Проект организации производства серной кислоты. 4

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Санкт-Петербургский  государственный

инженерно-экономический  университет»

Факультет экономики  и управления в нефтегазохимическом

комплексе и экологической безопасности

Кафедра экономики и  менеджмента в нефтегазохимическом

комплексе

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

по дисциплине:

“ ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ”

на тему:

«Проект организации производства серной кислоты

Выполнил:     студент группы №______

___________ отделения   ______  курса

__________________________  (ФИО )

Руководитель:____________________

                                (должность, ученая степень)

__________________________  (ФИО)

                                   Дата сдачи проекта             ……….

Санкт-Петербург 

2012 г.

Индивидуальное задание на проектирование

Вариант 3

Таблица 1. Планируемая производственная программа

Примечание:

Объём производства по каждому  виду продукции приведен с учетом соответствующей концентрации согласно принятым стандартам качества.

Таблица 2. Исходные данные для проектирования участка фасовки и комплектации готовой продукции

Таблица 3. Данные для расчета параметров работы конвейера

Содержание

Введение

Организация производства - комплекс мероприятий, направленных на рациональное сочетание процессов  труда с вещественными элементами производства в пространстве и во времени с целью повышения эффективности, т. е. достижения поставленных задач в кратчайшие сроки, при наилучшем использовании производственных ресурсов. Становление науки об организации производства в России началось уже давно. Так, в 1870-х гг. в Московском высшем техническом училище была разработана методика рационализации трудовых процессов, награжденная «медалью преуспеяния» на Всемирной торговой выставке в Вене в 1873 г. Знаниями данной научной дисциплины должны обладать все организации, которые заинтересованы в эффективности выполнения своей деятельности.

При правильной организации производственного процесса, рациональном распределении функциональных обязанностей между цехами и его работниками, организация будет работать эффективно, будет приносить от своей деятельности прибыль. В рамках производственной структуры протекает весь управленческий процесс: движение потоков информации, принятие управленческих решений, в котором участвует весь персонал. Она необходима, чтобы все протекающие в организации процессы осуществлялись своевременно и качественно. Немаловажную роль в этом выполняют работники организации. Поэтому, принимая их на работу, организация должна предъявлять требования к их квалификации. Для этого в ней создаются кадровые службы, отделы кадров.

Применяемые методы организации производственного процесса в нефтегазохимическом комплексе можно разделить на три вида: поточные, партионные и единичные.

Поточный метод характеризуется  глубоким расчленением производственного  процесса на операции, четкой специализацией рабочих мест на выполнении определенных операций, параллельным выполнением операций на всех рабочих местах, расположением оборудования по ходу технологического процесса, высоким уровнем непрерывности производственного процесса, достигаемым обеспечением равенства или кратности продолжительности операций такту потока, наличием специального межоперационного транспорта для передачи предметов труда с операции на операцию.

Основной структурной единицей поточного производства является поточная линия. Поточная линия представляет собой совокупность рабочих мест, расположенных по ходу технологического процесса, предназначенных для выполнения закрепленных за ним операций и связанных между собой специальными видами межоперационных транспортных средств. В условиях потока наиболее часто применяются разнообразные приводные транспортные средства - конвейеры. На конвейере непрерывного действия технологические операции выполняются во время движения изделия. При пульсирующем характере работы конвейер останавливается на время выполнения операций.  Партионный метод организации производства характеризуется изготовлением разной номенклатуры продукции в количествах, определяемых партиями их запуска-выпуска. Партией называется количество одноименных изделий, которые поочередно обрабатываются при каждой операции производственного цикла с однократной затратой подготовительно-заключительного времени.

Единичный метод организации производства предполагает изготовление продукции  в единичных экземплярах или  небольшими неповторяющимися партиями. Он применяется при изготовлении сложного уникального оборудования (прокатные станы, турбины и т.д.), специальной оснастки, в опытном производстве, при выполнении отдельных видов ремонтов и т.п.

Серная кислота – один из основных много тоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, не имеет цвета, запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии. В концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.

