Реферат: Производство синтетического аммиака при среднем давлении. Расчёт колонны синтеза
| Компонет | Выводится при продувке |
Поступает На смещение |
Вводится свежей смеси | Поступает в конденсационную колонну | ||||
| кг |
нм3 |
кг |
нм3 |
кг |
нм3 |
кг |
нм3 |
|
| 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 23 | 24 | 25 | 26 |
|
Аммиак Водород Азот Аргон Метан |
555,5 557,4 2637 234 137,7 |
721 6263 21709 131 192 |
3405,5 3416,6 16189,5 1488 815,3 |
4423 38386 1295,2 833,35 137,6 |
- 2413 11293 246,9 151,8 |
- 27120 9035 138,71 211,72 |
3405 5829,6 27482 1734,9 967,1 |
4423 65506 21987 975,06 1349,3 |
| Всего | 4121,6 | 29016 | 25314,9 | 45075,1 | 13780,4 | 36495,43 | 39419 | 94241 |
| Компонет | Разделяется в конденсационной колонне | Поступает в испаритель | Поступает в колонну синтеза | |||||
| жидкости | газа | |||||||
| кг |
нм3 |
кг |
нм3 |
кг |
нм3 |
кг |
Нм3 |
|
| 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 |
|
Аммиак Водород Азот Аргон Метан |
1148 1,7 7,5 2 2 |
1491,3 17 6 1 3 |
2257 5827,9 27475 1732,9 965,1 |
1737,89 65489 21981 974,06 1346,32 |
1148 1,7 7,5 2 2 |
1491,3 17 6 1 3 |
2257 5827,9 27475 1732,9 965,1 |
1737,89 65489 21981 974,06 1346,32 |
| Всего | 1161,2 | 1518,3 | 38257,9 | 91528,81 | 1161,2 | 1518,3 | 38257,9 | 91528,81 |
Тепловой расчет колонну синтеза аммиака
Исходные данные
Температура газа на входе в колонну( в С0) -- 36
Температура газа на входе в слой катализатора ( в С0) 440
Температура на выходе из катализаторной коробки ( в С0) 480
Температура газа на выходе из колонны ( в С0) 90
Температура воды, поступающей в колонну ( в С0) 220
Температура воды ,выходящей из колонны ( в С0) 280
Давление воды(в нм3) 100*105
Энтальпия поступающего газ i1 содержащегося 3,08 аммиака при температуре на входе колонны 36 С0 ,составляет 41 600 кдж/кг
Отпуская по щели между стенкой колонны и катализированной коробкой, газ нагревается за счёт тепла катализаторной коробки .Температура газа при этом увеличивается на 8-10 град.Принимаем ,что газ нагрелся на 9 град и его температура в щели на уровне перехода катализаторной коробки в теплообменник 45 С0.Тогда i-t,что i2 =41900 кдж/кг. Таким образом, энтальпия каждого килограмма газовой смеси увеличилась на i2-i1=4190 -4160=30 кдж .Это же количество тепла на килограмм смеси отдала катализаторная коробка.
Отпускаясь 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 до входа в теплообменник увеличивается примерно на 6-8 град .Принимаем увеличение равным 7 град.Тогда температура газа будет равна 52 С0 ,а энтальпия i3 =42100 кдж/кг
Тепло,выдлившееся 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 составляет i7-i9 кдж/ кг.С другой стороны ,все выделившееся тепло должно быть поглощено нагреваемыми газами .
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 ,воспринимаем газами ,состовляет i2-i1,а во втором случае i7-i4.Таким образом, уравнение теплового баланса катализаторной коробки приобретает вид
Отсюда после сокращения i7 находим
i4= i9+ i2- i1
Энтальпию i9 можем найти по диаграмме i-t.,так как знаем ,что температура газ на выходе из слоя катализатора 480 С0,а содержание аммиака 18,4%.Энтальпия i9 ==5000кдж/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 2840С. Энтальпия газа на входе в слой катализатора при 4400С и 3,08% аммиака равна 5580 кдж/кг. Т,о., газ при реакции в слое катализатора выделит –
i7-i9=5580 – 5000 = 580 кдж/кг
при нагреванию в щели получает 30 кдж/ кг и прохождении по центральной трубке и трубкам Фильда 5580 -500=580 кдж/кг
Как указано выше ,газ поступает в теплообменника с температурой 52 С0 и энтальпией i3=4210,а выходит из теплообменника с температурой 284 С0 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.
Вcего при охлаждении горячего газа в теплообменнике холодный газ поглотил
i4- i2=5030-4190=840кдж/кг
Это же количества тепла отдал горячий газ( потерями в окружающую среду пренебрегаем ),т.e
i4- i2 =i10-i11= 840 кдж/кг
Зная температуру и состав газа, выходящего из колонны ,находим ,что i11= 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 поступающей в теплообменник 4520 кдж/кг
Разница в количестве тепла
i9- i10 =5000-4250=480 кдж\кг
расходуется на нагрев воды в теплоотводящем устройстве .Общее количество тепла ,которое может быть использовано на нагрев воды найдем по уравнению
Q13-Q12=m12*(i13-i12) = Q9-Q10=m9*(i9- i10)=37591*480=18000000 кдж/ч
Энтальпия воды при 280 С0 рвана i13=1234,5 кдж/кг,а при 220 С0 i12= 945,8 кдж/кг.Отсюда ,при нагревании воды от 220 до 280 С0 энтальпия увеличивается на
i13-i12=1234,5-945,8=288,7 кдж/кг
Таким образом ,масса нагреваемой воды равна
m12= Q13-Q12/ i13-i12=18 000 000/288,7=62350 кг/ч
Тепло газ Q в любой точке определяется произведением массы газа на энтальпию его,например
Q2= m2i2 =37591*41900=157500000 кдж/=157500 Мдж /ч
При расчете нужно помнить, что масса газа любой тоске есть величина постоянная.
