Оптимальное проектирование и управление производством серной кислоты с рециркуляцией отработанного газа

• Автор: Христодуло, Антоний Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.08, 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 121 с. : ил

Содержание
Введение

Глава 1. Обзор современных тенденций развития производства серной

кислоты

1.1 Состояние сернокислотных производств

1.2 Основные направления технического прогресса в сернокислотном

производстве

1.2.1 Применение повышенного давления

1.2.2 Применение кислорода

1.2.3 Использование теплоты химических превращений

1.3 Замкнутая кислородная технология получения серной кислоты

Глава 2. Анализ схем и режимов функционирования сернокислотной
системы с газооборотом
2.1 Поиск наиболее рациональных схем практической реализации принципа замкнутой технолог ии
2.1.1 Схема с одним циркуляционным контуром
2.1.2 Схема с двумя зависимыми контурами рециркуляции
2.1.3 Схема с двумя независимыми контурами рециркуляции
2.2 Анализ режимов функционирования замкнутой системы
2.2.1 Математическая модель замкнутой системы
2.2.2 Анализ возможных стационарных состояний СКС с газооборотом
2.2.2.1 Влияние состава рецикла на режимы функционирования предложенных схем
2.2.2.2 Поддержание стационарных состояний в системе
Глава 3. Оптимальное проектирование контактных аппаратов замкнутого
сернокислотного процесса
3.1 Постановка задачи оптимизации
3.2 Математическое описание процесса контактирования
3.3 Необходимые условия экстремума. Алгоритм решения задачи
3.4 Влияние параметров входных потоков КА на результаты решения оптимизационной задачи
3.4.1 Расчет оптимальных контактных аппаратов
3.4.2 Условие максимальной производительности адиабатического слоя контактной массы
3.4.3 Выбор параметров входных потоков
Глава 4. Организация оптимальных режимов в замкнутой сернокислотной
системе
4.1 Исследование особенностей работы блока выделения БОз
4.1.1 Математическая модель процесса конденсации
4.1.2 Основные показатели процессов конденсации
4.1.2.1 Конденсация серной кислоты
4.1.2.2 Конденсация триоксида серы
4.1.3 Требования к величине и составу рецикла
4.2 Оптимальное управление замкнутой системой
4.2.1 Принцип оптимальности для контактного отделения
4.2.2 Управление на уровне системы
Основные выводы
Список использованных источников


При работе двух или более таких систем на одном предприятии выбросы 2 увеличиваются настолько, что становится невозможным соблюдение установленных санитарных норм (ПДК) по диоксиду серы (особенно с учетом общего фона вредных выбросов на предприятии). Общеизвестны подходы к совершенствованию сернокислотного производства в направлении дальнейшего повышения степени контактирования и снижения выбросов 2. Одни из них связаны с модернизацией аппаратурного оформления [5-] и с созданием высокоактивных износоустойчивых катализаторов [-]. Так, для контактного окисления предлагается применять аппараты с изотермическими слоями катализатора, в которых благодаря отводу реакционного тепла по мере его выделения обеспечивается более высокая степень конверсии. Применение изотермических реакторов кипящего слоя кроме повышения степени превращения 2 позволяет уменьшить объем контактной массы и полностью исключить из системы промежуточные теплообменники. В нашей стране с целью повышения эффективности процесса контактного окисления проводятся испытания кассетных КА (катализатор помещен в кассеты из проволоки) [], аппаратов с вертикальными слоями катализатора [6, ], аппаратов нестационарного окисления (с изменением направления движения газа) []. Проектно-конструкторскими отделами двух фирм - Канады и Германии найдены перспективные конструкции реакторов для сернокислотных установок высокой (до 5 тыс. Процесс абсорбции серного ангидрида предлагается проводить в высокоэффективных пленочных аппаратах прямоточного типа, либо пенных абсорберах с внутренним отводом тепла []. Другим подходом к решению указанной проблемы является проведение сернокислотного процесса в оптимальных режимах. Для этого предложено множество способов более рациональной организации отдельных технологических узлов и всей СКС (в рамках классической схемы) [-], найдены оптимальные режимы функционирования основных стадий процесса [1] и разработаны системы автоматического управления, позволяющие поддерживать такие режимы [-]. Однако ни один из приведенных подходов не позволяет достичь желаемого результата. Например, сколь эффективными не были бы технологическое оборудование и катализатор, добиться полного превращения диоксида серы невозможно ввиду кинетических и термодинамических ограничений. В рабочих режимах содержание 2 в отработанном газе превышает (часто во много раз) расчетное. Особенно опасны пусковые режимы []. В период пуска из-за трудностей при соблюдении оптимальных профилей температур в слоях катализатора, из-за нарушений расчетной программы подъема нагрузок, а также по другим причинам выбросы диоксида серы велики. В то же время пуск сернокислотных производств - частое событие, а для крупнотоннажных установок - к тому же продолжительное по времени. Экологическая безопасность сернокислотного производства достижима в рамках технологических систем, в которых исключен выброс диоксида серы в атмосферу. Это возможно за счет очистки отработанных газов путем улавливания г (и других сернистых соединений) с использованием химических [-] и физических [-] методов. В настоящее время в сернокислотной промышленности применяются в основном химические методы очистки. К ним в первую очередь относятся аммиачные [], кислотно-каталитический [] и сульфитно-содовый [] методы. Существующие способы очистки позволяют добиться высокой степени извлечения диоксида серы, обеспечивая остаточное содержание БОг в отходящем газе не более 0. При этом практически полностью исключаются выбросы сернистых соединений в атмосферу. Но строительство установок очистки отходящих газов требует дополнительных капитальных вложений, а также значительных эксплуатационных и особенно трудовых затрат. Кроме того, необходимость приготовления реагентов, трудности утилизации твердых отходов и вредных сточных вод, безвозвратные потери диоксида серы являются негативными факторами, сопутствующими этим технологиям. Рассмотренные системы производства серной кислоты и способы их совершенствования определяют современное состояние сернокислотной промышленности. Эти системы, кроме того, что являются экологически неблагополучными, имеют еще ряд серьезных недостатков.