Решение задачи 9.4 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

Решение задачи 9.4 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

9.4. Пользуясь изотермой адсорбции бензола (рис. 9.2), определить скорость и высоту слоя активного угля при непрерывной адсорбции парогазовой смеси с начальной концентрацией С₀ = 0,11 кг/м³, скоростьюпрохождения смеси ω = 20 м/мин и коэффициентом массоотдачи β_у = 4 c^-1. Уголь в процессе адсорбции насыщается до 80% своей статической активности. Остаточная активность угля после десорбции составляет 14,5% от первоначальной статической активности. Парогазовая смесь должна быть очищена до концентрации не более С_х = 0,01 кг/м³.

Купить эту задачу за 400 рублей онлайн

Прошу обратить внимание, что при покупке решений задач по ПАХТ на сайте

Вам в почту приходит не сам файл решения, а ссылка на файл решения, который нужно скачать по этой ссылке СНАЧАЛА НА ЖЕСТКИЙ ДИСК своего компьютера.

Открывать и просматривать решения задач нужно с жесткого диска своего компьютера.

Файл решения приходит к Вам в трёх вариантах:

1 - ссылка - это формат ПДФ.

2 - ссылка - это архив, который нужно распаковать и уже там будет решение в ворде.

3 - ссылка - это архив, который нужно распаковать и уже там будет решение в ПДФ.

Если у Вас нет опыта оплаты и получения заказа через платежную систему «Робокасса», то Вы можете посмотреть видеролик на этой странице, где эта процедура подробно рассмотрена.

Если у Вас возникли вопросы и что-то не получается

Вы всегда можете задать вопрос через форму обратной связи задать вопрос

Соединения азота играют исключительно важную роль в жизни на Земле. Азот - один из наиболее распространённых элементов в земной коре (около 0,04 %), а содержание его в воздухе составляет 78 %. Во всех индустриально развитых странах азотная промышленность в настоящее время является одной из основных отраслей.
Производству азотных удобрений и их основы - аммиака в нашей стране всегда уделялось первостепенное внимание. Среднегодовой темп прироста производства аммиака за последние 20 лет составляет 10 – 19 %. Аммиак в настоящее время является основным промежуточным продуктом для получения огромного числа различных азотосодержащих соединений. Производство азотных удобрений в мире, начиная с 1960 года, возросло в 5 раз. Азотная промышленность по темпам развития, объёмам производства продукции, размерам основного капитала, расходам на научные исследования и опытно-конструкторские разработки занимает среди других отраслей мировой промышленности одно из ведущих мест.
Березниковское ОАО «Азот» является одним из крупнейших производителей аммиака и азотных удобрений в России. Основными агрегатами являются агрегаты производства аммиака (цеха 1а, 1б), проектная годовая мощность которых составляет 450000 тонн в год для каждого.
Задача данного дипломного проекта - получение экономического эффекта от совершенствования процесса конверсии оксида углерода, являющегося одной из подготовительных стадий в производстве аммиака. В частности, совершенствуется низкотемпературный конвертор оксида углерода, производится замена катализатора. Сравнительные характеристики катализаторов низкотемпературной конверсии оксида углерода приводятся в табл.1 и в табл.2.
Анализируя данные табл. 1 и табл. 2, видно, что катализатор компании Synetix KATALCO 83-3K является наиболее эффективным, чем катализатор НТК-10-2ФМ "НИАП”. Объем загрузки катализатора KATALCO 83-3K на 30 % меньше, чем для катализатора НТК-10-2ФМ, а результаты работы во много раз эффективнее, срок службы больше в два раза, причем после четырех лет эксплуатации катализатора НТК-10-2ФМ дальнейшее его использование приводит к значительному повышению расходных коэффициентов на производство аммиака, тогда как катализатор KATALCO 83-3K после срока эксплуатации (8 лет) можно использовать еще непродолжительное время. Это можно объяснить тем, что развитию промышленности в Англии уделяется большее внимание, чем в России, катализатор KATALCO 83-3K соответствует современным требованиям НТП. Решение задачи 9.4 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

Выбранный вариант загрузки:
20 м3 катализатора KATALCO 83-3KМ (размер таблеток 3.1 х 3.1 мм) и 50 м3 катализатора KATALCO 83-3K (размер таблеток 5.2 х 3.0 мм).
Катализатор KATALCO 83-3KМ загружается поверх KATALCO 83-3K.
Преимущества данного варианта загрузки заключается в том, что таблетки меньшего размера поглощают большее количество катализаторных ядов, таким образом, увеличивается стойкость к отравлению хлором.
В результате совершенствования остаточное содержание оксида углерода после низкотемпературного конвертора оксида углерода снижается с 0,5 % до 0,155 %. Таким образом, снижение содержания оксида углерода ожидается на 0,5% - 0,155% = 0,345%. Это влечёт за собой снижение объема водорода, расходуемого на каталитическое гидрирование оксида углерода на стадии метанирования, и уменьшение потерь азотно-водородной смеси с продувками на стадии синтеза аммиака. При этом при снижении концентрации оксида углерода на 0,1% количество продувочных газов снижается примерно на 10-13 %, соответственно снижаются расходные коэффициенты по природному газу и хим. обессоленной воде.
Снижение содержания оксида углерода с 0,5% до 0,155% при годовом выпуске аммиака 450 000 тонн (1360,0 т/сутки или 56,66 т/ч) приведет к уменьшению:
объемного расхода природного газа на 2778,50 м3/ч, в т.ч.:
в трубчатую печь на технологию на 1371,23 м3/ч;
на горелки трубчатой печи на 907,27 м3/ч;
на горелки вспомогательного котла для получения пара 10,55 МПа на 500,00 м3/ч;
массового расхода водяного пара давлением 4,05 МПа на технологию на 4,14 т/ч, в т.ч.:
в трубчатую печь на 3,97 т/ч;
в шахтный конвертор метана на 0,17 т/ч.
Ожидается снижение расхода водяного пара давлением 10,55 МПа на турбину компрессора азотно-водородной смеси на 10,6 т/ч, т.к. снижаются энергетические потенциалы на компрессию природного газа, технологического воздуха, так же незначительно снижаются технологические потоки по всем направлениям. Таким образом, если расход пара давлением 10,55 МПа для турбины компрессора составлял около 295 т/ч, то после совершенствования ожидается уменьшение расхода пара до:
295 – 10,6 = 284,4 т/ч.
Пользуясь изотермой адсорбции бензола (рис. 9.2), определить скорость и высоту слоя активного угля при непрерывной адсорбции парогазовой смеси с начальной концентрацией С0 = 0,11 кг/м3, скоростьюпрохождения смеси ω = 20 м/мин и коэффициентом массоотдачи βу = 4 c-1. Уголь в процессе адсорбции насыщается до 80% своей статической активности. Остаточная активность угля после десорбции составляет 14,5% от первоначальной статической активности. Парогазовая смесь должна быть очищена до концентрации не более Сх = 0,01 кг/м3.

Соответственно снижается расход питательной химобессоленной воды для получения пара давлением 10,55 МПа на 10,6 м3/ч. Если расход питательной химобессоленной воды составлял 310 м3/ч, то после совершенствования ожидается уменьшение расхода воды до:
310 – 10,6 = 299,4 т/ч.
Все данные берутся из технической характеристики катализатора (на основе исследовательских работ и опытных данных).

Вывод: после замены катализатора степень конверсии оксида углерода увеличивается с 87,5% до 96,1%, что подтверждает, что реакция протекает полнее.
Степень конверсии оксида углерода- это отношение количества прореагировавшего оксида углерода к количеству поступившего оксида углерода.
Степень конверсии до совершенствования:

Степень конверсии после совершенствования:

Увеличение степени конверсии составит:
91,6% - 87,5% = 8,6%.
2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ, ИЗВЕСТНЫХ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ, В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЕ

Аммиак был известен древним алхимикам со времен Гебера. (VIII век н.э.), однако широкого применения не находил. Только в первой половине XIX века начинают использовать аммиак, получаемый в качестве побочного продукта на газовых заводах, а во второй половине XIX века - в некоторых коксохимических производствах.
Решение задачи 9.4 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова
Сразу же после установления К. Бертолле состава аммиака (1784 год) были сделаны первые попытки синтеза его из элементов. Однако только в 1901 году Ле Шателье впервые применил высокое давление, повышенную температуру и катализатор. В. Н. Ипатьев в 1904 году предложил аппарат для проведения каталитических реакций под высоким давлением - прототип колонны синтеза. В сентябре 1913 г. благодаря работам Ф. Габера, К. Боша и др. в Германии был пущен первый завод синтетического аммиака. Производство его в Германии в период первой мировой войны было значительно расширено. В двадцатые годы оно начинает быстро развиваться и в других странах.
В нашей стране в 1918-1919 годах академик В. Н. Ипатьев с сотрудниками провел эксперименты по получению синтетического аммиака в аппарате отечественной конструкции на различных катализаторах. В феврале 1919 года на смешанном молибдено-вольфрамовом катализаторе с примесью оксида алюминия под давлением 7,5 МПа ими был достигнут выход аммиака 6,55%.
В конце 1925 г. на Чернореченском химическом заводе им. М. И. Калинина с помощью итальянской фирмы Казале было начато строительство первого завода синтетического аммиака. 9 февраля 1928 г. впервые был получен в промышленном масштабе отечественный синтетический аммиак. Азот получали разделением воздуха.
В 1932 году вступил в строй Березниковский завод синтетического аммиака мощностью по аммиаку 30 000 тонн в год, а в 1933 году - Новомосковский азотнотуковый завод. Они были оборудованы колоннами синтеза, работающими под давлением 30 МПа, их проектная производительность составляла 25 тонн в сутки. Для производства азотно-водородной смеси был принят широко распространенный в то время в азотной промышленности метод каталитической конверсии полуводяного газа с водяным паром, предусматривалась очистка газа от диоксида углерода – отмывка водой в скрубберах под давлением 1,6 МПа и от оксида углерода - абсорбцией водными растворами комплексных медно-аммиачных солей под давлением 12 МПа. В 1933 году и 1938 году были введены в строй Горловский, Днепродзержинский и Кемеровский заводы, где разделение коксового газа проводили методом глубокого охлаждения (до -200 °С), а в 1940 г. - Чирчикский электрохимический комбинат, где водород получали при электролизе воды.
В 1940 году выработка аммиака на этих заводах составила 338000 тонн, что позволило нашей стране занять третье место в мире после Германии и Японии.
Еще в довоенный период В. А. Каржавиным и другими были проведены исследования по конверсии метана природных газов. В 1956 г. был пущен первый на базе конверсии метана коксового газа Руставский азотнотуковый завод, а с 1958 г. начат перевод все азотной промышленности страны на природный газ.
При переходе отечественной азотной промышленности на природный газ для получения азотно-водородной смеси были применены парокислородная каталитическая конверсия природного газа при низком давлении, высокотемпературная кислородная конверсия при давлении 3,0 МПа. Однако этих схемы требовали применения дорогого и энергоемкого оборудования для разделения воздуха. В связи с этим, в дальнейшем развитие азотной промышленности в нашей стране было направлено на внедрение двухступенчатого каталитического метода конверсии метана под давлением 3,0-4,0 МПа. На первой стадии проводится паровая конверсия метана в трубчатой печи, на второй – паро-воздушная конверсия в шахтном конверторе. В настоящее время этот метод является основным методом получения конвертированного газа для производства аммиака. Разработка новых, так называемых низкотемпературных, катализаторов конверсии оксида углерода позволила значительно упростить схему дальнейшей очистки синтез-газа, так как отпала необходимость применения громоздких и энергоемких методов очистки от оксида углерода (медноаммиачная, промывка жидким азотом). В последнее время были значительно усовершенствованы также методы очистки газа от диоксида углерода в результате применения новых поглотителей (горячий раствор поташа) и внедрения двухпоточной моноэтаноламиновой очистки. В качестве последней стадии очистки газа от каталитических ядов был разработан и применен метод гидрирования оксидов углерода (метанирование).
Значительным шагом в развитии азотной промышленности явилось внедрение турбоциркуляционных компрессов большой мощности с циркуляционным колесом на последней ступени, что позволило значительно снизить капиталовложения и энергетические затраты, уменьшить загрязнение азотно-водородной смеси маслом.
В настоящее время производство аммиака в России базируется главным образом на переработке природного газа.

3.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СЫРЬЯ, ЭНЕРГОРЕСУРСОВ, ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ТОЧКИ СТРОИТЕЛЬСТВА, МОЩНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА

Одним из решающих факторов технического прогресса в производстве синтетического аммиака является сырьевая и энерготехническая база производства.
Исходные вещества для синтеза аммиака - азот и водород. Сырьем для получения азота является воздух, для получения водорода - различные углеводороды, уголь и вода.
Углеводородное сырье и уголь сконцентрированы в отдельных районах страны и для добычи их требуются значительные капитальные и эксплуатационные затраты.
Для извлечения азота из воздуха и водорода из воды необходимы большие энергетические затраты. Поэтому от вида промышленного сырья и технического уровня производства зависит стоимость конечного продукта - аммиака. Пользуясь изотермой адсорбции бензола (рис. 9.2), определить скорость и высоту слоя активного угля при непрерывной адсорбции парогазовой смеси с начальной концентрацией С0 = 0,11 кг/м3, скоростьюпрохождения смеси ω = 20 м/мин и коэффициентом массоотдачи βу = 4 c-1. Уголь в процессе адсорбции насыщается до 80% своей статической активности. Остаточная активность угля после десорбции составляет 14,5% от первоначальной статической активности. Парогазовая смесь должна быть очищена до концентрации не более Сх = 0,01 кг/м3.

Наиболее экономичное сырье для синтеза аммиака - природный газ, запасы которого в нашей стране составляют 45-48% мировых запасов. Общие запасы газа на Земле оцениваются в 400 трлн.м3. Разрабатываемые (достоверные) запасы природного газа (на 1980 г.) составляют 52,5 трлн. м3, из них 26 трлн. м3 приходится на долю Российской Федерации. Наиболее богатые газовые месторождения в России находятся в Тюменской области - около 14 трлн. м3, а также в восточной Туркмении - 9,5 трлн.м3. Значительные запасы газа в Ставропольском крае, Оренбургской, Бухарской, Харьковской и других областях.
За последнее время добыча газа в нашей стране увеличилась почти в 27 раз, при этом производительность труда в газовой промышленности была в 50 раз выше, чем в угольной. В связи с этим основные мощности аммиачного производства России переведены на газовое сырье, доля которого в общем объеме производства составляет более 85%. Это обуславливает технологическую простоту переработки сырья, доступность и сравнительно низкую его стоимость.
Перевод промышленности синтеза аммиака с твердого топлива на природный газ позволил снизить себестоимость продукции на 30-35% и резко повысить производительность труда.
Изменение сырьевой и топливной базы мировой азотной промышленности за последние 50 лет показано в табл.3:
Таблица 3

Рациональное использование теплоты химических реакций позволяет организовать производство синтетического аммиака по энерготехнологической схеме с минимальным расходом энергии.
Само производство аммиака отличается большой энергоемкостью. Так, для получения 1 т аммиака необходимо затратить энергию, равную 420106 кДж. В этом процессе потенциальная энергия топлива и исходного сырья превращается в потенциальную энергию аммиака.
В связи с этим повышение энергетической эффективности производства является одним из главных показателей научно-технического прогресса. Решение этой задачи возможно при создании энергетических систем, сущность которых заключается в использовании теплоты химических реакций на различных стадиях производства и во взаимосвязи между аппаратами и машинами технологических и энергетических систем производства.
В производстве аммиака наибольшее распространение получили энерготехнологические схемы, в которых теплота реакций используется для получения пара. Такие схемы позволяют осуществить энергетическую автономность агрегата синтеза и обеспечить паром технологические стадии процесса, а также механические приводы большинства машин (компрессоров, насосов и др.)
Осуществление производства аммиака по энерготехнологической схеме позволяет резко снизить эксплуатационные затраты и расход топлива, значительно повысить производительность труда и снизить себестоимость продукции. В качестве примера можно указать, что современная аммиачная установка производительностью 1500 т аммиака в сутки использует тепловые отходы, эквивалентные паровым установкам мощностью более 400 т пара в час. Такая установка требует расхода энергии, составляющего в сутки 5,41010 кДж, что эквивалентно 1,5 млн.м3 природного газа.

Географическая точка строительства Березниковского ОАО «Азот»
Березниковское ОАО «Азот» находится на левом берегу реки Кама в 5 километрах от города Березники. Существующая площадка ОАО «Азот» с северо-запада примыкает к ограждающей дамбе водохранилища. Камское водохранилище, после его заполнения, значительно повлияло на климатическую обстановку города Березники и предприятий этого региона.
Климат стал более влажным, понизилась температура воды в реке Кама за счет большей площади зеркала водного пространства. Снизилась скорость потока воды за счет регулирования стока плотиной города Березники.
Промышленной водой завод обеспечивается от существующего водозабора, расположенного на берегу водохранилища.
Источниками хозяйственно - питьевого водоснабжения является водозаборы артезианской воды реки Усолка.
С севера предприятие граничит с Березниковским ОАО «Сода».
Непосредственно на площадке предприятия находится ТЭЦ - 4, которая до 1990 г. Входила в состав ОАО «Азот».
ОАО «Азот» находится рядом с двумя мощными транспортными магистралями: судоходная Кама и Горнозаводская железная дорога.
Река Кама является неисчерпаемым источником воды и транспортной магистралью. Удобное месторасположение завода определило место строительства производства синтетического аммиака. Комбинат располагается в непосредственной близости с сырьевой базой.
Строительство завода было начато в 1929 году, а пущено в эксплуатацию в 1932 году.

Мощность установки производства синтетического аммиака
Годовая проектная производительность установки (на 2 агрегата) составляет 900000 тонн по готовому продукту или 450000 тонн на каждый агрегат. Решение задачи 9.4 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

Фактическая выработка продукта на предприятии зависит от ритмичности работы, нагрузки и объемов сбыта готового продукта.