Практическая работа 5

Тема: Расчет материального баланса колонны синтеза аммиака.

Цель: Научиться составлять и рассчитывать материальный баланс колонны синтеза аммиака.

Теоретические основы

     Синтез аммиака протекает по уравнению

N₂ + 3H₂ 2NH₃ + Q 

     Необходимый для синтеза аммиака азот получают из воздуха или используют азото-водородную смесь с установок паро-кислородной конверсии метана. Синтез аммиака является обратимым процессом, протекает с уменьшением объема и выделением тепла. Для сдвига равновесия реакции в сторону образования аммиака необходимо повышать давление и понижать температуру. Процесс проводят в присутствии катализаторов (железа, вольфрама, марганца, платины и др.) при 400⁰С и выше.

     Промышленные установки синтеза аммиака работают при различных давлениях. В зависимости от используемого давления различают системы низкого – 10 МПа, среднего – 20-55 МПа и высокого – 60-100 МПа давления.

     На всех установках образующийся при синтезе аммиак выделяют охлаждением газа. При этом газообразный аммиак переходит в жидкое состояние. Температура, до которой нужно охладить газ для сжижения аммиака, зависит от давления. Чем ниже давление, тем более низкая температура требуется для выделения аммиака.

     Наибольшее распространение получили установки среднего давления, на которых эффективно осуществляется процесс выделения аммиака, достигается высокая скорость синтеза.

Рисунок 5.1 Технологическая схема получения аммиака при среднем давлении

      Азото-водородная смесь проходит через конденсационную колонну 6, откуда подается сверху вниз в колонну синтеза 2. Теплота реакции отводится за счет котла-утилизатора 1, через который при температуре 400⁰С проходит азото-водородо-аммиачная смесь, охлаждается и возвращается в колонну синтеза. В теплообменнике, смонтированном внутри колонны, смесь охлаждается до 90-100⁰С и поступает в водяной холодильник 3, а затем в сепаратор 4. В водяном холодильнике при 30 МПа конденсируется только часть аммиака. Газ турбокомпрессором 5 подается в конденсационную колонну 6, часть аммиака из колонны циркулирует через аммиачный холодильник 7, в котором охлаждается и возвращается в конденсационную колонну, что способствует лучшему выделению аммиака из газовой смеси. Жидкий аммиак из сепаратора и с низа конденсационной колонны поступает на склад.

Задание

Составить и рассчитать материальный баланс колонны синтеза аммиака.

Варианты заданий

Порядок выполнения работы

Таблица 5.1 – Материальный баланс колонны синтеза аммиака

Вывод о проделанной работе

Контрольные вопросы:

1. Что используют в качестве сырья для производства аммиака?

2. Какие катализаторы используют в производстве аммиака?

3. Какие существуют промышленные установки синтеза аммиака?

4. Каким способом на установках выделяют образующийся при синтезе аммиак?

5. Расскажите технологическую схему получения аммиака при среднем давлении.