Разработка технологии получения аммиака

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования РФ

 

Уфимский государственный авиационный  технический университет

 

Кафедра безопасности производства и  промышленной экологии

 

 

                   %     1   2   3   4  5  6  7  8   9  10 11 12

                                                                                                                                                                                                        90

80

70

60

50

40

30

20

                 10                                                     

 

 

 

 

 

 

 

Разработка технологии получения аммиака

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовому проекту по дисциплине: «Потенциально опасные промышленные объекты и технологии»

 

1603.140044.000 ПЗ

 

 

 

 

 

 

Группа БЖД-415	ФИО	Подпись	Дата	Оценка
Студент	Бакирова К.Р.
Консультант	Вдовина И.В.
Принял	Кусова И.В.

 

 

Уфа 2012

 

Реферат

 

 

АММИАК,   ТЕХНИЧЕСКИЕ  ТРЕБОВАНИЯ,  ПРОЦЕСС ГАБЕРА,  СИНТЕЗ АММИАКА, ДАВЛЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ АММИАКА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩАЯ АРМАТУРА, МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС, НАСОС, БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

 

          Обоснована и выбрана технологическая схема получения аммиака.

           Разработана принципиальная технологическая схема производства  аммиака со схемой КИПиА, обоснована и выбрана запорно-регулирующая арматура.

           Выполнен расчет материального баланса производства аммиака, выполнен расчет насоса.

          Проанализированы мероприятия по безопасности труда и охране окружающей среды.

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка: 68 стр.,12 табл.,6 рис.,21 библиограф.

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Во всех индустриально  развитых странах азотная промышленность является одной из основных ведущих  отраслей. В настоящее время основным промежуточным продуктом для получения огромного числа различных азотосодержащих соединений является аммиак, а синтез его из водорода и азота – единственным крупномасштабным методом производства этого важнейшего продукта.

Производство аммиака  – полностью автоматизированный процесс. Управление агрегата сосредоточено  в одном центральном пункте управления с применением ЭВМ. Единая энерготехнологическая схема связывает блок синтеза аммиака с предыдущими стадиями процесса.

В колонне синтеза  выделяется большое количество тепла, которое используется на подогрев питательной  воды, направляемой для получения  пара давлением 10,3 МПа.

Дальнейшее развитие технологии синтеза аммиака направлено, в первую очередь, на снижение расхода сырья и энергии, уменьшение капиталовложений при строительстве новых производств, повышение надежности работы оборудования и приборов, оптимизацию технологического процесса с широким использованием вычислительной техники и управляющих систем.

Число исследований, ставящих целью решение задач оптимального управления процессом синтеза аммиака, в последние годы значительно  возросло. Обобщение проведенных исследований показывает, что в действующих агрегатах наиболее целесообразно внедрение оптимального управления температурным режимом колонны синтеза аммиака. В этой связи разработка технологической схемы получения аммиака является актуальной.

 

 

Цель курсового проекта  – разработать технологическую схему производства аммиака из азотоводородной смеси.

Для реализации цели курсового проекта ставились  следующие задачи:

- обосновать и выбрать  технологическую схему получения  аммиака;

- разработать принципиальную технологическую схему производства;

  аммиака со схемой КИПиА и выбрать запорно-регулирующую арматуру;

- выполнить расчет  материального баланса получения аммиака;

- выполнить расчет  насоса;

- проанализировать мероприятия по безопасности труда и охране

 окружающей среды.

          Экономический аспект рассматриваемых проблем связан с бурным развитием промышленности. Аммиак дорожает изо дня в день и поэтому экономически выгодно получать  его в больших количествах. При этом общественность понимает, что получение максимальной выгоды сегодня может привести к полному истощению природных ресурсов завтра. Необходимо бережно относиться к имеющимся запасам и не допускать загрязнения природы. На сегодняшний день экономически более выгодно улучшать состояние природной среды различными методами и не допускать ее последующего загрязнения.

 Экологический аспект. Основные экологические проблемы производства аммиака – это газообразные выбросы аммиака, оксидов углерода, дымовых газов. Проблема снижения выбросов решается комплексно: увеличивается доля крупнотоннажных производств, совершенствуется технологический процесс, разрабатываются высокоинтенсивное оборудование, катализаторы, новые способы очистки газов,  совмещенные процессы и производства, новые сырьевые источники.

           Концепция устойчивого развития должна включать в себя внедрение новых, малоотходных и безотходных технологий производства аммиака. Для обеспечения устойчивого развития нужно разработать стратегии по обеспечению комплексного решения проблем сбалансированного развития экономики и поддержания состояния окружающей среды и обеспечения качества жизни будущих поколений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Обоснование и выбор технологической схемы производства     аммиака

Во всех индустриально  развитых странах азотная промышленность является в настоящее время одной из основных ведущих отраслей. Производству азотных удобрений и их основы, аммиака, в нашей стране уделялось первостепенное внимание.

Аммиак - ключевой продукт  различных азотсодержащих веществ, применяемых в промышленности и сельском хозяйстве; на нем полностью базируется азотно - туковая отрасль.

1.1 Характеристика исходного сырья

Сырьем для получения  продуктов в азотной промышленности является атмосферный воздух и различные виды топлива. В основном, аммиак производят из природного газа и  получают его методом синтеза азотоводородной смеси.

1.2 Физические свойства аммиака

 

Аммиак – бесцветный газ с резким запахом, температура плавления

80° С, температура  кипения  36° С, хорошо растворяется в воде, спирте и ряде других органических растворителей. Синтезируют из азота и водорода. В природе образуется при разложении азотсодержащих органических соединений [1].

Молекула аммиака имеет  форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине (Рисунок 1). Три неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N−H), четвёртая пара внешних электронов является неподелённой, она может образовать донорно-акцепторную связь с ионом водорода, образуя ион аммония NH₄⁺. Благодаря тому, что не связывающее двухэлектронное облако строго ориентировано в пространстве, молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.

         

Рисунок 1- Строение аммиака

Жидкий аммиак впервые был получен конденсацией из газов, образующихся при разложении органических материалов. Сейчас его производят главным образом синтезом из водорода (полученного из природного газа) и азота в присутствии катализатора, т. е. в процессе, обратном разложению.

В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями.

Сравнение физических свойств жидкого аммиака с водой показывает, что аммиак имеет более низкие температуры кипения и плавления, а также более низкую плотность (Рисунок 2), вязкость (вязкость жидкого аммиака в 7 раз меньше вязкости воды), проводимость и диэлектрическую проницаемость [3].

Рисунок 2 – Особенности физико-химических свойств аммиака               

Это в некоторой степени  объясняется тем, что прочность  этих связей в жидком аммиаке существенно  ниже, чем у воды, а также тем, что в молекуле аммиака имеется  лишь одна пара неподелённых электронов, в отличие от двух пар в молекуле воды, что не дает возможность образовывать разветвлённую сеть водородных связей между несколькими молекулами. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью 681,4 кг/м³, сильно преломляющую свет [2].

Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования водородных связей. Он практически не проводит электрический ток и является хорошим растворителем для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твёрдый аммиак — бесцветные кубические кристаллы.

Аммиак горит, если его  концентрация в воздухе составляет от 15 до 28% масс. Сам по себе аммиак может гореть только в замкнутом пространстве. На открытом воздухе для поддержания горения аммиака необходимо внешнее пламя.

 

Аммиак горит, а не взрывается. Распространение фронта пламени в аммиаке можно проследить взглядом. Это вовсе не та яростная сила взрыва природного газа, которая может полностью разрушить здание. Кирпичное здание, не имеющее выходов для газообразных продуктов сгорания, рухнет. Но здание более прочной конструкции, в котором есть выходы для продуктов сгорания, например, окна в крыше, устоит, только потеряет стекла. Конечно, следует произвести расчет для определения типа и размеров выходов для газообразных продуктов сгорания [4].

 

         Рисунок 3 – Токсические свойства аммиака

 

В случае утечки аммиак поднимается выше уровня воздуха

(Рисунок 3).

 

 

1.3 Технические требования

          Технический водный аммиак должен изготавливаться  согласно с требованиями  ГОСТ 9-92.

В зависимости от назначения водный аммиак выпускают двух марок:

А - для различных отраслей промышленности;

Б - для сельского хозяйства в качестве азотного удобрения.

Для получения водного  аммиака марки для различных отраслей промышленности должен применяться паровой конденсат или химически очищенная вода.

По физико-химическим показателям водный аммиак должен соответствовать нормам, указанным в (таблице 1).

Таблица 1- Физико-химические показатели водного аммиака

Наименование показателя	Норма для марки
	А	Б
	ОКП 21 3325 0200	ОКП 21 8133 0200
1. Внешний вид	Прозрачная бес-цветная жидкость	Прозрачная бесцвет-ная или желтоватая жидкость
2. Массовая доля аммиака, %, не менее	25	25
в пересчете на азот, %, не менее	Не нормируется	20,5
3. Массовая концентрация  нелетучего остатка, г/дм3, не более	0,07	Не нормируется
4. Массовая концентрация  диоксида углерода, г/дм3, не более	Не нормируется	8