Производство аммиака

Gk,I = =29625.99 м³/ч

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

V_P,CH4,I = 10 P₃ Gk,I (62)

V_P,CH4,I = 0.325*10^-3 *286 *29625.99= 325.22 м³/ч

Аналогичные расчеты ведут для аргона и азотоводородной смеси:

V_P,Ar,I = 0.145 * 10^-3 * 286 *29625.99 = 59.09 м³/ч

V_P,авс,I = 0.967 *10^-3 *286*29625.99 = 586.65 м³/ч

Всего растворилось в жидком аммиаке газов:

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

V_P,I = 325.22 + 59.09 + 586.65 =970.96 м³/ч

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

V₃ = 548954.59 м³/ч

2.5.2.4. Определение объема продувочных газов

V_пр = V₃ г_пр (64)

где г_пр -- доля отбора циркуляционного газа на продувку, м³/м³

V_пр = 548954.59 *0.0146 = 8014.74 м³/ч

Таблица 13 - Состав продувочных газов

2.5.2.5. Определение объема газа, поступающего в конденсационную колонну

V₄ = V₃ - V_пр (65)

V₄= 548954.59 - 8014.74 = 540939.85 м³/ч

Таблица 14 - Состав газа перед конденсационной колонной

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 С_NH3,6 = 3.17% (об.) . При температуре -4°С z₆ = 3.0% (об.). Количество сконденсировавшегося жидкого аммиака G^K _KII (66) следует определять так же, как и для узла первичной конденсации аммиака (без учета испарившегося аммиака, т. е. при t -4°С):

G^K _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) , м³/м³:

= (N_CH4,6 + N_Ar,6 + N_авс,6 ), (67)

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

= 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)

?p_II = (0.178*10^-3 *9.97 + 0,082*10^-3 *4,03 + 0,464* 10^-4 *82.83) = 0.01812 м³/м³

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

G_и = 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):

G_и =158000= 5172.57 м³/ч

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

G_K,II = G^K _K,II - G_и (69)

G_K,II = 48990.87 -5172.57 = 43818.30 м³/ч

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

V_P,CH4,II = 10 * 0.179*10^-3 *30.5*43818.30 = 238.50 м³/ч

V_P,Ar,II = 0.082 *10^-3 * 30.5*10* 43818.30 =44.15 м³/ч

V_P,авс,II = 0.464*10^-4 *30.5*10*43818.30 = 513.64 м³/ч

2.5.2.7. Определение необходимого объема свежего газа

Объем свежего газа расчитывается по уравнению (70):

V₀ = 2.03 П + V_P,I + V_P,II + V_ПР (70)

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

Таблица 15 - Состав свежего газа

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 - G_K,II - V_P,II + V₀ (71)

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

Таблица 16 - Состав газа на выходе из кондесационной колонны

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

Талица 17 - Материальный баланс синтеза аммиак

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/