Пароводный конвертор метана

Для СН₄ +0,5О₂→СО+2Н₂ :

∆H₂₉₈=2*∆H(СО)+2*∆H(Н₂)-0,5*∆H(О₂)- ∆H(СН₄);

∆H₂₉₈=35650 Дж.

Для С₂Н₆+3,5О₂→2СО₂ +3Н₂О:

∆H₂₉₈=2*∆H(СО₂)+3*∆H(Н₂О)-3,5*∆H(О₂)- ∆H(С₂Н₆);

∆H₂₉₈=-1427870 Дж.

_∆а*t+∆b/2*t²+∆c/3*t³+∆d/4*t⁴-∆c’/2()

∆H_t=∆H₂₉₈ +∆а(T₂-T₁)+ ∆b/2(-)+ ∆c/3(-)+∆d/4()- ∆c’();

∆H₈₅₃=-5966173327 Дж.;

∆H₁₀₉₃=-5165017059 Дж.;

∑∆H_t=-11131190386 Дж.;

Загальний прихід тепла, знаючи, що Q=-∆H:

Q_пр.= Q_фіз - ∆H₈₅₃ - ∆H₁₀₉₃;

Q_пр.= 1,99052*10¹²+5966173327+5165017059=2,00165*10¹² Дж/год.

 

 

Витрати тепла:

1.Фізичне тепло паро-газової суміші виділяється при температурі 1093К:

Q_витр.=(4339,25*72,79695+2470455*32,53711+15709,29*53,3067+2888518*32,85279+70865893*30,8852+327246,3*41,73365+509016,9*34,8497+31323,97*20,76)*1093=2,58672*10¹² Дж/год.

 

2.Тепло, яке забране обичайкою конвертора:

Q_об.= Q_витр.- Q_пр.= 2,58672*10¹² - 2,00165*10¹²=5,85069*10¹¹ Дж./год., відповідно тепло ПГС буде перераховано:

Q= Q_витр.- Q_об.= 2,58672*10¹² - 5,85069*10¹¹=2,00165*10¹² Дж./год.

Данні теплового балансу  занесені у нижче розташовану  таблицю 7.

Таблиця 7 – Тепловий баланс.

Прихід		Витрати
Речовина	Q, Дж/год.	речовина	Q, Дж/год.
ПГС	1,99052*1012	ПГС	2,00165*1012
Тепло реакцій	11131190386
всього	2,00165*1012	всього	2,00165*1012

 

 

2.3. Технологічні розрахунки

2.3.3 Розрахунки  елементів конструкції апарату.

Розрахунок опори апарату.

Умови розрахунку: розрахувати  основні розміри опори для  вертикального з циліндричним днищем апарату,який підвішаний на чотирьох лапах за наступними вихідними даними: навантаження однією лапою G=0,1Мн; матеріал корпусу апарату і лап – сталь(δ_ид.= δ_сд.=120 Мн/м²); число ребер у лапі z=2; вишипна реакція опор=0,25м; приймемо що лапи опираються на дерев’яні підкладки(g_д.=2 Мн/м²). Товщина стінки корпуса апарату S=20мм. (С_к=2мм), діаметр корпуса D=3,7м.

Розрахунок.

Приймемо відношення витісної реакції лапи до висоти ребра h=l/0.5=0.25/0.5=0.5м

Розрахункову товщину  ребра лапи при k=0.6, знайдемо за формулою:

_{, де}

G – навантаження на одну опору (Мн.);

k – коефіцієнт, який залежить від співвідношення ;

z – кількість ребер в опорі;

l – вишипна реакція опори;

=6,2мм;

Відношення l/13=0,25/13=0,192 >, тому зменшемо коефіцієнт k до 0,275, при якому по графіку співвідношення = 22. Перерахуємо

Додаємо з урахуванням  на корозію  товщину ребра  Вибираємо довжину опорної плити лапи l₁=0,23м., а товщину її s=16 мм.

Ширина опорної плити  лапи:

b’= G/ l₁* g_д.=0,1/0,23*2=0,218м.,

нехай b’=0,22м.

Ребра приварюються до корпусу  суцільним круговим швом з катетом  h_ш.=8 мм. Загальна довжина зварного шву:

L_ш.=4(h+s)-4(0,5+0,016)=2,06м.

Міцність зварного шару при  τ_сд.=80 Мн/м² перевіряємо по формулі:

G=0,1Мн<0,7 L_ш.* h_ш.* τ_сд.=0,7*2,06*0,006*80=0,925 Мн., тобто міцність шву можна вважати забезпеченим.

