Газбен келетін жылу
7
8
9
10
АҢДАТПА
Дипломдыќ жоба мыс өндірісінде күкірт қышқылын автоматтандыру
жүйесін жобалауға арналған. Дипломдық жоба технологиялық, арнайы,
өміртіршілік қауіпсіздігі және техника-экономикалық бөлімдерден тұрады.
Технологиялық бөлімде күкірт қышқылын өндіру технологиясы,
контактілік аппаратының әрекет принципі қарастырылған. Бұл бөлімде
материалдық және жылу баланстарының есептелінуі берілген. Арнайы
бөлімде технологиялық ішкешеннің басқару нысаны, математикалық моделі,
тиімді басқару есебінің математикалық қойылымдары, техникалық құралдар-
мен, ақпараттық бағдарламамен қамтамасыз етілуі қарастырылған.
Техника-экономикалық бөлімде автоматтандыру жүйесінің өндіріске
енгізілуінің экономикалық тиімділігі мен өтеу мерзімі есептелінеді.
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде қоршаған ортаны қорғау және
қауіпсіздік техникасы бойынша мәселелер қарастырылған.
АННОТАЦИЯ
В дипломном проекте расмотрены вопросы автоматизации серной
кислоты и состоит из технологической части, специальной части, разделов
охраны труда и экономической части.
В технологической части расмотрен процесс обработки серной кислоты
и расмотрен материальный и тепловой баланс. В специальной части проекта
разработана математическая модель, а также математическая постановка
выгодного управления. Предусмотрены технические средства и программное
обеспечение.
В экономической части рассчитана экономическая производительность
видимой системы автаматизации и рассчитан срок окупаемости.
В разделе охраны труда разработан ряд вопросов по технике
безопасности.
11
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..7
1 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .9
Жезқазған мыс зауытында күкірт қышқылын өндіруге арналған
шикізаты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..9
1.1 Шығарылатын газдардан күкірт қышқылын өндіру технологиясы ... ... ... ...9
1.2.1 Жуу бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..9
1.2.2 Құрғату бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .10
1.2.3 Контактілі-компрессорлы бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... 10
1.2.4 Абсорбциялыќ бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..11
1.3 SO2 каталитикалық тотығу процесінің физика-химиялық
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
1.4 Жабдықдар сипаттмасы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
1.4.1 Қысымдауыш құрылмасы мен әрекет принципін қысқаша
сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...17
1.4.2 Контактілік аппаратының құрылмасы мен әрекет принципін қысқаша
сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
1.5 Контактілік бөлімінің материалдық балансын есептеу ... ... ... ... ... ... ... 21
1.6 Жылулық балансын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .22
2 АРНАЙЫ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .25
2.1 Технологиялық ішкешеннің басқару нысаны ретінде сипаттамасы ... ... ... 23
2.2 Бақылау және реттеу жүйесінің қысқаша сипатамасы ... ... ... ... ... ... . ... ... .24
2.3Тарамдалған ішкешеніннің басқару мәселесінің құрылымын анықтау ... ...25
2.3.1 Басқару нысанының математикалық сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
2.3.2 Басқару жоспарының математикалық қойылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...30
2.4 Басқару жүйесінің қызмет етуінің жалпы алгоритмі ... ... ... ... ... ... .. ... ... ...31
2.5 Басқару нысанының параметрлік идентификациялау ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
2.6 Контактілік аппарат бойымен жүретін газдарды оптималды тарату
алгоритмі ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...34
2.7 Тікелей сандық басқару (ТСБ) жүйесінің синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..40
2.7.1 ТСБ жүйесінің математикалық сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ...39
2.7.2 Кері байланыстың оптималды коэффициентін таңдау ... ... ... ... ... ...41
2.8 Ақпараттық қамтамасыздандыруы ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..42
2.9 ТПАБЖ техникалық қамтамасыздандыруы ... ... ... ... . ... ... ... ... ... 43
2.9.1 Бағдарламалық қамтамасыздандыруы ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .44
2.9.2 Автоматтандырудың функционалдық сұлбасының сипаттамасы ... ... .46
3 ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .51
ТПАБЖ ендірудің экономикалық тиімділігін негіздеу ... ... ... ... ... ... ... .48
3.1 Автоматтандырылған жүйені құруға жұмсалған шығындарды анықтау...48
3.1.1 Өңдеушілер жалақысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .48
3.2 ТПАБЖ эксплуатациясына жұмсалған шығындар ... ... ... ... ... ... ... ...49
3.2.1 Амортизациялық шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..49
3.2.2 Күнделік жөндеуге жұмсалған шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..50
12
3.2.3 Электр энергиясына жұмсалатын шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ..50
3.2.4 Қызмет көрсетуші персоналдың жалақысына жұмсалатын шығындар..50
3.3 ТПАБЖ экономикалық тиімділігін және өтеу мерзімін есептеу ... ... ... 51
4 ЕҢБЕК ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...57
4.1 Өндірістік зияндар мен қатерлерді талдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ..56
4.2 Қорғаныштық жерлендіруді есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..58
4.3 Желдетуді ұйымдастыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...60
4.5 Өртке қарсы шаралар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .63
ЌОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..68
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .69
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .70
13
14
КІРІСПЕ
Қазіргі кезде шикізатты кешенді түрде өндеу мәселесі - өндеу
өндірісінде маңызды мәселелердің бірі болып табылады. Әсіресе, бұл мәселе
өңделіп, атмосфераға шығарылатын күкіртті газдарды бірегейлендіру
мәселесі маңызды орын алатын көптеген түсті металлургия өндірістеріне тән.
Қазіргі замандағы күкіртті газдарды бірегейлендірудің негізгі әдісі - күкірт
қышқылы өндірісі болып қала береді.
Өндіріс көлемі бойынша күкіртқышқылы химиялық заттар арасында
алғашқы орындардың бірінде тұр. Кез-келген елде оны өндіру көлемі сол
елдің өндірістік даму деңгейінің көрсеткіші ретінде қарастырылады. Күкірт
қышқылы бірталай маңызды өнімдерді алу үшін халық шаруашылығының
көптеген салаларында қолданылады және оған сұраныс үнемі артып отырады.
Сол себепті, күкіртқышқылы өндірісінің қуатын арттыруға көп көңіл бөлінді.
Түсті металлургиядан шығатын газдардан күкірт қышқылын алу күкірт
қышқылы өндірісінің маңызды шикізат қоры болып табылады.
Металлургиялық өндірістен шығатын газдарды өндеу ауа бассейнін
ластанудан қорғау мәселесімен байланысты. Күкірт қышқылы құрылғылары
түсті металлургияларда шығатын күкіртті газды күкірт қышқылына өңдей
отырып, негізгі өндірістің зиянды өндірістік қалдықтарынан атмосфералық
ауаны тазарту үшін қызмет ететін газтазарту құрылғысының функциясын
атқарады. Сондай-ақ, минералды шикізатты толығымен қолдану және
көтеріңкі кешендендіруге байланысты барлық өндірістің экономикалық
жұмыс көрсеткіштері жақсарады.
Металлургиялық газдардан алынатын күкірт қышқылының өз құны
химиялық өндірістің күкірт қышқылы цехтарында алынатын қышқылдың өз
құнынан әлдеқайда төмен. Пирит және күкірттен алғанға қарағанда, түсті
металлургиялық өндірістен шығатын газдардан күкірт қышқылын алу
артықшылығы - мұнда шикізатты алу үшін рудниктердің қажеттілігі тумайды,
көліктер сәйкес жүктемелерден босатылады, соның әсерінен қаржылық
шығындар азаяды. Түсті металлургияның алдындағы мәселелердің бірі -
шығарылатын газдар негізіндегі күкірт қышқылы өндірісін жақсарту.
Күкірт
қышқылы өндірісін жақсартудың маңызды элементі
автоматтандыру болып табылады. Ғылыми-техникалық прогрестің дамуының
негізгі шарты болып табылатын кешендік автоматтандыруға көп көңіл
бөлінді. Бақылау мен реттеу автоматтандыруы мен технологиялық процестер
арқылы автоматтандырылған басқару жүйелерін енгізу еңбек пен құрылғының
өнімділігін арттыруды және оның орнықты жұмыс істеуін, шығарылатын
өнімді арттыру, оның сапасын көтеру, өз құнын төмендетуді, шикізат
шығындарын азайтуды қамтамасыз етті, сондай-ақ, адамдарды өндіріс
процесіне тікелей қатысуынан босатты және химиялық, әсіресе күкірт
қышқылы өндірісінде аса маңызды орын алатын қауіпсіз және зиянсыз еңбек
жағдайларын құру мүмкіндігін береді.
15
Түсті металлургиялық өндірістен шығатын газдардан күкірт қышқылын
алу артықшылығы - оның металлургиялық шектік режиміне тәуелділігі.
Күкірт қышқылы цехына түсетін газдардың көлемі тұрақты емес, SO2
концентрациясы кең ауқымда өзгереді. Күкірт қышқылын алудың
технологиялық режимін орнықты етіп ендіру үшін кіріс айнымалыларының
ауытқулары болмауы керек, өйткені, олар контактілік аппаратының жылу
балансын бұзады, ал, оны қолдан реттеу мүмкін емес, себебі, оптималды
режимнен сәл ғана ауытқу процестің автотермиялығының бұзылуын, яғни,
көп шығындарды тудырады.
Осыған байланысты жұмысты орнықты ету үшін және тиімділікті
көтеру мақсатымен күкірт
қышқылы өндірісін басқарудың
автоматтандырылған жүйесін құру маңызды және қажетті мәселе болып отыр.
Бұл жобада Жезқазған мыс зауытында контактілік және компрессорлық
бөлімде ТПАБЖ құру қарастырылды.
16
1 Технологиялық бөлім
1.1 Жезқазған мыс зауытында күкірт қышқылын өндіруге арналған
шикізаты
Күкірт қышқылын өндіруге арналған шикізат ретінде электрлік
пештерден (SO2 концентрациясымен 3%-ке дейін және 50 мың м3 газ
шығынмен) және конверторлардан (SO2 концентрациясымен 10%-ке дейін
және 60-70 мың м3 газ шығынмен) шығатын шаң ұстау бөліктерде шаңдардан
тазартылған газдар, сондай-ақ, күкірт жағушы құрылғыларда қарапайым
күкіртті жаққанда алынатын газдарды айтады.
Күкірт қышқылы өндірісіне келетін газдардың химиялық құрамы 1
кестеде келтірілген.
1.1 кесте
1.2 Шығарылатын газдардан күкіртқышқылын өндіру
технологиясы
ЖМЗ күкірт қышқылы цехы жуу бөлігінен (ЖБ), құрғату-абсорбциялық,
контактілі-компрессорлы бөлімінен және дайын өнімдер қоймасынан тұрады.
Контактілік әдісімен H2SO4 алу процесі келесідей негізгі амалдардан тұрады:
- тазартушы күкірт қышқылы мұнараларында шаңдарды, мышьяк, фтор
қоспаларын ұстау арқылы газдарды жуу және оларды дымқыл электро
сүзгілерде H2SO4 тұмандарынан тазарту;
- насадкамен толтырылған мұнараларда концентрацияланған күкірт
қышқылы влагасынан газдарды құрғату;
- контактілік аппаратында ванадий катализаторында күкірт диоксидін
триоксидке тотықтыру;
- моногидратты сорғышта SO3-ді жұту (абсорбция).
1.2.1 Жуу бөлімі
Құрғақ электросүзгілерде тазартылған 200-350оС температурадағы газ
кіріс бойынша жуу бөлігіне түседі.
Жуу бөлімінде күкірт қышқылы қалдық шаңдарды, зиянды қоспалардың
(As, F, H2O булары) бөлінуін жою және құнды сыңарларды алу үшін
тазаланатын газға қарағанда температурасы анағұрлым төмен күкірт
қышқылы арқылы өңделеді.
17 Күкірт қышқылы
өндірісі үшін газдар
Химиялық құрамы, %
Күкірт қышқылы
өндірісі үшін газдар
SO2
SO3
O2
N2
H2O
3
шаң гм
Металлургиялық газдар
2-6
0,05-0,1
14
78,2
3,5
0,2
ССУ-дан газдар
11-13
6-9
81
Газды ерекше тазарту - мышьяк және фтор қоспалары үшін қажет. Олар
каталитикалық у бола отырып, катализатор белсенділігін және шығарылатын
қышқылдың сапасын төмендетеді.
Жуу мұнараларында газды жуу жағдайларында температураның
төмендеу кезінде шығарылатын газдардың құрамында мышьяк үштотығы буы
(As2O3) түрінде кездесетін мышьяктың бір бөлігі конденсацияланып, негіз
қышқылында ериді, қалған бөлігі күкірт қышқылы тұманына айналады да,
дымқыл электросүзгілерде бөлінетін газ ағынымен кетеді. Газ құрамында
фторлы сутек және төртфторлы кремний (HF, SiF4) түрінде кездесетін
фтордың пассивтенуі Рашиг сақиналары есебінен болады. Фтор белсенділігі
аз (SiF6)-2 ионына өтеді. Газ құрамында тотық түрінде кездесетін ренийді (Re)
экстрактылық жолмен алу үшін сирек кездесетін металл бөліміне түсетін
формұнараның жуу қоспасына өтеді.
Жуу бөлімінде газды тазарту жеке аппаратурада тізбектей келесі
ұстаным бойынша жүзеге асырылады.
