Документ. Курсовая работа имеет своей целью на основе исходных данных составить материальный баланс производства аммиака из азотноводородной смеси
 Скачать 18.74 Kb.
|
|
Курсовая работа имеет своей целью на основе исходных данных составить материальный баланс производства аммиака из азотно-водородной смеси Финансы и банковские услуги Оборудование Курсовые проекты Производство Курсовые работы Баланс Азот Аммиак Материальный баланс СОДЕРЖАНИЕ Введение….………………………………………………………………….. 3 1. Теоретические аспекты производства аммиака……….……………...... 4 2. Расчет сырья и продуктов производства аммиака…….………….....…. 8 3. Материальный баланс процесса производства аммиака...…...………... 11 Заключение…………………………………………………………………... 12 Список литературы………………………………………………………….. 14 ВВЕДЕНИЕ Курсовая работа имеет своей целью на основе исходных данных составить материальный баланс производства аммиака из азотно-водородной смеси. Исходные данные: производительность по аммиаку 30 000 т/год; годовое время работы установки – 8 064 часа; состав азотно-водородной смеси на входе в колонну синтеза, ω, % (масс): аммиак – 4,8; водород – 64,52; азот – 20,5; метан – 5,42; аргон – 4,76; содержание аммиака в реакционной смеси на выходе из колонны синтеза – 15,5%; расход свежей азотно-водородной смеси – 2850 м3 на 1 тонну аммиака; состав свежей азотно-водородной смеси, ω, % (масс): водород – 75,5; азот – 25,0. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА Реакция синтеза аммиака из газообразных азота и водорода является обратимой и протекает по уравнению 3H2+N2=2NH3+22 ккал. При определенных условиях наступает состояние равновесия между прямым и обратным процессами, при котором невозможно дальнейшее увеличение содержания аммиака в газовой смеси. На практике стараются создать такие условия, при которых равновесие реакции сдвигается в сторону образования аммиака из азота и водорода. AD Узнать больше mitu.institute Дистанционное высшее образование в МИТУ Дистанционное высшее образование. Государственный диплом. Идет набор! Лицензия и документы Легко совмещать с работой Без ЕГЭ Возврат НДФЛ Студенческие работы Так как реакция синтеза аммиака сопровождается уменьшением объема газовой смеси вдвое, то для сдвига равновесия вправо, согласно принципу Ле Шателье, процесс следует проводить при повышенном давлении. В промышленности установки по производству синтетического аммиака работают под давлением 300—900 ат. Реакция синтеза протекает с выделением тепла. Поэтому согласно принципу Ле Шателье, с повышением температуры равновесие реакции сдвигается влево, т. е. чем выше температура, тем меньше азота и водорода вступают в реакцию. При низкой температуре реакция синтеза аммиака протекает более полно. Однако с понижением температуры скорость большинства химических реакций, в том числе и скорость реакции синтеза аммиака, уменьшается. Поэтому для обеспечения значительной скорости образования аммиака реакцию необходимо проводить при достаточно высокой температуре. Практически синтез аммиака ведется при температуре 450— 500° С, при которой реакция протекает достаточно быстро и содержание аммиака в газовой смеси сравнительно высоко. По закону действия масс для сдвига равновесия реакции синтеза аммиака вправо необходимо в равновесной газовой смеси увеличить концентрацию азота и водорода или уменьшить концентрацию аммиака. Последнее осуществляется на практике. После того, как из азота и водорода образовалось некоторое количество аммиака, газовую смесь выводят из колонны синтеза и освобождают ее целиком или частично от аммиака. Затем к газовой смеси добавляют свежие азот и водород и вновь пропускают ее через колонну синтеза. Повторяя этот процесс непрерывно, добиваются почти полного использования азото-водородной смеси. Образовавшийся аммиак выделяется из газовой смеси путем конденсации его. Превращение газообразного аммиака в жидкость, т. е. процесс конденсации, осуществляется охлаждением газовой смеси водой и испаряющимся аммиаком. В системах синтеза аммиака, работающих при давлениях 300 ат и ниже, охлаждение газовой смеси производится в две стадии: водой в скоростных холодильниках и испаряющимся жидким аммиаком - в аммиачных испарителях. Содержание аммиака в газовой смеси на выходе из колонны синтеза зависит еще и от объемной скорости. Чем больше последняя, тем меньше времени газовая смесь находится в колонне синтеза аммиака, заполненной катализатором. С увеличением объемной скорости содержание аммиака в газовой смеси уменьшается. Для каждого давления существует своя оптимальная объемная скорость газа, обеспечивающая максимальное использование катализатора и максимальную производительность всех аппаратов, входящих в систему синтеза аммиака. В зависимости от величины давления азото-водородной смеси системы синтеза аммиака делятся на три типа: 1. Системы, работающие при низких давлениях (90— 100 ат). 2. Системы, работающие при средних давлениях (200— 350 ат). 3. Системы, работающие при высоких давлениях (500— 1000 ат). Широкое распространение в Советском Союзе и за границей получили системы синтеза аммиака, работающие при средних давлениях. Системы низкого давления в виду их сложности в промышленности применяются мало. Принципиальная технологическая схема процесса синтеза аммиака поступает в фильтр 2, где очищается от масла, и направляется в инжектор 7. Циркуляционный газ подсасывается в инжектор струей свежего газа. Газовая смесь подается в колонну синтеза 6, состоящую из катализаторной коробки с теплоотводящими устройствами, теплообменника и электроподогревателя. Из колонны газ, содержащий около 18-21% аммиака, при температуре 100-120°С поступает в водяной конденсатор 8, где охлаждается до 35°С. При этом конденсируется весь аммиак. Из конденсатора 8 газ направляется в сепаратор 9, где отделяется жидкий аммиак, поступающий затем в сборник 10. Циркуляционный газ после сепаратора возвращается во всасывающую линию инжектора 7. Тепло, выделяющееся в результате реакции синтеза, используется для получения пара по двухконтурной схеме, аналогичной описанной выше. Пар получается в котле-утилизаторе 5. Циркуляция бидистиллята осуществляется насосом 3, давление в контуре поддерживается с помощью уравнительного сосуда 4. Уровень бидистиллята в котле-утилизаторе поддерживается дозировочным насосом 1. 2. РАСЧЕТ СЫРЬЯ И ПРОДУКТОВ ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА Сырьем для процесса синтеза аммиака служит азотно-водородная смесь. Продукты процесса синтеза – аммиак и свежая азотно-водородная смесь. Мощность установки составляет по выходу аммиака 30 000 т/год Часовая мощность рассчитывается по формуле: П = М : (Т ∙ N), где П – часовая производительность установки (участка); Т – эффективный фонд времени работы основного технологического оборудования, равный 8064 ч; N – количество единиц (установок или участков), равное 1; М – производственная мощность. Часовая мощность составит: П = 30 000 : (8064 ∙ 1) = 3,72 т/ч Расход свежей азотно-водородной смеси составляет 2850 м3 на 1 тонну аммиака, следовательно, на производство 30 000 т/г объем свежей азотно-водородной смеси составит: V = 2850 ∙ 30 000 = 85,5 ∙ 106 м3 Для перевода объема в массу необходимо определить плотность свежей азотно-водородной смеси. Для этого определим молярные массы смеси. Молярная масса смеси МСМ рассчитывается на основе молярных масс чистых компонентов Мi по следующему уравнению: где хi – мольная доля компонента в смеси; N – число компонентов смеси. Для данной смеси: N = 2 Компоненты смеси: водород и азот. Молярные массы веществ, участвующих в смеси, представлены в таблице. Молярные массы веществ Вещество Водород Азот М, г/моль 1 14 Молярная масса смеси составит: МСМ = 1 + 14 = 15 г/моль Переведем массовые составы веществ в мольные доли. Составы смесей можно выражать как в мольных, так и в массовых долях. При этом мольную долю какого-либо компонента смеси можно рассчитать, зная его массовую долю, по следующему уравнению: где xi – мольная доля i-го компонента смеси, мол. дол.; AD Узнать больше mitu.institute Дистанционное высшее образование в МИТУ Дистанционное высшее образование. Государственный диплом. Идет набор! Лицензия и документы Легко совмещать с работой Без ЕГЭ Возврат НДФЛ – массовая доля i-го компонента, масс. дол..; Mi – молярная доля i-го компонента, кг/ моль. Водород: мол. дол. Азот: мол. дол. Рассчитаем плотность смеси по формуле: где сСМ – плотность жидкой смеси, кг/см3; сi – мольная плотность i-го компонента смеси, кмоль/м3; хi – мольная доля i-го компонента смеси, мол. дол.; МСМ – молярная масса смеси, кг/моль. Плотности компонентов смеси при нормальных условиях: Водород – 0,0000899 г/см3 Азот – 0,001251 г/см3 Плотность смеси составит: Переедем объем в массу: m = V ∙ = 85,5 ∙ 106 ∙ 0,6722 = 57,47 ∙ 106 кг = 57 470 т Таким образом, общий выходящий поток равен: М = 30 000 + 57 470 = 87 470 т Рассчитаем массу компонентов в реакционной смеси на выходе: mк = (ωк ∙ Мг) : 100%, где mк – масса компонента смеси, т; ωк – массовая доля компонента, %; Мг – масса смеси, т. Получаем: Аммиак = 30 000 т (по условиям задачи); Водород = 57 470 ∙ 75% = 43 102,5 т Азот = 57 470 ∙ 25% = 14 367,5 т Рассчитаем по той же формуле массу азотно-водородной смеси на входе: Аммиак = 87 470 ∙ 4,8% = 4 198,56 т; Водород = 87 470 ∙ 64,52% = 56 435,64 т Азот = 87 470 ∙ 20,5% = 17 931,35 т Метан = 87 470 ∙ 5,42% = 4 740,87 т Аргон = 87 470 ∙ 4,76% = 4 163,58 т В следующем разделе составим материальный баланс. 3. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА Составим материальный баланс в т/год, производительность по аммиаку – 30 000 т/г: Наименование сырья Количество Наименование продукции Количество 1.Азотно-водороднаясмесь: 1. Основная продукция: аммиак 4198,56 аммиак 30000 водород 56435,64 ВСЕГО: 30000 азот 17931,35 2. Сопутствующие вещества: метан 4740,87 водород 43102,5 аргон 4163,58 азот 14367,5 ИТОГО: 87470 ВСЕГО: 57470 ИТОГО: 87470 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Современное производство синтетического аммиака состоит из ряда последовательных технологических стадий, сосредоточенных в отдельных блоках. Характерной особенностью блока отделения синтеза аммиака является то, что здесь образуется и выделяется жидкий аммиак – товарный продукт. От остальных стадий производства синтез аммиака отличается применением высокого давления, наличием циркуляционного газового контура, использованием холода. На этой стадии выделяется и утилизируется наибольшее количество реакционного тепла. Блок синтеза характеризуется применением сложной и разнообразной реакционной и теплообменной аппаратуры, для изготовления которой используются высококачественные стали. По капитальным затратам он один из самых весомых в аммиачном производстве. Выбор технологических схем, аппаратурного оформления и экономические показатели производства аммиака во многом определяются свойствами катализаторов синтеза: его активностью, стабильностью, механической прочностью, в связи с чем к качеству катализатора предъявляют самые высокие требования. Исследования каталитического синтеза аммиака проводились учеными разных стран, поэтому решение этой проблемы носит интернациональный характер. Кузнецов отмечал: «Синтез аммиака имеет исключительное значение среди других реакций: во-первых, он связан с решением одной из главных практических проблем, а именно, с созданием мощной сырьевой базы для получения самых разнообразных органических и неорганических азотсодержащих соединений; во-вторых, он является исторически первым примером практического объединения трех направлений физической химии – термодинамики, кинетики и катализа – при решении комплексной теоретической проблемы и, наконец, в-третьих, с синтезом аммиака связаны первые эмпирические обобщения по подбору катализаторов». Таким образом, можно сделать вывод о том, что исследование реакции синтеза аммиака очень важно в современной химической промышленности, а также при связи технологических параметров с экономическими. В данной курсовой работе был рассчитан материальный баланс синтеза аммиака из азотно-водородной смеси. Основываясь на исходных данных, были рассчитаны количества всех потоков, как исходящих, так и выходящих из реактора. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Технология нефтехимического синтеза: учебник / , . – М.: Инфра-М, 2009. – 608 с. Общая химическая технология: учебник / , , . – М.: ИКЦ Академкнига, 2003. – 528 с. Основные процессы и аппараты химической технологий: Пособие по проектированию / , , и др. – М.: «Альянс», 2010. – 496 с. Расчеты по технологии органического синтеза: учебное пособие / , . – М.: КноРус, 2008. – 272 с. Синтез аммиака / , , . – М.: Химия, 1982. – 296 с. Химико-технологические расчеты с применением MathCAD: учебное пособие / , , . – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2006. – 456 с. Производство аммиака / , , . – М.: Химия, 1985. – 368 с. Заказать написание учебной работы Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой |