Аммиак синтезінің катализаторы

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 35 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .

I.Технологиялық бөлім
1.1.Жобаланатын процестің арналу мақсаты, сипаттамасы және процесті
таңдау
негіздемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ...
1.2.Шикізаттың, дайын өнімдердің және қосалқы материалдардың
сапасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ...
1.3.Процестің теориялық
негіздері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
...
1.4. Процестің технологиялық схемасының сипаттамасы, технологиялық
режим
нормалары ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.5. Технологиялық процесті
автоматтандыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

II.ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
2.1.Процестің материалдық
балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.2.Процестің жылулық
балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
..
2.3.Негізгі жабдықтың құрылымдық есебі
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ...

ІІІ.ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ
3.1. Негізгі қорды
падалану ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ...
3.2. Еңбекақы қорын
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... .
3.3.Өзіндік құнды
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ..

IV. ЕҢБЕКТІ ҚОРҒАУ
4.1.Еңбек
қорғау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ...
4.2.Техника
қауіпсіздігі ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... .
4.3.Қоршаған ортаны
қорғау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... .

ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... .
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

КІРІСПЕ

Химия өнеркәсібі - ауыр өнеркәсіптің жетекші салаларының бірі. Химия
өнеркәсібі саласы дүние жүзінде тұңғыш рет Германияда 19 ғасырдың аяғында
дүниеге келді. 20 ғасырдың 50 — 70-жылдардың басы химия өнеркәсібінің
дәуірлеген “алтын ғасыры” болды. Бұл кезеңде мұнай-газ шикізатын
пайдаланушы өндірістің өркендеуімен байланысты осы сала әлемде неғұрлым
жоғары қарқынмен дамыды. Әлемнің өңдеуші өнеркәсібінде химияның үлесі 20
ғасырдың 2-жартысында 8 — 9%-дан 12 — 15%-ға дейін өсті. Қазіргі кезде
химия өнеркәсібі әлемді негізгі 4 аймаққа бөліп тұр. Олар — АҚШ, Батыс
Еуропа, ТМД елдері, Жапония. Қазақстанда химия өнеркәсібі жеке сала ретінде
алғашқы бесжылдықтар кезінде қалыптасты. Кеңестік дәуірге дейінгі кезеңде
Қазақстанда Шымкент дермене (сантонин) зауыты (1883), сабын қайнататын,
желім қайнататын ұсақ кәсіпорындар жұмыс істеді. 1930 — 40 жылы Ақтөбе
химиялық комбинат, “Аралсульфат” комбинат, ірі фосфорит кені -“Қаратау”
комбинат, Қарағанды синтетикалық каучук, Қостанай синтетикалық талшық
зауыттары салынды. 1950 — 60 жылдары Қазақстанда осы заманғы химиялық
индустрияның негізі қаланды. Жамбыл суперфосфат, Гурьев химиялық зауыттары,
Шымкент гидролиз және фосфор тұздары зауыттары, Ақтөбе ферроқорытпа,
Шымкент газ-бензин зауыттары іске қосылды. Қазақстан анорганикалық және
органикалық тектегі пайдалы қазынды кеніштеріне бай. Олар химия өнімінің
алуан түрлерін алу үшін шикізат көзі болып табылады. Сала үшін 1992 — 94,
1998 жылдар неғұрлым дағдарысты кезең болды. 1999 жылдан 2004 жылға дейін
химия өнеркәсібі өндірісінің көлемі айтарлықтай өсті. 2005 жылы химия
өнеркәсібі орындары 54,3 млрд. теңгенің өнімін өндірді. Қазіргі кезде
“Қазфосфат” ЖШС-нің бөлімшесі республикада химия өнімін өндіруші аса ірі
кәсіпорын болып табылады, ол 2005 ж. 83,4 мың т өнім шығарды, мұның өзі
1995 жылғыдан 1,7 есе, ал 2000 жылғымен салыстырғанда 5,4 есе көп. 90-
жылдардың ортасынан бастап елде илеуіштер, хромды ангидрид, хром тотығын
өндіру қолға алынды. 2005 жылы олардың көлемі 1995 жылғы деңгейден 1,8 —
2,4 есе асты. 1995 — 2005 жылы республиканың 5 мұнай-химия кәсіпорны
