Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Виробництво екстракційної фосфорної кислоти

Зміст

Вступ.
Аналіз об’єкта керування.

2.1 Опис технологічного процесу як об’єкту керування

2.1.1 Цільове призначення процесу, взаємозв’язок його з іншими процесами виробництва

2.1.2 Опис технологічного процесу

2.1.3 Фізіко - Хімічні основи процесу

2.1.4 Опис технологічної схеми

2.1.5 Вимоги до технологічного режиму

2.1.6 Аналіз технологічних величин

Вимоги.

3.1.1 Вимоги до АСКТП

3.1.2 Вимоги до структури

3.1.3 ВИМОГИ ДО ФУНКЦІЙ АСКТП

3.1.4 ВИМОГИ ЩОДО ЕКСПЛУАТАЦІЇ АСКТП

3.1.5 ВИМОГИ ПО СТАНДАРТИЗАЦІЇ ТА УНІФІКАЦІЇ

3.1.6 ВИМОГИ ЩОДО НАДІЙНОСТІ АСКТП

3.1.7 Задачі контролю та керування процесом

Функціональна частина проекту.

4.1.1 Призначення, цілі та автоматизовані функції до АСКТП

4.1.2 РОЗРОБКА І ОПИС ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СТРУКТУРИ.

Технічне забезпечення.

5.1.1 Вибір комплексу технічних засобів.

5.1.2 Вибір мікропроцесорних засобів автоматизації

5.1.3 Рівень операторського керування

5.1.4 Структура функціонування системи

6. Охорона праці

6.1.1 Характеристика негативних факторів проектованого об'єкта

6.1.2 Оцінка пожежовибухонебезпеки проектованого об’єкта

7. Економічна частина

7.1.1 Розрахунок капітальних витрат на автоматизацію

7.1.2 Розрахунок експлуатаційних витрат на автоматизацію

7.1.3 Розрахунок економії на поточних витратах

Висновок.

Вступ

Фосфорна, або ортофосфорна, кислота використовується в промисловості головним чином для виробництва фосфорних простих та комплексних добрив та солей.

Виробництво мінеральних добрив є надзвичайно важливою задачею. Тому що подальше інтенсивне використання плодоносних земель не можливе без внесення мінеральних добрив. Сама земля не може відновитися після зростання на ній виснажуючих рослин. І тільки хімічна промисловість може забезпечити ґрунт необхідною кількістю мінеральних речовин.

Основними добривами, які вносяться під посів є добрива типу NFK , основними складниками яких є , відповідно, азот, фосфор та калій. Ці елементи у комплексі значно підвищують врожайність, якість продукції, стійкість до хвороб та прискорюють визрівання рослин.

Виробництво фосфорної кислоти в виробничих масштабах здійснюється електротермічним та екстракційним методами. Фосфорна кислота, яка виробляється електротермічним методом має високу концентрацію (70-75%) та не містить примісив. В основному вона використовується для виробництва фосфорнокислих солей натрію, амонію, кальцію і кормових фосфатів.

Екстракційним методом одержують слабу фосфорну кислоту з концентрацією 30-32% і до 45%, яка використовується для виробництва фосфорних добрив. Вона має різні приміси, тому потребує подальшу фільтрацію.

Основною сировиною для виробництва фосфорної кислоти за обома методами є природні фосфати ( апатити та фосфорити). Для екстракційного

метода потрібна сировина більш високої якості ніж для електротермічного, для останнього може бути використана сировина любої якості і без попереднього збагачення.

Розвиток автоматизації виробництва фосфорної кислоти зв’язаний зі зростаючою інтенсифікацією технологічних процесів та ростом виробництв, використанням агрегатів великої потуги, ускладненням технологічних схем, бажанням отримати більш якісний продукт. Особливе значення придається питанням автоматизації виробництва фосфорної кислоти в зв’язку з вибухопожежобезпекою та токсичністю, з необхідністю виключення шкідливих викидів у навколишнє середовище.

2. Аналіз об’єкту керування. 2.1 Опис технологічного процесу як об’єкту керування

2.1.1 Цільове призначення процесу, взаємозв’язок його з іншими процесами виробництва.

