Розрахунок колони синтезу аміаку продуктивністю 1360 т/добу (стр. 2 из 5)

Азоту

або 160 073 кг

Аргону

або 31 285 кг

Метану

або 16 019кг

Загальна маса газів 255 100 кг.

12)Склад газової суміші після колони синтезу. За умовою , в колоні синтезу утворюється 56 667 кг , або 74 667 нм³ , аміаку , відповідно витрачається 10 000 кг , або 112 000 нм³ , водню та 46 667 , або 37 333 нм³, азоту . В газовій суміші на виході з колони міститься :

Аміаку

13 339+56 667=70 006 кг або 17 576+ 74 667 = 92 243 нм³

Водню

34 383-10 000 = 24 383 кг або 385 089-112 000=273 089 нм³

Азоту

160 073-46 667=113 406 кг або 128 058 -37 333 =91 392 нм³

Аргону

31 285 кг або 17 519 нм³

Метану

16 019 кг або 22 427 нм³

Загальний об’єм газової суміші 496 671 нм³.

13) Кількість аміаку , конденсуючогося у водяному холодильнику , і кількість розчинених в ньому газів. Температура паро-рідинної суміші на виході на виході з водяного холодильника 28 ^оС , а тиск з урахуванням втрат в колоні синтезу 290 атм.

Звідси в газовій суміші , згідно розрахунку по формулі Ларсона і Блека , повинно міститись 7.66% аміаку. Допускаємо для першого визначення кількості конденсованого аміаку , що гази в аміаку не розчинні. Тоді об’єм газів , крім аміаку рівний:

496 671-92 243=404 428 нм³

Звідси об’єм газоподібного аміаку буде

Конденсується

92 243-33 493 = 58 794 нм³ або 44 568 кг аміаку.

Загальний об’єм несконденсованих газів

404 428 +33 493 =437 921 нм³

Парціальні тиски газів ( в атм):

Водень

290*273 089/437 254=181.1

Азот

290*90 725/437 254=60.2

Аргон

290*17 519/437 254=11.6

Метан

290*22 427/437 254=14.9

При 28 ^оС та знайдених парціальних тисках в 1000 кг рідкого аміаку розчиняється 19.08 нм³ водню , 6.7 нм³ азоту , 1.86 нм³ аргону ,5.7 нм³ метану. Тоді в 44 586 рідкого аміаку розчиниться :

44.586*19.08=850 нм³ водню

44.586*6.7=298 нм³ азоту

44.586*1.86=83 нм³ аргону

44.586* 5.7=254 нм³ метану.

Залишається в газоподібному вигляді:

Водню

273 089-850=272 239 нм³

Азоту

91 392-298=91 094нм³

Аргону

17 519-83=17 436 нм³

Метану

22 424-254=22 170 нм³

Загальний об’єм цих газів402 272 нм³.

Звідси об’єм аміаку , присутнього в газоподібному вигляді:

нм³ або 25 325кг аміаку

Конденсується :

92 243-33 370=58873 нм³ або 44 680 кг аміаку

Загальний об’єм газів:

402 272+ 33 370=435 643 нм3

Парціальні тиски газів (атм.):

Водню

290*272 239/435 643=181.1

Азоту

290*91 094/435 643=60.2

Аргону

290*17 436/435 643=11.6

Метану

290*22 170/435 643=14.7

Розчинність газів ( в нм³ на 1 000 кг аміаку ) не змінилась , так як парціальні тиски

залишились колишніми . збільшення кількості рідкого аміаку на 94кг означає , наприклад, зміну об’єму розчиненого водню на 19.08*0.094 =1.27 нм³. Інші гази мають меншу розчинність , тому зміна кількості розчинених газів , що відбувається за рахунок збільшення маси рідкого аміаку, може бути знехтуваною .

