Макроекономічні показники України
2013 рік
• Зростання ВВП: -0.8%
• Інфляція: 0.5%
• Безробіття: 8.0%
2012 рік
• Зростання ВВП: 0.2%
• Інфляція: -0.2%
• Безробіття: 8.1%
2011 рік
• Зростання ВВП: 5.2%
• Інфляція: 4.6%
• Безробіття: 8.6%
Зворотній зв'язок
Замовити
загрузка...

Головна:Производство синтетичного аміаку за середнього тиску. Розрахунок колони синтеза

Санкт-Петербургский державний інженерно-економічний университет

Факультет економіки та менеджменту у хімічній промышленности

Кафедра технології химического

Производства

Курсової проект

На тему:

" Виробництво синтетичного аміаку за середнього тиску. Розрахунок колони синтезу "

Выполнил:

Студент III курсу 691 группы

Боруховский Максим Михайлович

Проверил:

К.т.н., доцент Нікітін Е.Е.

Санкт-Петербург

2002 г.

Введение

Народногосподарське значення аміаку та її основні потребители.

Застосування сполук азоту як добрива визначає їх першочергового значення у житті человечества.

Нині у Росії потенціалом для синтетичного аміаку мають 18 підприємств із суммарными потужностями більш 13 млн т хімікату на рік. Виробниками аміаку є підприємства хімічного комплексу, виняток тут становить " Новолипецький металургійний комбінат " , здійснює випуск на досить невеликих кількостях. У цьому серед його продуцентів переважають компанії, використовують даний хімікат у внутризаводском споживанні для азотних удобрений.

За 3 квартали 2001 р. у Росії вироблено 7831,7 тис. т аміаку, що у 55,2 тис. т чи 0,7% нижчий рівня відповідного періоду 2000 р. Основним чинником скорочення стало зниження кількості торгових операцій із даним продуктом за збереження обсягів його внутризаводского споживання для випуску азотних удобрений.

Виробництво синтетичного аміаку у Росії, тис. т |Підприємство |Обсяг |Обсяг | | |виробництва |виробництва | | |аміаку за 9 |аміаку за 9 | | |місяців 2000 р. |місяців 2001 р. | |Усього |7886,9 |7831,7 | |зокрема: | | | |АТ " Тольяттіазот " , р. Тольятті |1391,7 |1242,8 | |Холдинговою компанією " Акрон " , р. |1059,0 |1050,0 | |Новгород | | | |АК " Азот " , р. Новомосковськ |854,2 |847,4 | |АТ " Невинномысский Азот " , р. |722,6 |747,9 | |Невинномысск | | | |АТ " Міндобрива " , р. Розсош |557,4 |651,0 | |АТ " Азот " , р. Череповец |616,9 |645,3 | |АТ " Кирово-Чепецкий хімкомбінат " , г.|628,9 |596,8 | |Кирово-Чепецк | | | |АТ " Азот " , р. Кемерово |484,1 |497,2 | |АТ " Азот " , р. Березники |535,9 |485 | |АТ " Куйбышевазот " , р. Тольятті |402,3 |412,8 | |Інші |633,8 |655,5 |

Лідером у виробництві синтетичного аміаку у Росії є АТ " Тольяттіазот " , частку яке припадає 15,9% від загальноросійського випуску цього продукту. Проте підприємство у 3 кварталі зіштовхнулося з певними труднощами в сировинному забезпеченні, виробництво аміаку дбає про мінімальну міць і це забарилося позначитися на частці компанії, у загальному обсязі виробництва. Так було в порівнянні який з показником першого півріччя 2001 р. частка компанії скоротилася на 0,3 пункту. Серед інших виробників великими учасниками ринку аміаку є Холдингова компанія " Акрон " , новомосковське АТ " Азот " й АТ " Невинномысский Азот " , питома вага за підсумками трьох кварталів становив, відповідно 13,4%, 10,8% і 9,6%

Коротка історична довідка про розвиток виробництва синтетичного аммиака

Першим спробував синтезу аміаку ставляться до кінця XV1IL в. Протягом XIX в. провели багато досліджень, у цьому напрямі. Намагалися здійснювати цю реакцію як гомогенну газову реакцію, застосовувати для синтезу водень “in statu nascendi”, знайти каталізатори. Всі ці роботи сприяли позитивних результатів і більше, не дали будь-яких вказівок для подальших досліджень. Лише дослідження зворотної реакції — дисоціації аміаку показало, що з 500—780° і атмосферному тиску аміак “е розкладається повністю. З погляду вчення про хімічному рівновазі звідси випливала принципова можливість синтезу аміаку. Для збільшення виходу аміаку потрібно було застосувати підвищену тиск, що й зроблено на 1901 р. Ле-Шателье. Досліди скінчилися невдачею — стався вибух реакційного аппарата.

Протягом наступного десятиліття було кількісно визначено рівновагу реакції (Габер, Нернст). Дослідження проводили при щодо невисоких тисках— нижче 100 ат. Пізніші виміру рівноваги при тисках до 1000 ат показали, що константа рівноваги КР, яка для ідеальних газів є функцією лише температури, істотно залежить тиску. У табл. 25 наведено значення констант рівноваги реакції синтезу аміаку що за різних температурах і тисках, обчислені по експериментальним даним. З таблиці видно, що, наприклад, при 450° підвищення тиску від 10 до 1000 ат призводить до збільшення значення Кр більш ніж три раза.

У дореволюційної Росії із єдиним джерелом технічного пов'язаного азоту був коксохімічний аміак, виробництво котрого треба було далеко недостатнім покриття потреб у ньому. Ці потреби, зрослі при першій Першої світової, задовольнялися рахунок імпорту чилійської селітри. Для молодій Росії створення азотної промисловості було життєво необхідної завданням, і тому вже у серпні 1918 року була створена Комісія зі пов'язаного азоту. Провели лабораторні дослідження з вивченню дії різних каталізаторів на суміш азоту та водню. На урановому катализаторе отримано сліди аміаку, а лютому 1919 року в змішаному катализаторе вольфрам - молібден - глинозем під давлением

7,5 МПа і за температурі 605-470оС було досягнуто концентрація NH3 в газової суміші 6,55%. Ці досліди проводились той період, коли інформацію про виробництві синтетичного аміаку у Німеччині ще були опубліковані. Проте через відсутність газу та перебоїв із електричної енергією експерименти були прекращены.

У 1925 року було прийнято рішення про будівництво першої установки синтетичного аміаку на Чернореченском хімічному заводі. Був створено Комітет із пов'язаного азоту. У цьому року за дорученням Комітету група фахівців виїхала зарубіжних країн для ознайомленням із виробництвом і які закупівлі оборудования.

У перебігу 1926-1927 років було побудований і введений в експлуатацію цех по виробництву синтетичного аміаку на Чернореченском хімічному заводі, 9 лютого 1928 року Україна уперше оце отримала синтетичний аммиак.

Синтез аміаку здійснювався під тиском 76 МПа і за температурі 450оС на залізному катализаторе. Перша черга установки синтезу аміаку складалася з трьох реакторів з внутрішнім діаметром 400 мм, продуктивність кожного агрегату становила 8 т на добу рідкого аміаку, загальна потужність установки - близько 7,5 тис. т/год.

Після першого роки роботи цеху було вирішено про заміну раніше використовуваного каталізатора нового - антрацид. Через війну продуктивність збільшилося на 10-15%, це усього близько 9 т на добу. Після установки, в 1931 року, чотирьох додаткових реакторів з внутрішнім діаметром 450 мм продуктивність збільшилася до 17-19 т/сут.

Головними об'єктами будівництва підприємств азотної промисловості, у першої п'ятирічці стали Березниковский і Горлівський азотно-туковые заводи, а як і Бобриковский хімічний комбінат. Після запровадження заводів в експлуатацію виробництво синтетичного аміаку збільшилася 10 раз.

Наприкінці 1930-х азотна промисловість посіла чільне місце в хімічної індустрії СРСР. 1932-го року на СРСР припадало 2,25% світової потужності виробництва синтетичного аміаку наша країна займала 12-те у світі. Напередодні Другої світової війни країна вже займала третє место.

Сільське господарство країни у 1945 року одержало всього 624 тис. т. мінеральних добрив проти 3159 тис. тонн на 1945 року, і лише у 1948 року вироблення азотної продукції досягла довоєнного уровня.

У 1951 року було введено на дію група цехів на Кироваканском хімічному заводі і др.

Перед азотної промисловістю стала проблема технічного переозброєння. У нових проектах передбачалося використання високоефективних апаратів. Почали проектувати газогенераторы продуктивністю 35-50 замість 16 м3/ч, а колони синтезу аміаку - 180- 200 замість 50-60 т на добу. Створення укрупнённых агрегатів з автоматичним і дистанційним управлінням дозволили підвищити продуктивність на кілька раз.

У 1956 року пустили перший нашій країні цех синтетичного аміаку з урахуванням конверсії метану коксового газу на Руставском азотно-туковому заводі, а 1959 року на Сталиноградском хімічному комбінаті був здійснено повний переклад аміачного виробництва природний газ.

Розвиток виробництва синтетичного аміаку під час 1960-1970 років базувалося на подальшому вдосконаленні технологічних процесів і укрупнення агрегатів синтезу аммиака.

За обсягом виробництва синтетичного аміаку азотна промисловість СРСР вийшла друге місце. У період із 1965 по 1980 року обсяг виробництва збільшився майже на п'ять раз.

Производство синтетичного аміаку в 1965-1980 рр, в тис. т. |Країна |1965 рік |1970 рік |1975 рік |1980 рік | |США |7806 |11883 |14692 |17258 | |СРСР |3813 |7638 |11998 |16732 | |Японія |2162 |3220 |3636 |2572 | |ФРН |2023 |2220 |2416 |2493 | |Франція |1562 |1970 |2367 |2543 | |Італія |1252 |1548 |1765 |1704 | |Болгарія |388 |788 |935 |1009 | |Інші |1543 |3496 |5701 |7016 |

Фізико-хімічні основи процесу виробництва синтетичного аммиака

Рівновага реакції синтезу аммиака

Відомо кілька сполук азоту з воднем: аміак NH3, гидразин NaH4, азотистоводopодная кислота HN3. Безпосередньо з елементів можуть отримати аміак і гидразин.

Однак за умов промислового синтезу аміаку гидразин не утворюється — синтез аміаку є простою реакцією, плинною без освіти побічних продуктов.

Гидразин утворюється під час участі тієї ж каталізаторів, але за більш низьких температурах і великих швидкостях струму азотоводородной смеси.

Зв'язування атмосферного азоту як аміаку іде за рахунок уравнению:

N2 + 3H2 = 2NH3+2Q де Q — парниковий ефект реакції NH3

Доведено, що рівноважний вихід аміаку залежить тиску і температури для азотоводородной суміші стехиометрического складу, не що містить домішок. Оскільки реакція йде з необхідної для виробничих цілей швидкістю за нормальної температури не нижче 400—500°, то потрібно тиск порядку сотень атмосфер для значного усунення рівноваги убік освіти аміаку. За відсутності безпосередніх експериментальних даних про рівновазі при високих тисках можна визначити константу рівноваги методом, запропонованому в 1935 р. Р. Ньютоном. Користуючись даними про сжимаемости для 22 газів, він обчислив їм коефіцієнти активності. Виявилося, що з всіх газів, крім водню, гелію і неону, отримані значення задовільно збігаються зі середніми значеннями коефіцієнтів активність за одним і тієї ж наведених температурах і давлениях.

Тепловий ефект реакції синтезу аміаку також залежить від температури і давления.

Швидкість реакції синтезу аммиака

Синтез аміаку з газоподібних азоту та водню протікає з вимірної швидкістю лише за участі твердих каталізаторів; це — гетерогенно- газова каталитическая реакция.

Катализаторы.

Для реакції синтезу аміаку каталізаторами є залізо, платина, осмій, марганець, вольфрам, уран, родій та інші метали, атоми яких характеризуються незаповненим другим зовні електронним шаром. Особливо висока активність виявлено при лабораторних дослідженнях у осмію і урану. Проте умови використання каталізатора до лабораторій і заводі, переробному на добу сотні тисяч мільйони кубічних метрів газу, різні. Знадобилися великих зусиль, щоб знайти каталізатори, задовольняють виробничим требованиям.

Промисловий каталізатор може бути активним при щодо низьких температурах у зв'язку з розглянутим вище залежністю стану рівноваги реакції від температури. Активність каталізатора повинна підтримуватися на постійному і рівні протягом багато часу. Присутність у газі деяких отрут, повне видалення якого є складним і найдорожчим процесом, на повинен надавати істотно на активність каталізатора. Нарешті, каталізатор може бути дешевий. Цим вимогам не задовольняють, наприклад, осмій, платина, уран, залізо; перші двоє металу — активні і стійкі каталізатори, але дороги; уран — активний каталізатор, але легко отруюється водяними парами; відновлене металеве залізо — активний і дешевий, але хитливий катализатор.

У пошуках каталізатора, що відповідає промисловим вимогам, було випробувано тисячі різноманітних матеріалів — майже всі метали, як самі собою, і у поєднанні дві і з три десятки в різноманітних пропорціях. Ще раніше зазначалося, що каталізатори, які з кількох речовин, часто активніші, ніж окремі складові їх речовини. Досвід показав, що ця закономірність виявляється при синтезі аміаку на залізних катализаторах: каталізатори для синтезу аміаку, отримані відновленням заліза з. руд різних родовищ, при майже однаковому хімічному складі відрізняються за активністю іноді у три-чотири рази. Ці спостереження стали основою подальших пошуків. Виявилося, що каталізатором, що задовольняє переліченим вище вимогам, є металеве залізо з добавкою незначних кількостей окислів алюмінію і калію. Такий каталізатор активніший, ніж чисте залізо, і зберігає свою активність в надувалася протягом багатьох місяців умовах роботи з промисловому газе.

До кожного каталізатора характерний певний оптимальний температурного режиму. Каталізатори, виготовлені з заліза чи залізної руди, дають можливість вести процес за температур: не нижче 450° і вище 600°. Значно від них же в такому випадку залізні активовані каталізатори, отримані розкладанням комплексних ціанистих солей, наприклад железистосинеродистого калий-алюминия. Ці каталізатори активні вже за часів 400° і ниже.

Підвищення активності каталізатора — ефективний засіб збільшення продуктивності апарату. Завдяки вдосконалення " методів отримання каталізаторів вдалося значно підвищити продуктивність колон синтеза.

При дуже високих тисках рівновагу настільки значно зміщується убік освіти аміаку, але це бачиться можливим підвищити температуру до 800—900°, коли він (під тиском 500 ат) реакція відбувається у відсутність спеціально вводяться у апарат каталізаторів. При умовах, очевидно, досить каталітичного дії стінок реакційного апарату, — в лабораторному апараті за відсутності каталізаторів реакція протікала із швидкістю і було досягнуто високий рівень перетворення вихідної смеси.

Стадії реакції синтезу аммиака.

Будь-яка реакція між газоподібними речовинами, що протікає на поверхні каталізатора, то, можливо розчленована п'ять послідовних стадий:

1) перенесення газоподібних реагують речовин до катализатора,

2) адсорбция

3) реакція на поверхности

4) нього десорбція продукту реакції з поверхности

5) перенесення продукту реакції від поверхні в обсяг газової фазы.

Адсорбція при гетерогенно-газовых каталітичних реакціях характеризується, здебільшого, відносно високій енергією активації і супроводжується виділенням значної кількості тепла

(від 10 до 100 Ккал на 1 г-мол адсорбованого газу). Така адсорбція називається активированной.

Швидкість одній із перелічених стадій то, можливо значно менше швидкостей інших стадій, і тоді ця стадія визначає швидкість сумарного процесу. Яка з стадій буде повільної, залежить від властивостей системи та значень зовнішніх параметрів. Іноді швидкість каталітичного процесу визначають стадії перенесення газоподібних речовин до і продуктів реакції від поверхні. Наприклад, якщо газова суміш проходить через шар каталізатора з низькою лінійної швидкістю, то перенесення речовин до каталізатора відбувається повільно й може обмежувати швидкість сумарного процесу — реакція характеризується малим значенням енергії активації і незначним збільшенням швидкості реакції з підвищенням температури. Значно частіше швидкість реакції обмежується швидкістю Адсорбції, десорбции чи реакцію поверхности.

Стадії каталітичного синтезу аміаку такі. Азот і водень дифундують з обсягів газової фази до каталізатора, де протікає активована адсорбція обох газів. Далі адсорбированный азот входить у взаємодію Космосу з адсорбованим чи газоподібним воднем, причому послідовно утворюються имид NH, амід NH2 і аміак NH3. Останній десорбується із поверхні і надходить у обсяг газової фазы.

Великі роботи у сфері вивчення швидкості синтезу і розкладання аміаку дають великий матеріал для теоретичної хімії, як і раніше, що значна частина їхніх присвячена здобутків ефективних каталізаторів для промислового синтезу й визначення оптимальних умов їхнього применения.

Виміри швидкості синтезу аміаку на залізному, молибденовом і вольфрамовом катализаторах і швидкості розкладання аміаку на залізному і мідному катализаторах показали, що швидкість синтезу в різних катализаторах підпорядковується рівнянню, яка вказує на спільність механізму реакцію різних катализаторах. Отже, кінетичні виміру сумарних процесів підтверджують, що адсорбція азоту NO та нього десорбція його є обмежують стадіями синтезу і розкладання аммиака.

Дослідження швидкості синтезу аміаку під підвищеним тиском в ізотермічних умовах проводилися з чистою азотоводородной сумішшю стехиометрического складу при тиску 300 ат, температурах 425—525°С інтервалом в 25 °С і різних об'ємних швидкостях з залізним каталізатором (активованим окисом алюмінію і поташ), отриманим методом кисневою плавки.

Лише при й тієї певній температурі й в різних об'ємних швидкостях значення констант швидкості реакції близькі між собой..

Оптимальні умови синтезу аммиака

Зміст аміаку в газі зменшується з збільшенням об'ємної швидкості, т. е. із зменшенням часу контактирования.

З підвищенням тиску збільшується рівноважний вихід аміаку і зростає швидкість реакції. Швидкість реакції зростає і з зменшенням розмірів зерен катализатора.

Знаючи залежність ступеня перетворення вихідної суміші від об'ємної швидкості, температури, тиску і дрібних розмірів зерен каталізатора, можна визначити умови, необхідних досягнення високої продуктивності катализатора.

За такої об'ємної швидкості продуктивність каталізатора прямо пропорційна змісту аміаку, т. е. сягає максимуму при оптимальному температурному режимі збільшується на підвищення давления.

Зі збільшенням об'ємної швидкості продуктивність каталізатора зростає, оскільки, як було зазначено показано вище, зміст аміаку зменшується повільніше, ніж зростає об'ємна скорость.

Продуктивністю каталізатора (G) називається вагу продукту, отриманого протягом години із першого м3 каталізатора. Продуктивність каталізатора виявляється у кг/м3 час.

На підвищення продуктивності каталізатора потрібно збільшувати об'ємну швидкість, що зумовлює зниженню змісту аміаку в газі після контакту. Це лише за умови, що невикористана азотоводородная суміш знову направляють у колону синтеза.

При виборі об'ємної швидкості враховують необхідність найкращого використання каталізатора, а й вплив зміни об'ємної швидкості на продуктивність інших апаратів (які входять у агрегат синтезу аміаку), і навіть на витрата енергії на транспорт газу та на нагрівання і охолодження газових смесей.

Витрата енергії на транспорт газу через реакційну апаратуру пропорційний об'ємної швидкості, а чи не продуктивності каталізатора. Отже, зі збільшенням об'ємної швидкості витрата енергії у цій статті на 1 т аміаку увеличивается.

Виділення аміаку з газової суміші виробляється зазвичай його конденсацією. Бо з збільшенням об'ємної швидкості зменшується парціальний тиск аміаку, то тут для здобуття права скондесувати аміак, газ може бути охолоджений до низькою температуры.

Кількість тепла, яке вирізняється при реакції в одиницю часу на одиницю обсягу каталізатора, пропорційно продуктивності каталізатора. Тому зі збільшенням об'ємної швидкості кількість тепла, приходящееся на 1 м3 газу, уменьшается.

При заданої температурі газу виході з апарату кількість уносимого газами тепла зростає прямо пропорційно об'ємної скорости.

Вибір об'ємної швидкістю кожному окремому випадку бути зроблено основі різнобічного аналізу процесу. Підвищення продуктивності шляхом збільшення об'ємної швидкості обмежується, в першу чергу, вимогою вести процес без витрати тепла извне.

Спочатку під час виробництва синтетичного аміаку працювали з невеликими об'ємними швидкостями (5000—10000), тепер перейшли до швидкостям 30 000—60 000 нм3/м3 час.

Отже, задля досягнення вищої продуктивності необхідно проводити процес при високих тисках і оптимальному для даного каталізатора температурному режимі, на великих об'ємних швидкостях і на максимально чистому газе.

Короткий опис технологічної схеми виробництва аммиака

З попереднього ясно, що з досягнення високої продуктивності апарату процес синтезу аміаку слід вести, не прагнучи отриманню рівноважних виходів. Навпаки, треба пропускати газ з такою об'ємної швидкістю, коли він що з апарату газова суміш далекою від стану рівноваги і змістом аміаку у ній невелика. Тому необхідно, виділивши аміак з газу, знову направити азотоводородную суміш на синтез, може бути здійснено двома приёмами. Можна з'єднати послідовно ряд агрегатів для синтезу аміаку, пропускаючи газ крізь ці агрегати (схема із відкритою ланцюгом). Кожен агрегат складається з колони синтезу, холодильника (у якому газ охолоджується і вони вбирають аміак) і газоотделителя потреби ділити газу та рідкого аміаку. Можна проводити процес у одному агрегаті, спрямовуючи азотоводородную суміш після виділення аміаку і добавки до неї відповідного кількості свіжої суміші знову на колону синтезу. Такий циклічний процес завдяки своїм переваг, передусім компактності і простоті регулювання, застосовується у справжнє час на всіх установках.

Першої стадією процесу є стиснення азотоводородной суміші до тиску, під яких здійснюються процес синтезу аміаку. У цей час у виробництві синтетичного аміаку застосовуються тиску від 100 до 1000 ат. Витрата енергії на стиснення суміші незначно зростає підвищенням тиску, оскільки робота стискування приблизно пропорційна логарифму відносини давлений.

Стиснутий газ після компресора проходить через фільтр, де очищається від масла.

Другий стадією процесу у ряді способів синтезу аміаку є додаткова очищення азотоводородной суміші від отрут: окису вуглецю, кисню і водяних парів. Нагадаємо, що суміш, отримана описаними вище способами, містить ці домішки у кількості, вимірюваних тисячними чи сотими частками відсотка. Додаткова очищення виробляється каталітичним способом.

Вона здійснюється різними методами, наприклад шляхом гидрирования:

ЗІ + ЗН3 = СН4 + Н2О

О2+2Н2 = 2Н2О

Ці реакції йдуть при підвищеному тиску і температурі 300—350° в присутності спеціального каталізатора. При наступному охолодженні газу більшість водяних парів, які утворилися в так званої колоні предкатализа, вони вбирають і удаляется.

Хоча метан перестав бути отрутою для каталізатора синтезу аміаку, але підвищення її змісту в газі знижує парціальний тиск реагують речовин і, отже, продуктивність. Тому каталітичний спосіб очищення застосовується тільки до видалення незначних кількостей окису вуглецю і кисню. Зміст окису вуглецю і водню у газовій суміші, що надходить у колону предкатализа, обмаль. Тож неспроможна протікати автотермично людству й потрібен постійний підвід тепла підтримки в апараті необхідної температури. Процес можна навести автотермично, якщо вибрати такі умови для предкатализа, у яких частково реагує азотоводородная суміш. Стиснута і очищена азотоводородная суміш іде далі разом із циркуляционным газом в колони синтезу аммиака.

Наступною операцією є виділення з газу аміаку шляхом конденсації. Температура, до якої, варто остудити газ, щоб скондесувати аміак, залежить від давления.

Кількість аміаку, що залишається в газі при даної температурі конденсації, назад пропорційно загальному тиску, що дозволяє, застосовуючи для синтезу аміаку тиск 750—1000 ат, досягати видалення 80—90% аміаку з газу охолодженням їх у водяних холодильниках. При менших тисках газ доводиться охолоджувати додатково в аміачних холодильниках до температури від 0° до —55° (залежно тиску). У аммиачном холодильнику використовується вироблений на установці рідкий аміак, який після випаровування направляють у газоподібному вигляді у переробні цехи.

Звільнена у тому чи іншою мірою від аміаку азотоводородная суміш після додавання до неї свіжого газу повертається у колону синтезу. Для циркуляції газів застосовують у вона найчастіше циркуляційні насоси, компенсуючі падіння тиску у системі (перепад тиску вимірюється 10—20 ат). У системах високого тиску іноді замість циркуляційних насосів застосовуються інжектори. Свіжий газ підводиться до инжектору під тиском, перевищують тиск циркулирующего газу я а 10 — 15 ат.

Регулювання складу газової смеси

Азотоводородная суміш містить які беруть у реакції домішки (аргон та інших.). Їх вміст у свіжої суміші залежить від методу її отримання. Якщо ці домішки тим чи іншим шляхом не виводяться з добірки, то, при циркуляції газової суміші системою синтезу аміаку інертні домішки накопичуються, режим порушується і продуктивність колони падає. Наприклад, по лабораторним даним при об'ємної швидкості 30 000 годину " 1, тиску 300 ат, температурі 500° і за чистої азотоводородной суміші зміст аміаку в газі після каталізатора дорівнювало 18,6%. При тих самих умовах, але за змісті в суміші 10% метану зміст аміаку знизилося до 14,8%. Приблизно так само впливає і домішка аргона.

Інертні домішки частково розчиняються в аміаку; однак цього в вона найчастіше недостатньо, і слід також випускати частина циркулюючої суміші з добірки. При що встановилася процесі кількість інертних домішок, яке виводиться з добірки, дорівнює кількості інертних газів, поступающему в цикл зі свіжим газом. Кількість азотоводородной суміші, що має бути виведено з добірки при виробництві 1 т аміаку (не враховуючи розчинення інертних газів у рідкому аміаку), составляет:

Для видалення інертних газів іноді вдаються також до промиванню газу растворителями.

Зміна катализатора

Каталізатор внаслідок реакції не змінюється хімічно, але практично він “старіє” своєю практикою, активність його знижується й у результаті розширення зрештою доводиться його заміняти. У багатьох технічних процесів на вагову одиницю каталізатора за його служби виходять тисячі вагових одиниць продукта.

Явище “старіння” можна пояснити дією отрут і зміною поверхні каталізатора. Приміром, відновлене металеве залізо активним каталізатором для реакції синтезу аміаку. Проте з початком незначного терміну при 400 — 500° його активність швидко падає. Це можна експортувати зв'язку з змінами, наблюдаемыми рентгенографическими методами і які показують, у процесі роботи сталися оплавлення поверхні, і зростання великих кристаллов.

“Старіння” каталізатора неминуче, але тривалість служби його е великий мірою залежить від режиму експлуатації. Так, для каталізатора з розвиненою поверхнею дуже шкідливий нагрівання її вищою певної температури, що призводить зазвичай до чогось великого зниженню активности.

При хорошою очищенні азотоводородной суміші за дотримання технологічного режиму зміна каталізатора виробляється у залежність від системи синтезу через один-два года.

Матеріальний баланс

Вихідні дані для розрахунку представлені у таблице.

|Параметр |Значення | |Продуктивність |250 тонн на добу | |Об'ємна швидкість суміші в |25 000 нм3/м3*час | |колоні | | |Тиск в синтез колоні |300 атм | |Температура синтезу |500 С0 | |Обсяг каталізатора в колоні |4,8 м3 | |Змісту аміаку в газі на |16 % | |виході з колони синтезу | | |Змісту газів метану і аргона|0,2% | |в свіжому газі | | |Змісту газів метану і аргона|2,5% | |в циркуляционном газі коли| | |з клони синтезу | | |Температура первинної |28 С0 | |конденсації | | |Температура вторинної |0 С0 | |конденсації | |

1.Производительность агрегату за годину 250000/24=10416 кг/час Подальший розрахунок виробляємо на годинну продуктивність 2.Полезная продуктивність 1м3 каталізатора за годину 10416/4,8=21,7 кг/час на 1м3 каталізатора 3.При об'ємної швидкості на вході 25000 м3 /год на 1 м3 каталізатора об'ємна швидкість не вдома становить близько 22000 м3 /год на 1 м3 каталізатора . При 500 С0 і 300 ат зміст аміаку в газі лабораторних умовах 22 % 4.Содержание аміаку в газі ,поступающем в колону синтезу , визначається умовами вторинної конденсації 0 С0 і тиску 280 ат концентрація аміаку визначається за такою формулою Ларсона і Блека: lg4 CNH3=4,1856+5,987879/(P)1/2-1099.544/T= =4,1856+5,987879/(2802-1099.544/273,15=0.5 4 CNH3=3.16%

5. Ефективне тиск у колоні знаходимо по уравнению

Pэф = 300 * (1 – 0,025) * (1 – 0,0316) = 283 ат 6. При 300 ат. і 5000С рівноважна концентрація аміаку 26,44%, а при 283 ат вона дорівнює 25%. 7. Поправочний коефіцієнт на зниження ефективного тиску. – 25/26,44 = 0,946 8. Концентрація аміаку виході з колони з урахуванням поправкового коефіцієнта CNH3=0,946 * 22 = 20,8% 9. Продуктивність 1 м3 каталізатора. Кожна кубічний метр каталізатора надходить W нм3/ч газової суміші. Формула визначення кількості що утворився колоні аміаку має вид – (6 СNH3-4СNH3-)*0.7710/100+1.03*6 СNH3кг NH3 на 1 м3 котра надходить газової суміші. Звідси рпи вступі 4 W нм3/ч газової суміші продуктивність каталізатора (для 1 м3) становитиме (20,8—3,16)*25000*0,7710/100+1,03*20,8=2808 кг/ч 10.Для отримання 10416 кг аміаку в колону має надходити газової смеси

4v =10416(100+1,03*20,8)/(20,8-3,16)*0,7710=92736,3 м3 11.Состав котра надходить газової смеси..По умові ,у газовій смеси,поступающей в колону синтезу ,міститься 2,5 % аргону і метану. Припустимо ,что

4 САr= 1.05 і 4 CCH4=1,45 Концентрація аміаку 3,16% .Тоді сума водню та азоту будет

100-(1,05+1,45+3,16)=94,3% Допускаем,что на вході у колону співвідношення водню та азоту відповідає стехиометрическому, і з урахуванням кількох великих втрат водню по порівнянню з азотом -3,007:1.Таким чином; концентрація азота

4СN2= 94.3/3.007+1=23.7 Водорода

4СH2= 94,3-23,7=70,6

В поступающем газі міститься : Аміаку 4 vNH3=4v*4 vNH3=92736,3*0,0316=2930,5 нм3,или 2256,5кг Водню 4 vH2=92736,3*0,706 =65472 нм3,или 5827 кг Азоту 4 vN2=92736,3*0,237=21978,4 нм3,или27473 кг Аргону 4 vАr 92736,3*0,0105=973 нм3или 1733 кг Метану 4 vСH4=92736,3*0,0145=1344,6 нм3,или 964 кг

Общая маса газів -38254 кг 12.Состав газової суміші після колони синтезу. За умовою ,в колоні синтезу утворюється 10416 кг ,чи 13527 нм3,тогда за реакцією x y 10416 N2 +3 H2 – 2NH3 28 32 2*17 X=28*10416/2*17=8577.9(кг)- кількості азоту чи 6862 м3 азоту У=10416*3*2/2*17=1839,1 (кг)- кількості водню чи 20653 нм3водорода У газової суміші виході з колони міститься Аммиака------------2256,5+10416=12672,5 кг чи 2930,5+13527=16457,5 м3 Водорода------------5827-1838,1=3988,9 кг чи 65472-20653=44919 м3 Азота-----------------27473-8577,9=18895,1 кг чи 21978,4- 6862=15116,4 м3 Аргону -------------- 1733 кг или

973 м3 Метану-------------- 964 кг или

1344,6 м3 Загальний обсяг газової смеси—78710,5 нм3

13.Количество аміаку ,конденсирующегося в водянику холодильнику, і кількість розчинених у ньому газів .У газової суміші , за нормальної температури 28 і тиску з урахуванням втрат 290 атм ,має містяться 7,66 NH3 Обсяг газів ,крім NH3, 78710,5-16457,5=62253 м3 Обсяг газоподібного NY3 62253*7,66/100-7,66=476858/92,34=5164,15 нм3

Конденсируется 16457,5-5164,15=11293,35 нм3,или 8696 кг NH3 Загальний обсяг несконденсировавшихся газів : 62253+5164,15=67417,15 нм3

Парциальные тиску газів( в ат) H2----------290*44819/67417,15=192,8 N2-----------290*15116,4/67417,15=65 Ar-----------290*973/67417,15=4,19 СH4---------290*1344,6/67417,15=5,79 При 280 З повагою та знайдених парциальных тиску в 1000 кг рідкого NH3 розчиняється 19,57 м3 водню, 6,35 м3 азоту ,0,65 м3 аргону 1,72 м3 метану. Тоді, у 8696 кг NH3, розчиняється ; Водню ------8696*19,57/1000=170 м3 Аргона-----8696*0,65/1000=5,65 м3 Азота----------8696*6,35/1000=55,2 м3 Метана------8696*1,72/100=15 нм3

Остается в газоподібному вигляді ; H2----------44819-170=44649 м3 N2-----------15116,4-55,2=15061,2 м3 Ar-----------973-5,65=967,36 м3 СH4---------1344,6-15=1329,6 м3 Загальний обсяг газів -62007,15 м3 Обсяг NH3 ,присутній у газоподібному вигляді 62007,15*7,66/100- 7,66=5144 м3 чи 3961 кг Вони Вбирають 16457,5-5144=11313,5 м3 чи 7603,5 NH3 Загальний обсяг газів : 62007,15 +5144=67151,15 м3 Парциальные тиску газів (в ат): H2----------290*44649/67151.15=192.9 N2-----------290*15061,2/67151,15=65 Ar-----------290*967,35/67151,15=4,17 СH4---------290*1329,6/67151,15=5,74 Отже, після водяного холодильника паро-жидкостная суміш має наступний склад |Компонент | рідина | | газ | | | | | нм |кг |нм |% за обсягом | | |кг | | | | | |Аміак |7635 |11313,5 |3961 |5144 |7,66 | |Водень |15,13 |170 |3974 |44649 |66,5 | |Азот |69 |55,2 |18826,5 |150261,2 |22,4 | |Аргон |9 |5,05 |1722 |967,35 |1,4 | |Метан |11 |15 |953 |1329,6 |2,04 | |Усього |8815,13 |11558,75 |29439,5 |67151,6 |100 |

14 Кількість газов,растворенных в рідкому аміаку ,вторинної конденсації .Приймаємо ,що з 10416 -7635=1705 кг NH3,которые ще планується виділити ,92,5% виводяться із системи в випаровувач рідкому вигляді .У цьому допущенні як ждкости виводиться 1705*0,925=1577 кг NH3 Орієнтовно можна взяти ,що у такій кількості NH3 розчиниться 17 м3 H2, 6 м3 N2, 1 м3 Ar, 3 м3 СH4 15.Количество продувних газів . Для отримання 10416 кг NH3 потрібно 20653 м3 H2 і 6862 м3 N2.Всего треба 27515 м3 суміші H2 і N2. чи 27515*100/74,29+24,75=27781 м3 свіжої водневої суміші Означимо резервний обсяг через x .Тоді загальний обсяг звий суміші 27 781+ x, де H2----------20650+x*0.7429 м3 N2-----------6965+x*0.2475 м3 Ar-----------104+x*0.0038 м3 СH4--------162+x*0.0058 м3 Усього 27781+х Із цієї кількості витрачається синтез аміаку і видаляється з розчиненими газами. 20653+170+17=20840 м3 водню 6862+55,2+6=6932,2 нм3азота 5,65+1=6,65 нм3аргона 15+3=18 м3 метану При продувке має бути віддалене : 20650+x*0.7429 нм3-20840= x*0.7429-190 м3 водню 6965+x*0.2475 нм3-6923,2= x*0.2475-58,2 м3 азоту 104+x*0.0038 нм3-6,65= x*0.0038 +97,35 нм3аргона 162+x*0.0098 нм3-18= x*0.0058+144 м3 метану Означимо загальний обсяг продувних газів через у .Тоді кількість удаляющихся газів: Аммиака---у*0,0766 м3 H2----------у*0,665 м3 N2-----------у*0,224 м3 Ar-----------у*0,014 м3 СH4--------у*0,0204 м3 Прирівнюємо кількість продувних газів ,виражених через x і в . Одержимо для H2---------- x*0.7429-190= у*0,665 м3 для N2----------- x*0.2475-58,2 м3= у*0,224 м3 для Ar----------- x*0.0038 +97,35= у*0,014 м3 для СH4-------- x*0.0058+144 м3= у*0,0204 м3 x*0.7429-190= у*0,665 x*0.2475-58,2 м3= у*0,224 x*0.0038 +97,35= у*0,014 x*0.0058+144 м3= у*0,0204 у=9275 м3 у1=9563 м3 х=8558 м3 х1=8890 м3 Визначимо середнє х=8724 нм3

У=9419 нм3

У обсязі 9419 м3 міститься NH3—0,0766*9419=721 м3 чи 555,5 кг H2—0,665*9419=6263 м3 чи 557,4 кг N2---0,224*9419=21709 м3 чи 2637 кг Ar—0,014*9419=131 нм3или 234 кг СH4—0,0204*9419=192 м3 чи 137,7 кг 16.Количество циркулирующего газу : NH3—5144-721=4423 м3 чи 3961-555,5=3405,5 кг H2—44649-6263=38386 м3 чи 3974-557,4=3416,6 кг N2---15061,2-2109=1295,2 м3 чи 18826,5-5637=16189,5 кг Ar—967,35-131=833,35 м3 чи 1722-234=1488 кг СH4—1329,6-192=137,6 м3 чи 953-137,7=815,3 кг 17.Количество свіжої азотно-водородной суміші, подающийся на синтез. Загальний обсяг 27781+8874=36505 м3 У ньому міститься H2—0,7429*36505=27120 м3 чи 2413 кг N2---0,2475*36505=9035 м3 чи 11293 кг Ar—0,038*36505=138,71 м3 чи 246,9 кг СH4—0,0058*36505=211,72 м3 чи 151,8 кг 8000 м3 -1 кг H2О 36505 нм3-х кг H2О х=36505*1/8000=4,56 чи 6,08 м3 водяної пари 18.Количество водневої суміші після циркулирующего і свіжого газів; NH3—4423 м3 чи 3405 кг H2—38386+27420=65506 м3 чи 3416,6+2413=5829,6 кг N2—12952,2+9035=21987,2 м3 чи 16189,5+11293 кг=27482,5 Ar—836,35+138,71=975,06 м3 чи 246,9+1488=1734,9 кг СH4—1137,6+211,72=1349,32 м3 чи 151,8+815,3=967,1 кг Загальний обсяг газів – 94241 м3 19. Кількості аміаку ,конденсирующегося в колоні. З огляду на ,що міра газів, крім аміаку ,становить 94241- 4423=89818 нм3,находим обсяг газоподібного аммиака;

89818*3,16/100-3,16=2930,86 м3 Конденсуються в рідина 4423-2930,86=1492,14 м3 чи 1148,94 кг, аміаку Обсяг решти газів 94241-1492,14=92748,86 нм3

Парциальные тиску газів( в ат): Водень 280*65506/92748=197,7 Азот 280*21987,2/92748=66,37 Аргон 280*975,06/92748=2,94 Метану 280*1349,32/92748=4,07 За цих умов розчинність ( в м3 на 1000 кг рідкого аміаку ) водню 11,99,азота4,96,аргона,1,27,метана 2,60 в 1148 кг рідкого аміаку розчиниться 17 м3 H2, 6 м3 N2, 1 м3 Ar, 3 м3 СH4.Это збігаються з прийнятим по пп.14. Обсяг газів з відрахуванням аміаку і растворившихся в рідкому аміаку газів 89818-(17+6+1+3)=89845 м3 Обсяг газоподібного аміаку 89845*3,16/100-3,16=2931,7 м3 Вони Вбирають 4423-2931,7=1491,3 м3 чи 1148 кг ,аміаку Отже ,виділяється в рідкому вигляді. 1148 кг аміаку ,у якому розчинене 1,7 кг водорода,7,5 азота,2 аргона,2 Метана.Кроме цього, в в рідкому аміаку розчиняється весь що поступив водяну пару. 20.Количество газової суміші, що надходить у колону синтезу : Аміаку 3405-1148=2257 кг/ч ,чи 1737,89 нм3/ч Водню 5829,6-1,7=5827,9 кг/ч чи 65506 нм3-17=65489нм3 Азоту 27482,5- 7,5=27475 кг/ч чи 21987,2 нм3-6=21981 м3 Аргону 1734,9 – 2=1732,9кг/ч чи 975,06 м3- 1=974,06 м3 Метану 967,1 – 2=965,1 кг/ч чи 1349,32 м3- 3=1346,32 м3 21.Общее кількість товарного аммиака.Из водяного холодильника виводиться 7635 кг,из газів продувки 555,5 кг і з випарника 2257 кг: разом 10416 кг/час. 22.Фактически в колону синтезу надходить відповідно до п11 газової суміші 92736,3 нм3ч і 23 Іде з колони газової суміші 78710,5 м3 ч

Зведений матеріальний баланс агрегату синтезу аміаку протягом години | |Надходить в колонну|Образуется(+) чи |Надходить в | |Компонент |синтезу |витрачається (-) в |водяний | | | |колоні синтезу |холодильник | |Аміак |2256,5 |2930,5 |+10416 |13527 |12672,5|16457,5| |Водень |5827 |65472 |-8577.9 |6862 | | | |Азот |27473 |21978,4 |-1838,1 |20653 |3988,9 |44919 | |Аргон |1733 |973 | | |18895,1|15116,4| |Метан |964 |1344,6 | | | | | | | | | | |1733 |973 | | | | | | |964 |1344,6 | |Усього |38254 |92698,5 | 0 |-13988 |38254 |78810,5|

| |Видаляється з холодильника |Рідкий аміак |Гази на | |Компонент| |До збірника |продувку і | | | | |смщение | | |рідини |газу | | | | |рідини |газу | | | |Стаття |Мдж/ч |Стаття |Мдж/ч | | | | | | | | | | | |Катализаторная коробка | | | | |З газом в колону (Q1) |156400 |З газом в щілини лише на рівні |157500 | | | |переходу катализаторной | | | | |коробки в теплообмінник( Q2) | | |З газом катализаторную | |З газом в теплоотводящее |188000 | |коробку |189100 |пристрій | | |( Q4) | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | Усього........ |345500 |Усього........ |345000 | |Теплообменный апарат | | | | |З газом в щілини лише на рівні | | | | |переходу катализаторной |157500 |З газом на вході у |158300 | |коробки в теплообмінник( Q2)| |теплообмінник | | | | |(Q3) | | |З газом на вході у |158300 | |189100 | |теплообмінник | |З газом на вході у | | |(Q3) | |катализаторную коробку ( Q4) | | |З газом на теплоотводящего |170000 |З газом виході з колони |138400 | |устройства(Q10 ) | |(Q11) | | | |485000 | |485500 | |Усього ........... | |Усього............ | | |Теплоотводящее пристрій | | | | | | | | | |З газом з катализаторной | |З газом в теплообмінник (Q10) | | |коробки |188000 |З водою з колони (Q 13) |170000 | |Q9 .......... | | |77000 | |З водою в колону (Q12) |59000 |Усього................ | | |Усього............. |247000 | |247000 | |Зведеної теплової баланс | | | | |колону | | | | | |156400 |З газом з колони ( Q11) |138400 | |З газом в колону (Q1) |59000 |З водою з колони( Q13) |77 000 | |З водою в колону (Q12) | | | | |Усього........ |215400 |Усього........ |215400 |

Обслуговування установок синтезу Синтез аміаку належить до категорії небезпечних виробництв .Іноді найменша неправильність дій експлуатаційного чи ремонтного персоналу може призвести до не непоправним наслідків .Тому питаннями ,що з пуском ,поддерживанием нормального технологічного режиму усуненням аварій ,необхідно приділяти серйозну увагу. Пуск установок. Перед пуском знову змонтованого агрегату виробляється його ретельний огляд і перевірка технічної документації .За повної відповідність стану установки правилам Держгіртехнагляд й одержанні вирішенні їхньому пуск розпочинають підготовчим операціям –завантаженні колони каталізатором ,зарядку фільтрів .Потім включають контрольно- вимірювальні прилади ,вентилі встановлюю у безвихідь, відповідне проведенню наступних операцій .З системи видаляють повітря шляхом продувки агрегату азотом чи газом. Після цього проводиться пресування апаратури і комунікацій ,найкраще азотом .Тиск при опрессовке підвищують до робочого східчасто ( по 50 ат) .За відсутності неплотностей чи інших дефектів знімають заглушки ,отсоединяющие агрегати від решти системи ,й повністю замінює продувочный газ чистої азото-водородной смесью.

При тиску 40—50 ат включають циркуляційний компресор, подають води первинний конденсатор і підключають до електромережі електричний підігрівник. Для запобігання деталей насадки колон від ушкоджень швидкість підвищення температурах зоні каталізу обмежують 20—30 °З за 1 ч.

Відновлення каталізатора починається, коли температура в колоні досягне 280—300 °З повагою та в циркуляционном газі з'явиться аміак. Зміст МН3 поступово зростає, після цього в сепараторе починає відокремлюватися не чиста вода, а яка містить аміак. На 3—4-е добу тиск в агрегаті підвищують до 100 ат. На той час, тому, що температура каталізатора підтримується певному рівні не тільки завдяки традиційному електропідігріву, а й унаслідок виділення тепла реакції синтезу, в агрегаті вдається створити досить інтенсивну циркуляцію газу. На 5—6-е добу зміст аміаку в сливаемом конденсате зростає до 96—97%, температура в колонах сягає робочої величини (460—500 °З в «гарячій точці») і колона виводиться на робочий автотермический режим. По мері включення колони в нормальну роботу вся апаратура агрегату також перекладається па робочий режим. Підтримка нормального технологічного режиму. Показники р.аботы кожного апарату суворо регламентуються нормами технологічного режиму (стор. 289, 291). Температура в «гарячій точці» мусить бути не нижче 460 °З (за більш низьких температурах процес перестає бути .стійким) і вище 530 °З (щоб уникнути перегріву каталізатора). Температуру не вдома газу з колони підтримують не вище 200 °З, щоб вихідний трубопровід не піддавався водневої коррозии*.

На установках трубопроводами гарячого газу, виготовленими зі сталі спеціальних марок, температура газової суміші, котра виходить з колон синтезу, їх може становити 250 °С.

Найскладніше регулювання режиму роботи колони синтезу. Воно виробляють переважно по температурі «гарячої точки», т. е. найбільш нагрітої зони каталізатора. Зі збільшенням об'ємної швидкості температура в зоні реакції знижується, зменшення об'ємної швидкості призводить до противоположным

* Реакція З+ 2Н2 = СН4, яка веде до зменшення кількості вуглецю в сталі та порушення її структури, за нормальної температури більш 200 °З різко посилюється. результатам. Зміною інтенсивності циркуляції газу доцільно користуватися до того часу, поки що не встановлено найвигідніша навантаження агрегату за газ. Надалі навантаження змінюють лише за різких розладах технологічного режиму. Постійним прийомом регулювання температури процесу синтезу є зміна співвідношень газових потоків, які направляються колону через головний вентиль і холодний байпас (іноді два байпасу, а колонах з полочной насадкою — навіть чотири). При підвищенні температури, що спостерігається раніше виробляли усього на вході газу, відкривають вентиль холодного байпасу до того часу, поки температура не досягне заданої норми. Якщо навіть за про повне відкриття цього вентиля температура продовжує зростати, підтримки їх у потрібних межах прикривають головний вентиль, що зумовлює збільшення потоку газу, йде через холодний байпас. При зниженні температури надходять зворотним чином. Спочатку повністю відкривають головний вентиль, потім поступово прикривають вентилі- холодного байпасу. Якщо такі заходи дають ефекту, доводиться зменшувати кількість газу, подаваного в колону. У насадках колон з цими двома холодними байпасами (див. рис. VI-12, стор. 296) можна регулювати температуру як і верхньої, і у нижньої і середній зонах каталізатора й досягати найвигідного співвідношення температурах верхніх і нижніх шарах каталізатора. У ^колонах з полочной насадкою по суті регулюється температура з кожної полиці окремо . У результаті технологічного процесу потрібно також постояннее регулювання роботи інших апаратів установки синтезу аміаку (висота рівнів рідини в сепараторах аміаку, температура конденсації газу та інші параметри). Автоматичне управління агрегатом синтезу. Схема агрегату з автоматичним управлінням процесом синтезу аміаку показано на рис. У1- 26. За такої управлінні агрегатом автоматично регулюються такі параметри процесу: температура в колонах синтезу; рівні рідкого аміаку в сепараторе і конденсационной колоні; температура газу, виходить із аміачного конденсатора; склад циркуляційного газу змісту інертних домішок (СН4 і Аг); видача рідкого аміаку з газоотделителя складу; тиск у газоотделителе. ••$ Для автоматичного регулювання використовується найпоширеніша нині пневматична уніфікована система. Кожен вузол регулювання складається з датчика, перетворюючого контрольовану чи регульовану величину в вихідний сигнал, зручний для дистанційної передачі й подальшого перетворення на відповідний імпульс; регулятора, що складається з однієї чи кількох блоків, обидві- спечивающих підтримку заданого закону регулювання технологічного параметра; вторинного приладу (самопишущего чи що демонструє) з вбудованим датчиком і* перемикачем; виконавчого механізму — регулюючого клапана з пневмо-приводом чи іншого устрою. Загальний принцип дії системи можна пояснити з прикладу автоматичного регулювання температури в колоні синтеза.

[pic]

Рис. У1-26. Агрегат синтезу аміаку з автоматичним управлением:

У—колонна синтезу; 2—водяной конденсатор; 3—сепаратор рідкого аммиака;

4—конденсационная колона; 5—испаритель; 6—центробежный циркуляційний компресор; 7—газоотделитель; а—регулирующий клапан; Г—измерители температури; Ь—измерители рівня; Р— вимірювач тиску; С—регулятор состава.

Электродвижущая сила (е. буд. з.), що виникає в термопаре (датчику), пропорційна температурі, яка відраховується на шкалою вимірювального приладу. Відхилення температури від заданої перетвориться спеціальним пристроєм в імпульс тиску повітря, що призводить на дію систему регулювання. Чим більший відхилення, тим більше вплив, передане регулятором органу управления.

При підвищенні температури відкривається вентиль холодного байпасу, при зниженні він прикривається. Якщо це прийом регулювання не призводить до підвищенню температури при закритому байпасе, регулювання виробляється зміною об'ємної швидкості. У цьому регулятор починає подавати сигнал для відкриття вентиля «довгого байпасу», унаслідок чого зменшується кількість газу, подаваного в колону циркуляционным компресором. Порушення режиму й відчуття міри їх попередження. Порушення технологічного режиму можуть викликати ненормальною роботою суміжних ланок виробничого процесу чи внутрішніми причинами, здебільшого безпосередньо залежними від обслуговуючого персоналу. До першої групи причин ставляться: подача газу, забрудненого контактними отрутами (найчастіше окисом вуглецю), різке порушення співвідношень водню й азоту в газі, а також припинення подачі охолоджувальної води чи електроенергії. При змісті в газі більш 300 см*1м3 ЗІ прийом азото-водо-родной суміші в цех синтезу припиняється. Якщо ж робота відділення компресії не переведена на режим вихлопу газу, він видувається з агрегату синтезу. У цьому необхідна постійна стеження тиском у системі, бо інакше можливо різке зростання тиску і розрив трубопроводів. Там, коли за зростання кількості ЗІ в газі, неї давав вбирається у 300 сма!м*, робота цеху синтезу зазвичай триває, але автоматизовані колони слід переводити в ручного управління, без очікування зниження них температур. У цьому прикривають вентилі холодного байпасу, зменшують циркуляцію газу та припиняють продувку агрегатів після первинних сепараторів, замінюючи його продувкой до колон. Одночасне зниження температури у кількох колонах може статися як потрапляючи в газ окису вуглецю, а й за різкому порушенні складу свіжого газу. При цьому приймаються заходи до підтримки заданої температури в колонах. Що стосується припинення подачі води потрібно негайна зупинка цеху. У іншому разі станеться підвищення газу перед циркуляционными компрессорами і припиниться охолодження їх сальників. З внутрішніх причин порушення режиму С.Хусейна найбільш небажані наслідки викликаються неправильної видачею рідкого аміаку складу. У цьому підвищується рівень рідини в конденсаційних колонах, що може спричинити потрапити рідкого аміаку в колони, різкого зниження температури каталізатора, наслідком часто є поломка насадки колон синтезу. Перевищення рівня рідкого аміаку в первинних сепараторах може закінчитися їх переповненням і перебросом рідкого аміаку в циркуляційні компресори. Відтак у циліндрах нагнітачів виникають гідравлічні удари, які можуть призвести до руйнації машин. Небезпечно також зниження рівнів у апаратах {нижче норми), оскільки у своїй може зникнути гідравлічний затвор, та газу під тиском 300 ат заходиться в трубопроводи для рідкого аміаку. Через війну можливо руйнація газоотделителя. Якщо за цьому спрацюють запобіжні влаштуй- ства, неминуче вилив рідкого аміаку із можливістю отрав-ления їм людей. При найменших негаразди у роботі автоматичного управління варто переходити на ручне обслуговування із видачею рідкого аміаку з сепаратора («під- газ») й прискіпливо стежити за тиском по манометрам, встановленим на трубопроводах для рідкого аміаку. Аварії можуть бути, ще, у разі порушення режиму роботи циркуляційних нагнітачів. Збільшення понад 30 ат перепаду тиску між усмоктувальної і нагнетательной лініями можуть призвести до кручі штоков в поршневих машинах, до зрушенню валу і руйнації підшипників циркуляційних нагнітачів. При зростанні перепаду навантаження нагнітачів мусить бути негайно снижена.

Слід також сказати пам'ятати, що різке зменшення інтенсивності циркуляції газу викликає різкий стрибок температури в колоні. Якщо цього разі колона перебуває в розігріві, може бути перегрів спіралей електричного подогревателя, що зумовлює виходу його з строя.

У разі несправності однією ділянці технологічного процесу необхідно звертати серйозну увагу попри всі пов'язані з нею інші ланки, щоб заходи, прийняті до ліквідації однієї з порушень, не викликали можливих аварій на суміжному участке.

Специфікація оборудования

Насадки колон синтеза

Колони синтезу складаються з корпуси та насадки, що включає теплообмінник і катализаторную коробку.

Застосовувані нині конструкції насадок можна зводити до наступним типам:

1. Трубчасті насадки з теплообмінником у зоні каталізу, подразделяемые на противоточные, у яких потоки газу теп-лообменных трубках й у шарі каталізатора мають зустрічну напрям (див. рис. VI-10), і прямоточні (звичайно з подвійними теплообменными трубками), у яких потоки газу рухаються в трубках й у шарі каталізатора паралельно одна одній (див. рис. VI-! 1).

2. Полочные насадки з каталізатором, загруженным суцільним шаром на полки, і підведенням холодного газу простір між полками (див. рис. VI-13).

Відомі також численні варіанти конструкції насадок, є комбінаціями перелічених вище типів (див., наприклад, рис. У1- 12).Производительность колон великою мірою залежить від конструкції їх насадок, досконалість яких оцінюється простотою і надійністю роботи, і навіть можливістю створення найсприятливішого температурного режиму синтезу аміаку. У ідеальному разі розподіл температур за висотою шару Рис. VI-10. Противоточная насадка Рис. VI-11. Прямоточная насадка (тут і на рис. VI-!! —VI-13 спра- з подвійними теплообменными трубками ва зображені графіки розподілу температурах катализаторной коробке):

/—попередній (нижній) теплообменник;

2—катализаторная коробка; 3—теплообменные трубки катализаторной коробки. каталізатора має відповідати оптимальної температурної кривою (див. рис. У1-2, стор. 277). Задля більшої оптимального режиму має бути правильно визначено співвідношення розмірів попереднього теплообмінника і катализаторной коробки і організований відвід тепла із зони реакції таким чином, щоб виключалася можливість як перегріву, і переохолодження каталізатора. Складність створення температурного режиму колон синтезу, близького до оптимальному, пов'язана з тим, що освіта аміаку за висотою катализаторной коробки і, отже, виділення тепла відбуваються неравномерно.

[pic] " 380 Ш 500 500°С №лдднь№ байлас байпас

Вертикальні водяні холодильники-конденсаторы складаються з пучка зігнутих у спіралі труб високого тиску, поміщених у сталевої циліндричний кожух; кінці труб ввальцованы у розподільні камери. Газ рухається по змеевикам згори донизу, вода відбувається на кожусі противотоком газу. У залежність від продуктивності агрегатів синтезу аміаку що охолоджує поверхню таких конденсаторів становить 150—200 л*2.

До ефективним типам конденсаторів ставляться спіральні теплообмінники. Вони дуже компактні, однак через труднощі виготовлення ще рідко застосовуються. Аміачні конденсатори встановлюють на додаток до водяником конденсаторам. Вони є другий щаблем охолодження циркуляційного газу і служать ще повної конденсації потім із нього аміаку. Нижче коротко описані застосовувані типи аміачних конденсаторів. Горизонтальний конденсатор є сталевої казан, розрахований тиск 16 ат. У частині казана розміщається від 5 до 8 секцій труб високого тиску, кожна з яких складається з шести горизонтальних труб, з'єднаних між собою. [pic] Зовні такого конденсатора розташовані газові колектори, котрі пов'язують секції труб високого тиску з входу і газу. Газ вступає у конденсатор згори, розгалужується на паралельні потоки за секціями і рухається вниз, переходячи потім у нижній колектор. Нижні ряди труб високого тиску занурені в киплячий рідкий аміак, залитий до котла, а верхні труби розладнуються парами аміаку. Чим менший тиск парів над рідким аміаком, тим нижче можлива температура охолодження. Зазвичай конденсатор працює при тиску 2 ат. Казан конденсатора має запобіжні устрою — підоймові чи пружинні клапани і вибухові пластини, предотвращающие можливість випадкового підвищення тиску в казані. Газ

Слив Рис. У1-19. Аміачний конденсатор: /—пастка бризок рідкого аміаку; 2—коллектор для входу охлаждаемого газу; 3—змеевики; 4—корпус; 5—труба для зливу рідкого аміаку з брызго- отделителя; б—коллектор для виходу охолодженого газу. Вертикальне конденсатор (рис. VI-19) також є казан, заповнюваний до певного рівня рідким аміаком. У казані розміщені змеевики 3 (труби високого тиску). Азото-во до рідна суміш входить у конденсатор через верхній колектор 2 і рухається через паралельно включені змеевики (до 12. прим.) внутрішнім діаметром 25—35 мм. Охолоджена газова суміш виходить із апарату через нижній колектор б за нормальної температури 10—20 °З.. Що Охолоджує поверхню змеевиков-испарителей, встановлених на великих агрегатах, сягає 100 м*.

Рідкий аміак подається в випаровувач (конденсатор) знизу, газоподібний испарившийся аміак відводиться по трубці у боргову пастку /. Тут затримуються краплі рідкого аміаку, уносимые газом; рідина стікає знову на апарат через вертикальну трубу 5.

Сепаратори і фильтры

Фільтри призначені очищення газу від твердих і рідких речовин, сепаратори — відділення рідкого аміаку. [pic]

Застосовуються такі способи виділення з газу твердих домішок і крапель рідини: фільтрація через пористі матеріали, очищення під впливом сили тяжкості і різкої зміни швидкості та напрями газу, очищення на полі відцентрових сил (створенням обертального руху газа).

Розрізняють кілька типів сепараторів і фильтров.

Рис. У1-20. Вертикальне сепаратор рідкого аммиака:

I—крышка; 2— корпус; 3— отбойники; 4—внутренний циліндр; б—плита; 6—буй- ковая камера.

Вертикальне сепаратор (рис. У1-20) складається з товстостінного сталевого циліндричного корпусу 2 з верхньої та нижньої кришками / і п'яти. Усередині апарату є циліндр 4, ввальцованный в верхню частина корпуси та опускающийся на третину його висоти. Газ, у якому крапельки рідини, входить у сепаратор через отвір і рухається по кільцевому зазору між внутрішньої стінкою корпусу 2 і циліндром 4. На виході від цього кільцевого зазору газ змінює швидкість і напрям і потрапляє вгору циліндра. Відділення крапель рідини від газу лроисходит під впливом сили тяжкості, зміни напряму, і швидкості газового потока.

Усередині циліндра на металевих стрижнях укріплені отбойники 3, які становлять сталеві полудиеки, повернені друг до друга з точки 30°. Уносимые газом бризки рідкого аміаку вдаряються про отбойники і стікають вниз. Газ, звільнений від рідини, виходить із сепаратора через верхнє отвір, рідкий аміак видаляється з апарату знизу. Щоб запобігти прориву газу рідинної трубопровід (що є дуже небезпечним) в сепараторе завжди підтримується певний рівень рідкого аміаку при помсщи регулятора рівня, отримує відповідний імпульс від бхйковой камери 6.

Циркуляційні нагнетатели

Як циркуляційних нагнітачів застосовуються поршневі і відцентрові компресори, і навіть газоструйные компресори (инжекторы).

Поршневі циркуляційні компресори (ПЦК) є машини подвійного дії з на стиснення газу один щабель і з однією чи двома паралельно які працюють циліндрами. Циліндри не розладнуються, оскільки кількість выделяющегося тепла незначно внаслідок невеличкий ступеня стискування газа.

Характеристика деяких типів поршневих нагнітачів, що застосовуються у виробництві аміаку, приведено нижче: 1-ї тип 2-ї тип 180 360 129 147 450 560 210 260 292 750

Производительность, мя/ч стиснутого газу . . Швидкість обертання валу, об./хв . .- . . . Хід поршня, мм ............ Дияметр циліндра, мм ......... Потужність двигуна, кет ........

Відцентрові циркуляційні компресори (ЦЦК) є многоступенчатыми відцентровими машинами, безпосередньо з'єднаними з електродвигуном і вміщені у товстостінна посудину високого тиску (корпус). Така конструкція компресора дозволяє виключити застосування сальників, що одна із достоїнств ЦЦК (див. нижче). Газ входить у корпус ЦЦК (рис. У1-24) із боку двигуна, рухається в кільцевої щілини між корлусом компресора і електродвигуна і виходить з вікна проміжного ліхтаря у усмоктувальну камеру першого колеса. Тут газ відцентровій силою відкидається на периферію. Проходячи все робочі колеса машини, газ піддається стиску до потрібного тиску і через постачання патрубок видаляється з компресора в трубопровод.

Найчастіше відцентрові компресори працюють при перепаде тисків 15—20 ат між усмоктувальним і нагнітальним патрубками й у залежність від цього, мають від 10 до 14 робочих коліс. Продуктивність ЦЦК становить 300— 400 м3/ч стиснутого газа.

Ізоляційні матеріали в електродвигунах аміачних компресорів при поєднанні з аміаком швидко втрачають діелектричні властивості. Тому, щоб предотвращался контакт ізоляції з циркуляционным газом, для обдувки двигуна застосовується свіжа азото-водородная суміш, попередньо •вільна від водяних парів шляхом охолодження испаряющимся аміаком з наступної осушкой суміші силикагелем.

Компресор має байпас (перепускний вентиль), яким користуються при пуск машини та для регулювання її нагрузки.

Переваги відцентрових компресорів перед поршневими полягають у наступному: ЦЦК працює близько без мастила, завдяки чому газ не забруднюється олією. Через відсутність сальниковых ущільнень високого тиску в компрессорах знижуються втрати газу та зменшується можливість проникання газу робочі приміщення. ЦЦК створюють рівномірне газовий потік без пульсацийг притаманних роботи поршневих компрессоров.

310

Типи контрольно-вимірювальних приборов

Вимірювання температуры

Температуру газу та кислоти в сернокислотном виробництві вимірюють при допомоги ртутних термометрів, термометрів опору і термопар, причому точність виміру термометрами опору і термопарами вище; для забезпечення такої точності застосовуються різноманітні логометры, мости опору, милливольтметры і потенциометры – що дають, автоматичні регистрирующие одночасно кілька показань і сигнализирующие.

Для виміру температури до 500(С широко застосовують ртутні термометри, проте він більше зручні в виробничих умовах термометри опору. Принцип їхньої дії будується на вимірі электропроводимости металів при різної температуре.

Для виміру вищих температур (300-1800(С) застосовують термопари, які з двох спаяних зволікань, виконаних із різних металів чи сплавов).

Измерение тиску і разрежения

Вимірювання тиску і розрідження здійснюється з допомогою U-образных (двухтрубных) і чашечных (однотрубных) манометрів, вакуумметров і микроманометров, заповнених водою, ртуттю чи якоїсь іншої рідиною. Про розрідженні чи тиску судять по різниці рівнів рідини в трубах.

Такі манометри застосовуються для виміру надлишкового тиску повітря і газів до 7 кПа, і 0,1 МПа, а тягомеры для виміру розрідження до 0,101 МПа.

Измерение расхода

Обсяг проходять газів чи рідини зазвичай вимірюють з допомогою діафрагми – металевого диска з отвором посередині. Діафрагма закріплюється між двома фланцями трубопроводу. Отвір діафрагми менше діаметра трубопроводу, тому під час проходження газу (рідини) створюється опір, яке тим більше коштів, що стоїть швидкість газу (рідини) в трубопроводе.

Коррозионная стійкість матеріалів для основного і допоміжного оборудования

Раціональний вибір матеріалів виготовлення апаратури має велике практичного значення й у значною мірою визначає економічні показники хімічного виробництва. Матеріал може бути передусім досить стійким до впливу аммиака

Коррозионная активність аміаку стосовно матеріалам залежить головним чином її концентрації, температури і наявність примесей.

При виборі матеріалів виготовлення хімічної апаратури враховується їм стійкість до корозії, а й міцність, стійкість за високої температури, можливість оброблення і зварювання матеріалу, його доступність і вартість. Якщо чорні метали досить стійки до корозії в умовах роботи даного апарату чи технологічного вузла, то ці матеріали використовують у першу чергу, оскільки вони цілком міцні, доступні і дёшевы. Часто застосовуються також леговані чорні метали (містять легирующие добавки) чи спеціальні сплави, які мають підвищеної коррозийной стійкістю. Проте спеціальні сплави зазвичай дороги й за умов, часто використовують неметалеві хімічно стійкі материалы.

У аміачної промисловості неметалеві матеріали застосовуються особливо широко, оскільки чимало їх дуже стійки до дії аміаку в широкому діапазоні її концентрацій і температур.

Майже всі найважливіші апарати у виробництві аміаку виготовляють з сталі та чавуну, здебільшого ізсередини їхнього футеруют чи покривають кислостойкими матеріалами- керамікою, природними кислотоупорами, кам'яним литьём, кислотоупорным бетоном, органічними кислотостойкими покриттями. , містять хром, молібден, нікель та інші добавки. .

Головна:Производство синтетичного аміаку за середнього тиску. Розрахунок колони синтеза