перегородками:

₂ = 0,079 м²

Критерий Рейнольдса Re в межтрубном пространстве определяется:

Re = G · d_вн / S₂ · μ , (6.31)

где G - расход, кг/с;_вн - внутренний диаметр, м ;

S₂ - площадь сечения между перегородками, м²

₂ = 7,43 · 0,02/(0,079 · 0,0125) =150,5

Критерий Прандтля: Pr₂ = 3743,4630 · 0,00125/ 0,548 = 6,255

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, движущейся в межтрубном пространстве:

α = 0,24 · Re^0,6 · Pr^0,36 · λ /d, (6.32)

α₂ = 0,24 · 150,5^0,6 · 6,255 ^0,36 (0,748/0,02) =351,7 Вт/( м²·К)

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м² ·К), определяется по формуле:

 , (6.33)

где Σδ/λ - сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений, м²·К/Вт

Σδ/λ=  (6.34)

Σδ/λ = 0,002/17,5 + 2/2900 = 0,000804 м²·К/Вт

Коэффициент теплопередачи: К = 1/(1/377,9 +0,000804 +1/351,7) =160 Вт/(м²·К),

Поверхность теплообмена составит: F = 2364846,2/ (50 · 160) = 295,6 м²

Запас поверхности теплообмена составляет: Δ = (295,6 - 189)/295,6 · 100% = 3,6%

Данные по оборудованию приведены в таблице 5.9

Таблица 6.9 Основное оборудование процесса нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком и введение ЖКУ.

Оборудование	Размеры
Подогреватель газообразного аммиака Т-1 Диаметр, мм Высота, мм Поверхность теплообмена,м2	800 7140 219
Аппарат ИТН Р-3 Диаметр реакционной части, мм. Диаметр реакционного стакана, мм. Высота, мм. Диаметр сепарационной части ,мм. Общая высота, мм. Давление, МПа. Температура в реакционной зоне , °С. Температура в сепарационной зоне ,°С.	1600 1200 5300 3600/2200  11160 0,02 148-165°С 100-106°С
Контрольный донейтрализатор Р-97 Диаметр, мм Высота, мм	1600 6700
Скруббер-нейтрализатор Х-86 Диаметр, мм Высота, мм	600 3814
Донейтрализатор Р-4 Диаметр, мм Высота, мм Вместимость, м3 Давление , МПа Температура ,°С	800 6720 3,2 0,02 165
Подогреватель азотной кислоты Т-2 Диаметр, мм Высота, мм Поверхность теплообмена,м2	600 5610 94
Бак-гидрозатвор Е-5 Диаметр, мм Высота ,мм	1600 2508
Отделитель- испаритель жидкого аммиака Х-37  Диаметр, мм Высота, мм Вместимость, м3 Поверхность теплообмена, м2	1600 3160 5 2,3

.5 Механические расчеты

Определение толщины стенки.

Рассматриваемый аппарат представляет собой цилиндрическую обечайку. Материал корпуса - сталь 12Х18Н10Т, модуль упругости при температуре 300ºC - Е=1,9МПа.

Коэффициент прочности сварных швов корпуса , коэффициент Пуассона μ = 0,3.

Прибавка к расчетной толщине корпуса:

с = с₁ + с₂ + с₃, (6.35)

где с₁ - прибавка для компенсации коррозии, эрозии, с₁ = 2,5мм;

с₂ - прибавка для компенсации минусового допуска, с₂ = 0,8мм;

с₃ - технологическая прибавка, с₃ = 4,75мм

с = 2,5 + 0,8 + 4,75 = 8,05мм

Расчетное давление: Р = 0,02МПа.

Температура стенки: Т = 140°С.

Диаметр корпуса D = 3600мм.

Величина допускаемых напряжений при температуре t = 140ºC, σ = 136МПа.

Расчетная толщина стенки корпуса, нагруженной внутренним избыточным давлением, мм:

, (6.36)

где [σ] = η·σ*, η - поправочный коэффициент, для листового проката η = 1.

[σ] = 1·136 = 136МПа

мм

Округляем S_R до целого четного числа, S_R = 6мм.

Исполнительная толщина обечайки:

S=S_R+c (6.37)

S = 4,2+8,5 = 12,7мм.

Принято 14мм.

Условие применения формул:

, (6.38)

для обечаек и труб при D≥ 200мм

< 0,1 Условие выполняется.

Рассчитаем толщину стенки полусферического днища.

Радиус кривизны в вершине днища: R = 0,5D, R = 2200мм.

 (6.39)

мм

Исполнительная толщина стенки днища, мм:

S₁ = S_1R + c (6.40)₁ = 2,6 + 8,5 = 11,1 мм

Принимаем S₁ = 12мм.

2 Определение допускаемого давления

Допускаемое наружное давление, МПа:

[Р] = min{[Р]₁;[Р]₂}, (6.41)

где [Р]₂ - допускаемое наружное давление, определяемое из условия прочности обечайки между смежными кольцами жесткости, МПа:

, (6.42)

[Р]₂ =  = 0,42МПа

[Р]₁ - допускаемое давление из условия прочности и условия устойчивости в пределах упругости, МПа:

, (6.43)

[Р]_σ - допускаемое давление из условия прочности, МПа:

 (6.44)

[Р]_σ = = 1,116МПа

[Р]_Е - допускаемое давление устойчивости в пределах упругости, МПа:

; (6.45)

где К_э - коэффициент, принимаем К_э = 0,93;

n_у - коэффициент запаса устойчивости, n_у = 2,4

[Р]_Е = = 1,776МПа

[Р]₁ = = 0,845МПа

[Р] = min {0,845; 1,016} = 0,845МПа

[Р] > Р₂ (0,845 > 0,42), условие прочности и устойчивости выполняется.

Расчет укрепления отверстий

Допускаемый диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления:

 (6.46)

74мм

Формула применяется, если: ,

где d_R - расчетный диаметр отверстия,

d_R = d + 2с (6.47)

Отверстие для отбора проб: d = 10мм

d_R = 10 + 2 × 8,05 = 26,1мм

Укрепление не требуется (d_R < d₀ ).

Отверстие для термопары: d = 40мм

d_R = 40 + 2 × 8,05 = 56,1мм

Укрепление не требуется (d_R < d₀ ).

Укрепление одиночного отверстия в обечайке, днище, крышке другим штуцером

Внутренний диаметр штуцера d = 600мм.

Наибольший расчетный диаметр отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при отсутствии избыточной толщины стенки:

 (6.48)

мм

Допускаемое напряжение материала штуцера при расчетной температуре =140МПа.

Допускаемое напряжение материала накладного кольца при расчетной температуре =136МПа.

Расчетная длина внешней части штуцера:

, (6.49)

где l₁ - исполнительная длина внешней части штуцера, l₁ = 48мм,

S₁ - исполнительная толщина стенки штуцера, мм:

S₁ = S_1R + с_S, (6.50)

, (6.51)

φ₁ - коэффициент прочности продольного сварного соединения, φ₁ = 1,

мм

S₁ = 1,7 + 0,8 = 2,5мм

Принимаем S₁ = 10мм

мм

Принимаем l_1R = 48мм.

Расчетная ширина накладного кольца, мм:

, (6.52)

где l₂ - исполнительная ширина накладного кольца, l₂ = 240мм,

S₂ - исполнительная толщина накладного кольца, S₂ = 12мм

мм

Принимаем l_2R = 240мм

Расчетная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера, мм:

 (6.53)

l_R = = 194мм

Отношения допускаемых напряжений:

 (6.54)

Х₁ = Х₃ = 140/136

Принимаем Х₁ = Х₃ = 1.

 (6.55)

Х₂ = 136/136 = 1

Условие укрепления отверстия:

l_1R(S₁ - S_1R - c_S)X₁ + l_2RS₂X₂ + l_3R(S₃ - 2c_S)X₃ + l_R(S - S_R - c) ≥ 0,5(d_R - d_oR) S_R (6.56)

(10 - 1,7 - 0,8)1 + 240×12×1 + 0 + 194(18 - 9,8 - 8,05) = 3269мм

,5(600 - 77,2)9,8 = 2561,72мм

Определяем необходимость укрепления отверстия диаметром 900мм.

Отверстия диаметром 600 и 900мм следует укрепить другим штуцером.

Расчет укрепления взаимовлияющих отверстий

Максимальное расстояние между наружными поверхностями двух соседних штуцеров: в = 370мм.

Условие, когда отверстия считаются одиночными

 (6.57)

мм

< 389, отверстия взаимовлияющие.

Допускаемое давление перемычки, МПа:

, (6.58)

где к₁ и к₂ - коэффициенты, для выпуклых днищ к₁ = 2, к₂ =1,

V₁ - коэффициент снижения прочности:

, (6.59)

где D_R - расчетный диаметр укрепляемого элемента, мм:

D_R = 2R - для сферических днищ, D_R = 2×1900 = 3800мм,

= 600мм, = 900мм - расчетные диаметры взаимовлияющих штуцеров,

 - внутренние диаметры взаимовлияющих штуцеров.

