94241-1492,14=92748,86 нм3
Парциальныедавления газов( в ат):
Водород 280*65506/92748=197,7
Азот 280*21987,2/92748=66,37
Аргон 280*975,06/92748=2,94
Метана 280*1349,32/92748=4,07
При этих условиях растворимость ( в нм3 на 1000 кг жидкого аммиака ) водорода 11,99,азота4,96,аргона,1,27,метана 2,60 в 1148 кг жидкого аммиака растворится 17 нм3 H2, 6 нм3N2, 1 нм3 Ar, 3 нм3 СH4.Это совпадает с принятым по п.14.
Объем газов за вычетом аммиака и растворившихся в жидком аммиаке газов
89818-(17+6+1+3)=89845 нм3
Объем газообразного аммиака
89845*3,16/100-3,16=2931,7 нм3
Конденсируется 4423-2931,7=1491,3 нм3 или 1148 кг ,аммиака
Таким образом ,выделяется в жидком виде. 1148 кг аммиака ,в котором растворено 1,7 кг водорода,7,5 азота,2 аргона,2 Метана.Кроме этого, в в жидком аммиаке растворяется весь поступивший водяной пар.
20.Количество газовой смеси, поступающей в колонну синтеза :
Аммиака 3405-1148=2257 кг/ч ,или 1737,89 нм3/ч
Водорода 5829,6-1,7=5827,9 кг/ч или 65506 нм3-17=65489нм3
Азота 27482,5- 7,5=27475 кг/ч или 21987,2 нм3-6=21981 нм3
Аргона 1734,9 – 2=1732,9кг/ч или 975,06 нм3-1=974,06 нм3
Метана 967,1 – 2=965,1 кг/ч или 1349,32 нм3-3=1346,32 нм3
21.Общее количество товарного аммиака.Из водяного холодильника выводится 7635 кг,из газов продувки 555,5 кг и из испарителя 2257 кг: итого 10416 кг/час.
22.Фактически в колонну синтеза поступает согласно п11 газовой смеси 92736,3 нм3\ч и
23 Уходит из колоны газовой смеси 78710,5 нм3 \ч
Сводный материальный баланс агрегата синтеза аммиака за 1 час
Компонет | Поступает в колонну синтеза | Образуется(+) или расходуется (-) в колонне синтеза | Поступает в водяной холодильник | |||
| кг | нм3 | кг | нм3 | кг | нм3 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Аммиак Водород Азот Аргон Метан | 2256,5 5827 27473 1733 964 | 2930,5 65472 21978,4 973 1344,6 | +10416 -8577.9 -1838,1 | 13527 6862 20653 | 12672,5 3988,9 18895,1 1733 964 | 16457,5 44919 15116,4 973 1344,6 |
| Всего | 38254 | 92698,5 | 0 | -13988 | 38254 | 78810,5 |
Компонет | Удаляется из холодильника | Жидкий аммиак В сборник | Газы на продувку и смщение | |||||
| жидкости | газа | |||||||
| кг | нм3 | кг | нм3 | кг | нм3 | кг | Нм3 | |
| 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 19 |
| Аммиак Водород Азот Аргон Метан | 7635 15,13 69 9 11 | 11313,5 170 55,2 5,05 15 | 3961 3974 18826,5 1722 953 | 5144 44649 150261,2 967,35 1329,6 | 7635 15,13 69 9 11 | 11313,5 170 55,2 5,05 15 | 3961 3974 18826,5 1722 953 | 5144 44649 150261,2 967,35 1329,6 |
| Всего | 8815,13 | 11558,75 | 29439,5 | 67151,6 | 8815,13 | 11558,75 | 29439,5 | 67151,6 |
Компонет | Выводится при продувке | Поступает На смещение | Вводится свежей смеси | Поступает в конденсационную колонну | ||||
| кг | нм3 | кг | нм3 | кг | нм3 | кг | нм3 | |
| 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 23 | 24 | 25 | 26 |
| Аммиак Водород Азот Аргон Метан | 555,5 557,4 2637 234 137,7 | 721 6263 21709 131 192 | 3405,5 3416,6 16189,5 1488 815,3 | 4423 38386 1295,2 833,35 137,6 | - 2413 11293 246,9 151,8 | - 27120 9035 138,71 211,72 | 34055829,6274821734,9967,1 | 44236550621987975,061349,3 |
| Всего | 4121,6 | 29016 | 25314,9 | 45075,1 | 13780,4 | 36495,43 | 39419 | 94241 |
Компонет | Разделяется в конденсационной колонне | Поступает в испаритель | Поступает в колонну синтеза | |||||
| жидкости | газа | |||||||
| кг | нм3 | кг | нм3 | кг | нм3 | кг | Нм3 | |
| 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 |
| Аммиак Водород Азот Аргон Метан | 1148 1,7 7,5 2 2 | 1491,3 17 6 1 3 | 2257 5827,9 27475 1732,9 965,1 | 1737,89 65489 21981 974,06 1346,32 | 1148 1,7 7,5 2 2 | 1491,3 17 6 1 3 | 2257 5827,9 27475 1732,9 965,1 | 1737,89 65489 21981 974,06 1346,32 |
| Всего | 1161,2 | 1518,3 | 38257,9 | 91528,81 | 1161,2 | 1518,3 | 38257,9 | 91528,81 |
Тепловой расчет колонну синтеза аммиака
Исходные данные
Температура газа на входе в колонну( в С0) -- 36
Температура газа на входе в слой катализатора ( в С0) 440
Температура на выходе из катализаторной коробки ( в С0) 480
Температура газа на выходе из колонны ( в С0) 90
Температура воды, поступающей в колонну ( в С0) 220
Температура воды ,выходящей из колонны ( в С0) 280
Давление воды(в нм3) 100*105
Энтальпия поступающего газ i1 содержащегося 3,08 аммиака при температуре на входе колонны 36 С0 ,составляет 41 600 кдж/кг
Отпуская по щели между стенкой колонны и катализированной коробкой, газ нагревается за счёт тепла катализаторной коробки .Температура газа при этом увеличивается на 8-10 град.Принимаем ,что газ нагрелся на 9 град и его температура в щели на уровне перехода катализаторной коробки в теплообменник 45 С0.Тогда i-t,что i2 =41900 кдж/кг. Таким образом, энтальпия каждого килограмма газовой смеси увеличилась на i2-i1=4190 -4160=30 кдж .Это же количество тепла на килограмм смеси отдала катализаторная коробка.
Отпускаясь ниже по щели между стенками колонны и теплообменником ,газ продолжает нагреваться –теперь за счет горячего газа ,охлаждающегося в теплообменнике.Температура газа за время прохождения по щели от точки до входа в теплообменник увеличивается примерно на 6-8 град .Принимаем увеличение равным 7 град.Тогда температура газа будет равна 52 С0 ,а энтальпия i3 =42100 кдж/кг
Тепло,выдлившееся из 1 кг смеси в катализаторной коробке за счет тепла реакции, можно выразить как разность энтальпий газа,поступившего в слой катализатора,и газа,ушедшего из слоя. Это тепло составляет i7-i9 кдж/ кг.С другой стороны ,все выделившееся тепло должно быть поглощено нагреваемыми газами .
Газы нагреваются за счет отдачи тепла катализаторным слоем дважды : один раз в щели у коробки и второй раз –при прохождении через центральную трубку, внутренние и наружные трубки Фильда .В первом случае тепло ,воспринимаем газами ,состовляет i2-i1,а во втором случае i7-i4.Таким образом, уравнение теплового баланса катализаторной коробки приобретает вид
Отсюда после сокращения i7 находим
i4= i9+ i2- i1
Энтальпию i9 можем найти по диаграмме i-t.,так как знаем ,что температура газ на выходе из слоя катализатора 480 С0,а содержание аммиака 18,4%.Энтальпия i9 ==5000кдж/кг.Энтальпия
i4=5000+4190-4160=5030 кдж/кг
Отсюда температура газа на выходе из теплообменника или на входе в центральную трубку катализаторной коробки, по диаграмме i – t равна 2840С. Энтальпия газа на входе в слой катализатора при 4400С и 3,08% аммиака равна 5580 кдж/кг. Т,о., газ при реакции в слое катализатора выделит –
i7-i9=5580 – 5000 = 580 кдж/кг
при нагреванию в щели получает 30 кдж/ кг и прохождении по центральной трубке и трубкам Фильда 5580 -500=580 кдж/кг