загрузка...
загрузка...
На головну

ВСТУП 28 сторінка

  1.  1 сторінка
  2.  1 сторінка
  3.  1 сторінка
  4.  1 сторінка
  5.  1 сторінка
  6.  1 сторінка
  7.  1 сторінка

1.5H2 + 0.5N2 = NH3

Кінцеву концентрацію аміаку після першої полиці можна виразити як

,

де N0 - Концентрація аміаку на вході;

V0 - Обсяг газу на вході;

DV - обсяг утворюється аміаку;

V1 - Обсяг газу на виході.

Обсяг газу на виході можна уявити з урахуванням стехиометрии реакції синтезу аміаку

V1 = V0 - DV

Підставляючи цей вираз в рівняння для розрахунку концентрації аміаку на виході і перетворюючи його, маємо

м3.

Тоді обсяг газу після 1-ої полки складе

V1 = 100-11,29 = 88,71 м3.

Обсяг аміаку після 1-ої полки складе

2,9 + 11,29 = 14,19 м3.

Обсяг водню після 1-ої полки складе

52,88-1,5 ? 11,29 = 45,94 м3,

що складе

45,94 / 88,71 = 0,518 Д.Є.

Обсяг азоту після 1-ої полки складе

20,62-0,5 ? 11,29 = 14,97 м3,

що складе

14,97 / 88,71 = 0,169 Д.Є.

Тепловий баланс катализаторной полки має вигляд

Q0 + Qxp = Q1,

де Q0 - Фізичне тепло, внесене вихідної газовою сумішшю;

Qхр - Тепло хімічної реакції;

Q1 - Фізичне тепло, що буря газовою сумішшю;

Розрахуємо теплоємності компонентів газової суміші на вході в шар при температурі 410 ° С за даними таблиці 4.2:

метан 3,28 ,

азот 1,37 ,

водень 1,32 ,

аміак 2,09 .

Тоді тепло, що вноситься з вихідної газової сумішшю складе

 кДж.

Попередньо приймаємо температуру на виході з шару 500 ° С. Розрахуємо теплоємності компонентів газової суміші на виході з шару

метан 3,68 ,

азот 1,39 ,

водень 1,33 ,

аміак 2,20 .

Тоді тепло, з газовою сумішшю на виході з шару складе

.

Тепло хімічної реакції

 кДж.

Розрахуємо кінцеву температуру

 ° С.

Наносимо отримані дані на діаграму «Концентрація аміаку - температура» (рис. 4.1).

За діаграмою приймаємо кінцеву концентрацію аміаку 12 об.% І відповідно температуру 470 ° С.

Перерахуємо матеріальний і тепловий баланси полки.

Кількість що утворився аміаку

м3.

Тоді обсяг газу після полки складе

V1 = 100-8,13 = 91,88 м3.

Обсяг аміаку після полки складе

2,9 + 8,13 = 11,03 м3.

Обсяг водню після полки складе

52,88-1,5 ? 8,13 = 50,69 м3,

Обсяг азоту після 1-ої полки складе

20,62-0,5 ? 8,13 = 16,56 м3,

Тепловий баланс катализаторной полки

Розрахуємо теплоємності компонентів газової суміші на виході з шару при 470 ° С.

метан 3,55 ,

азот 1,39 ,


Діаграма концентрація аміаку - температура

Мал. 4.1


водень 1,33 ,

аміак 2,16 .

Тоді тепло, з газовою сумішшю на виході з шару складе

.

Тепло хімічної реакції

 кДж.

Розрахуємо кінцеву температуру

 ° С.

Наносимо отримані дані на діаграму (суцільна лінія)

Розрахунок 2-ий полки

Температура на вході в 2-ий шар каталізатора становить 460 ° С.

Попередньо приймаємо концентрацію аміаку на виході з шару каталізатора 16 об.%.

Розрахунок ведемо на 91,88 3 вихідної АВС, що надходить з 1-ої полки.

Кількість аміаку, що утворився на полиці

м3.

Тоді обсяг газу після полки складе

V1 = 91,88-3,17 = 88,71 м3.

Обсяг аміаку після полки складе

91,88 ? 0,12 + 3,17 = 14,19 м3.

Обсяг водню після полки складе

91,88 ? 0,552-1,5 ? 3,17 = 45,96 м3,

Обсяг азоту після полки складе

91,88 ? 0,180-0,5 ? 3,17 = 14,95 м3,

Тепловий баланс катализаторной полки

Розрахуємо теплоємності компонентів газової суміші на вході в шар при температурі 460 ° С за даними таблиці 4.2:

метан 3,50 ,

азот 1,38 ,

водень 1,33 ,

аміак 2,15 .