МПа

Расчетное давление 0,2МПа не превышает допускаемое давление перемычки 0,82МПа

Расчёт опор обечайки

Вертикальные аппараты обычно устанавливают на стойках, когда они размещаются внизу помещения или на подвесных лапах, когда аппараты размещают между перекрытиями в помещении или на специальных, стальных конструкциях. При отношении Н/D>5 вертикальные аппараты размещают на открытой площадке и устанавливают на так называемых юбочных (цилиндрических и конических) опорах.

Находим нагрузку на одну опору:

Q=G/z, (6.60)

где G - вес обечайки со средой, Н;

z - число опор, z = 4;

Q = 221300/4 = 55,2 кН

Размеры опоры: а=258 мм, а₁=315 мм, b=83 мм, b₁=43 мм, b₂=323 мм, b₃=166 мм, h₁=98 мм, h₂=493 мм, S=17 мм, S₁=31 мм, d_б=М36.

Определяем толщину накладного листа:

, (6.61)

где σ_т - предел текучести материала накладного листа (ВСт3 пс), σ_т=140 МПа,

= 36,3мм

Округляем полученное значение до стандартного размера: S_H=36 мм.

Находим окружное напряжение от внутреннего давления:

σ_m = Р₂D₁/(2(S₃-c₂)), (6.62)

σ_m = 0,8 · 3800/2 · (18 - 8,05) = 107,1МПа

Вычисляем максимальное напряжение изгиба от реакции опор:

σ_и = Qe/(h₂(S₃ - c₂)²), (6.63)

где e - расстояние между опорной реакцией и стенкой обечайки, мм:

е = 0,5 (b + b₂ + S_H + S₃ - c₂), (6.64)

е = 0,5(83 + 323 + 26 + 14 - 1,3) = 222мм,

σ_и = 110000 · 222/(493 ·(18 - 8,05)²) = 307,1МПа

Проверяем условие прочности опорных лап:

(σ_m/ σ_т)² + 0,8σ_и/Аσ_т < 1, (6.65)

где А=185 - коэффициент, учитывающий условия работы.

(107,1/140)² + 0,8 · 307,1/140 · 185 = 0,6 < 1.

Условие прочности опорных лап выполняется.

Расчет сопряжения (днище-обечайка)

Внутреннее давление Р_р = Р₂ = 0,8 МПа.

Допускаемое напряжение и модуль упругости при рабочей температуре [σ]=136 МПа, Е =1,8·10⁵ МПа.

Допускаемое напряжение на краю элемента:

[σ]_кр=1,3[σ],

[σ]_кр=1,3·136=176,8 МПа.

Уравнение совместимости деформаций:

Δ^ц_р - Δ^ц_Q0 - Δ^ц_M0 = Δ^с_р+ Δ^с_Q0+ Δ^с_М0

Θ^ц_р - Θ^ц_Q0 + Θ^ц_M0 = - Θ^с_р- Θ^с_Q0 - Θ^с_М0 ,

где Δ^ц_р, Δ^ц_Q0, Δ^ц_M0, Θ^ц_р, Θ^ц_Q0, Θ^ц_M0 - соответственно, радиальные и угловые перемещения края цилиндрической обечайки под действием нагрузок Р, Q₀, М₀;

Δ^с_р, Δ^с_Q0, Δ^с_М0, Θ^с_р, Θ^с_Q0, Θ^с_М0 - соответственно, радиальные и угловые перемещения края эллиптической обечайки под действием нагрузок Р, Q₀,М₀;

Подставляем соответствующие значения деформаций в уравнения деформаций, получим:

(2-µ)Р/2Е(S-c) - 2βR²Q₀/E(S-c) + 2β²R²M₀/Е(S-c)=

= Pa²/2Е(S-c)( 2-µ-a²/b²) + 2β_эa²Q₀/Е(S-c) + 2β²_эa²М₀/Е(S-c);

0-2β²R²Q₀/Е(S-c)+ 4β³RM₀/Е(S-c)=

= -0-2β²_эa²Q₀/Е(S-c)- 2β³_эa²М₀/Е(S-c),

где R=0,5D, a=0,5D, b=0,25D,

R=0,5·3600=1800мм, а=0,5·3600=1800мм, b=0,25·3600=900мм;

 (6.66)

=0,01

 (6.67)

=0,01

Определяем Q₀, M₀, решая систему уравнений:

Q₀ = -0,577 МН,

M₀ = -0,561 МН.

Суммарные напряжения на краю сферического днища:

меридиональные σ_mэ = Ра/( 2(S-c)) +6М₀/(S-c)²; (6.68)

кольцевые σ_tэ = Ра(2-а²/b²)/( 2(S-c))+6µМ₀/(S-c)²+2β_эaQ₀/(S-c) + 2β²_эaМ₀/(S-c); (6.69)

σ_mэ = 0,8·1800/2·10,7+6·0,561/10,7²=63,58 МПа,

σ_tэ=0,8·1800(2-4)/2·10,7+2·(-0,577)·0,01·1800/10,7-

·0,561·0,0001·1800/10,7+6·0,3·0,561/10,7²=128,9 МПа.

Суммарные напряжения на краю цилиндрической обечайки:

меридиональные σ_mo=РR/( 2(S-c))+6М₀/(S-c)²;           (6.70)

кольцевые σ_to=Р₂R/( 2(S-c))+6µМ₀/(S-c)²+2β_эRQ₀/(S-c)+ 2β²_эRМ₀/(S-c); (6.71)

σ_mо=0,8·1700/2·10,7+6·0,561/10,7²=63,58 МПа,

σ_tо=0,8·1700/2·10,7+2·(-0,577)·0,01·1700/10,7-

·0,561·0,0001·1800/10,7+6·0,3·0,561/10,7²=69,82МПа.

Максимальное напряжение на краю:

сферического днища σ_{max э}=max{σ_mэ, σ_tэ},

σ_{max э}=128,9 МПа,

σ_{max э}< φ₁[σ]_кр,

,9 МПа<163,8 МПа;

цилиндрической обечайки σ_{max о}=max{σ_mо, σ_tо},

σ_{max о}=69,82 МПа,

,82 МПа<163,8 МПа.

Так как неравенства выполняются, то прочность сопряжения обеспечивается.

7. Системы управления химико-технологическими процессами

На ПСМУ ОАО «Череповецкий «Азот» управление технологическими процессами осуществляется ЭВМ, микроконтроллерами с программным управлением, контрольно-измерительными и регулирующими приборами.

Система автоматического регулирования охватывает практически все технологические операции, начиная с подачи полупродуктов и заканчивая транспортировкой на склад готовой продукции. В общем виде автоматическое управление на агрегате включает: слежение при транспортировке; регулирование температуры и рН; контроль уровня плава; регулирование потоков аммиака и азотной кислоты; обеспечение высокого качества продукта;

Кроме того, в функцию управляющей вычислительной машины входит: регистрация данных производственной и технологической информации, команд, неисправностей; сбор и обработка данных о технологическом процессе; диагностика оборудования.

В ПСМУ управление процессом осуществляется из центрального пункта управления (ЦПУ).

Основной стадией подсистемы регулирования на стадии нейтрализации является поддержание заданного соотношения потоков аммиака и азотной кислоты в аппарате ИТН при обеспечении определенного значения рН раствора аммиачной селитр, выходящей из аппарата ИТН. В системе регулирования соотношения этих потоков в агрегате ведущим является расход газообразного аммиака. Подача азотной кислоты и аммиака в аппарат ИТН автоматически регулируется по массовым потокам в соотношении 6,02 : 1 (в расчете на 60%-ю азотную кислоту).

Автоматизация производством

) Газообразный аммиак на входе в агрегат, на трубопроводе:

Перед Х-37 установлена:

задвижка с электроприводом поз.HVSA-17, контролирует давление PIR-1-2;

Перед подогревателем Т-1 установлены:

клапан регулирующий с пневматическим МИМ поз. PCV-1, контролирует давление;

термометр контактный, контролирует температуру;

манометр технический пружинный типа АМУ-1,КТ-1, контролирует давление;

диафрагма камерная ДКС 10-300, контролирует массовый расход FQIR-13 с коррекцией по температуре, поз.TIR-21 и давлению поз. PIRCS-1;

На входе в аппарат ИТН Р-3/1,2 (после подогревателя Т-1) установлены:

преобразователь давления типа МС-П2,

клапан регулирующий с пневматическим МИМ поз.1,2FRCSA-1,

задвижка с электроприводом типа ЗКЛПЭ 300-16 поз.HVSA-1, контролируют давление;

сигнализатор давления типа ЭКМ-1У, КТ-1,5.

2)      Азотная кислота на входе в агрегат, на трубопроводе:

- преобразователь давления типа МС-П2, КТ-1,0, контролирует давление;

термометр контактный П-4, КТ-1,0, контролирует температуру;

диафрагма камерная ДКС 10-150, контролирует массовый расход.

