Файл: 1. Аммиак и его свойства 4 1 Физикохимические свойства аммиака 4.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Реферат

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.01.2024

Просмотров: 1101

Скачиваний: 29

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание

Введение

1. Аммиак и его свойства

2 Получение аммиака

3.2 Энергетический балансИсходные данныеТемпература газа на входе в колонну(в С0) 36Температура газа на входе в слой катализатора (в С0) 440Температура на выходе из катализаторной коробки ( в С0) 480Температура газа на выходе из колонны ( в С0) 90Температура воды, поступающей в колонну ( в С0) 220Температура воды ,выходящей из колонны ( в С0) 280Давление воды(в нм3) 100*105Энтальпия поступающего газ i1 содержащегося 3,08 аммиака при температуре на входе колонны 36 С0 ,составляет 41 600 кдж/кгОтпуская 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/кгТепло, выделившееся 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 видОтсюда после сокращения i7 находимi4= i9+ i2- i1Энтальпию 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/кгОтсюда 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. То, газ при реакции в слое катализатора выделит –i7-i9=5580 – 5000 = 580 кдж/кгпри нагревании в щели получает 30 кдж/ кг и прохождении по центральной трубке и трубкам Фильда 5580 -500=580 кдж/кгКак 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 получилi4- i3=5030-4210=820 кдж/кгКроме 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/кгЗная 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/кгГаз ,выходящий из катализаторной коробки ,содержит i9=5000 кдж/кг тепла ,а поступающей в теплообменник 4520 кдж/кгРазница в количестве теплаi9- i10 =5000-4250=480 кдж\кграсходуется на нагрев воды в теплоотводящем устройстве. Общее количество тепла ,которое может быть использовано на нагрев воды найдем по уравнению Q13-Q12=m12*(i13-i12) = Q9-Q10=m9*(i9- i10)=37591*480=18000000 кдж/чЭнтальпия 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/кгТаким образом ,масса нагреваемой воды равнаm12= Q13-Q12/ i13-i12=18 000 000/288,7=62350 кг/чТепло газ Q в любой точке определяется произведением массы газа на энтальпию его, напримерQ2= m2i2 =37591*41900=157500000 кдж/=157500 Мдж /чПри расчете нужно помнить, что масса газа любой тоске есть величина постоянная.Таблица 1.6 - Тепловой баланс колонны синтеза


Компонент
жидкость
 
газ
 

 
кг
нм
кг
нм
% по объему

Аммиак
7635
11313,5
3961
5144
7,66

Водород
15,13
170
3974
44649
66,5

Азот
69
55,2
18826,5
150261,2
22,4

Аргон
9
5,05
1722
967,35
1,4

Метан
11
15
953
1329,6
2,04

Всего
8815,13
11558,75
29439,5
67151,6
100
14 Количество газов, растворенных в жидком аммиаке ,вторичной конденсации .Принимаем ,что из 10416 -7635=1705 кг NH3,которые ещё должны быть выделены, 92,5% выводятся из системы в испаритель жидком виде. При этом допущении в виде жидкости выводится 1705*0,925=1577 кг NH3Ориентировочно можно принять, что в таком количестве NH3 растворится 17 нм3 H2, 6 нм3 N2, 1 нм3 Ar, 3 нм3 СH415 Количество продувочных газов . Для получения 10416 кг NH3 нужно 20653 нм3 H2 и 6862 нм3 N2.Всего надо 27515 нм3 смеси H2 и N2. Или 27515*100/74,29+24,75=27781 нм3 свежей водородной смеси Обозначим резервный объем через х .Тогда общий объем свей смеси27 781+ x, где H2

----------20650+x*0.7429 нм3

N2-----------6965+x*0.2475 нм3

Ar-----------104+x*0.0038 нм3

СH4--------162+x*0.0058 нм3

Всего 27781+х

Из этого количества расходуется на синтез аммиака и удаляется с растворенными газами.

20653+170+17=20840 нм3 водорода

6862+55,2+6=6932,2 нм3азота

5,65+1=6,65 нм3аргона

15+3=18 нм3 метана

При продувке должно быть удалено :

20650+x*0.7429 нм3-20840= x*0.7429-190 нм3 водорода

6965+x*0.2475 нм3-6923,2= x*0.2475-58,2 нм3 азота

104+x*0.0038 нм3-6,65= x*0.0038 +97,35 нм3аргона

162+x*0.0098 нм3-18= x*0.0058+144 нм3 метана

Обозначим общий объем продувочных газов через у .Тогда количество удаляющихся газов:

Аммиака---у*0,0766 нм3

H2----------у*0,665 нм3

N2-----------у*0,224 нм3

Ar-----------у*0,014 нм3

СH4--------у*0,0204 нм3

Приравниваем количество продувочных газов ,выраженных через х и у Получим

для H2---------- x*0.7429-190= у*0,665 нм3

для N2----------- x*0.2475-58,2 нм3= у*0,224 нм3

для Ar----------- x*0.0038 +97,35= у*0,014 нм3

для СH4-------- x*0.0058+144 нм3= у*0,0204 нм3

x*0.7429-190= у*0,665 x*0.2475-58,2 нм3= у*0,224

x*0.0038 +97,35= у*0,014 x*0.0058+144 нм3= у*0,0204

у=9275 нм3 у1=9563 нм3

х=8558 нм3 х1=8890 нм3

Определим среднее значение х=8724 нм3

У=9419 нм3

В объеме 9419 нм3 содержится

NH3—0,0766*9419=721 нм3 или 555,5 кг

H2—0,665*9419=6263 нм3 или 557,4 кг

N2---0,224*9419=21709 нм3 или 2637 кг

Ar—0,014*9419=131 нм3или 234 кг

СH4—0,0204*9419=192 нм3 или 137,7 кг

16.Количество циркулирующего газа :

NH3—5144-721=4423 нм3 или 3961-555,5=3405,5 кг

H2—44649-6263=38386 нм3 или 3974-557,4=3416,6 кг

N2---15061,2-2109=1295,2 нм3 или 18826,5-5637=16189,5 кг

Ar—967,35-131=833,35 нм3 или 1722-234=1488 кг

СH4—1329,6-192=137,6 нм3 или 953-137,7=815,3 кг

17.Количество свежей азотно-водородной смеси, подающийся на синтез.

Общий объем 27781+8874=36505 нм3
В ней содержится

H2—0,7429*36505=27120 нм3 или 2413 кг

N2---0,2475*36505=9035 нм3 или 11293 кг

Ar—0,038*36505=138,71 нм3 или 246,9 кг

СH4—0,0058*36505=211,72 нм3 или 151,8 кг

8000 нм3 -1 кг H2О

36505 нм3-х кг H2О

х=36505*1/8000=4,56 или 6,08 нм3 паров воды

18.Количество водородной смеси после смещения циркулирующего и свежего газов;

NH3—4423 нм3 или 3405 кг

H2—38386+27420=65506 нм3 или 3416,6+2413=5829,6 кг

N2—12952,2+9035=21987,2 нм3 или 16189,5+11293 кг=27482,5

Ar—836,35+138,71=975,06 нм3 или 246,9+1488=1734,9 кг

СH4

—1137,6+211,72=1349,32 нм3 или 151,8+815,3=967,1 кг

Общий объем газов – 94241 нм3

19. Количества аммиака ,конденсирующегося в колонне.

Учитывая ,что объем газов, за исключением аммиака ,составляет 94241-4423=89818 нм3,находим объем газообразного аммиака;

89818*3,16/100-3,16=2930,86 нм3

Конденсируются в жидкость

4423-2930,86=1492,14 нм3 или 1148,94 кг, аммиака

Объем оставшихся газов

94241-1492,14=92748,86 нм3

Парциальные давления газов( в ат):

Водород 280*65506/92748=197,7

Азот 280*21987,2/92748=66,37

Аргон 280*975,06/92748=2,94

Метана 280*1349,32/92748=4,07

При этих условиях растворимость ( в нм3 на 1000 кг жидкого аммиака ) водорода 11,99,азота4,96,аргона,1,27,метана 2,60 в 1148 кг жидкого аммиака растворится 17 нм3 H2, 6 нм3 N2, 1 нм3 Ar, 3 нм3 СH4.Это совпадает с принятым по п.14.

Объем газов за вычетом аммиака и растворившихся в жидком аммиаке газов

89818-(17+6+1+3)=89845 нм3

Объем газообразного аммиака

89845*3,16/100-3,16=2931,7 нм3

Конденсируется 4423-2931,7=1491,3 нм3 или 1148 кг ,аммиака

Таким образом ,выделяется в жидком виде. 1148 кг аммиака ,в котором растворено 1,7 кг водорода,7,5 азота,2 аргона,2 Метана. Кроме этого, в в жидком аммиаке растворяется весь поступивший водяной пар.

20.Количество газовой смеси, поступающей в колонну синтеза :

Аммиака 3405-1148=2257 кг/ч ,или 1737,89 нм3/ч

Водорода 5829,6-1,7=5827,9 кг/ч или 65506 нм3-17=65489нм3

Азота 27482,5- 7,5=27475 кг/ч или 21987,2 нм3-6=21981 нм3

Аргона 1734,9 – 2=1732,9кг/ч или 975,06 нм3-1=974,06 нм3

Метана 967,1 – 2=965,1 кг/ч или 1349,32 нм3-3=1346,32 нм3

21.Общее количество товарного аммиака. Из водяного холодильника выводится 7635 кг,из газов продувки 555,5 кг и из испарителя 2257 кг: итого 10416 кг/час.

22.Фактически в колонну синтеза поступает согласно п11 газовой смеси 92736,3 нм3\ч и

23 Уходит из колоны газовой смеси 78710,5 нм3 \ч

Таблица 1.3 - Сводный материальный баланс агрегата синтеза аммиака за 1 час




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
Таблица 1.4 - Сводный материальный баланс агрегата синтеза аммиака за 1 час

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
Таблица 1.5 - Сводный материальный баланс агрегата синтеза аммиака за 1 час

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
Таблица 1.5 - Сводный материальный баланс агрегата синтеза аммиака за 1 час

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

Смотрите также файлы