Химия \ Химическая технология неорганических веществ

Замена радиальной колонны синтеза аммиака с промежуточными байпаса на аксиально-радиальную колонну с промежуточным теплообменом между слоями катализатора, страница 8

                         кг/ч;

метана                        нм3/ч,

                        плотность метана  кг/м3,

                         кг/ч;

            По условию в колонне образуется аммиак 56667 кг/ч. Тогда объем образовавшегося аммиака составит

 нм3/ч.

Объем аммиака на выходе из колонны:

 нм3/ч, или  кг/ч.

Объем водорода на выходе из колонны:

 нм3/ч, или  кг/ч.

Объем азота на выходе из колонны:

 нм3/ч, или  кг/ч.


ЧГУ.З.РК.240301.000.004.ПЗ

Лист

22

Из

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

            Таблица 3.1

Сводный материальный баланс колонны синтеза аммиака

Приход

нм3/ч

кг/ч

об.%

Расход

нм3/ч

кг/ч

об.%

1. Аммиак

2. Водород

3. Азот

4. Аргон

5. Метан

7926

328258

107625

20031

49769

6028

29550

134638

25058

35630

1,54

69,91

20,95

3,90

9,69

1. Аммиак

2. Водород

3. Азот

4. Аргон

5. Метан

82436

216492

70370

20031

49769

62694

19488

88032

25058

35630

18,87

49,30

16,03

3,90

9,69

Итого

513608

230903

100

Итого

439098

230903

100

Расчет I-ой катализаторной полки

          Принимаем концентрацию аммиака после первой катализаторной полки 70 % от концентрации аммиака на выходе из колонны [6]. Тогда

 об.%.

            Конечную концентрацию аммиака после первой полки можно выразить как

,

где      N0 – концентрация аммиака на входе;

            V0 – объем газа на входе;

            DV – объем образующегося аммиака;

            V1 – объем газа на выходе.

            Объем газа на выходе можно представить с учетом стехиометрии реакции синтеза аммиака

V1 = V0 – DV

            Подставляя это выражение в уравнение для расчета концентрации аммиака на выходе и преобразуя его, имеем

 нм3/ч.

            Тогда объем газа после 1-ой полки составит

V1 = 513608–69061 = 444547 нм3/ч.

            Объем аммиака после 1-ой полки составит

7926+69061 = 76987 нм3/ч.

            Объем водорода после 1-ой полки составит

328258–1,5×69061 = 224667 нм3/ч.

 

          ЧГУ.З.РК.240301.000.004.ПЗ

Лист

23

Из

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

Объем азота после 1-ой полки составит

107625–0,5×69061 = 73095 нм3/ч.

Таблица 3.2

Материальный баланс 1-ой катализаторной полки

Приход

Нм3/ч

% об.

Расход

нм3/ч

% об.

1. Аммиак

2. Водород

3. Азот

4. Аргон

5. Метан

7926

328258

107625

20031

49769

1,54

69,91

20,95

3,90

9,69

1. Аммиак

2. Водород

3. Азот

4. Аргон

5. Метан

76987

224667

73095

20031

49769

13,21

57,47

16,44

4,51

11,19

Итого

513608

100

Итого

444547

100


3.3.2. Расчеты тепловых балансов

Таблица 3.3

Температурные ряды и теплоты образования веществ, участвующих в процессе [9]

Соединение

Температурный ряд

Энтальпия,

КДж/моль

A

b

C (c’)

СН4

14,32

74,69×10–3

–17,43×10–6

–74,85

N2

27,88

4,27×10–3

0

0

H2

27,28

3,26×10–3

0,5×105

0

NH3

29,8

25,48×10–3

–1,67×105

–46,19

 

           ЧГУ.З.РК.240301.000.004.ПЗ

Лист

24

Из

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

Тепловой баланс колонны синтеза

            Тепловой баланс колонны синтеза аммиака имеет вид

Q0 + Qxp = Q1 + Qто+ Qп,

где      Q0 – физическое тепло, вносимое исходной газовой смесью;

            Qхр – тепло химической реакции;

            Q1 – физическое тепло, уносимое газовой смесью;

            Qто – тепло, отводимое в слое катализатора;

            Qп – потери тепла в окружающуюсреду.

            Рассчитаем теплоемкости компонентов газовой смеси на входе в колонну при температуре 130 °С, или 403 К

метан              ,

азот                ,

водород          ,

аммиак           .

            Тогда тепло, вносимое с исходной газовой смесью составит

 МДж/ч.

            Рассчитаем теплоемкости компонентов газовой смеси на выходе из колонны при температуре 350 °С, или 623 К

метан              ,

азот                ,

водород          ,

аммиак           .

 

           ЧГУ.З.РК.240301.000.004.ПЗ

Лист

25

Из

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Тогда тепло, с газовой смесью на выходе из колонны синтеза составит

Скачать файл