Материал: Модернізація агрегату синтезу аміака з розробкою колони синтезу, котла – утилізатора та виносного теплообміника

,

Теоретична рівноважна концентрація аміаку в газовій суміші:

Де

де bтаu - коефіцієнти.

Звідси приймаємо значення частки аміаку на виході з колони:

Мольна витрата циркуляційного газу на виході у колону, кмоль/с:

Мольна витрата циркуляційного газу на вході у колону, кмоль/с:

Мольна витрата циркуляційного газу на вході у колону синтезу по компонентам, кмоль/с:

Об’ємна витрата циркуляційного газу на в ходіу колону синтезу по компонентам, :

де h=22,4 л - згідно закону Авогадро(1 моль газу при нормальних умовах займає 22,4 літра).

Масова витрата циркуляційного газу на вході у колону синтезу по компонентам,:

Загальна масова витрата циркуляційного газу на входіу колону синтезу по компонентам,:

Масові частки циркуляційного газу на вході у колону синтезу по компонентам:

Мольна витрата циркуляційного газу на виході з колони синтезу по компонентам, кмоль/с:

Об’ємні витрати циркуляційного газу на виході з колони синтезу по компонентам:

Об’ємні витрати циркуляційного газу на виході з колони синтезу по компонентам, м3/с:

Сума об'ємних витрат циркуляційного газу на виході з колони синтезу :

Масові витрати циркуляційного газу з колони синтезу по компонентам, кг/с:

Загальні масові витрати циркуляційного газу з колони синтезу по компонентам, кг/с:

Масові частки компоненті циркуляційного газув на виході з колони синтезу:

Сума масових часток компонентів на виході з колони синтезу:

Запишемо параметри циркуляційного газу на вході до колони синтезув таблицю 4.1 та на виході з колони в таблицю 4.2.

Таблиця 4.1- На вході до колони синтезу

Таблиця 4.2- На виході з колони сентезу

4.1.2 Розрахунок об’єму каталізатору в колоні

Мета: розрахувати потрібний об’єм каталізатору для заданої кількості аміаку на кожній полиці і в цілому.

Вихідні дані:

Виробність колони по аміаку, G, т/добу 1420;

Загальний тиск у колоні, Р, МПа 30;

Температура газової суміші, С:

-     на вході в шар каталізатору, Tn 468,05;

-        на виході з каталізатора, TK 532,9;

Температура реакції синтезу, Tp,С, 500.

Стехіометричний склад циркуляційного газу.

Домішки, %:

-        азоту, 22,3;

         аміаку, 3,1;

         аргону, 4;

         водню, 67;

         метану, 3,6.

Об’ємна витрата на вході, ,V1

Об’ємна витрата на виході, ,V2

Розраховуємо матеріальний баланс по кожній полиці.

Розрахункова схема представлена на рисунку 4.2

Циркуляційний газ потрапляє на першу полицю де відбувається реакція синтезу. Виходячи з неї він змішується із свіжим байпасним газом температура якого від газу який виходь з полиці. На другу полицю циркуляційний газ потрапляє з дещо нижчою температурою.

Після реакції на другій полці циркуляційний газ вміщує в собі більше аміаку і також змішується з байпасним газом перед входом до третьої полиці. Після третьої полиці циркуляційний газ з максимальною концентрацією аміаку виходить з реактору.

Рисунок 4.2 - Схема до розрахунку полиць колони

Приймаємо, що доля байпасного газу становить КВ = 0,25 від основного потоку. kW = 52400 - кінетичний коефіцієнт.

Фізичні властивості циркуляційного газу задаємо у вигляді поліномів в залежності від температури і концентрації аміку.

(4.1)

Приймаємо, що температура циркуляційного газу на кожній полиці змінюється від Tn=468,050Cдо Tк=523,9 0Cпричому кінцеву температуру приймаємо постійною, а початкову температуру змінюємо при необхідності до досягнення результату.

Масова витрата циркуляційного газу яка потрапляє на першу полицю визначається за формулою:

m11 = m1 (1 - КВ)= 89,716 (1-0,25)=67,287 кг/с.

Визначаємо V1(i) витрату аміаку на вході:

(2) = m11b11(2)=67,2870,051=3,446 кг/с;(2) = m11(2)/M(2)=3,01/17,0304=0,202 кмоль/с.

Сумарні витрати:

= V11(2)/z11(2)=0,176/0,043=6,528 кмоль/с

Нехай температура початку реакції становить Tn=468,050C кінцева температура реакції Tk=532,90C. Середня температура:

с = (Tn + Tk)/2=(468,05+532,9)/2=500,5C.

Приймаємо концентрацію аміаку на першій полиці такою, як в на вході в колону:

ср = z1(2)=0,031.

Середню питому теплоємність циркуляційного газу визначаємо за (4.1):

Кількість тепла, що виділиться в результаті реакції становить:

Q1 = m11Cp1 (Tk - Tn)=67,287 3466 (532,9-468,05)=1,512 107 Дж.

Питома теплота реакції визначається за формулою:

Кількість аміаку, що утворилась на першій полиці становить

Обчислюємо витрати та склад газової суміші на виході з першої полиці аналогічно розрахунку витрат та складу суміші на виході із колони. Всі результати зводимо в таблицю 4.3.

Розрахунок теплового та матеріального балансу змішувача.

При подачі байпасного газу в змішувач температура циркуляційного газу повинна дорівнювати початковій температурі Tn =468,050C.З теплового балансу обчислюємо масову витрату байпасу після першої полиці.

b = m11(Tk - Tn)/(Tk - Tb)=67,287 (532,9-468,05)/(532,9-35)=8,764 кг/с.

Обчислюємо витрати компонентів байпасного газу після першої полиці:

b(i) = m1b b1(i)                                                                     (4.2)b(i) = m1b(i)/M(i)                                                                    (4.3)b(i) = V1b(i) 22,4                                                                    (4.4)

Обчислюємо витрати компонентів на вході на другу полицю як суму витрат компонентів після першої полиці та витрати компонентів байпасного газу після першої полиці за формулами (4.2), (4.3), (4.4) отримані результати характеризують циркуляційний газ який потрапляє на другу полицю.

Матеріальний баланс другої полиці та змішувача після неї виконуємо аналогічно першій полиці. Розрахунок матеріального балансу третьої полиці виконуємо також аналогічно першій полиці. Всі результати розрахунку зведені в таблицю 4.3. З результатів розрахунку видно, що незважаючи на розміри полиць на них утворюється приблизно рівна кількість аміаку.

Таблиця 4.3 - Результати розрахунків матеріальних балансів полиць і змішувачів.