Файл: Однак, в цих дослідах карбамід одержати взагалі не вдалося.doc

Скачать файл (0,53Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.05.2024

Просмотров: 20

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

7 МАТЕРІАЛЬНІ РОЗРАХУНКИ ВІРОБНИЦТВА

CO₂ + 2 NH₃ = NH₂COOONH₄ + 38ккал (7.1)

NH₂COOONH₄ = H₂O + NH₂CONH₂ (7.2)

7.1Теоретичні витрати аміаку і двоокису вуглеводу на 1 т 100% - ої мочевини

m(NH3) = n ∙_MNH3 ∙m(CONH₂)₂/M_CO(NH2)2 [1 c.244]

где M_NH3 - молярна маса аміаку M_NH3 = 17 кг/кмоль

m(CONH₂)₂ – маса карбаміду m(CONH₂)₂ = 1000кг

n – стехіометричний коефіцієнт n = 2

M_CO(NH2)2– молярна маса карбаміду, M_CO(NH2)2 = 60кг/кмоль

m(NH₃)= 2 ∙17 ∙1000/60 = 566,67 кг

m(CO₂) = M_CO2 ∙m(CONH₂)₂/M_CO(NH2)2 [1 c.244]

где Μ_CO2 – молярна маса вуглекислого газу, Μ_CO2 = 44 кг/кмоль.

Отже,

m(СО₂) = 44 ∙1000/60 = 733,33 кг

7.2 Витрати на 1 т. 98% - ої мочевини

m(NH₃) = 2 ∙17 ∙1000∙0,98/60 = 555,34 кг

m(CO₂) = 44 ∙1000∙0,98/60 = 718,66 кг

7.3 В колонє сінтезу з урахуванням втрат на 1 т. готової продукції повинно вийти мочевини

980∙1,15 = 1127 кг.

На утворення цієї кількості мочевини необхідно:

m₁(NH₃) = m(NH₃) ∙1,15 = 555,34∙1,15 = 638,64 кг

m₁(CO₂) = m(CO₂) ∙1,15 = 718,66∙1,15 = 826,46 кг

7.4 Практичні витрати аміаку і вуглекислоти на 1 т. мочевини (без урахування домішок в аміаку і двуокису вуглероду)

m₂(NH₃) = m(NH₃) ∙1,15∙n∙100/M_CO(NH2)2 = 555,34∙1,15∙2∙100/60 = 2128,8 кг

m₂(CO₂) = m(CO₂) ∙1,15∙100/M_CO(NH2)2 = 718, 66∙1,15∙100/60 = 1377,43 кг

7.5 В колоні утворюється карбамата амонія

m(NH₂COOONH₄) = m₂(CO₂) ∙ M_NH2COOONH4/ M_CO2 [1 c.244]

де M_NH2COOONH4 – молярна маса карбамата амонія

M_NH2COOONH4= 78 кг/моль

m(NH₂COOONH₄) = 1377,43 ∙78/44 = 2441,8 кг

7.6 На утворення карбамату витрачається аміак

m₃(NH₃) = m(NH₂COOONH₄) ∙ n ∙ M_NH3/ M_NH2COOONH4 [1 c.245]

m₃(NH₃) = 2441,8 ∙2 ∙17/78 = 1064,37 кг

Залишається непрореагований аміак

m₂(NH3) - m₃(NH₃) = 2128,8 – 1064,4 = 1064,4 кг

7.7 Утворюється мочевина з карбамата амонія

m(CONH₂)₂ = m(NH₂COOONH₄) ∙ M_CO(NH2)2/ M_NH2COOONH4 ∙M_CO(NH2)2/100

m(CONH₂)₂ = 2441,8∙60∙60/78∙100 = 1127 кг

Залишається непрореагований карбамат амонія

m₁(NH₂COOONH₄) = m(NH₂COOONH₄) ∙ (100- M_CO(NH2)2/100) [1 c.245]

m₁(NH₂COOONH₄) = 2441,8 ∙ (100-60/100) = 976,74 кг

7.8 При перетворені карбамату амонія в мочевину по реакції (2) виділиться вода:

m(H₂О) = m(NH₂COOONH₄) ∙(М_H_2О/M_NH₂_COOONH₄) ∙(M_CO

₍_NH₂₎₂/100) [1 c.245]

m(H₂О) = 2441,8 ∙18/78 ∙600/100 = 388,09 кг

Таблиця 7.1 Зведений матеріальний баланс

Приход			Витрати
	кг/т	кг/ч		кг/т	кг/ч
Аміак	2128	22167,4	Мочевина	1127	11740
Вуглекислота	1377,43	14348,7	Карбамат амонія	976,74	10174,7
			Вода	338,09	3521,88
			Аміак надлишковий	1064,4	11087,85
	3506,23	36516,1		3506,23	36524,4

