Реферат: Производство синтетического аммиака при среднем давлении. Расчёт колонны синтеза

Явление “старения” может быть объяснено действием ядов и из­менением поверхности катализатора. Так, например, восстановленное ме­таллическое железо является активным катализатором для реакции син­теза аммиака. Однако по прошествии незначительного срока работы при 400 — 500° его активность быстро падает. Это явление можно поставить в связь с изменениями, наблюдаемыми рентгенографическими методами и показывающими, что в процессе работы произошли оплавление поверх­ности и рост крупных кристаллов.

“Старение” катализатора неизбежно, но длительность службы его е большой степени зависит от режима эксплуатации. Так, для катализа­тора с развитой поверхностью очень вреден нагрев его выше определен­ной температуры, приводящий обыкновенно к значительному пониже­нию активности.

При хорошей очистке азотоводородной смеси и при соблюдении технологического режима смена катализатора производится в зависи­мости от системы синтеза через один-два года.

Материальный баланс

Исходные данные для расчёта представлены в таблице.

Параметр	Значение
Производительность	250 т в сутки
Объемная скорость смеси в колонне	25 000 нм3 /м3 *час
Давление в синтез колонне	300 атм
Температура синтеза	500 С0
Обьем катализатора в колонне	4,8 м3
Содержания аммиака в газе на выходе из колоны синтеза	16 %
Содержания газов метана и аргона в свежем газе	0,2%
Содержания газов метана и аргона в циркуляционном газе при выходе с клоны синтеза	2,5%
Температура первичной конденсации	28 С0
Температура вторичной конденсации	0 С0

1.Производительность агрегата в час

250000/24=10416 кг/час

Дальнейший расчет производим на часовую производительность

2.Полезная производительность 1м³ катализатора в час

10416/4,8=21,7 кг/час на 1м³ катализатора

3. При объемной скорости на входе 25000 нм³ /ч на 1 м³ катализатора объемная скорость на выходе составит около 22000 нм³ /ч на 1 м³ катализатора . При 500 С⁰ и 300 ат содержание аммиака в газе в лабораторных условиях 22 %

4. Содержание аммиака в газе ,поступающем в колонну синтеза , определяется условиями вторичной конденсации 0 С⁰ и давлении 280 ат концентрация аммиака определяется по формуле Ларсона и Блека:

lg^{4 C} NH₃ =4,1856+5,987879/(P)^1/2 -1099.544/T=

=4,1856+5,987879/(280² -1099.544/273,15=0.5

^{4 C} NH₃ =3.16%

5. Эффективное давление в колонне находим по уравнению

P_эф = 300 * (1 – 0,025) * (1 – 0,0316) = 283 ат

6. При 300 ат. и 500⁰ С равновесная концентрация аммиака 26,44%, а при 283 ат она равна 25%.

7. Поправочный коэффициент на снижение эффективного давления. – 25/26,44 = 0,946

8. Концентрация аммиака на выходе из колонны с учётом поправочного коэффициента

^C NH₃ =0,946 * 22 = 20,8%

9. Производительность 1 м³ катализатора. На каждый кубический метр катализатора поступает W нм³ /ч газовой смеси.

Формула для определения количества образовавшегося в колонне аммиака имеет вид –

(^{6 С} NH₃ -^4С NH₃ -)*0.7710/100+1.03*^{6 С} NH₃ кг NH₃ на 1 нм³ поступающей газовой смеси.

Отсюда рпи поступлении ⁴ Wнм³ /ч газовой смеси производительность катализатора (в расчете на 1 м³ ) составит

(20,8—3,16)*25000*0,7710/100+1,03*20,8=2808 кг/ч

10.Для получения 10416 кг аммиака в колонну должно поступать газовой смеси

⁴ v =10416(100+1,03*20,8)/(20,8-3,16)*0,7710=92736,3 нм³

11.Состав поступающей газовой смеси..По условию ,в газовой смеси,поступающей в колонну синтеза ,содержится 2,5 % аргона и метана.

Допустим ,что