Как составить материальный баланс колонны синтеза аммиака

Компонет	Поступает в колонну синтеза	Образуется(+) или расходуется (-) в колонне синтеза	Поступает в водяной холодильник
кг	нм3	кг	нм3	кг	нм3
1	2	3	4	5	6	7
Аммиак Водород Азот Аргон Метан	2256,5 5827 27473 1733 964	2930,5 65472 21978,4 973 1344,6	+10416 -8577.9 -1838,1	13527 6862 20653	12672,5 3988,9 18895,1 1733 964	16457,5 44919 15116,4 973 1344,6
Всего	38254	92698,5	0	-13988	38254	78810,5

Компонет	Удаляется из холодильника	Жидкий аммиак В сборник	Газы на продувку и смщение
жидкости	газа
кг	нм3	кг	нм3	кг	нм3	кг	Нм3
8	9	10	11	12	13	14	15	19
Аммиак Водород Азот Аргон Метан	7635 15,13 69 9 11	11313,5 170 55,2 5,05 15	3961 3974 18826,5 1722 953	5144 44649 150261,2 967,35 1329,6	7635 15,13 69 9 11	11313,5 170 55,2 5,05 15	3961 3974 18826,5 1722 953	5144 44649 150261,2 967,35 1329,6
Всего	8815,13	11558,75	29439,5	67151,6	8815,13	11558,75	29439,5	67151,6

Компонет	Выводится при продувке	Поступает На смещение	Вводится свежей смеси	Поступает в конденсационную колонну
кг	нм3	кг	нм3	кг	нм3	кг	нм3
17	18	19	20	21	23	24	25	26
Аммиак Водород Азот Аргон Метан	555,5 557,4 2637 234 137,7	721 6263 21709 131 192	3405,5 3416,6 16189,5 1488 815,3	4423 38386 1295,2 833,35 137,6	– 2413 11293 246,9 151,8	– 27120 9035 138,71 211,72	3405 5829,6 27482 1734,9 967,1	4423 65506 21987 975,06 1349,3
Всего	4121,6	29016	25314,9	45075,1	13780,4	36495,43	39419	94241

Компонет	Разделяется в конденсационной колонне	Поступает в испаритель	Поступает в колонну синтеза
жидкости	газа
кг	нм3	кг	нм3	кг	нм3	кг	Нм3
27	28	29	30	31	32	33	34	35
Аммиак Водород Азот Аргон Метан	1148 1,7 7,5 2 2	1491,3 17 6 1 3	2257 5827,9 27475 1732,9 965,1	1737,89 65489 21981 974,06 1346,32	1148 1,7 7,5 2 2	1491,3 17 6 1 3	2257 5827,9 27475 1732,9 965,1	1737,89 65489 21981 974,06 1346,32
Всего	1161,2	1518,3	38257,9	91528,81	1161,2	1518,3	38257,9	91528,81

Тепловой расчет
колонну синтеза аммиака

Исходные данные

Температура газа на входе
в колонну( в С⁰)
— 36

Температура газа на входе
в слой катализатора ( в С⁰)
440

Температура на выходе из
катализаторной коробки ( в С⁰)
480

Температура газа на выходе
из колонны ( в С⁰)
90

Температура воды, поступающей
в колонну ( в С⁰)
220

Температура воды ,выходящей
из колонны ( в С⁰)
280

Давление воды(в нм³)

100*10⁵

Энтальпия
поступающего газ i₁
содержащегося 3,08 аммиака при температуре
на входе колонны 36 С⁰
,составляет 41 600 кдж/кг

Отпуская
по щели между стенкой колонны и
катализированной коробкой, газ нагревается
за счёт тепла катализаторной коробки
.Температура газа при этом увеличивается
на 8-10 град.Принимаем ,что газ нагрелся
на 9 град и его температура в щели на
уровне перехода катализаторной коробки
в теплообменник 45 С⁰.Тогда
i-t,что
i₂
=41900 кдж/кг. Таким образом, энтальпия
каждого килограмма газовой смеси
увеличилась на i₂-i₁=4190
-4160=30 кдж .Это же количество тепла на
килограмм смеси отдала катализаторная
коробка.

Отпускаясь
ниже по щели между стенками колонны и
теплообменником ,газ продолжает
нагреваться –теперь за счет горячего
газа ,охлаждающегося в теплообменнике.Температура
газа за время прохождения по щели от
точки до входа в теплообменник
увеличивается примерно на 6-8 град
.Принимаем увеличение равным 7 град.Тогда
температура газа будет равна 52 С⁰
,а энтальпия i₃
=42100 кдж/кг

Тепло,выдлившееся
из 1 кг смеси в катализаторной коробке
за счет тепла реакции, можно выразить
как разность энтальпий газа,поступившего
в слой катализатора,и газа,ушедшего из
слоя. Это тепло составляет i₇-i₉
кдж/ кг.С другой стороны ,все выделившееся
тепло должно быть поглощено нагреваемыми
газами .

Газы
нагреваются за счет отдачи тепла
катализаторным слоем дважды : один раз
в щели у коробки и второй раз –при
прохождении через центральную трубку,
внутренние и наружные трубки Фильда .В
первом случае тепло ,воспринимаем
газами ,состовляет i₂-i₁,а
во втором случае i₇-i₄.Таким
образом, уравнение теплового баланса
катализаторной коробки приобретает
вид

Отсюда
после сокращения i₇
находим

i₄=
i₉₊
i₂–
i₁

Энтальпию
i₉
можем найти по диаграмме i-t.,так
как знаем ,что температура газ на выходе
из слоя катализатора 480 С⁰,а
содержание аммиака 18,4%.Энтальпия i₉
==5000кдж/кг.Энтальпия

i₄=5000+4190-4160=5030
кдж/кг

Отсюда
температура газа на выходе из теплообменника
или на входе в центральную трубку
катализаторной коробки, по диаграмме
i
– t
равна 284⁰С.
Энтальпия газа на входе в слой катализатора
при 440⁰С
и 3,08% аммиака равна 5580 кдж/кг. Т,о., газ
при реакции в слое катализатора выделит
–

i₇-i₉=5580
– 5000 = 580 кдж/кг

при нагреванию в
щели получает 30 кдж/ кг и прохождении
по центральной трубке и трубкам Фильда
5580 -500=580 кдж/кг

Как
указано выше ,газ поступает в теплообменника
с температурой 52 С⁰
и энтальпией i₃=4210,а
выходит из теплообменника с температурой
284 С⁰
и энтальпией 5030 кдж/кг .Следовательно
, газ в теплообменнике получил

i₄–
i₃=5030-4210=820
кдж/кг

Кроме этого, в щели
у теплообменника к газу подведено

i₃–
i₂=4210-4190=
20 кдж/кг
тепла.

Вcего
при охлаждении горячего газа в
теплообменнике холодный газ поглотил

i₄–
i₂=5030-4190=840кдж/кг

Это
же количества тепла отдал горячий газ(
потерями в окружающую среду пренебрегаем
),т.e

i₄–
i₂
=i₁₀-i₁₁=
840 кдж/кг

Зная
температуру и состав газа, выходящего
из колонны ,находим ,что i₁₁=
3680 кдж/кг.Тогда для горячего газа
,поступающего в теплообменник

i₁₀=
i₁₁
+840 =3680+840=4520 кдж/кг

Газ
,выходящий из катализаторной коробки
,содержит i₉=5000
кдж/кг тепла ,а поступающей в теплообменник
4520 кдж/кг

Разница в количестве
тепла

i₉–
i₁₀
=5000-4250=480 кджкг

расходуется на
нагрев воды в теплоотводящем устройстве
.Общее количество тепла ,которое может
быть использовано на нагрев воды найдем
по уравнению

Q_13-Q₁₂=m_12*(i₁₃-i₁₂)
= Q₉-Q₁₀=m_9*(i₉–
i₁₀)=37591*480=18000000
кдж/ч

Энтальпия
воды при 280 С⁰
рвана i₁₃=1234,5
кдж/кг,а при 220 С⁰

i₁₂=
945,8 кдж/кг.Отсюда ,при нагревании воды
от 220 до 280 С⁰
энтальпия увеличивается на

i₁₃-i₁₂₌1234,5-945,8=288,7
кдж/кг

Таким
образом ,масса нагреваемой воды равна

m₁₂=
Q_13-Q_12/
i₁₃-i₁₂=18 000 000/288,7=62350
кг/ч

Тепло
газ Q
в любой точке определяется произведением
массы газа на энтальпию его,например

Q₂=
m₂i₂
=37591*41900=157500000 кдж/=157500 Мдж /ч

При расчете нужно
помнить, что масса газа любой тоске
есть величина постоянная.

---

Подборка по базе: Практическая работа 2. Анкудинов.docx, курсовая работа КОМПЛЕКСНЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ.docx, Здесь и в следующих работах.docx, Методичка курсовая новая ПСО (1).docx, практическая работа 1.docx, практическая работа №3.docx, практическая работа 2.3_государство_доверие.docx, Курсовая работа Харитонов Ю.В.rtf, Самостоятельная работа. ФГОС ООО (1).docx, Практическая работа по дисциплине международное частное право 20

---

Расчеты технологических процессов

1. Материальный расчет (материальный баланс) синтеза аммиака колонны

Материальный баланс – это состав газовой смеси, проходящая из сепаратора первичной и вторичной конденсации, а также расход и приход газов протекающая через колонну синтеза аммиака.