На входе в аппарат ИТН Р-3/1,2; на трубопроводе:

преобразователь термоэлектрический типа ТК, контролирует температуру;

диафрагма камерная ДКС 10-100, контролирует массовый расход;

электромагнитный расходомер JFM 4080К с преобразователем сигналов JFC 090.

3)      Аппараты ИТН Р-3/1,2

Слабый NP-раствор после 3-й тарелки аппарата:

Преобразователь термоэлектрический типа ТХК, контролирует температуру;

Раствор аммиачной селитры (NP-раствор) в реакционном стакане:

Преобразователь термоэлектрический типа ТХК, контролирует температуру;

Раствор аммиачной селитры (NP-раствор) вне зоны реакционного стакана:

Преобразователь термоэлектрический типа ТХК, контролирует температуру.

) NP-раствор в линии перелива из аппарата ИТН:

Преобразователь термоэлектрический типа ТХК, контролирует температуру;

Преобразователь термоэлектрический типа ТХК, контролирует температуру;

Напоромер сильфонный НС-П2 с мембранным разделителем, контролирует давление;

Преобразователь промышленный П-201 И, с чувствительными элементами, контролирует измерение pH;

Раствор аммиачной селитры на выходе из аппарата ИТН; на трубопроводе:

Преобразователь промышленный П-201 И, с чувствительными элементами, контролирует измерение рН;раствор из бака Е-20: На 2-ую тарелку аппарата ИТН Р-3/1,2

на трубопроводе перед аппаратом:

Электромагнитный расходомер IFM 4080К с преобразователем сигналов, контролирует объемный расход.

5)      Химочищенная вода на входе в агрегат, трубопровод:

- сигнализатор давления типа ВЭ 16рб;

диафрагменная камера типа ДКС-10-80;

термометр контактный У-4, КТ-0,5.

Для безопасного хранения больших масс САФУ в складе при хранении продукта насыпью предусмотрен замер температуры в бурте. Для этого в центре бурта через каждые 3 м на высоте не менее 3 м от основания бурта установлены однозонные термопары, прикрепляемые к основанию чаши. При повышении температуры сверх 70⁰С подается сигнал в ЦПУ склада и упаковки, производится автоматическое включение системы пожаротушения (с подачей воды в ту часть бурта, где произошел разогрев селитры).

Работники цеха несут ответственность за исправность и правильность работы контрольно-измерительной аппаратуры.

Группа автоматики ПСМУ, отдел автоматической системы управления техноло-гическими процессами АСУТП несут ответственность за правильность работы электронной и вычислительной техники и за безопасную эксплуатацию, исправность и соответствие метрологическим требованиям оборудования [21].

В данном разделе были рассмотрены основные средства контроля над технологическим процессом. Эксплуатация дополнительного оборудования не требует установки контрольно - измерительных приборов, основные измеряемые параметры остаются прежними.

8. Безопасность жизнедеятельности

.1 Общая характеристика безопасности в ПСМУ на ОАО «Череповецкий «Азот»

Полная безопасность труда в производственных условиях в ПСМУ определяется тремя факторами безопасности: производственного оборудования, технологического процесса и трудового процесса. Эти факторы связаны между собой. Предел уровня общей безопасности труда человека стремится к единице.

Цех ПСМУ является сложным производственным комплексом, оснащенным разнообразным механическим, электрическим и подъемно-транспортным оборудова-нием, обслуживание которого требует четкого соблюдения правил безопасности и норм производственной санитарии. Предприятие постоянно реконструируется с целью внедрения нового оборудования и технологических процессов, а также улучшения условий труда работников.

Безопасность трудового процесса в ПСМУ обеспечивается за счет:

применения спецодежды, спецобуви и индивидуальных средств защиты;

безопасной организации рабочего места;

соблюдения инструкций по пожарной безопасности, обучения персонала и проведения инструктажей;

применения исправных технических средств.

Безопасность технологического процесса в ПСМУ обеспечивается за счет:

соблюдения норм технологического режима (нормируемыми параметрами технического процесса является температура, массовая концентрация азотной кислоты и газообразного аммиака, рН );

соблюдения противопожарных норм;

автоматического контроля системами КИПиА, автоматической защиты;

соблюдения инструкций по рабочим местам и техники безопасности.

За счет применения средств автоматизации, механизации и дистанционного управления обеспечивается безопасность производственного оборудования, составные части которого выполнены с таким расчетом, чтобы исключалась возможность их случайного повреждения и появления опасных производственных факторов [22].

Задачей дипломного проекта является модернизация производства аммиачной селитры с получением САФУ на ОАО «Череповецкий «Азот». Целью в модернизации является экономия греющего пара, затрачиваемого на упаривание раствора аммиачной селитры, при замене магнезиальной добавки на ЖКУ.

Решение о целесообразности введения ЖКУ принимаем на основе того, что получается новое более эффективное минеральное удобрение - САФУ, с более выгодными физико-химическими свойствами.

.2 Анализ опасных производственных факторов

Повышение или понижение параметров технологии приводит к возникновению опасных факторов, и труд становится опасным. Неисправность в оборудовании образует материальный или технический фактор опасности производства. Практика показывает, что нежелание работников на производстве руководствоваться действующими требованиями безопасности технологических процессов, не использование средств защиты и т.п. может сформировать необоснованный риск, как правило, приводящий к травме, профессиональному заболеванию и формирующий предпосылки аварий на производстве [23].

Часть оборудования (испаритель и подогреватель аммиака, выпарные аппараты и др.), арматуры и трубопроводов в производстве работают под повышенным давлением. В цехе эксплуатируются лифты и грузоподъемные механизмы. Такое оборудование находится под надзором инспекции Госгортехнадзора.

В производстве также возможна опасность для человека, связанная с применением аппаратов, работающих при высоких температурах (нейтраллизаторы, выпарные аппараты), с эксплуатацией электрооборудования, машин и механизмов, имеющих движущие части (вакуум-насосы, транспортеры и др.).

Основные наименования операций создающих опасность для персонала, окружающей среды и планового выпуска продукта сведены в табл.8.1.

Таблица 8.1Анализ опасных и вредных производственных факторов

Наименование операций (оборудования), создающих опасность	Характеристика и вид опасного фактора	Вид воздействия на человека	Мероприятия и средства защиты
Подогреватели азотной кислоты и газообразного аммиака	Повышенная температура поверхности оборудования и материалов, выбросы газов	Ожег, отравление	Защитный кожух, одежда, противогаз.
Вращающиеся и движущиеся части оборудования	Высокая вибрация из-за работы механизмов	Механические повреждения, травмы	Защитные огра-ждения, антиви-брационные ру-кавицы, одежда.
Конвейера, краны	Незащищенные подвижные элементы, незакрепленный груз, вибрация.	Травма	Защитные ограж-дения, каска, ан-тивибрационные коврики.
Грануляционная башня	Интенсивный шум	Заболевание органов слуха	Беруши
Трубопроводы	Повышенная температура поверхности оборудования, выбросы газов, розливы растворов	Травма, ожоги, отравления	Защитный кожух, одежда, противогаз.
Обслуживание электрооборудования	Поражение током	Электротравма	Изоляция проводов, ограждения, защитная блоки-ровка, отклюючение, заземление
Наземный транспорт	Наезд на человека	Травмы раз-личной степени тяжести	Соблюдение правил по ТБ, особое внимание

Неправильная организация труда, несоблюдение технологических инструкции, правил и норм эксплуатации оборудования, нерациональное или плохое освещение рабочего места, загрязненность воздушной среды, наличие вредных паров, газов или пыли, повышенный уровень шума и вибрации могут стать причинами производственных травм и профессиональных заболеваний. Их устранение является основной задачей для создания безопасных и комфортных условий труда, а это является важнейшим условием для повышения производительности труда, снижения производственного травматизма и уровня заболеваемости [24].

.3 Анализ вредных производственных факторов

Под вредным производственным фактором понимают фактор, воздействие которого на работающего человека приводит к заболеванию. Характеристика вредных производственных факторов работы инженера технолога категории тяжести IIа приведена в таблице 8.2.

Таблица 8.2 Анализ вредных производственных факторов.