Об'єктом керування є відділення екстракції виробництва фосфорної екстракційної кислоти (ЕФК) та вузли подачі кислоти і фосфоритів. Цей відділ є важливою складовою частиною виробництва комплексних мінеральних добрив типу NFK на “Дніпровському заводі мінеральних добрив”(ДЗМД).м Дніпродзержинськ.

2.1.2 Опис технологічного процесу

Виробництво екстракційної фосфорної кислоти засновано на розкладанні фосфатної сировини сірчаною кислотою в присутності фосфорної кислоти.

В якості сировини використовують закордонні фосфорити.

Основними мінералоутворюючими з'єднаннями фосфоритів є фторапатит, нефелин, з'єднання заліза, алюмінію, магнію.

Високий зміст корисного компонента (Р₂O₅) і низький зміст домішок дозволяють переробляти фосфорити кислотними методами у фосфорну кислоту.

Виробництво екстракційної фосфорної кислоти методом сірчанокислотної екстракції зводиться до розкладання фосфоритомісткої сировини сірчаною кислотою з наступною фільтрацією отриманої екстракційної пульпи для відділення фосфорної кислоти від сульфату кальцію, що випав в осад. Частина (оборотна) отриманого основного фільтрату і весь фільтрат, отриманий при промиванні осаду на фільтрі, повертають у процес екстракції для забезпечення достатньої рухливості пульпи при її перемішуванні і транспортуванні.

2.1.3 Фізіко - Хімічні основи процесу

Розкладання фосфоритів виробляється сумішшю водних розчинів сірчаною і фосфорної кислот по сумарному рівнянню:

Ca₅ (PO4)₃F + 5H₂SO₄ + n₃PO₄ + m₂O ®

(n + 3) H₃PO₄ + 5CaSO₄ · m₂O + HF

Домішки, що містяться у фосфатах, взаємодіють з кислотами по рівняннях:

СaО + H₂SO₄ + H₂O = CaSO₄ + 2H₂O

MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O

Al₂O₃ + 2H₃PO₄ = 2Al PO₄ +3H₂O

Fe₂O3 + 2H₃PO₄ = 2FePO₄ +3H₂O

Фтористий водень, що виділяється при розкладанні апатитового концентрату, реагує з двоокисом кремнію, що міститься в ньому, по реакції:

4HF + Si₂ = Si4 + 2H₂O

а частково виділяється в газову фазу, відсмоктується з екстракторів і направляється в систему газоочистки.

Чотирьохфтористий кремній частково розчиняється в рідкій фазі пульпи з утворенням кремнефтористоводородної кислоти:

3Si₄+ 2H₂O= 2H₂Si₆+ Si₂,

Тверда фаза, що утвориться в процесі екстракції, складається з кристалів сульфату кальцію і невеликої кількості фосфориту, що не розклався. Сульфат кальцію, у залежності від температурного режиму, концентрації Р₂О₅ у рідкій фазі, тривалості ведення процесу і насичення в пульпі іонів Са²⁺ і SO₄^2- може утворювати кристали у виді CaSO₄ х2H₂O - дигідрата, CaSO₄ х 0,5H₂O - напівгідрати і CaSO₄ - ангідриди.

Ці форми кристалів є метастабільними і при зміні режиму проведення процесу можуть переходити з однієї форми в іншу. Дійсний процес проводиться в дигідратному режимі і дає можливість одержати фосфорну кислоту з концентрацією до 24 - 26 % Р₂О₅.

Для одержання великих, добре фільтрівних кристалів дигідрата сульфату кальцію (фосфогіпсу) слід строго дотримуватися заданих умов по температурі, часу контакту реагентів, концентрації Р₂О₅ і SO₄ у реакційній пульпі, вести процес при інтенсивному перемішуванні і заданому співвідношенні Ж/Т.

Тому що реакція розкладання фосфоритів сірчаною кислотою екзотермічна, то для підтримки заданої температури надлишок тепла виділяється за рахунок випару вологи з пульпи під вакуумом за допомогою багаторазової її циркуляції. Останнє також значною мірою сприяє росту кристалів фосфогіпсу. Процес виробництва єкстракційної фосфорної кислоти складається з наступних стадій:

прийом і видача фосфориту;
прийом і видача сірчаної кислоти;
розкладання фосфориту сірчаною кислотою (екстракція);
фільтрація єкстракційної пульпи і промивання фосфогіпсу конденсатом сокової пари;
нейтралізація і транспортування фосфогіпсу.

2.1.4 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ

Прийом і видача фосфориту

Фосфорит зі змістом Р₂О₅ не менш 29% у вагонах - мінераловозах або цементовозах надходить на склад сировини , призначений для прийому, збереження і видачі його у виробництво єкстракційної фосфорної кислоти. Фосфорит з вагонів вивантажується в басейни, з яких за допомогою грейферного крана перевантажується на площадку збереження, відкіля потім завантажується у витратний бункер фосфориту поз. 12/4. Бункер обладнаний датчиком нижнього рівня, а також вібратором для виключення зависання матеріалу в бункері. На випуску бункера (4) установлений стрічковий ваговий дозатор виробництва фірми «Шенк» (Німеччина), що подає фосфорит на транспортер із заданою масовою витратою 580 кг/ч. Транспортер поз. 4.1 подає фосфорит на першу ступінь екстракції в апп поз.19/9.

Прийом, збереження і видача сірчаної кислоти

Сірчана кислота в залізничних цистернах надходить на склад сірчаної кислоти, призначений для прийому, збереження і видачі її споживачеві. До складу входять:

спорудження 810-А – насосна і відкритий склад сірчаної кислоти, що складає з резервуарів поз. 451/6 і 451/7 установлених на відкритій обваловочній площі;
будинок 811 - насосна складу;

Сірчана кислота з резервуарів поз. 451/6 і 451/7 насосом поз 76 подається в магістраль сірчаної кислоти, а відтіля - в екстрактор поз. 19/9.

Резервуари поз. 1 і 2 обладнані ультразвуковими рівнемірами .

Розкладання фосфориту сірчаною кислотою

Розкладання фосфориту виробляється в одній лінії екстракції послідовно за схемою:

екстрактор поз.19/9 → екстрактор поз.19/10 → екстрактор поз.19/11 → екстрактор поз. 19/12.

Фосфорит подається транспортером в екстрактор 19/9 через тічку, обладнану системою аспірації . Сірчана кислота подається за допомогою насоса в екстрактор поз.19/9,витрата регулюється насосом поз.76 за допомогою частотного регулятора поз.7-2. Туди ж одночасно подається оборотна фосфорна кислота з бака-гідрозатвора заглибними насосами . Витрата сірчаної кислоти задається рецептурним співвідношенням до масової витрати фосфориту . За допомогою переточних лотків, що зв'язують екстрактори 19/9 – 19/12, пульпа поступово переміщається від початкового екстрактора 19/9 до кінцевого 19/12, піддаючи інтенсивному перемішуванню за допомогою мішалок поз.56-71. Час проходження реакції і перебування пульпи в екстракторах – від 4 до 8 годин у залежності від інтенсивності подачі сировини.

Для відводу надлишкового тепла екзотермічної реакції екстракційна пульпа, температура якої контролюється датчиком температури в екстракторі 19/9, з екстрактора поз. 19/11 заглибним насосом подається на охолодження у вакуум-випарник поз. 21/3, відкіля самопливом надходить у бак - гідрозатвор і далі в перший відсік поз. екстрактора 19/9. У вакуум-випарнику виробляється контроль розрядження. Підтримка заданої температури єкстракційної пульпи здійснюється за рахунок регулювання витрати при подачі на вакуум-випарник.

Парогазова суміш з домішкою фтористих з'єднань з вакуум-випарника надходить у промивну вежу , зрошувану дамбовою водою, подаваної з насосної станції № 1 через розподільний колектор.

У промивній вежі відбувається уловлювання фтористих газів і конденсація основної кількості пар води.

Процес розкладання фосфориту виробляється сірчаною кислотою в присутності оборотних розчинів при температурі до 80 °С и надлишку іона SO4’’ 5 - 15 г/дм3. Контроль надлишку іонів виробляється кондуктометром ИПП-20, датчик якого встановлений в екстракторі 19/11.

Придушення в екстракторах піни, що утвориться в результаті реакції і перемішування компонентів, здійснюється шляхом подачі рідкого піногасника з поз. 452 в екстрактор поз.19/9 за допомогою об’ємного витратоміра0,9 - 6 л/ч. Також передбачається механічне придушення піни насосами - міксерами поз 72-75.

На останній стадії екстракції виробляється контроль рівня пульпи в екстракторі поз 19/12. Подача єкстракційної пульпи на вузол фільтрації здійснюється заглибним насосом поз 78. При цьому виробляється вимір витрати пульпи, подаваної на ділянку фільтрації за допомогою витратоміра поз8-1. Через високий зміст у екстракційної пульпі пісків і твердих абразивних включень, відбувається часте забивання запірної апаратури на нагнітанні насосів. Тому регулювання її витрати здійснюється шляхом зміни продуктивності насосів поз 78-79 за допомогою частотного регулювання.

Задане співвідношення Ж./Т. екстракційної пульпи, яка подається на вузол фільтрації, забезпечується стабілізацією масових потоків реагентів, що

подаються на вхід ділянки екстракції в строго заданому рецептурному співвідношенні а також за рахунок повернення частини продукційної фосфорної кислоти зі збірників в екстрактор поз19/9.

Характеристика сировини.

Основною сировиною у виробництві ЕФК є 93% сірчана кислота та закордонні фосфорити зі змістом P₂O₅ не менше 29%.Ці речовини не виробляються на ДЗМД та надходять до заводу залізничним транспортом та зберігаються на складах.

Характеристика продукту.

Готовою продукцією відділення екстракції є пульпа екстракційної фосфорної кислоти з концентрацією H₃PO₄ 26% з співвідношенням рідкої фази до твердої (Р:Т) в пульпі 3:1. Пульпа має в своєму складі приміси фосфатів алюмінію та заліза, кристали сульфату кальцію та нерозклавшийся фосфат.

Пульпа ЕФК є сировиною для відділення фільтрації. Для виробництва фосфорної кислоти еквівалентно 1000кг P₂O₅ , росходуєься 2670кг фосфориту (29% P₂O₅) і 2430кг моногідрату сірчаної кислоти. Відход - фосфогіпс в кількості 2400кг на 1000кг фосфорної кислоти (26% по P₂O₅). Вміст P₂O₅ у фосфогіпсові 0,9-1,0%.

2.1.5 Вимоги до технологічного режиму.

Для нормального ведення технологічного процесу фільтрації екстракційної фосфорної кислоти

параметри процесу по винні знаходитись у нижчезазначених межах:

Комплекс автоматизації повинен бути запроектований на серійному устаткуванніхарактеристики якого забезпечують підтримку параметрів у заданих межах з потрібною точністю.

Вимоги до технологічного режиму наведені до таблиці 1:

Табл.1

Найменув. Об’єкту	Найменування Тех.параметру	Номінальне значення	Граничні відхилення
Ємність 451/6	Рівень	0,5 м.	± 0,03м.
Ємність 451/7	Рівень	0,5 м.	± 0,03м.
Ємність 452	Рівень	0,5 м.	± 0,03м.
Витратний бункер 12/4	витрата	580 кг/ч	± 2 кг.
реактор 19/9	температура	80⁰C	±1⁰С
Реактор 19/11	концентрація	10%	±0,1%
Реактор 19/12	рівень	2,5 м.	±0,05м.
Трубопровід 1	витрата	2.6 м³/ч	±0,05м³/ч
Трубопровід 2	витрата	3 м³/ч	±0,1м³/ч
Трубопровід 3	витрата	1,5 м³/ч	±0,1м³/ч
Трубопровід 6	витрата	0,5 м³/ч	±0,05м³/ч

2.1.6 Аналіз технологічних величин.

Матеріальний та тепловий баланси.

