Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ammiak-333555-1-5.docx
Скачиваний:
165
Добавлен:
12.03.2016
Размер:
612.79 Кб
Скачать

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева Кафедра общей химической технологии

Курсовая расчетная работа по теме

Материальные и тепловые расчеты процесса 2-х ступенчатой конверсии метана в производстве аммиака

Выполнил: студент группы

Проверил: преподаватель кафедры ОХТ

Дата сдачи:

Москва 2016

Задание на курсовую работу

Схема процесса

Исходные данные

  • Вариант №28 (333555);

  • Температура (Т1) – 820°С;

  • Температура (Т2) – 1020°С;

  • Производительность аммиака – 1200 т/сутки;

  • Концентрация азота в природном газе – 5,5% об;

  • Потери АВС (N2+H2) с продувочным газом –9% об.;

  • Коэффициент избытка водяного пара (n) – 4,0;

  • Давление на стадии конверсии метана – 1 ат;

  • Индивидуальное задание по п. 4 описательной части: стадия синтеза аммиака.

Химическая схема:

1-ый реактор:

СH4 + H2O = 3Н2 + СО – 206,4 кДж/моль (1)

2-ой реактор:

СH4 + H2O = 3Н2 + СО – 206,4 кДж/моль (2)

H2 + ½ O2 = H2O + 242,0 кДж/моль (3)

Задание:

а) расчетная часть:

1) Рассчитать исходные потоки всех компонентов системы;

2) Составить тепловой баланс 2-ого реактора и рассчитать степень превращения метана после первого реактора;

3) Составить материальный баланс процесса покомпонентно, результаты расчетов представить в виде таблицы.

б) описательная часть:

1) Показать схематично последовательность стадий (привести функциональную схему) производства аммиака из природного газа методом паровоздушной конверсии и дать краткое описание каждой стадии.

2) Изобразить схематично все типы химических реакторов, которые используются на различных стадиях производства аммиака с обоснованием их использования.

3) Составить структурную схему производства аммиака с указанием основных аппаратов.

4) Привести технологическую схему отдельной стадии процесса (по указанию преподавателя). Обосновать выбор технологического режима и типа реактора для реализации химического процесса.

Расчетная часть

1. Расчет исходных потоков всех компонентов системы.

По условию задания производительность установки по аммиаку– 1200 т/сутки. Тогда производительность в кг/сутки и кмоль/сутки составит:

Известно, что аммиак получается в результате реакции:

N2 + 3 H2 = 2 NH3

На образование одного объема аммиака расходуется два объема азотно-водородной смеси (далее – АВС) согласно уравнению реакции:

При продувке часть АВС теряется (потери составляют по условию задания 9% об.), тогда начальное количество АВС составляет:

Рассчитаем количество азота и водорода, необходимое для получения заданного количества АВС. Теоретически на образование 2 кмоль аммиака расходуется 3 кмоль водорода, который образуется в результате реакции:

СО + H2O = Н2 + СО2

Но данная реакция является обратимой, поэтому не идет до полного израсходования монооксида углерода. Тогда коэффициент, учитывающий неполное превращения СО в водород будет равен:

Для водорода:

Для азота:

Для монооксида углерода:

Далее рассчитаем количество исходного природного газа, воздуха и воды.

Водород и АВС образуется при конверсии природного газа (точнее, метана) согласно следующим уравнениям реакции:

СH4 + H2O =3H2 + CO

СО + H2O = Н2 + СО2

Суммарно получаем:

СH4 + H2O + СО + H2O = 3H2 + CO + Н2 + СО2

СH4 + 2H2O = 4H2 + СО2

Также необходимо учесть, что подаваемый в составе воздуха кислород расходуется полностью на сгорание образованного водорода по реакции:

O2 + 2H2 = 2H2O

Степень превращения исходного природного газа на выходе из всей системы составит 0,99·Хp, где Хp – равновесная степень превращения. Равновесная степень превращения для Т2 = 1020 + 273 = 1 293 К, давлении 1 ат (~ 0,1 МПа) и соотношении пар:газ = 4:11:

Тогда степень превращения метана после двух ступеней конверсии будет равна:

Составим систему уравнений для нахождения неизвестных величин. Азот не вступает в реакции, приходит из воздуха и природного газа.

Водород образуется при газификации метана, а также расходуется на реакцию сгорания:

Приведём систему уравнений к системе с двумя неизвестными и – исходные количества воздуха и природного газа, соответственно:

Из брутто-уравнения следует, что из одного моля CH4 образуется 4 моля H2, c учётом степени превращения:

На сгорание 1 моля кислорода расходуется два моля водорода:

Получаем систему уравнений:

Для расчёта примем, что воздух сухой, состоит только из кислорода и азота, в соотношении 0,21:0,79 об.доли, соответственно.

Выразим из уранения (1), подставим в (2):

Найдём количество метана и азота в природном газе:

Рассчитаем количество исходное количество воды:

Найдём количество кислорода и азота в воздухе:

Вода в процессе расходуется по 1 реакции и образуется по 2 реакции:

Образовавшийся диоксид углерода:

Количество метана, оставшегося после реакции:

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

  1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
  2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и на обработку персональных данных.

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Оформить еще одну заявку