Файл: Курсовая работа по дисциплине Общая химическая технология Тема Синтез аммиака в производстве аммиака.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

Пермский национальный исследовательский

политехнический университет

Кафедра Химические технологии

Факультет – химических технологий, промышленной экологии и биотехнологий

Направление – 18.03.01 Химическая технология

Кафедра – Химические технологии

Курсовая работа
по дисциплине «Общая химическая технология»
Тема: Синтез аммиака в производстве аммиака

Состав курсовой работы:

Пояснительная записка на ____стр.

Графическая часть на _____листах.

Пермь 2021

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

Пермский национальный исследовательский

политехнический университет

Кафедра Химические технологии

ЗАДАНИЕ

к курсовой работе по ОХТ студента:

Тема курсовой работы Синтез аммиака в производстве аммиака

Содержание пояснительной записки

Введение. Сжатое изложение существа работы.

1. 
   Выбор и обоснование источников сырья, энергоресурсов, географической точки строительства
   
2. 
   Выбор и обоснование способа производства.
   
3. 
   Обоснование оптимальных параметров технологического процесса.
   

4. 
   Синтез и анализ ХТС (химическая, структурная, технологическая и операторная схемы)
   

4. 
   Выбор и обоснование конструкции основного аппарата.
   
5. 
   Расчет материального и энергетического балансов. Определение расходных норм по сырью и энергии. Пути использования вторичных энергоресурсов.
   
6. 
   Экологическая оценка производства, отходы производства, их утилизация, ПДК.
   

---

Заключение и выводы.
Графическая часть должна содержать:

1. Технологическую схему производства

2. Эскиз основного аппарата
Дополнительное задание
__________________________________________________________________
Руководитель курсовой работы:

Срок защиты курсовой работы:_______________________________________
И.о. заведующий кафедрой ХТ,

к.т.н., доцент

Содержание




Введение. Сжатое изложение существа работы

Аммиак является основным промежуточным продуктом для получения огромного числа различных азотсодержащих соединений, а его синтез из водорода и азота - единственный крупномасштабный метод производства этого продукта. Поскольку соединения азота являются составной частью всех белковых соединений и всегда применялись во всех областях деятельности человека, то проблема получения соединений азота искусственным путем была актуальна долгое время.

При написании курсовой работы необходимо закрепить и расширить полученные теоретические и практические знания по дисциплине ОХТ, а так же необходимо научиться самостоятельно, работать с литературными источниками и уметь правильно обрабатывать найденную информацию по заданной теме и грамотно излагать её, объединяя с результатами собственной работы. Для достижения поставленных целей необходимо определиться с выбором источников сырья, энергоресурсов, географической точки строительства данного производства, так же выбрать наилучший способ производства, опираясь на оптимальные параметры данного технологического процесса, которые тоже необходимо рассчитать и обосновать. Так же важной задачей является подбор конструкции основного аппарата и на основе этих данных необходимо привести химическую, структурную, технологическую и операторную схемы для нашего производства. Необходимо произвести расчет материального и энергетического балансов, для определение расходных норм по сырью и энергии. В заключении ко всему этому должна быть проведена экологическая оценка производства с указанием отходов производства, их утилизации.

---

1. Выбор и обоснование источников сырья, энергоресурсов,

географической точки строительства

Для получения аммиака требуется водород и азот. Азот выделяют из атмосферного воздуха. Поскольку ресурсы атмосферного азота огромны, то сырьевая база азотной промышленности в основном определяется вторым видом сырья - топливом, применяемым для получения водорода, или водородсодержащего газа.

В настоящее время основным сырьем в производстве аммиака является природный газ. РФ располагает богатыми запасами природного газа с низкой стоимостью добычи, что снижает издержки химических предприятий на закупку газа.

Для обоснования географической точки строительства предприятия необходимо руководствоваться следующими факторами:

• 
  близость источников сырья
  
• 
  наличие квалифицированных кадров
  
• 
  наличие водных ресурсов
  
• 
  наличие энергетических ресурсов
  
• 
  наличие транспортных путей
  

Рассмотрим выполняемость этих критериев на примере «ОХК Уралхим», расположенном в Осенцовском промузле на юге города Перми. Рядом с городом проходят крупные магистральные газопроводы (легкий доступ к сырью), а в самом городе расположены крупные ВУЗы и ПТУ, осуществляющие подготовку квалифицированного персонала.

Предприятия может осуществлять забор воды из реки Кама, к нему осуществлен подвод соединительной ветви от Транссибирской магистрали (ЖД транспорт), а в нескольких километрах проходит федеральные трассы М-7 и Р-242. В Пермском районе расположена Камская ГЭС и несколько тепловых электростанций, что в полной мере обеспечивает потребности предприятия в электроэнергии.

Синтез аммиака происходит при высоком давлении и большой температуре. Именно это приводит к большим энергозатратам в производстве аммиака, что является главным недостатком.

В данном производстве используют тепловую, электрическую, механическую энергию, а также вторичные энергоресурсы.

Тепловая энергия получается за счет сжигания твердого или жидкого топлива, при производстве аммиака используют производственные вторичные энергетические ресурсы, а также потребляют дополнительное тепло, получаемое от сжигания природного газа в котле, который входит составной частью в технологическую схему.

---

Механическая энергия получается из электрической и тепловой, в данном производстве применяется для создания высокого давления.

Электрическая энергия используется для освещения доп. аппаратуры.

2. Выбор и обоснование способа производства

Производство аммиака целесообразно проводить процессом Габера.

Рассмотрим достоинства и недостатки процесса:

Достоинства:

1. 
   Практически единственный промышленный способ связывания атмосферного азота
   
2. 
   Теоретический выход продукта составляет 100% (за счет циркуляции азотоводородной смеси)
   
3. 
   Использование относительно дешевого железного катализатора
   

Недостатки:

1) Очень высокая энергоемкость процесса (3200 КВТ*ч на 1 тонну аммиака)

2) Высокие температура и давления процесса предъявляют жесткие требования к аппаратурному оформлению

Основой промышленного способа получения аммиака является одностадийная реакция, проходящая без каких-либо побочных: N₂+3H₂ ↔ NH₃

Процесс получения аммиака в промышленности состоит из следующих стадий:

1. 
   очистка водорода из природного газа
   
2. 
   получения и очистки азота из воздуха
   
3. 
   получения и очистки синтез-газа и аммиака
   

Поэтому основным сырьем для производства аммиака в промышленности являются: природные газы, состоящие в основном из метана, а так же альтернативой могут служить нефтяной, попутный и коксовый газы.

На современном производстве рентабельно проводить синтез аммиака при довольно жестких условиях: высокие давления (25– 35 МПа), высокие температуры (450–550°С) и агрессивная среда (наличие водорода). При таких условиях возможна диффузия водорода внутрь стали и ее обезуглероживание. Чтобы избежать этих явлений, необходимо защитить корпус колонны синтеза от воздействия высоких температур. Оптимальная температура синтеза аммиака непостоянна и изменяется по мере протекания реакции. В начале процесса, когда концентрация аммиака в газовой смеси невелика, процесс выгоднее вести при высоких температурах, а по мере протекания реакции температуру необходимо снижать по линии оптимальных температур. В промышленных условиях отвод тепла из зоны катализа осуществляют по-разному, применяя различные конструкции насадок. Наилучшим образом способствуют достижению оптимального температурного режима полочные насадки.

---

В колоннах с полочной насадкой существует катализаторная коробка, внутри который располагаются несколько полок с катализатором. Сначала газ проходит через зазор между корпусом высокого давления и катализаторной коробкой, предохраняя стенки колонны от воздействия высоких температур зоны катализа. Потом газ поступает в катализаторную коробку, и последовательно проходит полки, при этом охлаждаясь.

Промышленные схемы синтеза аммиака

Системысинтезааммиакавзависимостиотприменяемогодавления

азотоводородный смеси подразделяются на следующие группы:

1.Системы, работающие при низких давлениях (100-200 ат).

2.Системы, работающие при средних давлениях (280-350 ат).

3.Системы, работающие при высоких давлениях (450-1000 ат).

Установки, работающие при давлении 100 ат (10 МПа), вследствие их

сложности и малой экономичности редко применяются в промышленности.

Аммиак, получаемый на установке газообразный. При давлении 200 ат (20

МПа) во всем мире работает всего около десятка заводов. В этих системах

сжатие азотоводородной смеси осуществляется турбокомпрессорами

Каталитическую активность в процессе синтеза аммиака проявляют многие элементы периодической системы, но сравнительно высокой активностью обладают металлы VI, VII и VIII групп. Однако в промышленности нашли применение только железные плавленые промотированные катализаторы, они являются «гетерогенными», то есть они твердые и взаимодействуют с газообразными реагентами. Синтез аммиака в промышленных каталитических реакторах протекает при параметрах, меняющихся по длине зоны катализатора, таких как температура, объемная скорость, состав газа и т.д, что вызывает изменения химического состава, строения поверхности катализатора, что снижает его активность.

Железный катализатор в окисленном состоянии содержит 93% Fe3O4 cизбытком FeO 7-10% промотирующих и примесных веществ. Промоторами могут являться Al2O3, K2O, CaO и др. Активность катализатора на выходе из колонны в зависимости от температуры процесса должна быть не ниже:



Продуктом синтеза аммиака является сам аммиак. В нормальных условиях он представляет собой бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде и других растворителях, образует геми - и моногидраты. В таблице 2.1 приведены физические постоянные аммиака.

---