Выбор реактора для проведения процесса окисления монооксида азота - Курсовая работа

Под технологией, в широком значении этого слова, понимают научное описание методов и средств производства в какой-то отрасли промышленности. Химическая технология представляет собой переработку, в процессе которой превалируют химические и физико-химические явления, что приводит к коренному изменению состава, свойств и строения вещества. Химическая технология играет важную роль в химической промышленности, которая является одной из ведущих отраслей народного хозяйства, ей принадлежит определяющая роль в ускорении научно-технического прогресса, повышении эффективности общественного производства и, материального и культурного уровня жизни людей. Скорость всех этапов операций будет зависеть от температурного режима, наличия примесей, а самое главное - от гидромеханических, тепло-и массообменных, химических процессов, протекающих в аппарате. В 1913 г. впервые был получен в промышленном масштабе аммиак каталитическим синтезом из азота и водорода.Рассмотрим реакцию AA BB=CC DD , за начальные условия примем V=const, ZA°= const, ХА=0, через некоторое время степень превращения в реакторе станет равной ХА DXA, тогда GFPA = V ZA°XA MA/22.4, GFPA - физический приход, кг/с; V-объем смеси, м?/с; 22.4-молярный объем, м?/кмоль; AA BB=CC DD , Т0 - начальная температура на входе в реактор,град; ХА=0 - начальная степень превращения, х-конечная степень превращения; Т-температура в реакторе, град; Т DT-изменение температуры в ходе реакции, град; V=const - расход смеси считаем постоянным, м?/с; ZA°-концентрация вещества А, кг/кмоль,и удельная теплоемкость Cp,Дж/(моль град), также постоянные величины, тогда HFP-энергия, приносимая исходной газовой смесью в объем реактора, КДЖ/с: HFP =VCP(T-273), HFR= VCP(T DT-273) - энергия(теплота) на выходе из реактора, КДЖ/с; Рассмотрим реакцию AA BB=CC DD , примем V=const-объем смеси, ZA°= const, ХА=0, хк-начальная и конечная степень превращения соответственно,Vr=const-объем реактора, тогда GFPA = V ZA°XA MA/22.

Содержание аммиака можно вычислить по формуле:

реактор аммиак азот окисление

Под технологией, в широком значении этого слова, понимают научное описание методов и средств производства в какой-то отрасли промышленности. Химическая технология представляет собой переработку, в процессе которой превалируют химические и физико-химические явления, что приводит к коренному изменению состава, свойств и строения вещества.

Таким образом, химическая технология - это естественная, прикладная наука о способах и процессах производства продуктов (предметов потребления и средств производства), осуществляемых с участием химических превращений технически, экономически и социально целесообразным путем.

Химическая технология базируется на химических науках, таких, как физическая химия, химическая термодинамика и химическая кинетика. Предмет ее изучения - химическое производство; цель - создание целесообразного способа производства необходимых человеку продуктов; методы - экспериментальный, моделирование и системный анализ.

Химическая технология играет важную роль в химической промышленности, которая является одной из ведущих отраслей народного хозяйства, ей принадлежит определяющая роль в ускорении научно-технического прогресса, повышении эффективности общественного производства и, материального и культурного уровня жизни людей.

Материальной основой всех химико-технологических процессов являются машины и аппараты химических производств. Эффективность химического производства обеспечивается за счет систематического повышения его технического уровня на основе использования мощных, непрерывных, малостадийных и менее энергоемких аппаратов. Так, выбор и расчет аппарата, ректификационной колонны, реактора является важным критерием, определяющим технологический процесс.

Химико-технологический процесс представляет собой совокупность операций, позволяющих получить целевой продукт из исходного сырья. Скорость всех этапов операций будет зависеть от температурного режима, наличия примесей, а самое главное - от гидромеханических, тепло- и массообменных, химических процессов, протекающих в аппарате.

Разработка и построение рациональной технологической схемы и выбор реактора - важная задача химической технологии.

Технология синтеза аммиака

В 1913 г. впервые был получен в промышленном масштабе аммиак каталитическим синтезом из азота и водорода. Так была решена важнейшая проблема: проблема связывания азота, которую уже давно пытались разрешить многие ученые из разных стран. Ее решение давало возможность получить азот в связанном состоянии, в виде аммиака NH3, который переводился в аммонийные соли, или каталитическим окислением в азотную кислоту и ее соли. А уже из этих продуктов можно было неограниченно получать всевозможные азотсодержащие вещества, которые так необходимы буквально во всех отраслях народного хозяйства.

Синтез аммиака идет без образования побочных продуктов. Тепловой эффект реакции при температуре 500 С для давления 30 МПА составляет 55,8 КДЖ/моль.

N2 3H2==2NH3 - ?H

Синтез аммиака - это типичный гетерогенно-каталитический процесс, протекающий через ряд стадий: 1.Диффузия азота и водорода из газового объема к поверхности зерен катализатора и внутри пор зерен.

2.Активированная (химическая) адсорбция газов на катализаторе.

3.Взаимодействие азота с водородом на поверхности катализатора.

4.Десорбция аммиака и диффузия его в объем газовой фазы.

Определяющей стадией процесса является активированная адсорбция азота.

По уравнению реакции: N2 3H2==2NH3

видно, что она проходит с резким уменьшением объема (в 2 раза). Следовательно, по принципу Ле-Шателье, для проведения этого процесса необходимо высокое давление. Эта реакция экзотермична, следовательно, выход аммиака будет тем больше, чем ниже температура. Также выход зависит от таких параметров технологического режима, как давление, время соприкосновения газа с катализатором, состава газовой смеси, активности катализатора, конструкции аппарата. Если система находится в состоянии, не слишком удаленном от равновесия, то скорость процесса можно приближенно посчитать по уравнению М.И. Темкина:

где k1- константа скорости синтеза аммиака;

k2- константа скорости разложения аммиака;

k- константа скорости, пропорциональная k1;

р- парциальное давление.

Очень важным для успешного проведения синтеза аммиака является правильный подбор катализаторов для этой реакции, так как даже при высокой температуре реакция протекает медленно. Лучшим катализатором оказался железный катализатор с добавками оксидов алюминия и калия: Fe Al2O3 К2О

Он показал большую активность и стойкость к перегревам и вредным примесям в азотоводородной смеси. Сероводород и другие содержащие серу соединения отравляют железный катализатор необратимо. А кислород и кислородные соединения отравляют железный катализатор обратимо, но очень сильно.

Очень большое значение для правильного проведения процесса синтеза аммиака в промышленности имели и имеют исследования кинетики этой реакции, т. е. определение зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ, или в применении к реакциям между газами от парциальных давлений реагирующих газов в газовой реакционной смеси.

Промышленные системы синтеза аммиака в зависимости от применяемого давления азотоводородной смеси подразделяются на: 1. Установки, 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).

Наиболее распространены системы, работающие при среднем давлении, так как при этих условиях удачно решаются вопросы выделения аммиака при достаточной скорости процесса в контактном аппарате. Азотоводородная смесь при прохождении через слой катализатора не полностью превращается в аммиак. В газе на выходе из контактного аппарата содержании аммиака составляет 14-20%. Газовая смесь, выходящая из контактного аппарата, охлаждается, аммиак конденсируется и отделяется от газа, а непрореагировавшая азотоводородная смесь при помощи циркуляционного компрессора возвращается вновь в контактный аппарат. Свежая азотоводородная смесь в количестве, отвечающем массе образовавшегося в контактном аппарате аммиака, добавляется к оборотной смеси.

1. Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: Учебник для вузов. - М.: Химия, 1999. 472 с.

2. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология: Учеб. для техн. вузов- Изд. 2-е испр. и доп. М.: Высшая шк., 1990.-520 с.

Размещено на .ru