Проект сушилки с псевдоожиженным слоем для сушки сульфата аммония

льного агента

Способ удаления влаги из суши-                           С отработанным сушильным агентом,

лки                                                                                  конденсационные и с химическим погло-

                                                                                        щением влаги

Способ подвода  тепла к материа-                              Конвективные, контактные, с лучистым

лу                                                                                    нагревом (радиационные), с нагревом то-

                                                                                         ками высокой частоты, с акустическим и

                                                                                        или ультразвуковым нагреванием

Вид высушиваемого  материала                             Для крупнодисперсных, тонкодисперс-

                                                                                         ных, пылевидных, ленточных, пастообра-

                                                                                      зных материалов, жидких растворов или

                                                                                          суспензий

Гидродинамический режим                                        С плотным неподвижным слоем, переме-

                                                                                          шиваемым слоем, с распылением в потоке

                                                                                     сушильного агента

Конструктивный тип  сушилки                                     Камерные, шахтные, ленточные, барабан-

                                                                                            ные, трубчатые и т.д.

    Конструкции сушильных аппаратов (сушилок) крайне разнообразны. Можно назвать две основные причины такого разнообразия: различие в свойствах высушиваемых материалов и в постановке технологической задачи; недостаточные успехи проектировщиков в разработке единой оптимальной конструкции. В случае сушильных аппаратов определенно преобладает первая причина. Это является следствием широкого разнообразия определяющих факторов:

    — консистенция высушиваемого исходного сырья (изделия; ленты; пленки; нити; зернистые материалы, хорошо и плохо сыпучие; пасты; суспензии и даже растворы);

    — размер и форма ТМ (крупные и мелкие; сферические и близкие к ним либо сильно отличающиеся от шарообразных; дробленые, игольчатые, чешуйчатые и т.п.);

    — устойчивость к высоким температурам: стабильность к очень высоким (на уровне топочных газов) или достаточно высоким температурам либо, наоборот, термолабильность и потому ограниченность температур при сушке;

    — виды связи влаги с материалом и необходимая глубина высушивания;

    —скорость сушки (существуют материалы, портящиеся при быстрой сушке);

    — механическая прочность (устойчивость к сжатию и истиранию) и т.п. 
 
 
 

1.3 Выбор конструкции  аппарата

Для данного процесса была выбрана конвективная сушилка с кипящим (псевдоожиженным) слоем.

  

        
 
 
 
 
 

Рис. 1 - Конвективная сушилка с кипящим (псевдоожиженным) слоем

    Сушилка представляет собой пустотелый вертикальный сварной аппарат с коническим днищем, над которым внутри аппарата установлена газораспределительная  решетка 5. Аппарат снабжен шнековым питателем 1 и разгрузочным устройством 2 .Через нижний штуцер 3 под решетку подается сушильный агент. Высушиваемый материал поступает на решетку и под действием движущегося через решетку сушильного агента образует кипящий слой. Сушильный агент удаляется из аппарата через верхний штуцер направляясь  в систему пылеотделения для дальнейшей очистки.

    

    Распределительные устройства должны обеспечивать равномерное  распределение газа по сечению аппарата, иметь небольшое гидравлическое сопротивление, быть простыми по конструкции, доступными для осмотра и надежными в работе. На практике все эти требования не всегда возможно совместить. Характер распределения в значительной степени зависит от числа точек ввода газа на единицу поверхности решетки, скорости и направления потоков газа в местах ввода в слой и сопротивления решетки. Конструкции газораспределителей в промышленных аппаратах весьма разнообразны:

1) неподвижные решетчатые устройства, к которым относятся перфорированные решетки с круглыми, направленными   перпендикулярно, или щелевидными косыми отверстиями;пористые решетки , составленные из керамических или металлокерамических плит, колпачковые решетки и колосниковые решетки , набранные из ряда полос или параллельных труб.

2) безрешетчатые  устройства, к которым относятся диффузоры или распределители в виде барботеров.

3) распределительные устройства с подвижными элементами с гребковыми устройствами (рис или вибрирующие решетки.

  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.4. Физико-химическая  характеристика продукта процесса

     Сульфат аммония( NH₄)₂SO₄. По внешнему виду сульфат аммония - это кристаллический порошок белого или слабоокрашенного цвета, допускаются светло-желтый и розовый оттенок, По эффективности применения не уступает аммиачной селитре и карбамиду, а в части физико-химических свойств (негорючий, взрывобезопасный, неслеживается при долгом хранении) и своей стоимости выгодно отличается и обладает явным преимуществом.

     Физико - химический состав; показатели:

     Массовая  доля азота в пересчете на сухое  вещество  21%

     Массовая  доля воды 0,3%

     Массовая  доля свободной серной кислоты 0,05%

     Сыпучесть 100%

Сульфат аммония( NH₄)₂SO₄ бесцветные  кристаллы с ор-торомбической решеткой ;плотность 1,766 г/см3; Сp° 187,4 ДжДмоль-К. Выше 100^о С разлагается с выделением NH₃ и образованием сначала NH₄HSO₄ , а затем (NH₄)₂S₂O₇ и сульфаниловой к-ты. Р-римость в воде (г в 100 г): 70,5 (0^оС), 76,4 (25°С), 101,7 (100°С). Окисляется до N₂ под действием сильных окислителей, напр. КМпО₄. Образует двойные соли с сульфатами др. металлов, напр. Al, Fe.

     При нагревании аммония сульфата до 147°С получают гидросульфат NH₄HSO₄ - бесцв. кристаллы с моноклинной решеткой; плотн. 1,78 г/см3; Нообр - 1025,5 кДж/моль. Выше 147°С разлагается с образованием NH₃ и (NH₄)₂S₂O₇

Получение

В лаборатории получают действием концентрированной серной кислоты на концентрированный раствор аммиака.

2NH₃+H₂SO₄→(NH₄)₂SO₄

     Эту реакцию, как и все другие реакции  взаимодействия аммиака с кислотами  проводят в приборе для получения  растворимых веществ в твёрдом  виде.

     Среди основных способов получения сульфата аммония, которые наиболее часто  используются в химической промышленности, имеются следующие: процесс нейтрализации серной кислоты синтетическим аммиаком; использование аммиака из газа коксовых печей для его химической реакции с серной кислотой; получение в результате обработки гипса растворами карбоната аммония; получение при переработке отходов, остающихся после производства капролактама. Вместе с тем имеются и другие способы производства сульфата аммония, например, получение этого вещества из дымовых газов электростанций и сернокислотных заводов. Для этого в горячие газы вводят газообразный аммиак, который связывает имеющиеся в газе окислы серы в различные соли аммония, в том числе и в сульфат аммония. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

1.5. Выбор конструкции материала

    В химической промышленности условия работы аппаратов характеризуется широким диапазоном температур – примерно от –254 до +2500°С при давлениях от 0,015 Па до 600 МПа при агрессивном воздействии среды. Основными требованиями, которым должны отвечать химические аппараты, являются механическая надежность, долговечность, конструктивное совершенство, простота изготовления, удобство транспортирования, монтажа и эксплуатации. Поэтому к конструктивным материалам проектируемой аппаратуры предъявляются следующие требования:

1. Высокая коррозийная стойкость материалов в агрессивных средах при рабочих параметрах процесса;
2. Высокая механическая прочность при заданных рабочих давлениях, температуре и дополнительных нагрузках, возникающих при гидравлических испытаниях и эксплуатации аппаратов;
3. Хорошая свариваемость материалов с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений;
4. Низкая стоимость и доступность материалов.

       Кроме того, при выборе конструкционных  материалов необходимо учитывать  физические свойства материалов (теплопроводность, линейное расширение и т.д.).

   Для  изготовления аппаратов в химической  промышленности в качестве конструкционных  материалов применяют черные  материалы и сплавы (сплавы, чугуны), цветные материалы и сплавы, незащищенные  и защищенные с поверхности  покрытиями (металлическими и неметаллическими), неметаллические материалы (пластмассы, материалы на основе каучука, керамику, углеграфитовые и силикатные материалы, дерево).

    Под коррозией понимают разрушение поверхности  металла вследствие протекания химических или электрохимических процессов.

    Химическая  коррозия – результат взаимодействия металла с химически активными  веществами. Частными случаями химической коррозии являются газовая водородная, карбонильная, сероводородная и некоторые  случаи атмосферной коррозии.

     Для изготовления химической аппаратуры должны использоваться конструкционные материалы, скорость коррозии которых не превышает 0,1 – 0,5 мм/год; чаще применяются материалы стойкие (скорость коррозии 0,01 – 0,05мм/год)

    Коррозионная  стойкость определяет долговечность  химического оборудования. Для большинства типов оборудования химических заводов установлена длительность эксплуатации 7 – 10 лет. Излишняя долговечность не может быть оправдана, так как оборудование морально устаревает и требует замены. Материал, из которого изготавливают химические аппараты, должен обладать высокой химической стойкостью не только для обеспечения необходимой долговечности аппарата, но и для безопасности условий работы и сохранения чистоты продукта. Разрушившийся материал загрязняет продукт, снижает его качество и может проявить каталитические свойства в побочных процессах или, наоборот, может быть каталитическим ядом (например, в процессе окисления аммиака).

     Разрушение  неметаллических материалов представляет  собой химическое их разрушение, происходящее в результате воздействия внешней среды (жидких и газообразных реагентов, нагрева и охлаждения), метеорологических условий и микробиологического процесса. Воздействие водных растворов веществ на неметаллические материалы неорганического происхождения приводит к их растворению или выщелачиванию.

    Нагревание  неорганических неметаллических материалов может вызывать их термическую деструкцию, в результате чего снижаются механическая и химическая стойкость.

    Органические  конструкционные материалы –  органические полимеры (пластмассы) – обладают высокой химической стойкостью ко многим агрессивным средам, но подвержены термической и фотохимической деструкции, биологической коррозии в результате действия жидких и газообразных агрессивных сред.

       Таким образом, конструкционным материалом выбрана сталь, так как она имеет наибольшее применение в химическом машиностроении.  

 
2 Специальная часть