Курсовая работа (т): Проект отделения очистки конвертированного газа от оксидов углерода

.1 Материальный баланс абсорбера

Исходные данные для расчета принимаем в соответствии с регламентом цеха аммиак-3.

Количество конвертированного газа - 230000 м3/ч

Состав газа в % об.:

Н2 - 61,89; N2 - 20,18; СО2 - 17,04; СН4 - 0,27; СО - 0,31; Ar - 0,31

Содержание диоксида углерода в очищенном газе - 0,005 % (об.)

Концентрация раствора МДЭА - 40 %.

Температура газа: на входе в абсорбер - 50 °С

на выходе из абсорбера - 70 °С

Температура раствора МДЭА: на входе в абсорбер - 50 °С

на выходе из абсорбера - 68 оС

Определяем количество и состав поступающего конвертированного газа по формулам:

,

где V - объемный расход газовой смеси, м3/ч;i - объемный расход компонента газовой смеси, м3/ч;

mi - массовый расход компонентагазовой смеси, м3/ч;i - объемная концентрация компонента газовой смеси, % об.;

Мi - мольная масса компонента газовой смеси, кг/кмоль.

Результаты расчета сведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 Состав технологического газа, покидающего абсорбер

Определяем количество поглощенного диоксида углерода. Для этого составляем баланс по диоксиду углерода, учитывая, что содержание диоксида углерода в очищенном газе составляет 0,005 %:

=11,5-0,00005Vпогл.СО2 + Vпогл.СО2

,5 = 0,99995Vпогл.СО2погл.СО2 = 39180,5/0,99995 = 39182,5 м3/ч

Количество диоксида углерода в уходящем конвертированном газе

,29 - 76961,7 = 22,59 кг/ч

Определение расхода раствора МДЭА для поглощения 39182,5 м3/ч диоксида углерода.

Поглотительная способность раствора, выраженная отношением моль СО2 на моль амина, называется также степенью карбонизации.

Принимаем поглотительную способность МДЭА:

на выходе - 0,5 кмоль СО2/кмоль МДЭА

на входе - 0,1 кмоль СО2/кмоль МДЭА

Тогда средняя степень карбонизации составит:

,5 - 0,1 = 0,4 кмоль СО2/кмоль МДЭА

Находим необходимое количество кмоль МДЭА для поглощения

,5 м3/ч диоксида углерода:

,4 кмоль СО2 ------ 1 кмоль МДЭА

,7 /44 кмоль СО2 ----- х кмоль МДЭА

Мольная масса МДЭА - 119 кг/кмоль, тогда масса 100 %-ного раствора МДЭА равна:МДЭА(100 %) = 119·4373 = 520387 кг/ч

Количество 40 %-ного раствора МДЭА:МДЭА(40 %) = 520387·100/40 = 1300967,5 кг/ч

Количество насыщенного раствора МДЭА будет равно:

,7 + 1300967,5 = 1377929,2 кг/ч

Результаты расчетов сводим в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 Сводная таблица материального баланса абсорбера

5.2 Тепловой баланс абсорбера

Исходные данные:

Температура поступающего газа - 50 °С

Температура раствора МДЭА - 50 °С

Температура газа на выходе - 70 °С

Температура раствора МДЭА - 68 °С

Количество конвертированного газа и раствора МДЭА, в соответствии с таблицей 5.2 материального баланса абсорбера, равны 150319,38 кг/ч и

,6 кг/ч соответственно.

Количество тепла, которое подводится в абсорбер для поглощения диоксида углерода СО2 раствором МДЭА, определяется из уравнения теплового баланса абсорбера:

к.г + QМДЭА - Qр = Q'к.г + Q'МДЭА + Qпот.

где левая часть уравнения соответствует приходу тепла:к.г - тепло приносимое конвертированным газом, кВт;МДЭА - тепло, приносимое раствором МДЭА, кВт;р - тепло, затрачиваемое на растворение диоксида в растворе МДЭА, кВт.

Правая часть уравнения соответствует расходу тепла:'к.г - тепло, уносимое очищенным конвертированным газом, кВт;'МДЭА - тепло, уносимое раствором МДЭА, кВт;пот. - тепловые потери, кВт.

Тепло, вносимое конвертированным газом рассчитывается по формуле:

к.г = mк.гск.гtн(к.г)

где mк.г - масса конвертированного газа, кг/с;

ск.г - удельная теплоемкость конвертированного газа, кДж/(кг·К);н(к.г) - температура конвертированного газа на входе в абсорбер, °С.

Для газовых смесей удельная теплоемкость рассчитывается по формуле

Удельную теплоемкость компонентов конвертированного газа находим по [20], при температуре 50 °С:

 = 14,33 кДж/(кг·К);  = 0,865 кДж/(кг·К);  = 1,043 кДж/(кг·К);

 = 1,041 кДж/(кг·К);  = 2,31 кДж/(кг·К)  = 0,725 кДж/(кг·К);

к.г = (150319,38/3600)·2,076·50 = 4334,21 кВт

Тепло, приносимое раствором МДЭА рассчитывается по формуле:

МДЭА = mМДЭА· сМДЭА ·tн(МДЭА)

где mМДЭА - 1300967,6 кг/ч - количество раствора МДЭА, поступающего на абсорбцию;

сМДЭА-3,717 кДж/(кг·К) - удельная теплоемкость раствора МДЭА при начальной температуре tн(МДЭА) = 50°С [20].МДЭА = (1300967,6/3600)·3,717·50 = 67162,45 кВт

Тепло, выделяющееся при абсорбции диоксида углерода раствором МДЭА рассчитывается по формуле:

р = mСО2·q

где mСО2 - 76961,7 кг/ч - количество поглощенного диоксида углерода;= 1516,78 кДж/кг СО2 -теплота растворения диоксида углерода в растворе МДЭА [20].р = (76961,7 /3600)·1516,78 = 32426,1 кВт

Общий приход тепла:прих = 4334,21+67162,45+32426,1=103922,76 кВт

Тепло, уносимое очищенным конвертированным газом:

'к.г = m'к.г ·с'к.г ·tк(к.г)

где m'к.г - 73357,68 кг/ч - масса конвертированного газа, уходящего из абсорбера, согласно таблицы 5.2 материального баланса абсорбера;

с'к.г - удельная теплоемкость уходящего конвертированного газа при температуре газа на выходе из абсорбера tк(к.г) = 70 °С, кДж/(кг·К).

Удельную теплоемкость компонентов конвертированного газа находим по [20], при температуре 70°С:

 = 14,38 кДж/(кг·К);  = 0,885 кДж/(кг·К);  = 1,044 кДж/(кг·К);

 = 1,041 кДж/(кг·К);  = 2,36 кДж/(кг·К)  = 0,725 кДж/(кг·К).

'к.г = (73357,68/3600)·3,355·70 = 4785,57 кВт

Тепло, уносимое насыщенным раствором МДЭА

'МДЭА = m'МДЭА · с'МДЭА ·tк(МДЭА)

где m'МДЭА - 1377929,2 кг/ч - количество насыщенного раствора МДЭА, согласно таблицы 5.2 материального баланса абсорбера;

с'МДЭА = 3,734 кДж/(кг·К) - удельная теплоемкость раствора МДЭА при конечной температуре tн(МДЭА) = 68 °С [20].'МДЭА = (1377929,2 /3600)·3,734·68 = 97186,88 кВт

Общий расход тепла:

расх = 4785,57 + 97186,88 + Qпот = 101972,45 + Qпот

Из уравнения теплового баланса Qприх = Qрасх находим потери тепла:

пот = Qприх - Qрасх = 103922,76 - 101972,45 = 1950,31 кВт,

что составляет от подводимого тепла

, что не превышает 5%.

Результаты расчета сводим в табл. 5.3

Таблица 5.3 Сводная таблица теплового баланса

6. Расчет расходных коэффициентов

Для производства 1 т аммиака необходимо:

водорода:

где 142347 м3/ч - количество водорода из таблицы 5.1;

т/сут.- суточная производительность производства аммиака;

ч - количество часов в сутках.

Соответственно свежего азота:

Нормы расходов сырья, материалов и энергоресурсов представлены в таблице 6.1. Учетная единица выпускаемой продукции - 1 т. аммиака.

Таблица 6.1

Нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов

7. Нормы технологического режима

Нормы технологического режима представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 Нормы технологического режима

8. Контроль производства и управления

.1 Аналитический контроль

Технологическая схема производства аммиака представляет собой сложный комплекс отдельных процессов, тесно связанных друг с другом благодаря непрерывности и взаимозависимости материальных и энергетических потоков.

Такая взаимосвязь требует, чтобы режим каждого из процессов был подчинен условиям оптимального режима всего производства в целом. Поэтому для крупнотоннажных установок целесообразно, чтобы весь контроль и регулирование основных процессов производства осуществлялись через центральный пункт управления (ЦПУ). При этом предполагается, что все основные средства контроля и регулирования автоматизированы.

Разработка систем автоматизации базируется на учете многочисленных технических, экономических, производственных, эксплуатационных и других факторов автоматизируемого объекта, которые формируют требования к системам, в том числе к оснащению их техническими средствами (ТС).

Важную роль в производстве аммиака играет аналитический контроль сырья, полупродуктов на всех стадиях производства и готовой продукции. Регулярный аналитический контроль важен не только как средство утверждения нормального хода технологического процесса, но и как индикатор, который позволяет персоналу установить истинную причину нарушения технологического режима. Особо важное значение аналитический контроль имеет в период пуска и наладки нормального технологического режима.