Высокая активность серной кислоты  в сочетании со сравнительно небольшой стоимостью производства предопределило большие масштабы и чрезвычайное разнообразие ее применения. Среди минеральных кислот серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Мировое производство ее составляет более 160 млн. т. в год.

Целью курсового проекта является проверка и закрепление полученных в ходе изучения дисциплины знаний и приобретение практических навыков  в вопросах организации и проектировании производственной системы промышленного  предприятия, специализирующегося на производстве химической продукции. 

Глава 1.   Характеристика выпускаемой продукции

Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Объясняется это и тем, что она самая дешевая из всех кислот, а также ее свойствами. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не разрушает черные металлы, в то же время является одной из самых сильных кислот, в широком диапазоне температур (от -40…-20 до 260-336,5 °С) находится в жидком состоянии.

Химический состав серной кислоты выражается формулой H₂SO₄. Структурная формула серной кислоты выглядит следующим образом:

Относительная молекулярная масса  серной кислоты - 98,08 кг/кмоль.

Безводная серная кислота содержит 100 % H₂SO₄ или 81,63 % SO₃ и 18,37 % мас. H₂O. Плотность при 20 ºС составляет 1830,5 кг/м³.

Безводная серная кислота (моногидрат) Н₂SО₄ представляет собой тяжелую маслянистую жидкость, которая смешивается с водой во всех соотношениях с выделением большого количества тепла. Плотность серной кислоты при 0 °С равна 1.85 г./см³. Температура кипения безводной серной кислоты при давлении 1,01·10⁵ Па составляет 298,2 ºС, кристаллизуется серная кислота при -10,7 °С. Чтобы уменьшить возможность замерзания товарного продукта при перевозке и хранении, концентрацию технической серной кислоты выбирают такой, чтобы она имела достаточно низкую температуру кристаллизации.

Серной кислотой называют не только моногидрат, но и водные растворы его (Н₂SО₄ * nН₂О), а также растворы серного ангидрида в моногидрате (Н₂SО₄ * nSО₃), называемые олеумом. Олеум на воздухе «дымит» вследствие десорбции из него SО₃. Чистая серная кислота бесцветна, техническая окрашена примесями в черный цвет.

Н₂SО₄*(n-1)SО₃← Н₂SО₄→ Н₂SО₄*(m -1)Н₂О

         олеум        моногидрат    водная кислота

При m = n =1 это моногидрат, при m >n –  водные растворы, при m<n – растворы оксида серы в моногидрате. При смешении с водой образуются гидраты состава  Н₂SО₄* 2Н₂О; Н₂SО₄* 4Н₂О и соединения с оксидом серы Н₂SО₄* SО₃ и Н₂SО₄* 2SО₃.

1.1. Технические параметры согласно ГОСТ 2184-77

Настоящий стандарт распространяется на техническую  серную кислоту следующих видов: контактную (улучшенную и техническую); олеум (улучшенный и технический); башенную и регенерированную.

По  физико-химическим показателям серная кислота должна соответствовать  нормам, указанным в таблице 1.

 
  Таблица 4. ГОСТ 2184-77. Кислота серная техническая

1.2. Области применения серной кислоты

Серную кислоту используют буквально  во всех отраслях химической промышленности (рис.1). Она служит одним из главных химических продуктов, определяющих развитие химической промышленности — недаром называют ее «хлебом химии». В химической промышленности серную кислоту используют для производства удобрений — суперфосфата, сульфата аммония, аммофоса и др.

Области применения серной кислоты  и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (от 30 до 60 %), многие кислоты (фосфорная, уксусная, соляная) и соли производятся в значительной части при помощи серной кислоты. Серная кислота широко применяется в производстве цветных и редких металлов, а также в производстве красителей (от 2 до 16 %), химических волокон (от 5 до 15 %) и металлургии (от 2 до 3 %). Она применяется для различных технологических целей в текстильной, пищевой и других. На рисунке представлены области применения серной кислоты.

Рис. 1. Применение серной кислоты

1.3. Описание технологического метода производства химической продукции

Сырьем в производстве серной кислоты  могут быть элементарная сера и различные серосодержащие соединения, из которых может быть получена сера или непосредственно оксид серы (IV).

