Курсовая работа: Розрахунок колони синтезу аміаку продуктивністю 1360 т/добу

14) кількість газів , розчинених в рідкому аміаку вторинної конденсації (попереднє визначення ).

15) Кількість продувочних газів . Як вказано вище , для отримання56 667 кг аміаку необхідно 112 000 нм3 водню та 37 333 нм3 азоту . Всього потрібно 149 333нм3 суміші водню та азоту.

Однак потрібно вводити деяку додаткову кількість азото –водневої суміші для компенсації розчинення газів в рідкому аміаку і газів продувки. Позначимо цей резервний об'єм через х . Тоді загальний об’єм свіжої газової суміші буде 149 333 + х. В цьому об’ємі міститься:

Водню 112 000 + х*0.7429

Азоту 37 333+ х*0.2475

Аргону 572+ х*0.0038

Метану 874+ х*0.0058

Всього 150 760 нм3.

З цієї кількості витрачається на синтез аміаку та видаляється з розчинними газами

112 000+ 133 + 850=112 983 нм3

водню,

37 333+ 52 +298 =37 684 нм3

азоту,

83+13 =96 нм3

Позначаємо загальний об’єм продувочних газів через у . Враховуючи склад газів , обчислений в п.13 , отримаємо кількість вадаляємих газів: аміаку у*0.0766 нм3 , водню у*0.6249 нм3 азоту у*0.2076 нм3 , аргону у*0.0400 нм3 , метану у*0.0509 нм3. Прирівнюємо кількість продув очних газів , виражені через х та у . Отримаємо:

Для водню

0.7429х-983=0,6249у

Азоту

0,2475х-350=0,2076у

Аргону

475+0,0038х=0,04у

Метану

471+0,0058х=0,0504у

Маємо чотири рівняння з двума невідомими. Для рішення розбиваємо їх на дві пари:

0,7429х-983=0,6249у та 0,2475х-350=0,2049у

475+0,0038х=0,04у 771+0,0058х=0,0509у

В одну пару включаємо рівняння , що відносяться до водню та аргону , в іншу- до азоту та метану . Рішення цих рівнянь дає ( в нм3) х1=12 314 х2=12 351 у1=13 031 у2=13 126.це означає , що різні домішки вимагають різного ,хоча і близького , об’єму продувки . Приймаємо , що продувка визначається середнім з отриманих результатів , тобто у=13 078нм3. Середнє значення х=12 332 нм3. В об’ємі 13 078 нм3 міститься :

16) Кількість циркулюючого газу. Кількість циркулюючого газу отримуємо як різницю між кількістю наявних після водяного холодильника газів (п.13) та кількістю газів продувки (п.15):

Аміак

25 325-760=24 565 кг або 33 370- 1001=32 368 нм3

Водень

24 307-729=23 577 кг або 272 238-8 172=264 066 нм3

Азот

113 033-3 393=109 640 кг або 90 427-2 715=87 712 нм3

Аргон

31 137-933=30 203 кг або 17 436-523=16 913нм3

Метан

15 835-475=15 360 кг або 22 170-665=21 504 нм3.

17) кількість свіжої азото-водневої суміші , подаваної на синтез . За розрахунком , згідно п.15 , загальний об’єм свіжої авс складає :

150 760+12 332=163 093 нм3

В цьому об’ємі міститься:

Водню

121 162нм3 або 10 818 кг

Азоту

40 365 нм3 або 50 459кг

Аргону

619 нм3 або1 106 кг

Метану

945нм3 або 675 кг.

Крім цього , за умовою , в кожних 8000 нм3 сухих газів міститься 1кг парів води. Відповідно , в 163 093 нм3 міститься 20,4 кг або 25,4 нм3 .

18) Кількість азото-водневої суміші після змішування циркулюючого та свіжого газів:

Аміаку

24 565 кг або 32 368 нм3

Водню

23 577+10 818=34 395 кг або 264 066+121 162=385 228 нм3

Азоту

109 630+50 456=160 086кг або 87 712+40 365=128 077 нм3

Аргону

30 203+1 106=31 309кг або 16 913+ 619=17 533нм3

Метану

15 360 +675=16 035 кг або 21 504+945=22 450нм3

Загальний об’єм газів 585 657 нм3. Крім цього в газі міститься 20,4 кг або 25,4 нм3 парів води.

19) Кількість аміаку , конденсуючогося в колоні. За розрахунком відповідно п.4 вміст аміаку після вторинної конденсації 3.08% об. Для першочергового визначення кількості рідкого аміаку , конденсованого в колоні , допускаємо , що в рідкому аміаку гази не розчиняються . Враховуючи , що об’єм газів , за винятком аміаку , складає 585 657-32 368=553 289 нм3 , знаходимо об’єм залишеного газоподібного аміаку:

Конденсується в рідину:

32 368-17 582=14 785 нм3 або 11 221 кг аміаку

Об’єм залишившихся газів

585 657-14 785 =570 872 нм3

Їхній сумарний парціальний тиск:

290*570 872/585 657=282

( але згідно п.4 конденсація відбувається при 280 атм , тому приймемо 280 атм.)

