Синтез аммиака

Свойства аммиака, его применение в промышленности и растворимость в воде. Основы синтеза аммиака, методы получения. Константы равновесия реакции синтеза аммиака. Основные направления в промышленном производстве газа для синтеза азотосодержащих продуктов.

Рубрика Химия
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 30.10.2014
Размер файла 1,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный открытый Университет

Химико-технологический факультет

кафедра технологии неорганических веществ и общей химической технологии

Синтез аммиака

Москва 2003

СВОЙСТВА АММИАКА

аммиак газ синтез производство

Аммиак имеет широкое применение в промышленности, особенно для производства удобрений. На его основе получают азотную кислоту. Жидкий аммиак и водные растворы различных аммиачных солей применяются как жидкие азотные удобрения.

Аммиак образуется в процессе сухой перегонки каменного угля (при получении кокса) и извлекается из коксового газа в виде аммиачной воды при охлаждении газа водой. В 1913 г. Габер получил аммиак из газообразных водорода и азота. Этот способ получил широкое распространение в промышленности.

При обычных условиях аммиак -- бесцветный газ с резким, удушливым запахом, плотностью 0,771 кг/м3. При охлаждении до --33,5 °С под атмосферным давлением газообразный аммиак превращается в бесцветную жидкость, затвердевающую при температуре -77,8° С (температура плавления аммиака). Критическая температура аммиака 132,4° С; критическое давление 111,5 ат; теплоемкость газообразного аммиака при 25° С равна 8,523 ккал/ (моль-град), 35,46 кдж.

Давление насыщенных паров жидкого аммиака при различной температуре:

Температура, °С -35 -25 -15 -5 5 15 25

Давление, aт. 0,95 1,55 2,41 3,62 5,26 7,48 10,23

Жидкий синтетический аммиак, согласно ГОСТ 6221-62, выпускается двух сортов:

Жидкий аммиак перевозят в цистернах двух типов: в цистернах, рассчитанных на давление 16 am, без тепловой изоляции, и в цистернах на давление 2,5 am с тепловой изоляцией.

Аммиак хорошо растворим в воде. В табл. 1 приведена его растворимость при различной температуре.

Таблица 1. Растворимость аммиака в воде (в кг/л)

Давление, am

Температура, °С

0

20

30

50

0,1

0,22

0,085

0,043

--

0,5

0,57

0,337

0,247

0,105

1

0,88

0,515

0,400

0,224

2

1,62

0,812

0,632

0,389

Давление паров аммиака над 20%-ной аммиачной водой при различной температуре:

Температура, °С 0 10 20 30 40 50

Давление, мм рт. ст. 81,75 138,8 224,7 351,6 543,0 787,5

Ниже приведено давление паров аммиака над аммиачной водой различной концентрации:

Техническая аммиачная вода выпускается двух марок: А и Б, каждая марка имеет два сорта (ГОСТ 9--67):

Марка А

Марка Б

1-й сорт

2-й сорт

1-й сорт

2-й сорт

Аммиак, %, не менее

25

22

25

22

в пересчете на азот, %, не менее

20,5

18

Не определяется

Нелетучий остаток, г/л, не более

Не определяется

0,2

0,4

В качестве удобрения для сельского хозяйства применяется аммиачная вода марки А, в ней допускается содержание не более 8 г/л СО2 и не более 0,01 г/л Сu. Продукт марки Б используется в промышленности.

Аммиачная вода каменноугольная (получаемая из аммиака коксового газа), согласно ГОСТ 647--67, выпускается трех сортов:

Аммиачную воду получают, также как отход производства карбамида при поглощении водой газов дистилляции, содержащих NH3 и СО2. Такая аммиачная вода (ТУ МХП-2656--51) содержит не менее 18% NH3 (общ),

100 г/л СО2 и не более 1,2 г/л сухого остатка. Этот продукт применяют в производстве дубильных препаратов, но, очевидно, он может быть использован и в качестве жидкого удобрения.

Во избежание потерь аммиака в атмосферу аммиачная вода хранится и перевозится в закрытых сосудах.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА АММИАКА

Методы получения:

Цианамидный метод - аммиак получают азотированием карбамида кальция при 1000 оС

CaCN2+ 3H2O= CaCO3+ 2NH3-ДH

Расход электроэнергии на одну тонну азота - 10-12 тыс. квт·ч.

Контактный метод - синтез аммиака из элементов с применением катализатора:

N2+3H2 = 2NH3 - ДH ДH = - 112 КДж

Расход электроэнергии - 5-7 КВт·ч на 1 тонну азота.

Единственным реагентным источником азота на земле является практически синтетический аммиак.

В основе процесса синтеза аммиака лежит обратимая экзотермическая реакция, протекающая с уменьшением газового объема.

Равновесие этой реакции в соответствии с принципом Ле-Шателье смещается вправо с понижением температуры и повышением давления.

Равновесные концентрации аммиака в смеси азота и водорода стехиометрического состава были определены экспериментально при р= 0,98 - 98,1 МПа и t = 325 - 500 оС , а затем экстрапалированн в области более низких и более высоких температур ( таблица 1).

По полученным данным с помощью уравнения:

Кр= РNH3 / РN21/2 PH23/2

где: Кр - константа равновесия реакции;

РNH3, РN2, PH2 - парциальные давления;

были рассчитаны константы равновесия (таблица 2)

Таблица 1 - Равновесная концентрация NH3 (%) в смеси азота и водорода

ТемператураоС

Давление , Мпа

0,98

2,94

4,9

9,8

29,4

58,8

98,1

200

50,66

67,56

74,38

81,54

89,94

95,37

98,29

250

28,34

47,22

56,33

67,24

81,38

90,66

96,17

300

14,73

30,25

39,41

52,04

70,96

84,21

92,55

350

7,41

17,78

25,23

37,35

59,12

75,62

87,46

400

3,85

10,15

15,27

25,12

47,00

65,20

79,82

450

2,11

5,86

9,15

16,43

35,82

53,71

69,69

500

1,21

3,49

5,56

10,61

26,44

42,15

57,47

550

0,76

2,18

3,45

6,82

19,13

31,63

41,16

600

0,49

1,39

2,26

4,52

13,77

23,10

31,43

650

0,33

0,96

1,53

3,11

9,92

16,02

20,70

700

0,23

0,68

1,05

2,18

7,28

12,60

12,87

Таблица 2 - Константы равновесия реакции синтеза аммиака

Температура оС

Давление , МПа

0,98

2,94

4,9

9,8

29,4

58,8

98,1

200

6,4880

6,5890

6,9780

7,3680

9,1200

24,9300

103,500

250

1,6993

1,7397

1,8190

1,9291

2,4090

5,3332

20,1845

300

0,6238

0,6382

0,6654

0,6966

0,8667

1,7330

5,1340

350

0,2661

0,2699

0,2779

0,2912

0,3631

0,6529

1,7401

400

0,1282

0,1290

0,1310

0,1379

0,1717

0,2761

0,6035

450

0,0678

0,0679

0,0683

0,0724

0,0892

0,1286

0,2336

500

0,0378

0,0384

0,0384

0,0409

0,0501

0,0646

0,0978

550

0,0238

0,0234

0,0228

0,0242

0,0300

0,0347

0,0366

600

0,0152

0,0147

0,0146

0,0153

0,0190

0,0200

0,0206

650

0,0102

0,0100

0,0097

0,0102

0,0113

0,0116

0,0101

700

0,0071

0,0070

0,0066

0,0070

0,0087

0,0085

0,0052

Содержание аммиака в смеси зависит от температуры и давления.

Чем выше давление и ниже температура , тем больше равновесие сдвинуто в сторону образования аммиака. Для получения примерно 97% превращения азота и водорода в аммиак при 400 градусах необходимо применять давление выше 350 МПа с понижением температуры равновесный выход также увеличивается. Зависимость равновесного выхода аммиака от температуры и давления представлены на рисунке 1.

Рис. 1 Зависимость равновесного выхода аммиака от температуры для различных давлении

Рис. 2 Зависимость выхода аммиака от давления ( объемная скорость 30000 ч-1; t= 500оС; катализатор железный)

При 450оС и 10 МПа в равновесной газовой смеси содержится всего лишь около 16% NH3 , а при давлении 30 МПа равновесный выход уже составляет 36%. Но влияние давления на фактический выход аммиака характеризуется затухающей кривой. Поэтому применять очень высокие давления экономически не выгодно.

Выход аммиака увеличивается с уменьшением температуры при этом падает скорость процесса катализа, следовательно, общая производительность цеха. Даже при высоких температурах активационный энергетический барьер молекул азота велик и образование аммиака протекает медленно.

Для снижения энергии активации процесс синтеза ведут на твердых катализаторах при t = 400-500оС.

Каталитически на реакцию синтеза действуют многие металлы - марганец, железо, родий, рений, платина, вольфрам и другие элементы, имеющие не полностью застроенные d и f- ячейки. Наиболее высокую активность проявляют: железо, осьмий, рений и уран.

В промышленности используют железный катализатор, промотированный Al2O3, K2O, CaO и SiO2, который достаточно активен и стоек к местным перегревам. Соединения серы отравляют катализатор необратимо, а кислород и его соединения (СО) - обратимо, но очень быстро и даже в ничтожно малых концентрациях.

Механизм действия катализатора:

диффузия азота и водорода из газового объема к поверхности зерен катализатора и в его порах;

активированная адсорбция азота и водорода поверхностью катализатора;

химическое взаимодействие азота и водорода через промежуточные соединения их с катализатором; в соответствии с представлениями электронной теории катализа водород передает свои электроны катализатору, а азот воспринимает их от катализатора, восстанавливая электронное равновесие. Перегруппировка поверхностных соединений N·Кат. и Н·Кат. Проходит последовательно через низшие соединения азота с водородом: амид NH, амид NH2 , и аммиак NH3;

Десорбция аммиака и диффузия его в газовый объем.

Многочисленными исследованиями установлено, что лимитирующей стадией собственно катализа является активированная адсорбция азота, что видно из уравнения для скорости процесса синтеза аммиака , полученного для состояния, близкого к равновесию ( уравнение Темкина- Пыпсова):

где: К1и К2 - константы скорости прямой и обратной реакций соответственно;

Р - парциальные давления соответствующих газов;

б - коэффициент, изменяющийся от 0 до 1 в зависимости от степени покрытия поверхности катализатора адсорбированным азотом;

в - коэффициент, учитывающий влияние давления на константы скоростей реакций К1и К2 ;

Крайние значения коэффициента б показывают , что скорость катализа определяется скоростью адсорбции азота.

При отсутствии адсорбции азота , т.е. при б=0

идет практически обратимая реакция - диссоциация аммиака .

При полном покрытии поверхности катализатора азотом , т.е. при б = 1;

практически протекает лишь прямая реакция. В условиях производства б ? 0,5.

Зависимость константы скорости прямой и обратной реакций от температуры определяется по уравнению Аррениуса:

где: К1 и К2 - константы скорости реакции при соответствующих температурах;

Е - энергия активации КДж/моль ;

R - газовая постоянная, КДж/моль * град.

Значение энергии активации прямой реакции для двухпраиатированного железного катализатора составляет 176 КДж/моль.

Активность катализатора характеризуют при помощи константы скорости К пропорциональной К1.

При высоких давлениях константа скорости реакции становится также функцией общего давления:

Р, МПа 0,1 10 20 30 50

К/Кр 1,00 0,92 0,80 0,75 0,65

Значение константы скорости К и количество аммиака в газовой фазе связаны между собой соотношением:

где: NNH3 - молярная доля аммиака;

Vo - объемная скорость газа , приведенная к нулевому содержанию аммиака;

Объемная скорость - объем газовой смеси ( при н.у.) , проходящии через единицу объема катализатора в 1 час. Так как синтез аммиака идет с уменьшением объема, то объемную скорость условно определяют по часовому объему газовой смеси, поступающему или уходящему из контактного аппарата; часовой объем относят к единице объема катализатора.

Объемная скорость связана с , объемной скорость на входе VoI и на выходе VoII следующим соотношением:

V0 = V0I (1 - NINH3)= VoII ( 1- NIINH3);

где : NINH3- NIINH3 - молярная доля аммиака в газе на входе в аппарат и на выходе из него соответственно ;

где: N*NH3 - равновесная молярная доля аммиака в газовой фазе ;

Для приближенных расчетов пользуются формулой:

Скорость реакции синтеза зависит от объемной скорости , температуры процесса и давления в системе.

Степень достижения равновесия - отношение фактического содержания аммиака в газовой смеси к равновесному содержанию при данных условиях; выражают в долях единицы или в процентах.

Для определения времени контактирования - часовой расход газа ( объем при фактических температуре и давлении в условиях контактирования) делится на свободный объем контактной зоны.

Зависимость выхода аммиака от объемной скорости и температуры катализа при давлении 30 МПа показывает , что для каждой объемной скорости имеется оптимальная температура, которой соответствует максимальный выход аммиака, а также с увеличением объемной скорости выход аммиака уменьшается ( рис. 3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3 Зависимость выхода аммиака от температуры при различных объемных скоростях азотоводородной смеси ( Р= 30 МПа).

Между объемной скоростью и выходом аммиака существует определенная связь через производительность катализатора:

у=0,77VNNH3 ;

где: 0,77 - масса 1 м3 аммиака при нормальных условиях;

NNH3 - молярная доля аммиака в газе после катализа;

Производительность катализатора - съем аммиака (кг) с 1 м3 контактной массы в течении 1 часа.

Увеличение объемной скорости от 15000 до 120000 ч-1 т.е. в 8 раз снижает максимальный выход аммиака менее чем в два раза следовательно, увеличение объемной скорости повышает производительность катализатора (рис. 4) но приводит к уменьшению выхода аммиака за один цикл. Это характерно для многих процессов, при осуществлении которых используют циклические схемы производств.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4 Зависимость производительности катализатора от объемной скорости при различных давлениях (t=500оС).

Чем выше активность катализатора, тем выше степень достижения равновесия , тем больше объемные скорости допустимы , тем выше производительность контактного аппарата ( колонны синтеза).

Активность катализатора зависит от его состава, методов приготовления, наличие примесей в газе поступающим на синтез.

Газообразные соединения серы, окись углерода и другие вещества , являются каталитическими ядами , отравляя катализатор , снижают его активность.

Степень использования поверхности для катализатора крупностью 6-10 мм при содержании в газе 12,7% (объемных) инертных примесей для исходных газовых смесей в зависимости от условий процесса может быть рассчитана по уравнению:

h = bo + b1T + b2д + b3T2 + b4 д2 + b5T3 + b6 д3 ;

где: Т - температура, К.;

д - степень конверсии азота для исходной газовой смеси;

Р,МПа

bo

b1

b2

b3104

b4

b5108

b6

14,7

-17,54

0,0770

6,90

-1,083

-26,4

4,93

38,9

22,0

-8,21

0,0377

6,19

-0,535

-20,9

2,38

27,9

29,4

-4,68

0,0236

4,69

-0,346

-11,28

1,54

10,67

Таблица 3 - Технические требования на катализаторы СА-1 и СА-2

Показатели

СА-1 (окислен)

СА-1В (восстановлен)

СА-2

гранулированный

дробленный

гранулированный

дробленный

СА-2 (окисленный)

СА-2В (восстановленный)

Содержание не расколотых гранул ,%, не менее

Фракции 1-3 и 3-5 мм

85

-

80

-

-

-

Фракции 5-7 и 7-10 мм

75

-

70

-

-

-

Коэффициент округлости гранул , %, не менее

Фракции 1-3 и 3-5 мм

75

-

75

-

-

-

Фракции 5-7 и 7-10 мм

55

-

55

-

-

-

Содержание в %

FeO

32-38

32-88

-

-

32-38

32-38

Fe мет.

-

-

72

72

-

-

Насыпная плотность т/м3

2,0-3,0

2,5-3,0

1,5-2,4

1,8-2,4

2,5-3,0

2,5-3,0

Плотность гранул*

Пист., %/мин. не более

0,5

2,0

1,0

3,5

2,0

3,5

Празд. , Мпа не менее

40

22

44

26

22

26

ист - скорость истирания; Празд - условная прочность на раздавливание - предел прочности на сжатие.

Таблица 4 - Активность катализатора

Катализатор

Температура ,оС

Кгс0,5

к, см·ч (400оС)

к2

400

450

475

500

550

СА-1 без перегрева

15,0

19,0

20,0

20,0

15,0

2150

-

СА-2 до перегрева

15,5

20,5

20,0

19,5

15,0

2300

-

СА-2 после перегрева

13,5

16,0

17,0

17,0

13,5

1700

70

Условия испытания: Р= 29,4 МПа ; W= 30000 ч-1;N2/H2= 1/3 ; условия перегрева : Р= 29,4 Мпа ; t=700oC ; ф= 20 ч.

Таблица 4 - Физические свойства катализаторов марки СА-1 и СА-2.

Катализатор

Плотность , т/м3

Удельная поверхность ,м2

Общая пористость ,%

Порезность слоя ,%

Угол естественного откоса

Марка

Форма зерен

Истинная

Кажущаяся

Насыпная

СА-1 и СА-2

Дробленый

4,85

4,80

2,80

0,1

-

44

43

СА-1

Гранулированный

4,85

4,30

2,70

0,1

-

42

40

СА-1В и СА-2В

Дробленый

6,40

4,00

2,20

10-15

30

44

43

СА-1В

Гранулированный

6,40

3,80

2,00

10-15

30

42

40

Зависимость выхода аммиака на катализаторе типа СА-1 от температуры и давления (рис. а,б,в).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) от температуры при различных объемных скоростях (р= 29,4МПа)

б) от давления при различных температурах (W= 30000 ч-1)

Размещено на http://www.allbest.ru/

в) от температуры при различных давлениях (W = 15000 ч-1)

Зависимость выхода аммиака на катализаторе типа СА-1 от отношения

а) для различных температур ( р=29,4 МПа).

б ,в) - для различных давлений при температурах 500оС (б) и 350оС (в).

Размещено на http://www.allbest.ru/

С увеличением объемной скорости производительность возрастает , но при этом возрастает и объем непрореагировавших газов, которые необходимо возвращать в цикл , что вызывает увеличение расхода электроэнергии на транспортировку газов , их нагревание , охлаждение, увеличение размеров трубопроводов и реакционной аппаратуры.

Другим серьезным препятствием к увеличению объемной скорости является нарушение автотермичности процесса синтеза. При больших объемных скоростях газа в реакцию вступает меньшая доля азота и водорода и теплоты реакции не достаточно для поддержания необходимой температуры в колонне синтеза. Большие объемные скорости в сочетании с соблюдением оптимального температурного режима ( по кривой оптимальных температур), с применением азотоводородной смеси высокой степени чистоты и использованием активных контактных масс обеспечивают большую производительность цехов синтеза аммиака при высоких экономических показателях процесса.

Промышленные способы производства аммиака

Промышленные способы синтеза аммиака в зависимости от применяемого давления:

Системы низкого давления до 10 МПа;

Системы среднего давления до 20-30 МПа;

Системы высокого давления 75-100 МПа;

Наиболее распространены системы работающие при среднем давлении, так как при этих условиях удачно решаются вопросы выделения аммиака при достаточной скорости процесса в контактном аппарате.

В современном агрегате синтез аммиака ведут на катализаторе СА-1 при температуре 420-500оС и давлении 32 МПа; объемная скорость 25·103 ч-1; производительность контактной массы составляет 20-40 тонн/сутки. Такие условия позволяют снизить капитальные вложения, полнее утилизировать низко и высокопотенциальную теплоту процесса и следовательно снизить себестоимость продукта.

Высокопотенциальную теплоту топочных и конвертированных газов используют для получения пара высокого давления, применяемого в турбинах - приводах компрессоров и насосов высокого давления; низко потенциальную - для получения технологического пара низкого давления, подогрева воды, получения холода.

В новых системах широко применяют аппараты воздушного охлаждения , что сокращает расход воды.

Потенциальная схема синтеза аммиака под средним давлением мощностью 1360 тонн/сутки включает в себя двухступенчатую конверсию метана водяным паром , а затем кислородом атмосферного воздуха.

Схема синтеза аммиака под средним давлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Природный газ под давленим 4 МПа после отчистки от серосодержащих соединений смешивают с паром в соотношении 3,7:1 , подогревают в теплообменнике отходящими газами и направляют в трбчатый конвектор, обогреваемый сжиганием природного газа.

Конверсию метана водяным паром до образования оксида углерода и водорода проводят на никелевом катализаторе при 800-850оС.

Содержание метана в газе после первой ступени конверсии составляет 10%. Далее газ смешивают с воздухом и направляют в шахтный конвертор, где происходит конверсия всего метана кислородом воздуха при 900-1000оС и соотношением воздух: газ = 0,8:1. Из шахтного конвертора газ поступает в котел утилизатор, где получают пар при высоких параметрах ( 10МПа и 480оС) направляемый в турбины центробежных компрессора и насоса высокого давления. Из котла-утилизатора синтез-газ поступает на двухступенчатую конверсию оксида углерода - сначала в конверторе первой ступени на среднетемпературном железо-хромовом катализаторе при температуре 430-470оС , а затем на конверторе второй ступени на низкотемпературном цинко-хромовом катализаторе при 200-280оС между первой и второй ступенями конверсии установлен котел утилизатор.

Теплоту газовой смеси, выходящей из второй ступени конвертора СО , используют для регенерации моноэтанолового раствора, выходящего из скруббера очистки синтез-газ от СО2. Далее синтез-газ поступает на очистку от СО2 в скруббер, орошаемый раствором моноэтаноламина, где при 30-40оС происходит очистка газа от СО2 0,3% (об.). На выходе из адсорбера газ содержит СО и 30-40 см33 СО2.

Содержание аммиака в оборотной азотоводородной смеси при давлении 30 МПа и температуре -5оС составляет 2,5%.

Основной аппарат агрегата синтеза аммиака колонна синтеза, отвечающая требованиям ступенчатого синтеза аммиака. На рисунке №6 представлена схема четырехполочной колонны синтеза.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В верхней части колонны находится катализаторная коробка (3) , в нижней теплообменник (6) , обеспечивающий автотермичность процесса. Катализатор загружают на колосниковую решетку (5).

Для обеспечения равномерного распределения температуры в слой катализатора вводятся двойные трубы (8), выполняющие функции теплообменника. Основной газ, поступающий в колонну синтеза сверху, проходит вдоль стенок внутреннего стакана в межтрубочном пространстве теплообменника (6) и , нагреваясь , за счет теплоты процесса катализа , по центральной трубе поднимается в надкатализаторное пространство. Затем азотоводородная смесь распределяется по теплообменным трубкам, опускается вниз и поднимаясь вверх по кольцевому пространству между внутренней и внешней трубками , нагревается до температуры реакции, охлаждая контактную массу. Далее газ фильтруется через катализатор , на котором происходит синтез.

Аммиачно-азотоводородная смесь при 500оС поступает в трубное пространство теплообменника и нагревает свежую порцию азотоводородной смеси. Для регулирования температурного режима в зоне катализа предусматривается подача части газа снизу через центральную трубку, минуя теплообменные устройства.

Основные направления в развитии промышленного производства аммиака как основного продукта и сырья для синтеза азотосодержащих продуктов:

кооперирование азотной промышленности с промышленностью основного органического синтеза на базе использования природного газа и газов нефтепереработки в качестве сырья;

определение оптимальных размеров химико-технологических систем с максимальной и экономической отдачей;

снижение давления и температуры путем повышения активности катализаторов;

освоение рентабельной работы реакционных агрегатов с применением кипящего слоя катализаторов;

утилизация теплоты, выделяющейся при использовании экзотермических эффектов химико-технологических и физико-химических систем.

ЛИТЕРАТУРА

Мухленов И.П. и др. Основы химической технологии. М : Высшая школа , 1991.

Ксензенко В.И. и др. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. М: Химия, 2001.

Атрощенко В.Н. Курс технологии связанного азота . М: Химия, 1968.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Изучение влияния концентрации инертов Син и объемной скорости W (м33кат.час) на производительность катализатора синтеза.

Jкат кг/м3кат.час = f (Син)

При W=const

Jкат = f (W)

При Син = const

Исходные данные:

давление синтеза, атм. - 300

температура синтеза, оС - 500

температура вторичной конденсации, оС - +2; 0; -2; -3;

а) Сi , % об. = 0, 1, 5, 10, 15

W = const = 10000 ч-1

J = f (Син)

б) W = 15000; 20000; 25000; 30000 ч-1

Син = const

Cин = 1; 5; 10; 15%

Производительность катализатора, т.е. массу аммиака в кг., получаемого за 1 г. с 1 м3 катализатора , вычисляют по формуле:

J = 0,7708Wвых ;

где: 0,7708 - относительная плотность аммиака при нормальных условиях;

Wвых - объемная скорость на выходе из контактной массы при нормальных условиях, м33г;

г - молярная доля аммиака в газовой смеси;

Содержание аммиака в газе , поступающем в колонну синтеза, определяется условиями вторичной конденсации. При температуре вторичной конденсации -2оС и при давлении 300 атм концентрация аммиака определяется по формуле Ларсона - Блека:

Эффективное давление в колонне находим по уравнению:

Рэф1 = 300(1-0,01)2 (1-0,0299) = 288,1 ат , СNH3 =25% ;

Рэф2 = 300 (1-0,05)2 (1-0,0299) = 276,5 ат , СNH3 = 23% ;

Рэф3 = 300 (1-0,1)2 (1- 0,0299) = 261,93 ат , СNH3 = 22% ;

Рэф4 = 300 (1-0,15)2 (1-0,0299) = 247,4 ат , СNH3 = 21% ;

Поправочные коэффициенты :

25 / 26 = 0,96 ; СNH3 = 22 0,96 = 21,2% - на выходе из колонны с учетом поправочного коэффициента.

23/ 26 = 0,88 ; СNH3 = 22· 0,88 = 19,46 %

22 / 26 = 0,85 ; СNH3 = 22· 0,85 = 18,6 %

21/26 = 0,81 ; СNH3 = 22· 0,81 = 17,77 %

Производительность 1 м3 катализатора:

Зависимость производительности катализатора от концентрации инертов

Размещено на http://www.allbest.ru/

II. Определение зависимости производительности катализатора от объемной скорости при постоянной концентрации инертов:

Сi = 10%

W = 10000 ; 15000 ; 20000 ; 25000 ч-1

По формуле Волкова

CNH3 = 302· W-0,278

Поправка 0,85 при Сi = 10%

CNH3 = 302 · 10000 - 0,278 · 0,85 = 19,83%

CNH3 = 302 · 15000 - 0,278 · 0,85 = 17,72%

CNH3 = 302 · 20000 - 0,278 · 0,85 = 16,36%

CNH3 = 302 · 25000 - 0,278 · 0,85 = 15,37%

Производительность 1 м3 катализатора:

Размещено на Аllbest.ru

...

Подобные документы

  • Исследование свойств аммиака как нитрида водорода, бесцветного газа с резким запахом и изучение физико-химических основ его синтеза. Определение активности катализатора синтеза аммиака, расчет материального и теплового баланса цикла синтеза аммиака.

    курсовая работа [267,4 K], добавлен 27.07.2011

  • Характеристика исходного сырья для получения продуктов в азотной промышленности. Физико-химическое основы процеса. Характеристика целевого продукта. Технологическое оформление процесса синтеза аммиака. Охрана окружающей среды в производстве аммиака.

    курсовая работа [267,9 K], добавлен 04.01.2009

  • Сущность технологического процесса промышленного синтеза аммиака на установке 600 т/сутки. Анализ зависимости выхода аммиака от температуры, давления и времени контактирования газовой смеси. Оптимизация химико-технологического процесса синтеза аммиака.

    курсовая работа [963,0 K], добавлен 24.10.2011

  • Физические и химические свойства аммиака. Промышленный способ получения. Физиологическое действие нашатырного спирта на организм. Выбор оптимальных условий процесса синтеза аммиака. Влияние давления, температуры и катализаторов. Пассивация и регенерация.

    реферат [318,6 K], добавлен 04.11.2015

  • Сырье для производства аммиака и технологический процесс производства. Характеристика химической и принципиальной схемы производства. Методы абсорбции жидкими поглотителями. Колонна синтеза аммиака с двойными противоточными теплообменными трубками.

    контрольная работа [2,0 M], добавлен 11.12.2013

  • Основные свойства и способы получения синтетического аммиака из природного газа. Использование аммиака для производства азотной кислоты и азотсодержащих солей, мочевины, синильной кислоты. Работа реакторов идеального вытеснения и полного смешения.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 20.11.2012

  • История получения аммиака. Строение атома азота. Образование и строение молекулы аммиака, ее физико-химические свойства. Способы получения вещества. Образование иона аммония. Токсичность аммиака и его применение в промышленности. Реакция горения.

    презентация [3,9 M], добавлен 19.01.2014

  • Выделяющийся аммиак. Соли аммония. Водород в аммиаке. Образование амидов металлов. Окислительно-восстановительная реакция. Водные растворы аммиака. Сульфат аммония. Нитрат аммония. Хлорид аммония или нашатырь. Промышленные установки синтеза аммиака.

    дипломная работа [35,3 K], добавлен 14.12.2008

  • В настоящее время в промышленных масштабах азотная кислота производится исключительно из аммиака. Физико-химические основы синтеза азотной кислоты из аммиака. Общая схема азотнокислотного производства. Производство разбавленной азотной кислоты.

    контрольная работа [465,6 K], добавлен 30.03.2008

  • Характеристика способов получения аммиака. Цианамидный процесс - первый промышленный процесс, который использовался для получения аммиака. Работа современного аммиачного завода. Десульфуратор как техническое устройство по удалению серы из природного газа.

    реферат [22,1 K], добавлен 03.05.2011

  • Характеристика химического равновесия в растворах и гомогенных системах. Анализ зависимости константы равновесия от температуры и природы реагирующих веществ. Описания процесса синтеза аммиака. Фазовая диаграмма воды. Исследование принципа Ле Шателье.

    презентация [4,2 M], добавлен 23.11.2014

  • Порядок получения азота взаимодействием хлорида аммония с нитритом натрия, правила проведения данного опыта в лабораторных условиях и техника безопасности. Растворение аммиака в воде и его синтез. Варианты получения хлорида аммония. Окисление аммиака.

    лабораторная работа [15,1 K], добавлен 02.11.2009

  • Жизнь и научная работа Карла Боша и Фрица Габера. Создание промышленного способа синтеза аммиака и фиксации атмосферного азота. Деятельность ученых в период Первой мировой войны. Вручение Нобелевской премии Габеру. Современное производство аммиака.

    курсовая работа [907,4 K], добавлен 04.01.2012

  • Процесс производства аммиака. Очистка газа от двуокиси углерода. Метод низкотемпературной абсорбции метанолом. Равновесие основной реакции при различных температурах. Термодинамический анализ процесса очистки конвертированного газа от диоксида углерода.

    курсовая работа [374,1 K], добавлен 21.04.2015

  • Обоснование схемы движения материальных потоков, определение количественного состава продуктов, замер температуры и расчет теплового эффекта в зоне реакции по окислению аммиака. Изменение энергии Гиббса и анализ материально-теплового баланса процесса.

    контрольная работа [28,0 K], добавлен 22.11.2012

  • Технология синтеза аммиака. Материальный и тепловой балансы РИВ и РПС. Выбор адиабатического реактора для синтеза NH3. Расчет адиабатического коэффициента. Анализ зависимости объема реактора от начальной температуры, давления и степени превращения.

    курсовая работа [523,3 K], добавлен 22.04.2012

  • Последовательность расчета материального баланса реактора синтеза аммиака. Мольные потоки компонентов. Работа реакторов идеального вытеснения и полного смешения. Определение зависимости производительности реактора от давления и начальной концентрации.

    контрольная работа [197,0 K], добавлен 06.10.2014

  • Анализ реакции синтеза этиламина, характеристика и свойства вещества. Расчёт расходных теоретических и практических коэффициентов. Материальный баланс синтеза целевого продукта и его тепловой баланс. Порядок реакции и технологическая схема процесса.

    курсовая работа [720,2 K], добавлен 25.01.2011

  • Разработка альтернативных видов топлива и новых направлений в области переработки природного газа и других источников углерода. Технологии синтеза диметилового эфира из биомассы и синтез-газа. Особенности нетрадиционных процессов получения топлива.

    контрольная работа [227,2 K], добавлен 04.09.2010

  • Азотная кислота как важнейший продукт химической промышленности. Производство концентрированной и неконцентрированной азотных кислот. Концентрирование нитратом магния. Прямой синтез азотной кислоты из окислов азота. Катализаторы окисления аммиака.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 29.03.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.