Тоді тепло, що вноситься з вихідної газової сумішшю складе

 кДж.

Попередньо приймаємо температуру на виході з шару 500 ° С. Розрахуємо теплоємності компонентів газової суміші на виході з шару

метан 3,68 ,

азот 1,39 ,

водень 1,33 ,

аміак 2,20 .

Тоді тепло, з газовою сумішшю на виході з шару складе

.

Тепло хімічної реакції

 кДж.

Розрахуємо кінцеву температуру

 ° С.

Наносимо отримані дані на діаграму «Концентрація аміаку - температура» (рис. 4.1).

За діаграмою приймаємо кінцеву концентрацію аміаку 14 об.% І відповідно температуру 480 ° С.

Перерахуємо матеріальний і тепловий баланси полки.

Кількість що утворився аміаку

м3.

Тоді обсяг газу після полки складе

V1 = 91,88-1,61 = 90,26 м3.

Обсяг аміаку після полки складе

91,88 ? 2,9 + 1,61 = 12,64 м3.

Обсяг водню після полки складе

91,88 ? 0,552-1,5 ? 1,61 = 48,30 м3,

Обсяг азоту після полки складе

91,88 ? 0,180-0,5 ? 1,61 = 15,73 м3,

Тепловий баланс катализаторной полки

Розрахуємо теплоємності компонентів газової суміші на виході з шару при 480 ° С.

метан 3,59 ,

азот 1,39 ,

водень 1,33 ,

аміак 2,17 .

Тоді тепло, з газовою сумішшю на виході з шару складе

.

Тепло хімічної реакції

 кДж.

Розрахуємо кінцеву температуру

 ° С.

Наносимо отримані дані на діаграму (суцільна лінія)


Розрахунок 3-ої полки

Температура на вході в 3-ій шар каталізатора становить 395 ° С.

Попередньо приймаємо концентрацію аміаку на виході з шару каталізатора 16 об.%.

Розрахунок ведемо на 90,26 м3 вихідної АВС, що надходить з 2-ї полки.

Кількість аміаку, що утворився на полиці

м3.

Тоді обсяг газу після полки складе

V1 = 90,26-1,56 = 88,71 м3.

Обсяг аміаку після полки складе

90,26 ? 0,14 + 1,56 = 14,19 м3.

Обсяг водню після полки складе

90,26 ? 0,535-1,5 ? 1,56 = 45,96 м3,

Обсяг азоту після полки складе

90,26 ? 0,174-0,5 ? 1,56 = 14,95 м3,

Тепловий баланс катализаторной полки

Розрахуємо теплоємності компонентів газової суміші на вході в шар при температурі 395 ° С за даними таблиці 4.2:

метан 3,21 ,

азот 1,37 ,

водень 1,32 ,

аміак 2,07 .

Тоді тепло, що вноситься з вихідної газової сумішшю складе

 кДж.

Попередньо приймаємо температуру на виході з шару 500 ° С. Розрахуємо теплоємності компонентів газової суміші на виході з шару

метан 3,68 ,

азот 1,39 ,

водень 1,33 ,

аміак 2,20 .

Тоді тепло, з газовою сумішшю на виході з шару складе

.

Тепло хімічної реакції

 кДж.

Розрахуємо кінцеву температуру

 ° С.

Наносимо отримані дані на діаграму «Концентрація аміаку - температура» (рис. 4.1).

За діаграмою визначаємо кінцеву концентрацію аміаку 16 об.% І відповідно температуру 412 ° С. Певні значення концентрації аміаку і температура на виході з шару відповідають прийнятим.

Зведений матеріальний баланс колони синтезу аміаку

Відповідно до проведених вище розрахунків концентрація аміаку на виході ізколонни становить 16 об.%.

Об'ємна витрата АВС на вході в колону становить 665726 нм3/ ч

Розрахунок за рівнянням

1.5H2 + 0.5N2 = NH3

Кінцеву концентрацію аміаку можна виразити як

,

де N0 - Концентрація аміаку на вході;

V0 - Обсяг газу на вході;

DV - обсяг утворюється аміаку;

V1 - Обсяг газу на виході.

Обсяг газу на виході можна уявити з урахуванням стехиометрии реакції синтезу аміаку

V1 = V0 - DV

Підставляючи цей вираз в рівняння для розрахунку концентрації аміаку на виході і перетворюючи його, маємо

 нм3/ Ч.

