МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА

Кафедра Общей химической технологии

Курсовая работа

«Разработка алгоритма и расчет материального баланса ХТС производства аммиака интегральным методом»

Выполнил: Бутузов А.В.

Группа: ХТ-403

Проверил: Бирюков Д.М.

Москва. 2009 г.

Содержание:

1. Введение

1.1 Обоснование постановки задачи

1.2 Сведенья о применении целевого продукта и масштабах его производства

2. Исходное сырье

2.1 Физические свойства N2 и H2

2.2 Характеристики сырья

2.3 Этапы подготовки сырья в технологической схеме

3. Характеристика целевого продукта

4. Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта и экологической безопасности производства

4.1 Равновесие и скорость процесса в системе

4.2 Выбор оптимальных условий процесса

4.2.1 Давление и температура

4.2.2 Состав азотоводородной смеси

4.2.3 Катализатор

4.3 Совершенствование аммиачного производства

4.4 Охрана окружающей среды в производстве аммиака

5. Описание технологической схемы процесса

6. Расчет материального баланса ХТС

7. Расчет основных технологических показателей процесса

8. Список использованной литературы

Исходные данные:

Вариант №4

Содержание NH3 в газе после колонны синтеза (γ12NH3) 13 % по объему

Давление газа (P):

- в сепараторе I ступени 27 МПа

- в сепараторе II ступени 29 МПа

Температура газа (t):

- после водяного (воздушного) охлаждения 32 0С

- после аммиачного холодильника -10 0С

Растворимость азотоводородной смеси в жидком аммиаке (a):

- в сепараторе I ступени 0,028 нм3/кг NH3

- в сепараторе II ступени 0,016 нм3/кг NH3

Концентрация NH3 в танковых газах 37 % по объему (γ402NH3):

Содержание инертных примесей:

- в свежей АВС (γ03CH4) 2 % по объему

- в продувочных газах (γ20CH4) 15 % по объему

Базис расчета 2800 кг NH3 на выходе из танка (П).

1. Введение

1.1 Обоснование постановки задачи

Курсовая работа по дисциплинам «Основы химической технологии» и «Основы системных закономерностей технологических процессов» является одним из этапов инженерной подготовки. Её задачу составляют: качественный и количественный анализ ХТС, что позволяет дать оценку любому инженерному проекту в целом и дать основу для расчета курсовых проектов по специальным дисциплинам на современном уровне – инженера химика-технолога.

1.2 Сведенья о применении целевого продукта и масштабах его производства

Аммиак – ключевой продукт для получения многочисленных азотсодержащих веществ, применяемых в промышленности, сельском хозяйстве и быту. На основе аммиака производятся практически все соединения азота, используемые в качестве целевых продуктов и полупродуктов неорганической и органической технологии.

Мировое производство аммиака составило в 1980 году более 90 млн. тонн.

Производство аммиака в РФ составляет по годам (Стр. 188 [1]):

1991 год - 11,9 млн. тонн

1992 год - 10,7 млн. тонн

1993 год - 9,7 млн. тонн

2. Исходное сырье

2.1 Физические свойства n2 и h2

Молекулярная масса - M

Температура кипения - Tкип

Критические точки:

Температура – Tкр

Давление (абсолютное) - Pкр

Удельная теплоемкость (при 20 0С и Pкр = 0,1 МПа) – Ср и Сv

Вязкость (при 0 0С и Pкр =1 кгс/см2) -

Плотность (при 0 0С и 760 мм. рт. ст.) – р

Физические постоянные N2 и H2 соответственно:

M = 28 г/моль

Tкип = -195,8 0С

Tкр = -147,1 0С

Pкр = 33,49 кгс/см2

Ср = 1,05 кДж/(кг*К)

Сv = 0,746 кДж/(кг*К)

= 17*106 Па*с

р = 1,25 кг/м3

M = 2,02 г/моль

Tкип = -252,8 0С

Tкр = -239,9 0С

Pкр =12,80 кгс/см2

Ср = 14,3 кДж/(кг*К)

Сv = 10,140 кДж/(кг*К)

= 73*106 Па*с

р = 0,0899 кг/м3

2.2 Характеристика сырья

Сырьем для получения продуктов в азотной промышленности является атмосферный воздух и различные виды топлива.

В число постоянных составляющих воздуха входят следующие газы (в % по объему): азот - 78,16; кислород - 20,90; аргон - 0,93; гелий, неон, криптон, ксенон и другие инертные газы - 0,01. В технических расчетах принимают, что воздух содержит 79% азота и 21% кислорода. (стр. 282 [2])

В некоторых схемах синтеза аммиака не требуется выделять азот из воздуха в чистом виде: воздух дозируют в газовую смесь для достижения стехиометрического соотношения N2:H2 = 1:3. В других схемах используют и чистый жидкий азот для тонкой очистки синтез - газа от вредных примесей, и газообразный, вводя его в строго корректируемом соотношении в конвертированный газ. В последнем случае воздух подвергают разделению методом глубокого охлаждения.

Поскольку ресурсы атмосферного азота огромны, то сырьевая база азотной промышленности в основном определяется вторым видом сырья - топливом, применяемым для получения водорода или водородсодержащего газа.

До 50-х годов ХХ в. заводы нашей страны использовали в качестве сырья в основном твердое топливо, в настоящее время 98 % аммиака получают из природного газа. В значительно меньшей степени используют попутные газы, коксовый газ, а также жидкое топливо – нафту. (стр. 361 [2])

Синтез-газ из углеводородных газов (природного, попутного, газов переработки других топлив) является основным источником получения аммиака и метанола. По использованию окислителя и технологическому оформлению можно выделить следующие варианты процесса получения водородосодержащих газов: высокотемпературная кислородная конверсия, каталитическая парокислородная конверсия в шахтных реакторах, каталитическая пароуглекислотная конверсия в трубчатых печах.

Окисление метана ( основного компонента углеводородных газов) при получении синтез - газа протекает по следующим основным суммарным реакциям:

CH4 + 0,5O2 = CO+2H2; ΔH = - 35,6 кДж

CH4 + H2O = CO+3H2; ΔH = 206,4 кДж

CH4 + CO2 = 2CO+2H2; ΔH = 248,3 кДж

СО + H2O = CO2 +H2; ΔH < 0

Аналогичным образом осуществляются реакции окисления гомологов метана.

Состав конвертированного газа должен удовлетворять определенным требованиям. Он характеризуется стехиометрическим показателем конверсии s, который различен для разных производств и составляет (стр. 364 [2]):

Продукт S

Аммиак (H2+CO):N2 3,05-3,10

Природный газ ряда месторождений содержит значительное количество соединений серы – неорганических и органических. Присутствие сернистых соединений в технологических газах нежелательно, т.к. они являются сильнодействующими каталитическими ядами и вызывают коррозию аппаратуры. Причем, чем больше молекулярная масса соединения, тем труднее оно удаляется из газа. В современных высокопроизводительных агрегатах синтеза аммиака применяют двухстадийную сероочистку.

Широкое применение в мировой и отечественной азотной промышленности получил процесс двухступенчатой паровой и паровоздушной каталитической конверсии природного газа под давлением.