Производство аммиака

Методы производства аммиака и физико-химические основы данного процесса (термодинамика, кинетика, катализаторы). Характеристика сырьевой базы и области применения продукта, технологическая схема синтеза аммиака и основных аппаратов, оценка экологичности.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 08.12.2010
Размер файла 2,1 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Gk,I = =29625.99 м3

Определение количества газов, растворенных в жидком аммиаке по уравнению (62):

VP,CH4,I = 10 P3 Gk,I (62)

VP,CH4,I = 0.325*10-3 *286 *29625.99= 325.22 м3

Аналогичные расчеты ведут для аргона и азотоводородной смеси:

VP,Ar,I = 0.145 * 10-3 * 286 *29625.99 = 59.09 м3

VP,авс,I = 0.967 *10-3 *286*29625.99 = 586.65 м3

Всего растворилось в жидком аммиаке газов:

VP,I = VP,CH4,I + VP,Ar,I + VP,авс,I (63)

VP,I = 325.22 + 59.09 + 586.65 =970.96 м3

Таблица 12 - Состав газа после первичной конденсации аммиака (с учетом растворимости компонентов)

Компоненты

V, м3

С, % (об.)

Аммиак

АВС

Аргон

Метан

Всего

94271.63 - 29625.99 = 64645.64

393543.99 - 586.65 = 392957,34

26406.84 - 59.09 = 26347.75

65329.08 - 325.22 = 65003.86

548954.59

11.78

71.58

4.80

11.84

100.00

V3 = 548954.59 м3

2.5.2.4. Определение объема продувочных газов

Vпр = V3 гпр (64)

где гпр -- доля отбора циркуляционного газа на продувку, м33

Vпр = 548954.59 *0.0146 = 8014.74 м3

Таблица 13 - Состав продувочных газов

Компоненты

V, м3

С, % (об.)

Аммиак

АВС

Аргон

Метан

Всего

944.14

5736.95

384.71

948.94

8014.74

11.78

71.58

4.80

11.84

100.00

2.5.2.5. Определение объема газа, поступающего в конденсационную колонну

V4 = V3 - Vпр (65)

V4= 548954.59 - 8014.74 = 540939.85 м3

Таблица 14 - Состав газа перед конденсационной колонной

Компоненты

V, м3

С, % (об.)

Аммиак

АВС

Аргон

Метан

Всего

64645.64 - 944.14=63701.50

392957.34 - 5736.95=387220.39

26347.75 - 384.71 =25963.04

65003.86 - 948.94=64054.92

540939.85

11.78

11.78

4.80

11.84

100.00

2.5.2.6. Расчет узла вторичной конденсации аммиака

Конденсация аммиака в испарителе происходит при - 4°С и 30.0 МПа (305 кгс/см2), после чего газ возвращается в конденсационную колонну. При вводе свежего газа ( + 40 °С) в слой жидкого аммиака конденсационной колонны температура газожидкостной среды повышается примерно на 2 °С и часть жидкого аммиака, сконденсировавшегося в испарителе - испаряется.

Расчет количества растворенных газов и определение производительности вторичной конденсации вследствие этого следует проводить для температуры -2 °С при условиях равновесия в системе газ - жидкость на участке после ввода свежего газа. Состав газа над жидкой фазой соответствует составу газа на входе в колонну синтеза. Равновесное содержание паров аммиака при этих условиях СNH3,6 = 3.17% (об.) . При температуре -4°С z6 = 3.0% (об.). Количество сконденсировавшегося жидкого аммиака GK KII (66) следует определять так же, как и для узла первичной конденсации аммиака (без учета испарившегося аммиака, т. е. при t -4°С):

GK KII =, (66)

где , -- содержание аммиака в газе соответственно на входе и выходе из конденсационной колонны, % (об.); -- количество поступающего в конденсационную колонну газа, м3/ч; -- удельное количество растворенных газов (на 1 м3 жидкого аммиака) , м33:

= (NCH4,6 + NAr,6 + Nавс,6 ), (67)

где Р6 -- давление конденсации, МПа; , ,-- растворимость газов в жидком аммиаке для соответствующих компонентов, м3

= 0.185 + 0.035*(-2) =0.178*10-3 м3/(кгс/см2)

= 0.085 + 0.0014* (-2) = 0.082*10-3 м3/(кгс/см2)

= 0.7 *10-4 + 0.242 *10-4 + 0.25*10-5 2 =0.464 *10-4 м3/(кгс/см2)

?pII = (0.178*10-3 *9.97 + 0,082*10-3 *4,03 + 0,464* 10-4 *82.83) = 0.01812 м33

За счет повышения температуры жидкого аммиака при вводе свежего газа происходит испарение аммиака в количестве Gи по уравнению (68):

