Автоматизация процесса получения сульфата аммония бессатураторным методом | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №4 (108) февраль-2 2016 г.

Дата публикации: 17.02.2016

Статья просмотрена: 596 раз

Библиографическое описание:

Еримбет Н., Арыстанбаев К. Е. Автоматизация процесса получения сульфата аммония бессатураторным методом // Молодой ученый. — 2016. — №4. — С. 33-37. — URL https://moluch.ru/archive/108/26124/ (дата обращения: 22.09.2018).

 

Производство сульфата аммония возникло вначале на газовых, затем на коксогазовых заводах из аммиака, улавливаемого из светильного и коксового газов. Производство сульфата аммония из газов коксовых печей особенно расширилось в связи с мощным развитием металлургической промышленности, требующей больших количеств кокса. После первой мировой войны для получения сульфата аммония стали в больших количествах применять синтетический аммиак.

Физико-химические основы получения сульфата аммония

Сульфат аммония получается по реакции

2NH3(газ)+H2SO4=(NH4)2SO4 + 66,9 ккал

путем нейтрализации газообразного аммиака серной кислотой. При мокром способе производства кристаллический продукт выпадает из пересыщенных растворов; при сухом — осуществляется нейтрализация мелких брызг серной кислоты в газообразном аммиаке.

В технике известны три метода (или способа) получений сульфата аммония: косвенный, прямой и полупрямой. Наиболее старым является косвенный, или непрямой способ. Он применялся на газовых и старых коксохимических заводах. В настоящее время на коксохимических заводах этот способ не применяется [1].

Прямой способ получения сульфата аммония, наиболее простой и дешевый э эксплуатации, не получил распространения из-за затруднений в выделении смолы из горячего газа до поступления его в сатуратор. С внедрением электрофильтров, дающих возможность почти полностью выделить смолу из горячего газа до сатуратора, вновь может быть поставлен вопрос о целесообразности применения этого способа.

Наибольшее распространение получил полупрямой способ получения сульфата аммония. Газ из коксовых печей охлаждается в первичных газовых холодильниках, где часть аммиака выделяется в виде надсмольной воды. После этого коксовый газ с остатком аммиака и освобожденный от смолы поступает к газодувкам, которые его нагнетают в сатуратор, где аммиак связывается серной кислотой в сульфат аммония.

Крупный недостаток общепринятого в настоящее время полупрямого сатураторного метода производства сульфата аммония состоит в том, что применение его связано с большим расходом энергии для проталкивания газа через сатуратор и ловушку, общее сопротивление которых составляет до 700 мм вод. ст. При бессатураторном методе получения сульфата аммония этот недостаток устраняется, так как сопротивление сернокислотного скруббера составляет 75 — 80 мм вод. ст. Коксовый газ подается в скруббер, выложенный кислотоупорной (керамической) насадкой, которая орошается раствором сульфата аммония, содержащим 5-6 % свободной серной кислоты. При этом происходит полное улавливание аммиака из газа и переход его в раствор в виде кислой и средней солей. Раствор после скруббера подвергается частичному упариванию под вакуумом и охлаждению, благодаря чему он переходит в пересыщенное состояние. Пересыщенный раствор поступает в кристаллизатор, где переходит с насыщенное состояние, что сопровождается выпадением кристаллов [1].

По бессатураторному методу поглощение аммиака проводят в скрубберах. Последние применяют как с насадкой (керамические кольца или деревянная хордовая насадка), так и без насадки (с брызгалами). Орошение скрубберов производится раствором сульфата аммония, содержащим 5-6 % свободной серной кислоты. Температуру поддерживают в пределах 47-55°С.

Из скрубберов насыщенный раствор сульфата аммония поступает на кристаллизацию. Иногда раствор вначале упаривают, затем охлаждают и из полученного пересыщенного раствора производят кристаллизацию. В других случаях кристаллизацию проводят под вакуумом с одновременным концентрированием раствора [2].

Разработанная функциональная схема, представленная на рисунке 1, условно отображает технологическое оборудование, коммуникации, датчики, первичные преобразователи, вторичные приборы, исполнительные механизмы, универсальный вычислительный комплекс, а так же таблица условных обозначений и пояснения к схеме.

В качестве объекта управления процессом абсорбции примем абосрбционную установку с брызгалами (скруббер), рисунок 2. Показателем эффективности процесса является концентрация Y извлекаемого компонента в обедненной смеси, а целью управления — достижение определенного (минимально возможного для данных производственных условий) значения этой концентрации.