Зведений матеріальний баланс розкладу фосфориту сірчаною кислотою (без урахування промивочних вод та циркулюючої пульпи) наведений в таблиці 2:

Табл. 2

Прихід		Витрата
стаття	кг/ч	стаття	кг/ч
Фосфорит		Тверда фаза пульпи
P₂O₅	6125	CaSO₄*2H₂O	24309
CaO	7381	FePO₄	237
CaF₂	968	CePO₄	208
Ce₂O₃	148	H₂SiF₆	438
Fe₂O₃	128	Нерозчинний остаток	778
SiO₂ (розчин)	260	Ітого тв. фази	25970
Нерозчинний остаток	477	Рідка фаза пульпи:
вода	78	H₃PO₄	8044
Ітого	15565	вода	6133
Сірчана кислота (моногідрат)	13850	Ітого рідкої фази	14177
Вода з сірчаною кислотою	10882	Ітого пульпи	40147
Ітого H₂SO₄+H₂O	24732	Газова фаза:
Всього	40297	SiF₄	126
		HF	24
		Ітого газової фази	150
		Всього	40297

Зведений тепловий баланс екстракційного відділення

Зведений тепловий баланс екстракційного відділення наведений в таблиці 3:

Табл. 3

Прихід		Витрата
стаття	Кдж/ч	стаття	Кдж/ч
З сірчаною кислотою	3240000	З залишаючою пульпою	162911790
З фосфоритом	326000	З газовою фазою	10210
З оборотною кислотою	6190000	Витрати тепла	120000
З промивним розчином	5940000	Всього	163042000
З циркулюючою пульпою	134000000
Тепло реакції	11900000
Тепло розбавлення	1446000
Всього	163042000

3. Вимоги.

3.1.1 ВИМОГИ ДО АСКТП

Система призначена для оптимального рішення задач централізованого контролю, керування та захисту за допомогою засобів контролю, автоматики та обчислювальної техніки з метою забезпечення надійної і високоефективної роботи агрегатів.

Система повинна керувати вciмa стадіями фільтрації екстракційної фосфорної кислоти

та допоміжними агрегатами.

Система повинна припускати змiни конфiгурацiй контypiв регулювання,запровадження нових датчиків в установлених вище межах із малими працезатратами та тільки силами експлуатаційного персоналу.

Комплекс автоматизації повинен бути запроектований на серійному устаткуванні, характеристики якого забезпечують метрологічні та надійностні показники.

Система повинна забезпечувати наступні інформаційні функції:

звукову та світлову сигналізацію на мнемосхемі відхилення параметри процесу за припустимі межі;

2) світлову сигналізацію стану устаткування, арматури електроприводів;

3) аналогову індикацію та реєстрацію на індивідуальних приладах регульованих параметрів;

4) цифрову індикацію параметрів одиночних і групових по виклику оператора, у тому числі

результатів лабораторних аналізів;

5) аналогову індикацію, не регулює параметри по виклику оператора;

7) розрахунок, контроль та реєстрацію оперативних техніко - економічних показників;

інформацією на кольоровому дисплеї;

9) контроль справності найважливіших технічних засобів АСКТП;

зведений контроль стану технологічних параметрів;

10) автоматичний контроль роботи регуляторів і автоматизацію розрахунку

оптимального настроювання.

Живлення засобів обчислювальної техніки напругою змінного струму повинне

здійснюватися з захистом від різких стрибків напруги, імпульсних навантажень, утворюваних пусковими струмами асинхронних двигунів, зварювальних апаратів.

Для забезпечення захищеності засобів обчислювальної техніки повинні бути залучені до контуру інформаційного заземлення і до контуру захисного заземлення, при цьому воно повинно бути автономним, тобто не пов'язаним

гальванічно з контурами заземлення або промислових устроїв. Кожний устрій, що заземлюється, повинен приєднуватися до контуру заземлення за допомогою окремого відгалуження.

Параметри зовнішніх впливів у помешканні пункту керування повинні

задовольняти ДOСТ 20397-82.

3.1.2 ВИМОГИ ДО СТРУКТУРИ

При розробці структури АСКТП повинні бути облічені такі чинники:

1) технічна та організаційна структури керування об'єктом ;

2) територіальне розміщення технологічного устаткування помешкань;

3) інформаційна потужність виділених структур їх одиниць об'єкта;

4) функціональна структура розроблювальної системи;

5) вимоги до технічних характеристик систем і та до її надійності;

6) перспективи розвитку, модернізація та нарощування системи.