Қалдық шаңның негізгі бөлігі 1-ші формұнарада жойылады. Осы
мұнарада газдан жылудың негізгі бөлігі алынады (газ 200-350оС-ден 50-80оС
температураға дейін төмендейді).
Температураның күрт төмендеуі
нәтижесінде күкірт қышқылы, рений тотығынан және зиянды қоспалардан (F
өте аз көлемде) тұратын тұманның негізгі бөлігі түзіледі. Фтор қоспаларын
толығымен жою үшін газ формұнарадан керамикалық Рашиг сақиналарымен
толтырылған реакторға түседі. Газ реактордан бірінші және екінші жуу
мұнараларына өтеді (2 және 3). Мұнда газ әрі қарай қоспалардан тазартылады,
суытылады да (І - жуғышта 40-60оС-қа дейін, ІІ - жуғышта 30-35оС-қа дейін)
тұманның қосымша бөлігі түзіледі (қышқыл газбен анағұрлым тығыз
байланысуы үшін ІІ жуу мұнарасы ангилиталық Рашиг сақиналарымен
толтырылған). Бұл мұнараларда тұманның аз бөлігі ғана жұтылады. Бірақ
оның негізгі бөлігі бірінші сатылы дымқыл электросүзгілерде ұсталады, сонан
соң газ құрамында тұманның майда тамшылары ғана қалады. Әрі қарай
тазарту мақсатымен бұл тамшылардың өлшемін үлкейту үшін газ
дымқылдатушы мұнараға түседі. Бұл жерде ол қосымша суытылады, ал, тұман
судың буларын жұту есебінен үлкейеді. Тұманның үлкен тамшылары екінші
сатылы дымқыл электросүзгілерде жеңіл тұнады.
Күкірт қышқылы тазартылғаннан кейін формұнарадан және І жолмен
жуу мұнарасынан ағып келіп, кейіннен РМУ-да айдалатын шкамды тұндыру
үшін тұндырғышқа түседі. Қышқылдың ағартылған ерітіндісі жинағышқа
беріледі, сонан соң айналмалы насостар көмегімен тазарту тоңазытқыштарына
өтіп, қайтадан тазаруға бағытталады. Екінші дымқылдаушы мұнарада
тұндырғыштар жоқ. Бірінші және екінші сатыға электросүзгілердегі конденсат
екінші жуу және дымқылдау мұнарасын тазартатын қышқылға біріктіріледі.
Шаңнан және тұманнан тазартылған, бірақ дымқыл газ кептірілуге
жіберіледі.
18
1.2.2 Құрғату бөлімі
Күкірт қышқылын құрғатудың технологиялық әдісі су буларын
қарқынды жұтқыш күшті күкірт қышқылы қасиеттеріне негізделген. Құрғату
кептіргіш мұнараларда екі сатыда жүзеге асырылады. Ол мұнараларда газ
концентрациясы 93-93,5 % тазартылушы күкірт қышқылына қарсы жылжып,
осы мұнараның қондырушыларының бетінде беттеседі.
І құрғату мұнарасында газ құрамындағы барлық ылғалдың 90 пайызы
жұтылады. Сонан соң, газ ІІ құрғату мұнарасына өтеді. Тазартылатын қышқыл
мұнараның төменгі жағына жиналып, өз бетімен жинағышқа түседі. Онан
кейін қышқыл тоңазытқыштары арқылы насостар көмегімен тазартылуға
жіберіледі. H2SO4 тұрақты концентрациясын сақтау үшін оны моногидратты
сорғыш циклындағы 98,3 % концентрациялы моногидратпен біріктіреді. Газ
мұнарада кептірілгеннен кейін қондырғы типті бүркінұстағышқа бағытталады.
Қышқыл бүркіндері бүркінұстағышта тұнып, өзбетінше қышқылөткізгіш
бойынша ІІ кептіргіш мұнарасының жинағышына түседі. Бүркінұстағыштан
кейін газ сығу бөлімі алдындағы жалпы коллекторға өтеді.
1.2.3 Контактілі-компрессорлы бөлімі
Барлық жүйе бойынша газды тасымалдау үшін компрессорлы бөлімінде
65000 нм3сағ өнімділікке ие Н-1050-12-1 - типті жеті газ айдағыш құбырлар
орналастырылған. Олардың төртеуі жұмыс істейді, үшеуі қосарда болады.
Жеті газ айдағыш түтіктің 630 кВт қуатты асинхронды қозғалтқышы бар және
ол абсорбциялық-қысымдау ұстанымы бойынша жұмыс істейді (контактілік
аппараттары және абсорбциялық бөлімі сығылған, газ жолының қалған бөлігі
сиретілген). Компрессорлы бөлімінен кейін 50-60оС температуралы газ
контактілік аппаратының алдындағы жалпы коллекторға беріледі.
Контактілік бөлімінде 5 төртқабатты контактілік аппараттары
орналастырылған, олардың өнімділігі 305 ттәул (100 % қайта санауда H2SO4).
Контактілік аппараттарында екі сыртқы, екі шығарылған және бір ішіне
ендірілген жылуалмастырғыштары бар. Газ жүктемесі 35-50 мың м3г. Жоба
бойынша БА алдындағы SO2 құрамы - 6 %, ал, практикада мысеріткіш
өндірістің жұмыс режіміне байланысты маңызды мәнге ауытқиды.
Контактілік әдісімен H2SO4 өндірісінде католизатор ретінде
байланысушы ванадий массасы БАВ (барий- сульфид- ванадий)
қолданылады. Оның құрамында V2O5 - 7,5 % және жану температурасы 423оС.
Контактілік коэффициент жоғары дәрежесін алу үшін әрбір қабаттан
кейін газды 440-450оС температураға дейін суыту керек. Жалпы
о
қышқыл бүркінділері тұнады және І сыртқы жылу алмастырғыш (ЖА)
түтікаралық кеңістігіне беріледі. Жылу алмастырғышта 210оС-ге дейін
қыздырылып, сыртқы ЖА түтікаралық кеңістігіне (2) өтеді. Ол жерде газ
370оС-ге дейін қыздырылып, 2 қабаттан кейін шығарылған ЖА-ға беріледі.
19коллектордағы газ (50-60 С) майбөлгішке бағытталады. Ол жерде май мен
Онда 400оС-ге дейін қыздырылып, 1 қабаттан кейін шығарылған ЖА-ға
келеді. Сонан соң 440-460оС температуралы газ БА-ның бірінші қабатына
бағытталады. Ол жерде SO2 SO3-ке тотығып, сондай-ақ, оның температурасы
520-580оС-ге дейін көтеріледі. Бірінші қабатта SO2 70 %-ға дейін тотығады. 1
қабаттан кейін газ шығарылған жылуалмастырғыштың түтік кеңістігіне
бағытталады. Онда 440-460оC-ге дейін суытылып, 2 қабатқа беріледі. Жылу
алмастырғыштың түтік кеңістігіне газ 440оС-ге дейін суытылып, 3 қабатқа
беріледі. Тотығу нәтижесінде температура қайта көтеріліп, 470оС-ге дейін
жетеді. Суыту ішіне ендірілген ЖА-да 430оС-ге жетеді. Сонан соң 4 қабатқа
беріледі. Контактілік пайызы 96-97 %-ды құрайды.
Төртінші қабаттан соң, газ (430-440оС) сыртқы ЖА (250-320оС) түтік
кеңістігінің (2) төменгі жағына, содан кейін сыртқы ЖА (120-150оС) жоғарғы
бөлігіне (1) бағытталады да, әрі қарай соруға жіберіледі.
Контактілік аппараттарын жүктеу және қыздыру үшін 3 жүктеуші
қыздырғыштар орнатылған. Ол ЖА оттығынан, жүктеуші қысымдауыштан
және бусорғыштан тұрады. Жүктеуші қыздырғыштар оттығы мазутты жағу
үшін арналған. Түзілетін оттық газдары (660-650оС) ЖА түтік кеңістігіне
бағытталады және түтін түтігіне шығарылады. Контактілік аппаратын жүктеу
немесе тоқтату үшін күкіртті газ немесе ауа ЖА түтік аралық кеңістігіне
түседі. Түтін газдары есебінен 440-460оС температураға дейін қыздырылады,
сонан соң, контактілік аппаратына түседі.
1.2.4 Абсорбциялық бөлімі
Контактілік аппаратынан соң, SO3 және SO2 аз көлемінен тұратын газ
абсорбциялық бөліміне түседі. Онда SO3 моногидратты сорғышта H2SO4
моногидратымен 98,3 %-ға дейін жұтылады.
Газ мұнараның төменгі жағындағы газ қорабына өтеді. Насос арқылы
қышқыл қысымды бакқа беріледі. Ол жерден сорғыштың барлық қимасы
бойынша таралады. H2SO4 тазартылғаннан кейін мұнараның төменгі жағында
жиналады да, өз бетінше жинағышқа беріледі. Сонан соң, тоңазытқыштар
арқылы насос көмегімен қайтадан тазартылуға жіберіледі. Құрамында азғана
SO2 және SO3 бар, сондай-ақ, бүркінді қышқылдан тұратын өңделген газ
қоспасы сорғыштан шығып, артқы бүркінді ұстағышқа бағыттылады. Сонан
соң, металлургиялық цехтың құбырана шығарылады.
Бүркінді
ұстағыштағы конденсат моногидратты
сорғыштың
жинағышына ағып келеді. Онда H2SO4 (98,3 %) тұрақты концентрациясын
ұстау үшін, бірінші құрғату мұнарасы циклінен қышқыл беріледі. Сорғышты
тазарту циклінде түзілетін қышқылдың артық бөлігі кептіргіш мұнараның І
және ІІ жинағыштарына шығарылады. H2SO4 (98,3 %) моногидраты бірінші
құрғату мұнарасының циклінен қоймаға түседі.
20
1.3
негіздері
SO2 каталитикалық тотығу процесінің физика-химиялық
Контактілік әдісімен күкірт қышқылын өндіруде SO2 тотығуы төмендегі
реакция бойынша катализатор қатысуы арқылы жүреді.
SO2+12 O2 SO3+Q
Ол үшін газ тұрақты күйдегі катализатормен әсерлеседі. Ванадий
катализаторының каталитикалық белсенділігі жоғары. Ол катализатор калий
немесе натрий пиросульфатты V2O5 ванадий бестотығының қоспасы -
белсенді зат қойылған ұсақ саңылаулы қатты жинақтағыш.
Тотығу реакциясының механизмі катализатор жұмысы кезінде белсенді
сыңар жинақтағыштың беті бойынша біркелкі таралып, ерігіш күйде
болатынын көрсетеді. Сонымен қатар, ол сорғыш катализатор ретінде жұмыс
істеп, SO2-нің SO3-ке тотығу процесінде белсенді сыңардың ішкі қабатында
жүреді. Процестің сұлбасы келесідей қалыптастырылуы мүмкін. Күкіртті газ
газ қоспасында бесвалентті ванадийді төртвалентті етіп қалпына келтіреді, ал,
газ қоспасындағы оттегі төрттотықты бестотыққа дейін тотықтырады:
2V5++O2++ SO2 2V4++ SO3,
12 O2+2V4+ 2V5++O2-.
Бірінші кезең жылдам өтеді, ал, екінші кезең барлық процестің
жылдамдығын анықтауы есебінен жай жүреді. SO2 тотығу реакциясы
экзотермиялық болады. 400-700оС аралығында оның жылу эффектісі
жеткілікті дәлдікпен мына формула бойынша есептеліп шығарылуы мүмкін:
Q=24205-221T (ккалмоль)
мұндағы Т - температура, К.
SO2-нің SO3-ке тотығу реакциясы қайтымды болады. Массалардың
әрекеттесу заңына сәйкес, бұл реакцияның тепе-теңдік тұрақтысы келесі
теңдеумен сипатталады.
K p
РSO3
PSO2 P20,5
мұндағы PSO3 , PSO2 , PO2 - SO3, SO2, O2 үшін тепе-тең үлестік қысымдар, Па.
Kp тепе-теңдік тұрақтысының температураға тәуелділігі келесі теңдікпен
анықталады:
21
d lg K p Q p
dT RT 2
мұндағы R - универсал газ тұрақтысы, оның мәні - 8,3 ДжоС моль.
400-700оС аралығындағы Kp мәні келесі теңдеуден табылады:
lg K p
5074,81
Т
4,81
немесе нақтырақ
lg K p 4812,2T 1 2,825 lg T 2,284 10 3T 7,012 10 7 T 2 1,197 10 10T 3 2,23
Жоғарыдағы теңдеулерден температураның өсуінен тепе-теңдік
тұрақтысының шамасы кемитінін көреміз. Тотыққан SO2 мөлшерінің оның
бастапқы газ қоспасына қатынасы айналу дәрежесі немесе тотығу дәрежесі
деп аталады. Нақты жағдайларда (температурада және сыңарларға әсер ететін
бастапқы концентрацияларда) ең жоғарғы айналу дәрежесі тепе-теңдік
жағдайларда алынады және айналудың тепе-тең дәрежесі деп аталады.
Катализаторда алынатын SO2 айналу дәрежесі катализатордың белсенділігіне,
газ құрамына, температураға және т.б. тәуелді болады. Осы құрамдағы газ
үшін айналудың тепе-тең дәрежесі келесі теңдеумен өрнектеледі:
Х p
РSO3
PSO2 PSO2
немесе тепе-теңдік тұрақтысының теңдеуін есепке алғанда:
X P
K P
K P
1
PO2
Егер оттегінің тепе-тең үлестік қысымын күкірт қостотығы және
оттегінің бастапқы концентрациялары арқылы өрнектесек:
PO2
P(в 0,5aX P )
100 0,5aX P
Онда XP-ді анықтау үшін теңдеу келесі түрге ие болады:
22
X P
K P
K P
100 0,5aX P
P(в 0,5aX P )
мұндағы Р - газдың жалпы қысымы, Па;
а және в - бастапқы қоспадағы SO2 мен SO3-тің сәйкесінше
бастапқы концентрациялары, % (көлем).
Бұл теңдеу бойынша айналудың тепе-тең дәрежесін анықтау тізбектік
жақындатулар әдісі арқылы жүзеге асырылады. Теңдеудің оң жағына Хр
күтілетін мәндерін қойып, есептеулерді жүргіземіз. Егер табылған мән алдын-
ала қабылданған мәндерден ерекшеленсе, онда есептеулер қайталанады.
Температураның төмендеуіне байланысты Хр мәні артады. Тепе-тең Хр
және нақты Хф айналу дәрежесінің температураға тәуелділігі 1.1 суретте
көрсетілген.
Практикада газ құрамының Хр мәніне әсері газдағы оттегі мен SO2
қатынастары арқылы көрінеді: яғни, ол жоғары болған сайын, соғұрлым
айналу дәрежесі жоғары. Өндірістік жағдайларда SO2 тотығу жылдамдығы
маңызды мәнге ие. Бұл реакцияның жылдамдығына уақыт бірлігінде
катализатордың бір массасына тотығатын күкірт диоксиді мөлшері тәуелді
болады, осыдан катализатор шығыны, контактілік аппаратының мөлшері және
процестің басқа да техника-экономикалық көрсеткіштері тәуелді болады.
Ванадий катализаторында (қозғалыссыз қабатта) SO2-нің SO3-ке тотығу
процесінің жылдамдығы келесі теңдеумен өрнектеледі:
dx
d
x 2
в (ах 2)
1 (ах 2)
мұндағы х - айналу дәрежесі;
- контактілік уақыты; с;
к - реакцияның жылдамдығының тұрақтысы;
а - SO2 бастапқы концентрациясы;
в - оттегінің бастапқы концентрациясы;
Р - жалпы қысым, Па.
SO2 тотығу реакциясы жылдамдығының температурадан тәуелділігін
толық зерттеу, оның әсерінің қарама-қайшы екендігін көрсетті. Белгілі бір
уақытқа дейін температураның өсуіне байланысты реакция жылдамдығы
артты, сонан соң төмендеді. Реакция жылдамдығы теңдеуінен алынған х
айналу дәрежесі төмен болған сайын, SO2 тотығу реакциясының
жылдамдығының жоғары болатындығын көріп отырмыз. Сол себепті, әрбір х
23kP 1 x
a 1 0,2x
PK p2 (1 x) 2
мәні үшін реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі ең жоғары
мәнге ие болатын сәйкес қисықпен өрнектеледі. Бұл ең жоғарғы мән
реакцияның ең жоғары жылдамдығы алынатын температураға сәйкес келеді.
Мұндай қисықтар тобы 1.3 суретте көрсетілген. Әртүрлі айналу дәрежелері
үшін реакцияның ең жоғары жылдамдықтарына сәйкес келетін нүктелер, яғни,
оптималды температуралармен барлық аралық айналу дәрежелері үшін
процесті енгізудің оптималды жағдайларын анықтауға болатын АА
қисығымен қосылған. ВВ және СЕ сызықтары реакция жылдамдығы 0,8-ден
кем болмайтын шектерінде температураның мүмкін болатын толқулары
аймағын шектейді. Бұл аймақ процесті жүргізудің практикалық зонасы деп
аталады.
Дегенмен, реакция жылдымдығы температура және айналу дәрежесіне
ғана емес, сондай-ақ, газ қоспасының құрамына да тәуелді. Сол себепті
газдың түрлі құрамында тотығудың бір деңгейі үшін
оптималды
температуралары әртүрлі.
Осылайша, күкіртті ангидрид тотығу процесі үшін тұрақты оптималды
температура болмайды.
Тотығу практикасында айналу дәрежесінің өсуі бойынша АА сызығына
сәйкес,
температураның төмендеуіне байланысты бірнеше кезеңдер
жүргізіледі.
SO2-нің көп бөлігі контактілік аппаратының бірінші қабатында
тотығады. Бұл қабатта ең жоғарғы орта температура алынады (1.2 суретке
қара). Катализатордың келесі қабаттарындағы газ қоспасының әрі қарай
тотығуы SO2-нің SO3-ке айналуының ең тереңіне жететіндей және өнім көп
шығатындай етіп жүргізіледі.
Көрсетілген айналуларды жүзеге асыру үшін катализатордың қажетті
көлемін келесі формула бойынша есептейді:
Vk cV2
мұндағы Vk - катализатор көлемі, м3;
с - қор коэффициенті;
V2 - катализатор арқылы өтетін газ көлемі, м3c;
- катализатор мен газдың әсерлесуінің шартты уақыты, с.
Әсерлесудің шартты уақыты мына теңдеуден анықтылады:
dx
d
( X ,T ) ,
немесе
24
X K
( X ,T )
мұндағы Хn, Xk - бастапқы және соңғы айналу дәрежелері;
(X,T) реакция жылдамдығы теңдеуінен анықталады.
120
100
80
60
40
20
0
Xф
Xp
400
440
480
520
560
600
640
t,C
1.1 сурет - Түрлену дәрежесінің температураға тәуелділігі
Хр
Xф
Xp
t,C
1.2 сурет - Түрлену дәрежесі мен температураның өзгеруі
25Xp
dx
X n
620
580
540
500
460
420
380
70
75
80
85
90
95
1.3 сурет - Газдың әртүрлі құрамында SO2 айналу дәрежесінің оптималды
температураға тәуелділігі
1.4 Жабдықтар сипаттамасы
1.4.1 Қысымдауыш құрылмасы мен әрекет принципін қысқаша
сипаттау
ЖМЗ-ға газды жылжыту үшін 64800 м3сағ өнімділікке ие Э-1050-13-4
типті қысымдауыштар орнатылған. Қысымдауышқа түсетін газ суытылған
және коррозия тудыратын, сондай-ақ, қысымдауыш жұмысын бұзатын
қоспалардан тазартылған.
Э-1050-13-4 типті қысымдауышының техникалық сипаттамасы (газ
тығыздығы ρ = 1,4 кгм3, кірісіндегі сиретілген қысымы 4,9 кПа):
а) көлем бойынша өнімділік
б) жалпы қысым
в) электроқозғалтқыш қуаты
г) қысымдауыш валдың айналу жиілігі
д) кірістегі газдың температурасы
е) өлшемдері: іргетастың ұзындығы
ж) іргетастың ені
1680 м3мин;
2800 мм.су ст.;
630 кВт;
2975 айнмин;
50оС;
5000 мм;
3000 мм.
Қысымдауышты электроқозғалтқыш айналдырады. Ротордың айналу
бағыты сағат тіліне қарсы болады.
Қысымдауыштың болат корпусның ішінен подшипниктерге орнатылған
болат вал өтеді. Оған жұмыс дөңгелегі отырғызылған. Газ cорғыш құбыр
бойынша қысымдауыштың абсорбциялық камерасына (кіріс құбырына)
келеді, сонан соң жұмыс дөңгелегі қалақшалармен түзілген арналар бойынша
айналмалы жұмыс дөңлегінің ортасына түсіп сығылады да, газ ағынын жинау
үшін және оны қысымдауыш құбырғы әкелу үшін корпусқа бағыттылады.
Лабиринттік нығыздау есебінен қысымдауыш атмосфералық ылғалды ауаны
сормайды және ортаға SO2 шығарылмайды. Қысымдауыш корпуспен өткізуші
26
құбыр арқылы жалғанған. Ол құбыр арқылы лабиринттік нығыздауға аз
көлемде газ беріледі. Ол ауаны соруды азайтады. Өткізгіш құбырда монометр
орнатылған, оның көрсеткіштері бойынша осы құбырда краннның ашылуы
реттеледі.
Вал подшипниктері арнайы құбыр майымен үнемі жағылады және
салқындатылады. Ол май қысымдауыш валдан жеткізілетін насос арқылы
беріледі. Жағылытын май өз кезегінде май жинағышта орналастырылған
змиевиктерде айналатын су арқылы суытылады.
Қысымдауыш беретін газ көлемін реттеу үшін сорғыш және
қысымдауыш құбыр өткізгіштерінде
задвижкалар орнатылған.
Қысымдауышты қосқанда абсорбциялық сызығындығы задвижка жабылады
және толу сызығындағы задвижкалар ашылады. Электродвигателдің қалыпты
айналу санына жеткен соң қысымдауыш газдың қажетті көлемін бермейінше
абсорбциялық линиясындағы задвижка біртіндеп ашылады. Газдың жылжуын
одан әрі реттеу абсорбциялық линиясындағы задвижка көмегімен жүзеге
асырылады. Берілісті азайту үшін қысымдауыш линиядағы газдың бір бөлігі
байпас ашылатын клапаны арқылы абсорбциялық құбырына қайтадан түседі.
Қысымдауыштың жұмысын сипаттайтын негізгі шамала - өнімділік,
беріліс (Q) және қысымның құлауы ( Р).
Q ( Р) тәуелділігінің графикалық өрнегі қысымдауыштың қысымдық
сипатамасы деп аталады. Тұрақты және белгілі бір жұмыс дөңгелегінің айналу
санымен (n) жұмыс істейтін әрбір нақты машина үшін қысымдық сипаттама
зауыттық сынақтар негізінде тәжірибелік түрде алынады және техникалық
құжатқа жатқызылады.
1.5 суретте келтірілген диаграмамдан қысымдауыш өнімділігінің
артуымен пайдаланылатын қуаттың артатынын көреміз және алдымен артады,
сонан соң пайдалы әсер коэффициенті төмендейді. Егер жүйенің жалпы
гидравикалық кедергісін төмендетсек, қысымдауыш өнімділігі жоғары болуы
мүмкін.
Пайдаланылатын куат N, кВт
700
600
3
500
400
300
200
100
0
27
1.5 сурет - 3 Р қысымның көтерілуі
2
0,9
0,8
0,7
3200
2 - пайдалы 28екет коэффициенті
1.5 сурет - Қысымдауыштың сипаттамасы
1
3000
2800
1 - пайдаланынатын қуат
2600
500
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
2400
2.2 сурет - Қысымдауыштың сипаттамасы
2200
қысқаша сипаттау
2000З-дағы SO2-нің SO3-ке тотығуы реакциялық құрылғыда
катализаторының төрт көлденең тұрақты қабаты бар және жылу
алмастырғыштарында
жылу
бөлінетін К-39-4 контактілі аппаратында
жүргізі1800ді.
К-39-4 контактілі аппаратының техникалық сипаттамасы:
- өнімділік
1600
- айналу дәрежесі
- газ көлемі
28
305 тс;
6,5 %;
96 %
65 мың м3;
1.4.2 Контактілік аппаратының құрылмасы мен әрекет принципін
ЖМ
ле
- SO2 концентрациясы
- өлшемдері (диаметр, биіктік)
6,8 х 18 м.
Аппараттың корпусы тік цилиндр тәрізді. Төменгі жағы кеңейтілген
(контактілік массасының төменгі қабаттарының гидравликалық кедергісін
азайту үшін) болып келеді. Аппараттың ішкі диаметрі 6 м, жалпы биіктігі 18
м. Контактілік массасы апппарат қабырғаларына бекітілген торларда
орналасқан.
Контактілік массасының бірінші, екінші және төртінші қабаттарынан
кейін газ шығарылған жылуалмастырғыштарды суытады. Жылуалмастырғыш
болат құбырлар жоғарғы және төменгі торлары бар тікболат
цилиндрден
тұрады. Контактілік аппаратынан ыстық газ жылу алмастырғыш құбырлар
бойымен төменгі жақтан құбыраралық кеңістікке түсетін (немесе керісінше)
суық газға қарама-қарсы бағытта жоғардан төменге қарай жүреді.
Катализатордың ең соңғы қабатында араларына тік спираль ажыратқыш
орнатылған екі көлденең пластиналардан тұратын пластикалық жылу
алмастырғыштар орналасады. Суық газ спираль арна бойымен, реакциялық
қоспа пластиналарды біріктіретін патрубка бойымен жоғарыдан төменге
жүреді.
Контактілік түйініне
тазартылған газүрлегіш арқылы
50-60оС
температурада беріледі. Контактілік аппаратында SO2-нің SO3-ке тотығу
процесі былайша жүреді: реакциялық газдың жылуы есебінен
жылуалмастырғышта контактілік массасының жану температурасына дейін
қыздырылған суық күкіртті газ контактілік массасының бірінші қабатынан
өтеді, ол жерде жалпы SO2 салмағының 70 пайызына дейін тотығады.
Процесс реакцияның ең жоғарғы жылдамдығы сәйкес келетін
оптималды температураға жеткенше адиабатикалық түрде (жылу бөлместен)
жүреді. Реакция жылу бөлу есебінен бірінші қабатағы температура 580оС-ге
дейін көтеріледі. Әсер бермеген SO2 жоғары жылдамдықта әрі қарай тотығуы
үшін газ температурасын төмендету керек. Ол үшін жылу алмастырғышта
тотығу процесінің температурасы оптималды температураға жақын
болатындай етіп жылу бөлу керек. Газ суытылғаннан кейін контактілік
массасының екінші қабатына келеді. Ол жерде SO2 тотығуы жалғасады.
Мұнда температура қайта көтеріледі. Сол себепті газды оптималды
температураға дейін суыту керек. Әрбір келесі қабат тотығы дәрежесі
жоғарылайды. Оптималды температуралық режимін ұстау үшін жылу
алмастырғышқа түсетін бастапқы газ мөлшерін реттейтін задвижкалары бар
байпас газ өткізгіштер қолданады.
Ванадий катализаторындағы контактілік аппаратында SO2 тотығу
процесі катализатордың жану температурасына жеткенде, уақыт бойынша өз
бетінмен (автотермиялық), яғни, реакцияның өз жылуы есебінен жүреді. Ал,
өндірістік жағдайларда реакцияның экзотермиялылығы SO2-нің SO3-ке
тотығуының экзотермиялық реакциясы нәтижесінде бөлінген жылуалмасу
арқылы газды жылыту үшін және қоршаған ортаға шыққан жылуды қайтару
үшін жеткілікті болған жағдайда алынады. Әрбір контактілік аппараты белгілі
бір орнықтылыққа
ие, яғни,
мәндердің анықталған арағында
кіріс
29
параметрлері өзгергенде тұрақты күйді сақтау мүмкіндігі бар. Аралық
жылуалмасу катализаторының бір жоғарғы қабатындағы орнықтылық шарты
келесі түрге ие:
dt k
dt u
1
1
A
мұндағы
dt k
dt u
- кіріс температурасы 1оС-ге өзгергендегі қабаттың
шығысындағы температураның қаншалықты өзгергенін
катализатор қабатының параметрлік сезімталдығы;
А - аралық жылуалмастырғыштың параметрі.
көрсететін
A
t1k t2 н
t1k t1н
.
1.5 Контактілік бөлімінің материалдық балансын есептеу
Контактілік бөліміне құрамы 4,5 % SO2, 16 % O2, 79,5 % N2 SO2
болатын 49500 м3 газ келеді.
Бастапқы газдағы күкіртті ангидриттің мөлшері:
- көлемі бойынша
- салмағы бойынша
Бастапқы газдағы оттегінің мөлшері:
- көлемі бойынша
- салмағы бойынша
Бастапқы газдағы азот мөлшері:
- көлемі бойынша
- салмағы бойынша
49500 х 0,045 = 2228 м3;
(2228 х 64) 22,4 = 6365,7 кг.
49500 х 0,16 = 7920 м3;
(7920 х 32) 22,4 = 11314 кг.
49500 - (2228 + 7920) = 39352 м3;
(7920 х 28) 22,4 = 11314 кг.
Контактілік бөліміне келетін газдың құрамын 2 кестеде көрсетейік.
Контактілік пайызын ескерсек (0,96), контактілік аппаратының шығысында
келесідей газ құрамын аламыз.
Контактілік аппаратында түзілетін күкіртті ангидрид мөлшері:
(6 366 х 0,96 х 80) 64 = 7 638 кг немесе 2 139 м3.
SO2 тотығуы үшін оттегі шығыны келесідей:
(6 366 х 0,96 х 0,5 х 32) 64 = 1528 кг.
30
2 кесте
Газ құрамында мыналар қалады:
O2 11314 - 1528 = 9786 кг немесе 6850 м3
N2 6 366 х 0,04 = 255 кг немесе 89 м3
Контактілік бөлімінен шығатын газ құрамын келесі кестеге енгізейік.
3 кесте - Контактілі бөлімнің газ құрамы
4 кесте - Контактілік бөлімінің материалдық балансы
1.5 Жылулық балансын есептеу
Жылудың келуі:
Газбен келетін жылу
Q1 tbk Qso2 Qo2 QN2 (2228 0,42 7920 0,32 39352 0,31)
= 50 15669 783450Кккал г
мұндағы 0,42; 0,32; 0,31 - бір ккалм3 грд үшін 50оС температурадағы
SO2, O2, N2-нің жылу сыйымдылықтары.
SO2-нің SO3-ке тотығу реакциясының жылуы:
Q2
2139 22400
22,4
2139000ккал г
31 Газдың құрамы
көлемі бойынша
салмағы бойынша
Газдың құрамы
3
м
%
кг.
%
SO3
2 139
4,4
7 638
11,1
SO2
89
0,2
9 786
0,3
O2
6 850
14,1
225
15
N2
39 352
81,3
49 190
73,6
Барлығы
48 430
100
66 870
100
Газдың құрамы
көлемі бойынша
салмағы бойынша
Газдың құрамы
3
м
%
кг.
%
SO2
2 228
4,5
6 366
9,5
O2
7 920
16
11 314
17
N2
39 352
79,5
49 180
73,5
Барлығы
49 500
100
66 870
100
Газдар
Кірісі, кгг
Шығыны, кгг
SO2
6 366
225
O2
11 314
9 786
N2
49 190
49 180
SO3
-
7 638
Барлығы
66 870
66 70
мұндағы 22400 - ккалкг моль реакциясының жылуы.
Жылудың жалпы келуі:
Q3 = 783450 + 2 139000 = 2 922450 ккалг
Жылу шығыны:
- контактілік бөлімінен газдар әкететін жылу:
Q3 150((2139 89) 0,43 6850 0,32 39352 0,31) 150 15349 2302368 ккалг
- контактілік түйініндегі жылу шығыны:
Q4 =2922450-2302368=620012 ккалг
5 кесте - Жылулық баланс деректері
2 Арнайы бөлім
2.1 Технологиялық ішкешеннің басқару объектісі ретіндегі
сипаттамасы
Контактілік процестерінің мақсаты - күкіртті ангидриттің процестердің
жеке сипаттамалары және материалдық ағындар бойынша байланыс
жағдайларымен туындаған процесті енгізудің мүмкін болатын аймақтарын
сақтай отырып, серныйға тотығудың ең жоғары дәрежесіне жету.
Газ тотығуына әсер ету процесі бойында бірінші қабаттың кірісіне және
бірінші, екінші қабаттан кейін жылуалмастырғышқа суық газды байпастау
жолымен жүзеге асырылады. Аппарат арқылы газ шығындарын өзгерту және
жүктеуіш қыздырғыштарда газдар қыздырылады.
Контактілік аппараты жұмысының негізгі көрсеткіші - тотығу дәрежесі
және SO2 тотығу мөлшері бойынша өнімділік.
Технологиялық процестің жүру барысын анықтайтын факторлар
тотығуға кіретін газдар құрамы, аппаратқа жүктеме, қабаттардың кірістері мен
шығыстарындағы температуралар, контактілік массасының белсенділігі,
гидродинамикалық режім.
Технологиялық процесс және тарамдалу жүйесінің айнымалылары
былайша жіктеледі:
- басқарушы;
32 Кіріс
Шығыс
Кіріс статьялары
Саны, ккалг
Шығыс статьялары
Саны, ккалг
Газдармен келетін
783450
Газдармен кететін
2302368
Жылу реакциялары
2139000
Жылу шығындары
620012
Барлығы
2922450
2922450
- басқарылатын;
- басқарылмайтын, қадағаланбайтын.
Басқарушы айнымалылар:
- БА арқылы Q газының шығындары;
- тотығу дәрежесі ε.
Басқарылатын айнымалылар:
- С so2 газындағы SO2 концентрациясы;
- БА i-ші i 1,4 қабатының шығыс температурасы - Tк i ;
- БА i-ші қабатындағы қысымның төмендеуі - Pi ;
- m-ші қысымдауыштың қысымның төмендеуі Pm ;
so
Басқарылмайтын, қадағаланбайтын айнымалылар:
- газдағы оттегінің концентрациясы - С o2 ;
- катализатордың ескіруі - y.
1-ші суреттегі айнымалыларға сипаттама:
мұндағы х - кіріс айнымалыларының векторы;
- ауытқу әсерлерінің векторы;
U - басқарушы әсерлердің векторы.
1 сурет - Таратушы ішкешен
Басқару нысандарының келесі ерекшеліктерін атап өтуге болады.
Басқару нысаны көпөлшемді болып табылады, яғни, ол өзара
33
- БА i-ші 4,1 i қабатына кіріс температурасы - iНT ;
- БА шығысындағы SO3 концентрациясы 3С .
байланысқан факторлар: кіріс, режімдік, жұлдыз параметрлері көпмөлшерімен
сипаталады. Кіріс координаталарына газдық ағынның мөлшерлік және
сапалық сипатамалары жатқызылуы мүмкін. Режімдік айнымалылар
контактілік аппаратында және қысымдауышта физикалық процестер жүретін
жағдайларды анықтайды. Тотыққан газдың сапалық және мөлшерлік
көрсеткіштер шығыс параметрлері болып табылады.
Басқару нысаны контактілік аппаратында жүретін технологиялық
процестің көпсатылылығымен сипаталады.
Басқару нысаны катализатордың ескіруі және газ тотығуына түсетін
сипаттамалардың өзгеруінен туындайтын кездейсоқ ауытқулар арқылы пайда
болған қадағаланбайтын, басқарылмайтын ауытқулар әсеріне шалынады, бұл
басқару нысанының орнықсыздығын анықтайды.
Басқару нысанының технологиялық режімі парамертлердің биіктік
бойынша тарамдалуын сипаттайды, яғни басқару аппаратының әрбір қабатына
жеке параметрлер сәйкес келеді.
Басқару нысанының біркелкі еместігімен және периодтылығымен
сипатталатын металлургиялық қайта балқыту жұмысына тәуелді болады.
2.2 Бақылау және реттеу жүйесінің қысқаша сипатамасы
Қазіргі кезде контактілік бөлімінің технологиялық процесін басқару
практикасы барлық күкірт қышқылы өндірісі сияқты келесіге әкеледі.
Тәжірибелер мен
шаралар негізінде ішкешендерді
басқару бойынша
технологтар нақты өндірістік жағдайлар қажетті кондициялық көрсеткіштері
бар өнімдерді шығару бойынша жоспарлық талаптарды ескеріп, процестердің
бөлшектік технологиялық режімдерін таңдайды.
Таңдалған режім автоматты реттеу және қолдан басқарудың реттейтін
органдарының жергілікті жүйелері көмегімен бөліктеп жүзеге асырылады.
Технолгиялық процестің кейбір айнымалыларына байланысты қызмет
ететін персоналға берілген режімді сақтау мақсатымен түрлі ауытқуларды
болдырмай, технологиялық операцияларға белсенді әсер ету керек болады.
Күкірт қышқылын өндіру бойынша ЖМЗ-дағы технологиялық
процестерді бақылау және реттеу жүйесі Гидроцветмет және Уралпрохим
интституттарының автоматандыру бөлімдерінің жобаларына сәйкес
орындалған.
Шлюберже фирмасының ДЭЕМ негізіндегі автоматтандыру
температураны және контактілік аппаратарының әрбір қабатына дейін және
кейін, қысымдауышқа дейін және кейін, жылуалмастырғыштың құбырлы
кеңістігінің кірісі мен шығысындағы газ қысымын, газ шығындарын және
онда SO2-нің контактілік аппараттары бойында және газ өткізгіштің кейбір
нүктелерінде болуын қадағалайды.
Қысымдауыштар үшін подшипниктер және берілетін кернеу мен
тоқтың электрқозғауыштары орамдарының сигнализациясы мен бақылауы
қарастырылған.
34
Автоматтандыру жобасында суық ауаның байпасының дроссильдеріне
әсер ету арқылы контактілік аппаратының барлық төртқабатына түсетін газ
температурасын автоматты түрде реттеу қарастырылған. Қазіргі кезде
контактілік аппаратының
кірісінде (бірінші қабаттың алдында) газ
температурасын реттеу жүзеге асырылған, ал, барлық қалған параметрлері
ЦПУ, СХУ орындарына орнатылған құралдар көрсеткіштері бойынша ғана
бақыланады. ДЭЕМ-ге газ шығындары және SO2 концентрациясы жайлы
ақпарат беріледі.
2.3 Тарамдалған ішкешеніннің басқару мәселесінің құрылымын
анықтау
Мақсаттарды құрылымдандыру және есептердің құрамын, олардың
арасындағы байланыс сипаттарын таңдауға байланысты басқару мәселерін
құрылымдандыру сатысы ТПАБЖ жүйетехникалық талдауының негізгі және
маңызды сұрақтарының бірі болып табылады.
Бұл сатының мәселесінің табысты шешімінің басқару жүйесінің үлестік
құрылымын таңдауды және оның элементтерінің оптималды әрекеттестігін
қамтамасыз етеді.
Басқару мәселерін құрылымдандыруды тарамдалған ішкешен арқылы
шешу үшін әдебиетте ұсынылған келесі сатылардан тұратын келісті
қолданамыз:
- ішкешен арқылы басқарудың ауқымды мақсаттарын таңдау;
- басқару жүйесінің алғашқы құрылымын қалыптастыру;
- басқару нысанның құрылымын талдау және бөліп көрсету;
- басқару мақсаттарын құрылымдандыру;
- критерийлерді таңдау және басқару мәселелерін деңгейлер бойынша
математикалық қойылымдандыру.
Металлургиялық өндірістің күкіртті газдардың
шығындауы осы
технологиялық ішкешеннің жұмысын анықтайтын негізгі техника-
экономикалық көрсеткіштер болып табылады. Сол себепті, ішкешенмен
басқарудың ауқымды мақсаты - толығымен қолданылатын металлургиялық
газдарды таратудың оптималды режімін анықтау және жүзеге асыру.
Жоғарыда айтылған технологияның, практикада қалыптасқан газ
жолдарын басқару және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
8
9
10
АҢДАТПА
Дипломдыќ жоба мыс өндірісінде күкірт қышқылын автоматтандыру
жүйесін жобалауға арналған. Дипломдық жоба технологиялық, арнайы,
өміртіршілік қауіпсіздігі және техника-экономикалық бөлімдерден тұрады.
Технологиялық бөлімде күкірт қышқылын өндіру технологиясы,
контактілік аппаратының әрекет принципі қарастырылған. Бұл бөлімде
материалдық және жылу баланстарының есептелінуі берілген. Арнайы
бөлімде технологиялық ішкешеннің басқару нысаны, математикалық моделі,
тиімді басқару есебінің математикалық қойылымдары, техникалық құралдар-
мен, ақпараттық бағдарламамен қамтамасыз етілуі қарастырылған.
Техника-экономикалық бөлімде автоматтандыру жүйесінің өндіріске
енгізілуінің экономикалық тиімділігі мен өтеу мерзімі есептелінеді.
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде қоршаған ортаны қорғау және
қауіпсіздік техникасы бойынша мәселелер қарастырылған.
АННОТАЦИЯ
В дипломном проекте расмотрены вопросы автоматизации серной
кислоты и состоит из технологической части, специальной части, разделов
охраны труда и экономической части.
В технологической части расмотрен процесс обработки серной кислоты
и расмотрен материальный и тепловой баланс. В специальной части проекта
разработана математическая модель, а также математическая постановка
выгодного управления. Предусмотрены технические средства и программное
обеспечение.
В экономической части рассчитана экономическая производительность
видимой системы автаматизации и рассчитан срок окупаемости.
В разделе охраны труда разработан ряд вопросов по технике
безопасности.
11
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..7
1 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .9
Жезқазған мыс зауытында күкірт қышқылын өндіруге арналған
шикізаты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..9
1.1 Шығарылатын газдардан күкірт қышқылын өндіру технологиясы ... ... ... ...9
1.2.1 Жуу бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..9
1.2.2 Құрғату бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .10
1.2.3 Контактілі-компрессорлы бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... 10
1.2.4 Абсорбциялыќ бөлімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..11
1.3 SO2 каталитикалық тотығу процесінің физика-химиялық
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
1.4 Жабдықдар сипаттмасы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
1.4.1 Қысымдауыш құрылмасы мен әрекет принципін қысқаша
сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...17
1.4.2 Контактілік аппаратының құрылмасы мен әрекет принципін қысқаша
сипаттау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
1.5 Контактілік бөлімінің материалдық балансын есептеу ... ... ... ... ... ... ... 21
1.6 Жылулық балансын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .22
2 АРНАЙЫ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .25
2.1 Технологиялық ішкешеннің басқару нысаны ретінде сипаттамасы ... ... ... 23
2.2 Бақылау және реттеу жүйесінің қысқаша сипатамасы ... ... ... ... ... ... . ... ... .24
2.3Тарамдалған ішкешеніннің басқару мәселесінің құрылымын анықтау ... ...25
2.3.1 Басқару нысанының математикалық сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
2.3.2 Басқару жоспарының математикалық қойылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...30
2.4 Басқару жүйесінің қызмет етуінің жалпы алгоритмі ... ... ... ... ... ... .. ... ... ...31
2.5 Басқару нысанының параметрлік идентификациялау ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
2.6 Контактілік аппарат бойымен жүретін газдарды оптималды тарату
алгоритмі ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...34
2.7 Тікелей сандық басқару (ТСБ) жүйесінің синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..40
2.7.1 ТСБ жүйесінің математикалық сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ...39
2.7.2 Кері байланыстың оптималды коэффициентін таңдау ... ... ... ... ... ...41
2.8 Ақпараттық қамтамасыздандыруы ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..42
2.9 ТПАБЖ техникалық қамтамасыздандыруы ... ... ... ... . ... ... ... ... ... 43
2.9.1 Бағдарламалық қамтамасыздандыруы ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .44
2.9.2 Автоматтандырудың функционалдық сұлбасының сипаттамасы ... ... .46
3 ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .51
ТПАБЖ ендірудің экономикалық тиімділігін негіздеу ... ... ... ... ... ... ... .48
3.1 Автоматтандырылған жүйені құруға жұмсалған шығындарды анықтау...48
3.1.1 Өңдеушілер жалақысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .48
3.2 ТПАБЖ эксплуатациясына жұмсалған шығындар ... ... ... ... ... ... ... ...49
3.2.1 Амортизациялық шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..49
3.2.2 Күнделік жөндеуге жұмсалған шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..50
12
3.2.3 Электр энергиясына жұмсалатын шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ..50
3.2.4 Қызмет көрсетуші персоналдың жалақысына жұмсалатын шығындар..50
3.3 ТПАБЖ экономикалық тиімділігін және өтеу мерзімін есептеу ... ... ... 51
4 ЕҢБЕК ҚОРҒАУ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...57
4.1 Өндірістік зияндар мен қатерлерді талдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ..56
4.2 Қорғаныштық жерлендіруді есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..58
4.3 Желдетуді ұйымдастыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...60
4.5 Өртке қарсы шаралар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .63
ЌОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..68
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .69
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .70
13
14
КІРІСПЕ
Қазіргі кезде шикізатты кешенді түрде өндеу мәселесі - өндеу
өндірісінде маңызды мәселелердің бірі болып табылады. Әсіресе, бұл мәселе
өңделіп, атмосфераға шығарылатын күкіртті газдарды бірегейлендіру
мәселесі маңызды орын алатын көптеген түсті металлургия өндірістеріне тән.
Қазіргі замандағы күкіртті газдарды бірегейлендірудің негізгі әдісі - күкірт
қышқылы өндірісі болып қала береді.
Өндіріс көлемі бойынша күкіртқышқылы химиялық заттар арасында
алғашқы орындардың бірінде тұр. Кез-келген елде оны өндіру көлемі сол
елдің өндірістік даму деңгейінің көрсеткіші ретінде қарастырылады. Күкірт
қышқылы бірталай маңызды өнімдерді алу үшін халық шаруашылығының
көптеген салаларында қолданылады және оған сұраныс үнемі артып отырады.
Сол себепті, күкіртқышқылы өндірісінің қуатын арттыруға көп көңіл бөлінді.
Түсті металлургиядан шығатын газдардан күкірт қышқылын алу күкірт
қышқылы өндірісінің маңызды шикізат қоры болып табылады.
Металлургиялық өндірістен шығатын газдарды өндеу ауа бассейнін
ластанудан қорғау мәселесімен байланысты. Күкірт қышқылы құрылғылары
түсті металлургияларда шығатын күкіртті газды күкірт қышқылына өңдей
отырып, негізгі өндірістің зиянды өндірістік қалдықтарынан атмосфералық
ауаны тазарту үшін қызмет ететін газтазарту құрылғысының функциясын
атқарады. Сондай-ақ, минералды шикізатты толығымен қолдану және
көтеріңкі кешендендіруге байланысты барлық өндірістің экономикалық
жұмыс көрсеткіштері жақсарады.
Металлургиялық газдардан алынатын күкірт қышқылының өз құны
химиялық өндірістің күкірт қышқылы цехтарында алынатын қышқылдың өз
құнынан әлдеқайда төмен. Пирит және күкірттен алғанға қарағанда, түсті
металлургиялық өндірістен шығатын газдардан күкірт қышқылын алу
артықшылығы - мұнда шикізатты алу үшін рудниктердің қажеттілігі тумайды,
көліктер сәйкес жүктемелерден босатылады, соның әсерінен қаржылық
шығындар азаяды. Түсті металлургияның алдындағы мәселелердің бірі -
шығарылатын газдар негізіндегі күкірт қышқылы өндірісін жақсарту.
Күкірт
қышқылы өндірісін жақсартудың маңызды элементі
автоматтандыру болып табылады. Ғылыми-техникалық прогрестің дамуының
негізгі шарты болып табылатын кешендік автоматтандыруға көп көңіл
бөлінді. Бақылау мен реттеу автоматтандыруы мен технологиялық процестер
арқылы автоматтандырылған басқару жүйелерін енгізу еңбек пен құрылғының
өнімділігін арттыруды және оның орнықты жұмыс істеуін, шығарылатын
өнімді арттыру, оның сапасын көтеру, өз құнын төмендетуді, шикізат
шығындарын азайтуды қамтамасыз етті, сондай-ақ, адамдарды өндіріс
процесіне тікелей қатысуынан босатты және химиялық, әсіресе күкірт
қышқылы өндірісінде аса маңызды орын алатын қауіпсіз және зиянсыз еңбек
жағдайларын құру мүмкіндігін береді.
15
Түсті металлургиялық өндірістен шығатын газдардан күкірт қышқылын
алу артықшылығы - оның металлургиялық шектік режиміне тәуелділігі.
Күкірт қышқылы цехына түсетін газдардың көлемі тұрақты емес, SO2
концентрациясы кең ауқымда өзгереді. Күкірт қышқылын алудың
технологиялық режимін орнықты етіп ендіру үшін кіріс айнымалыларының
ауытқулары болмауы керек, өйткені, олар контактілік аппаратының жылу
балансын бұзады, ал, оны қолдан реттеу мүмкін емес, себебі, оптималды
режимнен сәл ғана ауытқу процестің автотермиялығының бұзылуын, яғни,
көп шығындарды тудырады.
Осыған байланысты жұмысты орнықты ету үшін және тиімділікті
көтеру мақсатымен күкірт
қышқылы өндірісін басқарудың
автоматтандырылған жүйесін құру маңызды және қажетті мәселе болып отыр.
Бұл жобада Жезқазған мыс зауытында контактілік және компрессорлық
бөлімде ТПАБЖ құру қарастырылды.
16
1 Технологиялық бөлім
1.1 Жезқазған мыс зауытында күкірт қышқылын өндіруге арналған
шикізаты
Күкірт қышқылын өндіруге арналған шикізат ретінде электрлік
пештерден (SO2 концентрациясымен 3%-ке дейін және 50 мың м3 газ
шығынмен) және конверторлардан (SO2 концентрациясымен 10%-ке дейін
және 60-70 мың м3 газ шығынмен) шығатын шаң ұстау бөліктерде шаңдардан
тазартылған газдар, сондай-ақ, күкірт жағушы құрылғыларда қарапайым
күкіртті жаққанда алынатын газдарды айтады.
Күкірт қышқылы өндірісіне келетін газдардың химиялық құрамы 1
кестеде келтірілген.
1.1 кесте
1.2 Шығарылатын газдардан күкіртқышқылын өндіру
технологиясы
ЖМЗ күкірт қышқылы цехы жуу бөлігінен (ЖБ), құрғату-абсорбциялық,
контактілі-компрессорлы бөлімінен және дайын өнімдер қоймасынан тұрады.
Контактілік әдісімен H2SO4 алу процесі келесідей негізгі амалдардан тұрады:
- тазартушы күкірт қышқылы мұнараларында шаңдарды, мышьяк, фтор
қоспаларын ұстау арқылы газдарды жуу және оларды дымқыл электро
сүзгілерде H2SO4 тұмандарынан тазарту;
- насадкамен толтырылған мұнараларда концентрацияланған күкірт
қышқылы влагасынан газдарды құрғату;
- контактілік аппаратында ванадий катализаторында күкірт диоксидін
триоксидке тотықтыру;
- моногидратты сорғышта SO3-ді жұту (абсорбция).
1.2.1 Жуу бөлімі
Құрғақ электросүзгілерде тазартылған 200-350оС температурадағы газ
кіріс бойынша жуу бөлігіне түседі.
Жуу бөлімінде күкірт қышқылы қалдық шаңдарды, зиянды қоспалардың
(As, F, H2O булары) бөлінуін жою және құнды сыңарларды алу үшін
тазаланатын газға қарағанда температурасы анағұрлым төмен күкірт
қышқылы арқылы өңделеді.
17 Күкірт қышқылы
өндірісі үшін газдар
Химиялық құрамы, %
Күкірт қышқылы
өндірісі үшін газдар
SO2
SO3
O2
N2
H2O
3
шаң гм
Металлургиялық газдар
2-6
0,05-0,1
14
78,2
3,5
0,2
ССУ-дан газдар
11-13
6-9
81
Газды ерекше тазарту - мышьяк және фтор қоспалары үшін қажет. Олар
каталитикалық у бола отырып, катализатор белсенділігін және шығарылатын
қышқылдың сапасын төмендетеді.
Жуу мұнараларында газды жуу жағдайларында температураның
төмендеу кезінде шығарылатын газдардың құрамында мышьяк үштотығы буы
(As2O3) түрінде кездесетін мышьяктың бір бөлігі конденсацияланып, негіз
қышқылында ериді, қалған бөлігі күкірт қышқылы тұманына айналады да,
дымқыл электросүзгілерде бөлінетін газ ағынымен кетеді. Газ құрамында
фторлы сутек және төртфторлы кремний (HF, SiF4) түрінде кездесетін
фтордың пассивтенуі Рашиг сақиналары есебінен болады. Фтор белсенділігі
аз (SiF6)-2 ионына өтеді. Газ құрамында тотық түрінде кездесетін ренийді (Re)
экстрактылық жолмен алу үшін сирек кездесетін металл бөліміне түсетін
формұнараның жуу қоспасына өтеді.
Жуу бөлімінде газды тазарту жеке аппаратурада тізбектей келесі
ұстаным бойынша жүзеге асырылады.
Қалдық шаңның негізгі бөлігі 1-ші формұнарада жойылады. Осы
мұнарада газдан жылудың негізгі бөлігі алынады (газ 200-350оС-ден 50-80оС
температураға дейін төмендейді).
Температураның күрт төмендеуі
нәтижесінде күкірт қышқылы, рений тотығынан және зиянды қоспалардан (F
өте аз көлемде) тұратын тұманның негізгі бөлігі түзіледі. Фтор қоспаларын
толығымен жою үшін газ формұнарадан керамикалық Рашиг сақиналарымен
толтырылған реакторға түседі. Газ реактордан бірінші және екінші жуу
мұнараларына өтеді (2 және 3). Мұнда газ әрі қарай қоспалардан тазартылады,
суытылады да (І - жуғышта 40-60оС-қа дейін, ІІ - жуғышта 30-35оС-қа дейін)
тұманның қосымша бөлігі түзіледі (қышқыл газбен анағұрлым тығыз
байланысуы үшін ІІ жуу мұнарасы ангилиталық Рашиг сақиналарымен
толтырылған). Бұл мұнараларда тұманның аз бөлігі ғана жұтылады. Бірақ
оның негізгі бөлігі бірінші сатылы дымқыл электросүзгілерде ұсталады, сонан
соң газ құрамында тұманның майда тамшылары ғана қалады. Әрі қарай
тазарту мақсатымен бұл тамшылардың өлшемін үлкейту үшін газ
дымқылдатушы мұнараға түседі. Бұл жерде ол қосымша суытылады, ал, тұман
судың буларын жұту есебінен үлкейеді. Тұманның үлкен тамшылары екінші
сатылы дымқыл электросүзгілерде жеңіл тұнады.
Күкірт қышқылы тазартылғаннан кейін формұнарадан және І жолмен
жуу мұнарасынан ағып келіп, кейіннен РМУ-да айдалатын шкамды тұндыру
үшін тұндырғышқа түседі. Қышқылдың ағартылған ерітіндісі жинағышқа
беріледі, сонан соң айналмалы насостар көмегімен тазарту тоңазытқыштарына
өтіп, қайтадан тазаруға бағытталады. Екінші дымқылдаушы мұнарада
тұндырғыштар жоқ. Бірінші және екінші сатыға электросүзгілердегі конденсат
екінші жуу және дымқылдау мұнарасын тазартатын қышқылға біріктіріледі.
Шаңнан және тұманнан тазартылған, бірақ дымқыл газ кептірілуге
жіберіледі.
18
1.2.2 Құрғату бөлімі
Күкірт қышқылын құрғатудың технологиялық әдісі су буларын
қарқынды жұтқыш күшті күкірт қышқылы қасиеттеріне негізделген. Құрғату
кептіргіш мұнараларда екі сатыда жүзеге асырылады. Ол мұнараларда газ
концентрациясы 93-93,5 % тазартылушы күкірт қышқылына қарсы жылжып,
осы мұнараның қондырушыларының бетінде беттеседі.
І құрғату мұнарасында газ құрамындағы барлық ылғалдың 90 пайызы
жұтылады. Сонан соң, газ ІІ құрғату мұнарасына өтеді. Тазартылатын қышқыл
мұнараның төменгі жағына жиналып, өз бетімен жинағышқа түседі. Онан
кейін қышқыл тоңазытқыштары арқылы насостар көмегімен тазартылуға
жіберіледі. H2SO4 тұрақты концентрациясын сақтау үшін оны моногидратты
сорғыш циклындағы 98,3 % концентрациялы моногидратпен біріктіреді. Газ
мұнарада кептірілгеннен кейін қондырғы типті бүркінұстағышқа бағытталады.
Қышқыл бүркіндері бүркінұстағышта тұнып, өзбетінше қышқылөткізгіш
бойынша ІІ кептіргіш мұнарасының жинағышына түседі. Бүркінұстағыштан
кейін газ сығу бөлімі алдындағы жалпы коллекторға өтеді.
1.2.3 Контактілі-компрессорлы бөлімі
Барлық жүйе бойынша газды тасымалдау үшін компрессорлы бөлімінде
65000 нм3сағ өнімділікке ие Н-1050-12-1 - типті жеті газ айдағыш құбырлар
орналастырылған. Олардың төртеуі жұмыс істейді, үшеуі қосарда болады.
Жеті газ айдағыш түтіктің 630 кВт қуатты асинхронды қозғалтқышы бар және
ол абсорбциялық-қысымдау ұстанымы бойынша жұмыс істейді (контактілік
аппараттары және абсорбциялық бөлімі сығылған, газ жолының қалған бөлігі
сиретілген). Компрессорлы бөлімінен кейін 50-60оС температуралы газ
контактілік аппаратының алдындағы жалпы коллекторға беріледі.
Контактілік бөлімінде 5 төртқабатты контактілік аппараттары
орналастырылған, олардың өнімділігі 305 ттәул (100 % қайта санауда H2SO4).
Контактілік аппараттарында екі сыртқы, екі шығарылған және бір ішіне
ендірілген жылуалмастырғыштары бар. Газ жүктемесі 35-50 мың м3г. Жоба
бойынша БА алдындағы SO2 құрамы - 6 %, ал, практикада мысеріткіш
өндірістің жұмыс режіміне байланысты маңызды мәнге ауытқиды.
Контактілік әдісімен H2SO4 өндірісінде католизатор ретінде
байланысушы ванадий массасы БАВ (барий- сульфид- ванадий)
қолданылады. Оның құрамында V2O5 - 7,5 % және жану температурасы 423оС.
Контактілік коэффициент жоғары дәрежесін алу үшін әрбір қабаттан
кейін газды 440-450оС температураға дейін суыту керек. Жалпы
о
қышқыл бүркінділері тұнады және І сыртқы жылу алмастырғыш (ЖА)
түтікаралық кеңістігіне беріледі. Жылу алмастырғышта 210оС-ге дейін
қыздырылып, сыртқы ЖА түтікаралық кеңістігіне (2) өтеді. Ол жерде газ
370оС-ге дейін қыздырылып, 2 қабаттан кейін шығарылған ЖА-ға беріледі.
19коллектордағы газ (50-60 С) майбөлгішке бағытталады. Ол жерде май мен
Онда 400оС-ге дейін қыздырылып, 1 қабаттан кейін шығарылған ЖА-ға
келеді. Сонан соң 440-460оС температуралы газ БА-ның бірінші қабатына
бағытталады. Ол жерде SO2 SO3-ке тотығып, сондай-ақ, оның температурасы
520-580оС-ге дейін көтеріледі. Бірінші қабатта SO2 70 %-ға дейін тотығады. 1
қабаттан кейін газ шығарылған жылуалмастырғыштың түтік кеңістігіне
бағытталады. Онда 440-460оC-ге дейін суытылып, 2 қабатқа беріледі. Жылу
алмастырғыштың түтік кеңістігіне газ 440оС-ге дейін суытылып, 3 қабатқа
беріледі. Тотығу нәтижесінде температура қайта көтеріліп, 470оС-ге дейін
жетеді. Суыту ішіне ендірілген ЖА-да 430оС-ге жетеді. Сонан соң 4 қабатқа
беріледі. Контактілік пайызы 96-97 %-ды құрайды.
Төртінші қабаттан соң, газ (430-440оС) сыртқы ЖА (250-320оС) түтік
кеңістігінің (2) төменгі жағына, содан кейін сыртқы ЖА (120-150оС) жоғарғы
бөлігіне (1) бағытталады да, әрі қарай соруға жіберіледі.
Контактілік аппараттарын жүктеу және қыздыру үшін 3 жүктеуші
қыздырғыштар орнатылған. Ол ЖА оттығынан, жүктеуші қысымдауыштан
және бусорғыштан тұрады. Жүктеуші қыздырғыштар оттығы мазутты жағу
үшін арналған. Түзілетін оттық газдары (660-650оС) ЖА түтік кеңістігіне
бағытталады және түтін түтігіне шығарылады. Контактілік аппаратын жүктеу
немесе тоқтату үшін күкіртті газ немесе ауа ЖА түтік аралық кеңістігіне
түседі. Түтін газдары есебінен 440-460оС температураға дейін қыздырылады,
сонан соң, контактілік аппаратына түседі.
1.2.4 Абсорбциялық бөлімі
Контактілік аппаратынан соң, SO3 және SO2 аз көлемінен тұратын газ
абсорбциялық бөліміне түседі. Онда SO3 моногидратты сорғышта H2SO4
моногидратымен 98,3 %-ға дейін жұтылады.
Газ мұнараның төменгі жағындағы газ қорабына өтеді. Насос арқылы
қышқыл қысымды бакқа беріледі. Ол жерден сорғыштың барлық қимасы
бойынша таралады. H2SO4 тазартылғаннан кейін мұнараның төменгі жағында
жиналады да, өз бетінше жинағышқа беріледі. Сонан соң, тоңазытқыштар
арқылы насос көмегімен қайтадан тазартылуға жіберіледі. Құрамында азғана
SO2 және SO3 бар, сондай-ақ, бүркінді қышқылдан тұратын өңделген газ
қоспасы сорғыштан шығып, артқы бүркінді ұстағышқа бағыттылады. Сонан
соң, металлургиялық цехтың құбырана шығарылады.
Бүркінді
ұстағыштағы конденсат моногидратты
сорғыштың
жинағышына ағып келеді. Онда H2SO4 (98,3 %) тұрақты концентрациясын
ұстау үшін, бірінші құрғату мұнарасы циклінен қышқыл беріледі. Сорғышты
тазарту циклінде түзілетін қышқылдың артық бөлігі кептіргіш мұнараның І
және ІІ жинағыштарына шығарылады. H2SO4 (98,3 %) моногидраты бірінші
құрғату мұнарасының циклінен қоймаға түседі.
20
1.3
негіздері
SO2 каталитикалық тотығу процесінің физика-химиялық
Контактілік әдісімен күкірт қышқылын өндіруде SO2 тотығуы төмендегі
реакция бойынша катализатор қатысуы арқылы жүреді.
SO2+12 O2 SO3+Q
Ол үшін газ тұрақты күйдегі катализатормен әсерлеседі. Ванадий
катализаторының каталитикалық белсенділігі жоғары. Ол катализатор калий
немесе натрий пиросульфатты V2O5 ванадий бестотығының қоспасы -
белсенді зат қойылған ұсақ саңылаулы қатты жинақтағыш.
Тотығу реакциясының механизмі катализатор жұмысы кезінде белсенді
сыңар жинақтағыштың беті бойынша біркелкі таралып, ерігіш күйде
болатынын көрсетеді. Сонымен қатар, ол сорғыш катализатор ретінде жұмыс
істеп, SO2-нің SO3-ке тотығу процесінде белсенді сыңардың ішкі қабатында
жүреді. Процестің сұлбасы келесідей қалыптастырылуы мүмкін. Күкіртті газ
газ қоспасында бесвалентті ванадийді төртвалентті етіп қалпына келтіреді, ал,
газ қоспасындағы оттегі төрттотықты бестотыққа дейін тотықтырады:
2V5++O2++ SO2 2V4++ SO3,
12 O2+2V4+ 2V5++O2-.
Бірінші кезең жылдам өтеді, ал, екінші кезең барлық процестің
жылдамдығын анықтауы есебінен жай жүреді. SO2 тотығу реакциясы
экзотермиялық болады. 400-700оС аралығында оның жылу эффектісі
жеткілікті дәлдікпен мына формула бойынша есептеліп шығарылуы мүмкін:
Q=24205-221T (ккалмоль)
мұндағы Т - температура, К.
SO2-нің SO3-ке тотығу реакциясы қайтымды болады. Массалардың
әрекеттесу заңына сәйкес, бұл реакцияның тепе-теңдік тұрақтысы келесі
теңдеумен сипатталады.
K p
РSO3
PSO2 P20,5
мұндағы PSO3 , PSO2 , PO2 - SO3, SO2, O2 үшін тепе-тең үлестік қысымдар, Па.
Kp тепе-теңдік тұрақтысының температураға тәуелділігі келесі теңдікпен
анықталады:
21
d lg K p Q p
dT RT 2
мұндағы R - универсал газ тұрақтысы, оның мәні - 8,3 ДжоС моль.
400-700оС аралығындағы Kp мәні келесі теңдеуден табылады:
lg K p
5074,81
Т
4,81
немесе нақтырақ
lg K p 4812,2T 1 2,825 lg T 2,284 10 3T 7,012 10 7 T 2 1,197 10 10T 3 2,23
Жоғарыдағы теңдеулерден температураның өсуінен тепе-теңдік
тұрақтысының шамасы кемитінін көреміз. Тотыққан SO2 мөлшерінің оның
бастапқы газ қоспасына қатынасы айналу дәрежесі немесе тотығу дәрежесі
деп аталады. Нақты жағдайларда (температурада және сыңарларға әсер ететін
бастапқы концентрацияларда) ең жоғарғы айналу дәрежесі тепе-теңдік
жағдайларда алынады және айналудың тепе-тең дәрежесі деп аталады.
Катализаторда алынатын SO2 айналу дәрежесі катализатордың белсенділігіне,
газ құрамына, температураға және т.б. тәуелді болады. Осы құрамдағы газ
үшін айналудың тепе-тең дәрежесі келесі теңдеумен өрнектеледі:
Х p
РSO3
PSO2 PSO2
немесе тепе-теңдік тұрақтысының теңдеуін есепке алғанда:
X P
K P
K P
1
PO2
Егер оттегінің тепе-тең үлестік қысымын күкірт қостотығы және
оттегінің бастапқы концентрациялары арқылы өрнектесек:
PO2
P(в 0,5aX P )
100 0,5aX P
Онда XP-ді анықтау үшін теңдеу келесі түрге ие болады:
22
X P
K P
K P
100 0,5aX P
P(в 0,5aX P )
мұндағы Р - газдың жалпы қысымы, Па;
а және в - бастапқы қоспадағы SO2 мен SO3-тің сәйкесінше
бастапқы концентрациялары, % (көлем).
Бұл теңдеу бойынша айналудың тепе-тең дәрежесін анықтау тізбектік
жақындатулар әдісі арқылы жүзеге асырылады. Теңдеудің оң жағына Хр
күтілетін мәндерін қойып, есептеулерді жүргіземіз. Егер табылған мән алдын-
ала қабылданған мәндерден ерекшеленсе, онда есептеулер қайталанады.
Температураның төмендеуіне байланысты Хр мәні артады. Тепе-тең Хр
және нақты Хф айналу дәрежесінің температураға тәуелділігі 1.1 суретте
көрсетілген.
Практикада газ құрамының Хр мәніне әсері газдағы оттегі мен SO2
қатынастары арқылы көрінеді: яғни, ол жоғары болған сайын, соғұрлым
айналу дәрежесі жоғары. Өндірістік жағдайларда SO2 тотығу жылдамдығы
маңызды мәнге ие. Бұл реакцияның жылдамдығына уақыт бірлігінде
катализатордың бір массасына тотығатын күкірт диоксиді мөлшері тәуелді
болады, осыдан катализатор шығыны, контактілік аппаратының мөлшері және
процестің басқа да техника-экономикалық көрсеткіштері тәуелді болады.
Ванадий катализаторында (қозғалыссыз қабатта) SO2-нің SO3-ке тотығу
процесінің жылдамдығы келесі теңдеумен өрнектеледі:
dx
d
x 2
в (ах 2)
1 (ах 2)
мұндағы х - айналу дәрежесі;
- контактілік уақыты; с;
к - реакцияның жылдамдығының тұрақтысы;
а - SO2 бастапқы концентрациясы;
в - оттегінің бастапқы концентрациясы;
Р - жалпы қысым, Па.
SO2 тотығу реакциясы жылдамдығының температурадан тәуелділігін
толық зерттеу, оның әсерінің қарама-қайшы екендігін көрсетті. Белгілі бір
уақытқа дейін температураның өсуіне байланысты реакция жылдамдығы
артты, сонан соң төмендеді. Реакция жылдамдығы теңдеуінен алынған х
айналу дәрежесі төмен болған сайын, SO2 тотығу реакциясының
жылдамдығының жоғары болатындығын көріп отырмыз. Сол себепті, әрбір х
23kP 1 x
a 1 0,2x
PK p2 (1 x) 2
мәні үшін реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі ең жоғары
мәнге ие болатын сәйкес қисықпен өрнектеледі. Бұл ең жоғарғы мән
реакцияның ең жоғары жылдамдығы алынатын температураға сәйкес келеді.
Мұндай қисықтар тобы 1.3 суретте көрсетілген. Әртүрлі айналу дәрежелері
үшін реакцияның ең жоғары жылдамдықтарына сәйкес келетін нүктелер, яғни,
оптималды температуралармен барлық аралық айналу дәрежелері үшін
процесті енгізудің оптималды жағдайларын анықтауға болатын АА
қисығымен қосылған. ВВ және СЕ сызықтары реакция жылдамдығы 0,8-ден
кем болмайтын шектерінде температураның мүмкін болатын толқулары
аймағын шектейді. Бұл аймақ процесті жүргізудің практикалық зонасы деп
аталады.
Дегенмен, реакция жылдымдығы температура және айналу дәрежесіне
ғана емес, сондай-ақ, газ қоспасының құрамына да тәуелді. Сол себепті
газдың түрлі құрамында тотығудың бір деңгейі үшін
оптималды
температуралары әртүрлі.
Осылайша, күкіртті ангидрид тотығу процесі үшін тұрақты оптималды
температура болмайды.
Тотығу практикасында айналу дәрежесінің өсуі бойынша АА сызығына
сәйкес,
температураның төмендеуіне байланысты бірнеше кезеңдер
жүргізіледі.
SO2-нің көп бөлігі контактілік аппаратының бірінші қабатында
тотығады. Бұл қабатта ең жоғарғы орта температура алынады (1.2 суретке
қара). Катализатордың келесі қабаттарындағы газ қоспасының әрі қарай
тотығуы SO2-нің SO3-ке айналуының ең тереңіне жететіндей және өнім көп
шығатындай етіп жүргізіледі.
Көрсетілген айналуларды жүзеге асыру үшін катализатордың қажетті
көлемін келесі формула бойынша есептейді:
Vk cV2
мұндағы Vk - катализатор көлемі, м3;
с - қор коэффициенті;
V2 - катализатор арқылы өтетін газ көлемі, м3c;
- катализатор мен газдың әсерлесуінің шартты уақыты, с.
Әсерлесудің шартты уақыты мына теңдеуден анықтылады:
dx
d
( X ,T ) ,
немесе
24
X K
( X ,T )
мұндағы Хn, Xk - бастапқы және соңғы айналу дәрежелері;
(X,T) реакция жылдамдығы теңдеуінен анықталады.
120
100
80
60
40
20
0
Xф
Xp
400
440
480
520
560
600
640
t,C
1.1 сурет - Түрлену дәрежесінің температураға тәуелділігі
Хр
Xф
Xp
t,C
1.2 сурет - Түрлену дәрежесі мен температураның өзгеруі
25Xp
dx
X n
620
580
540
500
460
420
380
70
75
80
85
90
95
1.3 сурет - Газдың әртүрлі құрамында SO2 айналу дәрежесінің оптималды
температураға тәуелділігі
1.4 Жабдықтар сипаттамасы
1.4.1 Қысымдауыш құрылмасы мен әрекет принципін қысқаша
сипаттау
ЖМЗ-ға газды жылжыту үшін 64800 м3сағ өнімділікке ие Э-1050-13-4
типті қысымдауыштар орнатылған. Қысымдауышқа түсетін газ суытылған
және коррозия тудыратын, сондай-ақ, қысымдауыш жұмысын бұзатын
қоспалардан тазартылған.
Э-1050-13-4 типті қысымдауышының техникалық сипаттамасы (газ
тығыздығы ρ = 1,4 кгм3, кірісіндегі сиретілген қысымы 4,9 кПа):
а) көлем бойынша өнімділік
б) жалпы қысым
в) электроқозғалтқыш қуаты
г) қысымдауыш валдың айналу жиілігі
д) кірістегі газдың температурасы
е) өлшемдері: іргетастың ұзындығы
ж) іргетастың ені
1680 м3мин;
2800 мм.су ст.;
630 кВт;
2975 айнмин;
50оС;
5000 мм;
3000 мм.
Қысымдауышты электроқозғалтқыш айналдырады. Ротордың айналу
бағыты сағат тіліне қарсы болады.
Қысымдауыштың болат корпусның ішінен подшипниктерге орнатылған
болат вал өтеді. Оған жұмыс дөңгелегі отырғызылған. Газ cорғыш құбыр
бойынша қысымдауыштың абсорбциялық камерасына (кіріс құбырына)
келеді, сонан соң жұмыс дөңгелегі қалақшалармен түзілген арналар бойынша
айналмалы жұмыс дөңлегінің ортасына түсіп сығылады да, газ ағынын жинау
үшін және оны қысымдауыш құбырғы әкелу үшін корпусқа бағыттылады.
Лабиринттік нығыздау есебінен қысымдауыш атмосфералық ылғалды ауаны
сормайды және ортаға SO2 шығарылмайды. Қысымдауыш корпуспен өткізуші
26
құбыр арқылы жалғанған. Ол құбыр арқылы лабиринттік нығыздауға аз
көлемде газ беріледі. Ол ауаны соруды азайтады. Өткізгіш құбырда монометр
орнатылған, оның көрсеткіштері бойынша осы құбырда краннның ашылуы
реттеледі.
Вал подшипниктері арнайы құбыр майымен үнемі жағылады және
салқындатылады. Ол май қысымдауыш валдан жеткізілетін насос арқылы
беріледі. Жағылытын май өз кезегінде май жинағышта орналастырылған
змиевиктерде айналатын су арқылы суытылады.
Қысымдауыш беретін газ көлемін реттеу үшін сорғыш және
қысымдауыш құбыр өткізгіштерінде
задвижкалар орнатылған.
Қысымдауышты қосқанда абсорбциялық сызығындығы задвижка жабылады
және толу сызығындағы задвижкалар ашылады. Электродвигателдің қалыпты
айналу санына жеткен соң қысымдауыш газдың қажетті көлемін бермейінше
абсорбциялық линиясындағы задвижка біртіндеп ашылады. Газдың жылжуын
одан әрі реттеу абсорбциялық линиясындағы задвижка көмегімен жүзеге
асырылады. Берілісті азайту үшін қысымдауыш линиядағы газдың бір бөлігі
байпас ашылатын клапаны арқылы абсорбциялық құбырына қайтадан түседі.
Қысымдауыштың жұмысын сипаттайтын негізгі шамала - өнімділік,
беріліс (Q) және қысымның құлауы ( Р).
Q ( Р) тәуелділігінің графикалық өрнегі қысымдауыштың қысымдық
сипатамасы деп аталады. Тұрақты және белгілі бір жұмыс дөңгелегінің айналу
санымен (n) жұмыс істейтін әрбір нақты машина үшін қысымдық сипаттама
зауыттық сынақтар негізінде тәжірибелік түрде алынады және техникалық
құжатқа жатқызылады.
1.5 суретте келтірілген диаграмамдан қысымдауыш өнімділігінің
артуымен пайдаланылатын қуаттың артатынын көреміз және алдымен артады,
сонан соң пайдалы әсер коэффициенті төмендейді. Егер жүйенің жалпы
гидравикалық кедергісін төмендетсек, қысымдауыш өнімділігі жоғары болуы
мүмкін.
Пайдаланылатын куат N, кВт
700
600
3
500
400
300
200
100
0
27
1.5 сурет - 3 Р қысымның көтерілуі
2
0,9
0,8
0,7
3200
2 - пайдалы 28екет коэффициенті
1.5 сурет - Қысымдауыштың сипаттамасы
1
3000
2800
1 - пайдаланынатын қуат
2600
500
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
2400
2.2 сурет - Қысымдауыштың сипаттамасы
2200
қысқаша сипаттау
2000З-дағы SO2-нің SO3-ке тотығуы реакциялық құрылғыда
катализаторының төрт көлденең тұрақты қабаты бар және жылу
алмастырғыштарында
жылу
бөлінетін К-39-4 контактілі аппаратында
жүргізі1800ді.
К-39-4 контактілі аппаратының техникалық сипаттамасы:
- өнімділік
1600
- айналу дәрежесі
- газ көлемі
28
305 тс;
6,5 %;
96 %
65 мың м3;
1.4.2 Контактілік аппаратының құрылмасы мен әрекет принципін
ЖМ
ле
- SO2 концентрациясы
- өлшемдері (диаметр, биіктік)
6,8 х 18 м.
Аппараттың корпусы тік цилиндр тәрізді. Төменгі жағы кеңейтілген
(контактілік массасының төменгі қабаттарының гидравликалық кедергісін
азайту үшін) болып келеді. Аппараттың ішкі диаметрі 6 м, жалпы биіктігі 18
м. Контактілік массасы апппарат қабырғаларына бекітілген торларда
орналасқан.
Контактілік массасының бірінші, екінші және төртінші қабаттарынан
кейін газ шығарылған жылуалмастырғыштарды суытады. Жылуалмастырғыш
болат құбырлар жоғарғы және төменгі торлары бар тікболат
цилиндрден
тұрады. Контактілік аппаратынан ыстық газ жылу алмастырғыш құбырлар
бойымен төменгі жақтан құбыраралық кеңістікке түсетін (немесе керісінше)
суық газға қарама-қарсы бағытта жоғардан төменге қарай жүреді.
Катализатордың ең соңғы қабатында араларына тік спираль ажыратқыш
орнатылған екі көлденең пластиналардан тұратын пластикалық жылу
алмастырғыштар орналасады. Суық газ спираль арна бойымен, реакциялық
қоспа пластиналарды біріктіретін патрубка бойымен жоғарыдан төменге
жүреді.
Контактілік түйініне
тазартылған газүрлегіш арқылы
50-60оС
температурада беріледі. Контактілік аппаратында SO2-нің SO3-ке тотығу
процесі былайша жүреді: реакциялық газдың жылуы есебінен
жылуалмастырғышта контактілік массасының жану температурасына дейін
қыздырылған суық күкіртті газ контактілік массасының бірінші қабатынан
өтеді, ол жерде жалпы SO2 салмағының 70 пайызына дейін тотығады.
Процесс реакцияның ең жоғарғы жылдамдығы сәйкес келетін
оптималды температураға жеткенше адиабатикалық түрде (жылу бөлместен)
жүреді. Реакция жылу бөлу есебінен бірінші қабатағы температура 580оС-ге
дейін көтеріледі. Әсер бермеген SO2 жоғары жылдамдықта әрі қарай тотығуы
үшін газ температурасын төмендету керек. Ол үшін жылу алмастырғышта
тотығу процесінің температурасы оптималды температураға жақын
болатындай етіп жылу бөлу керек. Газ суытылғаннан кейін контактілік
массасының екінші қабатына келеді. Ол жерде SO2 тотығуы жалғасады.
Мұнда температура қайта көтеріледі. Сол себепті газды оптималды
температураға дейін суыту керек. Әрбір келесі қабат тотығы дәрежесі
жоғарылайды. Оптималды температуралық режимін ұстау үшін жылу
алмастырғышқа түсетін бастапқы газ мөлшерін реттейтін задвижкалары бар
байпас газ өткізгіштер қолданады.
Ванадий катализаторындағы контактілік аппаратында SO2 тотығу
процесі катализатордың жану температурасына жеткенде, уақыт бойынша өз
бетінмен (автотермиялық), яғни, реакцияның өз жылуы есебінен жүреді. Ал,
өндірістік жағдайларда реакцияның экзотермиялылығы SO2-нің SO3-ке
тотығуының экзотермиялық реакциясы нәтижесінде бөлінген жылуалмасу
арқылы газды жылыту үшін және қоршаған ортаға шыққан жылуды қайтару
үшін жеткілікті болған жағдайда алынады. Әрбір контактілік аппараты белгілі
бір орнықтылыққа
ие, яғни,
мәндердің анықталған арағында
кіріс
29
параметрлері өзгергенде тұрақты күйді сақтау мүмкіндігі бар. Аралық
жылуалмасу катализаторының бір жоғарғы қабатындағы орнықтылық шарты
келесі түрге ие:
dt k
dt u
1
1
A
мұндағы
dt k
dt u
- кіріс температурасы 1оС-ге өзгергендегі қабаттың
шығысындағы температураның қаншалықты өзгергенін
катализатор қабатының параметрлік сезімталдығы;
А - аралық жылуалмастырғыштың параметрі.
көрсететін
A
t1k t2 н
t1k t1н
.
1.5 Контактілік бөлімінің материалдық балансын есептеу
Контактілік бөліміне құрамы 4,5 % SO2, 16 % O2, 79,5 % N2 SO2
болатын 49500 м3 газ келеді.
Бастапқы газдағы күкіртті ангидриттің мөлшері:
- көлемі бойынша
- салмағы бойынша
Бастапқы газдағы оттегінің мөлшері:
- көлемі бойынша
- салмағы бойынша
Бастапқы газдағы азот мөлшері:
- көлемі бойынша
- салмағы бойынша
49500 х 0,045 = 2228 м3;
(2228 х 64) 22,4 = 6365,7 кг.
49500 х 0,16 = 7920 м3;
(7920 х 32) 22,4 = 11314 кг.
49500 - (2228 + 7920) = 39352 м3;
(7920 х 28) 22,4 = 11314 кг.
Контактілік бөліміне келетін газдың құрамын 2 кестеде көрсетейік.
Контактілік пайызын ескерсек (0,96), контактілік аппаратының шығысында
келесідей газ құрамын аламыз.
Контактілік аппаратында түзілетін күкіртті ангидрид мөлшері:
(6 366 х 0,96 х 80) 64 = 7 638 кг немесе 2 139 м3.
SO2 тотығуы үшін оттегі шығыны келесідей:
(6 366 х 0,96 х 0,5 х 32) 64 = 1528 кг.
30
2 кесте
Газ құрамында мыналар қалады:
O2 11314 - 1528 = 9786 кг немесе 6850 м3
N2 6 366 х 0,04 = 255 кг немесе 89 м3
Контактілік бөлімінен шығатын газ құрамын келесі кестеге енгізейік.
3 кесте - Контактілі бөлімнің газ құрамы
4 кесте - Контактілік бөлімінің материалдық балансы
1.5 Жылулық балансын есептеу
Жылудың келуі:
Газбен келетін жылу
Q1 tbk Qso2 Qo2 QN2 (2228 0,42 7920 0,32 39352 0,31)
= 50 15669 783450Кккал г
мұндағы 0,42; 0,32; 0,31 - бір ккалм3 грд үшін 50оС температурадағы
SO2, O2, N2-нің жылу сыйымдылықтары.
SO2-нің SO3-ке тотығу реакциясының жылуы:
Q2
2139 22400
22,4
2139000ккал г
31 Газдың құрамы
көлемі бойынша
салмағы бойынша
Газдың құрамы
3
м
%
кг.
%
SO3
2 139
4,4
7 638
11,1
SO2
89
0,2
9 786
0,3
O2
6 850
14,1
225
15
N2
39 352
81,3
49 190
73,6
Барлығы
48 430
100
66 870
100
Газдың құрамы
көлемі бойынша
салмағы бойынша
Газдың құрамы
3
м
%
кг.
%
SO2
2 228
4,5
6 366
9,5
O2
7 920
16
11 314
17
N2
39 352
79,5
49 180
73,5
Барлығы
49 500
100
66 870
100
Газдар
Кірісі, кгг
Шығыны, кгг
SO2
6 366
225
O2
11 314
9 786
N2
49 190
49 180
SO3
-
7 638
Барлығы
66 870
66 70
мұндағы 22400 - ккалкг моль реакциясының жылуы.
Жылудың жалпы келуі:
Q3 = 783450 + 2 139000 = 2 922450 ккалг
Жылу шығыны:
- контактілік бөлімінен газдар әкететін жылу:
Q3 150((2139 89) 0,43 6850 0,32 39352 0,31) 150 15349 2302368 ккалг
- контактілік түйініндегі жылу шығыны:
Q4 =2922450-2302368=620012 ккалг
5 кесте - Жылулық баланс деректері
2 Арнайы бөлім
2.1 Технологиялық ішкешеннің басқару объектісі ретіндегі
сипаттамасы
Контактілік процестерінің мақсаты - күкіртті ангидриттің процестердің
жеке сипаттамалары және материалдық ағындар бойынша байланыс
жағдайларымен туындаған процесті енгізудің мүмкін болатын аймақтарын
сақтай отырып, серныйға тотығудың ең жоғары дәрежесіне жету.
Газ тотығуына әсер ету процесі бойында бірінші қабаттың кірісіне және
бірінші, екінші қабаттан кейін жылуалмастырғышқа суық газды байпастау
жолымен жүзеге асырылады. Аппарат арқылы газ шығындарын өзгерту және
жүктеуіш қыздырғыштарда газдар қыздырылады.
Контактілік аппараты жұмысының негізгі көрсеткіші - тотығу дәрежесі
және SO2 тотығу мөлшері бойынша өнімділік.
Технологиялық процестің жүру барысын анықтайтын факторлар
тотығуға кіретін газдар құрамы, аппаратқа жүктеме, қабаттардың кірістері мен
шығыстарындағы температуралар, контактілік массасының белсенділігі,
гидродинамикалық режім.
Технологиялық процесс және тарамдалу жүйесінің айнымалылары
былайша жіктеледі:
- басқарушы;
32 Кіріс
Шығыс
Кіріс статьялары
Саны, ккалг
Шығыс статьялары
Саны, ккалг
Газдармен келетін
783450
Газдармен кететін
2302368
Жылу реакциялары
2139000
Жылу шығындары
620012
Барлығы
2922450
2922450
- басқарылатын;
- басқарылмайтын, қадағаланбайтын.
Басқарушы айнымалылар:
- БА арқылы Q газының шығындары;
- тотығу дәрежесі ε.
Басқарылатын айнымалылар:
- С so2 газындағы SO2 концентрациясы;
- БА i-ші i 1,4 қабатының шығыс температурасы - Tк i ;
- БА i-ші қабатындағы қысымның төмендеуі - Pi ;
- m-ші қысымдауыштың қысымның төмендеуі Pm ;
so
Басқарылмайтын, қадағаланбайтын айнымалылар:
- газдағы оттегінің концентрациясы - С o2 ;
- катализатордың ескіруі - y.
1-ші суреттегі айнымалыларға сипаттама:
мұндағы х - кіріс айнымалыларының векторы;
- ауытқу әсерлерінің векторы;
U - басқарушы әсерлердің векторы.
1 сурет - Таратушы ішкешен
Басқару нысандарының келесі ерекшеліктерін атап өтуге болады.
Басқару нысаны көпөлшемді болып табылады, яғни, ол өзара
33
- БА i-ші 4,1 i қабатына кіріс температурасы - iНT ;
- БА шығысындағы SO3 концентрациясы 3С .
байланысқан факторлар: кіріс, режімдік, жұлдыз параметрлері көпмөлшерімен
сипаталады. Кіріс координаталарына газдық ағынның мөлшерлік және
сапалық сипатамалары жатқызылуы мүмкін. Режімдік айнымалылар
контактілік аппаратында және қысымдауышта физикалық процестер жүретін
жағдайларды анықтайды. Тотыққан газдың сапалық және мөлшерлік
көрсеткіштер шығыс параметрлері болып табылады.
Басқару нысаны контактілік аппаратында жүретін технологиялық
процестің көпсатылылығымен сипаталады.
Басқару нысаны катализатордың ескіруі және газ тотығуына түсетін
сипаттамалардың өзгеруінен туындайтын кездейсоқ ауытқулар арқылы пайда
болған қадағаланбайтын, басқарылмайтын ауытқулар әсеріне шалынады, бұл
басқару нысанының орнықсыздығын анықтайды.
Басқару нысанының технологиялық режімі парамертлердің биіктік
бойынша тарамдалуын сипаттайды, яғни басқару аппаратының әрбір қабатына
жеке параметрлер сәйкес келеді.
Басқару нысанының біркелкі еместігімен және периодтылығымен
сипатталатын металлургиялық қайта балқыту жұмысына тәуелді болады.
2.2 Бақылау және реттеу жүйесінің қысқаша сипатамасы
Қазіргі кезде контактілік бөлімінің технологиялық процесін басқару
практикасы барлық күкірт қышқылы өндірісі сияқты келесіге әкеледі.
Тәжірибелер мен
шаралар негізінде ішкешендерді
басқару бойынша
технологтар нақты өндірістік жағдайлар қажетті кондициялық көрсеткіштері
бар өнімдерді шығару бойынша жоспарлық талаптарды ескеріп, процестердің
бөлшектік технологиялық режімдерін таңдайды.
Таңдалған режім автоматты реттеу және қолдан басқарудың реттейтін
органдарының жергілікті жүйелері көмегімен бөліктеп жүзеге асырылады.
Технолгиялық процестің кейбір айнымалыларына байланысты қызмет
ететін персоналға берілген режімді сақтау мақсатымен түрлі ауытқуларды
болдырмай, технологиялық операцияларға белсенді әсер ету керек болады.
Күкірт қышқылын өндіру бойынша ЖМЗ-дағы технологиялық
процестерді бақылау және реттеу жүйесі Гидроцветмет және Уралпрохим
интституттарының автоматандыру бөлімдерінің жобаларына сәйкес
орындалған.
Шлюберже фирмасының ДЭЕМ негізіндегі автоматтандыру
температураны және контактілік аппаратарының әрбір қабатына дейін және
кейін, қысымдауышқа дейін және кейін, жылуалмастырғыштың құбырлы
кеңістігінің кірісі мен шығысындағы газ қысымын, газ шығындарын және
онда SO2-нің контактілік аппараттары бойында және газ өткізгіштің кейбір
нүктелерінде болуын қадағалайды.
Қысымдауыштар үшін подшипниктер және берілетін кернеу мен
тоқтың электрқозғауыштары орамдарының сигнализациясы мен бақылауы
қарастырылған.
34
Автоматтандыру жобасында суық ауаның байпасының дроссильдеріне
әсер ету арқылы контактілік аппаратының барлық төртқабатына түсетін газ
температурасын автоматты түрде реттеу қарастырылған. Қазіргі кезде
контактілік аппаратының
кірісінде (бірінші қабаттың алдында) газ
температурасын реттеу жүзеге асырылған, ал, барлық қалған параметрлері
ЦПУ, СХУ орындарына орнатылған құралдар көрсеткіштері бойынша ғана
бақыланады. ДЭЕМ-ге газ шығындары және SO2 концентрациясы жайлы
ақпарат беріледі.
2.3 Тарамдалған ішкешеніннің басқару мәселесінің құрылымын
анықтау
Мақсаттарды құрылымдандыру және есептердің құрамын, олардың
арасындағы байланыс сипаттарын таңдауға байланысты басқару мәселерін
құрылымдандыру сатысы ТПАБЖ жүйетехникалық талдауының негізгі және
маңызды сұрақтарының бірі болып табылады.
Бұл сатының мәселесінің табысты шешімінің басқару жүйесінің үлестік
құрылымын таңдауды және оның элементтерінің оптималды әрекеттестігін
қамтамасыз етеді.
Басқару мәселерін құрылымдандыруды тарамдалған ішкешен арқылы
шешу үшін әдебиетте ұсынылған келесі сатылардан тұратын келісті
қолданамыз:
- ішкешен арқылы басқарудың ауқымды мақсаттарын таңдау;
- басқару жүйесінің алғашқы құрылымын қалыптастыру;
- басқару нысанның құрылымын талдау және бөліп көрсету;
- басқару мақсаттарын құрылымдандыру;
- критерийлерді таңдау және басқару мәселелерін деңгейлер бойынша
математикалық қойылымдандыру.
Металлургиялық өндірістің күкіртті газдардың
шығындауы осы
технологиялық ішкешеннің жұмысын анықтайтын негізгі техника-
экономикалық көрсеткіштер болып табылады. Сол себепті, ішкешенмен
басқарудың ауқымды мақсаты - толығымен қолданылатын металлургиялық
газдарды таратудың оптималды режімін анықтау және жүзеге асыру.
Жоғарыда айтылған технологияның, практикада қалыптасқан газ
жолдарын басқару және ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz