Курсовая работа по химической технологии «Производство аммиака»

Рис 1. Схема агрегата высокого давления


На рисунке представлена схема агрегата синтеза аммиака под давлением 500 ат с использованием тепла, выделяющегося в результате реакции, для получения водяного пара.
Азотоводородная смесь под давлением 520 ат поступает в фильтр 2, где очищается от масла, и направляется в инжектор 7. Циркуляционный газ подсасывается в инжектор струей свежего газа. Газовая смесь подается в колонну синтеза 6, состоящую из катализаторной коробки с теплоотводящими устройствами, теплообменника и электроподогревателя. Из колонны газ, содержащий около 18-21% аммиака, при температуре 100-120° С поступает в водяной конденсатор 8, где охлаждается до 35° С. При этом конденсируется весь аммиак. Из конденсатора 8 газ направляется в сепаратор 9, где отделяется жидкий аммиак, поступающий затем в сборник 10. Циркуляционный газ после сепаратора возвращается во всасывающую линию инжектора 7. Тепло, выделяющееся в результате реакции синтеза, используется для получения пара по двухконтурной схеме, аналогичной описанной выше. Пар получается в котле-утилизаторе 5. Циркуляция бидистиллята осуществляется насосом 3, давление в контуре поддерживается с помощью уравнительного сосуда 4. Уровень бидистиллята в котле-утилизаторе поддерживается дозировочным насосом 1.


Расчет ведем на 1000 м³ свежей смеси, с которой поступает (в кмоль):


H₂ 746/22,4 =33,30
N₂ 249/22,4=11,116
CH₄ 5/22,4=0,223
------------------------------------
Итого 44,639


а) Количество и состав продувочных газов. Количество продувочных газов определяется.
Х = 100*0,223/5= 4,460 кмоль на 1000 м³ свежей смеси.
Содержание NН₃ в них при Р = 80 Мн/м² и t=16°С равно 4% . Следовательно, состав продувочных газов: 5% СН₄, 4% NН₃ и 91% (ЗН₂+ N2). Отсюда на 1000 м³ смеси продувается газа, т. е. выходит из цикла (в кмоль):


СН₄ 5*4,460/100=0,223
NH₃ 4*4,460/100=0,178
Смеси N₂ и H₂ 91*4,460/100=4,059
------------------------------------
Итого. . . 4,460


б) Количество циркуляционной смеси в цикле (у кмоль) и количество газа, выходящего из колонны синтеза, (z кмоль) на 1000 м³ (44,639 кмоль) свежей смеси.
Пусть d кмоль - количество аммиака,выводимого через сепаратор.
Тогда z=(y+d+4,460) кмоль
С другой стороны, количество газовой смеси (г кмоль) составится из суммы циркулирующей смеси в цикле (у кмоль) и свежей азото-водородной смеси (44,639 кмоль) минус уменьшение объема газа в процессе синтеза. Согласно уравнению реакции синтеза аммиака (ЗН₂ +N₂ =2NH₃), из 2 кмоль азото-зодородной смеси образуется 1 кмоль МН₃. Следовательно, если обозначить через е количество кмоль NН₃, образовавшегося в колонне синтеза, то и объем газовой смеси после реакции уменьшится на е кмоль.
Отсюда имеем
z = (y + 44,639 - е) кмоль.
Приравнивая 2 уравнения друг к другу, получим:
d = (40,179- е) кмоль.
Синтез протекает таким образом, что количество аммиака, образующегося в колонне (е кмоль), должно быть равно количеству его, выводимому из цикла через сепаратор (d кмоль) и с продувочными газами (0,178 кмоль). Следовательно,
е = (d+0, 178) кмоль.
Совместное решение уравнений дает:
e=20.179 d=20.001
Количество газовой смеси на выходе из колонны (z кмоль) и количество циркулирующей смеси (у кмоль) определится из следующего. В газовой смеси содержится 25% NН₃ и в циркулирующем газе (так же, как и в продувочном) 4% NНз. Все количество NНз, содержащееся в газовой смеси (25%), распределяется в дальнейшем ходе процесса так:
выводится из цикла через сепаратор в виде жидкого NН₃ (аммиака-продукта) 20,001 кмоль;
выводится из цикла с продувочными газами 0,178 кмоль;
уходит с циркулирующей смесью b кмоль.
Отсюда общее количество NНз определится
NН₃ = 20,001 +0,178 +b -= (20,179 +b) кмоль.
Это количество NНз должно составить 25% по отношению ко всей смеси (г кмоль).
Отсюда:
z=(20.179+b)/0.25=(80.716+4*b) кмоль
С другой стороны, содержание NНз в циркулирующей смеси 4%, а всего смеси получается
у кмоль. Отсюда:
y=b/0.04=25*b кмоль.
Вычитая одно равенство из другого, получим:
z-y=(80/716-21*b) кмоль
z-y=(44.639-e)=24.460 кмоль
b=56.256/21=2.679 кмоль
Таким образом, в циркулирующей смеси постоянно находится 2,679 кмоль NН₃. Количество этой смеси:
у = 25*2,679 = 66,975 кмоль , а количество газовой смеси после колонны синтеза z = 80.716 + 4*2,679 = 91,432 кмоль.
В циркулирующей смесь входит 5 % CH₄
.975*0.05=3.337 кмоль