Материал: Курсовая синтез аммиака
Одним из способов уменьшения выбросов и повышения эффективности производства аммиака является применение энерготехнологической схемы с парогазовым циклом, в котором в качестве рабочей теплоты используется не только теплота водяного пара, но и продуктов сгорания топлива [2].
Функциональная схема процесса синтеза аммиака [11]
АВС
после паровоздушной
конверсии
природного газа
Отчистка
от СО и СО2 Сжатие Нагрев Синтез
аммиака Конденсация
и сепарация Непрореагировавшая
АВС Жидкий
аммиак
20 Структурная блок-схема процесса
1 – синтез аммиака
2 – конденсация и сепарация I ступени
3 – конденсация и сепарация II ступени
4 – сборник жидкого аммиака
03 – поток свежей АВС: N2, H2, CH4
31 – поток газа в колонну синтеза: N2, H2, CH4, NH3
12 – поток газа после колонны синтеза: N2, H2, CH4, NH3
20 – поток продувочных газов
23 – поток газа после сепаратора I ступени
24 – поток жидкого аммиака после сепаратора I ступени
34 – поток жидкого аммиака после сепаратора II ступени
401 – поток жидкого NH3
402 – поток танковых газов: O2, N2, H2, CH4, NH3
Операторная схема процесса
АВС ПГ
1 – колонна синтеза аммиака
2 – теплообменник
3 – теплообменник
4 – сепаратор I ступени
5 – сепаратор II ступени
6 – сборник аммиака
7 – сепаратор
Расчет материального баланса хтс
При охлаждении газа происходит частичная конденсация NH3, устанавливается равновесие между жидкостью и газом, причем концентрация аммиака после конденсации в газе, является функцией температуры и давления и определяется по формуле:
где
– содержание аммиака в газовой фазе,
мольные доли; Pi
и ti
– давление (МПа) и температура газа
(°С).
Тогда содержание аммиака в газе после I сепаратора:
Содержание аммиака в газе после II сепаратора:
Исходные данные
|
Показатель |
Условное обозначение |
Единица измерения |
Значение |
|
Содержание NH3 в газе после колонны синтеза |
γ12 |
Доли по объему |
0,14 |
|
Давление газа в сепараторе I ступени |
P1 |
МПа |
28 |
|
Давление газа в сепараторе II ступени |
P2 |
МПа |
30 |
|
Температура газа после водяного (воздушного) охлаждения |
t1 |
°С |
28 |
|
Температура газа после аммиачного холодильника |
t2 |
°С |
-5 |
|
Содержание NH3 в газе после I-го сепаратора |
γ23= γ20 |
Мольн. доли |
0,0736 |
|
Содержание NH3 в газе после II-го сепаратора |
γ31 |
Мольн. доли |
0,0238 |
|
Растворимость АВС в жидком аммиаке в I сепараторе |
χ24 |
нм3/кг |
0,028 |
|
Растворимость АВС в жидком аммиаке во II сепараторе |
χ 34 |
нм3/кг |
0,017 |
|
Концентрация NH3 в танковых газах |
γ402 |
Доли по объему |
0,40 |
|
Содержание инертных примесей в свежей АВС |
|
Доли по объему |
0,01 |
|
Содержание примесей в продувочных газах |
|
Доли по объему |
0,10 |
|
Базис расчета, кг NH3 на выходе из танка |
П |
кг |
2500 |
Материальный баланс
-
по блоку синтез аммиака
-
по АВС:
-
по блоку конденсации и сепарации I ступени
2.1. по АВС:
2.2. по аммиаку:
2.3. по инертному компоненту:
-
по блоку конденсации и сепарации II ступени
3.1. по АВС:
3.2. по аммиаку:
3.3. по инертному компоненту:
-
по блоку сборник жидкого аммиака
-
по АВС:
-
по аммиаку:
|
|
Наименование потока |
Усл. обозн. |
Хi |
Размерн. |
Значение |
|
1 |
Поток, поступающий в колонну синтеза |
N31 |
X1 |
кмоль |
1484,843 |
|
2 |
Поток газа после колонны синтеза |
N12 |
X2 |
кмоль |
1333,494 |
|
3 |
Поток газа после сепаратора I ступени |
N23 |
X3 |
кмоль |
1202,058 |
|
4 |
Поток инерта после колонны синтеза |
|
Х4 |
кмоль |
123,572 |
|
5 |
Поток продувочных газов |
N20 |
X5 |
кмоль |
33,660 |
|
6 |
Поток свежей азотоводородной смеси |
N03 |
X6 |
кмоль |
336,603 |
|
7 |
Поток танковых газов |
N402 |
X7 |
кмоль |
4,534 |
|
8 |
Поток жидкого NH3 после сепаратора I ступени |
|
X8 |
кг |
1627,681 |
|
9 |
Поток жидкого NH3 после сепаратора II ступени |
|
X9 |
кг |
903,302 |
Получаем следующие уравнения:
Составляем матрицу коэффициентов:
|
№ |
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Х4 |
Х5 |
Х6 |
Х7 |
Х8 |
Х9 |
свободный член |
|
1 |
1,0238 |
-1,14 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
0,86 |
-0,8264 |
-1 |
-0,8264 |
0 |
0 |
-0,00125 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
0,14 |
-0,0736 |
0 |
-0,0736 |
0 |
0 |
-0,05882 |
0 |
0 |
|
4 |
0 |
0 |
-0,1 |
1 |
-0,1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
5 |
-0,9762 |
0 |
0,8264 |
1 |
0 |
0,99 |
0 |
0 |
-7,5893*10-4 |
0 |
|
6 |
-0,0238 |
0 |
0,0736 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
-0,05882 |
0 |
|
7 |
0 |
0 |
0,1 |
-1 |
0 |
0,01 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
-0,6 |
0,00125 |
7,5893*10-4 |
0 |
|
9 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
-0,4 |
0,05882 |
0,05882 |
147,059 |
-
Расчет количеств азота, водорода и метана в свежей АВС:
Отношение H2:N2 =3:1, следовательно:
Общая масса свежей АВС:
-
Расчет количеств водорода, азота и аммиака в танковых газах:
Объем танковых газов:
Количество аммиака в танковых газах:
Количество водорода и азота:
Общая масса танковых газов:
Количество жидкого аммиака:
-
Расчет количеств аммиака, водорода, азота и метана в продувочных газах:
