Билет 1
1.Основные требования, предъявляемые к химическому оборудованию при проектировании.
Делятся на:
-технологические требования
-конструктивные требования
1. К технологическим относятся:
- максимальная Производительность при минимальных затратах материалов и энергии труда на обслуживание
- устойчивость заданного технологического режима и основных параметров процесса (темпер., давл, конц-ция), точность и удобство регулирования, возможность применения автоматического контроля и управления
- механизация и автоматизация загрузки и выгрузки
- конструкция аппаратов должна отвечать требованиям техники безопасности и промышленной санитарии, обеспечить безопасность труда, исключить вредные выбросы и излучения (можно путем изоляции и герметизации оборудования)
2.Конструктивние:
- механическая прочность и устойчивость формы
- механическая надежность (прочность, жесткость, долговечность, герметичность)
Долговечность - срок службы аппарата. Бывает расчетная и действительная. Расчетная - величина условная (10-12 лет), Действительная - превышает расчетную. Определяется коррозионным и эрозионным износом оборудования. Герметичность - способность аппарата не пропускать находящийся под давлением рабочую среду
- Конструктивное совершенство - малые габариты и вес аппаратуры, простота и дешевизна изготовления, сборки и разборки, безопасность эксплуатации
- Технологичность - дешевизна, легкость и удобство изготовления, простота сборки и монтажа.
Эксплуатационные достоинства оборудования - простота и дешевизна эксплуатации, обеспечиваемой ремонтопригодностью, технологической надежностью, безопасностью ведения процесса и транспортабельностью.
- Ремонтоспособность - свойство аппарата, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению его неисправностей. Обеспечивается легкостью замены вышедших из строя частей, удобством и простотой сборки, разборки, ремонта
- Технологическая надежность - бесперебойность в работе, легкость поддержания технологического режима
- Транспортабельность - удобство транспортировки и гарантией сохранности и исправности перевоза
- Экономичность - минимальная стоимость эксплуатации и проектирования
2.Технология аммиака
Рисунок 3,14
Процесс синтеза аммиака идет по реакции
Из реакции видно, что процессу благоприятствует уменьшение температуры и увеличение давления. Поэтому с целью проведения процесса в нужном направлении процесс синтеза аммиака в производстве проводят под давлением. Однако и при высоком давлении, и повышенных температурах азот и водород вступают в реакцию лишь частично. Поэтому после конденсации образовавшегося аммиака АВС возвращается в колонну синтеза, т.е. осуществляется циркуляция реагента. Т.к. реакция синтеза аммиака обратима, экзотермическая, то для нее оптимальной является убывающая последовательность температуры. В начале зоны катализа высокая температура, обеспечивающая наибольшую скорость реакции, а по мере увеличения содержания аммиака в газовой фазе и приближения к состоянию равновесия следует снижать температуру в зоне катализа. Так называемый падающий температурный режим большая скорость в начале (температура высокая) и большой выход в конце (температура ниже).
(Для обеспечения оптимальной производительности реактора необходимо реализовать оптимальные температуры по длине каталитической зоны для каждого поперечного сечения, обеспечивающие мах скорость процесса в данном сечении). Наибольшей эффективности процесса синтеза можно достичь путем оптимизации и других параметров производства таких как давление, мольное соотношение Н2:N2.
Исходная АВС после сжатия до 32 МПа охлаждается в воздушном холодильнике поступает в нижнюю часть конденсационную колонну 8 (барботаж через жидкий аммиак) где смесь освобождается от остаточных СО2 и Н2О. АВС, проходя слой жидкого аммиака, насыщается им до 3–5% HN3 и смешивается с циркулирующим газом (на выходе из колонны 8). Затем смесь нагревают в теплообменнике 4 до 195 0С за счет теплоты газа, выходящего из колонны синтеза 2. Из теплообменника 4 циркуляционный газ поступает в колонну синтеза 2, проходит вверх по кольцевой щели между корпусом колонны и кожухом насадки в межтрубное пространство внутреннего теплообменника, размещенного вверху в горловине корпуса колонны. Здесь газ нагревается до 400–450 0С за счет газа, выходящего из катализаторной коробки. АВС проходит последовательно четыре слоя катализаторов (железные плавленые катализаторы) где осуществляется синтез. На выходе из нижнего (4-го слоя) контакта газ имеет температуру 500–515 0С и содержит около 15% аммиака. По центральной трубе поступает во внутренний теплообменник, где охлаждается до 330 0С выходит из колонны синтеза. Температуру в каждом слое регулируют вводом байпасного газа (газ отбирают из потока перед колонной с температурой 190 0С). Далее газовая смесь проходит подогреватель питательной воды 3 (охлаждается до 215 0С), трубное пространство теплообменника 4 (охлаждается до 65 0С), аппарат воздушного охлаждения 5 (охлаждается с 65 до 40 0С). В аппарате 5 конденсируется часть аммиака (первичная конденсация).
Газовая смесь с содержанием HN3 10–12% об. Вновь поступает на компрессию до 32 МПа (рецикл).
Часть циркуляционного газа (t= 50 0C P=32МПа) поступает в отделение вторичной конденсации: колонна 8 и испарители жидкого аммиака 9. Газ попадает в конденсационную колонну сверху, проходя межтрубное пространство охлаждается до 18 0С, далее поступает в испаритель жидкого аммиака, в котором , проходя U-образные трубки высокого давления охлаждается до -5 0С (за счет кипения аммиака в межтрубном пространстве ри -10 0С). Из трубного пространства газ и сконденсировавшийся аммиак поступает в сепарационную часть конденсационной колонны, в которой происходит отделение жидкого аммиака от газа. При этом свежий газ смешивается с циркуляционным газом.
Жидкий аммиак после первичной сепарации с темп. 40 0С проходит магнитный фильтр 7 очищается от катализаторной пыли, дросселируется до давления 2 МПа и поступает в сборник жидкого аммиака 13 куда поступает аммиак из конденсационной колонны. В процессе дросселирования с высокого до 2 МПа происходит выделение растворенных в жидком аммиаке газов H2, N2, Ar, CH4 (танковые газы). Танковые газы содержат около 16% HN3. В испарителе 12 производится утилизация аммиака (от -20 до -25 0С). Из испарителя сконденсировавшийся аммиак поступает в сепаратор 15, в котором жидкий аммиак отделяется и направляется в сборник жидкого аммиака 13. Количество продувочных газов зависит от содержания инертных примесей в исходном газе, давления в системе синтеза, активности катализатора и колеблется в пределах 3–8 тыс.м3. Целевой продукт (аммиак) из продувочных газов выделяется при температуре (-25 – -30 0С) в конденсационной колонне 10 и испарителе 11. Смесь танковых и продувочных газов после выделения аммиака, аргона, водорода и гелия применяют в качестве топливного газа, для чего она направляется на сжигание в блок риформинга метана.