Таким чином , після водяного холодильника паро-рідинна суміш має наступний склад:

Таблиця 1

Компонент	рідина		Газ
	кг	нм3	кг	нм3	% по об’єму
Аміак	44 680	58 873	25 325	33 370	7.66
Водень	76	850	24 307	272 238	62.49
Азот	373	298	113 033	90 427	20.76
Аргон	148	83	31 137	17 436	4
Метан	181	254	15 835	22 170	5.09
всього	45458	60 359	209 639	435 643	100

Паро-рідинна суміш після водяного холодильника потрапля в сепаратор продувки . В сепараторі відділяється рідкий аміак з розчиненими в ньому газами від решти газів. На виході з сепаратору гази діляться на два потоки : один , більший по об’єму поступає на змішування з свіжим газом , другий , менший , виводиться в якості газів продувки.

14)кількість газів , розчинених в рідкому аміаку вторинної конденсації (попереднє визначення ).

15) Кількість продувочних газів . Як вказано вище , для отримання56 667 кг аміаку необхідно 112 000 нм³ водню та 37 333 нм³ азоту . Всього потрібно 149 333нм³ суміші водню та азоту.

Однак потрібно вводити деяку додаткову кількість азото –водневої суміші для компенсації розчинення газів в рідкому аміаку і газів продувки. Позначимо цей резервний об'єм через х . Тоді загальний об’єм свіжої газової суміші буде 149 333 + х. В цьому об’ємі міститься:

Водню 112 000 + х*0.7429

Азоту 37 333+ х*0.2475

Аргону 572+ х*0.0038

Метану 874+ х*0.0058

Всього 150 760 нм³.

З цієї кількості витрачається на синтез аміаку та видаляється з розчинними газами

112 000+ 133 + 850=112 983 нм³

водню,

37 333+ 52 +298 =37 684 нм³

азоту,

83+13 =96 нм³

Позначаємо загальний об’єм продувочних газів через у . Враховуючи склад газів , обчислений в п.13 , отримаємо кількість вадаляємих газів: аміаку у*0.0766 нм³ , водню у*0.6249 нм³ азоту у*0.2076 нм³ , аргону у*0.0400 нм³ , метану у*0.0509 нм³. Прирівнюємо кількість продув очних газів , виражені через х та у . Отримаємо:

Для водню

0.7429х-983=0,6249у

Азоту

0,2475х-350=0,2076у

Аргону

475+0,0038х=0,04у

Метану

471+0,0058х=0,0504у

Маємо чотири рівняння з двума невідомими. Для рішення розбиваємо їх на дві пари:

0,7429х-983=0,6249у та 0,2475х-350=0,2049у

475+0,0038х=0,04у 771+0,0058х=0,0509у

В одну пару включаємо рівняння , що відносяться до водню та аргону , в іншу- до азоту та метану . Рішення цих рівнянь дає ( в нм³) х₁=12 314 х₂=12 351 у₁=13 031 у₂=13 126.це означає , що різні домішки вимагають різного ,хоча і близького , об’єму продувки . Приймаємо , що продувка визначається середнім з отриманих результатів , тобто у=13 078нм³. Середнє значення х=12 332 нм³. В об’ємі 13 078 нм³ міститься :

16) Кількість циркулюючого газу. Кількість циркулюючого газу отримуємо як різницю між кількістю наявних після водяного холодильника газів (п.13) та кількістю газів продувки (п.15):

Аміак

25 325-760=24 565 кг або 33 370- 1001=32 368 нм³

Водень

24 307-729=23 577 кг або 272 238-8 172=264 066 нм³

Азот

113 033-3 393=109 640 кг або 90 427-2 715=87 712 нм³

Аргон

31 137-933=30 203 кг або 17 436-523=16 913нм³

Метан

15 835-475=15 360 кг або 22 170-665=21 504 нм³.

17) кількість свіжої азото-водневої суміші , подаваної на синтез . За розрахунком , згідно п.15 , загальний об’єм свіжої авс складає :

150 760+12 332=163 093 нм³

В цьому об’ємі міститься:

Водню

121 162нм³ або 10 818 кг

Азоту

40 365 нм³ або 50 459кг

Аргону

619 нм³ або1 106 кг

Метану

945нм³ або 675 кг.