На рисунке 3 показана схема материального баланса синтеза аммиака, проходящая через колонну, холодильную установку и сепаратор первичной конденсации.

Рисунок 3 – Схема материального баланса синтеза аммиака

5 — колонна синтеза; 6 — холодильник 7 —сепаратор первичной конденсации; NH₃(ж)— жидкий аммиак (продукт); А.-в. — добавление свежей азотоводородной смеси; П. г. — продувочные газы
Уравнение синтетического аммиака имеет вид:

Исходные данные для расчетов:

1. Производительность установки тыс. тонн в год – 100;
2. Рабочие дни – 350;
3. Объемная скорость азото – водородной смеси – ;
4. Давление при синтезе аммиака – P=30 Мн/ ;
5. Температура для синтеза аммиака – ;
6. Катализатор объемом – ;
7. Содержание в газе на выходе из колонны синтеза на новом свежем катализаторе – ;
8. Содержание в газе на выходе из колонны синтеза на перезаряженном катализаторе – ;
9. Содержание инертных газов – в свежем газе – ;
10. Содержание инертных газов – в циркуляционном газе – ;
11. Температура первичной конденсации газа на выходе из водяного холодильника и сепаратора при первой конденсации –
12. Температура вторичной конденсации газа на выходе из второго (аммиачного) холодильника и сепаратора –

Расчет:

1. Приход это количество газов, поступающая в колонну синтеза аммиака из сепаратора вторичной конденсации, исходя из его скорости и объема катализатора:

1. По уравнению Ларсона и Блека состав газовой смеси, которая поступает в колонну для синтеза аммиака будет иметь следующий вид:

где: Р – давление газовой смеси, кн/м²;

Т – температура, К.

Подставляем значения в полученное выражение:

Отсюда получаем, что

Процентный состав газовой смеси показан в таблице 5.

Таблица 5

Поступающий газ в колонну, для синтезирования аммиака

Наименование	Процентное соотношение
	3,2
	3
	93,8 где:
Всего:	100

1. Расход это объем газовой смеси, которая выходит из колонны синтеза аммиака:

    Сначала определяем, сколько поступает в колонну:

    Отсюда количество аммиака, образовавшегося в колонне за счет реакции синтеза, составит, нм³/ч

1. Состав газа на выходе:

На выходе из колонны смесь имеет состав:

Таблица 6

Выходящая смесь из колонны синтеза

Наименование	Процентное соотношение
	16
	3,4
	80,6 где:
Всего:	100

Таблица 7

Материальный баланс колонны для синтеза аммиака

Приход	Расход
Статьи прихода	V в час, (кг)	Статьи расхода	V
Газовая смесь	144000	Газовая смесь	128100
	4160, (3500)		20500, (15560)
	4320, (3870)		4320, (3870)
	101300, (9010)		77470, (6940)
	33770, (42210)		25810, (32220)
Итого:	(58590)	Итого:	(58590)

1. Производительность колонны – это количество аммиака, образующегося в катализаторной коробке за счет реакции синтеза, составит:

где:

Максимальная производительность колонны составляет:

1. Подсчет количества колонн для синтеза аммиака производительностью 100 тонн:

Количество колонн:

Следовательно, для получения 100 тонн в год синтетического аммиака понадобится 1 колонна синтеза аммиака.

1. Материальный баланс первичной конденсации

1. Материальный баланс первичной конденсации имеет следующий вид:

где:

1. Расчет количества газов растворенных в жидком аммиаке:

На 1000 кг жидкого аммиака при 30 Мн/ и при составляет: водород – 32,92; азот – 33,95; метан 103,00; аргон – 43,10.

Получается, на 1 кг растворимость смеси и инертных газов составит:

Конденсация аммиака:

Растворимые газы в аммиаке и их процентное соотношение в смеси:

Получаем, что:

Общее количество газов составляет: 0,02267

Подставим полученные данные в уравнение материального баланса первичной конденсации:

1. Найдем аммиачный баланс в газовой смеси:

где:

Аммиачный баланс при первичной конденсации:

Отсюда:

Получаем уравнение:

где:

Отсюда получаем кг/ч:

1. Уравнение выходящего газа имеет вид:

где:

Растворенные газы в жидком аммиаке и их количество можно рассчитать следующим образом:

– инертные газы:

– смесь, содержащее водород и азот: ;

Количество всех газов составляет 283 .

Количество растворенных газов, выходящих из первичной конденсации сепаратора составляет:

в процентном соотношении:

в процентном соотношении:

Количество аммиака в газовой смеси:

Состав выходящей газовой смеси при первичной конденсации аммиака:

Таблица 6

Выходящая смесь при первичной конденсации

Наименование	, (кг/ч)
(6,95%)	8023 (6100)
(3,7%)	4291 (3830)
(89,35)	103026 (39080)
Всего:	115340 (49010)

Материальный баланс первичной конденсации аммиака

Таблица 8

Приход	Расход
Статьи прихода	, (кг/ч)	Статьи расхода	, (кг/ч)
Газовая смесь из расхода синтеза аммиака колонны	128100 (58590)	Аммиак в жидком состоянии	12480 (9480)
	283, (100)
	115340
Итого:	128100 (58500)

1. Материальный баланс продувки вторичной конденсации аммиака

1. Баланс прихода.

Приход аммиака происходит из сепаратора первичной конденсации на продувку объемом Объем продувочных газов составляет:

1. Баланс вторичной конденсации рассматривают, как объем жидкого аммиака; расход вторичной конденсации аммиака отбираемого из сепаратора; расход инертных газов и азото – водородной смеси, а также их количество, которые растворяются в жидком аммиаке количество новопоступающей азото – водородной смеси .

На выходе из сепаратора вторичной конденсации, газовая смесь составляет а значит материальный баланс вторичной конденсации составит:

где:

1. Количество и инертных газов растворенных в жидком аммиаке при вторичной конденсации. Растворимость газов в 1 тонну , при 30 Мн/ и получаем:

– водород

– азот

– метан

– аргон

Растворимость и инертных газов в 1 кг жидкого аммиака составит:

Аммиак конденсируется:

В газовой смеси на выходе из сепаратора первичной конденсации содержится и инертных газов Перед входом в холодильник вторичной конденсации в смесь добавляют свежий газ в количестве 25% от основной смеси. Получаем, что парциальное давление в газовой смеси перед входом ее в холодильную установку второй конденсации составит:

то есть

то есть

Определим значение и

Всего: +

Подставим полученные значения в уравнение:

1. Баланс аммиака:

– количество аммиака, поступающего с газовой смесью из сепаратора первичной конденсации, составляет 8023

– количество аммиака, отходящего с продувочными газами составляет:

– количество аммиака в газовой смеси, выходящей из сепаратора вторичной конденсации составляет

– количество жидкого аммиака, отходящего из сепаратора вторичной конденсации составляет

Уравнение баланса аммиака:

Подставим полученные значения в уравнение:

1. Баланс инертных газов.

Приход по инертным газам с газовой смесью, выходящей из холодильной установки первичной конденсации составляет со свежей азотоводородной смесью Всего

Расход инертных газов с жидким аммиаком вторичной конденсации С продувочными газами 3,7%=0,037 С газовой смесью, выходящей из сепаратора вторичной конденсации .

Всего:

Получаем баланс инертных газов:

Количество продувочных газов и жидкого аммиака, получаемого при вторичной конденсации. Приравнивая вышеуказанные уравнения получим:

где .

Определим поступление азотоводородной смеси в цикл:

Общее количество газовой смеси:

Количество жидкого аммиака, полученного во вторичной конденсации:

Количество газов, растворенных в этом аммиаке:

– азотоводородной смеси:

– инертных газов:

Всего составит .

Количество продувочных газов:

Количество смеси, поступающей в холодильную камеру вторичной конденсации:

Количество выходного аммиака с продувочными газами для

Таблица 9

Материальный баланс продувки и вторичной конденсации аммиака

Приход	Расход
Статьи прихода	, (кг/ч)	Статьи расхода	, (кг/ч)
Газовая смесь из сепаратора первичной конденсации	15340 (9010)	Продувочные газы	2530 (1050)
Жидкий аммиак	3230 (2450)
	46, (20)
поступающая в колонну синтеза	144000 (58590)
Свежая азотоводородная смесь	4450 (3070)
Итого	49790 (2080)	Итого	149805 (62110)
Невязки	16 (30)	Невязки	+16 (+30)

Таблица 10

Сводная таблица циклов синтеза аммиака

Материальные потоки		(кг/ч)
1	2	3
Газовая смесь на выходе в колонну синтеза из сепаратора вторичной конденсации	144000	58590
Газовая смесь на выходе из колонны синтеза в сепаратор первичной конденсации	128100	58590
Газовая смесь на выходе из сепаратора первичной конденсации	115340	49010
Удаляемые газы из колонны -продувкой -с жидким аммиаком	2380 329	976 120
Количество аммиака -жидкого – выходит с продувочными газами	15710 176	11930 127

1. Тепловой баланс

Состав теплового баланса ведется по 3 агрегатам:

1. По теплообменнику колонны синтеза аммиака;
2. По холодильной установке первичной конденсации;
3. По холодильной установке вторичной конденсации;

Исходные данные:

Количество газовой смеси, поступающей в колонну синтеза из сепаратора вторичной конденсации: 40 ;

Температура смеси:

– при входе в кольцевое пространство колонны: ;

– при входе в теплообменник: ;

Количество газовой смеси, поступающей в трубки теплообменника из коробки катализатора

Температура смеси 5000 ;

Температура газа, поступающего в зону контактной массы коробки катализатора 40,00 ;

Количество аммиака, образовавшегося в колонне синтеза:

Тепловые потери колонны синтеза аммиака:

Приход тепла в колонну синтеза аммиака:

1. Приход тепла в колонну составляет так как температура смеси составляет
2. Тепловой эффект реакции синтеза при

где: Т=773К определяется следующим образом:

При синтезе, получаем аммиак в количестве Значит:

Общий расход тепла в колонну синтеза аммиака составит:

Расход тепла в колонну синтеза аммиака:

Тепловой поток с газовой смесью после колонны синтеза аммиака попадает в холодильную установку (холодильник первичной конденсации ), при этом выделяются тепловые потери ( ).

1. Тепловые потери составляет 10%, следовательно:

1. При температуре газовой смеси количества тепловой потери составит:

Таблица 11

Тепловые потери газовой смеси при температуре

Наименование теплопотерь	Формулы	Количество теплопотерь, Вт (Дж/сек)
Всего

1. При температуре газовой смеси поступающая в трубку теплообменника, количества тепловой потери составит:

Таблица 12

Тепловые потери газовой смеси при температуре

Наименование теплопотерь	Формулы	Количество теплопотерь, Вт
Всего

1. При температуре газовой смеси поступающая в катализатор, количества тепловой потери составит:

Таблица 13

Тепловые потери газовой смеси при температуре

Наименование теплопотерь	Формулы	Количество теплопотерь, Вт
Всего

Таким образом, газовая смесь должна получить тепла в теплообменнике:

количество тепла передаваемой газовой смесью в теплообменник из катализаторной коробки. Тепловой поток этой смеси будет равен:

Тепловой поток газовой смеси на выходе из теплообменника (с учетом теплоотдачи в кольцевое пространство ) составляет:

Температура газовой смеси на выходе из теплообменника, поступающего в холодильную камеру первичной конденсации:

где: ;

Таблица 14

Тепловые потери газовой смеси при температуре

Наименование теплопотерь	Формулы для , кВт	Формулы для , кВт	При , кВт	При , кВт
Всего

Следовательно: .

Найдем и :

При последующих расчетах принимаем

1. Тепловой поток поступающий в катализаторную коробку, с температурой . Баланс тепловых потоков равен:

За счет синтеза происходит выделение тепла:

Приход тепла в катализаторную коробку:

При температуре тепловой поток этого газа составляет:

Часть тепла из катализаторной коробки передается газу, проходящему через кольцевое пространство колонны. Количество тепла равно:

Избыток тепла:

удаляется путем охлаждения.

Схема тепловых потоков колонны показана на рисунке 5 с исходными данными.

Рисунок 5 – Схема тепловых потоков в колонне синтеза:

I — кольцевое пространство; 2 — теплообменник в верхней части колонны синтеза, который включает и теплообменные трубки катализаторной коробки; 3 — катализаторная коробка.

1. Тепловой расчет холодильной установки первичной конденсации

Исходные данные:

– Количество газовой смеси на входе в холодильную камеру (исходя из материального баланса первичной конденсации

– Температура газа на входе в холодильную камеру На выходе из холодильной камеры

– Температура охлаждающей воды а на выходе из холодильника

– Количество аммиака, сконденсированного в холодильной установке (исходя из материального баланса первичной конденсации

– Скрытая теплота конденсации аммиака

– Содержание аммиака в газовой смеси

где .

Количество тепла, отводимое от газа в зоне перегрева

Количество тепла, отводимое от газа в зоне конденсации:

где

Общее количество тепла:

Общее количество тепла, отводимое в холодильную камеру:

Количество воды поступающей в холодильную установку:

где: ;

Температура воды в зоне конденсации:

Температурная точка росы равна:

    Материальный баланс колонны синтеза аммиака [c.298]

    Состав циркулирующего газа 73 Содержание аммиака после контакта Составляем таблицу материального баланса колонны синтеза аммиака (табл. 29). В графе прихода раздельно учитываем потоки свежего и циркулирующего газов. [c.338]

    Материальный баланс. В связи с тем, что в теплообменнике колонны синтеза осуществляется только теплообмен без выделения из газовой смеси каких-либо продуктов реакции, составление материального баланса для этого аппарата не требуется. Материальный баланс следует составлять для колонны синтеза аммиака в целом. Общая схема материального баланса представится в виде графика, изображенного на рис. 47. Расчет ведем на максимальный выход аммиака, т. е. на 16%-ную его концентрацию в газовой смеси при выходе из колонны синтеза. [c.414]