Наименование фактора	Величина показателя		Влияние на жизнедеятельность человека	Мероприятия и средства защиты
	Допус.	Факт.
1.Температура воздуха в рабочей зоне, 0С			Нарушение терморегуляции, возникает тепловой дискомфорт, происходит перегрев организма,	Воздушные души, питьевой режим, использование спецодежды.
Холодный период	19-21	23
Теплый период	20-22	25
2 Относительная влажность, %			Высокая влажность снижает работоспособность, вызывает простудные заболевания	Обогревающие устройства
Холодный период	40-60	75
Теплый период	40-60	75
3.Скорость движения воздуха рабочей зоны, м/с			Возможны сквозняки	Использование спецодежды, исправная работа вентиляционных систем
Холодный период	0,2	0,5
Теплый период	0,2	0,5
4.Освещенность, лк			Напряжение зрения	Дополнительное освещение, повыш-ение качества искусственного
Рабочее место	150	150
Аварийное	15	15
5.Концентрация в воздухе рабочей зоны, мг/м3 - САФУ	10,0	10,0	Возможен химический ожог рук и глаз	Защитная одежда, очки
-аммиака	20,0	20,0	Химический ожог глаз и дых. путей, отравление	Защитная одежда, очки, противогаз
-азотной кислоты	2,0	2,0	Раздражение дыхатель-ных путей, отравление	Защитная одежда, очки, противогаз
6.Уровень вибрации, дБ	101	103,3	Вибрационная болезнь	Антивибрационные средства защиты
7.Уровень шума, дБА	80	83-85	Снижение слуха, повышенная утомляемость	Противошумные наушники, беруши
8.Тепловое излучение, Вт/м2	140-1000	1000	Воздействие на мозг, нарушение водно-солевого баланса	Защитные экраны, питьевой режим

Из данных таблицы 7.2 видно, что вредными факторами, то есть факторами, значения которых выше уровня допустимого значения, являются температура и шум, вибрация. Средства коллективной защиты от шума могут быть оградительные, звукоизолирующие и звукопоглощающие устройства, глушители шума. Для снижения шума, возникающего от отдельных источников, их необходимо выполнить из шумопоглощающего материала, необходимо установить глушители аэродинамического шума от воздуходувок. Для защиты органов слуха от шума необходимо использовать противошумные наушники или «беруши». В результате механизации многих видов работ в цехе, использование пневматических инструментов приводит к возникновению вибрации.

.4 Расчёт искусственного освещения отделения гранулирования

В производстве САФУ на ОАО «Череповецкий «Азот» для создания нормальных условий труда применяется как естественное, так и искусственное освещение. Естественное освещение осуществляется через световые проемы в стенах. Искусственное освещение необходимо для проведения работ в темное время суток и работ в местах с недостаточным естественным освещением.

Выбор источников света определяется рядом факторов: характером работы, условиями среды и размерами помещения. Лампы накаливания следует применять в помещении, где выполняются грубые работы, когда предъявляются повышенные требования к определению цветовых оттенков, а также во взрыво- и пожароопасных помещениях.

Для искусственного освещения в цехе ПСМУ на ОАО «Череповецкий «Азот» в настоящее время применяют дуговые ртутные лампы. Предлагается заменить их лампами накаливания.

Определим число светильников, необходимое для создания освещённости.

Длина корпуса А = 23 м, ширина В = 20 м, высота h = 7 м. Напряжение сети 220 В. Е = 150 лк (СП и П 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» разряд зрительной работы VI = 150 лк (глубокая, очень малой точности)) при коэффициенте запаса = 1,5; поправочном коэффициенте запаса z = 0,9. Площадь помещения 460 м.²

- Количество светильников общего освещения определяется по формуле:

N =, (8.1)

где  - нормируемая освещённость, 150 лк;

 - площадь помещения, 460 м²;

- коэффициент запаса, 1,5;

 - световой поток, 1700 лм;

 - поправочный коэффициент, 0,8 - 0,9.

N= = 34 шт.

- Для получения равномерной горизонтальной освещённости светильники располагают сплошными рядами параллельно стенам.

Число светильников в ряду определяется по формуле:

Np = ,              (8.2)

где L - длина освещаемой площади, м²;

I - расстояние между центрами светильников в ряду, м²;

Np = = 17 шт.

Число рядов определяется по формуле:

Р=,        (8.3)

Р == 2 ряда.

Рис.3 - Эскиз потолка со схемой размещения ламп накаливания.

Из расчётов следует, что нормируемая освещённость Е =150 лк будет достигнута при установке 34 светильников, расположенных в два ряда.

.5 Пожаробезопасность

ПСМУ относится к категории пожароопасных производств типа Г. В производстве применяются горючие газы и вещества. В связи с этим на производстве разработан комплекс противопожарных мероприятий.

В комплекс противопожарных мероприятий входят предупреждение возникновения пожара, ограничение распространения огня при возникновении пожара, создание условий для успешной эвакуации людей из горящего здания, быстрой локализации и тушения пожара [25].

Для обнаружения пожаров помещения оборудуются датчиками, реагирующими на повышение температуры или на присутствие дыма в воздухе. Сигнал от датчиков поступает в помещение дежурного персонала и к системам автоматического пожаротушения.

В помещениях, где невозможно применение воды для тушения пожаров (пультовые, трансформаторные и распределительные подстанции) применяются негорючие газы. При включении данных систем пожаротушения должен автоматически включатся предупредительный сигнал, оповещающий о том, что вход в помещение запрещен.

В производстве САФУ пожары могут возникнуть по разным причинам, вследствие короткого замыкания при неисправности электрооборудования или повреждения электропроводки; из-за перегрузки электродвигателей, самовосп-ламенения горючих материало; при проведении газо- и электросварочных работ вблизи от мест нахождения горючих веществ и др.

Таблица 8.3 Основные сведения по характеристике пожароопасных и токсических свойств сырья, полупродуктов и отходов производства

Наименование сырья, полупродуктов, готовой продукции, отходов производства	Класс опас-ности (ГОСТ12.1.07-76)	Агрегатное состояние при нормальных условиях	Возможно ли воспламенение или взрыв при воздействии
			Воды	Кислорода
Аммиак	IV	газ	нет	да
HNO3 (содержание окислов азота не >0,07 %)	жидкость	нет	нет
Азот	-	газ	нет	нет
Растворы и плав САФУ	IV	Жидкость,крепкий раствор; плав	нет	нет
САФУ	III	Бесцветные гранулы(1-4 мм)	нет	нет
ЖКУ	IV	жидкость	нет	нет

При прорыве уплотняющих прокладок на кислотных коммуникациях следует принимать меры к тому, чтобы кислота не попадала на электрические кабеля, щиты управления. При воспламенении электрических проводов и возгорании электродвигателей необходимо отключить их от источников питания и тушить пламя азотом, асбестовым полотном или сухим огнетушителем [3].

Для тушения пожаров на рабочих местах, где отсутствует система автоматического пожаротушения, применяются другие средства пожаротушения: асбест, песок, огнетушители, пожарные гидранты. В ПСМУ ОАО «Череповецкий «Азот» применяются следующие виды огнетушителей: порошковые огнетушители типа ОП-5, ОП-10, ОП-25; углекислотные огнетушители типа ОУ-5, ОУ-10 [9].

.6 Электробезопасность

В производстве САФУ на ОАО «Череповецкий «Азот» широко применяется электричество. Практически все механизмы и агрегаты снабжены электроприводом. Все механизмы и агрегаты с электроприводом должны быть заземлены. Доступ к элементам электропривода, раздаточным щитам, трансформаторным подстанциям разрешается лицам, имеющим специальный допуск. К организационным мероприятиям относят инструктажи и обучение безопасным методам труда, проверка знаний правил безопасности и инструкций, допуск к проведению работ, контроль за работой ответственным лицом. Электротехнологический персонал имеет 2 группу электробезопасности. [26].

Для того чтобы уменьшить вероятность поражения электрическим током, необходимо применять в электроустановках следующие технические меры защиты:

применение малых напряжений;

контроль состояния изоляции;

контроль от случайного прикосновения к токоведущим частям;

защитное заземление;

защитное зануление;

применение защитных блокировок и отключений.

Обеспечение недоступности токоведущих частей необходимо потому, что опасным является не только прикосновение к токоведущим частям, но даже приближение к ним. Чтобы исключить возможность прикосновения или опасного приближения к неизолированным токоведущим частям применяют ограждения или расположение токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступном месте.

8.6.1 Защита от статического электричества

Возникновение зарядов статического электричества происходит при деформации, дроблении веществ, относительном перемещении двух находящихся в контакте тел, слоев жидких и сыпучих материалов при интенсивном перемешивании, кристаллизации, испарении веществ.

Защита от статического электричества должна осуществляться во взрыво- и пожароопасных помещениях и зонах открытых установок.

Для защиты от статического электричества необходимо соблюдать следующие меры защиты: оборудование, трубопроводы, вентиляционные короба, металлические кожуха термоизоляции трубопроводов и аппаратов, расположенных в помещениях, а также наружных установках, на эстакадах и в каналах должны представлять на всем протяжении непрерывную цепь и должны быть присоединены металлическими перемычками к общему защитному контуру заземления электрооборудования в пределах помещения не менее чем в двух местах.

Каждый аппарат, емкость, агрегат должен быть присоединенк контуру заземления при помощи отдельного ответвления. Последовательное присоединение к заземляющему контуру нескольких аппаратов недопускается. Техническое и транспортное оборудование должно быть изготовлено из материалов, имеющих удельное сопротивление не выше 10 Ом. Все параллельно идущие или перекрещивающиеся трубопроводы, расположенные между собой на расстоянии до 10 см, должны соединяться перемычками через каждые 20 м.

8.6.2 Молниезащита

Разряды атмосферного электричества способны вызвать взрывы, пожары, разрушение зданий и сооружений [27].

Защита зданий и сооружений от прямых ударов молний осуществляется с помощью молниеотводов. В отделении биохимической очистки используются стержневые молниеотводы. Они состоят из молниеприемников (воспринимающих на себя разряд молнии), заземлителей служащих для отвода тока молнии в землю, токоотводов, соединяющих молниеприемники с заземлителями.

Проверка исправности систем молниезащиты осуществляется раз в год.

.7 Анализ возможных чрезвычайных (аварийных) ситуаций

         Возможные аварийные ситуации и действия персонала при их возникновении изложены в «Плане ликвидации аварий ПСМУ» и в ИОТ 86-1.12 и 86-1.15.

Строгое соблюдение установленного технологического регламента и параметров технологических процессов является надежной гарантией безопасности персонала. Постоянство состава реагентов, поступающих в производство, максимальная механизация трудоемких работ (в частности, погрузочно-разгру-зочных) также снижают опасность возникновения несчастных случаев и травм.

На ОАО «Череповецкий «Азот» в цехе ПСМУ могут возникнуть такие чрезвычайные ситуации как: разрыв газопровода, отключение электроэнергии, прекращение подачи химочищенной воды, аммиака, азотной кислоты, ЖКУ, пожар, разрыв водовода с водой [12].

 

                Таблица 8.4 Анализ возможных аварийных ситуаций.

Отклоне-ние пара-метров, возникно-вение аварий-ных ситуаций	Возможный ущерб							Мероприятия защиты
	Травма человека	Летальное поражение	Постоянное вредное воздействие	Отказ оборудования	Срывы задания работ	Разрушение зданий, оборудования	Ущерб окружающей  среде
1.Разгер-метизация емкости, арматуры, трубопро-водов пролив	да	нет	нет	да	да	нет	да	Известить об аварии, прекра-тить все технол. операции, прек-ратить подачу азотной кислоты и аммиака в емкость, нейтрализовать пролив
2.Перелив азотной кислоты и аммиака из емкост-ного обо-рудования	нет	нет	нет	нет	да	да	да	Известить об аварии, обеспе-чить нормальный технол. режим работы, устранить неисправность
3.Повы-шение уровня раствора в баке(пе- релив в хранили-ще)	нет	нет	нет	да	да	да	да	Остановить ап-парат ИТН, линию выхода раствора из аппарата сдренировать. Проверить состояние обогрева линии
4.Повы-шение или пони-жение давления газообра-зного ам-миака	нет	нет	да	да	да	нет	нет	Изменить задание регулятору. Слесарю устра-нить неполадки в схеме регули-рования давления. Остановить агрегат, подготовить линию аммиака к ремонту клана

Из данных таблицы 8.4 видно, что наиболее опасными являются чрезвычайные ситуации, связанные разгерметизацией емкости, трубопроводов и проливов с азотной кислотой и аммиаком, приводящей к травмам обслуживающего персонала, ущербу окружающей среде. Систематические осмотры и ремонты трубопроводов, оборудования с большей долей вероятности исключают их повреждение и поломку.

В данном разделе были рассмотрены различные опасные, вредные факторы производства, критически действуя на человека. Эти факторы - возможность отравления, заболевания, травматизм, статическое электричество, пожароопасность и другие.

.8 Защита окружающей среды

.8.1 Сточные воды

Таблица 8.5 Характеристика сточных вод

Наименование стока, отделение, аппарат	Куда сбра-сывается	Объём стоков м3 /сутки	Перио-дичность сброса	Характеристика сброса
				Масс. концен-трация ком-понентов, мг/л	Масс. расход сбрасываемых вредных веществ, кг/сутки
Нейтрализова-нные стоки из отделений нейтрализации и грануляции	В колодец химзагря-знённых стоков и далее на очистные сооружения	Не более 12,0	Постоян-но	NН4NО3 не регламенти-руется, рН сброса 6,5-8,5	NН4NО3 - 20; NaNO3, Мg(NО3)2 - 15 Н2О - 2965 Всего:3000

Производство САФУ осуществляется с небольшим потреблением охлаждающей воды, которая расходуется для охлаждения парового конденсата, а также подшипников насосов. Отработанная вода после использования возвращается в оборотную сеть самотеком. Для исключения возможности загрязнения водоемов предусмотрена сухая уборка полов производственных помещений.

Таблица 8.6 Характеристика парового конденсата

Наименование отходов.Отделение, аппарат.	Куда складируется, транспорт, тара.	Массовый расход отходов, кг/сутки	Периодич-ность образования	Характеристика отходов
				Мас. конц. мас. доля	Физ. показа-тели
Паровой конденсат теплообменного оборудования	Передаётся в заводскую сеть для дальнейшего использования (Производство САК	До 336000	постоянно	NH3 не более  1,0 мг/дм3 NН4NО3 - отсутствие	Не регламе-нтируется

Конденсат паровой образуется в результате конденсации пара в теплообменных аппаратах. Частично конденсат используется для нужд производства, а избыток передаётся в заводскую сеть для дальнейшего использования. На одну тонну готового продукта возврат парового конденсата составляет 70-77% от расхода пара.

.8.2 Выбросы в атмосферу

Отработанный воздух из грануляционной башни и промывателя, соковый пар из аппаратов ИТН и скруббера перед выбросом в атмосферу подвергаются очистке от примесей САФУ и аммиака путём промывки в скруббере слабым закисленным раствором аммиачной селитры.

Остальные воздушники от аппаратов и сбросы от предохранительных клапанов выведены в атмосферу выше конька крыши на 5 метров.

Таблица 8.7 Характеристика выбросов в атмосферу

Наименование выброса, отделение, аппарат. Диаметр и высота выброса	Коли-чество источ-ников выбро-са	Суммар-ный объём отходя-щих газов,м3 /ч	Пере-одич-ность	Характеристика выбросов		Допус-тимый масс. расход компо-нентов, кг/ч
				Температура, °С	Мас. конц. компонентов, г/м3
Воздух после промывки скруббера на выходе вентиляторов в отделении гранулирования. Высота выброса 73м Диаметр выброса 2 м	6	600000	Пос-тоян-но	30-70	NН4NО3 - 0,1 NН3 - 0,05	NН4NО3- 60 NН3 - 30
Воздух после системы аспирации узла отгрузки продукта Высота выброса 24 м.Диаметр выброса 0,2 м	1	2960	Пос-тоян-но	20	NН4NО3- 0,15	NН4NО3 - 0,45

.8.3 Твёрдые отходы

Отходами производства гранулированного САФУ являются смётки САФУ, конденсат сокового пара, шлам.

Таблица 8.8 Состав, количество и применение твёрдых и жидких отходов

Наименование отходов. Отделение и аппарат.	Куда складируется. Транспорт. Тара.	Массовый расход отходов, кг/сутки	Перио-дично-сть образо-вания	Характеристика отходов
				Мас. конц. Масс. доля	Физические показатели
Сметки амселитры после чистки воздуховодов, аппаратов	Складируются в складе сметок. Пе-риодически реа-лизуются в качестве удобрения	До 200,0	Постоя-нно	Не регламен-тируется	Не регламен-тируется
Шлам после чистки реакторов и емкостей	В отвал автотранспортом	120 в пересчете на сухой шлам	Один раз  в месяц	SiO2 - 80% R2O3 - 15%	Не регламен-тируется

Смётки САФУ образуются при чистке воздуховодов, аппаратов, конвейеров и другого оборудования. Используются смётки в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Шлам (не растворившийся в азотной кислоте осадок) образуется при взаимодействии азотной кислоты с ЖКУ в реакторах. Удаляется в отвал автотранспортом. На одну тонну готового продукта получается 0,6 кг. Анализируя данные о модернизации производства аммиачной селитры с выпуском САФУ на ОАО «Череповецкий «Азот», можно сделать вывод, что в данном процессе соблюдены все меры предосторожности и противоаварийной защиты.

9. Экономическая часть

.1 Экономическое обоснование проекта

Для развития промышленности и народного хозяйства нашей страны к 2000 году требовалось резкое увеличение объемов по выпуску минеральных удобрений, а особенно САФУ. Для выполнения важной государственной задачи было решено ввести в действие новые производственные мощности по выпуску САФУ в объёме 450 тыс. тонн/год. Одним из них и стал цех ПСМУ на ОАО «Череповецкий «Азот».

Цех ПСМУ относится к передельным цехам основного производства предприятия. Он предназначен для производства сложных минеральных удобрений, а в точности САФУ, аммиачной селитры. Сам цех подразделяется на отделения: отделение нейтрализации; отделение выпарки; отделения гранулирования; отделения охлаждения гранул; отделения приемки готового продукта. Полупродукт распределяется по отделениям, где проходит несколько стадий обработки:

Экспортные удобрения отгружается во многие страны Европы, Азии, Южной Америки, а также США и ЮАР.

Цех ПСМУ - основное производственное звено завода. Его деятельностью руководит начальник цеха, у которого в подчинении находятся: заместитель начальника цеха, осуществляющий свое руководство с помощью начальников участков, начальников смены, мастеров, аппаратчиков, слесарей, электриков, экономической службы, производственного отдела, хозяйственного отдела.

Целью данного проекта с экономической точки зрения является уменьшения энергозатрат и затрат на сырье и вспомогательные материалы за счёт экономии греющего пара, затрачиваемого на упаривание раствора аммиачной селитры, при замене магнезиальной добавки на ЖКУ.

Решение о целесообразности введения ЖКУ принимаем на основе экономического эффекта - показателя, характеризующего конечный результат и находящий свое выражение в снижении на единицу продукции всех видов затрат: материальных, трудовых, финансовых и др., что обеспечивает рост производительности общественного труда, сокращение материалоемкости, энергоемкости.

Также необходимо рассчитать основные показатели экономической эффективности производства САФУ: годовую прибыль, рентабельность продукции, производительность труда.

Экономия осуществляется за счет увеличения прибыли на единицу продукта и уменьшения затрат на единицу продукта. При этом производительность агрегата не изменяется.

В технико-экономических расчётах заложена цена предприятия по состоянию на 1 января 2009 года.

9.2     Расчет капитальных вложений в проект

Капитальные вложения - это долгосрочные финансовые средства, предназначенные для воспроизводства основных фондов.

Капитальные вложения предприятия - это затраты на:

строительно-монтажные работы при возведении зданий и сооружений;

приобретение, монтаж и наладку машин и оборудования;

При определении капитальных затрат следует также учитывать расходы, связанные с доставкой оборудования, монтажом и другими видами работ.

Таблица 9.1 Предполагаемая стоимость оборудования до и после реконструкции.

Наименование оборудования	Стоимость оборудования, руб	Кол-во ед. оборудования, шт.	Норма аморти-зационных отчислений, %	Суммарная стоимость оборудования, руб	Амортиза-ционные отчисления, руб
Аппарат ИТН	425650	1	10	425650	42565,0
После реконструкции:
Аппарат ИТН	297250	1	10	297250	29725,0

 

Затраты на демонтаж старого и монтаж нового оборудования рассчитываются по формуле:

З_д/м=0,21·К_н.об (9.1)

где К_н.об. - стоимость нового оборудования, руб

З_д/м = 0,21·297250=62422,5руб

Стоимость оборудования рассчитывается по формуле:

К₁= К_об1+К_зд (9.2)

К₁=425650+1750000=2175650руб

К₂ = К_зд +К_об2 + З_д/м (9.3)

К₂ =1750000+297250+62422,5=2109672,5 руб

Производительность до и после реконструкции рассчитывается по формуле:

А_н = А_ап · Д, (9.4)

где А_ап - производительность аппарата в сутки,

А_ап = 1363 т/сут,

Д - количество дней работы в год, Д = 330 дня

А_н = 1363 · 330 = 450000 т/г

Удельные капитальные вложения до и после реконструкции

К_1уд = К₁ / А_б, (9.5)

К_1уд = 2175650/450000 = 6 руб/т

К_2уд = К₂/А_н (9.6)

К_2уд =2109672,5 /450000 = 5 руб/т

В ходе проведения реконструкции действующего предприятия возможен вопрос о продаже старого оборудования. Таким образом, предприятие за счет разовых издержек получит дополнительный доход для частичного покрытия инвестиционных издержек.

Таблица 9.2 Инвестиционные издержки

Наименование статьи	Сумма, руб.
Стоимость оборудования	2 109 672,5
Затраты на поставку оборудования	17 032
Демонтаж и монтаж оборудования	62 422,5
Пусконаладочные работы	1 802,6
ВСЕГО:	2 190 929

Таблица 9.3 Расчет разовых издержек (вырученные средства предприятия от продажи оборудования)

Наименование	Сумма, руб.
Остаточная стоимость оборудования	98000
ИТОГО:	98000

9.3 Расчет текущих производственных издержек

В процессе производства продукции затраты возникают в различных производственных сферах, они содержат разные по экономическому содержанию расходы, которые зависят от характера изготовления изделий, выполнения работ, технологий и организации труда. Поэтому затраты на производство продукции по своему количественному и качественному составу неодинаковы не только на предприятиях разных отраслей, но и в одной отрасли.

Классификация затрат по статьям калькуляции имеет существенные отличия по отраслям промышленности, отражая их специфику. Вместе с тем в настоящее время существует типовая номенклатура статей, которая включает:

сырьё и материалы;

возвратные отходы (вычитаются);

топливо и энергию на технологические цели;

заработную плату производственных рабочих;

отчисления на социальные нужды;

прочие производственные расходы.

Расчет текущих производственных издержек основан на определении стоимости продукции, производство и реализация которой предполагается программой осуществления инвестиционного проекта. Себестоимость продукции представляет собой стоимостную оценку используемых в процессе ее производства и реализации материальных и трудовых ресурсов.

Таблица 9.4 Расчет затрат на энергоресурсы

Наименование энергоносителя	Единица измерения	Стоимость единицы измерения, руб	Затраты на годовой объем производства, руб. (до реконструкции)	Затраты на годовой объем производства, руб. (после реконструкции)
Электроэнергия	кВт·ч	1044	657560,61	657560,61
Пар	кал	261	235823	183879
Хим. очищ. вода	м3	22756	28517	28517
ИТОГО:			921900,61	869956,61

Таблица 9.5 Расчет затрат на сырье и вспомогательные материалы

Наименование материала	Еди-ница изме-рения	Цена за единицу ,руб	Затраты на годовой объем производства, руб.(до реконструкции)	Затраты на годовой объем производства, руб. (после реконструкции)
Аммиак	т	1 570	1 389 104	1 389 104
Азотная кислота	т	918	5 189 334	5 081 864
Магнезиальная добавка	т	3 752	3 984 032	-
Паровой конденсат	м3	2 784	176 629	176 629
ЖКУ	т	7 623		3 176 060
Лиламин	т	5000		497 247
ИТОГО:			11 639 099	10 220 904

Расчет эксплуатационных расходов:

Рассматриваем фонд заработной платы работающих, принимаем повременно-премиальную оплату труда.

Средне часовая тарифная ставка рабочих

С_ЧСР = ( С_ч2Р₂ + С_ч3Р₃ + С_ч4Р ₄ + С_ч5Р₅ + С_ч6Р₆) / (Р₂ + Р₃ + Р₄ + Р₅ +Р₆) (9.7)

где Р₂, Р₃, Р₄, Р₅, Р₆ - численность рабочих 2,3,4,5,6 разрядов соответственно;

С_Ч1, С_Ч2, С_Ч3, С_Ч4, С_Ч5, С_Ч6 - часовая тарифная ставка

С_Ч4 = 19,2 руб/ч, С_Ч5 = 22,4 руб/ч, С_Ч6 = 26 руб/ч

С_ЧСР = ( 19,2·4 +22,4·6 +26·5)/15 = 22,75 руб/ч

Тарифная часть заработной платы

ЗП_Т = С_ЧСР Ф_Д Р_∑ (9.8)

где Ф_Д - действительный фонд рабочего времени

Ф_д = Ф_М - ( Т _ОТП + Т_П ) (9.9)

Ф_д =1993 - (160 + 73,3) = 1759,4 ч

Ф_М = (305 -115) ·8·7 = 1993 ч

где Т_ОТП - длительность отпуска

Т_ОТП = (24/ 6) ·40 = 160 ч

где Т_П - число часов, которые можно взять по заявлению

Т_П = 0,04· (Ф_М + Т_ОТП) (9.10)

Т_П =0,04· (1993 -160) = 73,3 ч

ЗП_Т = 22,75·1759,4·15 = 600307,28 руб

Премиальная доплата

ЗП_ПР = Z_ПР · ЗП_т / 100 (9.11)

где Z_ПР =50 % - процент премиальной доплаты

Доплата за руководство бригадой

ЗП_РБР = Z_ПРБР· ЗП_Т / 100 (9.12)

где Z_ПРБР = 10 %

ЗП_РБР= 10·600307,28 /100 =60030,728 руб

Доплата по районному коэффициенту

ЗП_РК = Z_РК(ЗП_Т + ЗП_ПР + ЗП_ПРБР) / 100 (9.13)

где Z_ПР = 25 %

ЗП_РК = 25·(600307,28 + 300153,64 + 60030,728)/100= 240122,912 руб

Основная заработная плата рабочих

ЗП₀= ЗП_Т + ЗП_ПР + ЗП_ПРБР + ЗП_РК (9.14)

ЗП₀=600307,28+300153,64+60030,728+240122,912 = 1200614,56 руб

Дополнительная заработная плата

ЗП_Д = 0,133 ·ЗП₀ (9.15)

ЗП_Д =0,133· 1200614,56 = 159681,737 руб

Годовой фонд заработной платы

ЗП_Ф = ЗП₀ + ЗП_Д (9.16)

ЗП_Ф =159681,737 + 1200614,56 = 1360296,297 руб

Единый социальный налог на рабочих

З_ЕСН = 0,367 ЗП_Ф (9.17)

З_ЕСН =0,367· 136096,297 = 499228,741 руб

Средне месячная заработная плата

ЗП_СМ = ЗП_Ф /12Р_∑ (9.18)

ЗП_СМ = 1360296,297 / 12· 15 = 7557,2 руб

Заработная плата ИТР

ЗП_ИТР = Z_ИТР1,25ЗП_Т/100 (9.19)

где Z_ИТР = 18 % - процент заработной платы ИТР

ЗП_ИТР =15· 1,25· 600307,28/100 = 135869,138 руб

Амортизационные отчисления

А_ОТ = ∑Н_i Ф_i /100 (9.20)

где Ф_i - стоимость оборудования, руб

Н_i - норма амортизационных отчислений

А_ОТ1 =10· 425650 /100 = 42565 руб

А_ОТ2 =10· 297250 /100 = 29725 руб

Амортизационные отчисления на здание

А_ЗД = К _ЗД Н _ЗД / 100 (9.21)

где Н_ЗД = 2,5 %

А_ЗД =2,5· 1750000 /100 = 43750 руб

Расходы на текущий ремонт оборудования

З_ТРОБ = 0,4 К_ОБ (9.22)

З_ТРОБ =0,4· 297250 = 118900 руб

Расходы на текущий ремонт здания

З_ТРЗД = 0,03 К_ЗД (9.23)

З_ТРЗД =0,03· 1750000= 52500 руб

Расходы на технику безопасности

З_ТБ = 300 ∙ Р_∑ (9.24)

З_ТБ =300 · 15 = 4500 руб

Расходы на инструмент

З_ИНСТР = 400 ∙ Р_∑ (9.25)

З_ИНСТР = 400· 15 = 6000 руб

Расходы на электроэнергию

З_ЗЛ = Ц_ЭЛ (Р_ОСВ+ Р_СИЛ ) (9.26)

где Ц_ЭЛ = 1,45 руб/кВт·ч - цена электроэнергии

Р_ОСВ - расход электроэнергии на освещение, кВт

Р_ОСВ = ρ S Т_ОСВ / η (9.27)

ρ = 0,14 кВт/м² - удельная мощность электроэнергии на освещение

S = b × L (9.28)=10· 40 =400 м²

Р_ОСВ = 0,4· 400· 2400 /0,95 = 404210,53 кВт

где Т_ОСВ - время работы светильников,

Т_ОСВ = 650 ч - 1 смена

Т_ОСВ = 1800 ч - 2 смены

Т_ОСВ = 2400 ч - 3 смены

η = 0,95 - КПД

Р_СИЛ - расходы электроэнергии на работу приводов оборудования

Р_СИЛ = (∑N_ЭЛ· Ф₀ · η₀) / η_СЕТИ (9.29)

где ∑N_ЭЛ - суммарная установочная мощность оборудования, кВт

Ф₀- годовой фонд работы оборудования, ч

Ф₀ = 0,3· Ф _М (9.30)

Ф₀ = 0,3· 5979 = 1793,7 ч

где Ф_М - годовой фонд рабочего времени оборудования, ч

Ф_М =1993 ч - 1 смена

Ф_М = 3986 ч - 2 смены

Ф _М= 5979 ч - 3 смены

η_СЕТИ = 0,95

η₀ = 0,5 - коэффициент загрузки оборудования

Р_СИЛ == (52,2· 1793,7· 0,5)/0,95 = 49279,55 кВт

З_ЗЛ =1,45 · (404210,53+49279,55) = 657560,61 руб

Прочие расходы

ЗП_Р = 0,03 С_∑ = 0,03(З_ЭЛ +З_В) (9.31)

где З_В - расходы на воду, руб

З_В = Ц_В (40Р_∑ + 1,5 F_ЗД )Д_Р (9.32)

где Ц_В = 2,9 руб / м³;

Д_р= 306 - число дней работы оборудования

З_В =2,9· (40·15+1,5·400) ·306 =1064880 руб

ЗП_Р =0,03·(1064880 + 49279,55) = 33424,79 руб

Таблица 9.6 Эксплуатационные затраты

Наименование показателей	До реконструкции	После реконструкции
Заработная плата	1360296,297	1360296,297
Единый социальный налог	499228,741	499228,741
Амортизационные отчисления	42565	29725
Амортизационные отчисления на ремонт оборудования	170260	118900
Амортизационные отчисления на ремонт здания	52500	52500
Затраты на электроэнергию	657560,61	657560,61
Прочие	1098304,79	1098304,79
Итого	3887515,438	3816515,438

Удельные эксплуатационные расходы

С_УД1 = 3887515,438 / 450000 = 8,7 руб

С_УД2 = 3816515,438 / 450000 = 8,4 руб

.4 Расчет показателей экономического эффекта

Срок окупаемости определяет время, в течение которого капитальные дополнительные вложения окупаются экономией от снижения себестоимости продукции. Показатель, обратный сроку окупаемости, называется коэффициентом эффективности капитальных дополнительных вложений.

Расчет экономической эффективности проводится для обоснования целесообразности реконструкции оборудования.

Новая техника должна обеспечивать увеличение производительности труда при снижении себестоимости продукции.

Таблица 9.7Себестоимость продукции

Показатели	До реконструкции	После реконструкции
Сырье и вспомогательные материалы
Аммиак	1 389 104	1 389 104
Азотная кислота	5 189 334	5 081 864
Магнезиальная добавка	3 984 032	-
Паровой конденсат	176629	176629
ЖКУ	-	3 176 060
Лиламин	-	497 247
ИТОГО:	11 639 099	10 220 904
Энергоресурсы
Электроэнергия	657560,61	657560,61
Пар	235823	183879
Хим. очищ. вода	28517	28517
ИТОГО:	921900,61	869956,61
Эксплутационные расходы
Заработная плата	1360296,297	1360296,297
Единый социальный налог	499228,741	499228,741
Амортизационные отчисления	42565	29725
Амортизационные отчисления на ремонт оборудования	170260	118900
Амортизационные отчисления на ремонт здания	52500	52500
Затраты на электроэнергию	657560,61	657560,61
Прочие	1098304,79	1098304,79
ИТОГО:	3887515,438	3816515,438
ИТОГО	15448515,048 руб.	14907376,048 руб.

Прибыль (доход, полученный от капитального вложения в инвестиционный проект) рассчитывается по формуле

DП= Пн-Пб, (9.33)

где Пн - прибыль после внедрения, тыс.руб.

Пб - прибыль до внедрения, тыс.руб.

Пн=Q · Цн-Сн, (9.34)

где Q - производительность, т/год

Цн - цена продукта после внедрения, тыс.руб

Сн - себестоимость после внедрения, тыс.руб.

Пн = 450 000 · 36 - 14907376,048 = 496,5 тыс.руб.

Пб = Q · Цб - Сб, (9.35)

где Цб - цена продукта до внедрения, тыс.руб.

Сб - себестоимость продукта до внедрения, тыс.руб.

Пб = 450 000 · 35 - 15448515,048 = 301,5 тыс.руб.

DП = 496,5 - 301,5 = 195,0 тыс.руб.

Расчет экономической эффективности ведется по критерию минимума удельных приведенных затрат.

Э_г = {(С_уд1 + Е_нК_уд1) - (С_уд2 + Е_нК_уд2)}П_уч2 (9.36)

где С_уд1 и С_уд2 - удельные эксплуатационные расходы:

 (9.37)

где - сумма эксплуатационных расходов, руб,

П_уч - производительность участка до и после реконструкции,

К_уд1 и К_уд2 - удельные капитальные вложения, руб:

 (9.38)

где - капитальные вложения (стоимость оборудования),

Е_н - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений (Е_н для новой техники),

- срок окупаемости (9.39)

Э_Г = ((8,7+0,33·6) - (8,4+0,33·5)) ·450000 = 183500 руб

Срок окупаемости

Т_ОК = К₂ - К₁ / Э_Г = 2175650-2109672,5/183500 = 0,58

Т_ОК^Н = 1/Е_Н

Т_ОК^Н = 1/0,33 = 3,03

Т_ОК ≤ Т_ОК^Н

Реконструкция окупится через 0,58 года (7 месяцев).

Расчет рентабельности продукции

 (9.40)

где Пп - прибыль от реализации продукции;

Сп - полная себестоимость реализованной продукции.

Таблица 9.8 Технико-экономические показатели эффективности проекта

Наименование показателя	Единица измерения	Значение показателя
		Действ. пр-во	Реконструкция
Затраты на энергоресурсы	Руб.	921900,61	869956,61
Затраты на сырье и вспомогательные материалы	Руб.	11639099	10220904
Эксплуатационные затраты		3995690,376	3980853,076
Прибыль (доход)	Тыс.руб	301,5	496,5
Себестоимость	Руб.	15448515,048	14907376,048
Рентабельность	%	6	7
Срок окупаемости	Мес.	-	7
Экономический эффект	Руб.	-	183500

Экономические расчёты эффективности введения новой добавки ЖКУ к аммиачной селитре показали, что данное усовершенствование экономически выгодно.

Изменение себестоимости продукции произошло в результате уменьшения энергозатрат и затрат на сырье и вспомогательные материалы.

Прибыль предприятия от производства и реализации САФУ составляет 195 тыс. руб. Капитальные вложения в проект окупаются за 7 месяцев.

Заключение

В данном дипломном проекте производится модернизация производства аммиачной селитры с получением сложного азотно-фосфатного удобрения на ОАО «Череповецкий «Азот».

Также рассматривалось отделение нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком с введением добавки жидких комплексных удобрений и получением сложного азотно-фосфатного удобрения.

Проведя анализ литературных данных, изучив достоинства и недостатки различных кондиционирующих добавок, а также различных технологических схем выбрана фосфатная добавка ЖКУ и агрегат АС-72М.

Перевод агрегата АС-72М на производство (САФУ) с применением в качестве добавки ЖКУ имеет ряд преимуществ:

улучшение качества удобрения (снижение слеживаемости, повышение термостабильности, расширение состава питательных веществ, повышение прочности гранул).

В дипломном проекте дана характеристика готовой продукции, сырья, материалов и полупродуктов; проанализированы физико-химические основы технологии производства САФУ.

В технологической части был произведён расчёт материального и теплового баланса аппарата ИТН и двух донейтрализаторов.

Был произведён расчёт основного технологического оборудования: аппарата ИТН. В результате проведённых расчётов получили, что диаметр верхней части аппарата составляет 3,5 м; высота аппарата 11,1 м; диаметр реакционного стакана 1,23 м; высота реакционного стакана 3,5 м. Произведён расчёт вспомогательного технологического оборудования: теплообменника, в результате которого получены следующие данные: поверхность теплообмена 219 м², длина труб 6 м; число труб 465; число ходов - 1; диаметр труб - 252 мм, запас поверхности теплообмена составляет 3,6 %. Материал - углеродистая сталь.

В разделе автоматический контроль рассмотрен процесс производства САФУ. Работа основного оборудования оснащены системами КИП и автоматического регулирования, управление процессом осуществляется из ЦПУ и с местных щитов. На рассматриваемых стадиях важнейшими контролируемыми параметрами являются температура и давление азотной кислоты, аммиака и плава САФУ.

Также был рассмотрен вопрос безопасности жизнедеятельности. В котором дана общая характеристика безопасности производства САФУ, отмечены наиболее опасные участки, дан анализ опасных и вредных производственных факторов, рассмотрена пожаробезопасность и электробезопасность. Произведён расчет освещения цеха, в результате которого необходимо использовать 34 светильника для равномерной подачи света.

Экономические расчёты эффективности нового удобрения показали, что данное усовершенствование экономически выгодно. Технологическое изменение позволило улучшить технико-экономические показатели процесса, а, именно: повысить качество

продукции, снизить затраты на греющий пар. Изменение себестоимости продукции произошло в результате уменьшения энергозатрат, затрат на сырьё и вспомогательные материалы и эксплуатационных затрат. Прибыль предприятия от производства и реализации САФУ составляет 195 тыс. руб. Капитальные вложения в проект окупаются за 7 месяцев.

Список литературы

1. Технология и свойства САФУ - сложного азотно-фосфатного удобрения. /Под ред. О.П. Акаев, Г.Н. Ненайденко -М.: Иваново,2009.-95с.

. Развитие химической науки /Под ред. Жаворонковой Н.Г.-М.:Иваново,2006.- 168 с.

3. Ильин В.А., Пахотин О.И., Климашкина Г.Г., Василькова О.Е. Получение гранули-рованного сложного азотно-фосфатного удобрения на основе аммиачной селитры// Новые технологии в азотной промышленности. Сборник трудов общероссийской научно-технической конференции. Северо-Кавказский государственный университет. Ставрополь, 2003. -с.36-38.

. Постоянный технологический регламент производства сложного азотно-фосфат-ного удобрения в крупнотоннажном агрегате по производству аммиачной селитры АС-72М, № 2, 2004- 478 с.

. Справочник химика.-Кн.2.-М.:Химия, 1987.-464 с.

. Справочник азотчика - кн.2 - М.: Химия, 1969. - 448с.

. Позин М.Е. - Технология минеральных удобрений.-Л.:Химия,1989.-352с.

. Технология аммиачной селитры/Под ред. В.М. Олевского. -М.: Химия, 1978.-311с.

. Производство аммиачной селитры в агрегатах большой единичной мощности /Под ред.В.М. Олевского.-М.: Химия, 1990.-288с.

. А.А.Соколовский - Технология минеральных удобрений и кислот.-М.:Химия,1971.-456с.

11. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М:Химия, 2005-753 с.

12. Бесков С.Д. - Технохимические расчеты. -М.: Высш. школа, 1966.-520с.

. Общая химическая технология/Под ред. И.П. Мухленова.-М.: Высш. Школа, 1984.

. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г.- Общая химическая технология. - М.: Высш. шк., 1992. - 237 с.

. Расчеты по технологии неорганических веществ /Под ред. П.В. Дыбиной. -М.:Высшая школа,1967.-524с.

. К.Ф.Павлов, П.Г. Романков, А.А.Носков - Примеры и задачи по курсу процесс-сов и аппаратов химической технологии. - М.:ООО ТИД Альянс, 2005.-576 с.

. Основы проектирования химических производств /Под ред. А.И. Михайличенко.-М.: ИКЦ Академкнига,2005.-332с.

. Общая химическая технология. Примеры материальных и тепловых балансов. Учебное пособие. Л., СЗПИ, 1969г.

. Левин Б.В., Соколов А.Н. Проблемы и технические решения в производстве комплексных удобрений на основе аммиачной селитры // Мир серы, азота, фосфора и калия. - 2004. - №2. - с. 13-21.

. Основы проектирования химических производств: Учебник для ВУЗов / Под ред. А.И. Михайличенко. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. - 332 с.

. Жмай Л. Аммиачная селитра в России и в мире. Современная ситуация и перспективы // Мир серы, азота, фосфора и калия. - 2004. - №2. - с. 8-12.

. Намазов Ш.С., Курбаниязов Р.К. Прочность гранул аммиачной селитры с добавками фосфоритов центральных Кызылкумов // Химическая промышленность. - 2008. - №2. - с. 65-70.

. Барбашин А.А. Современное состояние и перспективы производства смешанных минеральных удобрений (тукосмесей) в России // Химическая промышленность сегодня. - 2004. - №12. - с. 8-13. 24. Альбом конструктивных чертежей производства аммиачной селитры мощностью 450000 тонн в год. Дело № 30 - 34.

25. Голубятников В.П. - Автоматизация систем управления физико-технологическими процессами. - М.: Высш. шк., 1989. - 358 с.

26. Князев А.Н. - Охрана труда и техника безопасности, очистка сточных вод и отхо-дящих газов в химической промышленности. М:НИИТЭХИМ. 1972. Вып.1-285 с.

27. Кудрявцева Л.Ю. Безопасность жизнедеятельности. Учебно - методическоепособие к теоретическим занятиям. - Череповец: ЧГУ, 2000. - 32с.

. Инструкция по охране труда и рабочему месту аппаратчика - ПО-208-АС-28.-252с

29. БЖД. Безопасность технологических процессов: Учеб. пособие для вузов/П.П. Кукин, В.Л. Лапин, Е.А. Подгорных и др. - М.: Высш. шк., 1999. - 318с

. Кушелев В.П. Основы техники безопасности на предприятиях химической про-мышленности. М., «Химия», 1972. 300 с. с ил.

. Безопасность труда в химической промышленности: учебное пособие для вузов / Л.К. Маринина, А.Я. Васин, Н.И. Торопов и др.; Под ред. Л.К. Марининой. - Москва: ИЦ "Академия", 2006.-526с.

. Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности: Учебник для вузов/А.С. Бобков, А, А. Блинов, И.А. Роздин, Е.И. Хабарова - М.: Химия, 1997. - 400с

. Справочник по охране труда и технике безопасности в химической промышлен-ности. Общие положения, устройство и содержание промышленных предприятий. М., «Химия», 1971. 511 с.

. Справочник по охране труда и технике безопасности в химической промыш-ленности. Правила и инструкции по работе с оборудованием и механизмами и по обращению с вредными веществами. М., «Химия», 1971. 418 с.

. Князевский Б.А. Охрана труда в электроустановках - М.:Энергия, 1970-320с

. Мурашко В.В Основы экономики и эффективности химического производства. -М: Химия, 1989. 80с. (Б4)

. Экономика предприятия./Под ред. Табарчука П.П., Тумина В.М. - Ростов-на-Дону: «Феникс», 2002. - 375 с.

. Экономика химического предприятия и предпринимательства: Учеб. пособие / Под ред. П.П. Табарчука - СПб: Химия, 1995. - 216 с.

. Selected Methods of Test for the Thermal Stability of Compound. Fertilizers Containing Ammonium Nitrate/ SMA/ LTD/ London/2004/ 33 c

40. Holzmann H.//Chem. Ind. Technik. 1997.V.60.Р.1229-1237.

41. Газета «Азотчик» №16 от 14.04.2008, №7 от 12.02.2009, №11 от 12.03.2009, №17 от 23.04.2008, №34 от 20.08.2009, №43 от 14.10.2009 - ОАО «Череповецкий «Азот».