Получение синтез газа

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Февраля 2012 в 13:37, курсовая работа

Краткое описание

Мета роботи: розглянути та порівняти конвертори природного газу для отримання АВС, яка надалі експлуатується для синтезу аміаку. Також порівняти технологічні схеми виробництва і розрахувати конвертор другої ступені .

Содержание работы

Вступ ……………………………….………………...….………….…4
1. Загальна частина……………………………………….………....….……5
1.1 Характеристика вихідних матеріалів та готової продукції…………….4
1.2 Аналітичний огляд літератури……….…………….....................…….....7
1.2.1. Фізико-хімічні основи виробництва продукції………..……..….. 9
1.2.2. Порівняльний аналіз існуючих варіантів технологічних схем………………………………………………………………………...13
1.2.3. Порівняльний аналіз існуючих варіантів конструкцій апарата, що проектується..……..…………………………………………...………......27
1.3. Обґрунтування вибору конструкції апарата, що проектується…....31
1.4. Норми технологічного режиму…………………………….…..………..33
2. Спеціальна частина………………………………………………………...33
2.1. Матеріальні розрахунки…...…………………………...…………....33
2.2. Теплові розрахунки…………………………….…..………………..39
2.3. Технологічні розрахунки…………………………………………….43
2.3.1. Розрахунки елементів конструкції………………………....39
3. Охорона праці…………………………………………………..….….....…47
4. Охорона навколишнього середовища……………………………….....…49
5. Висновки………………...………………………………………..…….…..51
6. Список рекомендованої літератури……………………………..………52

Содержимое работы - 1 файл

Курсовая робота(ПЗ).docx

— 648.33 Кб (Скачать файл)

Можна зробити висновок, що  апарат, який зображений на рисунку 5 в даній технологічній схемі буде найбільш ефективним. Апарат має широке використання в агрегатах синтезу аміаку. Каталізатори які використовуються в апараті мають велику ефективність і порівняну дешевизну.

 


1.4. Норми технологічного  режиму.

  1. Температура парогазової суміші ( у кільцевому просторі) – 1100 К;
  2. Температура газу на виході із шахтного реактора – не більше 1300 К;
  3. Загальний опір апарату при проектному навантаженні  - не більше 0,1 МПа;
  4. Склад синтез-газу(%): H2 - 61.7; CO – 0.5; CO2 - 17.4; N2+ Ar – 20.1; CH4 – 0.3.
  5. Склад природного газу, який відповідає Ставропільському родовищу(%): CH4 – 97,6; CO2 – 0,5; N2 – 1,5; C2H6 – 0.25; C3H8 – 0.15;

 

2. Спеціальна частина.

2.1. Матеріальні  розрахунки.

Прихід:

Продуктивність конвертора Vк= 12500м3/год. Маємо склад природного газу з якого розрахуємо кожен його компонент:

9V(CH4)= Vк * ССН4=12500*0,96=12000м3/год.

V(СО2)= VкСО2=12500*0,025=312.5м3/год.

V(С2Н6)= VкС2Н6=12500*0,012=150м3/год.

V(N2)= Vк*CN2=12500*0.003=37.5м3/год.

За формулою m=V*Mr/ 22.4 знайдемо масу речовини:

m(CH4)=8571.429 кг/год.

m(СО2)= 613.839 кг/год.

m(С2Н6)= 187.5 кг/год.

m(N2)= 37.5 кг/год.

Об’єм парів води,  які приходять з трубчатої печі, знайдемо по заданому об’ємному співвідношенню водяної пари і газу на вході в конвертор 1,05:1, тобто пару приходить на 5% більше від об’єму газу, що в перерахунку буде мати вигляд:

Знайдемо 5% від заданого об’єму газу за пропорцією:

V5%= Vг*5/100= 12500*5/100=625м3/год.

V(Н2О)= V5%+Vг=12500+625=13125м3/год.

m(Н2О)пр.= V(Н2О)*Mr(Н2О)/22.4=10546.875 кг/год.

Знайдемо об’єм повітря, яке поступає в конвертор за співвідношенням  пар:повітря = 0,1:1:

Vпов.= V(Н2О)*10=131250м3/год.

 Повітря в своєму складі має наступні компоненти об’ємні долі:

    • О2 (20,99%);
    • Ar (0.99%);
    • N2 (78,05%);


    • СО2 ( 0,03%)

Звідси знаходимо об’єм  кожного компонента:

V(О2)= VповО2=131250*20,99=2754937.3/год.

V(Ar)= VповAr=131250*0.99=129937.5м3/год.

V(N2)= VповN2=131250*78,05=10244062.5м3/год.

V(СО2)= VповCO2=131250*0.03=3937.5м3/год.

Відповідно масу кожного  компонента знайдемо за формулою   V*Mr/ 22.4 :

m(О2)пр.= 2754937.5*32/22,4=3935625 кг/год.

m(Ar)= 129937.5*40/22,4=232031.25 кг/год.

m(N2)= 10244062.5*28/22,4=12805078.1 кг/год.

m(СО2)= 3937.5*44/22,4=7805.089 кг/год.

Знайдемо кількість Н2 і СО, яке прийшло із трубчатої печі, знаючи що з печі приходить 10% СН4 за реакцією: СН4 2О→СО+3Н2.

Враховуючи стехіометрію реакції:

V(СО)= V(CH4)*9=108000м3/год.,135000 або кг/год.

V(Н2)= V(CH4)*9*3=324000м3/год., або m(Н2)=260517.857 кг/год., де 3- коефіцієнт при Н2.

Витрати:


Знаючи ступінь конверсії  метану – 98.5, знайдемо кількість не проредагованого метану:

V(2)(CH4)=V(CH4) - V(CH4)*0.985=180м3/год.

Масу СО знайдемо за реакцією, знаючи співвідношення метану і окису  вуглецю: 1:1.

m(2)(CO)=m(CH4)*Mr(CO)/Mr(CH4)= 8571.429*28/16=15000 кг/год.

Знайдемо загальну кількість  витрати СО за формулою:

m(3)(CO) =m(2)(CO)+ m(CO)= 15000+135000 кг/год.

V(3)(CO)= m(3)(CO)*22,4/ Mr(CO)= 120000м3/год.

m об.2)= m(Н2)+ m(1)2)

m(1)2)= m(CH4)*2Mr(Н2)/ Mr(CH4)=19285.715 кг/год.

m(Н2)об.=19285.715 +260517.857=279803.572 кг/год.

V(Н2)об.=12654,62371 нм3/год.

Знайдемо кількість О2:

m(О2)= m(О2)пр.-m(О2)(2);

m(О2)(2)= m(О2)(3)+m(О2)(4);

m(О2)(3) знайдемо по реакції:С2Н6+3,5О2→2СО2+3Н2О. Співвідношення С2Н6 і О2 = 1:3,5. Звідси знайдемо:

m(О2)(3)= [m(С2Н6)*Mr(О2)/ Mr(С2Н6)]*3.5=700кг/год.

m(О2)(4) знайдемо за реакцією: СН4 +0,5О2→СО+2Н2; враховуючи те що метан прореагував не повністю: mр(СН4)=4628,57-69,428

m(О2)(4)= [mр(СН4)*Mr(О2)/ Mr(СН4)]/2 = 4559.142 кг/год.


m(О2)(2)= 700+4559.142=5259.142 кг/год.

m(О2) = 3935625-5259.142=3930365.858 кг/год.

m(СО2)= m(СО2)пр.+ m(СО2)(2);

m(СО2)(2) знайдемо по реакції С2Н6+3,5О2→2СО2 +3Н2О за співвідношенням


С2Н6 і СО2 = 1:2.

m(СО2)(2)= [m(С2Н6)* Mr(СО2)/ Mr(С2Н6)]*2 = 600 кг/год.

m(Н2О)= m(Н2О)(1)+ m(Н2О)пр.;

За співвідношенням С2Н6 і Н2О = 1:3 знайдемо:

m(Н2О)(1)= [m(С2Н6)*Mr(Н2О)/ Mr(С2Н6)]*3=337.5 кг/год.

m(Н2О)= 337.5+10546.875=10884.375 кг/год.

V(Н2О)=7330.316

Азот, який прийшов з газом та повітрям і аргон який прийшов з повітрям:

m(N2)=12805078.1 кг/год.

m(Ar)=232031.25 кг/год.

Матеріальний баланс конвертора природного газу, який нижче зображений у таблиці 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 4 – Матеріальний баланс.

Прихід

Витрати

Компонент.

m (кг/год.)

V м3/год.

Молі 

Компонент

m (кг/год.)

V м3/год.

 

CH4

8571.429

12000

 

CH4

69,428

180

 

СО2

331,47

168,75

 

СО2

8405.09

3937.5

 

С2Н6

187.5

150

 

N2

12805078.1

10244062.5

 

N2

46.875

37.5

 

Н2О

10884.375

7330,316

 

Н2О

10546.875

13125

 

Ar

232031.25

129937.5

 

Повітря:

131250

 

Н2

279803.572

12654,6237

 

О2(20,99%)

3935625

2754937.5

 

СО

8405.089

64702,792

 

Ar(0,99%)

232031.25

129937.5

 

О2

3930365.858

2754937.5

 

СО2(0,03%)

7805.089

3937.5

         

Н2

260517.857

324000

         

СО

13500

108000

         

∑ =4461358.006

 

∑ =4461358.006

 

 

2.2. Теплові розрахунки.

Для розрахунку приймемо наступні данні, які зазначені у таблиці 5:

Таблиця 5 – Константи речовин.

Комп.

a

b

с

d

c’

∆H, Дж

C853

C1093

CH4

17,45

0,06046

-1.117*106

-7.2*10-9

 

-74850

63,74096

72,79695

С2Н6

4,494

0,18226

-7.486*105

1.08*10-8

 

-84670

112,196

128,3749

N2

27,87

0,00427

       

31,51231

32,53711

СО2

44,14

0,00904

   

-853*103

-393510

50,67879

53,3067

СО

28,41

0,0041

   

-46000

-110500

31,84408

32,85279

Н2

27,28

0,00326

   

50200

0

30,12977

30,8852

Н2О

30

0,01071

   

33000

-241840

39,18098

41,73365

О2

31,46

0,00339

   

-377000

0

33,83353

34,8497

Ar

           

20,76

20,76


 

Прихід тепла:

Для знаходження фізичного  тепла приходу і витрат розрахуємо молі речовин за формулою: n=; Данні занесемо до нижче вказаної таблиці 6.

Таблиця 6 – Молі речовин.

Компонент

Молі приходу

Молі витрат

CH4

289285,625

4339,25

С2Н6

3613,33333

--------

N2

2470454,77

2470455

СО2

8482,62784

15709,29

СО

2603571,43

2888518

Н2

70296000

70865893

Н2О

316406,25

327246,3

О2

664136,719

509016,9

Ar

31324,2175

31323,97


 

1.Фізичне тепло парогазової суміші, що поступило знайдемо за формулою:

Q=∑nicit, де

ni - мольна доля речовини;

ci – теплоємність компонента при t. (Дж/моль*К);

t – температура;

Qфіз.=(289285,625*63,74096+3613,33333*112,196+2470454,77*31,51231+8482,62784*50,67879+2603571,43*31,84408+70296000*30,12977+316406,25*39,18098+664136,719*33,83353+31324,2175*20,76)*853=1,99052*1012

Дж/год.

2. Для знаходження теплоти реакцій, знайдемо ∆Ср, використовуючи коефіцієнти реакцій, які зазначені у таблиці 6. За формулою знайдемо:

∆Ср=∆а+∆bt+∆ct2+∆dt3+∆c’(;

Для реакції СН4 +0,5О2→СО+2Н2, знайдемо коефіцієнти:

∆а=28,41+2*27,28-0,5*31,46-17,45=49,79;

∆b=0,0041+2*0,00326-0,5*0,00339-0,06046=-0,51535;

∆c=0,000001117;

∆d=7,2*10-9;


∆c’=242900;

Для реакції С2Н6+3,5О2→2СО2 +3Н2О, знайдемо коефіцієнти:

∆а=2*44,14+3*30-3,5*31,46-4,494=63,676;

∆b=-0,143915; ∆c=0,00007486; ∆d=1,08*10-8; ∆c’=-287500, звідси

Для першої реакції:

∆Ср=49,79+(-0,51535)*t+0,000001117*t2+7,2*10-9* t3+242900(;

Для другої реакції:

∆Ср=63,676+(-0,143915)*t+0,00007486*t2+1,08*10-8*t3+(-287500)(;

Знайдемо стандартні теплоти реакції, використовуючи значення ∆H з таблиці 5:

Информация о работе Получение синтез газа