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

3.2 Энергетический баланс

Исходные данные

Температура газа на входе в колонну(в С⁰) 36

Температура газа на входе в слой катализатора (в С⁰) 440

Температура на выходе из катализаторной коробки ( в С⁰) 480

Температура газа на выходе из колонны ( в С⁰) 90

Температура воды, поступающей в колонну ( в С⁰) 220

Температура воды ,выходящей из колонны ( в С⁰) 280

Давление воды(в нм³) 100*10⁵
Энтальпия поступающего газ i₁ содержащегося 3,08 аммиака при температуре на входе колонны 36 С⁰ ,составляет 41 600 кдж/кг

Отпуская 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/кг

Тепло, 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 вид

Отсюда после сокращения i₇ находим

i₄= i₉₊ i₂- i₁

Энтальпию 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/кг

Отсюда 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/кг

при нагревании в щели получает 30 кдж/ кг и прохождении по центральной трубке и трубкам Фильда 5580 -500=580 кдж/кг

Как 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 получил

i₄- i₃=5030-4210=820 кдж/кг

Кроме 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/кг

Зная 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/кг

Газ ,выходящий из катализаторной коробки ,содержит i₉=5000 кдж/кг тепла ,а поступающей в теплообменник 4520 кдж/кг

Разница в количестве тепла

i₉- i₁₀ =5000-4250=480 кдж\кг

расходуется на нагрев воды в теплоотводящем устройстве. Общее количество тепла ,которое может быть использовано на нагрев воды найдем по уравнению

Q_13-Q₁₂=m_12*(i₁₃-i₁₂) = Q₉-Q₁₀=m_9*(i₉- i₁₀)=37591*480=18000000 кдж/ч

Энтальпия 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/кг

Таким образом ,масса нагреваемой воды равна

m₁₂= Q_13-Q_12/ i₁₃-i₁₂=18 000 000/288,7=62350 кг/ч

Тепло газ Q в любой точке определяется произведением массы газа на энтальпию его, например

Q₂= m₂i₂ =37591*41900=157500000 кдж/=157500 Мдж /ч

При расчете нужно помнить, что масса газа любой тоске есть величина постоянная.

Таблица 1.6 - Тепловой баланс колонны синтеза

приход		Расход
Катализаторная коробка (Мдж/ч)
С газом в колонну (Q1)	156400	С газом в щели на уровне перехода катализаторной коробки в теплообменник( Q2)	157500
С газом катализаторную коробку ( Q4)	189100	C газом в теплоотводящее устройство	188000
Всего	345500	Всего	345000
Теплообменный аппарат
С газом в щели на уровне перехода катализаторной коробки в теплообменник( Q2)	157500	С газом на входе в теплообменник (Q3)	158300
С газом на входе в теплообменник (Q3)	158300	С газом на входе в катализаторную коробку ( Q4)	189100
С газом на теплоотводящегоустройства(Q10 )	170000	С газом на выходе из колонны (Q11)	138400
Всего	485000	Всего	485500
Теплоотводящее устройство
С газом из катализаторной коробки Q9	188000	C газом в теплообменник (Q10)	170000
С водой в колонну (Q12)	59000	С водой из колонны (Q 13)	77000
Всего	247000	Всего	247000
Сводной тепловой баланс в колону
С газом в колонну (Q1)	156400	С газом из колонны ( Q11)	138400
C водой в колонну (Q12)	59000	С водой из колонны( Q13)	77 000
Всего	215400	Всего	215400

---

4 Отходы и обезвреживание

4.1 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].

4.2 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].

4.3 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

В данной курсовой работе рассмотрен метод получения аммика методом Габера-Боша; описаны физико-химические характеристики вещества; описаны все существующие методы и схемы получения аммика, процесса; представлена характеристика аммиака каксырья; рассчитан материальный и энергетический баланс.

В настоящее время в России потенциалом для производства синтетического аммиака обладают 18 предприятий с суммарными мощностями более 13 млн т химиката в год.
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. А

Список использованных источников

1. 
   Аммиак: обзор современных технологий. [Электронный ресурс]:© Newchemistry.ru 2006-2021. URL:https://newchemistry.ru/letter.php?n_id=682 (дата обращения: 04.07.2021).
   
2. 
   Афанасьев С.В., Трифонов К.И. Физико-химические процессы в техносфере. Учебник. Самара. Изд-во Самарского научн. центра РАН, 2016. 148 c.
   
