Розрахунок колони синтезу аміаку продуктивністю 1360 т/добу (стр. 3 из 5)

22)Фактично за годину в колону потрапляє згідно п11 газової суміші 570 672 нм3/год . При об’ємній швидкості 24 000нм³/год м³ нам потрібно 23.8 м³ каталізатору.

23) Виходить з колони газової суміші 496 004нм3

на 1 м³ каталізатора , що дуже близько до прийнятого значення в п3.

3.2Тепловий баланс

Тепловий ефект реакції утворення аміаку 92.38 кДж/моль. За годину повинно утворитись 56 667 кг аміаку. Це:

З яких виділиться :

Q_виділ= 3333.4*10³*92.38=309 335 153кДж тепла

Оскільки за годину через колону проходитиме 255 100 кг газу то на 1кг газу припадатиме тепла:

309 335 153/255 100=1212 кДж/ кг.

Ентальпія АВС при 200 ^оС 4750 кДж/кг. Поглинувши тепло , ентальпія збільшиться:

4750+1212=5962 кДж/кг,

Що при вмісті аміаку 18%об. відповідає близько 675 ^оС, що неприпустимо для каталізатора.

Нагрів поступаючої АВС від 190^о до 200^о С на шляху до теплообмінника поглине:

Q_погл1=m*∆i₁=255 100*(4750-4700)=12 755 000 кДж

Де 255 100-маса свіжого циркулюючого газу (АВС),кг/год; 4750 та 4700 –ентальпії АВС (3% об. аміаку) при 200^о та190^о відповідно. Залишається:

Q_зал1 =309 335 153-12 755 000=296 580 154 кДж тепла.

Оскільки реакційна АВС на вході в каталізатор повинна мати температуру 470^оС , то для її нагріву від 200 до 470^оС в теплообміннику потрібно:

Q_{погл 2}=m*∆i₂=255 100*(5700-4750)=242 345 000 кДж тепла.

Залишається :

Q_зал2 =296 580 153-242 345 000=54 235 153 кДж тепла,

з яких на 1кг циркулюючого за годину газу припадає:

І_залиш=Q_зал2/m_цирк=54 235 153/255 100=212 кДж/кг А

Оскільки байпас потрібно подавати після 1, 2 , 3 то цю масу необхідно збільшити втричі і загальна маса циркулюючого газу ,що походитиме через холодний бай пас становитиме :

ρ _см= ρ_азоту*х_азоту+ ρ_водню*х_водню+ ρ_аміаку*х_аміаку+ ρ_метану*х_метану+ ρ_аргону*х_аргону (3.2)

ρ_{о см} = 1.25* 0.22+ 0.09*0.68+0.77*0.03+0.72*0.04+1.78*0.03=0.38 кг/м3

ρ_{вих см} = 1.25* 0.19+ 0.09*0.56+0.77*0.18+0.72*0.04+1.78*0.03=0.509 кг/м3 ρ= ρ_о*(РТ_о/Р_оТ) (3.3)

ρ₂₀₀=65.8 кг/м3 ( вхідна суміш) ρ₅₀₀=53.8 кг/м3 (вихідна суміш)

Таким чином в теплообмінник йде 1550 м3/год , на байпас -2326 м3/год. В колону поступає 3876м3/год газу.

Таблиця3

Виділилось в результаті реакції	309 335 153кДж
Поглинулось через каталізаторну коробку свіжою АВС (190о-200оС)	12 755 000 кДж
Поглинулось свіжою АВС в теплообміннику (2000-4700) та байпасом	242 345 000 кДж
Винесено з колони у вигляді розігрітого газу	54 235 153 кДж
Залишилось	0

3.3Розрахунок теплообмінника

Ціллю розрахунку теплообмінника являється визначення поверхні теплообміну:

,

Де F-поверхня теплообміну ,м2 , K-коефіцієнт теплопередачі , Вт/(м^2оС)

∆t -середня різниця температур ^оС.

Температури потоків в теплообміннику згідно теплового розрахунку, ^оС:

530 → 490

470 ← 200

Різниця температур:

∆t_м=60^оС ∆t_б=290 ^оС

Визначаємо середню різницю температур за формулою:

∆t_сер=(∆t_б-∆t_м)/

(3.5)

∆t_сер=(290-60)/ln(290/60)=146 ^оС

Коефіцієнт теплопередачі К визначається по формулі:

, (3.6)

4.Конструктивний розрахунок

4.1Обечайки верхня та основна

Конструктивний розрахунок обечайки основної (колони синтезуаміаку)

Розрахунковий тиск 30 МПа. Температура стінки 200^оС , на поверхні ззовні припустимо 150^оС. В якості конструктивного матеріалу застосуємо кислотостійку теплостіку сталь (леговану) 12Х18Н10Т , для якої нормативно допускаємі напруження рівні:

20 ^оС---

=160 МПа

150 ^оС---

=146 МПа

200 ^оС----

=140МПа

300 ^оС-----

=130МПа

400 ^оС------

=120МПа

Коефіцієнт міцності зварних швів

. Швидкість корозії з внутрішньої сторони Пн=0.002мм/рік , з внутрішньої Пв=0.005 мм/рік . Строк служби апарату -20 років:

Напруження , що діють на обичайку:

(4.4)

(4.5)

Для сталей

, для 12Х18Н10Т становить 17*10^-6 1/^оС, Е=1.97*10⁵ МПа при 200^оС . Перепад температур між внутрішньою та зовнішньою стінками становить 50 ^оС. Проводимо розрахунок:

Максимально допустимий тиск визначаємо за формулою:

р_доп=140*1*0.25=35МПа>р_р= 30МПа.

Розрахунок верхньої обечайки (теплообмінника)

Розрахунковий коефіцієнт товстостінності знайдемо з формули 4.1:

(4.1)

Приймемо D=1м:

Приймемо s=0.16м .Розраховуємо новий коефіцієнт товстостінності:

Напруження , що діють на обичайку:

Для сталей

, для 12Х18Н10Т становить 17*10^-6 1/^оС, Е=1.97*10⁵ МПа при 200^оС . Перепад температур між внутрішньою та зовнішньою стінками становить 50 ^оС.

Максимально допустимий тиск :

(4.6) р_доп=140*1*0.2422=33.9МПа>р_р= 30МПа.

4.2Конструктивний розрахунок днища

Днище нашої колони синтезу приймемо слабо випуклим , тобто

. Товщина днища розраховується по формулі:

(4.7)

Діаметр фланця в днищі – 120 мм . Коефіціент ослаблення днища

у в ипадку одиночного отвору діаметром d :

(4.8)

м

Згідно ГОСТ 19903-74

Допускаємий робочий тиск розраховується за формулою:

(4.9) МПа

4.3Конструктивний розрахунок кришки проміжної (між обичайкою та теплообмінником)

Для даного апарату доцільно використати конічну кришку .У випадку відсутності даних для розрахунку конічних кришок, конічну кришку замінимо сферичною , і оскільки тангенціальні сили ,викликані великим тиском, дуже серйозні , то на металоємності це позначиться малопомітно. Формула для розрахунку товщини стінки сферичної кришки:

(4.10) S=2.5*30*0.8/(4*140*1-30)=0.113м

Розрахунковий коефіцієнт товстостінності для сферичних кришок:

(4.11)

Згідно методики

обираємо ближній більший -1.15.

(4.12) S=(1.15-1)/0.8=0.12м

Мінімальна товщина кришки в місці розташування пазу під ущільнення у випадку застосування двухконусного обтюратора:

(4.13)

D_a >D_b+2d_p

D_b=1600+250+250=2100