Рис. 1. Функциональная схема автоматизации производства сульфата аммония

 

Рис. 2. Автоматизация абсорбера с брызгалами

 

Концентрация компонента Yk определяется разностью количеств извлекаемого компонента, поступающего с газовой смесью и поглощаемого из нее абсорбентом. Количество компонента, поступающего в колонну, рассчитывается по уравнению М=GcYн‚ т. е. однозначно определяется расходом газовой смеси Gcи начальной концентрацией в ней извлекаемого компонента Yн.

Количество же компонента, который переходит из газовой фазы в жидкую‚ определяется следующим образом:

M = K F ∆(1)

где К -коэффициент массопередачи; F -поверхность контакта; ∆-средняя движущая сила процесса.

Если учесть, что для конкретной колонны коэффициент K и поверхность F — величины малоизменяющиеся‚ то количество М в основном будет зависеть от движущихся сил на входе в аппарат и на выходе из аппарата, то есть от положения рабочей и равновесной линий процесса. Положение равновесной линии определяется температурой и давлением процесса, а положение рабочей линии — начальной и конечной концентрациями компонента в обеих фазах. Если цель управления достигнута, концентрация Yk будет постоянной; в жидкой фазе (Хк) она определяется удельным расходом жидкости Ga/Gc (где Ga — расход абсорбента).

Таким образом, концентрация Yk зависит от расхода газовой смеси, концентраций Хн Yн, отношения расходов Ga/Gc, температуры и давления в аппарате.

Изменения расхода газовой смеси могут быть сильными возмущениями, поэтому расход газа следует стабилизировать. Изменять же его с целью регулирования ‚показателя эффективности нецелесообразно, так как при этом производительность скруббера может оказаться ниже расчетной, и, следовательно, экономичность “процесса снизится.

Концентрации Хн и Yн определяются режимами других технологических процессов; с их изменением B объект регулирования будут вноситься возмущающие воздействия.

Отношение расходов Ga/Gc можно поддерживать постоянным путем стабилизации обоих расходов. Это отношение можно использовать также для регулирования процесса, причем изменять его следует путем изменения расхода Ga.

Teмпература в скруббере зависит от многих параметров: например, температуры, теплопроводности, расхода газа и маточного раствора, интенсивности массообмена и теплообмена, потери тепла связанный с окружающей средой. Поэтому в данной работе предлагается поддерживать температуру реакции за счет температуры газа и маточного раствора, а так же за счет регулирования их расхода (поз 6, 8, 10 на рисунке 2) их расхода.

Итак, стабилизировать все параметры, влияющие на показатель эффективности, практически невозможно. Поэтому в качестве регулируемой величины следует взять концентрацию коксохимического газа, а регулирующие воздействия реализовать изменением отношения расходов маточного раствора и газа.

В нижней части скруббера должно находиться некоторое количество жидкости, обеспечивающее гидравлический затвор, что исключает поступление газовой смеси из абсорбера в линию насыщенного абсорбента и позволяет регулировать давление в скруббере. Постоянное количество этой жидкости поддерживается регулированием уровня в абсорбере путем изменения расхода насыщенного абсорбента.

В качестве параметров, которые необходимо контролировать, следует выбрать расход и температуру исходного и насыщенного абсорбентов, исходной и обедненной газовой смеси, хладоносителей, а также концентрацию извлекаемого компонента в обедненной смеси, уровень в нижней части колонны, температуру по высоте колонны, давление и перепад давления в ней. Сигнализации подлежат отклонения давления в колонне от предельных значений [13, 16-18]. Схемой автоматизации должно быть предусмотрено устройство защиты, исключающее значительное повышение давления в колонне. Это устройство при определенном значении давления обеспечивает прекращение питания регуляторов воздухом.

Регулирование разрежения в вакуум-выпарных аппаратах. Разрежение при вакуум-выпарке создается с помощью барометрических конденсаторов и вакуум-насосов, служащих для отсоса смеси несконденсировавшихся газов с воздухом. Регулирование разрежения может осуществляться изменением расхода пульпы, расхода паров растворителя, расхода отходящих газов к вакуум эжектору, давления подаваемой пульпы.

Так как процесс кристаллизации регулируется расходом пульпы в выпарной аппарат, то все эти методы были реализованы в данной работе и показаны на рисунке 3. Размер кристаллов сульфата аммония здесь изменяется в зависимости от давления подаваемой пульпы в нижнюю часть выпарного аппарата и расхода паров растворителя.

Управление выпарными аппаратами периодическою действия. Операция выпарки здесь осуществляется при стабилизации уровня изменением расхода свежего раствора до момента достижения температурной депрессией заданного значения. При срабатывании реле температурной депрессии устройство управления дает сигнал на открытие магистрали упаренного раствора и закрытие магистралей свежего раствора и теплоносителя путем прекращения питания регуляторам уровня и давления (давление в аппаратах периодического действия регулируется изменением расхода теплоносителя). Начинается операция выгрузки.

Рис. 3. Автоматизация выпарной установки

 

При полном опорожнении аппарата по сигналу от реле уровня вновь начинается операция загрузки и выпарки. Можно осуществлять и полупериодический режим работы‚ когда выпарной аппарат опорожняется лишь частично. Для этой цели регулятор уровня должен быть дополнен логическим устройством‚ которое при достижении уровнем какого-то промежуточного значения срабатывает и дает сигнал на открытие клапана свежего раствора. Добавляемый в аппарат свежий раствор снижает концентрацию раствора, срабатывает реле температурной депрессии‚ и выгрузка продукта прекращается.

 

Литература:

 

  1.                Ерімбет Н.Б., Тасанбаев С.Е., Арыстанбаев К.Е.Автоматизация процесса получения сульфата аммония с использованием логических операций программы unisim//Научные труды ЮКГУ им.М.Ауезова. Шымкент, № 4, 2015, с. 7-11.
  2.                Позин, М. Е. Технология минеральных солей. ч. II ,изд. 4-е, испр. -Л.:Химия, 1974. -1557с.
Основные термины (генерируются автоматически): свежий раствор, изменение расхода, давление, газ, насыщенный абсорбент, извлекаемый компонент, производство сульфата аммония, температурная депрессия, серная кислота, маточный раствор, выпарной аппарат, концентрация.


Похожие статьи

Определение активности компонентов в биметаллическом...

где, – давление насыщенного пара компонента B над раствором; – мольная доля Bкомпонента; – константа Генри. Обычно, в металлургической практике для количественной характеристики шлаков или металлических расплавов пользуются массовой концентрацией.

Образование термостойких солей в аминовых растворах очистки...

Очистка газов аминами растворами от кислых компонентов (СО2 и H2S) является типичным процессом хемосорбции, широко

Удаление и контроль за ТСС обеспечит необходимую их концентрацию для эффективной работы производства, а также понизит уровень коррозии.

Проектирование системы автоматизации процесса сорбции...

...количества в растворе ионов — депрессоров сорбции, таких как, сульфат-, нитрат- и хлорид- ионы, ионов трехвалентного железа и серной кислоты. В области низкой концентрации урана (1–2,5 мг/дм3)

Изменение уставки расхода ПР на участок сорбции в целом

Исследование процесса конверсии хлорида калия с нитратом...

Использование этого способа затрудняется необходимостью после выделения KNO3 выпаривания раствора хлористого аммония, интенсивно разрушающего выпарные аппараты.

8. Выделение из маточного раствора выпавших кристаллов NH4CI.

Исследование этаноламинов при очистке сернистых газов...

 процесс очистки газа с применением водных растворов смеси МДЭА и ДЭА;  процесс одновременной очистки газа от кислых компонентов и сероорганических соединений абсорбентом физико-химического действия. Повышение концентрации амина позволяет...

Лабораторные исследования процесса обжига медного...

Выше 700 0С начинается диссоциация сульфатов, что приводит к повышению перехода серы в газ, поэтому этот интервал является

Изучение проводили при перемешивании магнитной мешалкой в термостатированной ячейке раствором серной кислоты с концентрацией 120 г/л.

Комплексная оценка массообменных и энергетических...

...рабочей и равновесной концентраций распределяемого компонента); y — концентрация компонента.

, (4). где - перепад давления, Па; - объемный расход газа в колонне, м3/с; G — массовый

Ануфьева В. И.), т. е. исключается влияние величины температурного напора

Образование продуктов деструкции в аминовых растворах...

В настоящее время значительное количество добываемого газа (природного и попутного нефтяного) содержит кислые компоненты — сероводород и диоксид углерода. Содержание этих веществ в газах разных месторождений изменяется в широких пределах от долей до десятков...

Проблемы, возникающие в процессе выпаривания экстракционной...

Упаривание раствора слабой фосфорной кислоты (от 25–32 % Р2О5 до 54–56 % Р2О5)

Использование дешевого отбросного пара сернокислотного производства для проведения

Применение принципиально новых материалов для изготовления выпарных аппаратов.

Определение активности компонентов в биметаллическом...

где, – давление насыщенного пара компонента B над раствором; – мольная доля Bкомпонента; – константа Генри. Обычно, в металлургической практике для количественной характеристики шлаков или металлических расплавов пользуются массовой концентрацией.

Образование термостойких солей в аминовых растворах очистки...

Очистка газов аминами растворами от кислых компонентов (СО2 и H2S) является типичным процессом хемосорбции, широко

Удаление и контроль за ТСС обеспечит необходимую их концентрацию для эффективной работы производства, а также понизит уровень коррозии.

Проектирование системы автоматизации процесса сорбции...

...количества в растворе ионов — депрессоров сорбции, таких как, сульфат-, нитрат- и хлорид- ионы, ионов трехвалентного железа и серной кислоты. В области низкой концентрации урана (1–2,5 мг/дм3)

Изменение уставки расхода ПР на участок сорбции в целом

Исследование процесса конверсии хлорида калия с нитратом...

Использование этого способа затрудняется необходимостью после выделения KNO3 выпаривания раствора хлористого аммония, интенсивно разрушающего выпарные аппараты.

8. Выделение из маточного раствора выпавших кристаллов NH4CI.

Исследование этаноламинов при очистке сернистых газов...

 процесс очистки газа с применением водных растворов смеси МДЭА и ДЭА;  процесс одновременной очистки газа от кислых компонентов и сероорганических соединений абсорбентом физико-химического действия. Повышение концентрации амина позволяет...

Получение сульфата натрия конверсией хлорида натрия...

Для выдачи практических рекомендаций по получению сульфата натрия и хлорида аммония изучен процесс конверсии хлорида натрия сульфатом аммония в растворе, содержащем 16,75 % Na2SO4, 1,49 % NaCl, 21,48 % NH4Cl и

Производство сульфата натрия. — Ташкент, 2014.

Лабораторные исследования процесса обжига медного...

Выше 700 0С начинается диссоциация сульфатов, что приводит к повышению перехода серы в газ, поэтому этот интервал является

Изучение проводили при перемешивании магнитной мешалкой в термостатированной ячейке раствором серной кислоты с концентрацией 120 г/л.

Образование продуктов деструкции в аминовых растворах...

В настоящее время значительное количество добываемого газа (природного и попутного нефтяного) содержит кислые компоненты — сероводород и диоксид углерода. Содержание этих веществ в газах разных месторождений изменяется в широких пределах от долей до десятков...

Комплексная оценка массообменных и энергетических...

...рабочей и равновесной концентраций распределяемого компонента); y — концентрация компонента.

, (4). где - перепад давления, Па; - объемный расход газа в колонне, м3/с; G — массовый

Ануфьева В. И.), т. е. исключается влияние величины температурного напора

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Определение активности компонентов в биметаллическом...

где, – давление насыщенного пара компонента B над раствором; – мольная доля Bкомпонента; – константа Генри. Обычно, в металлургической практике для количественной характеристики шлаков или металлических расплавов пользуются массовой концентрацией.

Образование термостойких солей в аминовых растворах очистки...

Очистка газов аминами растворами от кислых компонентов (СО2 и H2S) является типичным процессом хемосорбции, широко

Удаление и контроль за ТСС обеспечит необходимую их концентрацию для эффективной работы производства, а также понизит уровень коррозии.

Проектирование системы автоматизации процесса сорбции...

...количества в растворе ионов — депрессоров сорбции, таких как, сульфат-, нитрат- и хлорид- ионы, ионов трехвалентного железа и серной кислоты. В области низкой концентрации урана (1–2,5 мг/дм3)

Изменение уставки расхода ПР на участок сорбции в целом

Исследование процесса конверсии хлорида калия с нитратом...

Использование этого способа затрудняется необходимостью после выделения KNO3 выпаривания раствора хлористого аммония, интенсивно разрушающего выпарные аппараты.

