Дана характеристика процесу виробництва аміаку з азотоводородной суміші. Зроблено практичний розрахунок матеріального і теплового балансу виробництва. Розраховано рівноважний зміст аміаку, концентрація аміаку на виході з колони, кількість утвореного аміаку в колоні. Для розрахунку теплового балансу використані формули приходу і витрати тепла в колоні синтезу аміаку, рівняння теплового ефекту реакції синтезу аміаку при високому тиску. Результати розрахунків представлені в зведених таблицях. Вивчено безпеку технологічного процесу виробництва аміаку, питання охорони праці та навколишнього середовища.

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - Єрмолаєва Віра Анатоліївна, Семочкіна Ксенія Юріївна


Material and heat balance of production of ammonia from a mixture of nitric

The characteristic of the process of ammonia production from nitric mixture is given. Practical calculation of material and thermal balance of production is made. The equilibrium content of ammonia, the concentration of ammonia at the outlet of the column, the amount of ammonia formed in the column are given. To calculate the heat balance, the formulas for the arrival and flow of heat in the ammonia synthesis column, the equation of the thermal effect of the reaction of ammonia synthesis at high pressure are used. The results of the calculations are presented in summary tables. Safety of technological process of production of ammonia, questions of labor protection and environment is studied.


Область наук:
  • хімічні технології
  • Рік видавництва: 2018
    Журнал
    Наука без кордонів
    Наукова стаття на тему 'МАТЕРІАЛЬНИЙ І ТЕПЛОВОЇ БАЛАНС ВИРОБНИЦТВА АМІАКУ З азотоводородной СУМІШІ'

    Текст наукової роботи на тему «МАТЕРІАЛЬНИЙ І ТЕПЛОВОЇ БАЛАНС ВИРОБНИЦТВА АМІАКУ З азотоводородной СУМІШІ»

    ?наука без кордонів • № 4 (21) • 2018

    технічні науки

    УДК 66-93

    МАТЕРІАЛЬНИЙ І ТЕПЛОВОЇ БАЛАНС ВИРОБНИЦТВА АМІАКУ З азотоводородной СУМІШІ

    Єрмолаєва Віра Анатоліївна, кандидат хімічних наук, доцент,

    Семочкіна Ксенія Юріївна, студент, Муромський інститут Володимирського державного університету імені А. Г. та Н. Г. Столєтова, Муром, РФ.

    Дана характеристика процесу виробництва аміаку з азотоводородной суміші Зроблено практичний розрахунок матеріального і теплового балансу виробництва. Розраховано рівноважний вміст аміаку, концентрація аміаку на виході з колони, кількість утвореного аміаку в колоні. Для розрахунку теплового балансу використані формули приходу і витрати тепла в колоні синтезу аміаку, рівняння теплового ефекту реакції синтезу аміаку при високому тиску. Результати розрахунків представлені в зведених таблицях. Вивчено безпеку технологічного процесу виробництва аміаку, питання охорони праці та навколишнього середовища.

    Ключові слова: аміак; азотоводородная суміш; матеріальний і тепловий баланс.

    MATERIAL AND HEAT BALANCE OF PRODUCTION OF AMMONIA FROM A MIXTURE OF NITRIC

    Ermolaeva Vera Anatol'evna, PhD (Cand. Chem. Sci.), Associate professor, Semochkina Kseniya Yur'evna, student, Murom Institute (branch) Vladimir State University, Murom, Russia

    The characteristic of the process of ammonia production from nitric mixture is given. Practical calculation of material and thermal balance of production is made. The equilibrium content of ammonia, the concentration of ammonia at the outlet of the column, the amount of ammonia formed in the column are given. To calculate the heat balance, the formulas for the arrival and flow of heat in the ammonia synthesis column, the equation of the thermal effect of the reaction ofammonia synthesis at high pressure are used. The results of the calculations are presented in summary tables. Safety of technological process of production of ammonia, questions of labor protection and environment is studied.

    Keywords: ammonia; nitric mixture; material and heat balance.

    Для цитування: Єрмолаєва В. А., Семочкіна К. Ю. Матеріальний і тепловий баланс виробництва аміаку з азотоводородной суміші // Наука без кордонів. 2018. № 4 (21). С. 94-97.

    Вступ

    Хімія і промисловість пов'язаного азоту вважається в даний час однієї з основних провідних технологічних областей. Споруда нових заводів і технологічних ліній здійснюється на основі найбільш оптимальних і досконалих науково-технічних методик, використовуються найбільш стійкі

    конструкції технологічних агрегатів і енергетичних машин, більш функціональні, виборчі та стійкі каталізатори, розчинники і поглиначі. Збільшується рівень автоматизації управління виробництвом, застосовуються досягнення хімічної фізики, укрупнюються сили окремих апаратів синтезу аміаку. Метою даної роботи є

    технічні науки

    наука без кордонів • № 4 (21) • 2018

    практичним розрахунок матеріального і теплового балансу виробництва, рівноважного вмісту аміаку, концентрації аміаку на виході з колони, кількості утворився аміаку в колоні, змісту компонентів суміші.

    Характеристика цільового продукту

    У проведену роботу дана характеристика процесу виробництва аміаку з азотоводородной суміші. Проведена характеристика цільового продукту, аміаку. Аміак - безбарвний газ з різким запахом, добре розчиняється у воді, спирті і ряді інших органічних розчинників. Синтезують з азоту і водню. У природі утворюється при розкладанні азотовмісних органічних сполук. Під звичайним тиском аміак зріджується при -33 ° С і твердне при -78 ° С. Теплота плавлення МН3 становить 6 кДж / моль. Критична температура аміаку 132 ° С, критичний тиск 112 атмосфер [1]. Рідкий аміак є гарним розчинником для дуже великого числа органічних сполук, а також багатьох неорганічних.

    Охарактеризовано вихідна сировина. Початковою сировиною є азот і водень. Азот - двоатомний газ без кольору, смаку і запаху. Один з найпоширеніших елементів на Землі. Хімічно дуже інертний, проте реагує з комплексними сполуками перехідних металів. Водень - легкий безбарвний газ. У суміші з повітрям або киснем горючий і вибухонебезпечний, нетоксичний. Розчинний в етанолі і ряді металів: залозі, нікелі, паладії, титані, платині.

    Характеристика технологічного процесу та балансові розрахунки

    Розглянуто і описано основне технологічне обладнання та технологічний процес виробництва аміаку. Очищений природний газ з тиском 25 атмосфер надходить в компресор синтез газу. Газ стискається і направляється в

    підігрівачі. Потім надходить в реактор гідрування сероорганических з'єднань. Адсорбується до Н ^. Газ нагрівається в трубчастої печі і переходить в шахтний конвертор. У паровий котел подається вода за рахунок застосування електронасоса. З даного резервуара вода за спеціальними відвідних трубах стікає в колектор. У конверторі знаходиться СО і є абсорбер СО2. Для зв'язування діоксиду вуглецю і вологи в лінію газу перед холодильником насосами впорскується рідкий аміак. Потім газ надходить в повітряний холодильник, в якому він охолоджується і потім направляється в конденсаційну колону. В теплообміннику газ нагрівається і переходить в сепаратор, в якому проводиться відділення сконденсировавшейся рідини з охолодженого газу.

    Зробили практичний розрахунок матеріального балансу виробництва за наступними вихідними даними: склад газу, що надходить в колону: масова частка - 3,8%, Н2 - 61,95%, N - 20,65%, СН4 - 9,7%, Аг - 3, 9%, тиск в колоні - 25 атмосфер, температура - 500 ° С, ступінь використання - 0,9. Знаючи склад циркуляційного газу на вході, розрахували зміст компонентів суміші. Для розрахунку вмісту компонентів суміші скористалися формулою:

    де п - кількість циркуляційного газу; а>^ И3) - масова частка аміаку.

    Кількість сконденсировавшейся аміаку розрахували за рівнянням:

    де N 2 - кількість аміаку після ко-

    ам

    лонни; ? П. - сума кількостей речовин суміші після колони; Ап - кількість

    ж

    сконденсировавшейся КН3 при першій конденсації.

    Склали матеріальний баланс пров-

    наука без кордонів • № 4 (21) • 2018

    технічні науки

    Таблиця 2

    Зведена таблиця матеріального балансу першої конденсації

    Таблиця 1

    Зведена таблиця матеріального балансу колони синтезу аміаку

    Надходження витрати

    Статті приходу кмоль кг об% статті витрат кмоль кг об%

    Суміш 48,6000 100 Суміш 43,2540 100

    Ж3 1,8468 31,3956 3,80 Ж3 7,1928 122,2776 16,63

    Н2 30,1077 60,2154 61,95 Н2 22,0887 44,1774 51,06

    N2 10,0359 281,0052 20,65 N2 7,3629 206,1612 17,02

    Аг 1,8954 75,8160 3,90 Аг 1,8954 75,816 4,38

    СН4 4,7142 75,4272 9,70 СН4 4,7142 75,4272 10,91

    Разом: 523,8594 Разом: 523,8594

    Надходження витрати

    Статті приходу кмоль кг об% статті витрат кмоль кг об%

    Цирк. газ 43,254 100 Цирк. газ 35,091 100

    Ж3 7,193 122,278 16,63 МН3 2,493 42,381 7,10

    Н2 22,089 44,177 51,06 Н2 19,895 39,790 56,70

    N2 7,363 206,161 17,02 N2 6,631 185,668 18,90

    Аг 1,895 75,816 4,38 Аг 1,741 69,640 4,96

    СН4 4,714 75,427 10,91 СН4 Втрата газу 20 кг 4,331 рідких. фаза 4,7 69,296 79,9 12,34

    Разом: 523,859 Разом: 516,675

    виття конденсації (табл. 2).

    Невязка розрахунку матеріального балансу склала 0,014%.

    Зробили розрахунок теплового балансу провадження у стадії згоряння природного газу. Вихідними даними служать: температура в зоні реакції t = 500 ° С, кількість газової суміші на вході в колону V = 119025 м3 / год, температура газової суміші на вході t1 = 35 ° С, кількість газової суміші на виході з колони V = 102329 м3 / ч, температура газової суміші на виході t2 = 110 ° С. Розрахували прихід тепла в колону синтезу аміаку, парниковий ефект реакції синтезу аміаку при високому тиску, загальна кількість тепла, загальна витрата тепла. Результатом-

    ти розрахунків представлені в табл. 3.

    Охорона персоналу і природного середовища

    Вивчили охорону праці працюючого персоналу і навколишнього середовища. У виробництві аміаку широко застосовуються різноманітні установки, що використовують електроенергію. Робочий персонал, пов'язаний з обслуговуванням цих пристроїв, проходить спеціальну підготовку. Виготовлення аміаку вважається вибухо- і пожежонебезпечних. Для будівель такого виробництва необхідні зовнішні огорожі, системи яких виконуються легко скидаються при

    «« ТЛ

    впливі на них вибухової хвилі. У виготовленні аміаку практично все

    технічні науки

    наука без кордонів • № 4 (21) • 2018

    Таблиця 3

    Тепловий баланс колони синтезу аміаку

    Прихід тепла Витрата тепла

    Статті приходу кВт статті витрат кВт

    Газова суміш Реакція синтезу Охолоджуюча вода 1291 10806 4452 Газова суміш Охолоджуюча вода Втрати тепла 4620 8325,24 3603,76

    Разом 16549 Разом 16549

    головне технічне спецобладнання, за винятком компресорів, а також всі основні газопроводи знаходяться за межами споруди [2].

    У виробництві аміаку існують стабільні і періодичні скиди газів в атмосферу, а також скиди, викликані порушеннями технічного порядку. Регулярно в атмосферу випускають гази з трубчастої печі, підігрівача природного газу, а також через факельні конструкції. Використовуються всі необхідні очисні установки, а також розраховується висота труб з урахуванням максимально допустимих приземних концентрацій.

    висновок

    Таким чином, в роботі досліджували

    технологічний процес виробництва аміаку, основне технологічне обладнання, розрахували матеріальний і тепловий баланси. Проблема російських виробництв полягає в тому, що істотна частка функціонуючих потужностей технічно стала неактуальною і в обставинах стрімкого збільшення вартості на сировинні матеріали і енергоносії виготовлений на них аміак здатний володіти значною первісною вартістю, ніж вироблений на сучасному обладнанні. Сучасне виробництво аміаку базується на ресурсозберігаючих і енергозберігаючих технологіях і здійснюється в багатотоннажних безвідходних формах.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Аміак [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://ru.wikipedia.org/wiki.

    2. Охорона праці [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://cinref.org.ua/razdel/.

    REFERENCES

    1. Ammiak [Ammonia]. Available at: https://ru.wikipedia.org/wiki.

    2. Ohrana truda [Labour protection]. Available at: http://cinref.org.ua/razdel/.

    Матеріал надійшов до редакції 02.04.2018 © Єрмолаєва В. А., Семочкіна К. Ю., 2018


    Ключові слова: АММИАК / AMMONIA / азотоводородной СУМІШ / NITRIC MIXTURE / МАТЕРІАЛЬНИЙ І ТЕПЛОВОЇ БАЛАНС / MATERIAL AND HEAT BALANCE

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити