Аммиак является одним из важнейших продуктов химической промышленности. Он используется для получения азотной кислоты, минеральных удобрений, в органическом синтезе и других отраслях.
В настоящее время для получения аммиака используется азото-водородная смесь. Наиболее экономичным способом получения водорода на сегодняшний день является конверсия природного газа водяным паром. После этой стадии следует процесс очистки синтез-газа от соединений кислорода, и далее газ подается непосредственно в отделение синтеза аммиака.
Основным аппаратом, определяющим работу всего отделения является колонна синтеза аммиака. Поскольку процесс является экзотермическим, то его проводят в многополочной колонне с промежуточным охлаждением газа. Наиболее простой конструкцией колонн синтеза является конструкция с аксиальными катализаторными полками и охлаждением газа подачей байпаса между слоями катализатора. Однако этот способ организации работы колонн синтеза является неэффективным. Во-первых, аксиальный катализаторный слой имеет высокое газодинамическое сопротивление, что обуславливает повышенную нагрузку на компрессорное оборудование. Во-вторых, при охлаждении снтез-газа введением байпаса не позволяет использовать тепло химической реакции, поскольку горячий газ просто-напросто разбавляется холодным потоком.
Более прогрессивным является использование радиального движения газа в слое катализатора, что существенно снижает газодинамическое сопротивление, а также позволяет уменьшить объем катализатора, загружаемого на полку.
Другим направлением интенсификации химических процессов, протекающих с выделением тепла, является использование промежуточного теплообмена между катализаторными полками. При этом тепло отходящих газов может быть использовано для получения вторичных теплоносителей (например, пара) или для подогрева холодного газа, поступающего в колонну синтеза. В последнем случае аппарат будет работать в автотермическом режиме.
Целью курсового проекта является замена радиальной колонны синтеза аммиака с промежуточными байпаса на аксиально-радиальную колонну с промежуточным теплообменом между слоями катализатора.
ЧГУ.З.РК.240301.000.004.ПЗ
Лист
4
Из
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
1. Выбор и технико-экономическое обоснование принятой схемы производства.
Принимаем мощность цеха 1360 т аммиака в сутки.
Соотношение водород:азот в исходной газовой смеси должно составлять 3,05. Концентрация аммиака на выходе из колонны синтеза принимаем 18,87 об.%.
Рабочее давление в колоне синтеза аммиака составляет 323 атм, средняя температура контактирования 500 °С.
В проекте предусмотрена реконструкция колонны синтеза, которая заключается в следующем. В базовом варианте катализатор размещался на четырех полках, газ проходил через слой катализатора аксиально. Предлагается изменить конструкцию катализаторных полок таким образом, чтобы азото-водородная смесь проходила через слой катализатора в радиальном направлении.
Подобные изменения в конструкции колонны позволят уменьшить объем катализатора при сохранении производительности за счет того, что при радиальном движении газа в слое катализатора уменьшается его линейная скорость, и, соответственно, увеличивается время контактирования. Следовательно, для сохранения производительности появляется возможность уменьшить объем катализатора.
Другое преимущество радиального движения газа в слое катализатора заключается в следующем. Снижение линейной скорости газа в слое, а также уменьшение объема катализатора приводит к уменьшению гидравлического сопротивления, что несколько снижает нагрузку на компрессор сжатия азото-водородной смеси.
Регулирование температуры между полками катализатора предусмотрено введением холодного байпаса после прохождения газовой смеси катализаторного слоя.
В качестве катализатора предлагается использовать железооксидный катализатор марок СА–Н или СА–С.
ЧГУ.З.РК.240301.000.004.ПЗ
Лист
5
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
2. Характеристика сырья и готовой продукции.
Продуктом производства является синтетический аммиак.
Химическая формула - NH3.
Основные физико-химические свойства и константы.
Жидкий аммиак – бесцветная прозрачная жидкость, легколетучее вещество. Газообразный аммиак – бесцветный газ. Аммиак в жидком и газообразном состоянии обладает резким запахом.
Относительная молекулярная масса - 17,0304.
Мольный объем аммиака – 22,08 м3/(кг·моль) при 273,14 °К и 760 мм.рт.ст.
Температура кипения жидкого аммиака при атмосферном давлении – минус 33,4 °С.
Температура плавления – минус 77,7 °С.
Критическая температура – 132,4 °С.
Критическое давление – 11,32 МПа (111,66 кгс/см2).
Плотность газообразного аммиака при температуре 0 °С и давлении 0,1 МПа (760 мм.рт.ст.) - 0,771 кг/м3.
Плотность жидкого аммиака при температуре минус 33,35 °С и давлении 0,1 МПа – 681 кг/м3.
Массовая теплоемкость газообразного аммиака при температуре 20 °С и давлении 0,1 МПа – 1,675×103 Дж/кг°С.
Удельное объемное электрическое сопротивление (электропроводность) жидкого аммиака – 0,8×105 Ом·м.
Температура самовоспламенения в воздухе 650 °С.
Пределы взрываемости сухой аммиачно-воздушной смеси при 20 °С и давлении 0,1 МПа:
- нижний - объемная доля NH3 15,0 %
- верхний - объемная доля NH3 28,0 %.
Аммиак хорошо растворяется в воде, образуя гидрат оксида аммония:
NH3 + H2O NH4ОН + Q
При температуре 20 °С и давлении 0,1 МПа в 1 объеме воды растворяется 760 объемов аммиака.
При испарении жидкого аммиака в атмосферу, вылитого в поддон, температура его может понизится с минус 33,4 °С до минус 67 °С.
Выпускаемый аммиак жидкий технический должен соответствовать ГОСТ 6221-90.
Основные технические показатели ГОСТа 6221-90 сведены в таблицу 2.1.
ЧГУ.З.РК.240301.000.004.ПЗ
Лист
6
Из
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
