Установка охлаждения и отмывки нитрозных газов с разработкой основного оборудования

Объектом исследования является установка охлаждения и отмывки нитрозных газов с разработкой основного оборудования.
Цель работы заключается в проектировании и модернизации основного оборудования по отмывке и охлаждению нитрозных газов.

Введение …………………………………………………………………………………………………….. 15

1.Литературный обзор ……………………………………………………………………………….. 17

2. Исследовательская работа …………………………………………………………………….. 25

3 Описание технологического процесса и схемы ……………………………………… 31
3.1. Краткое описание всей технологической схемы производства:………31
3.2. Охлаждение, промывка, сжатие нитрозных газов …………………………31
3.3. Сущность процесса абсорбции ………………………………………………………34
3.4. Конструкции абсорберов ……………………………………………………………….34

4. Расчет абсорбционной колонны…………………………………………………………….. 41
4.1 Технологический расчет абсорбционной колонны ………………………………………41
4.1.1. Исходные данные к расчету: ………………………………………………………41
4.1.2. Расчет плотности сырья:…………………………………………………………..42
4.1.3. Расчет расхода поглотителя: …………………………………………………….44
4.1.4. Материальный баланс колонны: ………………………………………………….45
4.1.5. Тепловой баланс абсорбера: ………………………………………………………..46
4.1.6. Определение скорости газа и деаметра абсорбера: …………………….47
4.1.7. Определение числа тарелок и высоты аппарата: ………………………..49
4.1.8. Расчет диаметров основных штуцеров колонны: ………………………..53
4.2 Расчетно-конструкторский раздел ……………………………………………………………… 53
4.2.1. Описание конструкции аппарата: ………………………………………………55
4.2.2. Выбор материала:………………………………………………………………………56
4.2.3. Расчет обечайки: ……………………………………………………………………….58
4.2.4. Расчет днища: ……………………………………………………………………………60
4.2.5. Укрепление отверстий в обечайке и днищах: ………………………………61
4.2.6. Расчет фланцевого соединения: ………………………………………………….66
4.2.7. Механический расчет тарелки: …………………………………………………..77
4.2.8. Расчет аппарата на действие ветровой нагрузки: ……………………..80
4.2.8.1. Определение расчетных усилий от ветровых нагрузок: …………80
4.2.8.2. Расчет опорной обечайки: ……………………………………………………90
4.2.8.3. Расчет опоры: ……………………………………………………………………..93
4.2.9. Расчет тепловой изоляции: …………………………………………………………94
5. Расчет теплообменного аппарата ……………………………………………………………… 97
5.1 Технологический расчет теплообменного аппарата ……………………………………. 97
5.1.1. Ориентировочный расчет и подбор теплообменника: ……………….100
5.1.2. Уточненный расчет теплообменника: ………………………………………101
5.2 Конструктивный расчет теплообменника. ………………………………………………… 107
5.2.1. Определение Высоты аппарата: ……………………………………………….107
5.2.2. Определение температурных напряжений в трубах и корпусе: …108
5.2.3. Расчет и подбор патрубков: ……………………………………………………..109
5.3 Механический расчет кожухотрубчатого теплообменного аппарата …………. 111
5.3.1. Расчетные параметры:…………………………………………………………….112
5.3.1.1. Расчетное напряжение: …………………………………………………………112
5.3.1.2.Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов:113
5.3.1.3. Расчет давлений: ……………………………………………………………………114
5.3.2. Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки: ………………….114
5.3.3. Расчет толщины стенки распределительной камеры: ………………116
5.3.4. Расчёт толщины стенки эллиптической крышки:……………………..117
5.3.5. Расчет фланцевого соединения для фланцев кожуха аппарата: …118
5.3.6. Расчет штуцеров: …………………………………………………………………….134
5.3.7. Расчет диаметра отверстия, не требующего укрепления: ………..139
5.3.8. Расчет трубной решетки: ………………………………………………………..140
5.3.9. Расчет массы аппарата: ………………………………………………………….154
5.3.10. Расчет седловых опор: ……………………………………………………………156
6 Социальная ответственность …………………………………………………………………… 160
6.1 Производственная безопасность……………………………………………………………….. 160
6.1.1. Анализ вредных выявленных факторов при эксплуатации
оборудования: ……………………………………………………………………………………160
6.1.2. Анализ опасных выявленных факторов при эксплуатации
оборудования: ……………………………………………………………………………………162
6.2 Экологическая безопасность…………………………………………………………………….. 170
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………………. 173
6.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………… 175
7 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение .. 178
7.1 Потенциальные потребители результатов исследование …………………………… 178
7.2 Диаграмма Исикавы …………………………………………………………………………………. 178
7.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации……………………………………… 180
7.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования182
7.5 Инициация проекта ………………………………………………………………………………….. 183
7.6 Организационная структура проекта ………………………………………………………… 185
7.7 Ограничения и допущения проекта…………………………………………………………… 185
7.8 Контрольные события проекта …………………………………………………………………. 186
7.9 План проекта……………………………………………………………………………………………. 186
7.10 Бюджет научного исследования ……………………………………………………………… 189
7.11 Организационная структура проекта ………………………………………………………. 194
7.12 Матрица ответственности ………………………………………………………………………. 194
7.13 План управления коммуникациями проекта …………………………………………… 195
7.14 Реестр рисков проекта ……………………………………………………………………………. 195
7.15 Оценка сравнительной эффективности исследования ……………………………… 196
Заключение ………………………………………………………………………………………………….. 198

Список используемой литературы: …………………………………………………………….. 199
Приложение А. Раздел ВКР, выполненный на иностранном языке. ………………… 202

В результате данной дипломной работы были достигнуты следующие цели:
1.Изучен промышленный процесс отмывки и охлаждения нитрозных газов,
изучение схемы и оборудования ОАО “АЗОТ” по производству азотной кислоты.
2. Проведена исследовательская работа по модернизации абсорбционной ко-
лонны.
3. В разделе «Социальная ответственность» были рассмотрены вредные и
опасные производственные факторы, а так же средства коллективной и индивиду-
альной защиты;
4. В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсос-
бережение» была спроектирована и создана конкурентноспособная разработка.

1.Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен Н. Г., Общая химическая тех-
нология, изд. 2-е, перераб. и доп., М.: «Высшая школа», 1990. – 522 с.
2. Постоянный технологический регламент № 3 производства неконцентри-
рованной азотной кислоты. – Россошь: ОАО « Минудобрения», 1999. – 335 с.
3. Кинетика абсорбционных процессов; под ред. В.И. Атрощенко. – Харьков:
Вища школа, 1976.
4. Производство азотной кислоты в агрегатах большой мощности; под ред.
В.М. Олевского. – М.: Химия, 1985.
5. Пешкова Л.В., Проскурнин А.Л., Степовая Н.А. Температурный режим
процесса кислотообразования в производстве азотной кислоты // Молодежная наука
в развитии регионов: материалы Всерос. конф. студентов и молодых ученых с меж-
дународным участием, Березники, 27 апреля 2011 г. – Пермь: Березниковский фили-
ал Перм. гос. техн. ун-та, 2011. – С. 254–255.
6. Пешкова Л.В., Степовая Н.А., Шаломов О.Ю. Математическое моделиро-
вание режима орошения абсорбционной колонны в производстве неконцентриро-
ванной азотной кислоты // Информационные системы и модели в научных исследо-
ваниях, промышленности, образовании и экологии: статья. Всерос. конф. – Тула:
Инновационные технологии, 2010. – С. 63–67.
7.Скобло А.И. и др. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехи-
мии.  М.: ООО «Недра-Бизнес-центр», 2000.  677 с.
8.Павлов К.Ф., Романков А.А., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу
«Процессы и аппараты химической технологии».  Л.: Химия, 1981.  552 с.
9. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по про-
ектированию. / Под ред. Ю.И. Дытнерского.  М.: Химия, 1983.  272 с.
10. Тимонин А.С. основы конструирования и расчета химико-технологичес-
кого и природоохранного оборудования. Справочник. – Калуга: Изд. Н. Бочкаревой,
2002. Т.1, 852 с., т.2, 1028 с., т.3, 968 с.
11. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета
химической аппаратуры. М.: Машиностроение, 1970. – 752 с.
12. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств.
Примеры и задачи / под ред. М.Ф. Михалева. Л.: Машиностроение, 1984. – 301 с.
13. ГОСТ 52857.3 – 2007 «Укрепление отверстий в обечайках и днищах при
внутреннем и внешних давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внеш-
них статических нагрузках на штуцер»;
14. ГОСТ 52857.2 – 2007 « Расчет цилиндрических и конических обечаек,
выпуклых и плоских днищ и крышек»;
15. ГОСТ 52857.4 – 2007 «Расчет на прочность и герметичность фланцевых
соединений»;
16. Миниович М. А. Технический справочник по азотной кислоте: М.:Справ.
изд.: ГИАП. 1961. http://intek.info/zhidkosti-svojstva-primenenie/20-azotnaya-kislota-
fizicheskie-svojstva/10-plotnost-vodnykh-rastvorov-azotnoj-kisloty
17.Теплоемкостьазотнойкислоты,номограмма:
http://chem21.info/page/157169055205173006187177017118190167240075026251/
18. Ю.А. Булыгин С.С. Баранов Теплообменное оборудование для нефтега-
зовой промышленности. Учебное издание, 2015-100стр.
19. ГОСТ Р 52857.1-2007 “Общие требования”
20. ГОСТР52857.2-2007 “НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ”
21. ОСТ26 291 “СОСУДЫ И АППАРАТЫ СТАЛЬНЫЕ СВАРНЫЕ, ОБЩИЕ
ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ”.
22. ГОСТ Р 52857.7-2007 Сосуды и аппараты НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕ-
ТА НА ПРОЧНОСТЬ. Теплообменные аппараты
23. ГОСТ Р 52857.4-2004 ” Расчет фланцевых соединений”.
24. СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых,
общественных зданий и на территории жилой застройки»;
25. Р 2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей
среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда»;
26. ГОСТ 12.2.007.0-75 Система стандартов безопасности труда. Изделия
электротехнические. Общие требования безопасности.
27. ГОСТ 12.2.003–91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требо-
вания безопасности.
28. Теплообменники кожухотрубчатые. Руководство по эксплуатации. ОАО
«ВНИИНЕФТЕМАШ» -Москва, 2013
29. РД 34.03.201-97 Правила техники безопасности при эксплуатации тепло-
механического оборудования электростанций и тепловых сетей.
30. Федеральный закон от 21.12.1994 N 69-ФЗ (ред. от 29.07.2017) «О
пожарной безопасности». http://legalacts.ru/doc/FZ-o-pozharnoj-bezopasnosti/
1.1. Feedstock for the production of nitric acid
The raw material for the production of nitric acid is ammonia, air and water. Syn-
thetic ammonia is more or less contaminated with impurities. Such impurities are catalyst
dust, lubricating oil (when compressed by a piston compressor). For the production of pure
gaseous ammonia, evaporative stations and distillation units of liquid ammonium are used.
Atmospheric air, used in the production of nitric acid, is taken in the territory of the
plant or near it. This air is contaminated with gaseous impurities and dust. Therefore, it is
thoroughly cleaned to avoid poisoning of the ammonia oxidation catalyst. Air purification
is carried out, as a rule, in a scrubber, and then in a two-stage filter.
The water used for technological needs is subjected to special preparation: sludge
from mechanical impurities, filtration and chemical purification from salts dissolved in it.
To produce reactive nitric acid, pure steam condensate is required.
1.1.2 Methods for the production of nitric acid
The first plant for the production of HNO3 from ammonia by-product coke was
built in Russia in 1916. In 1928 the production of nitric acid from synthetic ammonia was
mastered [1].
A distinction is made between the production of weak (dilute) nitric acid and the
production of concentrated nitric acid.
The process of production of dilute nitric acid is composed of three stages:
1) conversion of ammonia to obtain nitric oxide
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O; (1.1)
2) oxidation of nitric oxide to nitrogen dioxide
2NO + O2 → 2NO2; (1.2)
3) absorption of nitrogen oxides with water
4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3. (1.3)
The total reaction of formation of nitric acid is expressed
NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O.
Production of nitric acid according to the scheme AK-72. The basis of the AK-72
scheme developed in the USSR is a closed energy technology cycle with a two-stage con-
version of ammonia and cooling of nitrous gases at a pressure of 0.42-0.47 MPa and ab-
sorption of nitrogen oxides at a pressure of 1.1-1.26 MPa; products are issued in the form
of 60% HNO3. The first aggregate AK-72 with the capacity of 380 thousand tons / year
was launched in 1976 [1].
The process flow diagram is shown in Figure 1.1.