Стадии технологического процесса производства экстракционной фосфорной кислоты. Прием и хранение апатитового концентрата в отделении подготовки сырья, его подача в экстрактор. Методы очистки отходящих газов. Устройство и принцип работы циклона ЦН-15.
Аннотация к работе
Применяется апатитовый концентрат для производства экстракционной фосфорной кислоты, содержание в нем разной концентрации позволяет получить фосфорную кислоту различной концентрации. Апатитовый концентрат из траншей (поз.Т1-Т4) пневмокамерными насосами (поз.К25-К32) подается в силоса (поз.С9-С12), в которых хранится апатитовый концентрат, предназначенный для ЭФК-3,4. Апатитовый концентрат из траншей (поз.Т5-Т8) пневмокамерными насосами (поз.К1-К8) подается в силоса (поз.С1-С4), служащие для хранения апатитового концентрата, предназначенного для ЭФК-1,2. Из силосов (поз.С1-С4) апатитовый концентрат подается на переработку пневмокамерными насосами (поз.К9-К16). Для увеличения запаса хранимого сырья имеется возможность подачи апатитового концентрата в силоса (поз.С5-С8), установленные рядом с силосами (поз.С1-С4).Очистки подвергаются газы, не содержащие пыли и катализаторных ядов. В зависимости от производительности по газу и условий применения, циклоны изготавливают одиночного исполнения или группового исполнения из двух, четырех, шести и восьми циклонов одинакового внутреннего диаметра. Компоновка групповых циклонов возможна при установке вентилятора после циклона (камера для газа - улитка) или перед ним (камера - сборник).Когда циклон 15 работает, необходимо обеспечивать постоянную выгрузку пыли, уровень которой в бункере не должен превышать половину диаметра циклона от бункерной крышки. Циклоны ЦН-15 являются наиболее универсальными и распространенными аппаратами газоочистки, широко применяемыми для отделения пыли от газов и воздуха(в том числе и аспирационного) в самых различных отраслях промышленности; в черной и цветной металлургии, химической и нефтяной промышленности, промышленности строительных материалов, энергетике, деревообработке. Исходя из компоновочных соображений групповые циклоны изготовляют с камерой очищенного газа в виде улитки (вентилятор устанавливается после циклона), или в виде сборника (вентилятор устанавливается перед циклоном).
Введение
ООО «Балаковские минеральные удобрения» начало свое существование 29 декабря 1973 года когда Государственная приемочная комиссия подписала Акт о вводе в эксплуатацию производства серной кислоты мощностью 180 тысяч тонн в год на заводе фосфорных удобрений г. Балаково, и этот день считается официальной датой начала работы завода. В настоящее время «Балаковские минеральные удобрения» работают со 100-процентной загрузкой мощности. На заводе разработана Программа стабилизации и развития производства до 2010 года включительно, которая предусматривает дальнейшее совершенствование технологии, внедрение нового оборудования, повышение качества и объема выпускаемой продукции. Работая в составе «ФОСАГРО», предприятие следует единой, согласованной стратегии не только в решении производственных и маркетинговых задач, но и в стимулировании труда, повышении его производительности, реализации социальных программ.[11]
Апатит - безводный фосфат кальция, составляет 95% от всех известных минералов фосфора. Господствующей разновидностью апатита в большинстве горных пород являются фтор-апатит и фтор-гидроксилапатит. Подавляющая масса фосфатного сырья (более 95%) используется для получения фосфатных и комбинированных минеральных удобрений, поэтому конъюнктура рынка апатитового концентрата напрямую зависит от производителей удобрений. Остальное количество фосфатного сырья идет на производство фосфора и фосфорной кислоты (а из богатых фтором апатитовых руд получают также кремнисто-фтористоводородную кислоту) - исходных веществ для получения разнообразных химических соединений, используемых в металлургии, пиротехнике, органическом синтезе, производстве минеральных подкормок для скота и птицы, моющих и огнестойких веществ, спичек, лекарственных препаратов, инсектицидов, фотореагентов, матовых стекол и др. Апатит образует кристаллы гексаген, сингонии, шестигранные, удлиненно-призматические до игольчатых, редко - аблитчатые с несовершенной спайностью, а также агрегаты (зернистые, иногда почковидные, землистые и др.). Имеет, как правило, бледно-зеленоватый, голубой, желто-зеленый или розовый цвет со стеклянным блеском, на поверхности излома - с Кетоформатермодинамически более выгодна, чем гидроксиформа. Апатит - распространенный минерал. Генетически связан с различными магматогенными, метаморфическими и осадочными комплексами. Карбонатитовые месторождения, как правило, содержат комплексные апатит-магнетитовые, апатит-редкометалльные и другие руды, из которых апатитовый концентрат извлекают попутно (обычно флотацией). В России к этому типу относится Ковдорское месторождение. Развитые на нем апатит-магнетитовые руды содержат в среднем 6-7% Р2О5; после выделения магнетита доля апатита возрастает и флотационным обогащением получают апатитовый концентрат, содержащий 36% Р2О5 и сравнительно большое колво Mg, что ограничивает его использование. В больших количествах минералы группы апатита встречаются в осадочных фосфоритных породах. Месторождения апатита (гл. обр. карбонатитовые) известны и эксплуатируются также в Бразилии (запасы 2,0 млрд. т), ЮАР (1,0 млрд. т) и Финляндии (1,5 млрд. т). Мировые запасы апатитовых руд 23,3 млрд. т.[12]
Применяется апатитовый концентрат для производства экстракционной фосфорной кислоты, содержание в нем разной концентрации позволяет получить фосфорную кислоту различной концентрации.
Целью данного курсового проекта является рассмотрение процесса приема и хранения апатитового концентрата и подача его в экстрактор, рассмотрение процесса очистки запыленных газов в циклоне, а также сделать расчеты материального баланса и расчеты основного оборудования.
1. Основная часть
1.1 Методы производства
1 Сернокислотное разложение апатитового концентрата с последующей фильтрацией полученной пульпы на карусельном вакуум-фильтре для получения экстракционной фосфорной кислоты. Образующийся осадок - фосфогипс - складируется на отвале - полигоне вторичных ресурсов и материалов.
2 Концентрирование экстракционной фосфорной кислоты способом вакуум-выпаривания до массовой доли Р2О5 не менее 52,0%.
3 Осветление упаренной ЭФК способом укрупнения частиц твердой фазы посредством добавления флоккулирующего агента с последующим осаждением сфлоккулированных частиц в тонком слое под действием силы тяжести и отделением продукционной кислоты от суспензии шлама.
1.1.1 Описание технологической схемы и процесса
Технологический процесс производства неупаренной экстракционной фосфорной кислоты, упаренной экстракционной фосфорной кислоты и осветленной упаренной фосфорной кислоты аналогичен для ЭФК-1 и ЭФК-2 и состоит из следующих стадий: 1 Прием и хранение апатитового концентрата в отделении подготовки сырья, транспортировка апатитового концентрата в экстрактор.
2 Прием серной кислоты и подача ее в экстрактор.
3 Разложение апатитового концентрата серной кислотой с получением фосфорной кислоты и дигидрата сульфата кальция (фосфогипса).
4 Циркуляция и охлаждение пульпы в аппарате воздушного охлаждения.
5 Фильтрация пульпы на карусельном вакуум-фильтре.
10 Подача, отвод и охлаждение оборотной воды (ВОС-1).
11 Хранение продукционной кислоты, передача ее на концентрирование, производство удобрений, производство полифосфорной кислоты и отгрузку.
В данном курсовом проекте рассматривается процесс приема и хранения апатитового концентрата для производства экстракционной фосфорной кислоты.
1.1.2 Прием и хранение апатитового концентрата в отделении подготовки сырья, транспортировки апатитового концентрата в экстрактор
Для хранения и транспортировки фосфорсодержащего сырья, используемого для производства экстракционной фосфорной кислоты, служит отделение подготовки сырья, которое включает в себя восемь траншей и двенадцать силосов.
Апатитовый концентрат прибывает в минераловозах и зерновозах, которые устанавливаются под выгрузку на два железнодорожных пути. Одновременно выгрузка может производиться из шестнадцати вагонов в восемь прирельсовых траншей
Разгрузка траншей производится с помощью скреперной лебедки, которая подает апатитовый концентрат в приемный бункер пневмокамерного насоса (поз.К1-К8; К25-К32).
Апатитовый концентрат из траншей (поз.Т1-Т4) пневмокамерными насосами (поз.К25-К32) подается в силоса (поз.С9-С12), в которых хранится апатитовый концентрат, предназначенный для ЭФК-3,4.