    Материальный баланс первичной конденсации. 1. Приход. На первичную конденсацию поступает 128 100 нм ч газовой смеси, из коих 20 500 нлг (16%) составляет аммиак, 4320 н-и (3,4%)—инертные газы и 103280 (80,6%)—азото-водородная смесь (см. таблицу материального баланса колонны синтеза). [c.419]

    Свежая азото-иодо-родная смесь. . 34 450 13 070 Газы, растворенные в жидком аммиаке. ….. Газовая смесь, поступающая в колонну синтеза (см. таблицу материального баланса колонны. 46 144 ОЭО 20 58 590 [c.426]

    Составление материального баланса цикла синтеза является первой стадией расчета агрегата синтеза аммиака. Цель материального расчета — определение количества и состава газовой смеси в узловых точках цикла. Эти данные необходимы для последующего расчета оборудования агрегата синтеза (составления тепловых балансов и определения теплообменных поверхностей колонны синтеза и конденсационных систем установления основных размеров циркуляционных нагнетателей и т. п.), а также для вычисления расхода свежей газовой смеси на 1 т готовой продукции при заданных условиях процесса. [c.46]

    Колонна синтеза работает под давлением 30 МПа с вторичной конденсацией аммиака. Соотношение Нг N2 в исходной азотоводородной смеси близко к стехиометрическому. Содержание инертных примесей ( H4-fAr) в газе Син = 0,96% (об.). Динамический коэффициент вязкости газовой смеси при 30 МПа Рг 3,0-10 Па-с. Данные материального баланса колонны синтеза для этих исходных условий приведены без расчета в следующей таблице  [c.145]

    Отделение цикла синтеза. Программа ЦИКЛАМ для расчета отделения цикла синтеза позволяет определять материальный и тепловой балансы отделения во всех узловых точках ХТС и основные параметры технологического режима. Колонну синтеза аммиака в этой ХТС можно рассчитывать по модели любой сложности (равновесная, идеальная, кинетическая) со всеми возможностями, указанными ниже в описании программы расчета непосредственно колонны синтеза. [c.456]

    Расчет потоков материального баланса проводится по формулам, приведенным на стр. 371, 372, с учетом того, что при Р = 420 ат из схемы синтеза аммиака исключены аппараты вторичной конденсации. Количество и состав газа на входе в колонну синтеза равны сумме количеств газа на входе в инжектор и свежего газа  [c.378]

    Пример IV.6. Составить материальный баланс и программу расчета для ЭВМ на языке Алгол-60 цикла синтеза аммиака, технологическая схема которого изображена на рис. IV. 1. Синтез ведут под давлением 304 10 Па (300 атм). при 500 С. Состав свежего газа На — 74,85% N2 — 24,95% инертных газов — 0,2% (об.). Содержание инертных газов в продувочном газе не более 3,0% (об.). Степень достижения равновесных условий 0,60. В водяном конденсаторе газ охлаждается до 30 С, а в аммиачном испарителе до —5 С. Давление в конденсационной колонне 310 10 Па (306 атм). [c.162]

    Производительность колонны синтеза находят из уравнения материального баланса аммиака в колонне  [c.48]

    Резл льтаты расчетов материального баланса колонны синтеза и процесса конденсации аммиака сведем в общую таблицу материальных потоков цикла синтеза. [c.427]

    При расчете количества растворенных газов задаются примерным содержанием их в газе постоянной продувки и уточняют к концу расчета материального баланса. Состав газа на входе в колонну синтеза (для данной схемы) соответствует составу газов продувки. Содержание аммиака на входе в колонну п в продувочных газах определяется по темнературе газа после аппаратов вторичной конденсацпи. [c.372]

---

наука без границ • № 4 (21) • 2018

технические науки

УДК 66-93

МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА ИЗ АЗОТОВОДОРОДНОЙ СМЕСИ

Ермолаева Вера Анатольевна, кандидат химических наук, доцент,

Семочкина Ксения Юрьевна, студент, Муромский институт Владимирского государственного университета имени А. Г. и Н. Г. Столетовых, Муром, РФ.

Дана характеристика процесса производства аммиака из азотоводородной смеси Произведен практический расчет материального и теплового баланса производства. Рассчитано равновесное содержание аммиака, концентрация аммиака на выходе с колонны, количество образовавшегося аммиака в колонне. Для расчета теплового баланса использованы формулы прихода и расхода тепла в колонне синтеза аммиака, уравнение теплового эффекта реакции синтеза аммиака при высоком давлении. Результаты расчетов представлены в сводных таблицах. Изучена безопасность технологического процесса производства аммиака, вопросы охраны труда и окружающей среды.

Ключевые слова: аммиак; азотоводородная смесь; материальный и тепловой баланс.

MATERIAL AND HEAT BALANCE OF PRODUCTION OF AMMONIA FROM A MIXTURE OF NITRIC

Ermolaeva Vera Anatol’evna, PhD (Cand. Chem. Sci.), associate professor, Semochkina Kseniya Yur’evna, student, Murom Institute (branch) Vladimir State University, Murom, Russia

The characteristic of the process of ammonia production from nitric mixture is given. Practical calculation of material and thermal balance of production is made. The equilibrium content of ammonia, the concentration of ammonia at the outlet of the column, the amount of ammonia formed in the column are given. To calculate the heat balance, the formulas for the arrival and flow of heat in the ammonia synthesis column, the equation of the thermal effect of the reaction ofammonia synthesis at high pressure are used. The results of the calculations are presented in summary tables. Safety of technological process of production of ammonia, questions of labor protection and environment is studied.

Keywords: ammonia; nitric mixture; material and heat balance.

Для цитирования: Ермолаева В. А., Семочкина К. Ю. Материальный и тепловой баланс производства аммиака из азотоводородной смеси // Наука без границ. 2018. № 4 (21). С. 94-97.

Введение

Химия и промышленность связанного азота считается в настоящее время одной из основных ведущих технологических областей. Постройка новейших заводов и технологических линий осуществляется на основе наиболее оптимальных и совершенных научно-технических методик, используются наиболее устойчивые

конструкции технологических агрегатов и энергетических машин, более функциональные, избирательные и устойчивые катализаторы, растворители и поглотители. Увеличивается уровень автоматизации управления производством, применяются достижения химической физики, укрупняются силы отдельных аппаратов синтеза аммиака. Целью данной работы является

технические науки

наука без границ • № 4 (21) • 2018

практическим расчет материального и теплового баланса производства, равновесного содержания аммиака, концентрации аммиака на выходе с колонны, количества образовавшегося аммиака в колонне, содержания компонентов смеси.

Характеристика целевого продукта

В проведенной работе дана характеристика процесса производства аммиака из азотоводородной смеси. Произведена характеристика целевого продукта, аммиака. Аммиак – бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворяется в воде, спирте и ряде других органических растворителей. Синтезируют из азота и водорода. В природе образуется при разложении азотсодержащих органических соединений. Под обычным давлением аммиак сжижается при -33°С и затвердевает при -78°С. Теплота плавления МН3 составляет 6 кДж/моль. Критическая температура аммиака 132°С, критическое давление 112 атмосфер [1]. Жидкий аммиак является хорошим растворителем для очень большого числа органических соединений, а также многих неорганических.

Охарактеризовано исходное сырье. Исходным сырьем являются азот и водород. Азот – двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха. Один из самых распространённых элементов на Земле. Химически весьма инертен, однако реагирует с комплексными соединениями переходных металлов. Водород – лёгкий бесцветный газ. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен, нетоксичен. Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, титане, платине.

Характеристика технологического процесса и балансовые расчеты

Рассмотрено и описано основное технологическое оборудование и технологический процесс производства аммиака. Очищенный природный газ с давлением 25 атмосфер поступает в компрессор синтез газа. Газ сжимается и направляется в

подогреватели. Затем поступает в реактор гидрирования сероорганических соединений. Адсорбируется до Н^. Газ нагревается в трубчатой печи и переходит в шахтный конвертор. В паровой котел подается вода за счет применения электронасоса. Из данного резервуара вода по специальным отводным трубам стекает в коллектор. В конверторе находится СО и имеется абсорбер СО2. Для связывания диоксида углерода и влаги в линию газа перед холодильником насосами впрыскивается жидкий аммиак. Затем газ поступает в воздушный холодильник, в котором он охлаждается и потом направляется в конденсационную колонну. В теплообменнике газ нагревается и переходит в сепаратор, в котором производится отделение сконденсировавшейся жидкости из охлажденного газа.

Произвели практический расчет материального баланса производства по следующим исходным данным: состав газа поступающего в колонну: массовая доля – 3,8 %, Н2 – 61,95 %, N – 20,65 %, СН4 – 9,7 %, Аг – 3,9 %, давление в колонне – 25 атмосфер, температура – 500°С, степень использования – 0,9. Зная состав циркуляционного газа на входе, рассчитали содержание компонентов смеси. Для расчета содержания компонентов смеси воспользовались формулой:

где п – количество циркуляционного газа; а>^И3) – массовая доля аммиака.

Количество сконденсировавшегося аммиака рассчитали по уравнению:

где N 2 – количество аммиака после ко-

ам

лонны; £п. – сумма количеств веществ смеси после колонны; Ап – количество

ж

сконденсировавшегося КН3 при первой конденсации.

Составили материальный баланс пер-

наука без границ • № 4 (21) • 2018

технические науки

Таблица 2

Сводная таблица материального баланса первой конденсации

Таблица 1

Сводная таблица материального баланса колонны синтеза аммиака

Приход Расход

Статьи прихода кмоль кг об % Статьи расхода кмоль кг об %

Смесь 48,6000 100 Смесь 43,2540 100

Ж3 1,8468 31,3956 3,80 Ж3 7,1928 122,2776 16,63

Н2 30,1077 60,2154 61,95 Н2 22,0887 44,1774 51,06

N2 10,0359 281,0052 20,65 N2 7,3629 206,1612 17,02

Аг 1,8954 75,8160 3,90 Аг 1,8954 75,816 4,38

СН4 4,7142 75,4272 9,70 СН4 4,7142 75,4272 10,91

Итого: 523,8594 Итого: 523,8594

Приход Расход

Статьи прихода кмоль кг об% Статьи расхода кмоль кг об%

Цирк. газ 43,254 100 Цирк. газ 35,091 100

Ж3 7,193 122,278 16,63 МН3 2,493 42,381 7,10

Н2 22,089 44,177 51,06 Н2 19,895 39,790 56,70

N2 7,363 206,161 17,02 N2 6,631 185,668 18,90

Аг 1,895 75,816 4,38 Аг 1,741 69,640 4,96

СН4 4,714 75,427 10,91 СН4 Потеря газа 20 кг 4,331 Жидк. фаза 4,7 69,296 79,9 12,34

Итого: 523,859 Итого: 516,675

вой конденсации (табл. 2).

Невязка расчета материального баланса составила 0,014 %.

Произвели расчет теплового баланса производства по стадии сгорания природного газа. Исходными данными служат: температура в зоне реакции t = 500 °С, количество газовой смеси на входе в колонну V = 119025 нм3/ч, температура газовой смеси на входе t1 = 35 °С, количество газовой смеси на выходе из колонны V = 102329 нм3/ч, температура газовой смеси на выходе t2 = 110 °С. Рассчитали приход тепла в колонну синтеза аммиака, тепловой эффект реакции синтеза аммиака при высоком давлении, общее количество тепла, общий расход тепла. Результа-

ты расчетов представлены в табл. 3.

Охрана персонала и природной среды

Изучили охрану труда работающего персонала и находящейся вокруг среды. В производстве аммиака обширно применяются разнообразные установки, использующие электроэнергию. Рабочий персонал, связанный с обслуживанием этих устройств, проходит специальную подготовку. Изготовление аммиака считается взрыво- и пожароопасным. Для зданий такого производства необходимы наружные ограждения, системы которых выполняются легко сбрасываемыми при

« « ТЛ

воздействии на них взрывной волны. В изготовлении аммиака практически всё

технические науки

наука без границ • № 4 (21) • 2018

Таблица 3

Тепловой баланс колонны синтеза аммиака

Приход тепла Расход тепла

Статьи прихода кВт Статьи расхода кВт

Газовая смесь Реакция синтеза Охлаждающая вода 1291 10806 4452 Газовая смесь Охлаждающая вода Потери тепла 4620 8325,24 3603,76

Итого 16549 Итого 16549

главное техническое спецоборудование, за исключением компрессоров, а также все основные газопроводы находятся за пределами сооружения [2].

В производстве аммиака существуют стабильные и периодические сбросы газов в атмосферу, а также сбросы, вызванные нарушениями технического порядка. Регулярно в атмосферу выпускают газы из трубчатой печи, подогревателя естественного газа, а также через факельные конструкции. Используются все необходимые очистные установки, а также рассчитывается высота труб с учетом максимально допустимых приземных концентраций.

Заключение

Таким образом, в работе исследовали

технологический процесс производства аммиака, основное технологическое оборудование, рассчитали материальный и тепловой балансы. Проблема российских производств состоит в том, что существенная доля функционирующих мощностей технически стала неактуальной и в обстоятельствах стремительного увеличения стоимости на сырьевые материалы и энергоносители изготовляемый на них аммиак способен обладать значительной первоначальной стоимостью, чем производимый на современном оборудовании. Современное производство аммиака базируется на ресурсосберегающих и сохраняющих энергию разработках и осуществляется в многотоннажных безотходных формах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аммиак [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki.

2. Охрана труда [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://cinref.ru/razdel/.

REFERENCES

1. Ammiak [Ammonia]. Available at: https://ru.wikipedia.org/wiki.

2. Ohrana truda [Labour protection]. Available at: http://cinref.ru/razdel/.

Материал поступил в редакцию 02.04.2018 © Ермолаева В. А., Семочкина К. Ю., 2018