Реферат: Химико-технологическая система

Конверсия метана с водяным паром. И природный газ (СН₄ ), и вода (Н₂ О) являются сырьем для получения одного из компонентов для синтеза аммиака – водорода Н₂ . В этом превращении протекают одновременно две реакции:

СН₄ + Н₂ О = СО + ЗН₂ ;

СО + Н₂ О = СО₂ + Н₂ .

2) Конверсия оксида углерода с водяным паром (в предыдущем процессе оксид углерода СО не полностью превращается в С0₂ из-за равновесных ограничений):

СО + Н₂ О = СО₂ + Н₂ .

После этого процесса достигается максимально возможное извлечение водорода из исходного сырья – метана СН₄ и воды Н2О.

3) Получение азота N₂ – второго исходного компонента для синтеза аммиака. В современных схемах его получают из воздуха «выжиганием» из него кислорода:

30₂ + 2СН₄ = 2СО + 4Н₂ 0.

Это – наиболее простой способ освободить азот воздуха от кислорода, тем более, что сжигание части природного газа все равно необходимо для обеспечения теплом всего процесса. Продукты горения – СО и Н₂ 0 – участники получения водорода.

4) Абсорбция диоксида углерода – удаление С0₂ , полученного при получении водорода. Его поглощают раствором моноэта – ноламина:

С0₂ + 2RNH₂ + Н₂ О = (RNH₃ )₂ C0₃ .

5) Очистка газа от оксида углерода СО. После конверсии СО небольшое количество СО остается, и он мешает дальнейшим превращениям. Освобождаются от него, превращая в метан:

СО + ЗН₂ = СН₄ + Н₂ О.

6) Синтез аммиака (после всех стадий получена чистая азото – водородная смесь; примесь СН4, полученная в предыдущей стадии, мала):

3Н₂ + N₂ = 2NH₃ .

Химическая и операционная схемы дают первое описание и представление о производстве и его основных стадиях. Для дальнейшего рассмотрения ХТС удобнее использовать графические модели.

Функциональная модель (схема) строится на основе химической и операционной и наглядно отражает основные стадии химико-технологического процесса и их взаимосвязи. Каждая из них представлена прямоугольником, линии между ними – связи. На рис. 3.3 показана функциональная схема производства аммиака, соответствующая приведенной выше операционной модели. Цифры на схеме соответствуют стадиям операционной модели (стадии 2 и 4 совмещены, что будет объяснено при рассмотрении производства). Элементы функциональной схемы соединены последовательно. На рис. 3.4 показана функциональная схема производства соды, построенная на основе ее химического описания. Она сложнее предыдущей, с параллельной и обратными связями.

Функциональная схема производства аммиака. Цифры на схеме соответствуют стадиям операционной модели

Представление основных операций химико-технологического процесса в виде функциональной схемы весьма удобно для его понимания. Она дает общее представление о функционировании ХТС и служит предпосылкой для аппаратурного оформления и более детальной разработки ХТС.

Функциональная схема производства соды

Функциональная схема синтеза аммиака: А – синтез NH₃ ; Б – выделение NH₃ ; В – компрессия и рециркуляция

Приведем еще одну функциональную схему – синтеза аммиака, т.е. рассмотрим подсистему 7 в производстве аммиака как ХТС. Реакция водорода с азотом протекает не полностью из-за ограничений по равновесию. Поэтому синтез аммиака включает три стадии:

7) Синтез аммиака ЗН₂ + N₂ = 2NH₃ ;

Б. Выделение аммиака;

8) Возврат непрореагировавших водорода и азота в реактор (стадию А).

Функциональная схема показана на рис. 3.5. Схема с рециклом.