Коротка характеристика технологічного процесу

Всі промислові способи отримання азотної кислоти засновані на контактному окисленні аміаку киснем повітря з подальшою переробкою оксидів азоту в кислоту шляхом поглинання їх водою. Сировиною для виробництва азотної кислоти служать аміак, повітря і вода. Допоміжними матеріальними і енергетичними ресурсами є каталізатори окислення аміаку і очищення вихлопних газів, природний газ, пара і електроенергія.

Технологічна схема агрегату. Вона включає наступні стадії: фільтрацію повітря від пилу, стиснення його до 0,412 МПа; випаровування рідкого аміаку під тиском 0,588 МПа; фільтрацію газоподібного аміаку; змішення газоподібного аміаку з повітрям; фільтрацію аміачно повітряної суміші; окислення (конверсію) аміаку киснем повітря; охолоджування нітрозних газів з одночасною промивкою їх від нітрат-нітриту амонію і отриманням конденсату азотної кислоти концентрацією 40—45% HNO₃; стиснення нітрозних газів до 1,079 МПа і охолоджування їх; абсорбцію оксидів азоту з освітою 60%-й азотної кислоти; підігрів вихлопних газів до 480—500 °С; каталітичне очищення їх від оксидів азоту і одночасним підігрівом до 750—770 °С; розширення вихлопних газів в газовій турбіні від 0,932—0,981 до 0,103 МПа і охолоджування їх до 200 °С.Розглянемо автоматизацію одної з основних стадій виробництва неконцентрованої азотної кислоти — окислення аміаку.

Технологічна схема процесу окислення аміаку. Атмосферне повітря після очищення від механічних домішок на фільтрах грубого і тонкого очищення засмоктується осьовим повітряним компресором. Стисле повітря розділяється на два потоки, один з яких (основний) прямує в апаратокислення аміаку, а другий (10—14% від загальної вит рати повітря на технологію) проходить підігрівач газоподібного аміаку і далі поступає на змішення з нітрозними газами.

Рідкий аміак поступає в ресивер, а потім у випарник, де випаровується за рахунок тепла циркулюючої води. Вологий газоподібний аміак очищається у фільтрі від механічних домішок і пари масла, нагрівається в підігрівачі стислим повітрям. Гарячий газоподібний аміак змішується з повітрям в змішувачі, вбудованому у верхню частину апаратуокислення аміаку. Гарячі нітрозні гази охолоджуються далі в казані-утилізаторі, розташованому під каталізаторними сітками апаратуокислення аміаку, і поступають на подальшу обробку. Окислення аміаку здійснюється на каталізаторних сітках з платино-родиєво-паладієвого сплаву.

Стадія конверсії аміаку багато в чому визначає показники всього виробництва азотної кислоти. Від умов і якості її проведення залежать витратні коефіцієнти по аміаку, втрати каталізаторів і енергетичні можливості схеми.

Каталітичне окислення аміаку — дуже складний процес. Протікаючі реакції в загальному вигляді описуються наступними рівняннями:

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6Н₂O + 904,0 кДж; (1)

4NH₃ + 4O₂ = 2N₂O+ 6Н₂O + 1104,4 кДж; (2)

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6Н₂O+ 1268,8 кДж. (3)

Залежно від умов окислення аміаку, окрім цих основних реакцій можуть протікати і побічні, що приводять до утворення молекулярного азоту. Хоча платиноїдні каталізатори володіють високою активністю до реакції окислення аміаку, вихід NO на одному і тому ж каталізаторі може сильно відрізнятися, залежно від вибраних технологічних умов.

Автоматизація процесу. Параметром, що робить найзначніший вплив на вихід NO, є температура. При підвищенні температури контакту збільшується ступінь конверсії і відповідно знижується витратний коефіцієнт по аміаку. З другого боку, при підвищенні температури збільшується витратний коефіцієнт по платиноїдному каталізатору. Тому існує оптимальне значення температури контакту, що задовольняє вказаним конкуруючим умовам.

Значний вплив на процес окислення надає вміст кисню в газі, що поступає на конверсію. Для повного перетворення NH₃ в NO відповідно до реакції (1) достатньо мати співвідношення n = O₂:NH₃= 1,25. Проте на практиці при такому співвідношенні вихід NO не перевищує 60— 80%. Ступінь конверсії зростає при збільшенні співвідношення приблизно до n=1,7, що відповідає змісту 11,5% NH₃ в аміачноповітряній суміші (АВС). Мінімальне необхідне співвідношення n складає 1,7 при 600 °С, 1,35 при 1000°С і 1,3 —при 1200°С.

Збільшення концентрації кисню в АВС при постійному змісті аміаку дозволяє отримати рівний вихід NО при більш низьких температурах; а зберігаючи оптимальне співвідношення n ≥ 1,7 можна підвищувати концентрацію аміаку аж до 13,5%, не знижуючи при цьому виходу оксиду азоту.

При автоматизації процесу окислення аміаку основними є вузли регулювання співвідношення повітря: аміак і стабілізації температури контактного окислення аміаку на платиноїдних сітках.

Для регулювання співвідношення застосована компенсаційна схема. Діафрагму, за допомогою якої виміряють витрату газоподібного аміаку, встановлюють за клапаном, регулюючим витрату при за стабілізованому тиску, що забезпечує рівність умов вимірювання на даній діафрагмі і на діафрагмі, що виміряє витрату повітря. Для підвищення якості регулювання співвідношення повітря: аміак необхідно знати точні витрати повітря і аміаку, що поступає в контактний апарат. Дійсне значення витрати газоподібної речовини визначають по формулі

Q_д = Q_вим [P_дT_р/(P_рT_д)]^1/2

де Q_д і Q_вим — дійсне і виміряне значення витрати; Р_д і Р_р — дійсне і розрахункове значення тиску перед ви мірювальною діафрагмою; T_д і T_р — дійсне і розрахункове значення температури.

Для реалізації схеми корекції по приведеній формулі потрібне велике число функціональних перетворювачів, тому використовують перерахунок по формулі розкладання в ряд Тейлора в точці робочого розрахункового режиму:

Q_д = Q_вим (К₀+К₁ Р_д+К₂ T_д)

де К₀, К₁, К₂ — постійні коефіцієнти.

Схема корекції по витраті аміаку на основі цієї спрощеної формули містить: датчикивимірювання відповідно температури, витрати і тиску рідкого аміаку.

Схема корекції по витраті повітря містить аналогічні елементи: датчикивимірювання відповідно температури, витрати і тиску повітря.

При використовуванні схем корекції по витратах аміаку і повітря погрішність корекції по витраті аміаку не перевищує 0,54%, а по витраті повітря — 1,7%.

Температуру сіток контактного апарату стабілізують за допомогою регулятора температури. Крім того, системою автоматичного регулювання процесу передбачено автоматичне регулювання температури газоподібного аміаку за допомогою регуляторатемператури, а також регулювання рівня рідкого аміаку в ресивері за допомогою регулятора рівня.

Регламентні номінальні значення технологічних параметрів доцільно звести до таблиці (табл.1).

Табл.1 Норми технологічного режиму

№ п/п	Назва технологічного параметру	Номінальне значення параметра	Граничне відхилення
	Температура нітрозних газів після підігрівача П	500 °С	±14 ºС
Температура повітря на вході фільтра Ф-1	20 °С	±0,5 ºС
Температура повітря, що направляється в апарат окиснення аміаку АОА	20 ºС
Температура нітроз них газів на каталізаторних сітках апарату окиснення аміаку АОА	800 ºС	±20ºС
	Тиск повітря на вході фільтра Ф-1	0,101МПа	±0,005МПа
Тиск нітрозних газів після підігрівача П	0,716МПа	±0,02МПа
Тиск повітря, що напрямляється в апарат окиснення аміаку АОА	0,412МПа
	Витрати рідкого аміаку	300м^3/год	±8м^3/год
Витрати повітря	1000м^3/год	±30м^3/год
	Рівень рідкого аміаку в ресивері Р	0,6 м	±0,02м

2.2 Вибір і обґрунтування методів автоматичного контролю технологічних параметрів

Метою вибору технічних засобів є визначення найбільш ефективного методу вимірювання для кожного технологічного параметру. Обраний метод вимірювання повинен задовольняти характеру середовища, бути найбільш точним і входити до системи ДСП.

Вибір того чи іншого методу вимірювання обумовлено наступними факторами:

- діапазоном вимірювання технологічного параметру;

- чутливістю методу вимірювання;

- лінійністю градуіровочної характеристики;

- похибкою вимірювання.

В хімічній технології контролю підлягають наступні основні параметри:

Температура, витрата матеріальних потоків, тиск, рівень рідини і концентрації, різних речовин. Діапазон вимірюваних температур коливається в широких межах, що обумовлює використання різноманітних методів вимірювання для однієї і тієї ж фізичної величини.

Методи вимірювання температури поділяються на наступні:

манометричний, оснований на використанні однозначної залежності між температурою і тиском термодинамічної речовини, що знаходиться в герметично замкнутій манометричній термосистемі. Манометричні термометри застосовуються для виміру, запису і регулювання температури газів, пари та рідини у діапазоні -150…1000 ºС. термометри випускаються з класами точності 1; 1,5; 2,5 при заповненні термосистеми газами і рідинами;

терморезисторний метод заснований на температурній залежності електричного опору. Платинові термометри застосовуються для виміру температур від -260 до 1100 ºС. мідні термометри використовуються для виміру температури від -50 до 200 ºС;

термоелектричний метод заснований на ефекті виникнення в провідних се­редовищах електрорушійних сил і електричних струмів під впливом тепло­вих потоків (ефект Зеєбека). Термоелектричні термометри дозволяють ви­мірювати температуру в діапазоні 2...3000 К. Термопара мідь-константан (МК) застосовується для виміру температури в діапазоні -200...100°С (МК-М) і -270...400°С (МК-Т); хромель-копель (ХК) -200...800°С (ХК-L) і -270...1000°С (ХК-І); хромель-алюмель (ХА) від -270 до 1300°С (ХА-К); платинородій-платина від 0 до 1700°С (ПП-S), від -50 до 176 0°С (ПП- R), від 0до 1800°С(ПР-В);

пірометричний метод заснований на зв'язку між щільністю випромінюван­ня, довжиною хвилі випромінювання і температурою випромінювача (закон Планка.). Він розділяється на радіаційну пірометрію (закон Стефана-Больцмана), яскравісну пірометрію (закон Вина) і колірну пірометрію. Ме­тод використовується для виміру порівняно високих температур у діапазоні 800...10000°С.

В процесі підігріву газоподібного аміаку можливе відхилення його температури в межах 500 ±14 ºС. Допустиме відхилення складає:

δ =(ΔT/T)∙100% =(14/500) ∙100%=2,8 %

Температура повітря до і після очищення коливається в межах 20±0,5 ºС. Допустиме відхилення складає:

δ =(ΔT/T)∙100% =(0,5/20) ∙100%=2,5 %

Пристрій для вимірювання цієї температури повинен володіти похибкою в 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення температури δ, тобто δ_П < 1%.

Температура газоподібного аміаку під час окиснення на каналізаційних сітках коливається в межах 800 ±20 ºС. Допустиме відхилення складає:

δ =(ΔT/T)∙100% =(20/800) ∙100%=2,5 %

Пристрій для вимірювання цієї температури повинен володіти похибкою в 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення температури δ, тобто δ_П < 1%.Такої точності вимірювання можливо досягти шляхом застосування терморезисторного методу забезпечую чого похибку 0,5%.

Для вимірювання температури в такому діапазоні необхідно використати датчик температур з уніфікованим виходом 4-20 мА типу ТХАУ. Використання уніфікованого сигналу дає можливість побудови АСУТП без застосування додаткових нормуючих перетворювачів.

До основних методів виміру витрати рідин, газу і пари відносяться на­ступні:

метод перемінного перепаду тиску, заснований на використанні енергетич­них закономірностей, що визначають залежність кінетичної енергії потоку, а отже, його швидкості від фізичного стану середовища (закон Бернуллі). Вимі­рювальними перетворювачами служать: діафрагми, сопла і трубки Вен турі;

метод постійного перепаду тиску заснований на вимірі вертикального переміщення чуттєвого елемента (поплавця), що залежить від витрати середо­вища і приводить до зміни площі прохідного отвору витратоміра таким чином, що різниця тисків на чуттєвий елемент залишається постійною;

електромагнітний метод застосовується для автоматичного виміру ви­трати невибухонебезпечних рідких середовищ з питомою електричною прові­дністю від 10^-3 до 10 См/м і температурою від -40 до 180°С.

При вимірюванні витрати повітря допустиме відхилення складатиме:

δ =(ΔF/F)∙100% =(30/1000) ∙100%=3 %

Пристрій для вимірювання витрати повинен володіти похибкою у 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення δ, тобто δ_П=1%.

При вимірюванні витрати газоподібного аміаку допустиме відхилення складає:

δ =(ΔF/F)∙100% =(8/300) ∙100%=2,7 %

Пристрій для вимірювання витрати повинен володіти похибкою у 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення δ, тобто δ_П=1%. Цій умові задовольняє багато параметричний масовий витратомір Multivariable™ моделі 3095 MV™.

Методи виміру тиску розділяється на рідинні, вантажопоршневі, дефор­маційні, резисторний і іонізаційний. Рідинний метод використовується для виміру малих надлишкових тисків і розріджень, як правило від -0,101 до +0,1 МПа. Вантажопоршневпй метод застосовується, в основному, у лаборато­рній практиці. У рідинних перетворювачах вимір юваний тиск врівноважується масою стовпа рідини. По цьому принципі працюють U-образні скляні і чашко­ві манометри, мікроманометри, кільцеві і поплавкові манометри і дифманоме­три. У деформаційних перетворювачах вимірюваний тиск врівноважується си­лами пружної деформації чуттєвого елемента мембрани, чи сильфоної пружи­ни.

Допустиме відхилення тиску повітря до і після очищення складає:

δ =(ΔP/P)∙100% =(0,005/0,101) ∙100%=4,9 %

Допустиме відхилення тиску повітря після стиснення у повітряному компресорі складає:

δ =(ΔP/P)∙100% =(0,02/0,412) ∙100%=4,8 %

Пристрій для вимірювання цього тиску повинен володіти похибкою в 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення δ, тобто δ_П < 0,5%.

Допустиме відхилення тиску газоподібного аміаку складає:

δ =(ΔP/P)∙100% =(0,02/0,716) ∙100%=2,8 %

Пристрій для вимірювання цього тиску повинен володіти похибкою в 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення δ, тобто δ_П < 0,5%.

Цю умову задовольняє перетворювач тиску САПФІР-22 моделі 2450 (різниці тиску). Принцип дії перетворювачів оснований на дії тиску (різниці тиску), що виміряється, на мембрани вимірювального блоку, що викликає деформацію пружного чутливого елемента і зміну опору тензорезисторів тензоперетворювача. Ця зміна перетвориться в електричний сигнал, який передається від тензоперетворювача з вимірювального блоку в електронний перетворювач, і далі у вигляді стандартного струмового уніфікованого сигналу [(0-5), (0-20), (4-20), (5-0), (20-0) або (20-4)] мА.

Методи виміру рівня підрозділяються на наступні: механічні (поплавко­ві, буйкові, засновані на законі Архімеда), гідростатични й (заснований на за­лежності між рівнем і гідростатичним тиском), п'єзометричні (визначають рі­вень по зміні тиску стиснутого повітря, що продувається через шар рідини), ультразвукові (засновані на відображенні ультразвукових коливань від грани­ці роздягнула двох середовищ), електричні (по зміні електричної провідності).

При вимірюванні рівня в ресивері допустиме відхилення складає:

δ =(ΔL/L)∙100% =(0,02/0,6) ∙100%=3,3 %

Потребуєму точність вимірювання підтримує радарний рівнемір ВМ 700.

Дата добавления: 2015-08-31