8. Выделение из маточного раствора выпавших кристаллов NH4CI.

Исследование этаноламинов при очистке сернистых газов...

 процесс очистки газа с применением водных растворов смеси МДЭА и ДЭА;  процесс одновременной очистки газа от кислых компонентов и сероорганических соединений абсорбентом физико-химического действия. Повышение концентрации амина позволяет...

Лабораторные исследования процесса обжига медного...

Выше 700 0С начинается диссоциация сульфатов, что приводит к повышению перехода серы в газ, поэтому этот интервал является

Изучение проводили при перемешивании магнитной мешалкой в термостатированной ячейке раствором серной кислоты с концентрацией 120 г/л.

Комплексная оценка массообменных и энергетических...

...рабочей и равновесной концентраций распределяемого компонента); y — концентрация компонента.

, (4). где - перепад давления, Па; - объемный расход газа в колонне, м3/с; G — массовый

Ануфьева В. И.), т. е. исключается влияние величины температурного напора

Образование продуктов деструкции в аминовых растворах...

В настоящее время значительное количество добываемого газа (природного и попутного нефтяного) содержит кислые компоненты — сероводород и диоксид углерода. Содержание этих веществ в газах разных месторождений изменяется в широких пределах от долей до десятков...

Проблемы, возникающие в процессе выпаривания экстракционной...

Упаривание раствора слабой фосфорной кислоты (от 25–32 % Р2О5 до 54–56 % Р2О5)

Использование дешевого отбросного пара сернокислотного производства для проведения

Применение принципиально новых материалов для изготовления выпарных аппаратов.

Определение активности компонентов в биметаллическом...

где, – давление насыщенного пара компонента B над раствором; – мольная доля Bкомпонента; – константа Генри. Обычно, в металлургической практике для количественной характеристики шлаков или металлических расплавов пользуются массовой концентрацией.

Образование термостойких солей в аминовых растворах очистки...

Очистка газов аминами растворами от кислых компонентов (СО2 и H2S) является типичным процессом хемосорбции, широко

Удаление и контроль за ТСС обеспечит необходимую их концентрацию для эффективной работы производства, а также понизит уровень коррозии.

Проектирование системы автоматизации процесса сорбции...

...количества в растворе ионов — депрессоров сорбции, таких как, сульфат-, нитрат- и хлорид- ионы, ионов трехвалентного железа и серной кислоты. В области низкой концентрации урана (1–2,5 мг/дм3)

Изменение уставки расхода ПР на участок сорбции в целом

Исследование процесса конверсии хлорида калия с нитратом...

Использование этого способа затрудняется необходимостью после выделения KNO3 выпаривания раствора хлористого аммония, интенсивно разрушающего выпарные аппараты.

8. Выделение из маточного раствора выпавших кристаллов NH4CI.

Исследование этаноламинов при очистке сернистых газов...

 процесс очистки газа с применением водных растворов смеси МДЭА и ДЭА;  процесс одновременной очистки газа от кислых компонентов и сероорганических соединений абсорбентом физико-химического действия. Повышение концентрации амина позволяет...

Получение сульфата натрия конверсией хлорида натрия...

Для выдачи практических рекомендаций по получению сульфата натрия и хлорида аммония изучен процесс конверсии хлорида натрия сульфатом аммония в растворе, содержащем 16,75 % Na2SO4, 1,49 % NaCl, 21,48 % NH4Cl и

Производство сульфата натрия. — Ташкент, 2014.

Лабораторные исследования процесса обжига медного...

Выше 700 0С начинается диссоциация сульфатов, что приводит к повышению перехода серы в газ, поэтому этот интервал является

Изучение проводили при перемешивании магнитной мешалкой в термостатированной ячейке раствором серной кислоты с концентрацией 120 г/л.

Образование продуктов деструкции в аминовых растворах...

В настоящее время значительное количество добываемого газа (природного и попутного нефтяного) содержит кислые компоненты — сероводород и диоксид углерода. Содержание этих веществ в газах разных месторождений изменяется в широких пределах от долей до десятков...

Комплексная оценка массообменных и энергетических...

...рабочей и равновесной концентраций распределяемого компонента); y — концентрация компонента.

, (4). где - перепад давления, Па; - объемный расход газа в колонне, м3/с; G — массовый

Ануфьева В. И.), т. е. исключается влияние величины температурного напора

Задать вопрос