Також повинні бути передбачені:

- контроль процесом та керуванням всіма апаратами повинен бути

зосереджені в одному центральному пункті керування (ЦПК); в АСКТП повинне бути

прийняте найкращий поділ функцій між операторами, засобами автоматизації та обчислювальної техніки;

- система контролю і керування технологічним процесом повинна забезпечувати безупинне ведення технологічного процесу протягом одній доби, зберігати працездатність при виході з ладу елементів (приладів) і дозволяти ремонт або заміну елементів (приладів) без припинення апаратів;

для забезпечення високої надійності в системі повинні широко використовуватися діагностика, тестування та резервування як технічних, так і програмних засобів.

3.1.3 ВИМОГИ ДО ФУНКЦІЙ АСКТП

Проектована система автоматизованого керування ділянкою фільтрації екстракційної фосфорної кислоти повинна передбачати реалізацію таких функцій:

1) світлова технологічна сигналізація, крім уявлення на мнемосхемі, повинна дублювати на світловій клавіатурі як загальна ознака порушення

режиму, а після виклику розшифровуватися на фрагменти мнемосхеми;

2) аварійна сигналізація крім уявлення на світлових табло мнемосхеми повинна автоматично викликати фрагмент мнемосхеми;

3) розрахунок оперативних ТЕП про водитися наприкінці кожної зміни та доби. Результати що містять основні облікові показники, друкуються і можуть по запиту видаватися на дисплеї;

4) зведений контроль стану технологічних параметрів за зміну повинний проводитися постійно. Оперативна інформація про стан параметрів, що знаходяться за попереджувальними уставками, по запитах видаються на дисплей.

5) діагностика технічних засобів системи винна проводитись постійно для перевірки засобів контролю, автоматизації та обчислювальної техніки;

6) перевірка слушності та повноти спрацьовування захистів винна містити в собі реєстрацію й аналіз появи розвитку аварійних ситуацій.

У даній функції повинні бути реалізовані наступні операції:

- реєстрація на друкарських пристроях моментів переходу технологічних параметрів аварійних уставок, спрацьовування реле захисту та запірної арматури;

- запам'ятовування перед - та післяаварійной інформації заданих параметрів (перед аварією на інтервалі 5-10 хвилин із періодом 20-40 секунд та після аварії - 10 хвилин із більш високою частотою);

- перевірка слушності роботи схем захисту з оперативною індикацією та реєстрацією не спрацьовувань та помилкових спрацьовувань;

реєстрація вмикання та вимикання захисних блокувань.

3.1.4 ВИМОГИ ЩОДО ЕКСПЛУАТАЦІЇ АСКТП

У помешканні повинні бути забезпечені наступу нормаллю умови спрацювання:

температура навколишнього повітря - від +5 до +40С;

відносна вологість повітря - від 30% до 80% при температурі +35С;

атмосферний тиск - від 84 до 107 кПа.

Для прокладки кабелю, перемичок та т.і.у приміщеннях повинні бути передбачені або кабельні канали, або площадка на висоті 200 -:- 250 мм. на висоті 0,8 м від рівня cтaтi.

Електроживлення технічних засобів АСК повинно здійснюватись від мережі змінного струму_напругою 220/380 В та 24 В з частотою 50 + 1 Гц. Відхилення напруги не повинно перевищувати + 10 % та 15 % від номінального значення. Для забезпечення цілості інформації в засобах обчислювальної техніки необхідна організація резервної мережі.

Пневможивлення електропневмоперетворювачів та виконавчих механізмів повинно здійснюватись від централізованої системи пневможивлення заводу з обов'язковим очищенням повітря від мастил та вологи.

Промислова експлуатація системи винна вестися силами тільки змінного технологічного персоналу.

Усунення відмов, за заявками змінного персоналу, винне проводитись черговим персоналом пiдприемства.

Виробництво екстракційної фосфорної кислоти 📙 Дипломная → 🆔 4119