Природные залежи самородной серы невелики, хотя кларк ее равен 0,1 %. Чаще всего  сера находится в природе в  форме сульфидов металлов и сульфатов  метало, а также входит в состав нефти, каменного угля, природного и  попутного газов. Значительные количества серы содержатся в виде оксида серы в топочных газах и газах цветной металлургии и в виде сероводорода, выделяющегося при очистке горючих газов.

Таким образом, сырьевые источники  производства серной кислоты достаточно многообразны, хотя до сих пор в качестве сырья используют преимущественно элементарную серу и железный колчедан. Ограниченное использование таких видов сырья, как топочные газы тепловых электростанций и газы медеплавильного производства, объясняется низкой концентрацией в них оксида серы (IV).

В общей схеме сернокислотного  производства существенное значение имеют  две первые стадии – подготовка сырья и его сжигание или обжиг. Их содержание и аппаратурное оформление существенно зависят от природы  сырья, которая в значительной степени, определяет сложность технологического производства серной кислоты.

Производство серной кислоты из серосодержащего сырья включает несколько химических процессов, в которых происходит изменение степени окисления сырья и промежуточных продуктов. Это может быть представлено в виде следующей схемы:

где I – стадия получения печного  газа (оксида серы (IV)),

II – стадия каталитического  окисления оксида серы (IV) до оксида  серы (VI) и абсорбции его (переработка  в серную кислоту).

В реальном производстве к этим химическим процессам добавляются процессы подготовки сырья, очистки печного газа и другие механические и физико-химические операции.

В общем случае производство серной кислоты может быть выражено в  следующем виде:

Конкретная технологическая схема  производства зависит от вида сырья, особенностей каталитического окисления  оксида серы (IV), наличия или отсутствия стадии абсорбции оксида серы (VI).

В зависимости от того, как осуществляется процесс окисления SО₂ в SО₃, различают два основных метода получения серной кислоты: нитрозный и контактный.

В контактном методе получения  серной кислоты процесс окисления SО₂ в SО₃ проводят на твердых катализаторах. Триоксид серы переводят в серную кислоту на последней стадии процесса - абсорбции триоксида серы, которую упрощенно можно представить уравнением реакции:

SО₃ + Н₂О

При проведении процесса по нитрозному (башенному) методу в качестве переносчика  кислорода используют оксиды азота. Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом является серная кислота:

SО₂ + N₂О₃ + Н₂О

В настоящее время в промышленности в основном применяют контактный метод получения серной кислоты, позволяющий использовать аппараты с большей интенсивностью. Рассмотрим метод поулчения серной кислоты из пирита (серного колчедана) Fe₂S.

1) Химическая схема получения  серной кислоты из колчедана  включает три последовательные  стадии:

- окисление дисульфида железа  пиритного концентрата кислородом  воздуха:

4FеS₂ + 11О₂ = 2Fе₂S₃ + 8SО₂,

- каталитическое окисление оксида  серы (IV) избытком кислорода печного газа:

2SО₂ + О₂

- абсорбция оксида серы (VI) с  образованием серной кислоты:

SО₃ + Н₂О

По технологическому оформлению производство серной кислоты из железного колчедана  является наиболее сложным и состоит из нескольких последовательно проводимых стадий.

2) Технологический процесс производства  серной кислоты из элементарной  серы контактным способом отличается  от процесса производства из  колчедана рядом особенностей. К  ним относятся:

– особая конструкция печей для получения печного газа;

– повышенное содержание оксида серы (IV) в печном газе;

– отсутствие стадии предварительной  очистки печного газа.

Последующие операции контактирования  оксида серы (IV) по физико-химическим основам  и аппаратурному оформлению не отличаются от таковых для процесса на основе колчедана. Термостатирование газа в контактном аппарате в этом методе осуществляется обычно путем ввода холодного воздуха между слоями катализатора.

3) Существует также способ производства  серной кислоты из сероводорода, получивший название "мокрого" катализа, состоит в том, что смесь оксида серы (IV) и паров воды, полученная сжиганием сероводорода в токе воздуха, подается без разделения на контактирование, где оксид серы (IV) окисляется на твердом ванадиевом катализаторе до оксида серы (VI). Затем газовая смесь охлаждается в конденсаторе, где пары образующейся серной кислоты превращаются в жидкий продукт.

Таким образом, в отличие от методов  производства серной кислоты из колчедана  и серы, в процессе мокрого катализа отсутствует специальная стадия абсорбции оксида серы (VI) и весь процесс включает последовательные стадии:

1. Получение сернистого  ангидрида (SO₂) путем сжигания сероводородсодержащего газа по следующей реакции:

2H₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2 H₂O - 519 кДж

2. Охлаждение дымовых газов и  утилизация тепла реакции горения  сероводорода в котле-утилизаторе  с получением водяного пара.

3. Окисление сернистого  ангидрида до серного ангидрида  (SO₃) на ванадиевом катализаторе в контактном аппарате (конвертере) R-104 по следующей реакции:

2SO₂ + O₂ = 2 SO₃ - 96 кДж

4. Получение серной кислоты (H₂SO₄) путем конденсации в конденсаторе WSA У-109 по реакции:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄ - 92 кДж

5. Для получения улучшенной  серной кислоты (содержание оксидов азота N₂O₃ менее 0,5 ppm) предусмотрена схема подачи гидразин-гидрата в поток серной кислоты, поступающей на участок концентрирования серной кислоты.

Гидразинсульфат, полученный при добавлении гидразина к серной кислоте, взаимодействует  с нитрозилсернистой кислотой, обуславливающей содержание N₂О₃ в продуктовой кислоте:

4NOSO₃H + N₂H₄^·              H₂SO₄ 3N₂ + 5H₂SO₄

Избыток гидразина окисляется с  образованием элементарного азота:

N₂H₄^·H₂SO₄ + O₂          N₂ +2H₂O + H₂SO₄

В процессе производства серной кислоты  для окисления сернистого ангидрида в серный применяются ванадиевый катализатор. Он представляет собой пористое вещество, на которое нанесено активное комплексное соединение, содержащее пятиокись ванадия V₂O₅.

В данном случае применяется катализатор  марки VK-WSA фирмы "Хальдор Топсе".

Температура зажигания катализатора 400-430 ºС. При температуре выше 620 °С активность катализатора быстро снижается, т.к. при этом распадается активный комплекс, содержащий пятиокись ванадия (V₂O₅), а также разрушается структура носителя, что приводит к разрушению катализатора и образованию пыли.

Большие масштабы производства серной кислоты особенно остро ставят проблему его совершенствования. Здесь можно  выделить следующие основные направления:

1. Расширение сырьевой базы  за счет использования отходящих газов котельных теплоэлектроцентралей и различных производств.

2. Повышение единичной мощности  установок. Увеличение мощности  в два-три раза снижает себестоимость  продукции на 25 – 30%.

3. Интенсификация процесса обжига  сырья путем использования кислорода или воздуха, обогащенного кислородом. Это уменьшает объем газа, проходящего через аппаратуру, и повышает ее производительность.

4. Повышение давления в процессе, что способствует увеличению  интенсивности работы основной  аппаратуры.

5. Применение новых катализаторов  с повышенной активностью и  низкой температурой зажигания. 

6. Повышение концентрации оксида  серы (IV) в печном газе, подаваемом  на контактирования. 

7. Внедрение реакторов кипящего  слоя на стадиях обжига сырья  и контактирования.

8. Использование тепловых эффектов  химических реакций на всех  стадиях производства, в том числе,  для выработки энергетического  пара.

 Важнейшей задачей в производстве  серной кислоты является повышение  степени превращения SО2 в SО3. Помимо увеличения производительности по серной кислоте выполнение этой задачи позволяет решить и экологические проблемы – снизить выбросы в окружающую среду вредного компонента SО2. 

Глава 2. Расчетно-аналитическая часть

2.1. Выбор и расчет потребности в основном технологическом оборудовании для выполнения производственной программы

 
  
 Таблица 2. Основные технико-экономические характеристики технологического оборудования