Автоматическое управление агрегатом синтеза
Схема агрегата с автоматическим управлением процессом синтеза аммиака показана на рис. 1. При таком управлении агрегатом автоматически регулируются следующие параметры процесса: температура в колоннах синтеза; уровни жидкого аммиака в сепараторе и конденсационной колонне; температура газа, выходящего из аммиачного конденсатора; состав циркуляционного газа по содержанию инертных примесей (СН4 и Аг); выдача жидкого аммиака из газоотделителя на склад; давление в газоотделителе.
Общий принцип действия системы можно пояснить на примере автоматического регулирования температуры в колонне синтеза.
1 – колонна синтеза; 2 – водяной конденсатор; 3 – сепаратор жидкого аммиака; 4 – конденсационная колонна; 5 – испаритель; 6 – центробежный циркуляционный компрессор; 7 – газоотделитель; 8 – регулирующий клапан; T – измерители температуры; L – измерители уровня; P – измеритель давления; C – регулятор состава.
Рисунок 2.1 – Агрегат синтеза аммиака с автоматическим управленим.
Электродвижущая сила (э. д. с.), возникающая в термопаре (датчике), пропорциональна температуре, которая отсчитывается на шкале измерительного прибора. Отклонение температуры от заданной преобразуется специальным устройством в импульс давления воздуха, приводящий в действие систему регулирования. Чем больше отклонение, тем сильнее воздействие, передаваемое регулятором органу управления.
При повышении температуры открывается вентиль холодного байпаса, при снижении он прикрывается. Если этот прием регулирования не приводит к повышению температуры при закрытом байпасе, регулирование производится изменением объемной скорости. При этом регулятор начинает подавать сигнал на открытие вентиля "длинного байпаса", вследствие чего уменьшается количество газа, подаваемого в колонну циркуляционным компрессором.
Производительность колонн во многом зависит от конструкции их насадок, совершенство которых оценивается простотой и надежностью работы, а также возможностью создания наиболее благоприятного температурного режима синтеза аммиака. В идеальном случае распределение температур по высоте слоя катализатора должно соответствовать оптимальной температурной кривой. Для обеспечения оптимального режима должно быть правильно определено соотношение размеров предварительного теплообменника и катализаторной коробки и организован отвод тепла из зоны реакции таким образом, чтобы исключалась возможность как перегрева, так и переохлаждения катализатора.
2.4 Колонна синтеза аммиака
В агрегатах мощностью 1360 т/сут получили распространение аксиальные четырехполочные насадки с предварительным теплообменником и трехполочные с выносным теплообменником.
На рисунке 1.1 показана четырехполочная колонна с аксиальными насадками. Основной поток газа поступает в колонну снизу, проходит по кольцевой щели между корпусом колонны 15 и кожухом катализаторной коробки 3 и поступает в межтрубное пространство теплообменника 6. Здесь синтез-газ нагревается конвертированным газом до 420 – 440°С и проходит последовательно четыре слоя катализатора 8, 10, 12, 14, между которыми подается холодный байпасный газ.
После четвертого слоя катализатора газовая смесь при 500—515 °С поднимается по центральной трубе 2, проходит по трубкам теплообменника 6, охлаждаясь при этом до 320—350 °С, и выходит из колонны.
Корпус катализаторной коробки изготовлен из хромоникелевомолибденовой стали 10Х18Н12М2Т, теплообменник – из стали 12Х18Н10Т.
В установках производительностью 1600 т/сут используется колонна другой конструкции. Такая колонна приведена на рисунке 1.2.
1 – катализаторная коробка; 2 – теплообменник; 3 – коллектор; 4 – внутренние трубки теплообменника; 5 – наружные трубки теплообменника; 6 – коллектор; 7 – катализаторная полка; 8, 9, 10 – полки с катализатором;
Рисунок 1.2 – Колонна синтеза аммиака производительностью 1600 т/сут.
Колонна кованосварная, в нее вставлена насадка, состоящая из катализаторной коробки 1, теплообменника 2 и подогревателя. Катализаторная коробка с комбинированной полочной насадкой предназначена для проведения экзотермических процессов синтеза NH3.
Принципы работы колонны синтеза с комбинированной насадкой заключаются в следующем. Через верхнюю крышку колонны поступает основной поток реагирующей газовой смеси.
Двигаясь по кольцевой щели, образованной кожухом катализаторной коробки, соединенной с предварительным теплообменником и внутренней обечайкой колонны, поток направляется в межтрубное пространство теплообменника, а отсюда через центральную трубу нагретый газ поступает в распределительный коллектор 3 верхней катализаторной полки 7 с трубчатым теплообменником.
Потом газовая смесь последовательно проходит через внутренние 4 и наружные 5 трубки теплообменника, в которых она нагревается за счет тепла, выделенного в результате реакции, и поступает в катализатор, находящийся между трубками.
Температурный режим на верхней трубчатой полке регулируется подачей байпасного газа 6 в коллектор 3. Выйдя из трубчатой части катализаторной коробки, газовая смесь последовательно проходит через ниже расположенные полки 8, 9, 10 с катализатором. Причем температурный режим в слое катализатора регулируется па каждой из полок подачей байпаспого газа. Выйдя из катализаторной коробки, конвертированный газ проходит трубчатую часть теплообменника 2, охлаждается и направляется в паровой котел.
Конструкция комбинированной полочной насадки объединяет положительные стороны трубчатой и полочной насадки, которая обеспечивает: высокую регулируемую температуру для интенсивного развития реакции, включение в работу нижних катализаторных слоев, возможность регулирования температурного режима по высоте всего слоя катализатора и невысокое гидравлическое сопротивление.
Кожух насадки колонны изолирован с двух сторон по всей высоте. В катализаторную коробку вмонтированы два кармана, в которые через крышку колонны вставляют термопары. Крышка колонны с корпусом уплотнена двумя прокладками на обтюраторном кольце. Катализатор в катализаторную коробку загружают при горизонтальном положении коробки через загрузочные люки. Коробка должна быть вне колонны на специальном вибрационном устройстве для плотной укладки катализатора.
: 1 - люк для выгрузки катализатора, 2 - центральная труба, 3 - корпус, 4 - люк для загрузки катализатора, 5 - теплообменник, 6 - трубы для ввода холодного газа, 7 – катализатор
Рисунок. 2. - Колонна синтеза аммиака
Аммиак выпускается в жидком виде либо в виде водного раствора - аммиачной воды, чаще всего с содержанием 25% NH3. Аммиак поставляемый на нужды промышленности, содержит не менее 99,96% по массе NH3, до 0,04% Н2О, до 2 мг/л машинного масла, до 1,0 мг/л Fe. В технический аммиак, транспортируемый по трубопроводу, добавляется до 0,2-0,4% Н2О для ингибирования коррозии стали. Аммиак обнаруживается по характерному запаху. Бумажка, смоченная раствором Hg2(NО3)2, при действии аммиака чернеет. Малые количества аммиака в водных растворах открывают с помощью реактива Несслера. Количественно аммиак определяют титриметрически.
Применяют аммиак в производстве HNО3, мочевины, NH4NО3, (NH4)2CО3, (NH4)2SО4 и др., аммофоса, уротропина, как жидкое удобрение, в качестве хладагента. Мировое производство аммиака составило в 1982 ок. 89 млн. т, в т.ч. в СССР 17,76, США 14,06, СРР 3,14, Франции 1,9, Японии 2,01, ФРГ 1,92 млн. т.
Жидкий аммиак хранят при 2,0 МПа или при атм. давлении и - 33°С. Перевозят в стальных баллонах (окрашены в желтый цвет, имеют надпись «Аммиак» черного цвета), железнодорожных и автомобильных цистернах, по воде - в специальных танкерах, транспортируют также по трубопроводам. При содержании в воздухе 0,5% по объему аммиак сильно раздражает слизистые оболочки. При остром отравлении поражаются глаза и дыхательные пути, при хронических отравлениях наблюдаются расстройство пищеварения, катар верхних дыхательных путей, ослабление слуха. Жидкий аммиак вызывает сильные ожоги кожи. ПДК 20 мг/м3. Смесь аммиака с воздухом взрывоопасна, КПВ 15-28%; для воздушно-аммиачных смесей, содержащих 9-57% по объему аммиака, т. всп. около 1000°С.
Заключение
Ознакомились с правилами формирования отчетов и пояснительных записок. Приобрели навыки формирования таких документов с использованием современных приложений. Ознакомились с возможностями решения задач инженера с использованием современной вычислительной техники.
Ознакомились с основами химической технологии и спектром оборудования химической инженерии.
Сформировали отчет на базе полученных знаний по типу оборудования –колоннам синтеза аммиака.
Список литературы
1. Слюсарь И.П., Мовчанюк В.А. Расчет и конструирование оболочек. работающих под давлением. Донецк, 1975. - 71 с.
2. Методические указания по курсу "Машины и аппараты химических производств". Парфенюк А.С., Веретельник С.П., Донецк, ДПИ. 1984. 18 с
3. Парфенюк О.С.. Костіна О.Д.. Топоров А.А. Методичні вказівки по використанню українських фахових термінів при вивченні дисциплін загальнотехнічного, механічного та хіміко-технологічного напрямків /Донецьк: ДонДТУ, 2001.- 28с