Виробництво екстракційної фосфорної кислоти

Зміст

1. Вступ.
2. Аналіз об’єкта керування.

2.1 Опис технологічного процесу як об’єкту керування

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

2.1.2 Опис технологічного  процесу

2.1.3 Фізіко - Хімічні основи  процесу

2.1.4 Опис технологічної схеми

2.1.5 Вимоги до технологічного  режиму

2.1.6 Аналіз технологічних  величин

3. Вимоги.

3.1.1 Вимоги до АСКТП

3.1.2 Вимоги до структури

3.1.3 ВИМОГИ ДО ФУНКЦІЙ  АСКТП

3.1.4 ВИМОГИ ЩОДО ЕКСПЛУАТАЦІЇ  АСКТП

3.1.5 ВИМОГИ ПО СТАНДАРТИЗАЦІЇ  ТА УНІФІКАЦІЇ

3.1.6 ВИМОГИ ЩОДО НАДІЙНОСТІ  АСКТП

3.1.7 Задачі контролю та  керування процесом

4. Функціональна частина проекту.

4.1.1 Призначення, цілі  та автоматизовані функції до  АСКТП

4.1.2 РОЗРОБКА І ОПИС ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СТРУКТУРИ.

5. Технічне забезпечення.

5.1.1 Вибір комплексу технічних  засобів.

5.1.2 Вибір мікропроцесорних  засобів автоматизації

5.1.3 Рівень операторського  керування

5.1.4 Структура функціонування  системи

6. Охорона праці

 

6.1.1 Характеристика негативних  факторів проектованого об'єкта

6.1.2 Оцінка пожежовибухонебезпеки  проектованого об’єкта

7. Економічна частина

7.1.1 Розрахунок капітальних  витрат на автоматизацію

7.1.2  Розрахунок експлуатаційних  витрат на автоматизацію

7.1.3 Розрахунок економії  на поточних витратах

Висновок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Вступ

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

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

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

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

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

 

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

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

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

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

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

 

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

 

2.1.2 Опис технологічного процесу

 

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

В якості сировини використовують закордонні фосфорити.

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

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

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

 

2.1.3 Фізіко - Хімічні основи процесу

 

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

Ca₅ (PO4)₃F + 5H₂SO₄ + n₃PO₄ + m₂O ®

(n + 3) H₃PO₄ + 5CaSO₄ · m₂O + HF

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

СaО + H₂SO₄ + H₂O = CaSO₄ + 2H₂O

MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O

Al₂O₃ + 2H₃PO₄ = 2Al PO₄ +3H₂O

Fe₂O3 + 2H₃PO₄ = 2FePO₄ +3H₂O

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

4HF + Si₂ = Si4 + 2H₂O

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

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

3Si₄+ 2H₂O= 2H₂Si₆+ Si₂,

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

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

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

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

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

2.1.4 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ

  Прийом і видача  фосфориту

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

Прийом, збереження і видача сірчаної кислоти

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

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

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

Резервуари поз.  1 і 2 обладнані   ультразвуковими рівнемірами .

Розкладання фосфориту  сірчаною кислотою

Розкладання фосфориту виробляється в одній лінії екстракції послідовно за схемою:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Характеристика  сировини.

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