Курсовая работа (т): Расчет абсорбционной установки для улавливания фторгазов в производстве экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК)

4. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ (АБСОРБЦИИ) ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ ЭКСТРАКЦИИ

Кремнефтористоводородная кислота - основной продукт, образующийся при улавливании фтористых газов водой. Для ее получения абсорбцию ведут в одну, две или три ступени.

Еще 20 - 25 лет назад при сравнительно небольших фтористых выбросах была возможность снизить содержание фтора в отходящих газах до необходимого уровня при помощи любых устройств для промывки газа. В настоящее время ситуация резко изменилась. Объем фторсодержащих выбросов современного предприятия по производству удобрений может достигать 1 млн. м/ч и более; количество воды, которое может быть использовано в системах абсорбции, снижается в связи с переходом предприятий на замкнутые водооборотные циклы; нормы по выбросам фтористых соединений перед их рассеиванием в атмосфере стали чрезвычайно жесткими (10 и менее миллиграммов на кубометр газа).

Абсорбционные аппараты, используемые для улавливания фторсодержащих газов в промышленности, прошли большой путь развития от малоинтенсивных и малопроизводительных устройств к абсорберам с высокой эффективностью, позволяющим обрабатывать большие количества газа и постоянно вытесняющим своих предшественников. За последние 10 - 15 лет из абсорбционных схем в основном вытеснены скрубберы Дойля, механические абсорберы, насадочные колонны; широкое распространение получили полые распыливающие аппараты, пенные абсорберы, а также аэромиксы и скрубберы Вентури.

Абсорбционные аппараты должны обеспечивать необходимую степень очистки при минимальном числе теоретических ступеней контакта фаз.

Полые абсорберы отличаются низкой стоимостью, простотой конструкции, обладают низким гидравлическим сопротивлением. Направление факелов распыла в них может быть различным (сверху вниз, снизу вверх, вниз под углом). Наибольшую эффективность обеспечивает расположение форсунок в несколько ярусов. В полых распыливающих абсорберах скорость газа нельзя значительно увеличить, так как это вызвало бы унос с ним большей части жидкости.

За последние годы для улавливания фтористых газов в промышленности нашли применение высокоскоростные аппараты, которые работают при скоростях газа в рабочей зоне до 10 - 20 м/с. Аппарат снабжен сепаратором надежной конструкции, обеспечивающим минммальный брызгоунос орошающей жидкости.

Рассмотрим технологическую схему абсорбции в производстве ЭФК (рис. 4.1):

Фтористые газы и воды, воздух поддува отсасываются из-под крышки экстрактора поз. Р-119 хвостовым вентилятором поз. В-216 через полый абсорбер поз. К-95 и, далее, абсорбер поз. К-59, а из-под крышки экстрактора поз. Р-120 хвостовым вентилятором поз. В-217 через полый абсорбер поз. К-96 и, далее, абсорбер поз. К-213. При этом эвакуация парогазовой смеси из экстрактора поз. Р-119, 120 осуществляется через зонты отсоса газов поз. К-117 (А, В, С), которые предназначены для уменьшения скорости газового потока и устранения брызгоуноса с зеркала пульпы экстрактора поз. Р-119,120.

В газоходах зонтов отсоса газов поз. К-117 (А, В, С) три форсунки орошения - по одной в каждом. В полых абсорберах поз К-95, поз. К-96 установлено по одной форсунке орошения и по одной форсунке в газоходах подачи газа на поз. К-59, К-213. Подача орошающей жидкости на форсунки газоходов зонтов отсосов газов поз. К-117 (А, В, С) и абсорберов поз. К-95 и поз. К-96 производится насосами поз. Н-61 (А, В): Н-61 (А) - на форсунки газохода от поз. К-117 (А, В) к поз. К-95; Н-61 (В) - на форсунки абсорбера поз. К-95 и газоход от поз. К-95 к абсорберу поз. К-59; Н-63 - на форсунки газохода от поз. К-117(С) к поз. К-96, абсорбера поз. К-96, газоход от поз. К-96 к абсорберу поз. К-213. Возврат орошающей жидкости по циркуляционной схеме из поз. К-95, поз. К-96 соответственно производится в сборники поз. Е-60 и Е-62. Подпитка бака поз. Е-60 осуществляется подачей осветленной воды гидроудаления, через контактные устройства абсорберов поз. К-59 и поз. К-213, по самотечным линиям слива от обоих абсорберов.

Последующая очистка газов от фтористых соединений осуществляется в абсорберах типа АПС (абсорбер прямоточный скоростной) поз. К-59, поз. К-213. Абсорберы представляют собой цилиндрическую полую башню; в верней части имеются брызгоуловители. Аппарат гуммирован и футерован углеграфитовой плиткой. Внутри абсорберов установлены контактные устройства (тарелки провального типа), с помощью которых достигается необходимая степень контакта фаз при очистке фторгазов. Работа контактного устройства представляется следующим образом: нижняя кольцевая часть контактного устройства образует со стенкой абсорбера кольцевую ванну, из которой раствор орошения через отверстия диаметром 100 - 150 мм поступает в центральную полую часть устройства, по которой снизу вверх двигается газовый поток с расчетной скоростью до 18 м/с. Вследствие высокой скорости газового потока происходит интенсивное распыление раствора орошения и его перемешивание с газом, таким образом, обеспечивается эффективный контакт фаз: газа и жидкости. Далее, газожидкостная смесь через тангенциальные патрубки, расположенные в верхней части контактных устройств, выбрасывается в сепарационное пространство абсорберов. Вследствие высоких окружных скоростей капли жидкости отбрасываются к стенкам аппарата, а очищенный газ протягивается наверх за счет разрежения, создаваемого вентилятором поз. В-216, поз. В-217 и далее через выхлопной газоход и высотную трубу Н = 180 м, D = 3,0 м поступает в атмосферу.

Таким образом, использование на стадии абсорбции фторсодержащих газов экстракции в производстве ЭФК полого абсорбера и абсорбера АПС одновременно обеспечивает необходимую очистку отходящих газов.

5. КИП И АВТОМАТИЗАЦИЯ

Целью управления процессом абсорбции является поддержание постоянства заданной концентрации извлекаемого компонента в обедненном газе, а также соблюдение материального и теплового балансов абсорбционной установки.

Измерения расхода газовой смеси и начальных концентраций извлекаемого компонента в фазах представляют собой выходные величины предыдущих технологических аппаратов. Регулирующими воздействиями являются расходы свежего абсорбента, обедненного газа и насыщенного абсорбента.

Основным управляющим воздействием, поддерживающим постоянство концентрации извлекаемого компонента в обедненном газе, является измерение расхода свежего абсорбента, осуществляемое регулятором расхода (FRC).

Повышение давления в абсорбере способствует извлечению ценных компонентов из исходной газовой смеси. Поддержание заданного значения давления в верхней части колонны требует применение регулятора давления, действующего на клапан, установленный на трубопроводе отвода обедненного газа из абсорбера.

Предусмотрено измерение и автоматическое регулирование расхода орошающей жидкости прибором FIRC (показывающий, регулирующий и регистрирующий). Давление измеряется прибором FIRA (показывающий, регистрирующий с сигнальным устройством). Также предусмотрено измерение уровня в сборнике орошающей жидкости LIRSA (показывающий, регистрирующий с устройством для выдачи сигнала после прохождения заданного уровня).

Обозначение приборов представлено в таблице 5.1.

Таким образом, в узле абсорбции соединений фтора предусматривается регулирование: расхода воды и кремнефтористоводородной кислоты на орошение абсорбционных башен; уровня в приемных баках орошающих жидкостей; давления в трубопроводах.

Таблица 5.1. Обозначение приборов

Примечание: L, H, LL, HH ставятся на третьем месте и обозначают минимальные (L) и максимальные (H) значения измеряемой переменной величины.

6. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС

.1 Материальный баланс процесса абсорбции в полом абсорбере

Материальный баланс любого технологического процесса: масса веществ, поступивших на технологическую операцию (приход), равна массе полученных веществ (расходу) [5]:

, (6.1)

где - суммы масс всех реагентов (Т, Ж, Г) на входе в систему (технологическую операцию). Число исходных реагентов может изменяться от 1 до n;

- сумма масс всех продуктов на выходе из системы.

1. При скорости газа 1,5 м/с площадь поперечного сечения башни будет равна:

 м, (6.2)

где 200000 - количество газов, поступающих на абсорбцию, м/с;

,5 - скорость газа в абсорбере, м/с.

Тогда количество раствора для орошения составит:

, (6.3)

где U - плотность орошения, .

 м/ч

или

 кг/г,

где 1039,5 - плотность 4 %-го водного раствора H2SiF6, кг/м.

Из них Н2О - 110769,12 кг, H2SiF6 - 4615,38 кг.

. Состав поступающего газа:

фтор:  м (или  кг)

Принимая, что на 1 моль SiH4 (4 атома F) выделяется 2 моль HF (2 атома F), получим количество фтора:

в виде SiF4:  кг

в виде HF: 763,39 - 508,93 = 254,46 кг

При этом

m(SiF4) =  кг,

где 104 и 19 - молекулярная масса SiH4 и атомная масса F соответственно.

m(HF) =  кг

Тогда общая масса фтор-газов: 696,43 + 267,85 = 964,28 кг

Н2О (пар):  м (или  кг)

воздух:  м (или кг)

. Количество образующейся кислоты:

(Н2О) + Si F 4HF  H2SiF6 + (Н2О) (6.3)

кг/кмоль - 144 кг/кмоль

,28 кг - Х кг

Отсюда Х = 964,28 кг (100 %-ной H2SiF6)

С учетом степени поглощения 95 % образуется 100 %-ной H2SiF6:

 кг

. Количество непрореагировавшего фтора:

 кг

в виде SiF4:  кг [m (SiF4) = 34,83 кг]

в виде HF:  кг [m (HF) = 13,39 кг]

. Количество образующейся H2SiF6:

,38 + 916,07 = 5531,45 кг (100 %-ной H2SiF6)

Тогда 20 %-го водного раствора будет:

 кг

. Количество Н2О, перешедшее в газовую фазу за счет тепла абсорбции:

,12 - 22125,64 = 88643,48 кг

. Тогда водяного пара образуется в абсорбере:

,43 + 88643,48 = 247589,91 кг

. Таблица материального баланса:

.1. Материальный баланс

Невязка =  %, следовательно, баланс сходится.

.2 Материальный баланс в аппарате АПС

Материальный баланс процесса абсорбции выражается уравнением:

, (6.4)

где G - количество инертного газа, кг/с;

L - количество поглотителя, кг/с;

I - содержание компонента в газовой фазе, кг/кг ин. газа;

x - содержание компонента в жидкой фазе, кг/кг поглотителя

Масса вещества, перешедшего из газовой фазы в жидкую, кг/с:

, (6.5)

где  и  - начальная и конечная концентрация поглощаемого компонента в газе, кг ФГ/кг Г;

 и  - начальная и конечная концентрация поглощаемого компонента в абсорбенте.