7.9 Вода,що виділилася в колоні взаємодіє з ізбитковим аміаком з утворенням гідрату амонія в кількості:

m(NH₄OH) = m(H₂О) ·M_NH₄_OH/ М_H2О [1 c.245]

m(NH₄OH) = 338,09 ·35/18 = 657,4 кг

7.10 На утворення гидрату амонія витрати аміака:

m₄(NH3) = m(NH₄OH) ·М_NH3/ M_NH4OH [1 c.245]

m₄(NH3) = 657,4 ·17/35 = 319,31 кг

Залишається надлишковий аміак:

m_изб(NH₃) = m₃(NH₃) - m₄(NH3) [1 c.245]

m_изб(NH₃) = 1064,4 – 319,31 = 745,09 кг

8 ТЕПЛОВІ РОЗРАХУНКИ

8.1Приход тепла

8.1.1 Тепло, що поступає з СО₂:

Q₁ = m₂(CO₂)·C(CO₂)·T [1 c.249]

де C(CO₂) – теплоємкість СО₂ при Т

C(CO₂) = 0,208 ккал/кг ·град; Т = 35°С

Q₁ = 1377,4 ·0,208 ·35 = 10080 ккал

8.1.2 Тепло, що поступає з рідким аміаком:

Q₂ = m₂(NH3) ·С(NH₃) ·Т [1 c.249]

де С(NH₃) – теплоємкість NH₃ при Т

С(NH₃) = 1,054 ккал/кг ·град; Т = 25 °С

Q₂ = 2128,8 ·1,054 ·25 = 56093,9 ккал

8.1.3 Тепло утворення карбамату амонія:

Q₃ = m₁(NH₂COOONH₄)/ M_NH2COOONH4 ·(q₁ – q₂) [1 c.249]

де q₁ – теплота утворення твердого карбамату амонія з газоподібних NH₃ и CO₂

q₁ = 38000 ккал/кг ·моль

q₂ – теплота плавлення карбамату

q₂ = 18 500 ккал/кг ·моль

Q₃ = 2441,8/78 ·(38000 – 18500) = 610450 ккал

8.1.4 Тепло утворення гідрату амонія

Q₄ = m(NH₄OH)/M_NH₄_OH ·q₃

[1 c.249]

де q₃ – теплота утворення гідрату амонія

q₃ = 2538 ккал/кг ·моль

Q₄ = 657,4/35 ·2538 = 47671 ккал

8.1.5 Сумарний прихід тепла

Q_пр = Q₁+ Q₂+ Q₃+ Q₄ [1 c.249]

Q_пр = 108 00+56093,9+610450+47671 = 754295 ккал

8.2 Витрати тепла

8.2.1 На утворення мочевини:

Q₁ = m(CONH₂)₂/ MCO(NH₂)₂ · q₄ [1 c.250]

де q₄ – теплота утворення мочевини

q₄ = 4400 ккал/кг ·моль

Q₁ = 1127/60 ·4400 = 74300 ккал

8.2.2 На підогрів утворенного карбамату амонія:

Q₂ = m₁(NH₂COOONH₄) · С(NH₂COOONH₄) ·(Т_к - Т_см) [1 c.250]

де С(NH₂COOONH₄) – теплоємкість карбамату амонія

С(NH₂COOONH₄) = 0,466 ккал/кг ·град

Т_к = 200 °С; Т_см = 170 °С

Q₂ = 2441,8 ·0,466 ·(200-170) = 34136,4 ккал

8.2.3 На підогрів надлишкового аміаку:

Q₃ = m_изб(NH₃) · C(NH₃) ·(Т_к - Т_см) [1 c.250]

где m_изб(NH₃) – надлишкова маса аміаку

m_изб(NH₃) = 745,09 кг

C(NH₃) – теплоємкість аміаку

C(NH₃) = 0,54 ккал/кг ·град

Q₃ = 745,09 ·0,54 ·(200 - 170) = 12070,1 ккал

8.2.4 На підогрів гідрату амонія

Q₄ = m(NH₄OH) ·(Т_к - Т_см) [1 c.250]

Q₄ = 657,4 ·(200-170) = 19722 ккал

8.2.5 На підогрів аміаку от 25 °С до 132,9 °С

Q₅ = m₂(NH₃) · С(NH₃) ·(Т* - Т) [1 c.250]

де Т* - температура утворення карбамату амонія

Т* = 132,9 °С

Т = 25 °С

Q₅ = 2128,8 ·1,054 ·(132,9 - 25) = 242101,18 ккал

8.2.6 На підогрів двуокису вуглероду от 35 °С до 132,9 °С

Q₆ = m₂(CO₂) · C(CO₂) ·(Т* - Т) [1 c.250]

де Т = 35°С

Q₆ = 1377,43·0,208·(132,9 - 35) = 28700 ккал

8.2.7 Тепло, що уходить з плавом при температурі t_x

Q₇ = m_пр·С_р· t_x [1 c.251]

С_р = 0,322 ·0,321+0,2785 ·0,466+0,0965 ·1+0,303 ·0,54 = 0,493 ккал/кг·град

Q₇ = 1725·t_x

8.2.8 Сумарні витрати тепла

Q_расх = Q₁+ Q₂+ Q₃ +Q₄+ Q₅+ Q₆ +Q₇ [1 c.251]

Q_расх = 74300+ 34136,4+12070,1+19722+242101,18+28700+1725·t_x

Q_пр = Q_расх

780501 = 411020,7+ 1725·t_x

t_x = 199°С, що співпадає з принятою температурой 200°С

Приход тепла		Витрати тепла
Стаття	ккал	Стаття	ккал
З СО2	10080	Утворення мочевини	74300
Зрідким аміаком	56093,9	Підігрів карбамату амонія	56093,9
Тепло утворення карбамату амонія	610450	На підогрів надлишкового аміаку	745,09
Тепло утворення гідрату амонія	47671	На підогрів гідрату амонія	19722
		На підогрів аміаку	242101,18
		На підогрів двуокису вуглероду	28700
		Тепло, що уходить з плавом	343275
	724249,9		724249,9

9 КОНСТРУКТИВНІ РОЗРАХУНКИ, ВИБІР ТА ОБГРУНТУВАННЯ ОСНОВНОГО УСТАТКУВАННЯ

9.1 Выбор конструкционного материала и допускаемые напряжения

Розрахунковий тиск Р = 28 МПа.

Розрахункова температура дорівнює температурі усередені апарату t = 200 °С.

В якості основного конструкційного матеріалу обираємо сталь 12ХГНМ [2 c.120], товщина листу 4 мм, для якої при 200 °С:

σ_в = 666 МПа, σ_т = 468 МПа [2c.120].

Нормативна допускаєма напруга:

σ* = min(σ_в/n_в; σ_т/n_т) [2 c.120]

де, n_в= 2,6; n_т = 1,5 – коефіцієнти запасу міцності

σ* = min(666/2,6 = 256 МПа; 468/1,5=312 МПа) = 256 МПа

Допускаєма напруга:

[σ] = ησ* = 1,0·256 = 256 МПа

η = 1,0 – поправочний коефіцієнт ураховуючий умови експлуатації.

Поправка на корозію:

С = ПТ_а=0,0001·10 = 0,001 м

де П = 0,0001 м/год – швидкість корозії

Т_а= 10 – срок службы аппарата

Тиск гідравличних випробувань

Р_ги = 1,25Р[σ]₂₀/[σ]₂₅₀ = 1,25·28·283/256 = 39 МПа

Приймаємо Р_ги= 39 МПа

при 20 °С: σ_в = 736 МПа, σ_т = 540 МПа [1c.120].

σ* = min(736/2,6 = 283 МПа; 540/1,5=360 МПа) = 283 МПа

Допускаєма напруга:

[σ] = ησ* = 1,0·283 = 283 МПа

9.1 Розрахунок товщини стінки корпусу апарату

Рисунок 9.1 – розрахункова схема колони

Розрахунковий коефіцієнт товстостіності [3 с.3]:

lnβ = p_p/[σ]φ = 28/(256·1) = 0,1 → β = 1,105

φ = 1 – коефіцієнт міцності сварного шву

Расчетная толщина стенки [3 с.3]:

s_р = 0,5D(β – 1) = 0,5·2(1,105 – 1) = 0,105 м

Виконавча товщина обечайки:

s > s_p + C = 0,315 + 0,001 = 0,106

При гідравличних випробуваннях

lnβ = p_p/[σ]φ = 39/(256·1) = 0,15 → β = 1,162

s_р = 0,5D(β – 1) = 0,5·2(1,162 – 1) = 0,162 м

s > s_p + C = 0,461 + 0,001 = 0,163 м

Приймаємо по Держстандарту 19903–74 s =180 мм,

тоді коефіцієнт товстостіності:

β = (D+2s)/(D+2C) = (2,0+2·0,18)/(2,0+ 2·0,001) = 1,179

Робочий тиск,що допускається [3 с.3]:

[p] = [σ]φlnβ = 256·1,0·ln1,179 =42,24 МПа

Умови р < [p] виконується.

Приймаємо товщину внутрішньої обечайки 20 мм.