Производство мороженного

 

Узел подогревателя аммиака 1 снабжен следующими приборами и регуляторами. На выходе из аппарата с помощью термопары, замеряется температура подогретого аммиака. Ее показания поступают в прибор — регулятор изодромного типа, который посылает команду клапану — регулятору, поставленному на линии подачи греющего пара. Таким образом, количество пара, поступающего на подогрев аммиака, регулируется автоматически в зависимости от температуры аммиака, что и обеспечивает ее постоянство после подогревателя 1.

Одним из условий, способствующим высокой степени конверсии аммиака (а также безопасной работе конвертора), является поддержание на постоянном уровне содержания NН3 в смеси. Диафрагмы замеряют расходы аммиака и воздуха; показания поступают в прибор, фиксирующий соотношение этих количеств, причем на линиях аммиака и воздуха установлены регулирующие клапаны, с помощью которых изменяются количества поступающих газов. Из этих потоков — воздуха и аммиака — ведущим является воздух, количество его задается аппаратчиком с диспетчерского пункта путем изменения положения задвижки с электроприводом. Прибор, поддерживающий соотношение количеств, посылают указания клапану — регулятору, установленному на аммиачной линии перед подогревателем, последний пропускает столько аммиака, сколько необходимо, чтобы его содержание в смеси с воздухом было постоянным.

При внезапных и сильных отклонениях в подаче аммиака и воздуха, что может привести к обогащению газовой смеси аммиака и неизбежно вызовет взрыв или повышение температуры в конверторе до сплавления катализаторных сеток, срабатывает клапан __ отсекатель, быстро прерывающий поступление аммиака в смеситель 2.

Количество поступающего конденсата на орошение абсорбционной колонны 8 тесно связано с нагрузкой на агрегат, т. е. с количеством основного воздуха, поступающего в конвертор 5. Поэтому показания прибора, отмечающего расход воздуха и конденсата, поступают также в регулятор соотношения. Последний посылает команду клапану — регулятору, установленному на линии конденсата, и он пропускает столько конденсата в колонну, сколько требуется при данной нагрузке для получения кислоты нужной концентрации.

Аналогично организована подача питательной воды в 
котел-утилизатор 6, что позволяет поддерживать постоянные температурный режим нитрозных газов, температуру и давление получаемого пара.

Кроме того, ряд показателей технологического режима фиксируется самозаписывающими приборами, вынесенными на щит в диспетчерском пункте, или указывающими приборами, установленными по месту. Так, непрерывно записывается температура аммиачно-воздушной смеси, подогретого воздуха, температура на катализаторных сетках, температура нитрозных газов после котла-утилизатора 6, окислителя 4, воздушного подогревателя 3, конденсатора-холодильника 7, а также на входе и выходе из абсорбционной колонны 8.

Количество, температура и давление получаемого пара из котла-утилизатора 6 фиксируются самозаписывающими приборами диспетчерского пункта. Кроме того, производятся замеры перепада давления в смесителе 2, воздушном подогревателе 3 и абсорбционной колонне 8. Показывающие приборы устанавливаются по месту.

Внизу абсорбционной колонны замеряется и автоматически поддерживается уровень кислоты, чтобы исключить прорыв газа в линию кислоты. На выходе из колонны замеряется температура и количество кислоты, показания записываются на ленту.

Стабилизация технологического режима с помощью средств автоматизации повышает экономическую эффективность установки, однако степень оснащения цеха приборами может быть различна; она должна быть экономически обоснована.

 

3.2 Характеристика  сырья и продукта

 

Аммиак:

В обычных условиях представляет собой бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворим в воде и других растворителях, с воздухом и кислородом образует взрывоопасные смеси.

Химическая формула – NH3

Молекулярный вес – 17,03

Плотность, кг \ м3:

Жидкий аммиак: 681

Газообразный: 770

Температура самовоспламенения: 650 ˚С.

Температура затвердевания: 77,75 ˚С.

Без катализатора разлагается при температуре 1000˚С, с катализатором – при 300˚С.

Должен соответствовать ГОСТ 6221-90.

Воздух:

Сухой воздух должен содержать (% об.): N2- 78.1; O2 – 21.0; Ar2 – 0.9; содержание водяных паров колеблется от 0,1 до 2,8 % (об.). В районе промышленных площадок воздух загрязнен пылью различного происхождения, а также разнообразными компонентами неорганических газовых выбросов. Количество пыли в воздухе составляет 0,5 – 1,0 мг\м3.

Должен соответствовать ГОСТ 24484.

 

Готовая продукция - азотная кислота.

 

Физико-химические свойства:

Химическая формула- НNO3

Молекулярная масса- 63,0

Плотность 46-48% азотной кислоты

при температуре 200°С__1,285 __ 1,298 кг/дм3

Температура замерзания- минус 210°С__ минус 19,50°С

Температура кипения при давлении 0,1 МПа __115__ 115,50°С

 

Азотная кислота является одним из исходных продуктов для получения большинства азотосодержащих веществ. До 70 – 80 % ее количества расходуется на получение минеральных удобрений. Одновременно азотная кислота применяется при получении взрывчатых веществ почти всех видов, нитратов и ряда других технических солей; в промышленности органического синтеза; в ракетной технике, как окислитель в различных процессах и во многих других отраслях народного хозяйства.

 

3.2.1 Материальные  расчеты и составление материального   
баланса процесса

 

NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O

 

Вычисляем массу аммиака, необходимого для производства 1100 кг НNO3:

 

 

 

 

 

Объем этой массы аммиака (при н. у.) равен:

 

 

 

 

 

Вычисляем необходимый объем воздуха

 

 

Объемы поступающих с воздухом, м3:

водяных паров:

 

сухого воздуха:

 

 

Вычислим поступающие с воздухом объемы кислорода азота и аргона исходя из их процентного содержания в воздухе

 

 

 

Находим объемы образующихся по реакции(1)

4NН3+5О2=4NО+6Н2О, м³:

окиси азота

 

 

паров воды

 

 

расходуемого при протекании этой реакции кислорода

 

 

Определяем объемы образующихся по реакции(2)

4NН3+3О2=2N2+6Н2О, м³:

азота

 

 

паров воды

 

 

расходуемого при протекании этой реакции кислорода

 

 

Вычисляем находящиеся в газе после окисления аммиака объемы, м³:

кислорода

 

 

азота

 

 

аргона

 

паров воды

 

 

Собственно материальный баланс можно рассчитать, если объемы потоков на входе в контактный аппарат и на выходе из него пересчитать на массы, при этом должен соблюдаться материальный баланс.

 

Приход:

 

 

 

 

 

Расход:

 

 

 

 

 

Заполним таблицу для материального баланса.

 

Таблица 3 __ Материальный баланс колонны синтеза

Приход			Расход
Компонент	Количество		Компонент	Количество
	кг	%		кг	%
NH3	332,84	4,54	NO	575,63	7,88
O2	1575,49	21,56	O2	797,39	10,91
N2	5120,35	70,08	N2	5125,84	70,16
Ar	93,79	1,28	Ar	93,79	1,28
H2O	184,41	2,52	H2O	713,05	9,76
			Потери	0,73	0,009
Всего	7306,88	100	Всего	7306,88	100

 

 

3.2.2 Тепловые  расчеты и составление теплового  баланса процесса

 

Найдем температуру tx, до которой необходимо нагревать аммиачно-воздушную смесь для обеспечения автотермичности процесса окисления аммиака.