Тоді обсяг газу після колони складе

V1 = 665726-75181 = 50545 нм3/ Ч.

Обсяг аміаку після колони складе

665726 ? 0,029 + 75181 = 94511 нм3/ Ч.

Обсяг водню після колони складе

665726 ? 0,6288-1,5 ? 75181 = 305827 нм3/ Ч,

Обсяг азоту після колони складе

665726 ? 0,2062-0,5 ? 75181 = 99667,

Для перерахунку об'ємних витрат в масові необхідно розрахувати щільності газів. Для цього скористаємося рівнянням Менделєєва-Клайперона, з якого щільність газу можна визначити як

.

Тоді при нормальних умовах щільності компонентів синтез-газу складуть:

водень

азот

Аргон

метан

аміак

З урахуванням розрахованих об'ємних витрат і щільності газів складаємо зведений матеріальний баланс колони синтезу аміаку (табл. 4.3).

Таблиця 4.3

Зведений матеріальний баланс колони синтезу аміаку

 прихід  нм3/ ч  кг / год  Про.%  витрата  нм3/ ч  кг / год  про.%
 1. Амміак2. Водород3. Азот4. Аргон5. метан  2,9062,8820,623,919,69  1. Амміак2. Водород3. Азот4. Аргон5. метан  16,0051,7916,804,4110,92
 Разом  Разом

Розрахунок аміачного конденсатора

Згідно з розрахунком за формулою Ларсона і Блека після аміачного конденсатора в газовій фазі має міститися аміаку

тоді  про.%.

Для початкового визначення кількості рідкого аміаку, сконденсировавшейся в колоні, допускаємо, що в рідкому аміаку гази не розчиняються. З огляду на, що обсяг газів, за винятком аміаку, складають

 нм3/ Ч,

знаходимо обсяг утворився газоподібного аміаку

 нм3/ Ч.

Конденсується в рідину

 нм3/ Ч, або  кг / год.

Обсяг решти газів

568407 - 7983 = 560424 нм3/ Ч.

Парціальний тиск газів

водень  атм,

азот  атм,

Аргон  атм,

метан  атм.

При цих умовах розчинність (в нм3 на 1000 кг рідкого аміаку) [14]

Водню 11,99,

Азоту 4,96,

Аргону 1,27,

Метану 2,60.

У 3882 кг рідкого аміаку розчиниться

водню  нм3/ Ч, або  кг / год,

азоту  нм3/ Ч, або  кг / год,

аргону  нм3/ Ч, або  кг / год,

метану  нм3/ Ч, або  кг / год,

Витрата газів після сеператора

водень  нм3/ Ч, або  кг / год,

азот  нм3/ Ч, або  кг / год,

аргон  нм3/ Ч, або  кг / год,

метан  нм3/ Ч, або  кг / год.

Загальний обсяг газів після сепаратора без аміаку складе

330603 + 108420 + 19788 + 49715 = 508526 нм3/ Ч.

Обсяг аміаку після сепаратора

 нм3/ Ч, або 7970 ? 0,761 = 6062 кг / год.

конденсується аміаку

59040-6062 = 51069 нм3/ Ч, або 51069 ? 0,761 = 38839 кг / год.

Обсяг газу на виході з сеператора 508526 + 51069 = 516496 нм3/ Ч.

Таблиця 4.4

Матеріальний баланс стадії сепарації

 прихід  нм3/ ч  кг / год  про.%  витрата  нм3/ ч  Кг / год  про.%
 Газ, в т.ч.1. Амміак2. Водород3. Азот4. Аргон5. метан  10,3958,2419,113,498,76  Газ, в т.ч.1. Амміак2. Водород3. Азот4. Аргон5. метан  1,5464,0120,993,839,63
         Рідина, в т.ч.1. Амміак2. Водород3. Азот4. Аргон5. метан  
 Разом    Разом  

4.4.2. Розрахунки теплових балансів

Таблиця 4.9

Температурні ряди і теплоти утворення речовин, що беруть участь в процесі [16]

 з'єднання  температурний ряд  Ентальпія, 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
H2  27,28  3,26 ? 10-3  0,5 ? 105
 NH3  29,8  25,48 ? 10-3  -1,67 ? 105  -46,19

Тепловий баланс колони синтезу

Тепловий баланс колони синтезу аміаку має вигляд

Q0 + Qxp = Q1 + Qто+ Qп,

де Q0 - Фізичне тепло, внесене вихідної газовою сумішшю;

Qхр - Тепло хімічної реакції;

Q1 - Фізичне тепло, що буря газовою сумішшю;

Qто - Тепло, що відводиться в шарі каталізатора;

Qп - Втрати тепла в окружающуюсреду.

Розрахуємо теплоємності компонентів газової суміші на вході в колону при температурі 130 ° С, або 403 К

метан ,

азот ,

водень ,

аміак .

Тоді тепло, що вноситься з вихідної газової сумішшю складе

 МДж / ч.

Розрахуємо теплоємності компонентів газової суміші на виході з колони при температурі 350 ° С, або 623 К

метан ,

азот ,

водень ,

аміак .

Тоді тепло, з газовою сумішшю на виході з колони синтезу складе

 МДж / ч.

Тепло хімічної реакції

 МДж / ч.

Втрати тепла приймаємо 0,5% від приходу тепла. Тоді втрати тепла складуть

Qп = (91280 + 153644) ? 0,005 = 1225 МДж / ч.

Відводиться в тепло

Qто = 91280 + 153644-242855-1225 = 814 МДж / ч.

Таблиця 4.10

Тепловий баланс колони синтезу аміаку

 прихід  МДж / год %  витрата  МДж / год %
 1. Тепло з вихідним газом  37,27  1. Тепло з газовою сумішшю  99,16
 2. Тепло хімічної реакції  62,73  2. відводиться тепла  0,33
 3. Втрати тепла  0,50
 Разом  Разом

Тепловий баланс 1-ого шару колони синтезу аміаку має вигляд

Q0 + Qxp = Q1 + Qп,

де Q0 - Фізичне тепло, внесене вихідної газовою сумішшю;

Qхр - Тепло хімічної реакції;

Q1 - Фізичне тепло, що буря газовою сумішшю;

Qп - Втрати тепла в окружающуюсреду.

Температура на вході в перший шар каталізатора становить 390 ° С. Тоді тепло, що вноситься з вихідної газової сумішшю складе

 МДж / ч.

Розрахуємо теплоємності компонентів газової суміші на виході з 1-ого шару колони при температурі 500 ° С, або 773 К

метан ,

азот ,

водень ,

аміак .

Тепло хімічної реакції

 МДж / ч.

Втрати тепла приймаємо 0,5% від приходу тепла. Тоді втрати тепла складуть

Qп = (91280 + 151 622) ? 0,005 = 1215 МДж / ч.

Тоді тепло з газовою сумішшю на виході з 1-ого шару колони синтезу складе

 МДж / ч.

Таким чином, отримуємо рівняння:

203625 + 151622 = 760,61 ? t1 + 1215.

Вирішуючи отримане рівняння, маємо

t1 = 495 ° С,

а фізичне тепло, що йде з 1-ої полки:

Q1 = 760,61 ? 495 = 354 032 МДж / ч.

Для охолодження газу після 1-ої полки подається байпас з температурою 130 ° С. Температура газу на вході в 2-ій шар не повинна перевищувати 460 ° С.

Тепловий баланс прийме наступний вигляд

Q1 + Qб = Q2

де Qб - Тепло, що вноситься байпасом;

Q2 - Тепло приходить на 2-у полку.

Тепло, що приходить з байпасом, можна уявити як

.

Qб = (0,6991 ? 1,290 + 0,2095 ? 1,321 + 0,0154 ? 1,743 + 0,0969 ? 1,865) ? 130/1000 ? Vб = 0,180 ? Vб

Теплоємності компонентів на вході в 2-ій шар після змішування з байпасом при температурі 460 ° С (733 К)

метан ,

азот ,

водень ,

аміак .

Тоді тепло, що вноситься з газом на 2-у полку (після змішування з байпасом), можна уявити як

Q2 = (224 667 ? 1,329 + 73095 ? 1,384 + 76987 ? 2,150 + 49769 ? 2,767) ? 460/1000 +

+ (0,6991 ? 1,329 + 0,2095 ? 1,384 + 0,0154 ? 2,150 + 0,0969 ? 2,767) ? 460/1000 ? Vб =

= 247230 + 0,699 ? Vб

Таким чином, отримуємо рівняння




 ВСТУП 17 сторінка |  ВСТУП 18 сторінка |  ВСТУП 19 сторінка |  ВСТУП 20 сторінка |  ВСТУП 21 сторінка |  ВСТУП 22 сторінка |  ВСТУП 23 сторінка |  ВСТУП 24 сторінка |  ВСТУП 25 сторінка |  ВСТУП 26 сторінка |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати