Мероприяти по охране природы.

В атмосферу выбрасываются очищенные на санитарно-технических установках от хлора и озона электролитические газы. После продукционного электролиза при работе под нагрузкой 23кА через колонны выбрасывается не более 2500м³/ч газа, после очистного электролиза через колонны выбрасывается воздух в количестве 11000м³/ч от вентилятора (ВВД-II).

Абгазы очищаются от хлора до содержания его 1мг/м³, от озона до содержания 0, 1мг/м³ кроме того в атмосферу производится выбросы от вентиляционных систем цеха.

Сточные воды направляются в канализацию загрязненных стоков в заводской усреднитель и после разбавления на биологическую очистку.

Твердых отходов производство перхлората натрия не имеет.

 

Расчётная часть.

Определение эффективного фонда рабочего времени оборудования.

Оборудование в отделение работает непрерывно, исключая остановки на капитальный и текущий ремонты и технологические простои.

 

Т_эфф=Т_кал-Т_рем-Т_{тех ч/год}

 

где Т_кал - календарный фонд времени, час/год

Т_рем - время простоя электролизеров в ремонте, ч/год

Т_тех - технологические простои оборудования, ч/год

( принимаю 720ч/год)

Т_рем=τ _рем∙ n_рем

где τ _рем- время затрачиваемое на один ремонт, принимаю 5 суток.

 

n_рем- количество ремонтов в год

 

n_рем= =

где t_рем= межремонтный пробег электролизера, принимаю 2года.

 

Т_рем=

 

Т_эфф= 8760-60-720=7980 ч/год

Пересчет годовой программы.

 

При расчете продукционной стадии необходимо пересчитать годовое задание на данную стадию с учетом того, что на продукционной стадии образуется 80-85% производимого перхлората натрия.

 

т/год

 

Где -годовая программа, соответствующая заданию, т/год

а- доля перхлората натрия, производимой на продукционной стадии, масс доли.

- годовая программа продукционной стадии, т/год

=13000·0.8 =10400 т/год

 

Материальный расчет.

 

2.3.1. Количество перхлората натрия, образующего в каскаде электролизеров.

 

; кг/ч

K_NaClO4=

+

K_NaClO4= =2.285 ·10^-3 ; кг/А∙ ч

 

Где -электрохимический эквивалент перхлората, кг/А∙ ч

J- нагрузка на электролизер, А

-время электролиза, 1час (τ =1 час)

Вm_а- анодный выход по току, масс. доли.

n- число электролизеров в каскаде

, кг/ч

 

2.3.2. Количество водорода, образующего в каскаде электролизеров за 1 час

 

кг/ч

K_Н2=

K_Н2= =0.0373 ·10^-3 кг/А∙ ч

 

Где -электрохимический эквивалент водорода

Вm_к -выход по току водорода

 

, кг/ч

2.3.3. Количество кислорода, образующего в каскаде электролизера за 1 час.

 

кг/ч

K_О2=

K_Н2= =0.2985·10^-3 кг/А∙ ч

 

Где -электрохимический эквивалент кислорода.

 

= , кг/ч

2.3.4. Количество хлора, образующегося в каскаде электролизеров за 1 час

 

кг/ч

= , кг/ч

K_Сl2=

K_Cl2= =1.324·10^-3 кг/А∙ ч

2.3.5. Количество хлората натрия, разложившегося в каскаде электролизеров за 1 час.

кг/ч

K_NaClO3=

K_NaClO3= =1.986 кг/А∙ ч

Где -электрохимический эквивалент водорода, кг/А∙ ч

Вm_а-анодный выход по току, масс. доли

 

, кг/ч

 

 

2.3.6. Объем выделяющихся газов, приведенный к нормальным условиям.

, м³

2.3.7. Объем газов при условиях электролиза.

 

, м³

 

Принимаю П=0, 0651, Па

Где В - барометрическое давление, Па

T -температура электролиза, С

Р - давление в электролизе, Па

П -парциальное давление водяных паров, при температуре электролиза

(можно определить по справочным таблицам) [ 4.стр.409 ]

 

2.3.8. Количество водяных паров, уносимых газами.

