Производство аммиака (стр. 4 из 5)
Для поддержания в циркуляционном газе постоянного содержания инертных газов, не превышающего 10%, производится продувка газа после первичной конденсации аммиака (после сепаратора 6). Продувочные газы содержат 8-9% NН3, который выделяется при температуре - 25... -30°С в конденсационной колонне 9 и испарители 10 продувочных газов. Смесь танковых и продувочных газов после выделения аммиака используется как топливный газ.
6. Охрана окружающей среды в производстве аммиака
Крупнотоннажное производство аммиака характеризуют следующие выбросы в окружающую среду:
1) газовые, содержащие в своем составе аммиак, оксиды азота и углерода и другие примеси
2) сточные воды, состоящие из конденсата, продуктов промывки реакторов и систем охлаждения;
3) низко потенциальную теплоту.
Относительная концентрация токсичных примесей производства аммиака в виде оксида углерода и оксидов азота в отходящих газах невысока, но когда происходит восстановление оксидов азота до элементного азота, для устранения даже незначительных выбросов разрабатываются специальные мероприятия. Полное исключение токсичных выбросов возможно при использовании каталитической очистки в присутствии газа-восстановителя.
В результате воздушного охлаждения и замены поршневых компрессоров турбокомпрессорами значительно уменьшилось потребление воды на 1 т МНз, что привело к существенному снижению количества сточных вод (а в 50 раз).
Низкопотенциальную теплоту удается утилизировать повышением ее потенциала: это достигается вводом некоторого количества высокопотенциальной теплоты. Но этот путь получения механической энергии связан с увеличением загрязненности воздушного бассейна дымовыми газами. Одним из способов уменьшения выбросов и повышения эффективности производства аммиака является применение энерготехнологической схемы с парога-зовым циклом, в котором в качестве рабочей теплоты используется не только теплота водяного пара, но и продуктов сгорания топлива.
 |
колонна синтеза
теплообменники
теплообменники
сеператор первой ступени
сеператор второй ступени
сборник жидкого NH3
сепаратор
 |
колонна синтеза
Исходные данные для расчета
| Содержание NH3 газа после колонны синтеза% по объему | 15 |
| Давление газа, Мпа -в сепараторе I ступени -в сепараторе II ступени Давление газа, ат. -в сепараторе I ступени -в сепараторе II ступени | 29 31 295,72 316,0 |
| Температура газа, °С -после водяного воздушного охлаждения -после аммиачного холодильника | 30 -8 |
| Растворимость азотоводородной смеси в жидком аммиаке нм3/кг(NH3) -в сепараторе I ступени -в сепараторе II ступени | 0,087 0,0176 |
| Концентрация NH3 в танковых газах% (по объему) | 39 |
| Базис расчета, кг NH3 на выходе из танка | 3600 |
Расчет концентраций аммиака в потоке по формуле ларсена и блэка
, где 
- концентрация аммиака в потоке% (по объему)pi и Ti давление, ат. и температура, К газа
=0,883, 
=101,181=7,65%=0,0765 
=0,374 
=100,714=2,37%=0,0237 Материальный баланс
По колонне синтеза:
По азотоводороднои смеси
1)
По сепаратору I ступени:
По азотоводороднои смеси
2)
По аммиаку
3)
По сепаратору II ступени:
По азотоводородной смеси
4)
По аммиаку
5)
По танку:
По азотоводородной смеси
6)
+ 
= 
По аммиаку
7)
+ 
= 
П - расчетное количество аммиака.
b - растворимость авс в жидком аммиаке
Соответствие переменных потокам:
| Наименование потока | Усл. обозн. | Хi | Размерн. | Значение | |
| 1 | Поток, поступающий в колонну синтеза | N31 | X1 | КМОЛЬ | 1951,6 |
| 2 | Поток газа после колонны синтеза | N12 | X2 | КМОЛЬ | 1737,3 |
| 3 | Поток газа после сепаратора I ступени | N23 | X3 | КМОЛЬ | 1595,7 |
| 4 | Поток свежей азотоводородной смеси | N03 | X4 | КМОЛЬ | 432,7 |
| 5 | Поток танковых газов | N402 | X5 | КМОЛЬ | 6,609 |
| 6 | Поток жидкого NH3 после сепаратора I ступени |  | X6 | КГ | 2355,7 |
| 7 | Поток жидкого NH3 после сепаратора II ступени |  | X7 | КГ | 1289,5 |
Получаем уравнения
1) 1,0237X1-1,15X2=0
2) 0,85X2-0,9235X3-0,001281X6=0
3) 0,15X2-0,0765X3-0,0588X6=0
4) - 0,9763X1+0,9235X3+X4-0,000786X7=0
5) - 0,0237X1+0,0765X3-0,0588X7=0
6) - 0,61X5+0,001281X6+0,000786X7=0
7) - 0,39X5+0,0588X6+0,0588X7=94,12
Составим матрицу коэффициентов при Х и столбец свободных членов:
| X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | X6 | X7 | Св. члены |
| 1,0237 | -1,15 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0,85 | -0,9235 | 0 | 0 | -0,001281 | 0 | 0 |
| 0 | 0,15 | -0,0765 | 0 | 0 | -0,0588 | 0 | 0 |
| -0,9763 | 0 | 0,9235 | 1 | 0 | 0 | -0,000786 | 0 |
| -0,0237 | 0 | 0,0765 | 0 | 0 | 0 | -0,0588 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | -0,61 | 0,001281 | 0,000786 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | -0,39 | 0,0588 | 0,0588 | 211,76 |
Решаем систему уравнений матричным методом в программе Excel, умножая матрицу, обратную матрице коэффициентов но вектор свободных членов.
Заполняем таблицу потоков.
1. Расчет количеств азота и водорода в АВС.
N03=X4=432,7 кмоль
=N03×Vm=432,7×22,4 = 9692,48 м3Отношение H2: N2 =3: 1Wоб(H2) =0,75Wоб(N2) =0,25
=0,75 × 9692,48 = 7269,36 м3 
=0,25 × 9692,48 = 2423,12 м3m(H2) =
m(N2) =
Общая масса АВС
m(АВС) =m(H2) +m(N2) =649,05+3028,90=3677,95
Массовые доли азота и водорода:
Wмас(H2) =
=17,6%Wмас(N2) =
=82,4%2. Расчет количеств водорода, азота и аммиака в танковых газах.
=N402×Vm=6,609×22,4 = 148,04 м3Количество водорода и азота:
NАВС=N402(1-
) =6,609×(1-0,39) =4,031кмоль 
=NАВС×Vm=4,031×22,4 = 90,30 м3 
=0,75 × 90,30 = 67,72 м3 
=0,25 × 90,30 = 22,57 м3m(H2) =
Wмас( 
) = 
=0,16%m(N2) =
Wмас( 
) = 
=0,77%Количество аммиака в танковых газах.
NNH3=N402×
=6,609×0,39=2,577кмоль