Парціальні тиски газів (атм.) :

Водню

280*385 228/570 872=188.9

Азоту

280*128 077/570 872=62.8

Аргону

280*17 533/570 872=8.6

Метану

280*22 450/570 872=11

В цих умовах розчинність (в нм3 на 1 000 кг рідкого аміаку ) водню 11.99 , азоту 4.96 , аргону 1.27 метану 2.6 . В 11 221 кг рідкого аміаку розчиниться водню 134 нм3 , азоту 56 нм3 , аргону 14 нм3 , метану 28 нм3. Це близько зі значеннями розчинності , прийнятими в п.14!

Об’єм газів за винятком аміаку та розчинених в рідкому аміаку газів :

570 872-(134+56+14+28)=570 639 нм3

Об’єм газоподібного аміаку :

570 639*3,08/(100-3,08)=18 134 нм3 або 13 762 кг

Конденсується :

32 368-18 134=14 792 нм3 або 11 227кг

Очевидно , що парціальні тиски газів не змінились . Кількість рідкого аміаку змінилось несуттєво і не впливає помітно на об’єм розчинених газів.

Таким чином , виділяються в рідкому вигляді : а)11 227 кг аміаку в якому розчинено ;б)12 кг водню ;в) 70 кг азоту ; г) 25 кг аргону ; д) 20 кг метану.

Крім того , в рідкому аміаку розчинилися всі водяні пари , що потрапили .

20)  Кількість газової суміші , поступючої в колону синтеза

Аміаку

24565-11 227=13 338кг або 17 334нм3

Водню

34395-12=34383кг або 385 093 нм3

Азоту

160 086-70=160 016 кг або 128 013 нм3

Аргону

31309-25=31284кг або 17 519 нм3

Метану

16035-20=16 015 кг або 22 422нм3

Порівнюючи отримані дані з результатами розрахунку згідно п.11 , бачимо , що розбіжність не більше 45 нм3 ( по азоту ). Цими розбіжностями нехтуємо оскільки в данних розмірностях вони не суттєві.

21) Загальна кількість товарного аміаку. Зводяногохолодильника виводиться 44 680 кг аміаку, з газів продувки 760 кг, з випарника 11 227 кг ; загальна кількість 56 667 кг за годину.

22) Фактично за годину в колону потрапляє згідно п11 газової суміші 570 672 нм3/год . При об’ємній швидкості 24 000нм3/год м3 нам потрібно 23.8 м3 каталізатору.

23) Виходить з колони газової суміші 496 004нм3

на 1 м3 каталізатора , що дуже близько до прийнятого значення в п3.

3.2 Тепловий баланс

Тепловий ефект реакції утворення аміаку 92.38 кДж/моль. За годину повинно утворитись 56 667 кг аміаку. Це:

З яких виділиться :

Qвиділ= 3333.4*103*92.38=309 335 153кДж тепла

Оскільки за годину через колону проходитиме 255 100 кг газу то на 1кг газу припадатиме тепла:

309 335 153/255 100=1212 кДж/ кг.

Ентальпія АВС при 200 оС 4750 кДж/кг. Поглинувши тепло , ентальпія збільшиться:

4750+1212=5962 кДж/кг,

Що при вмісті аміаку 18%об. відповідає близько 675 оС, що неприпустимо для каталізатора.

Нагрів поступаючої АВС від 190о до 200о С на шляху до теплообмінника поглине:

Qпогл1=m*∆i1=255 100*(4750-4700)=12 755 000 кДж

Де 255 100-маса свіжого циркулюючого газу (АВС),кг/год; 4750 та 4700 –ентальпії АВС (3% об. аміаку) при 200о та190о відповідно. Залишається:

Qзал1 =309 335 153-12 755 000=296 580 154 кДж тепла.

Оскільки реакційна АВС на вході в каталізатор повинна мати температуру 470оС , то для її нагріву від 200 до 470оС в теплообміннику потрібно:

Qпогл 2=m*∆i2=255 100*(5700-4750)=242 345 000 кДж тепла.

Залишається :

Qзал2 =296 580 153-242 345 000=54 235 153 кДж тепла,

з яких на 1кг циркулюючого за годину газу припадає:

Ізалиш=Qзал2/mцирк=54 235 153/255 100=212 кДж/кг А

Оскільки байпас потрібно подавати після 1, 2 , 3 то цю масу необхідно збільшити втричі і загальна маса циркулюючого газу ,що походитиме через холодний бай пас становитиме :

ρ см= ρазоту*хазоту+ ρводню*хводню+ ρаміаку*хаміаку+ ρметану*хметану+ ρаргону*харгону (3.2)

ρо см = 1.25* 0.22+ 0.09*0.68+0.77*0.03+0.72*0.04+1.78*0.03=0.38 кг/м3

ρвих см = 1.25* 0.19+ 0.09*0.56+0.77*0.18+0.72*0.04+1.78*0.03=0.509 кг/м3 ρ= ρо*(РТо/РоТ) (3.3)

ρ200=65.8 кг/м3 ( вхідна суміш) ρ500=53.8 кг/м3 (вихідна суміш)

Таким чином в теплообмінник йде 1550 м3/год , на байпас -2326 м3/год. В колону поступає 3876м3/год газу.

Таблиця3

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6