Тепловой баланс колонны синтеза
| приход | Расход | ||
|
Статья Катализаторная коробка |
Мдж/ч |
Статья |
Мдж/ч |
|
С газом в колонну (Q1) С газом катализаторную коробку ( Q4) |
156400 189100 |
С газом в щели на уровне перехода катализаторной коробки в теплообменник( Q2) C газом в теплоотводящее устройство |
157500 188000 |
|
Всего........ Теплообменный аппарат С газом в щели на уровне перехода катализаторной коробки в теплообменник( Q2) С газом на входе в теплообменник (Q3) С газом на теплоотводящего устройства(Q10 ) Всего ........... |
345500 157500 158300 170000 485000 |
Всего........ С газом на входе в теплообменник (Q3) С газом на входе в катализаторную коробку ( Q4) С газом на выходе из колонны (Q11) Всего............ |
345000 158300 189100 138400 485500 |
|
Теплоотводящее устройство С газом из катализаторной коробки Q9 .......... С водой в колонну (Q12) Всего............. |
188000 59000 247000 |
C газом в теплообменник (Q10) С водой из колонны (Q 13) Всего................ |
170000 77000 247000 |
|
Сводной тепловой баланс колону С газом в колонну (Q1) C водой в колонну (Q12) |
156400 59000 |
С газом из колонны ( Q11) С водой из колонны( Q13) |
138400 77 000 |
| Всего........ | 215400 | Всего........ | 215400 |
Обслуживание установок синтеза
Синтез аммиака относится к категории опасных производств .Иногда малейшая неправильность действий эксплуатационного или ремонтного персонала может привести к не непоправимым последствиям .Поэтому вопросам ,связанным с пуском ,поддерживанием нормального технологического режима устранением аварий ,необходимо уделять серьезное внимание.
Пуск установок. Перед пуском вновь смонтированного агрегата производится его тщательный осмотр и проверка технической документации .При полном соответствии состояния установки правилам Госгортехнадзор и получении разрешении на ее пуск приступают к подготовительным операциям –загрузке колонны катализатором ,зарядке фильтров .Затем включают контрольно-измерительные приборы ,вентили устанавливаю в положение, соответствующее проведению последующих операций .Из системы удаляют воздух путем продувки агрегата азотом или газом. После этого проводится опрессовка аппаратуры и коммуникаций ,лучше всего азотом .Давление при опрессовке повышают до рабочего ступенчато ( по 50 ат) .При отсутствии неплотностей или других дефектов снимают заглушки ,отсоединяющие агрегаты от остальной системы ,и заменяют продувочный газ чистой азото-водородной смесью.
При давлении 40—50 ат включают циркуляционный компрессор, подают воду в первичный конденсатор и подключают к электросети электрический подогреватель. Для предохранения деталей насадки колонн от повреждений скорость повышения температур в зоне катализа ограничивают 20—30 °С за 1 ч.
Восстановление катализатора начинается, когда температура в колонне достигнет 280—300 °С и в циркуляционном газе появится аммиак. Содержание МН3 постепенно возрастает, в результате этого в сепараторе начинает отделяться уже не чистая вода, а содержащая аммиак. На 3—4-е сутки давление в агрегате повышают до 100 ат. К этому времени, благодаря тому, что температура катализатора поддерживается на определенном уровне уже не только за счет электроподогрева, но и вследствие выделения тепла реакции синтеза, в агрегате удается создать довольно интенсивную циркуляцию газа. На 5—6-е сутки содержание аммиака в сливаемом конденсате возрастает до 96—97%, температура в колоннах достигает рабочей величины (460—500 °С в «горячей точке») и колонна выводится на рабочий автотермический режим. По мере включения колонны в нормальную работу вся аппаратура агрегата также переводится па рабочий режим.
Поддержание нормального технологического режима. Показатели р.аботы каждого аппарата строго регламентируются нормами технологического режима (стр. 289, 291). Температура в «горячей точке» должна быть не ниже 460 °С (при более низких температурах процесс перестает быть .устойчивым) и не выше 530 °С (во избежание перегрева катализатора). Температуру на выходе газа из колонны поддерживают не выше 200 °С, чтобы выходной трубопровод не подвергался водородной коррозии*.
На установках с трубопроводами горячего газа, изготовленными из стали специальных марок, температура газовой смеси, выходящей из колонн синтеза, может составлять 250 °С.
Наиболее сложно регулирование режима работы колонны синтеза. Оно производится в основном по температуре «горячей точки», т. е. наиболее нагретой зоны катализатора. С увеличением объемной скорости температура в зоне реакции снижается, уменьшение объемной скорости приводит к противоположным
