курсовой проект. Литература 41 Введение

• Название: Литература 41 Введение
• Анкор: курсовой проект
• Дата: 13.02.2022
• Размер: 224.21 Kb.
• Имя файла: курсовой проект.docx
• Тип: Литература; #360754
• страница: 4 из 6

Описание технологической схемы

Свежая азото-водородная смесь направляется в нижнюю часть конденсационной колонны поз. 605, где барботируя через слой жидкого аммиака, промывается от следов влаги и углекислот и смешивается с циркуляционным газом.

Смесь свежего и циркуляционного газа пройдя по трубкам теплообменника конденсационной колонны, направляется в межтрубное пространство выносного теплообменника поз. 602, где нагревается до температуры не выше 195 °С и далее поступает в колонну синтеза аммиака.

Основной поток газа поступает в нижнюю часть колонны синтеза поз. 601 и поднимается по кольцевому зазору между корпусом колонны и стенкой катализаторной коробки в верхнюю часть колонны, где расположен встроенный теплообменник. Проходя по межтрубному пространству встроенного теплообменника, газ нагревается до температуры начала реакции (400-450 °С) за счёт теплообмена с газом, выходящим из катализаторной коробки и поступающем на слой катализатора.

Газ последовательно проходит три полки с катализаторами при давлении 19 МПа и температуре 400-500 °С, где происходит экзотермическая реакция образования аммиака:

N₂ +3H₂=2NH₃+Q

Пройдя третий слой катализатора азото-водородная смесь с содержанием аммиака 16,3 % (об.) и температурой 500 °С поднимается по центральной трубе, а затем проходит по трубкам выносного теплообменника, охлаждаясь до температуры 300-350 °С. Далее газ поступает в трубное пространство подогревателя воды поз. 603, где охлаждается до температуры не более 240 °С. Затем газовая смесь проходит трубное пространство выносного теплообменника поз. 602, охлаждаясь до температуры 65-75 °С, газом, идущим по межтрубному пространству, и поступает в аппараты воздушного охлаждения поз. 604, где из газа конденсируется часть аммиака.

Сконденсировавшийся аммиак отделяется в сепараторе поз. 621, а газовая смесь, содержащая около 11-12 % аммиака, направляется на всос циркуляционного колеса азото-водородного компрессора, где сжимается до 20 МПа, компенсируя потри давления в системе.

Из циркуляционного колеса газ поступает во вторичную конденсационную систему, состоящую из конденсационной колонны и испарителя жидкого аммиака. Газ подеется сверху в конденсационную колонну поз. 605, охлаждаясь до 18-25 °С, поступает в испаритель жидкого аммиака поз. 609, где проходит по U-образным трубкам, охлаждаясь до температуры (-3 ÷ -6)

°С. Смесь циркуляционного газа и жидкого аммиака поступает в испарительную часть конденсационной колонны, где проходит отделение жидкого аммиака и газа. В сепарационной части конденсационной колонны циркулирующий газ смешивается со свежим газом, смесь проходит корзину с кольцами Рашига, где дополнительно сепарируется от капель жидкого аммиака и цикл циркуляционного газа в системе повторяется. В результате дросселирования жидкого аммиака с высокого давления до 1,8-2 МПа происходит выделение танковых газов, содержащих растворённые азот, водород, аргон и метан. Конденсация аммиака из танковых газов происходит в трубном пространстве испарителя поз. 631, за счёт холода испаряющегося аммиака при температуре (-34) °С в межтрубном пространстве. Из испарителя сконденсировавшийся аммиак отделяется от газа и подаётся в сборник поз. 610. Продувочные газы под давлением 18 МПа с температурой 21-43 °С направляются на вымораживание аммиака, для чего поступают в теплообменник конденсационной колонны поз. 611, затем проходит по U- образным трубкам испарителя поз. 612. аммиак конденсируется при (-34) °С. Из испарителя продувочные газы возвращаются в сепарационную часть конденсационной колонны, где происходит отделение жидкого аммиака от газа. Продувочные газы поднимаются по трубкам теплообменника, нагреваясь до температуры не более 40 °С, затем направляются на использование в качестве топлива в трубчатую печь отделения конверсии метана и окиси углерода.

4. 
   Технологический расчет
   

6.1 Материальный и тепловой расчёт Материальный расчёт цикла синтеза аммиака. Исходные данные:

1. 
   производительность цеха: 62888 кг/ч;
   
2. 
   Содержание аммиака в циркуляционном газе на входе в колонну синтеза
   

С_NH31 =3,88 %;

3. 
   Содержание аммиака в циркуляционном газе на выходе из колонны синтеза С_{NH3 2} =16,5 %;
   
4. 
   Условия первичной конденсации аммиака: давление – Р₃=18 МПа,
   

температура – t₃=40 °С;

5. 
   Условия вторичной конденсации аммиака: давление – Р₀=20МПа,
   

температура – t₀=-4 °С;

6. 
   Содержание инертных примесей в циркуляционном газе на входе в колонну:
   

метана – С_СН41 =6,99 %, аргона – С_Ar1 = 8,1 %;

7. 
   Содержание инертных примесей в свежем газе:
   

метана – С_{СН4 0} =0,59 %, аргона – ^С_Ar0 = 0,59 %;

8. 
   Доля отбора циркуляционного газа на продувку: γ_пр.=0,0146 м³/м³ газа.
   

Расчёт.

1. 
   Определение общего объёма газа, поступающего в колонну синтеза аммиака:
   

3
_V П(100  1,0316 * С_NH2 )

[4]

¹ 0,771(С
NH₃ 2

• 
  С_NH31 )
  

где 0,771 – плотность аммиака при нормальных условиях, кг/м³; П=62888 кг/ч – производительность.

Получаем:

_V 62888*(1001,0316*16,5) _{ 756343 м3/ч}

¹ 0,771(16,5  3,88)
Состав газа на входе в колонну синтеза:

Аммиак - 29346 м³/ч;-3,88%

АВС - 612864 м³/ч; - 81,03 %

Аргон - 61263 м³/ч; - 8,1%

Метан - 52868 м³/ч;-6,99%

Всего - 756343 м³/ч; - 100 %.

2. 
   Определение состава газа на выходе из колонны синтеза: Состав выходящих из колонны газов:
   

Аммиак - 29346+43399=72745 м³/ч; - 16,03%

АВС - 612864-43399*2,03=304276 м³/ч; - 67,05 %

Аргон - 41205 м³/ч; - 9,08%

Метан - 35578 м³/ч; - 7,84% Всего - 453805 м³/ч; - 100 %. То есть V₂ = 453805м³/ч.
Сводный материальный баланс производства аммиака

Таблица 6.1

Газ на входе в колонну синтеза

Размерность	Компоненты					Всего
	NH3	CH4	Ar	H2	N2
%	3,88	6,99	8,1	60,77	20,26		100
м3/ч	29346	52868	61263	459629	153235		756343
кг/ч	2440	4395	5093	38217	12741		62888

Таблица 6.2.

Состав газа на выходе из колонны синтеза

Размерность	Компоненты					Всего
	NH3	CH4	Ar	H2	N2
%	16,06	7,84	9,08	49,9	16,63		100
м3/ч	72881	35578	41205	226448	75467		453805
кг/ч	10099	4930	5710	31381	10458		62888

.

Тепловой расчет колонна синтеза аммиака

Исходные данные Состав и количество поступающих, образующихся и выходящих газов по материальному расчету агрегата синтеза см. сводный материальный баланс агрегата синтеза аммиака.

Температура газа на входе в колонну (в °С)… 36

Температура газа на входе в слой катализатора (в °С)… 440

Температура газа на выходе из катализаторной коробки (в °С)… 480

Температура газа на выходе из колонны (в °С) 90

Температура воды, поступающей в колонну (в °С)… 220

Температура воды, выходящей из колонны (в °С)… 280

Давление воды (в н/м²)… 100∙ 10⁵

В дальнейшем расчете буквенные обозначения величин снабжены индексами. Правый нижний индекс означает, что величина относится к состоянию вещества в следующих точках колонны синтеза или к реакции образования аммиака: ЗН₂ + 𝑁₂ ↔ 2Н𝑁₃:

1. 
   вход в колонну синтеза,
   
2. 
   точка щели между стенками колонны и насадкой на уровне перехода из ка- талмзаторпой коробки в теплообменник,
   

3. 
   - вход в трубное пространство теплообменника,
   
4. 
   - выход из трубного пространства теплообменника и вход в центральную трубу катализаторной коробки,
   
5. 
   - выход из центральной трубы и вход во внутренние трубки Фильда,
   
6. 
   - выход из внутренних трубок Фильда и входа наружные трубки Фильда, 7 - выход из наружных трубок Фильда и вход в слой катализатора,
   

8- реакция образования аммиака в колонне,

9. 
   - выход из катализаторной коробки и вход в межтрубное пространство теллоотводящего устройства,
   
10. 
    - выход из межтрубного пространства теплоотводящего устройства и вход в межтрубное пространство теплообменника,
    

11-выход из межтрубного пространства теплообменника или, что то же, из колонны,

12 - вход воды в трубное пространство теплоотводящего устройства,

13- выход воды из трубного пространства теплоотводящего устройства.

Целью расчета является определение количества тепла, которое может быть полезно использовано.

Энтальпия поступающего газа 𝑖₁ содержащего 3,08% . аммиака при температуре на входе в колонну 36°С, составляет по диаграмме i— t(приложение, рис. II) 4160 кдж/кг.

Опускаясь по щели между стенкой колонны и катализаторной коробкой, газ нагревается за счет тепла катализаторной коробки. Температура газа при этом увеличивается на 10 град. Принимаем, что газ нагрелся на 9 град и его температура в щели на уровне перехода катализаторной коробки в теплооб- менник (точка 2, см. цифровые индексы) 45°С. Тогда по диаграмме i— t находим, что 𝑖₂ = 4190 кдж/кг. Таким образом, энтальпия каждого килограмма газовой смеси увеличилась на𝑖₂ − 𝑖₁=4190-4160 = 30 кдж. Это же количество тепла на килограмм смеси от-- дала катализаторная коробка.

Опускаясь ниже по щели между стенками колонны и теплообменником, газ продолжает нагреваться - теперь за счет горячего газа, охлаждающегося в теплообменнике. Температура газа за время прохождения по щели от точки 2 до входа в теплообменник 3 увеличивается примерно на 6-8 град. Принимаем увеличение равным 7 град. Тогда температура газа в точке 5 равна 52°С, а энтальпия 𝑖₃=4210 кдж/кг.

Тепло, выделившееся из 1 кг смеси в катализаторной коробке за счет тепла реакции, можно выразить как разность энтальпий газа, поступившего в слой катализатора, и газа, ушедшего из слоя. Это тепло составляет𝑖₇—

𝑖₉кдж/кг. С другой стороны, все выделившееся тепло должно быть поглощено нагреваемыми газами (потерями в окружающую среду пренебрегаем, так как при температуре газа в щели порядка 40°С они ничтожны).

Газы нагреваются за счет отдачи тепла катализаторным слоем дважды: один раз в щели у коробки и второй раз- при прохождении через центральную трубку, внутренние и наружные трубки Фильда*. В первом случае тепло, воспринимаемое газами, составляет 𝑖₂- 𝑖₁а во втором случае 𝑖₇- 𝑖₄. Таким образом, уравнение теплового баланса катализаторной коробки приобретает вид 𝑖₇ − 𝑖₉ =(𝑖₂- 𝑖₁)+(𝑖₇- 𝑖₄)

Отсюда после сокращения i7находим

𝑖₄ = 𝑖₉ + 𝑖₂- 𝑖₁

Энтальпию £9 можем найти по диаграмме i—tтак как знаем, что температура газа на выходе из слоя катализатора 480°С, а содержание аммиака 18,4%, Энтальпия 𝑖₉= 5000 кдж/кг. Энтальпия

𝑖₄= 5000 + 4190 -4160= 5030 кдж/кг.

Отсюда температура газа на выходе из теплообменника, или на входе в центральную трубку катализаторной коробки, по диаграмме i- t равна 284°С. Энтальпия газа на входе в слой катализатора при 440°С и 3,08% аммиака равна

𝑖₇= 5580 кдж/кг. Таким образом, газ при реакции в слое катализатора выделит

𝑖₇- 𝑖₉ = 5580 - 5000 = 580 кдж/кг,

при нагревании в щели получает 30 кдж/кг и при прохождении по цент- ральной трубке и трубкам Фильда 5580 - 5030 = 550 кдж/кг.

Как указано выше, газ поступает в теплообменник с температурой 52°С и энтальпией 𝑖₃ = 4210, а выходит из теплообменника с температурой 284° и энтальпией 5030 кдж/кг. Следовательно, газ в теплообменнике получил

𝑖₄- 𝑖₃= 5030 - 4210 = 820 кдж/кг.

Кроме этого, в щели у теплообменника к газу подведено

𝑖₃- 𝑖₂ =4210- 4190 = 20 кдж/кг тепла.

Всего при охлаждении горячего газа в теплообменнике холодный газ поглотил

𝑖₄- 𝑖₂=5030 -4190 = 840 кдж/кг.

Это же количество тепла отдал горячий газ (потерями & окружающую среду пренебрегаем), т.е.

𝑖₄- 𝑖₂ =𝑖₁₀- 𝑖₁₁= 840 кдж/кг.

Зная температуру и состав газа, выходящего из колонны, находим, что £п

= 3680 кдж/кг. Тогда для горячего газа, поступающего в теплообменник

𝑖₁₀=𝑖₁₁+ 840 = 3680 + 840 = 4520 кдж/кг.

Газ, выходящий из катализаторной коробки, содержит 𝑖₉= 5000 кдж/кг тепла, а поступающий в теплообменник 4520 кдж/кг, Разница в количестве, тепла

𝑖₉ − 𝑖₁₀=5000 - 4520 = 480 кдж/кг

расходуется на нагрев воды в теплоотводящем устройстве. Общее ко- личество тепла, которое может быть использовано на нагрев воды найдем по уравнению

𝑄₁₃-𝑄₁₂= 𝑚₁₂ (𝑖₁₃ − 𝑖₁₂) =𝑄₉- 𝑄₁₀ = 𝑚₉(𝑖₉ − 𝑖₁₀)=378051∙480 = 181464480 кдж/ч.

Энтальпия воды при 280°С равна 𝑖₁₃ = 1234,5 кдж/кг, а при 220°С 𝑖₁₂ = 945,8 кдж/кг. Отсюда, при нагревании воды от 220 до. 280°С энтальпия увеличится на

𝑖₁₃ − 𝑖₁₂= 1234,5 - 945,8 = 288,7 кдж/кг.

Таким образом, масса нагреваемой воды равна


12
𝑄 =¹⁶⁹⁹⁹⁴=589 кг/ч

288.7

Тепло газа Q в любой точке определяется произведением массы газа на энтальпию его, например

𝑄₂= 221063 ∙ 4.19 = 181400 кдж/ч

При расчете нужно помнить, что масса газа в любой точке есть величина постоянная.

Таблица 6.7

Тепловой баланс колонны синтеза

Сводный тепловой баланс колонны
С газом в колонну (𝑄1) С водой в колонну (𝑄)	181400 146994	С газом из колонны (𝑄) С водой из колонны (𝑄13)	158400 169994
Всего …………………………	328394	Всего ………………………………	328394