Прийнявши, що b=B і h=H, знайдемо моментальну напругу стискання в корпусі апарату в місті приєднання до нього лап. Спершу знайдемо значення параметрів:

β₁= B/D=0,22/3,7=0,059; β₂= H/D=0,5/3,7=0,13;

 

B/ H=0,22/0,5=0,44;

Момент від реакції  опори, який діє на лапу при розрахунковому плечі l’=0,15м.,

М_и.= G* l’=0,1*0,015 (Мн*м);

За графіком знайдемо значення коефіцієнтів К: для B/H=0,44 і ; К_м=1,02, К_к=1,06;

Параметри β для знаходження  моментів, діючих на корпус, знаходимо  по формулі:

β₂₂ = К_м *

а для знаходження кільцевих  моментів:

 

По графіку при β₂₂= і , знайдемо параметр , звідси

По графіку при =0,1058 і знайдемо параметр , звідси знайдемо :

=

Параметри для знаходження сил, діючих на корпус, знаходимо по формулі:

=_=0,099;

По графіку знаходимо  значення коефіцієнтів К: для B/H=0,44 і ; К_м=0,68,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для β_{22 і} по графіку знайдемо значення =4; Для =0,1058 і значення звідси знайдемо

 К_м

_=0,047

Загальна напруга стискання  в корпусі апарата при товщині  стінки в місці приєднання лапи знайдемо:

• в меридіальному напрямку по формулі:

+=69,223

• в кільцевому напрямку по формулі:

=+

Обидва показника напруги  менше за допустимий, тобто лапа може бути застосована без накладки – ребра приварюються до корпусу.

Розрахунок основних розмірів апарату.

Висота та діаметр робочої частини апарата розраховується за допомого програми MathCad та функції Minimize, прийнявши V_kat.=38 м³, за наступною формулою:

V(r,h) =П*r²*h;

Початкові приближення підбиралися на основі того, що співвідношення висоти і діаметра =1:1.

Отримали: h=3.6 м; D=3.6.

 

3.Охорона праці

Техніка безпеки

У виробництві аміаку використовують горючі і токсичні речовини. Горючі речовини з повітрям і киснем утворюють  вибухонебезпечні суміші, тому виробництво аміаку відноситься до категорії пожежо і вибухонебезпечних.

 Метан (і інші граничні вуглеводні) — безбарвний горючий газ без запаху. Межі взриваємості   з   повітрям 4,9—15,4 об'єми. %, з киснем — 5,1—61 об'єми. Температура самозаймання 537⁰С. У великих концентраціях надає наркотичну дію. Застосовується ізолюючий протигаз.

Водень — безбарвний, горючий газ без запаху. З повітрям і киснем утворює вибухонебезпечні суміші. Межі взриваємості з повітрям 4—75 (об’ємні  %), з киснем — 4— 94 (об’ємні %). Температура самозаймання 510 °С. Суміш Н₂—02 в об'ємному співвідношенні 2 : 1 називається гримучим газом. Токсична дія на організм практично не надає. При роботі в атмосфері з високим вмістом водню (концентрація кисню не більше 16%) застосовують ізолюючі протигази (кисневі або шлангові).

Кисень — безбарвний негорючий, але такий, що активно підтримує горіння, газ без запаху. З горючими газами, парами горючих рідин утворює вибухонебезпечні суміші. Одяг, насичений газоподібним киснем, запалав від будь-якого джерела вогню, а промаслений одяг в середовищі кисню займається. Рідкий кисень надзвичайно небезпечний, оскільки при контакті з органічними речовинами утворює вибухонебезпечні суміші.

 Оксид вуглецю —  безбарвний горючий газ без запаху; утворює стійкі з'єднання з гемоглобіном крові, при цьому кров втрачає здатність поглинати кисень, з'являється кисневе голодування, а потім задуха. Межі вибухонебезпечності з повітрям 12,5—74 об’ємн. %, з киснем—15,5—94

(об’ємні %); температура самозаймання 610°С. Для роботи в атмосфері, що містить З, застосовують протигаз, що фільтрує, мазкі З.

Аміак — безбарвний горючий газ, володіє різким запахом, токсичний, викликає гостре роздратування і набряк слизистих оболонок, задуху. При попаданні на шкіру рідкий аміак викликає опіки. Межі взриваємості з повітрям 15— 28 об’ємн.%, з киснем — 1.5—79 об’ємн.%. Температура самозаймання 650 °С. Застосовується протигаз, що фільтрує, мазкі КД або М.

Моноетаноламін — безбарвна масляниста горюча рідина із запахом аміаку. Пари аміну утворюють з повітрям і киснем вибухонебезпечні суміші, при попаданні на шкіру викликають її роздратування; небезпечне попадання етаноламінів в очі. При роботі необхідно користуватися гумовими рукавичками, фартухом і окулярами.

Застосування високого тиску  і температур збільшує можливість появи  нещільності в устаткуванні і  попадання реакційних   газів   у   виробничі   приміщення.

Більшість будівель і споруд цього виробництва по ступеню  пожежонебезпечні віднесена до категорії А, а по класифікації вибухонебезпечних приміщень і зовнішніх установок до класу В-1а і В-1г.

До роботи у виробництві  аміаку допускається спеціально підготовлений  персонал після перевірки знань  ним робочих інструкцій і інструкцій по техніці безпеки, промисловій  санітарії і протипожежним заходам. Персонал повинен уміти надати першу  допомогу при отруєннях і поразках електричним струмом. Працювати  дозволяється лише на устаткуванні, що справно діє, оснащеному правильно  відрегульованими системами КІП і автоматизації, системами сигналізації і блокування, а також всіма запобіжними пристроями.

 Не дозволяється проводити  ремонт машин і передач на  ходу, а також обтирати і змащувати  рухомі частини за відсутності  пристосувань, що забезпечують безпеку  цих операцій. Всі рухомі частини  устаткування, що обертаються, повинні  мати огорожу. Електродвигуни, машини, апарати і комунікації, на яких  можливе накопичення статичної  електрики, повинні бути заземлені.  Легкозаймисті речовини (масла, обтиральні  матеріали і ін.) повинні зберігатися  в спеціально відведених місцях, в особливій тарі і в кількостях, що не перевищують встановлені.

При роботі агрегатів розділення повітря ретельно контролюють зміст  ацетилену в повітрі, не допускається робота при його концентрації, вище допустимій. При роботі агрегатів  розділення коксового газу не допускається вміст N0 в газі більш допустимого, а також у випадку, якщо досягнутий зміст N0, що пройшов через агрегат розділення, що допускається.

Що всі працюють на установці  повинні мати протигази, що фільтрують. Ремонт комунікацій з рідким аміаком, а також наповнення залізничних  і автомобільних цистерн рідким аміаком і водним аміакоповинен проводитися персоналом, одягненим в захисні костюми, гумові чоботи і рукавички, і в протигазах.

 

4. Охорона навколишнього  середовища

Великотоннажне виготовлення аміаку характеризують такі викиди в  навколишнє середовище:

1. газові, які містять в своєму складі аміак, оксиди азоту та вуглецю та інші гази
2. стічні води, які складаються з конденсату. Продуктів промивки реакторів та систем охолодження

3. низько потенціальна кислота.

Відносна концентрація токсичних  домішок виробництва аміаку в  вигляді оксиду вуглецю та оксидів  азоту в відходящих газах невисока, але для знищення навіть незначних викидів розробляються спеціальні заходи. Повне виключення токсичних відходів можливо при використанні каталітичної очистки в присутності газу- відновника, коли відбувається відновлення оксидів азоту до елементарного азоту.

В результаті повітряного  охолодження та заміни поршневих  компресорів турбокомпресорами  значно зменшилась потрібність води на     1 т аміаку, що призвело до значного зниження кількості стічних вод (приблизно в 50 раз).

Низько потенціальну теплоту  вдається утилізувати підвищенням  її потенціалу; це досягається вводом деякої кількості високо потенціальної  теплоти. Але цей шлях отримання  механічної енергії пов’язаний з  збільшенням забрудненості повітряного  басейну димовими газами.

Одним з способів зменшення  викидів та підвищення ефективності виготовлення аміаку є застосування енергетично технологічної схеми  з паро газовим циклом, в якому  в якості робочої теплоти використовується не тільки теплота водяного пару, а  і  продуктів згорання палива.

Висновки

В проекті було показано,що АВС, яка використовується для виробництва NH₃, грає велике значення, адже аміак використовується в багатьох галузях промисловості та особливо в розвитку сільськогосподарських культур.

Розглянуті фізико-хімічні  основи процесу, вибрана та описана  технологічна схема, виконані матеріальні, теплові та технологічні розрахунки конвертора природного газу. В технологічних розрахунках були розраховані опори апарату.

 Також  розглянуті питання охорони навколишнього середовища від промислових забруднень та розроблені заходи, що дозволяють зменшити шкідливі викиди в навколишнє середовище.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список використаної літератури