3. 
   Вакк,Э.Г.Производствоаммиака:учебноепособиедляИТРисменногоперсоналапредприятийпопроизводствусинтетическогоаммиака.М.:[б.и.],2017.-239с.
   
4. 
   Об эффективности мембранной технологии извлечения водорода из продувочных и танковых газов синтеза аммиака. [Электронный ресурс]:Эл.журнал© Химическая техника 2021. https://chemtech.ru/ob-jeffektivnosti-membrannoj-tehnologii-izvlechenija-vodoroda-iz-produvochnyh-i-tankovyh-gazov-sinteza-ammiaka/ (дата обращения: 04.07.2021).
   
5. 
   Производствоаммиака,минеральныхудобренийинеорганическихкислот.[Электронный ресурс]:Информационно-техническийсправочникпонаилучшимдоступнымтехнологиямИТС2-2019. URL:http://docs.cntd.ru/document/564068887(дата обращения: 04.07.2021).
   
6. 
   Производствоаммиака.[Электронныйресурс]:Нетология-групп,2009–2021.URL:https://foxford.ru/wiki/himiya/proizvodstvo-ammiaka(датаобращения:04.07.2021).
   
7. 
   Производствоаммиака.[Электронныйресурс]:Мойбизнес,2020.URL:https://moybiznes.org/proizvodstvo-ammiaka(датаобращения:04.07.2021).
   
8. 
   Российскиехимикиоптимизировалисамоебольшоехимическоепроизводство.[Электронныйресурс]:1991–2021АО«Коммерсантъ».URL:https://www.kommersant.ru/doc/4603818(датаобращения:04.07.2021).
   
9. 
   Современные технологии производства аммиака[Электронный ресурс]:© Newchemistry.ru 2006-2021. URL:https://newchemistry.ru/letter.php?n_id=4156 (дата обращения: 04.07.2021).
   
10. 
    Технологии производства аммиака KELLOG BROWN[Электронный ресурс]:© Newchemistry.ru 2006-2021. URL:https://newchemistry.ru/letter.php?n_id=6259(дата обращения: 04.07.2021).
    
11. 
    HideakiKobayashi;AkihiroHayakawa;K.D.KunkumaA.Somarathne;EkenechukwuC.Okafor;Scienceandtechnologyofammoniacombustion.ProceedingsoftheCombustionInstitute2019,37,109-133,10.1016/j.proci.2018.09.029.
    
12. 
    ChengchengLi;TuoWang;JinlongGong;AlternativeStrategiesTowardSustainableAmmoniaSynthesis.TransactionsofTianjinUniversity2020,26,67-91,10.1007/s12209-020-00243-x.
    
13. 
    AbhishekBanerjee;BenjaminD.Yuhas;EricA.Margulies;YongboZhang;YurinaShim;MichaelR.Wasielewski;MercouriG.Kanatzidis;PhotochemicalNitrogenConversiontoAmmoniainAmbientConditionswithFeMoS-Chalcogels.JournaloftheAmericanChemicalSociety2015,137,2030-2034,10.1021/ja512491v.
    
14. 
    Klinsrisuk,S.;Tao,S.;Irvine,J.T.S.18-Membranereactorsforammoniaproduction.InMembraneReactorsforEnergyApplicationsandBasicChemicalProduction;Basile,A.,Paola,L.,Di,l.,Hai,F.,Piemonte,V.,Eds.;WoodheadPublishing:Cambridge,MA,USA,2015;pp.543–563.ISBN978-1-78242-223-5.
    
15. 
    LuWang;MeikunXia;HongWang;KefengHuang;ChenxiQian;ChristosT.Maravelias;GeoffreyA.Ozin;GreeningAmmoniatowardtheSolarAmmoniaRefinery.Joule2018,2,1055-1074,10.1016/j.joule.2018.04.017.
    
16. 
    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.
    
17. 
    Кузнецов Л.Д. Синтез аммиака.-М., Химия, 1982.-296с.
    
18. 
    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.
    
19. 
    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.
    
20. 
    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.
    
21. 
    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.
    
22. 
    Справочник азотчика /Под ред. И.М.Жаворонкова, Химия, 1987
    
23. 
    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.
    
24. 
    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.
    
25. 
    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.
    

---

---