Gи = V0 , (68)

где V0 -- объем свежего газа, м3/ч (следует первоначально рассчитать, исходя из принятого коэффициента расхода свежего таза на 1 т аммиака (2790 м3/т NH3), и уточнить методом последовательных приближений после определения количества свежего газа):

Gи =158000= 5172.57 м3

Количество оставшегося жидкого аммиака в конденсационной колонне (69) (при t = - 2 °С):

GK,II = GK K,II - Gи (69)

GK,II = 48990.87 -5172.57 = 43818.30 м3

Определение количества растворенных в жидком аммиаке газов следует проводить так же, как для узла первичной конденсации аммиака:

VP,CH4,II = 10 * 0.179*10-3 *30.5*43818.30 = 238.50 м3

VP,Ar,II = 0.082 *10-3 * 30.5*10* 43818.30 =44.15 м3

VP,авс,II = 0.464*10-4 *30.5*10*43818.30 = 513.64 м3

2.5.2.7. Определение необходимого объема свежего газа

Объем свежего газа расчитывается по уравнению (70):

V0 = 2.03 П + VP,I + VP,II + VПР (70)

V0= 2.03*73 500 + 970.96 + 796.30 + 8014.74 = 158042.86 м3

Таблица 15 - Состав свежего газа

Компоненты

V, м3

С, % (об.)

Аммиак

АВС

Аргон

Метан

Всего

-

156035.72

489.93

1517.21

158042.86

-

98.73

0.31

0.96

100.00

2.5.2.8. Определение объема и состава циркуляционного газа, выходящего из конденсационной колонны

Объем и состав циркуляционного газа, выходящего из конденсационной колонны (71):

V6 = V4 - GK,II - VP,II + V0 (71)

V6= 540939.85 -- 43818.30--796.30+ 158042.86 = 654368.11 м3

Таблица 16 - Состав газа на выходе из кондесационной колонны

Компоненты

V, м3

С, % (об.)

Аммиак

АВС

Аргон

Метан

Всего

20743.47

542013.10

26371.03

65240.48

654368.11

3.17

82.83

4.03

9.97

100.00

В итоге получаем данные для материального баланса, которые представлены в таблице 17.

Талица 17 - Материальный баланс синтеза аммиак

Компонент

NH3

N2 + 3H2

CH4

Ar

Всего

Единица измерения

% (об.)

м3

м3

кг/ч

% (об.)

м3

м3

кг/ч

% (об.)

м3

м3

кг/ч

% (об.)

м3

м3

кг/ч

м3

м3

кг/ч

Вход в колонну синтеза

3.39

419.40

23765.70

18323.60

81.61

10086.90

571592.70

216899.00

10.99

1358.90

77002.70

55001.90

4.01

495.10

28060.50

50108.10

12360.40

700422.00

340332.60

Выход из колонны синтеза

15.57

1716.30

97257.80

74986.80

67.61

7451.80

422267.20

160235.30

12.33

1358.90

77002.70

55001.90

4.49

495.20

28060.50

50108.10

11022.10

624588.00

340332.10

2.5.3 Проверка проведенных расчетов

Проверку проведенных расчетов и определение относительной ошибки (д, %) следует провести по балансу циркуляционного газа на входе в колонну синтеза и выходе из конденсационной колонны, а также по балансу инертных примесей [2,5,7].

1) Количество циркуляционного газа на входе в колонну синтеза аммиака - 655256.54 м3/ч количество циркуляционного газа на выходе из конденсационной колонны - 654368.11 м3/ч.

д1 = 100 = 0.29 %

2) Содержание аргона в свежем газе - 489.93 м3/ч; в продувочном газе - 384.71 м3/ч; растворенное в жидком аммиаке при первичной конденсации - 59.09 м3/ч, а при вторичной конденсации - 43.29 м3/ч.

д2 = 100 =0.40%

3) Содержание метана в свежем газе - 1517.06 м3/ч; в продувочном газе - 948.94 м3/ч; растворено в жидком аммиаке I конденсации - 325.22 м3/ч; вторичной конденсации - 233.81 м3/ч.

д3 = 100 = 0.30%

2.6 Отходы и обезвреживание

2.6.1 Охрана окружающей среды в производстве аммиака

Крупнотоннажное производство аммиака характеризуют следующие выбросы в окружающую среду: 1) газовые, содержащие в своем составе аммиак, оксиды азота и углерода и другие примеси; 2) сточные воды, состоящие из конденсата, продуктов промывки реакторов и систем охлаждения; 3) низкопотенциальная теплота.

Относительная концентрация токсичных примесей производства аммиака в виде оксида углерода и оксидов азота в отходящих газах невысока, но для устранения даже незначительных выбросов разрабатываются специальные мероприятия. Полное исключение токсичных выбросов возможно при использовании каталитической очистки в присутствии газа-восстановителя, когда происходит восстановление оксидов азота до элементарного азота [6,10].

2.6.2 Выбросы в атмосферу

В производстве аммиака имеются постоянные и периодические сбросы газов в атмосферу, а также сбросы, вызванные нарушениями технологического режима. Постоянно в атмосферу сбрасывают дымовые газы из трубчатой печи, подогревателя природного газа, а также через факельные установки.

На сжигание в факельную установку направляются газы, сбрасываемые при пуске агрегата и при нарушениях технологического режима. Постоянно сбрасывают в атмосферу диоксид углерода, а также газы из предохранительных клапанов.

Высоту труб для сброса дымовых газов и углекислого газа определяют на основании допустимого содержания компонентов в приземном слое населенного пункта, расположенного вблизи завода.

Минимальная величина санитарно-защитной зоны от аммиачного производства составляет 1000 м [6,10].

2.6.3 Характеристика сточных вод, методы их удаления и обезвреживания

При нормальной работе в агрегатах производства аммиака постоянно сбрасывается газовый конденсат.

Сброс (в количестве 65 м/ч) осуществляют в химически загрязненные стоки из бака отработанного газового конденсата через гидрозатвор.

Газовый конденсат при 45 °С содержит 160 мг/л СО2, 80 мг/л NH3 и ~ 100 мг/л органических соединений (в пересчете на метанол и формальдегид).

В схеме с моноэтаноламиновой очисткой из смоловыделителя один раз в 10-15 дней выгружают около 10 м3 кубового осадка, представляющего собой вязкую, текучую массу темного цвета с плотностью 1.3 -1.4 г/ см3. Сухое вещество кубового осадка имеет следующий примерный состав (% масс.): моноэтаноламин - 15 - 30%, зола и механичские примеси - до 5 %, продукты разложения и окисления, нейтрализованные щелочью - до 75%. Содержание воды в кубовом осадке - не менее 60%. Из смоловыделителя кубовый остаток направляется в захоронители.

В период пуско-наладочных работ сбрасывают химически загрязненные воды, образующиеся при промывке системы парообразования и очистки газа от углекислого газа, оборотную воду после сепаратора факельной установки, конденсат, образующийся при восстановлении низкотемпературного катализатора конверсии оксида углерода. Все эти сбросы сначала поступают в накопители, а затем их сбрасывают на очистные сооружения [6,10].

Заключение

Соединения азота играют исключительно важную роль в жизни на Земле, поскольку они являются составной частью всех белковых соединений и находят широкое применение во всех областях деятельности человека. Азот - один из наиболее распространенных элементов в земной коре (около 0.04%), а содержание его в воздухе составляет 78% (об.). Однако ввиду большой прочности связи в молекуле азота проблема получения его соединений искусственным путем была решена сравнительно недавно.

В настоящее время основным промежуточным продуктом для получения огромного числа различных азотсодержащих соединений является аммиак, а синтез его из водорода и азота - единственным крупномасштабным методом производства этого важнейшего продукта.

Исследования каталитического синтеза аммиака проводились учеными разных стран, поэтому решение этой проблемы носит интернациональный характер.

Современные агрегаты синтеза аммиака мощностью созданы на основе последних достижений науки и техники, что позволило добиться значительного снижения энерго-материальных и капитальных затрат, обеспечить низкую себестоимость выпускаемой продукции и высокую производительность труда. Все это достигнуто в результате разработки совершенных энерго-технологических схем, обеспечивающих высокий к.п.д. использования сырья и топлива, применения высокопроизводительного оборудования, более эффективных машин (центробежных компрессоров и циркуляционных насосов, абсорбционно-холодильных установок), применения более активных, стабильных и селективных катализаторов, новых эффективных поглотителей, комплексной автоматизации производства. аммиак синтез кинетика термодинамика

В ходе курсовой работы был исследован процесс производства аммиака, охарактеризована сырьевая база и области применения продукта, изучены физико - химические основы и кинетика процесса, описана схема технологического процесса и основных аппаратов, дана оценка экологичности производства и приведен материальный баланс.

Список использованных источников

1. Кутепов А.М. Общая химическая технология: Учеб. для вузов по спец. хим.-технол. профиля / Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. - М.: Академкнига, 2003. - 528 с.

2. Кузнецов Л.Д. Синтез аммиака.-М., Химия, 1982.-296с.

3. Ахназарова С.Л. Оптимизации эксперимента в химии и химической технологии: Учеб. пособие для хим.-технол. спец. вузов / Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. - М.: Высшая школа, 1978. - 319 с.Производство аммиака / Под ред. В.П.Семенова.-М., Химия, 1985.-385с.

4. Производство аммиака / Под ред. В.П.Семенова.-М., Химия, 1985.-385с.Ахназарова С.Л. Оптимизации эксперимента в химии и химической технологии: Учеб. пособие для хим.-технол. спец. вузов / Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. - М.: Высшая школа, 1978. - 319 с.

5. Расчеты по технологии неорганических веществ. Учебн. Пособие для вузов /2-е изд., перераб. и допол. /Под ред. М.Е. Позина.- Л.: Химия, 1977 -495 с.

6. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: Учеб. для вузов по хим.-технол. спец. / Ксензенко В.И., Кувшинников И.М., Скоробогатов В.С., [и др.] ; Ксензенко В.И., Кувшинников И.М., Скоробогатов В.С. и др.; Под ред. В.И. Ксензенко - М.: КолосС, 2003. - 328 с.

7. Справочник азотчика /Под ред. И.М.Жаворонкова, Химия, 1987

8. Краткий справочник физико-химических величин, /под А.А.Равделя, А. М. Пономаревой, Химия, 1983 Бесков В.С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: учеб. для химико-технол. спец. вузов / Бесков В.С., Сафронов В.С. - М.: Химия, 1999. - 328 с.

9. Бесков В.С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: учеб. для химико-технол. спец. вузов / Бесков В.С., Сафронов В.С. - М.: Химия, 1999. - 328 с.

10. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: Учеб. для вузов по хим.-технол. спец. / Ксензенко В.И., Кувшинников И.М., Скоробогатов В.С., [и др.] ; Ксензенко В.И., Кувшинников И.М., Скоробогатов В.С. и др.; Под ред. В.И. Ксензенко - М.: КолосС, 2003. - 328 с.

Размещено на http://www.allbest.ru/


Подобные документы

  • Производство и применение катализаторов синтеза аммиака. Строение оксидного катализатора, влияние на активность условий его восстановления. Механизм и кинетика восстановления. Термогравиметрическая установка восстановления катализаторов синтеза аммиака.

    дипломная работа [822,5 K], добавлен 16.05.2011

  • Физико-химические основы синтеза карбамида из аммиака и двуокиси углерода. Равновесие жидкость – газ при синтезе. Тепловой баланс процесса. Предельно допустимые концентрации аммиака, двуокиси углерода, карбамида и солей аммония в атмосфере и водоемах.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 19.11.2014

  • Разработка технологической схемы производства аммиака из азотоводородной смеси и рассмотрение процесса автоматизации этого производства. Описание контрольно-измерительных приборов, позволяющих контролировать и регулировать технологические параметры.

    курсовая работа [319,5 K], добавлен 11.06.2011

  • Роль систем автоматизированного производства в проектировании. Аммиак и его свойства, способы хранения. Расчёт химических параметров реакции образования аммиака. Создание модели теплообменного аппарата. Проектирование базы данных процесса ректификации.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 08.02.2016

  • Технология и химические реакции стадии производства аммиака. Исходное сырье, продукт синтеза. Анализ технологии очистки конвертированного газа от диоксида углерода, существующие проблемы и разработка способов решения выявленных проблем производства.

    курсовая работа [539,8 K], добавлен 23.12.2013

  • Промышленные способы получения разбавленной азотной кислоты. Катализаторы окисления аммиака. Состав газовой смеси. Оптимальное содержание аммиака в аммиачно-воздушной смеси. Типы азотнокислотных систем. Расчет материального и теплового баланса реактора.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 14.03.2015

  • Технологический процесс производства аммиака, разработанный американской фирмой "Келлог". Структурная схема процесса парообразования. Разработка функциональной схемы и выбор оборудования. Алгоритм управления отсекателями. Добавление ключей сигнализации.

    дипломная работа [1,6 M], добавлен 19.01.2017

  • Направления развития технологий производства аммиака. Характеристика сырья и готовой продукции. Материальный баланс абсорбера. Совершенствование отделения очистки производства аммиака третьей очереди. Правила обслуживания, пуска и остановки производства.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 06.12.2014

  • Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов для получения азотной кислоты. Выбор и обоснование принятой схемы производства. Описание технологической схемы. Расчеты материальных балансов процессов. Автоматизация технологического процесса.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 24.10.2011

  • Общая характеристика проблемы очистки воздуха от аммиака. Использование воды в качестве поглотителя. Описание схемы абсорбционной установки. Рассмотрение основных типов насосов для перемещения капельных жидкостей. Расчет теплообменного аппарата.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.12.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.