Дипломная работа: Производство сульфаминовой кислоты марки А мощностью 500 тонн

Взаимодействие аммиака с SO₃:

SO₃ + NH₃ ->NH₂SO₃H

Реакция гидроксиламина с SO₂:

NH₂OH + SO₂ ->NH₂SO₃H

Кроме того, сульфаминовая кислота может быть получена гидролизом серной кислотой реакционной смеси NH₃ - SO₃.[12]

1.3 Получение сульфаминовой кислоты путем сульфирования мочевины олеумом

Способ получения сульфаминовой кислоты, включающий сульфирование мочевины олеумом, фильтрацию неразбавленной сульфомассы, перекристаллизацию технической пасты сульфаминовой кислоты из рециркулирующего подогретого до температуры не более 75°С маточного раствора, поддерживает концентрацию серной кислоты на уровне 19-22 мас.%.

Скорость реакции должна линейно зависеть от концентрации серной кислоты. Однако в ряде случаев незначительное увеличение концентрации серной кислоты приводит к резкому изменению скорости сульфирования. Так, при концентрациях мочевины в кислоте более 4 моль/ л через некоторый промежуток времени (период индукции) наблюдается резкое (более чем в 5 раз) повышение скорости реакции. При меньших концентрациях мочевины (5/3 моль/л и меньше) после короткого периода индукции скорость реакции убывает согласно уравнению для реакции 1-го порядка. Взрывоподобный ход реакции исчезает при наличии следов воды в смеси. При разбавлении серной кислоты водой, выделяющейся в процессе реакции, скорость сульфирования может уменьшиться настолько, что реакция практически останавливается. [13]

Массовое соотношение пасты сульфаминовой кислоты и раствора для перекристаллизации составляет 1:6-8. Выход сульфаминовой кислоты 83-85% в пересчете на мочевину. Фильтрат после выделения от сульфомассы пасты сульфаминовой кислоты представляет собой примерно 96%-ную серную кислоту с примесью не более 1% сульфаминовой кислоты, он может быть использован в смежных производствах. Целью метода является упрощение технологии, сокращение расхода серной кислоты, получение целевого продукта с высоким выходом и качеством при использовании минимального количества единиц оборудования, энерго- и трудозатрат. [14]

Сульфаминовая кислота применяется в качестве сырья в синтезе химических веществ и продуктов бытовой химии (марка А), в качестве технического чистящего средства для промывки промышленной аппаратуры и оборудования в пищевой и молочной промышленности (марка Б).

Для получения сульфаминовой кислоты предложен ряд методов, включая методы, основанные на реакции гидроксиламмоний-сульфата с диоксидом серы, газофазной реакции аммиака с серным ангидридом, гидролизе диимидосульфоната аммония и др. Промышленный синтез сульфаминовой кислоты заключается во взаимодействии мочевины с триоксидом серы и серной кислотой, т.е. с олеумом:

NH₂CONH₂+SO₃+H₂SO₄ = 2NH₂SO₃H+CO₂

Реакцию осуществляют, используя различные мольные избытки триоксида серы и серной кислоты, серная кислота служит также разбавителем в данном процессе. Сульфаминовая кислота имеет ограниченную растворимость в растворе серной кислоты, уменьшающуюся с ростом концентрации серной кислоты, и продукт сульфирования (сульфомасса) обычно представляет собой суспензию кристаллов сульфаминовой кислоты в концентрированной серной кислоте или слабом олеуме.

Для извлечения сульфаминовой кислоты из продукта сульфирования и ее очистки применяют различные способы [14], включающие разбавление сульфомассы, фильтрацию или центрифугирование суспензии, промывку осадка, перекристаллизацию.

Например, при одном из способов сульфомассу от сульфирования мочевины 20%-ным олеумом смешивают с промывными водами от последующей противоточной промывки, получая суспензию сульфаминовой кислоты в 70-80%-ной серной кислоте, затем проводят трехкратную репульпацию и четырехкратную фильтрацию на барабанных вакуум-фильтрах. Выход целевого продукта 60-65%.

В известных способах [14] для увеличения выхода сульфаминовой кислоты и получения ее в чистом виде применяют многократные операции промывки, фильтрации и перекристаллизации, что приводит к усложнению технологии, увеличению продолжительности производственного цикла, значительному объему кислых стоков и трудно утилизуемых отходов, даже с учетом возвращения в цикл ряда компонентов.

Так, в способе [14] удельные (на 1 кг сульфаминовой кислоты - СК) расходы серной кислоты и утилизируемых кислых стоков составляют 1,5 кг Н₂SO₄/кг СК и 3,05 кг стоков/кг СК.

Как же говорилось выше, целью предлагаемого метода является упрощение технологии, снижение потерь серной кислоты и количества образующихся кислых стоков.

Указанная цель достигается способом, в котором неразбавленную сульфомассу, полученную сульфированием мочевины олеумом и содержащую от 35 до 38 мас.% сульфаминовой кислоты, фильтруют, отфильтрованную пасту сульфаминовой кислоты подвергают перекристаллизации, используя подогретый до температуры не более 75° С (предпочтительно до 50-60° С) маточный раствор от предыдущих операций, содержащий 19-22 мас.% серной кислоты, взятый в массовом соотношении 6-8 частей раствора на 1 часть отфильтрованной пасты сульфаминовой кислоты. После охлаждения раствора до 15-20°С и фильтрации целевой продукт и маточный раствор, содержащий около 3% основного вещества и 25% серной кислоты, используют для последующих операций. Необходимую концентрацию серной кислоты в рециркулирующем маточном растворе поддерживают путем периодического отвода части этого раствора и добавления соответствующего количества воды.

Фильтрат, полученный от фильтрования сульфомассы, представляет собой примерно 96%-ную серную кислоту с примесью не более 1% сульфаминовой кислоты и 2,5% бисульфата аммония, он находит применение в смежных производствах.

Выход сульфаминовой кислоты согласно способу составляет 82-85% в пересчете на мочевину. Качество готового продукта соответствует требованиям, предъявляемым к продукту марки А по ТУ 2121-083-05800142-2001: содержание основного вещества не менее 99%, содержание сульфат-ионов не более 0,3%.

Удельные расходы утилизируемых кислых стоков и содержащейся в них серной кислоты составляют: 1,3-1,4 кг стоков/кг СК и 0,28-0,32 кг H₂SO₄/кг СК против 1,5 кг Н₂SO₄/кг СК и 3,05 кг стоков/кг СК в прототипе.

Очевидно, что способ по изобретению отличается от известных меньшим количеством стадий, использованием минимального количества единиц оборудования и обеспечивает получение целевого продукта с достаточно высоким выходом и качеством при минимальных энерго- и трудозатратах. Предлагаемое количество раствора для перекристаллизации пасты сульфаминовой кислоты и концентрация в нем серной кислоты являются оптимальными, т.к. при использовании меньших или больших значений концентрации и объемов снижаются качественные показатели или выход готового продукта.

Схема производства сульфаминовой кислоты, на которой предлагаемый способ может быть реализован в промышленном масштабе, представлена на чертеже ниже.

2. Обоснование места строительства

Цех по производству сульфаминовой кислоты расположен на территории АО «Пигмент» в Тамбовской области, г. Тамбов. Он находится в промышленно развитом регионе, оснащен автомобильными путями. Основными факторами, повлиявшими на выбор места строительства, были:

- обеспечение промышленного объекта сырьем, водными ресурсами;

- наличие источника и условия электроснабжения;

- наличие трудовых ресурсов, квалифицированных кадров;

- наличие необходимых площадей для строительства;

- благоприятные климатические условия;

- возможность сброса и утилизации промышленных отходов;

- возможность использования транспортных путей, расположенных на территории завода.

3. Технологическая часть

3.1 Технологические стадии

1. Сульфирование карбамида (мочевины) и разбавление сульфомассы. Выход: 88%.

NH₂CONH₂ + SO₃ + H₂SO₄> 2NH₂SO₃H + CO₂^

2. Выделение сульфаминовой кислоты марки А. Выход: 99,10%.

3. Фильтрование и промывка сульфаминовой кислоты марки А. Выход: 99,20%.

4. Сушка сульфаминовой кислоты марки А. Выход: 99,60%.

Общий выход: 0,8800 0,9910 0,9920 0,9960 = 0,8616 или 86,16%.

3.2 Описание технологической схемы

Прием и поступление карбамида (мочевины).

Оборудование:

Тензодатчик на раме и весовой терминал ТВ003/05Д. Пределы взвешивания-0,0 - 2000 кг. Цена деления 0,5 кг.

Карбамид поступает в полипропиленовых мешках с массой 50 кг или в мягких контейнерах разового использования (МКР) весом 500 кг или 1000 кг.

Необходимое количество карбамида внутрицеховым транспортом доставляют к сульфуратору поз. 3. Карбамид загружают в бункер, установленный на тензовесах, на стадию сульфирования.

Прием и поступление олеума.

Оборудование:

Ёмкость - сборник для хранения олеума поз. 1 - горизонтальная, цилиндрическая, с погружным насосом. Снабжена датчиками блокировки со световой и звуковой сигнализацией. При достижении максимального уровня останавливается электродвигатель насоса и закрывается клапан на линии приема олеума. Материал - сталь, эмаль. Вместимость - 20 м³.

Мерник олеума поз. 2 - горизонтальный, цилиндрический, с переливной линией в ёмкость поз. 1, установлен на тензовесах. Снабжен блокировкой со световой и звуковой сигнализацией. При достижении максимального уровня срабатывает блокировка на отключение насоса поз. 15. Материал - сталь. Вместимость - 2,5 м³.

Насос поз для подачи олеума из ёмкости поз. 15 - погружной. Объемная производительность - 12,5 м³/ч. Давление нагнетания - 500 кПа. Материал - сталь. Мощность электродвигателя - 15 кВт.

Во избежание загазованности помещения серным ангидридом приём олеума ведут при работающей системе улавливания. Кислые пары и газы из ёмкости поз. 1 поступают в систему улавливания поз. 9. Из ёмкости поз. 1 насосом поз. 15 олеум с массовой долей неменее 24,0% подают в мерник поз. 2. В мернике поз. 2 контролируют массу не более 11000 кг по весовому терминалу.

Контроль содержания ПДК серного ангидрида около емкости поз. 1 осуществляется с помощью газоанализатора. При превышении содержания серного ангидрида 10 мг/м³ включается аварийная вентиляция.

Прием и поступление поваренной соли.

Поваренная соль поступает в полипропиленовых мешках с массой 50 кг или 25 кг. Мешки с солью, предварительно взвешенные на напольных весах и уложенные на поддоне, доставляются на автопогрузчике. Затем их доставляют к аппарату поз. 5 для приготовления 10%-го раствора.

3.2.1 Сульфирование карбамида (мочевины)

Оборудование:

Бункер для загрузки карбамида в сульфуратор поз. 3- снабжен шнековым питателем. Установлен на тензовесах. Материал - нержавеющая сталь. Вместимость - 2,0 м³. Мощность электродвигателя шнека - 2,2 кВт.

Таблица 3.2.1

Загрузки на операцию по стадии сульфирования карбамида

Сульфуратор поз. 3 - вертикальный, цилиндрический реактор с рубашкой для обогрева паром и охлаждения оборотной водой. Снабжен мешалкой типа "Смесьмаш" с максимальной частотой вращения 64 об/мин.

При достижении максимальной температуры срабатывает сигнализация световая и звуковая, закрываются клапаны на линии подачи олеума и фильтрата, клапан на линии подачи пара на обогрев и отключается электродвигатель шнека бункера. Материал - ЭИ-448 (12Х17Н13М2Т). Вместимость - 6,3 м³. Мощность электродвигателя мешалки - 45 кВт. Оснащен частотным преобразователем Веспер.

Мерник олеума поз. 2 - горизонтальный, цилиндрический, с переливной линией в ёмкость поз. 3, установлен на тензовесах. Снабжен блокировкой со световой и звуковой сигнализацией. При достижении максимального уровня срабатывает блокировка на отключение насоса поз. 15. При достижении минимального веса в мернике срабатывает блокировка на закрытие клапана на линии подачи олеума. Материал - сталь. Вместимость - 2,5 м³.

Колонна абсорбционная поз. 11 - вертикальная, цилиндрическая. Высота - 9000 мм, диаметр - 2000 мм. Насадка - кольца Рашига. Материал - стеклопластик.

Сборник поглотительного раствора поз. 7 - горизонтальный, цилиндрический. Снабжен блокировкой со световой и звуковой сигнализацией. При минимальном уровне в сборнике срабатывает блокировка на остановку электродвигателя насоса. Вместимость - 12,5 м³. Материал - полипропилен.