Апатитовый концентрат из траншей (поз.Т5-Т8) пневмокамерными насосами (поз.К1-К8) подается в силоса (поз.С1-С4), служащие для хранения апатитового концентрата, предназначенного для ЭФК-1,2. Из силосов (поз.С1-С4) апатитовый концентрат подается на переработку пневмокамерными насосами (поз.К9-К16).
Силос представляет собой цилиндрическую железобетонную емкость диаметром 11,5 м и высотой 27 м. Один силос вмещает 2800-3000 т апатитового концентрата.
В нижней части силос снабжен двумя разгрузочными бункерами, оборудованными аэрирующими устройствами для предотвращения зависания апатитового концентрата. Из бункера апатитовый концентрат попадает в камеру пневмокамерного насоса ТА-29 или К-1955. Принцип работы данного насоса следующий: - заполнение камеры апатитовым концентратом;
- прекращение подачи апатитового концентрата;
- вытеснение апатитового концентрата из камеры сжатым воздухом;
далее циклы повторяются
Все операции работы пневмокамерного насоса производятся автоматически.
Для увеличения запаса хранимого сырья имеется возможность подачи апатитового концентрата в силоса (поз.С5-С8), установленные рядом с силосами (поз.С1-С4).
Принципиальная схема транспортных связей подачи апатитового концентрата: Условные обозначения: Т - прирельсовые траншеи
К - пневмокамерные насосы
С - силоса
ЭФК - отделения экстракции фосфорной кислоты
При необходимости транспортные связи могут быть изменены путем переврезки трубопроводов пневмотранспорта.
Транспортировка апатитового концентрата осуществляется сжатым воздухом (пневмотранспорт) по стальным трубопроводам диаметром 150 мм, 168 мм и 250 мм. Повороты трасс выполнены из каменного и чугунного литья. Для компенсации пиковых расходов сжатого воздуха и колебаний давления в системе воздухоснабжения в районе отделения подготовки сырья установлены воздухосборники (ресиверы) (поз.В25).
Во время подачи апатитового концентрата пневмотранспортом из силосов сбрасывается запыленный воздух, требующий очистки от пыли. На верхней отметке каждого силоса (поз.С1-С4) смонтированы воздухоочистительные установки. Установки очищают воздух, выходящий из силосов (поз.С1-С4). Запыленный воздух проходит последовательно через расширитель диаметром 1000 мм, циклон ЦН-15 (поз.Ц1) и два работающих параллельно спирально-конических циклона (поз.Ц2). Очищенный от пыли воздух вентилятором (поз.В7) выбрасывается в атмосферу. Уловленный апатитовый концентрат сбрасывается в силоса.
Из силосов (поз.С1-С4) апатитовый концентрат пневмотранспортом подается в приемные бункера (поз.Е5) ЭФК-1, 2 емкостью 450 м3 каждый, предварительно пройдя разгрузитель.
Выходящий из бункеров (поз.Е5) запыленный воздух по воздуховоду подается на установку мокрого пылеулавливания - УМПУ.
Установка мокрого пылеулавливания предназначена для очистки воздуха, загрязненного апатитовой пылью. Выходящий из бункеров (поз.Е5) запыленный воздух попадает по воздуховоду в верхнюю часть скруббера (поз.С1умпу). Пыль апатита проходя через слой воды, задерживается в скруббере (поз.С1умпу), а очищенный воздух по газоходу выбрасывается в атмосферу. Подпитка скруббера производится оборотной водой из водооборотной станции №1 (ВОС-1) в количестве 0,5 - 1,0 м3/ч. Расход воды автоматически регулируется клапаном, установленном на линии подачи воды в скруббер (поз.С1умпу).
Образующийся в результате мокрого пылеулавливания, пульпообразный осадок по трубопроводу подается во вторую секцию экстрактора (поз.Р19). для предотвращения застоя осадка в нижнюю часть скруббера (поз.С1умпу) подается сжатый воздух.
Для предотвращения зависания апатитового концентрата в бункере (поз.Е5) смонтированы аэрационные устройства.
Из бункера (поз.Е5) апатитовый концентрат по течке поступает на ленточный дозатор (поз. ПТ8). Далее апатитовый концентрат дозируется в первую секцию экстрактора (поз. Р19), предварительно пройдя узел мокрого смешения (поз. Е83), где происходит смешение апатита с пульпой. Пульпа в узел мокрого смешения подается из девятой секции экстрактора (поз. Р19) насосом (поз. Н20).
1.2 Основные виды сырья
Основные виды сырья указаны в таблице 1
Таблица 1
Наименование исходного сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов Государственный или отраслевой стандарт, СТП, технические условия, регламент или методика на подготовку сырья Показатели по стандарту, обязательные для проверки Регламентируемые показатели
1 2 3 4
1 Концентрат апатитовый ГОСТ 22275-90 1 Массовая доля оксида фосфора (Р2О5),%, не менее - 39,0 2 Массовая доля воды, %, 1,0±0,5 2 Остаток на сите с сеткой №016К (ГОСТ 6613), %, не более 13,5 1 Массовая доля оксида фосфора (Р2О5),%, не менее - 39,0 2 Массовая доля воды, %, 1,0±0,5 3 Остаток на сите с сеткой №016К (ГОСТ 6613),%, не более 13,5
- - Примечание: 1 Массовая доля оксида фосфора дана в пересчете на сухое вещество. 2 Массовая доля полуторных оксидов (FEO, Fe2О3, Al2О3) не более 3,0% гарантируется поставщиком и определяется периодически один раз в месяц по требованию потребителя, а также в случае разногласий при оценке качества. 3 Апатитовый концентрат, применяемый для производства суперфосфата и нитрофоски, должен содержать остаток на сите с сеткой N 016К не более 11,5%. 4 По согласованию с потребителем допускается отгрузка апатитового концентрата в период с мая по сентябрь включительно с содержанием массовой доли воды (1,5±0,5)%.
2 Вода оборотная Технологический регламент 033-ТР-001-2005 гидротехнических сооружений РН - 6,5-8,5 1 РН - 6,5-8,5 2 Массовая доля взвешенных веществ, мг/л, не более 100
3 Сжатый воздух для пневмотранспорта Технологический регламент по МКС 1,2 ЦТГС Давление воздуха, МПА, 0,4-0,6 Давление воздуха, МПА, 0,4-0,6
4 Сжатый воздух для приборов КИПИА Технологический регламент по МКС 1,2 ЦТГС - 1 Давление воздуха, МПА, 0,3-0,5 2 Точка «росы», ОС, минус 40 (в зимний период); минус 18 (в летний период) 3 Температура, ОС, не более 60
1.3 Мероприятия по улучшению качества готовой продукции
Качество исходного сырья влияют на процессы разложения, охлаждения, упаривания и фильтрацию, в конечном итоге, на качество получаемой фосфорной кислоты. Качество исходного продукта в значительной степени сказывается на высокой степени концентрации фосфорной кислоты. Низкая концентрация фосфорной кислоты, высокое содержание в кислоте примесей могут привести к получению некондиционного аммофоса.
Качество продукции включает в себя целый ряд факторов, которые рассматриваются при оценке любого товара, любой услуги: это и улучшение технологических параметров, это эстетика и эргономика (больше удобства использования), надежность и многое другое, что в целом определяет эффективность использования продукции. Коренное повышение технологического уровня и качества является важнейшими факторами и условиями ускорения социально-экономического развития страны. От качества в первую очередь зависят темпы экономического роста, повышения эффективности производства, рост производительности общественного труда. Чем выше качество изделий, их потребительские свойства, тем полнее и лучше удовлетворяются и личные потребности. Важно, чтобы уровень качества продукции был технически достижим и экономически обоснован в соответствии с общественными потребностями и возможностями экономики.
· Установка концентратомеров в сборниках фосфорной кислоты;
· Повышение ответственности аппаратчиков и операторов ПДУ за выдерживание всех технологических параметров;
Главными составляющими качества выпускаемой продукции является: - стабильное содержание питательных элементов;
- концентрация ЭФК согласно ТУ 2143-002-34179766-97;
- ввод холодильников на каждую систему;
- точное выдерживание технических параметров производства.[3]
1.4 Охрана окружающей среды
Предприятия химической промышленности потребляет для технологических целей большое количество воды. В производстве фосфорной кислоты особое внимание экологов заслуживает несколько объектов: 1. В процессе производства фосфорной кислоты технологические сточные воды не сбрасываются в водоемы, а подаются на нейтрализацию.
