Синтез аммиака

 
 
 
 

      Расчет теплового  баланса приведен в приложении 3, результаты расчета представлены в таблице 4.3.

      Таблица 4.3 – Тепловой баланс реактора

 
 
 
 
 
 
 

      5 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ  РАЗМЕРОВ 

      5.1 РАСЧЕТ ОБЪЕМА  КАТАЛИЗАТОРА 

            Расчет объема катализатора приведен в приложении 2, результаты расчета представлены в таблице 5.1.

      Таблица 5.1 – Объем  катализатора в колонне

 

      5.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА  ОБОРУДОВАНИЯ 

      В проекте будет  использовано стандартное оборудование [5].

      Внутренний теплообменник  имеет следующие характеристики:

1. Внутренний диаметр равен 1,49 м;
2. Количество трубок – 2410 штук;
3. Диаметр трубок 16×2 мм.

      Колонна синтеза  имеет следующие размеры:

1. внутренний диаметр катализаторной зоны равен 2,2 м;
2. наружный диаметр центральной трубы равен 0,29 м;
3. наружный диаметр гильз для термопар равен 0,0065 м, количество гильз равно четырем.

      Свободное сечение  катализаторной коробки равно 1,23 м² [5]. 
 

5.3 РАСЧЕТ  ВЫСОТЫ КОЛОННЫ 

      Высота колонны  синтеза вычисляется по формуле [5]:

      Н = Н_В + Н_Т + Н₁ + Н_К1 + Н_К2 + Н_К3 + Н_К4 + 3Н_С + Н_Н,

      где Н_В – высота верхней части колонны, Н_В = 1800 мм;

      Н_Т – длина теплообменника;

      Н₁ – расстояние между первой полкой и теплообменником, Н₁ = 750 мм;

      Н_К1 – высота первого слоя катализатора;

      Н_К2 – высота второго слоя катализатора;

      Н_К3 – высота третьего слоя катализатора;

      Н_К4 – высота четвертого слоя катализатора;

      Н_С – расстояние  между слоями катализатора, Н_С = 1200 мм;

      Н_Н – высота нижней части колонны, Н_Н = 5200 мм.

            Расчет длины трубок теплообменника приведен в приложении 3. По расчету длина трубок внутреннего  теплообменника Н_Т составляет 2213 мм.

            Расчет высоты слоя катализатора приведен в приложении 3. Высота слоя катализатора равна:

      Н_К1 = 2303 мм;

      Н_К2 = 2589 мм;

      Н_К3 = 3311 мм;

      Н_К4 = 4218 мм.

            Таким образом, высота всей колонны будет равна:

      Н=1800 + 2213 + 750 + 2303 + 2589 + 3311 + 4218 + 3∙1200 + 5200 = 25234 мм  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      5.4 РАСЧЕТ ДИАМЕТРА  ШТУЦЕРОВ

            Диаметр трубопровода можно найти из уравнения  расхода  синтез-газа, которое имеет следующий вид [6]

      

,

      где V – расход газовой смеси, кг/с;

      S – площадь поперечного сечения трубы;

      ω – линейная скорость газа,  ω = 26 м/с.

      

,

      где ρ – плотность  газовой смеси при рабочих  условиях, кг/м³,

      

,

      где Т₀ – нормальная температура, Т₀ = 273 К;

      Р – рабочее давление, Р = 35∙10⁶ Па;

      Т – рабочая температура, Т = 763 К;

      Р₀ – нормальное давление, Р₀ = 101325 Па;

      М – молярная масса  смеси, кг/кмоль.

    М = МН₂ ∙NH₂ + МN₂ ∙NN₂ + МNН₃ ∙NNH₃ + МAr ∙NAr + МCН₄ ∙NCH₄ =

      = 2 ∙0.6748+ 28 ∙0.2244 + 17∙0.03078+ 40 ∙0.0307 + 16 ∙0.0393 = 10,013.

      

      

,

      где D – диаметр трубопровода, м.

      Диаметр трубопровода равен: 

      

      Диаметр трубопровода на выходе основного потока равен:

      

м.

            Принимаем стандартный  диаметр штуцера 200 мм.

            Диаметр трубопровода на выходе байпасного потока равен:

      

м.

      Принимаем стандартный  диаметр штуцера 200 мм.

            Диаметр трубопровода на выходе газового потока равен:

      

      Принимаем стандартный  диаметр штуцера 250 мм. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      6 РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО  СОПРОТИВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРНОГО СЛОЯ 

      Гидравлическое  сопротивление катализаторного слоя рассчитывается по формуле [4]

      

.

      где Н_К – высота слоя катализатора (м), равная:

      Н_К = Н_К1 + Н_К2 + Н_К3 + Н_К4 = 2,303+2,589+3,311+4,218 = 12,33 м

      ΔР1 – гидравлическое сопротивление 1 м катализатора, Па:

      

,

      где υ – линейная скорость газа в колонне, м/с:

      

,

      где                              м²

      ρ – плотность газа, равная 55,26 кг/м3;

      G – расход газовой смеси, равный 244,12 т/ч:

      S – площадь сечения катализатора, равная 1,23 м²;

      d – средний размер зерен катализатора, равный 5 мм;

      m – свободный объем насадки, равный 0,3 м³/м³ ;

      μ – динамическая вязкость, Па∙с [7].

      

  ,

      отсюда 

            Таким образом,

            Значит  Па.

      7 ЭКСПЛУАТАЦИЯ АППАРАТА 

      Загрузка катализатора в колонну осуществляется через  люки расположенные в верхней части колонны и перед каждой полкой.

      Восстановление катализатора СА – 1 в колонне синтеза проводят обычно чистым синтез-газом с минимально возможным содержанием кислородсодержащих ядов. Расход подаваемого газа-восста- 
новителя должен обеспечить требуемую скорость отвода образующейся в процессе восстановления влаги во избежание дезактивации, 
свежесформированного катализатора. 

       Поскольку реакция  восстановления катализатора является эндотермической и протекает при высоких температурах, для ее проведения необходимо подводить тепло от внешнего источника. Разогрев газа-восстановителя ведут при помощи электроподогревателя, установленного в колонне, или в выносном газовом подогревателе, в горелках которого сжигают природный газ.