Синтез аммиака

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 18 Декабря 2011 в 08:48, курсовая работа

Описание

Большое значение соединения азота имеют в производстве взрывчатых и зажигательных веществ.
Производству азотных удобрений и в первую очередь их основы, аммиака, в нашей стране всегда уделялось первостепенное внимание. За относительно короткий срок своего существования отечественное производство синтетического аммиака совершило стремительный взлёт.
В середине шестидесятых годов в химической технологии, и в первую очередь в производстве аммиака произошли коренные изменения. Эти изменения были подготовлены теорией химической технологии, разработавшей принцип построения энерготехнологических схем производства. Этот принцип предусматривает генерирование всей энергии, необходимой для процесса производства внутри технологической схемы.
В настоящее время в России потенциалом для производства синтетического аммиака обладают 18 предприятий с суммарными мощностями более 13 миллионов тонн химиката в год. Производителями аммиака являются предприятия химического комплекса. При этом среди основных его продуцентов преобладают компании, использующие данный химикат во внутризаводском потреблении для производства азотных удобрений.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..4
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ…………………..6
2 ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
РЕАКТОРНЫХ УСТРОЙСТВ……………………………………………………...9
3 ВЫБОР КАТАЛИЗАТОРА И ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ
ПРОВЕДЕНИЯ ПРО-ЦЕССА…………………………………………………24
4 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО И ТЕПЛОВОГО БАЛАН-СОВ……………...29
5 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ………………………………………….33
5.1 РАСЧЕТ ОБЪЕМА КАТАЛИЗАТОРА…………………………………….33
5.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ОБОРУДОВАНИЯ……………………….33
5.3 РАСЧЕТ ВЫСОТЫ КОЛОННЫ……………………………………………34
5.4 РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ШТУЦЕРОВ……………………………………….36
6 РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
КАТАЛИЗАТОРНОГО СЛОЯ………………………………………………..38
7 ЭКСПЛУАТАЦИЯ АППАРАТА……………………………………………..39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………..41
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………..42

Скачать (807.61 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Работа состоит из  1 файл

Курсовик.doc

— 1.06 Мб (Скачать документ)
 
 
 
 
    компонент Поступает в испаритель Выходит из колонны синтеза
    кг нм3 кг нм3
      26 27 28 29
    аммиак 1,088∙104 14305,418 69689,13 91658,535
    водород 20,347 226,08 23728,538 263650,418
    азот 100,142 80,074 109544,918 87592,139
    аргон 27,567 15,461 30455,703 17080,815
    метан 44,456 62,071 15660,309 21865,669
    вода 20,306 25,248 0 0
    всего 11089,406 14714,353 249078,598 481847,576

      Расчет теплового  баланса приведен в приложении 3, результаты расчета представлены в таблице 4.3.

      Таблица 4.3 – Тепловой баланс реактора

приход расход
статья Е, кДж % статья Е, кДж %
Тепло гор. потока, Q11 1,299∙108 48,954 Тепло вых. потока Q2 2,562∙108 96,4
Тепло холл. потока Q12 6,252∙107 23,526 Потери тепла Qпот 9,567∙106 3,6
Тепло хим. реакции Q13 7,313∙107 27,521 итого 2,656∙108 100
итого 2,656∙108 100
 
 
 
 
 
 
 

      5 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ  РАЗМЕРОВ 

      5.1 РАСЧЕТ ОБЪЕМА  КАТАЛИЗАТОРА 

            Расчет объема катализатора приведен в приложении 2, результаты расчета представлены в таблице 5.1.

      Таблица 5.1 – Объем  катализатора в колонне

    № полки Объем катализатора, м3
    Первая 9,73
    Вторая 10,92
    Третья 13,96
    Четвертая 17,77
    Итого 52,38
 

      5.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА  ОБОРУДОВАНИЯ 

      В проекте будет  использовано стандартное оборудование [5].

      Внутренний теплообменник  имеет следующие характеристики:

  1. Внутренний диаметр равен 1,49 м;
  2. Количество трубок – 2410 штук;
  3. Диаметр трубок 16×2 мм.

      Колонна синтеза  имеет следующие размеры:

  1. внутренний диаметр катализаторной зоны равен 2,2 м;
  2. наружный диаметр центральной трубы равен 0,29 м;
  3. наружный диаметр гильз для термопар равен 0,0065 м, количество гильз равно четырем.

      Свободное сечение  катализаторной коробки равно 1,23 м2 [5]. 
 

5.3 РАСЧЕТ  ВЫСОТЫ КОЛОННЫ 

      Высота колонны  синтеза вычисляется по формуле [5]:

      Н = НВ + НТ + Н1 + НК1 + НК2 + НК3 + НК4 + 3НС + НН,

      где НВ – высота верхней части колонны, НВ = 1800 мм;

      НТ – длина теплообменника;

      Н1 – расстояние между первой полкой и теплообменником, Н1 = 750 мм;

      НК1 – высота первого слоя катализатора;

      НК2 – высота второго слоя катализатора;

      НК3 – высота третьего слоя катализатора;

      НК4 – высота четвертого слоя катализатора;

      НС – расстояние  между слоями катализатора, НС = 1200 мм;

      НН – высота нижней части колонны, НН = 5200 мм.

            Расчет длины трубок теплообменника приведен в приложении 3. По расчету длина трубок внутреннего  теплообменника НТ составляет 2213 мм.

            Расчет высоты слоя катализатора приведен в приложении 3. Высота слоя катализатора равна:

      НК1 = 2303 мм;

      НК2 = 2589 мм;

      НК3 = 3311 мм;

      НК4 = 4218 мм.

            Таким образом, высота всей колонны будет равна:

      Н=1800 + 2213 + 750 + 2303 + 2589 + 3311 + 4218 + 3∙1200 + 5200 = 25234 мм  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      5.4 РАСЧЕТ ДИАМЕТРА  ШТУЦЕРОВ

            Диаметр трубопровода можно найти из уравнения  расхода  синтез-газа, которое имеет следующий вид [6]

      

,

      где V – расход газовой смеси, кг/с;

      S – площадь поперечного сечения трубы;

      ω – линейная скорость газа,  ω = 26 м/с.

      

,

      где ρ – плотность  газовой смеси при рабочих  условиях, кг/м3,

      

,

      где Т0 – нормальная температура, Т0 = 273 К;

      Р – рабочее давление, Р = 35∙106 Па;

      Т – рабочая температура, Т = 763 К;

      Р0 – нормальное давление, Р0 = 101325 Па;

      М – молярная масса  смеси, кг/кмоль.

    М = МН2 ∙NH2 + МN2 ∙NN2 + МNН3 ∙NNH3 + МAr ∙NAr + МCН4 ∙NCH4 =

      = 2 ∙0.6748+ 28 ∙0.2244 + 17∙0.03078+ 40 ∙0.0307 + 16 ∙0.0393 = 10,013.

      

      

,

      где D – диаметр трубопровода, м.

      Диаметр трубопровода равен: 

      

      Диаметр трубопровода на выходе основного потока равен:

      

м.

            Принимаем стандартный  диаметр штуцера 200 мм.

            Диаметр трубопровода на выходе байпасного потока равен:

      

м.

      Принимаем стандартный  диаметр штуцера 200 мм.

            Диаметр трубопровода на выходе газового потока равен:

      

      Принимаем стандартный  диаметр штуцера 250 мм. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      6 РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО  СОПРОТИВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРНОГО СЛОЯ 

      Гидравлическое  сопротивление катализаторного слоя рассчитывается по формуле [4]

      

.

      где НК – высота слоя катализатора (м), равная:

      НК = НК1 + НК2 + НК3 + НК4 = 2,303+2,589+3,311+4,218 = 12,33 м

      ΔР1 – гидравлическое сопротивление 1 м катализатора, Па:

      

,

      где υ – линейная скорость газа в колонне, м/с:

      

,

      где                              м2

      ρ – плотность газа, равная 55,26 кг/м3;

      G – расход газовой смеси, равный 244,12 т/ч:

      S – площадь сечения катализатора, равная 1,23 м2;

      d – средний размер зерен катализатора, равный 5 мм;

      m – свободный объем насадки, равный 0,3 м3/м3 ;

      μ – динамическая вязкость, Па∙с [7].

      

  ,

      отсюда 

            Таким образом,

            Значит  Па.

      7 ЭКСПЛУАТАЦИЯ АППАРАТА 

      Загрузка катализатора в колонну осуществляется через  люки расположенные в верхней части колонны и перед каждой полкой.

      Восстановление катализатора СА – 1 в колонне синтеза проводят обычно чистым синтез-газом с минимально возможным содержанием кислородсодержащих ядов. Расход подаваемого газа-восста- 
новителя должен обеспечить требуемую скорость отвода образующейся в процессе восстановления влаги во избежание дезактивации, 
свежесформированного катализатора. 

       Поскольку реакция  восстановления катализатора является эндотермической и протекает при высоких температурах, для ее проведения необходимо подводить тепло от внешнего источника. Разогрев газа-восстановителя ведут при помощи электроподогревателя, установленного в колонне, или в выносном газовом подогревателе, в горелках которого сжигают природный газ.

Информация о работе Синтез аммиака