Расчет процесса получения аммиака

Страницы работы

11 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

важная область давлений синтеза, при которых степень превращении будет более 20% - выше 20 МПа. Техноэкономическое обоснование процесса показало, что оптимальной будет реализации процесса при 30-32 МПа. Повышение давления резко увеличивает затраты на оборудование и компрессию, понижение давлении увеличивает затраты, связанные с малым выходом аммиака. Эти условия используются в современных агрегатах производства аммиака.

При выбранных температуре и давлении достигается далеко не полное превращение в реакторе - выходящий газ содержит около 16% NH3 (степень превращении 27-28%). Дли полноты использовании азотоводородной смеси применяют рецикл -после реактора отделяют продукт (аммиак), а непрореагировавшие Н2 и N2 возвращают в реактор.

На рис. 1 представлена схема синтеза аммиака.

Рисунок 1. Схема получения аммиака.

1 – колонна синтеза аммиака, 12, 6 – турбокомпрессоры, 9, 10 – смесители, 2, 11 – сепараторы, 5, 7 – теплообменники водный и аммиачный соответственно, 3 – делитель. Поток 1 – азотоводородная смесь, поток 10 – аммиак, поток 13 – вывод примесей.

Азотоводородную смесь сжимают турбокомпрессорами 12 и 6 до 29,9 МПа и направляют в колонну синтеза 1, где в присутствии катализатора при 400°С протекает реакция синтеза аммиака. Из колонны синтеза азотоводородную смесь, содержащую аммиак, направляют в охлаждаемый водой теплообменник 5, а затем в сепаратор 2, где часть сконденсировавшегося аммиака выводят из системы как готовый продукт.

Из сепаратора 2 газ направляют в охлаждаемый жидким аммиаком теплообменник 7 и сепаратор 11, из которого также выводят жидкий продукционный аммиак. Остатки азотоводородной смеси возвращаются в цикл перед турбогенератором 6. В результате циркуляции азотоводородной смеси в ней накапливаются примеси (Аг, СН4 и др.), которые снижают производительность установки, поэтому для вывода этих примесей часть азотоводородной смеси (на выходе ее из сепаратора) выводится из цикла (продувочные газы).

Степень конверсии аммиака –  0,4.

Давление около 30 МПа

2.Расчет ХТС

Расчет материального и теплового баланса произведен в программе ChemCad. В таблице приведены полученные данные.

Таблица 1. Материальный и тепловой баланс.

G1

G2

G3

G4

G5

G6

G7

N2, кмоль/ч

28.04

39.80

39.80

23.88

23.88

23.58

0.30

Н2, кмоль/ч

84.12

119.90

119.90

72.13

72.13

71.61

0.51

NH3, кмоль/ч

0.000

0.91

0.91

32.76

32.76

9.57

23.19

Ar, кмоль/ч

1.12

2.05

2.05

2.05

2.05

1.90

0.14

Итого, кмоль/ч

113.28

162.68

162.68

130.83

130.83

106.67

24.16

GH, MJ/h

-0.565

3914.0

3914.4

85.21

-2011.1

-472.56

-1538.5

Т, K

298

1093.05

1093.12

673

300

300

300

Давление, МПа

0,1

29,89

29,90

29,89

29,89

29,89

29,89

G8

G9

G10

G11

G12

G13

G22

N2, кмоль/ч

23.58

0.04

0.34

23.53

11.76

11.76

28.04

Н2, кмоль/ч

71.61

0.05

0.56

71.56

35.78

35.78

84.12

NH3, кмоль/ч

9.57

7.73

30.92

1.83

0.91

0.91

0.00

Ar, кмоль/ч

1.90

0.04

0.19

1.85

0.92

0.92

1.12

Итого, кмоль/ч

106.67

7.87

32.03

98.79

49.39

49.39

113.28

GH, MJ/h

-785.42

-546.30

-2084.8

-239.12

-119.56

-119.56

4033.5

Т, K

250

250

288.12

250

250

250

1447.77

Давление, МПа

29,89

29,89

29,89

29,89

29,89

29,89

29,90

3.Гидравлический расчет

Был произведен расчет теплообменников, в частности, перепады давления в них.

Схема представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Водный и аммиачный теплообменники.

4 – водный теплообменник, 8 – аммиачный теплообменник.

Потоки 14, 16, 18, 20 – азотоводородная смесь, потоки 15, 17 – охлаждающая вода, потоки 19, 21 – аммиак.

Таблица 2. Параметры потоков.

G14

G15

G16

G17

G18

G19

G20

G21

N2, кмоль/ч

23.88

0.00

23.88

0.00

23.57

0.00

23.57

0.00

Н2, кмоль/ч

72.13

0.00

72.13

0.00

71.61

0.00

71.61

0.00

NH3, кмоль/ч

32.76

0.00

32.76

0.00

9.56

70.45

9.56

70.45

Ar, кмоль/ч

2.05

0.00

2.05

0.00

1.90

0.00

1.90

0.00

Итого, кмоль/ч

130.83

138.77

130.83

138.77

106.65

70.45

106.65

70.45

GH,

MJ/h

85.245

-39882

-2011.0

-37786

-472.01

-5080.7

-784.65

-4768.0

Т, K

673

280

300

372.77

300

240

250

240.19

Давление,

Па

29,9

0,1

29,9

0,1

29,9

0,1

29,9

0,1

Таблица 3. Параметры аппаратов.

Номер аппарата

4

8

Перепад давления, Па

-967,33

-1559,51

4.Анализ параметрической чувствительности ХТС

В результате циркуляции азотоводородной смеси в ней накапливаются примеси (Аг, СН4 и др.), которые снижают производительность установки, поэтому для вывода этих примесей часть азотоводородной смеси (на выходе ее из сепаратора) выводится из цикла (продувочные газы).

Таким образом, был произведен анализ зависимостей получаемой массы аммиака и  потребления энергии компрессором от количества выведенной из системы азотоводородной смеси с примесями. Результаты приведены на графиках 1 и 2.

График 1. Зависимость произведенного аммиака от доли смеси, выведенной из реактора.

График 2. Зависимость потребляемой компрессором энергии от доли смеси, выведенной из реактора.

Таким образом, оптимальная доля смеси, выводимой из реактора составляет 0,3.

Заключение

Произведен расчет процесса получения аммиака, рассчитаны материальный и тепловой балансы, произведен гидравлический расчет и анализ

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Расчетно-графические работы
Размер файла:
233 Kb
Скачали:
0