Крім цього , за умовою , в кожних 8000 нм³ сухих газів міститься 1кг парів води. Відповідно , в 163 093 нм³ міститься 20,4 кг або 25,4 нм³ .

18) Кількість азото-водневої суміші після змішування циркулюючого та свіжого газів:

Аміаку

24 565 кг або 32 368 нм³

Водню

23 577+10 818=34 395 кг або 264 066+121 162=385 228 нм³

Азоту

109 630+50 456=160 086кг або 87 712+40 365=128 077 нм³

Аргону

30 203+1 106=31 309кг або 16 913+ 619=17 533нм³

Метану

15 360 +675=16 035 кг або 21 504+945=22 450нм³

Загальний об’єм газів 585 657 нм³. Крім цього в газі міститься 20,4 кг або 25,4 нм³ парів води.

19) Кількість аміаку , конденсуючогося в колоні. За розрахунком відповідно п.4 вміст аміаку після вторинної конденсації 3.08% об. Для першочергового визначення кількості рідкого аміаку , конденсованого в колоні , допускаємо , що в рідкому аміаку гази не розчиняються . Враховуючи , що об’єм газів , за винятком аміаку , складає 585 657-32 368=553 289 нм³ , знаходимо об’єм залишеного газоподібного аміаку:

Конденсується в рідину:

32 368-17 582=14 785 нм³ або 11 221 кг аміаку

Об’єм залишившихся газів

585 657-14 785 =570 872 нм³

Їхній сумарний парціальний тиск:

290*570 872/585 657=282

( але згідно п.4 конденсація відбувається при 280 атм , тому приймемо 280 атм.)

Парціальні тиски газів (атм.) :

Водню

280*385 228/570 872=188.9

Азоту

280*128 077/570 872=62.8

Аргону

280*17 533/570 872=8.6

Метану

280*22 450/570 872=11

В цих умовах розчинність (в нм³ на 1 000 кг рідкого аміаку ) водню 11.99 , азоту 4.96 , аргону 1.27 метану 2.6 . В 11 221 кг рідкого аміаку розчиниться водню 134 нм³ , азоту 56 нм³ , аргону 14 нм³ , метану 28 нм³. Це близько зі значеннями розчинності , прийнятими в п.14!

Об’єм газів за винятком аміаку та розчинених в рідкому аміаку газів :

570 872-(134+56+14+28)=570 639 нм³

Об’єм газоподібного аміаку :

570 639*3,08/(100-3,08)=18 134 нм³ або 13 762 кг

Конденсується :

32 368-18 134=14 792 нм³ або 11 227кг

Очевидно , що парціальні тиски газів не змінились . Кількість рідкого аміаку змінилось несуттєво і не впливає помітно на об’єм розчинених газів.

Таким чином , виділяються в рідкому вигляді : а)11 227 кг аміаку в якому розчинено ;б)12 кг водню ;в) 70 кг азоту ; г) 25 кг аргону ; д) 20 кг метану.

Крім того , в рідкому аміаку розчинилися всі водяні пари , що потрапили .

20) Кількість газової суміші , поступючої в колону синтеза

Аміаку

24565-11 227=13 338кг або 17 334нм3

Водню

34395-12=34383кг або 385 093 нм3

Азоту

160 086-70=160 016 кг або 128 013 нм3

Аргону

31309-25=31284кг або 17 519 нм3

Метану

16035-20=16 015 кг або 22 422нм3

Порівнюючи отримані дані з результатами розрахунку згідно п.11 , бачимо , що розбіжність не більше 45 нм3 ( по азоту ). Цими розбіжностями нехтуємо оскільки в данних розмірностях вони не суттєві.

21)Загальна кількість товарного аміаку. Зводяногохолодильника виводиться 44 680 кг аміаку, з газів продувки 760 кг, з випарника 11 227 кг ; загальна кількість 56 667 кг за годину.