кг

, кг

Принимаю = 0, 0465кг/м²

Где -плотность водяных паров при температуре электролиза (можно определить по справочным таблицам) [4.стр.409]

 

2.3.9. Количество воды, разложившейся в результате электролизеров.

 

Где -электрохимический эквивалент воды

-выход по току воды.

, кг/ч

K_Н2O=

K_Н2O= =0.336 кг/А∙ ч

2.3.10. Количество соляной кислоты, подаваемой для подкисления электролита в электролизеры каскада.

, кг/ч

Количество воды, вводимой в электролизер с соляной кислотой

, кг/ч

2.3.11. Объем электролита, вытекающего из последней ванны каскада.

G^нач_NaClO3= G^кон_NaClO3+ G_NaClO3

G^нач_NaClO3=32, 3+200, 983=233, 283кг/ч

 

, м³/ч

, м³/ч

, м³/ч

, м³/ч

, м³/ч

 

2.3.12 Объем электролита, подаваемого в первую ванну каскада.

, м³/ч

, м³/ч

 

2.3.13.Масса электролита, поступающего в электролизер.

, кг

, кг/ч

Принимаю ρ _нач =1158 кг/м³

 

2.3.14.Состав поступающего электролита.

, кг/ч

, кг/ч

, кг/ч

, кг/ч

, кг/ч

, кг/ч

 

2.3.15. Состав выходящего электролита.

, кг/ч

, кг/ч

, кг/ч

, кг/ч

, кг/ч

, кг/ч

 

Концентрация перхлората натрия в выходящем электролите.

, кг/м³

, кг/м³

2.3.16. Количество инертного газа, подаваемого на разбавление электролизных газов.

Азот подается в количестве, необходимом для разбавления газов в 2 раза.

 

, м³/ч

, кг/ч

, кг/ч

, кг/м³

Таблица 6

Материальный баланс каскада электролизеров продукционной стадии.

 

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг	Статьи расхода	Количество, кг
всего	В т.ч	всего	В т.ч
1.электролит в т.ч	434, 771	233, 182 201, 589 0.752	1.электролит В т.ч	429, 758	231, 242 32, 3   165, 464 0, 752
2.Солянная кислота HCl H2O	4, 87	0.587 4.283	2.электролизные газы в т.ч Азот	84, 3117	4.203   0.4567 2, 402 2, 768 74, 482
Азот	74, 482	74, 482
Итого:	514, 8	514, 8	Итого:	514, 069	514, 069

 

2.3.17. Количество каскадов электролизеров, необходимых для выполнения годовой программы.

Принимаю каскадов электролизеров.

2.3.18.Материальный баланс отделения электролиза сводится в таблицу 7(аналогично таблице 6)

 

 

Таблица 7

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг	Статьи расхода	Количество, кг
всего	В т.ч	всего	В т.ч
1.электролит в т.ч	3478, 168	1865, 456   1612, 712 6, 016	1.электролит В т.ч	3438, 064	1849, 936 258, 4   1323, 712 6, 016
2.Солянная кислота HCl H2O	38, 87	4, 606 34, 264	2.электролизные газы в т.ч Азот	670, 869	33, 624   3, 653 19, 216 22, 144 595, 856
Азот	595, 856	595, 856
Итого:	4118, 4	4118, 4	Итого:	4112, 557	4112, 557

 

Электротехническая часть

2.4.1. Расчет напряжения.

 

Напряжение на электролизёре можно определить по формуле:

 

В

где равновесные потенциалы анода и катода, В

перенапряжение на аноде и катоде, В

-падения напряжения в электролите, В

падение напряжения в проводниках первого рода и контактах, В

 

И=3, 0-(-0, 4)-(-0, 902)+0, 571+0, 2=3, 0+0, 4+0, 902+0, 571+0, 2=5, 073В

 

2.4.2. Определение рабочего потенциала анод.

Для анодной реакции образования перхлорат иона не представляется возможным раздельное определение

[5.стр.82]

Принимаю

2.4.3. Определение равновесного потенциала катода.

где R-универсальная газовая постоянная, Дж/моль К

Т-температура электролиза, К

F-число Фарадея (F=96500Ас/моль)

R=8, 314Дж/моль∙ К

 

2.4.4. Определение перенапряжения на катоде.

Эту величину можно определить по уравнению Тафеля.

-

где -a, b- константы, которые можно определить по справочным таблицам в зависимости от материала катода. [4.стр.111]

- катодная плотность тока, А/см²

 

Принимаю а= 1, 02; b= 0, 3

 

 

2.4.5. Определение падения напряжения в электролите.

В

 

где -средняя плотность тока в межэлектродном пространстве, А/м²

l -расстояние между электродами, м

k -коэффициент газонаполнения,

Н- удельная теплопроводность электролита, См/м3

 

Где анодная и катодная плотность тока, А/м²

Коэффициент газонаполнения может быть определен по формуле:

где Г- газонаполнение, объемная доля ( для продукционной стадии принимаю 10%).

Т.к электролит представляет собой раствор смеси солей, то удельную электропроводность определить по справочным таблицам нельзя. Ее необходимо рассчитать как смеси электролитов.

Удельная электропроводность смеси одно-одно валентных электролитов определяется по формуле:

 

 

 

Где - суммарная концентрация компонентов электролита, кмоль/м³

 

 

где -концентрация компонентов, кг/м³

- мольная масса компонентов электролита, кг/моль

-эквивалентная электропроводимость при бесконечном разбавлении отдельных компонентов, См ∙ м²/моль

C_i - концентрация отдельного компонента, кмоль/м³

-удельная электропроводность смеси электролитов при температуре t

Эквивалентную электропроводность при бесконечном разбавлении следует определить как сумму предельных эквивалентных электропроводностей ионов. [7.стр.28]

Если не предоставляется возможным определить λ _∞ компонентов электролита при температуре электролиза, необходимо определить их при 18°С. Затем рассчитать Н_18с и привести пересчёт по формуле Кольрауша.

где -предельная эквивалентная электропроводность катиона, см м²/моль

-предельная эквивалентная электропроводность аниона, См м²/моль

Предельные эквивалентные электропроводности катионов и анионов можно определить по справочным таблицам. [4.стр.104]

 

 

2.4.6. Определение падения напряжения в проводниках 1-го рода в контактах.

 

Эта часть напряжения обычно принимается по практическим данным и составляет (0, 1-0, 2) В

Принимаю 0, 2В

 

2.4.7. Полное напряжение на электролизере.

 

; В

 

 

 

Таблица 8

Баланс напряжения электролизера.

 

Составляющие напряжения	Величина
В	%
Рабочий потенциал анода Равновесный потенциал катода Перенапряжение на катоде Падение напряжения в электролите Падение напряжения в проводниках 1-го рода	3, 0 0, 4 0, 902 0, 571 0, 2	59, 136 7, 884 17, 78 11, 255 3, 942
Всего	5, 073	100%

 

 

2.4.8. Распределение электролизеров по сериям Максимальное число электролизёров в серии определяется по формуле:

 

где -напряжение на серии ( номинальное напряжение выпрямительного агрегата)

И- напряжение на электролизере, В

α -коэффициент, учитывающий потери напряжения в шинопроводах, доли (принимаю 2%).

 

Принимаю выпрямительный агрегат марки ВАКЭЛ 3900-425

2.4.9. Компоновка оборудования.

Все электролизёры продукционной и очистной стадии могут быть соединены в одну серию, расположенных в 4 ряда по 3 каскада в каждом. В зале электролиза размером 42x18 м

 

2.4.10. Расчет расхода электроэнергии.

1) На электролиз

W₁=И∙ J∙ T_эфф∙ N

Где И- напряжение на электролизере

J-токовая нагрузка на электролизере, кА

N- число рабочих электролизеров.

 

W₁=5, 073 ∙ 23∙ 7980∙ 8·5 =36823824, 4 кВт∙ ч

 

2.4.11.На работу силового оборудования

 

W₂=Ʃ _nc·P_c·K_об·Т_эфф

Где Ʃ _nc-число двигателей одной мощности

P_c-мощность двигателя, кВт

K_об-Коэффициент используемого оборудования

 

W₂=(2·15+1·55+3·7, 5)·1·7980=857850, кВт·ч

 

2.4.12. На вентиляцию

W₃=

Где -КПД вентилятора

Nb-число вентиляторов

Р_в-мощность вентилятора, кВт

 

W₃= кВт·ч

2.4.13. На освещение

 

W₄=0, 015·S_отд·К_осв·Т_эфф

Где 0, 0015-удельная мощность освещения, кВт/м

S_отд-площадь проектируемого отделения

К_осв-коэффициент, учитывающий время искусственного освещения

 

W=0, 015·42·18·0, 5=45246, 6 кВт·ч

 

2.4.14. Общий годовой расход электроэнергии

 

W=W₁+W₂+W₃+W₄ кВт·ч

 

W=3682389, 4+857850+995264, 42+45246, 6=5580750, 42кВт·ч

 

2.4.15. Удельный расход электроэнергии.

; кВт·ч/т

 

Тепловой расчёт.

2.5.1. Количество тепла, приносимого в первый электролизер каскада исходным электролитом.

 

; кг/ч

Где -масса электролита, поступающего в электролизер, кг/ч

удельная теплоемкость электролита, кДж/кг

-начальная температура электролита, °С (t_нач=20°С)

-время электролиза (1час)

Теплоемкость электролита может быть определена по справочным таблицам

Или по правилу смешения [4.стр.147]

 

; Дж/кг∙ К

Где, а- массовые доли компонентов

С- теплоёмкости чистых компонентов, Дж/кг∙ К

 

 

=4190Дж/кг∙ К

 

; Дж/кг⋅ К

Где. С_Na, С_Cl, С_O– атомные теплоёмкости элементов

Со=16, 8∙ 10³ Дж/кмоль ∙ К

С_Cl=26, 0∙ 10³ Дж/кмоль∙ К

C_Na=26, 0∙ 10³ Дж/кмоль∙ К

 

 

2.5.2. Количество тепла, выделяющегося в каскаде электролизеров при прохождении электрического тока (Джоулево тепло).

 

;

 

Где J-нагрузка на электролизер, кА

n- число электролизеров каскаде

И- напряжение на электролизере, В

-часть напряжения, которая расходуется на протекание основной химической реакции, В

-часть напряжения, которая расходуется на протекание побочных электрохимических реакции, В

-выход по току основных и побочных реакции, массовой доли

Величины , ,

-можно определить по формуле:

; В [3.стр.27]

Где -тепловой эффект химической реакции, Дж/моль

n- число электролизеров, участвующих в реакции.

F-число Фарадея, Ас/моль

 

 

Принимаю =1, 483В [7.стр.17]

 

Дж/моль

Теплоты образования веществ(или ионов), принимающих участие в реакции, могут быть определены по справочным таблицам.

[9.стр306, 830]

[10.стр806]

2.5.3.Количество тепла, приносимого в электролизеры каскада соляной кислоты.

; кВт∙ ч

 

 

2.5.4. Количество тепла, выносимого из последнего электролизера каскада вытекающим электролитом.

; кВт∙ ч

 

Где -количество электролита, вытекающего из последнего электролизера каскада, кг/ч

-удельная теплоемкость электролита, кДж/кг

t- температура электролиза, С

 

может быть определена по правилу смешения

 

Дж\кг⋅ К

 

где -удельные теплоемкости компонентов электролита, кДж/кг

-массовые доли компонентов электролита.

 

Дж/кг⋅ К

 

Дж/кг⋅ К

 

Дж/кг⋅ К

 

 

 

2.5.5. Количество тепла, выносимого из электролизеров электролизными газами.

 

кг/ч

Где -количество хлора, водорода, кислорода, выделяющегося при электролизе, кг/ч

-удельные теплоемкости газов, кДж/кг∙ К [6.стр.235]

t - температура электролиза, ° С

Данные для количества газов выделяющихся при электролизе берём из таблицы 7.

 

2.5.6. Количество тепла, выносимого из электролизеров водяными парами.

 

кВт⋅ ч

Где -количество водяных паров, уносимых газами при электролизе, кг/ч

i-теплосодержание водяных паров, кДж/кг [6.стр.252]

-определяется по справочным таблицам при температуре электролиза

Принимаю i=613, 86∙ 4, 19

 

2.5.7. Количество теплоты, отводимой охлаждающей водой.

кВт⋅ ч

 

2.5.8. Тепловой баланс каскада электролизеров сводится в таблицу 9.

 

 

Таблица 9

Тепловой баланс каскада электролизеров.

 

ПРИХОД	РАСХОД
№	Наименование	Кол-во кВт∙ ч	№	Наименование	Кол-во кВт∙ ч
	С исходным электролитом.	5, 905		С выходящим электролитом	2, 708
	Джоулево тепло	297, 39		С электролизными газами	0.659
	С соляной кислотой			С водяными парами	1, 975
				С охлаждающей водой	297, 953
Итого	303, 295	Итого	303, 295

 

 

2.5.9. Расход охлаждающей воды.

 

а) На каскад электролизеров:

, кг/ч

где -удельная теплоемкость охлаждающей воды, кДж/кг [4.стр.405]

-конечная и начальная температура охлаждающей воды, °С

б) На один электролизер в каскаде расход охлаждающей воды составит:

в) Удельный расход охлаждающей воды на тонну перхлората.

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Для получения 13000 тонн в год перхлората натрия, необходимо отделение электролиза, в котором установлено 8 каскадов электролизеров.

В расчетной части проекта приведен расчет расхода сырья необходимых для выполнения программы.

 

Для получения качественного продукта проектом предусмотрен аналитический и автоматический контроль производства.

 

Мероприятия по охране труда, представленные в проекте, обеспечивают безопасность обслуживающего персонала.

 

Для предупреждения загрязнения окружающей среды предусмотрена очистка газовых выбросов в атмосферу.

Мероприятия по охране труда, представленные в проекте, обеспечивают безопасность обслуживающего персонала.

 

Для предупреждения загрязнения окружающей среды предусмотрена очистка газовых выбросов в атмосферу.

 

 

ЛИТЕРАТУРА.

1. Шумахер И. Перхлораты. Свойства, производство и применение.

Госхимиздат. М. 1963

2. Якименко Л.М. Производство хлора, каустической соды и неорганических

хлорпродуктов. М., Химия, 1974

3. Кубасов В.А., Банников В.В. Электрохимическая технология неорганических

веществ. Химия. М., 1989

4. Якименко Л.М., Пасманик И.И. Справочник по производству хлора,

каустической соды и неорганических хлорпродуктов. Химия. М., 1976

5. Якименко Л.М., Серышев Г.А. Электрохимический синтез неорганических

соединений. Химия. М., 1984

6. Пасманик И.И. Сасс-Тиссовский В.А., Якименко Л.М. Справочник.

Химия., 1966

7. Кубасов В.А., Зарецкий С.А. основы электрохимии. Химия. М., 1976

8. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу

процессов и аппаратов химической технологии. Химия., Л.1981

9. Гороновский И.Т., Назаренко И.П., Некряч В.Ю. Краткий справочник

химика. «Наукова думка», Киев. 1974

10. Справочник химика Том I. Госхимиздат. 1960.

 

 

 

 

 

 

 

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Популярное:

1. I. По времени сохранения материала
2. III. Мероприятия по охране труда
3. V. Порядок разработки и утверждения инструкций по охране труда для работников
4. V. УЧАСТИЕ В СОРЕВНОВАНИЯХ И ДРУГИХ МЕРОПРИЯТИЯХ
5. XI. ФИНАНСИРОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ
6. Анализ воспитательного мероприятия
7. Анализ эффективности защитных мероприятий
8. Беседа о навыках поддержания и сохранения собственного здоровья
9. Биоэтика как наука о самоценности жизни и новая идеология здравоохранения.
10. Больной 30 лет, страдающий сахарным диабетом I типа, обнаружен в коматозном состоянии через 3 часа после введения инсулина. Какое мероприятие необходимо выполнить в первую очередь?
11. В каких случаях можно пользоваться законом сохранения импульса?
12. В какой последовательности необходимо выполнять технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ со снятием напряжения?