2. Производство и использование фосфорной кислоты не приводит к загрязнению окружающей среды. Экстракционная фосфорная кислота не образует токсичных соединений в воздушной среде и в сточных водах, не содержит примесей токсичных элементов. Удельная активность природных радионуклидов не превышает норму 1,5 КБК/кг по Санитарным правилам. Техногенные радионуклиды отсутствуют.
В процессе очистки отходящих газов проверяется содержание пыли в газах на входе в циклоны и на выходе из них, содержание аммиака и фтора в газах до и после абсорбции. Орошающие абсорберы жидкости анализируются на содержание Р2О5, определяется их кислотность и плотность, отношение NH3: Р2О5. В заключительной стадии абсорбции определяется содержание Са(ОН)2 в орошающей жидкости. Важным аспектом развития и функционирования OOO «БМУ» является работа в сфере охраны окружающей среды. Система экологического управления на предприятии является составной частью общей системы административного управления. На заводе действует программа «Экология», предусматривающая количественные и качественные показатели снижения влияния деятельности предприятия на окружающую среду, уменьшения потребления природных ресурсов. Ежегодно на эксплуатацию и реконструкцию природоохранных объектов тратится более 400 миллионов рублей. В соответствии с нормативной документацией на предприятии организована система контроля за соблюдением нормативов предельно допустимых выбросов, установленных для источников выбросов, а также система контроля состояния атмосферного воздуха в санитарно-защитной зоне предприятия и в близлежащих населенных пунктах. Прежде чем попасть к источникам выбросов, газы, образующиеся в процессе производства, проходят многоступенчатую очистку. На предприятии эксплуатируется 68 газопылеулавливающих установок. Их эффективность достигает 99%. В технологической цепочке химического производства применяются различные типы газоочисток, выбор которых обусловлен спецификой химического состава и агрегатным состоянием вредных примесей. В производстве минеральных удобрений очистка отходящих газов от пыли, аммиака и фтористых соединений производится в абсорберах за счет контакта очищаемого газа с орошающей жидкостью.
Основной задачей по охране водного бассейна является создание системы водопользования с максимальной степенью утилизации стоков, снижение потребления речной воды на производственные нужды посредством использования в производственных процессах очищенных сточных вод. В настоящее время речная вода используется только на нужды теплоэнергоцентрали, для подпитки водооборотных циклов и для приготовления питьевой воды, т.е. только там где использование очищенных сточных вод запрещено или технически практически невозможно. На предприятии действует целый комплекс водоочистных сооружений. Контроль за качеством сбрасываемых остаточных вод производится более чем по 30 параметрам. Данные аналитического контроля позволяют судить о ежегодном улучшении качества сточных вод. Так, суммарный показатель загрязненности сточных вод - токсичность в конце 2009года более чем 2,5 раза ниже уровня 2010года. Ежегодно на предприятии проводится внутренний и внешний экологический аудит, в процессе которого специалисты проводят анализ и оценку достигнутых результатов деятельности в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, включая оценку соответствия действующему природоохранительному законодательству для разработки необходимых рекомендаций по дальнейшему развитию системы экологического менеджмента. При производстве фосфорной кислоты выбрасываемый в атмосферу воздух проходит очистку и не превышает нормы ПДК: суммарный объем газов, отсасываемых вентилятором постоянно 310 дней в году, в котором массовая концентрация фтористых соединений в пересчете на фтор составляет не более 9,9 мг/м3; пыль апатитового концентрата при закачке апатита в бункера массовая концентрация которой составляет не более 180 мг/м3; пыль апатитового концентрата при закачке его в силоса концентрация которого не более 250 мг/м3.[3]
2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.- М: Учебник для вузов, 2004.
3. Постоянный технологический регламент производства экстракционной фосфорной кислоты (ПЭФК) отделения ЭФК-1,2 (дигидрат), 2005.
4. Тимонин А.Б. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования.- К: Издательство Н. Бочкаревой, 2001.
5. Туманов, Д. Н. Оптимизация управления получением фосфорных кислот на примере цеха ЭФК ОАО "Воскресенские минеральные удобрения" / Д. Н. Туманов, И. Р. Сунчелей, Т. Н. Гартман // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2005. - N 3. - С. 5-8