Вычисляем общий объем аммиачно-воздушной смеси  
м3

Определяем концентрацию компонентов аммиачно-воздушной смеси,   
% (об.):

аммиака

 

 

сухого воздуха

 

 

паров воды

 

 

3. Рассчитываем  среднюю теплоемкость аммиачно-воздушной  смеси:

Сср= 0,01(35,8·Пам + 28,7·Псв + 32,6·ПН2О)  
Сср = 0,01(35,8·7,41+ 28,7·88,71+ 32,6·3,88) = 29,38 кДж/(кмоль·К)

где 35,8; 28,7 и 32,6 – теплоемкости аммиака, сухого воздуха и паров воды, кДж/(кмоль·К).

Определяем теплоту, вносимую аммиачно-воздушной смесью:

 

Вычисляем теплоты, выделяемые при протекании реакции (1) и (2)

 

 

где 905 800 и 1 266 960 – теплоты, выделяющиеся при образовании окиси азота и азота по реакциям (1) и (2)

Находим общий объем нитрозного газа, поступающего в котел утилизатор:

 

 

Определяем концентрацию компонентов нитрозного газа, % (об.):

окиси азота

 

 

кислорода

 

 

аргона 

 

 

азота 

 

 

паров воды

 

 

Вычисляем среднюю теплоемкость нитрозного газа, кДж

Снср = 0,01(31,68·ПNO + 32,3·ПО2 + 20,78·Пар+ 30,8·ПN2 + 37,4·Пвод 3) Снср=0,01(31,68·7,13+32,3·9,26+20,78·0,87+30,8·68,02+37,4·17,72)= 33,0 где 31,68; 32,3; 20,78; 30,8 и 37,4 – теплоемкости компонентов нитрозного газа при температуре 900 °С, кДж.

Для нагрева водяного пара от 198°С до 250°С в пароперегревателе необходимо отнять теплоты:

 

 

где 800·10³ и 1082·10³ Дж/кг – удельные энтальпии перегретого пара при температурах 198 °С и 250°С и давлениях 1,5 МПа и 3,98 МПа.

Температуру нитрозных газов на выходе из контактного аппарата  определяем из уравнения теплового баланса этого участка

2502·106 = 6028,51·1,66·10³(900 - t2)

отсюда

 

Рассчитываем теплоту, уносимую нитрозными газами. Рассмотрим случай, когда контактный аппарат и котел-утилизатор смонтированы в виде единого аппарата:

 

 

Определяем теплопотери в окружающую среду:

 

Приравнивая приход теплоты расходу, составляем уравнение теплового баланса

)

и решаем его относительно tx

 

 

тогда

 

 

 

Заполним таблицу для теплового баланса

 

Таблица 4 __ Тепловой баланс

Приход,	кДж			%	Расход,	кДж	%
Теплота, вносимая аммиачно-воздушной смесью		5877590		56,84	Теплота на нагрев водяного пара в пароперегревателе	2502327	24,20
					Теплота, уносимая нитрозными газами	5772836	55,83
Теплота, выделяемая при протекании реакции (1) и (2)		4463274	43,16
					Потери в окружающую среду	2064172	19,97
Всего		10340864	100		Всего	10340864	100

 

 

3.2.3 Термодинамические расчеты

 

Расчетные формулы:

ΔH298 = ΣvΔH298 (продуктов) -  ΣvΔH298(исх. веществ)

ΔHТ = ΔH298 + ΔСРdT;

ΔSТ  = ΔS298 + (ΔСР/T)dT;

ΔGТ = ΔHT - T•ΔSТ;

СР = a + bT + c/T2;

ΔСР = Δa + ΔbT + Δc/T2;

Δa = Σva(продуктов) - Σva(исходных веществ);

К = е – ΔG/RT.

 

Таблица 5 – Справочные данные для расчета

	О2	NH3	Н2О	НNO3
ΔH298, кДж/моль	0	-45,94	-285,83	-173,00
ΔS298, Дж/моль	205,04	192,66	69,95	156,16
ΔG298, кДж/моль	0	-16,48	-273,23	-79,90
А в с	31,46 3,39•10-3 -3,77•105	29,8 25,48•10-3 -1,67•105	39,02 76,64•10-3 11,96•105	______ ______ ______