қызметін қалпына келтірді. Бұл кәсіпорындар таяу шет елдердің өнімдеріне
ұқсас полистирол, полипропилен, резина-техникалық бұйымдар, шина өнімдерін
шығарады. 2003 жылы Ақтау пластмасса зауытында өндіріс жолға қойылды. 2005
жылы пластмассадан құбырлар мен шлангалар өндіру 2000 жылғымен
салыстырғанда 12,9 есе көбейді. 2005 жылы “Интеркомшина” АҚ камералар,
резина бұйымдарын, шиналар шығару өндірісін іске қосты. Резина-техникалық
бұйымдар шығаратын “Сараньрезинотехника” ААҚ мен “Қарағандырезинотехника”
ЖШС кәсіпорындары тапсырыскерлермен тікелей шарттар бойынша тұрақты жұмыс
істеп келеді. Қазақстан химиясының құрылымында полимерлік химияға қарағанда
негізгі химияның үлесі басым. Еліміздің негізгі химиясы қышқыл, химиялық
қосылыстар, фосфор мен минералдық тыңайтқыштар өндіреді. Химия-фармацевтика
өнеркәсібі, негізінен алғанда жаңадан құрылып, басқа салаларға қарағанда
жылдам дамуда. Ең үлкен “Химфарм” зауыты Шымкентте орналасқан. Ол
Қазақстандағы дәрі-дәрмектің 35 бөлігін шығарады. Алматы, Қаскелең, Семей
және Павлодарда ірі кәсіпорындар жұмыс істейді. Полимерлер алынатын
шикізатқа мұнай өнімдері, табиғи және ілеспе газ жатады. Ақтау зауыты
полистирол, Атырау зауыты полиэтилен мен полипропилен шығарады. Резеңке
бұйымдары өндірісінің негізгі орталықтары — Саран (металлургия үшін конвеер
таспаларын шығару) және Шымкент (автомобиль мен а. ш. техникасы үшін шина
жасау). Фосфоритті Қаратау мен Жаңатаста өндіріп ұсақтайды да Таразда
фосфор тыңайтқышын шығарады. Азот өндірісі Ақтау мен Теміртауда; күкірт
қышқылы ауыр металдардың металлургияның орталықтарында (Жезқазған, Балқаш,
Өскемен, Риддер); уран алатын орталықтарда (Степногор, Ақтау), фосфатты
тыңайтқыштар өндірісі орталықтарында (Тараз) шығарады. Хром қосылыстары
зауыты Ақтөбеде орналасқан.
Қазақстандағы химия өнеркәсібінің дамуы Әлемде химия өнеркәсібіне
арқа сүйеп дамуға тиісті екі мемлекет болса - бірі, біреуі болса соның өзі
- біздің Қазақстан. Олай дейтін себебіміз елдің өндірістік және экспорттық
әлеуетінен-ақ байқалады.
Қазір Қазақстанның химия өнеркәсібіне 41 ірі кәсіпорын (“Қазфосфат”,
“ҚазАзот”, “Ақтөбе хром қосындылары заводы” және басқасы) және бірқатар
шағын, орташа кәсіпорындар кіреді. Бұл ретте өткен жылы химия
өнеркәсібіндегі өнім көлемі 110,8 миллиард теңге (миллиард доллардан сәл
кем), ал 2008 жылы өндірістің өсуі 10 пайызға жуық болды.
Менделеевтің бүкіл кестесі бар және мұнай экспорты бойынша әлемде алға
шықпақ болып отырған ел үшін бұл аздық етеді. Саланы дамыту үшін дағдарысты
кезеңде үкімет 2009-2015 жылдарға “Жол картасы” атты кезекті іс-қимыл
жоспарын әзірледі. Егер бәрі де жоспардағыдай болса, елімізде 6 жылдан
кейін минералдық тыңайтқыштар және органикалық емес қосындылар өндіру
жөнінде жаңа өндірістер қосылатын болады.
Қаратау дүние-жүзі бойынша фосфорит кенін өндіруден көшбастаушылардың
бірі болды. Хромиттер мен борат өндіруде де Қазақстан дүние-жүзі бойынша
көшбастаушы болды. Шымкентте химия-фармацевтика зауыты ашылды. Онда
өндірілген эфедрин, сантонин, пахикарпин және апиын алкалоидтері шетелдерге
де экспорттала бастады. Металлургия өндірісіндегі мұқтаждықты қамтамасыз
ету мақсатында күкірт қышқылын шығаратын өндіріс орны құрылды. Жезқазған
тау-кен комбинаты, Балқаш металлургия комбинаты, Өскемен қорғасын-мырыш
комбинаты, Шымкент қорғасын зауыты, Лениногор полиметалл комбинаты, Қаратау
тау-кен химиясы комбинаты, Қарағанды синтетикалық каучук зауыты, Қарағанды
металлургия зауыты, Жамбыл суперфосфат зауыты, Алматы электрохимия зауыты,
пластмасса және ионалмастырғыштар шығарған Қызылту фирмасы, Шымкент
гидролиз зауыты, Гурьев мұнай айыру зауыты, бертін келе салынған Ақтаудағы
полистирол зауыты секілді алып өндірістік кәсіпорындар Қазақстанның химия
өнеркәсібі деп аталатын өндірістік кешенінің негізі болды.
I.ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ

1.1.Жобаланатын процестің арналу мақсаты, сипаттамасы және процесті
таңдау негіздемесі

Азот – адам, жануарлар және өсімдіктер ағзаларында маңызды қызмет
атқарады. Алайда атмосфералық азотты жануарлар да, өсімдіктер де тікелей
сіңіре алмайды. Көптеген өсімдіктер азотты оның қосылыстарынан (азот
қышқылының тұздары, аммиакты су, аммоний тұздары), ал жануарлар
өсімдіктермен қоректенгенде сіңіреді. Азот белок құрмында кіретіндіктен,
бүкіл өсімдік пен жануалардың дене құрамында болады. Жасушаларада
(клеткаларда) болатын белоктардың түрлі өзгерістері тіршілік процестерінің
негізі, сондықтан белоксыз, яғни азотсыз тіршілік жоқ. Ауылшаруашылық
дақылдарының өнімділігін арттыру үшін топыраққа азот қосылыстары бар
заттарды, яғни азот тыңайтқыштарынан енгізеді.
Азотты ауадан алу жолдарын ХХ ғасырдың басында қолға алады. Бос
күйіндегі азоттың активтігі өте нашар. Сондықтан азотты алу арнайы
әдістермен жүгізіледі.
Электр доға әдісі (1902-1903ж).
Атмосферадағы азот және оттегі 2000-25000С температурада бір-бірімен
әрекеттеседі. Найзағайлы жаңбырда атмосферада электр разряды болған кезде
дәл осындай реакция жүреді:

N2+O2=2NO-Q

Азот оксиді (NO)
1
1

Ауа

Екі жақтан орнатылған электр пештеріне электродтар орналастырылған,
олармен жоғары кернеулі ток өтеді. Екі электродтың арасында электр доғасы
пайда болады. Доғаның арасымен ауа өтеді де, азот пен оттек бір-бірімен
әрекеттеседі. Бұл процестің негізгі кемшілігі электр энергиясының шығыны
өте жоғары. 1 тонна азот алу үшін сағатына 60-70 мың кВт энергия жұмсалады.

Цинамидті әдіс практикаға 1905-1910 жылдары енгізілді. Бұл әдіс
ауадағы азоттың арнайы пеште, 1000-11000С температурада кальций карбидімен
әрекеттесуіне негізделген.
CaC2+N2=CaCN2+C
Түзілген кальций цинамиді азот тыңайтқыштары ретінде қолданылады
немесе аммиак және азот қышылына өңделеді. Бұл әдісте де энергия шығыны
жоғары. 1 тонна азот алу үшін сағатына 10 мың киловатт энергия жұмсалады.
Азотты өндірудің арзан және тиімді әдістерінің бірі ретінде ауадан
азотты бөліп алу қолданылады. Бұл әдіс азот пен оттегінің қайнау
температураларының айырмашылығына негізделген. Атмосфералық қысымда азоттың
қайнау температурасы – 1960С, ал оттегінікі – 1830С-ге тең. Қалыпты
жағдайда ауа түссіз газ, егер ауаны сұйылтсақ немесе терең суытсақ, яғни
– 1920С-ге дейін, онда түссіз сұйықтыққа айналады. Егер сұйық ауаны
қыздырсақ, онда азот бірінші болып буланады, ал оттегі сұйық күйінде
қалады. Бұл процесті ауаның ректификациялануы деп атайды. Алынған азотты
аммиакты синтездеуге қолданады, ал оттегіні металлургияда және химия
өнеркәсібінің басқа салаларына қолданады. Аммиак синтездеуге сутегіні
төмендегідей әдістермен алады:
1) Метанды су буларымен және оттегімен конверсиялау
CH4+H2O=CO+3H2-Q
CH4+0.5O2=CO+2H2+Q
2) Көміртегі оксидін су буымен конверсиялау
CO+H2O=CO2+H2
3) Метанды крекингілеу
2СH4→CH=CH+3H2-Q
4) Суды электролиздеу
2H2O=2H2+O2
5) Кокс газын бөлу
Алынған азот және сутегі газдарын белгілі бір қатынаста араластырып,
аммиакты синтездемес бұрын алдын-ала газды қоспалардан тазартады.
Газдарды тазалау әдістері.
Азот және сутегі газдарының қоспасын күкіртсутектен тазарту құрғақ
және ылғалды екі әдіспен жүргізіледі.
Құрғақ әдіс – темір гидрооксидінен, кальций оксидінен және ағаш
ұнтақтарынан тұратын қатты массаның күкіртсутекті сіңіруіне негізделген.
Fe2O3*H2O+3H2S=Fe2S3*H2O+3H2O
2Fe2S3*H2O+3O2=2Fe2O3*H2O+6S
Ылғал әдіс – мышьяк содалы ерітіндісімен және этаноламин
ерітіндісімен күкіртсутекті циклды әдіспен сіңіруге негізделген.
NA2AsS3O+H2S=Na3AsS4+H2O
NA2AsS4+0.5O2=Na3AsS3O+S
2NH2CH2CH2OH+H2S=S(NH3CH2CH2OH)2
Көміртегі оксидінен тазартуды аммиак ерітіндісіндегі мыс сірке
қышқылымен жүргізеді:
[Cu(NH3)2]CH3COO+CO+NH3=[Cu(NH3)3CO ]CH3COO
немесе метандану, гидрлеу арқылы тазалайды:
СO+3H2=CH4+H2O
CO2+4H2=CH4+2H2O

1.2. Шикізаттың, дайын өнімдердің және қосалқы материалдардың сапасы
Аммиак. Аммиак түссіз, күшті тұншықтырғыш иісі бар газ. Аммиак 273,1
К (0оС) температурада және атмосфералық қысымда (қалыпты жағдайда) газ
күйінде болады. Ол атмосфералық қысымда 239,8 К (-33,3оС) температураға
дейін, ал бұдан жоғары температурада тиісінше қысымды жоғарылату арқылы
салқындатылса, сұйық аммиакқа анналады.
Аммиактың физика – химиалық көрсеткіштері төменде берілген.
Темперетура, 0С
Қайнау –
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... 33,35
... ... ... ... ... ... ... ...
Балқу 77,5
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... .
Аумалы күйдегі
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... +132,4
... ...
Аумалы күйдегі қысым, атм
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... 111,5
Мольдік көлем (0С, 760 мм су бағанасы); л
... ... ... ... ... ... ... ... . 2,084
Тығыздық (0С, 760 мм су бағанасы); 0,771
гл ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .

Сұйық аммиак
Булану
жылуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...кДж
кг ккалкг
Температура
500С ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1415
337,97

00С ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..1260
300,52

500С ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1056
252,26
Суда өте жақсы ериді: 200С 1:700; 00С 1:2000 көлем.
Суда ерігенде 33,47 кДжмоль бөлініп шығады. Судағы ерітіндісін мүсәтір
спирті деп атайды. Судағы 25% ерітіндінің тығыздығы 0,9 температурада NH3 *
H2O, NH3 * 2H2O кристалогидраттарын бөліп шығаруға болады.

МЕСТ 6221-75 стандартына сәйкес аммиактың үш сорты шығарылады

Кесте №1.1.
Құрамы Жоғарғы сорт 1-ші сорт 2- ші сорт
Аммиак, масс%, көп емес 99,96 99,9 99,6
Ылғал, масс%, көп емес 0,04 0,1 0,4
Темір, мгл, көп емес 1 2 2

Азот және сутек қоспасынан алынған тепе-теңдік жағдайдағы аммиактың
концентрациясы (NH3%)
Кесте№1.2.
Температура,ºСҚысым, мПа
0,98 2,94 4,9 9,81 29,4 58,8 98,1
200 50,66 67,56 74,38 81,54 89,94 95,37 98,29
300 14,73 30,25 39,41 52,04 70,96 84,21 9255
350 7,41 17,78 25,23 37,35 59,12 75,62 87,46
400 3,85 10,15 15,27 25,12 47,00 65,20 79,82
450 2,11 5,86 9,15 16,43 35,82 53,71 69,69
500 1,21 3,49 5,56 10,61 26,44 42,15 57,47
550 0,76 2,18 3,45 6,82 19,13 31,63 41,16
600 0,49 1,39 2,26 4,52 13,77 23,10 31,43

Температура және жалпы қысымға байланысты сұйық аммиак бетіндегі қаныққан
бу қысымы
Кесте№1.3.
Температура,ºСАбсолюттік қысым Температура,ºСАбсолюттік қысым
Кгксм2 Мнм2 Кгксм2 Мнм2
-40 0,713 0,070 5 5,259 0,516
-35 0,950 0,93 10 6,271 0,615
-30 1,219 0,119 15 7,477 0,728
-25 1,546 0,151 20 8,741 0,846
-20 1,940 0,190 25 10,229 1,002
-15 2,410 0,236 30 11,895 1,167
-10 2,966 0,291 35 13,765 1,350
-5 3,619 0,355 40 15,850 1,554
0 4,379 0,429 50 - -

Газ қысымы мен көлемінің мәндері
Кесте №1.4.
Температура,ºС Р кгссм2 Х,% (көлем)
(МНм2)
0 300 3,25
(29,4)
0 500 2,8
(49,0)
20 300 6,0
(29,4)
20 800 4,4
(78,5)

Аммиактың қаныққан күйіндегі бу қысымы мен сұйықтық тығыздығының
температураға байланысты өзгеруі
Кесте№1.5.
Температура Бу қысымы Сұйықтық тығыздығы
К °С МПа кгссм кгм
239,8 -33,3 0,101 1,03 682
241,1 -32 0,108 1,10 680
243,1 -30 0,120 1,22 678
245,1 -28 0,132 1,34 675
247,1 -26 0,145 1,48 673
249,1 -24 0,159 1,62 670
251,1 -22 0,174 1,77 668
253,1 -20 0,190 1,94 665
255,1 -18 0,208 2,12 663
257,1 -16 0,226 2,31 660
259,1 -14 0,247 2,51 658
261,1 -12 0,268 2,73 655
263,1 -10 0,291 2,97 652
265,1 -8 0,315 3,21 650
267,1 -6 0,341 3,48 647
269,1 -4 0,369 3,76 644
271,1 -2 0,398 4,06 642
273,1 0 0,429 4,38 639
275,1 2 0,462 4,72 636
276,1 2 0,464 4,79 638

Азот –сутекті қоспа.Табиғи және ілеспелі газдарды азот сутекті
қоспаларға өңдеу бірнеше сатыдан тұрады. Ең алдымен негізгі құрамы
Н2,СО,СО2,N2 тұратын газ қоспасын алады.Бұл саты көмірсутек газдардың
конверсиясы деп аталады. Содан сонң СО - ның конверсиялау сатысы жүреді. 3-
ші сатыда газды СО және СО2 газ қоспасынан тазарту үрдісі журеді.
Нәтижесінде улы катализатордың толық тазартылған, аммиак синтезіне дайын
азот сутекті қоспа алынады. Аммиак синтезі үшін қажет сутегінің табиғи
газдарды, соның ішінде көбінде метанды су буы және оттегімен толықтырып
алады. Конверсиялаудың негізгі теңдеулері келесі негізгі реакциялар бойынша
жүзеге асырылады:

СН4 + Н2О = СО + 3Н2 — 49,27 ккал
СН4 + 0,5 О2 = СО + 2Н2 + 1,3 ккал
СО + Н2О = СО2 + Н2 + 9,8 ккал
СН4 +СО2 = 2СО +2Н2 — 59,3 ккал

4-ші реакция қарастырылмайды, себебі реакция нәтижесінде түзілген
синтез газы метанол және басқа да О2-ті органикалық қосылыстарды алу үшін
қолданылады. Өндірісте метанды конверсиялаудың 3 негізгі әдісі қолданылады.
- Булы каталитикалық конверсия;
- Каталитикалық булы оттегі және булы оттегілі – ауалы конверсия;
- О2-мен және ауамен байытылған О2-мен жоғары температуралы конверсия.
Әдетте, бұл каталитикалық конверсия үрдісінде алдымен 750-800ºС
температурада катализаторда метанның үлкен бөлігі конвертирленеді.Содан сон
метанның қалған бөлігі басқа аппаратта 2-ші теңдеу бойынша ауадағы
оттегімен катализаторда әрекеттеседі. Метанның булы оттегілі және ауаны
конверсия үрдісі экзотермиялық болып келеді.
Өндірісте булы оттегілі және ауаны каталитикалық конверсиясы
катализатордың белсенділігіне байланысты бастапқы газ құрамындағы
мөлшеріне қолданылған қысым және басқа да жағдайға байланысты 800-1050 ºС
да жүргізеді. Өндірісте метанның 1275-1400ºС температурада оттегілі және
оттегілі ауалы катализатордың қатысынсыз конверсиясы кең қолданысқа ие. Бұл
температурада метанның оттегімен әрекеттесуі өте жоғары, бірақ реакция
нәтижесінде метанның термиялық диссосоциялануы кезінде күйе бөлінеді:
СН4 → С + 2Н2
1275ºС -да күйенің аз мөлшері түзіледі, ал 1350ºС және одан жоғары
температурада күйе түзілуінен арылуға болады.

1.3. Процестің теориялық негіздері

Аммиак органикалық заттардың шіруі нәтижесінде түзіліп, бөлініп
шығады. Ауада әрдайым аз ғана мөлшерде араласқан түрде, әсіресе халық
тұратын жерде көп кездеседі.
Аммиакты алудың бірнеше әдісі бар, олардың ішінде маңыздысы, әрі осы
кезде қолданылатыны – аммиак синтезі деп аталатын азот пен сутекті тікелей
қосатын әдіс.
Химиялық тепе-теңдіктің ығысуы туралы ілім аммиак синтезін қандай
жағдайда жүргізу тиімді екеніні алдын – ала болжауға мүмкіндік туғызады.

N2 +3H2 → 2NH3 +Q △Hº= -92,04 кДжмоль

Бұл реакция экзотермиялық және көлемін азайта жүретіндіктен оны
төменгі температурада және жоғары қысымда жүргізу керек.
Көп зерттеулерден кейін қолайлы деп табылған жағдайдың бірі: 280-300
атм.қысым, 400-500ºС температура және K2O, Al2O3араластырған темір
катализаторын қолдану болып табылады. Соның өзінде аммиактың шығымы 15-
20%.Демек, төмен температурада аммиакты синтездеуге мүмкіндік беретін
активтігі жоғары катализатор қолдану ұтымды болып табылады. Сонымен қатар
аммиак шығымын қысымды арттыруды жоғарылату арқылы да іске асыруға болады.

Химиялық тепе-теңдік күйіндегі аммиактың шығымына температура мен қысымының
әсері.
Кесте№1.6.
Қысым, атм. Температура (º С) кезіндегі аммиак шығымы (%)
400 450 500 550
100 25,12 16,43 10,61 6,82
300 47,00 35,82 26,44 19,13
1000 79,82 69,69 57,47 41,16

Аммиак синтезінің катализаторы.
Аммиак синтезі өндірісінде-катализатор ретінде темір осмий, уран,
молибден, марганец, вольфрам тағы басқа металдар қолданады. Өндірісте
магнетитті (Fe3O4) промотолы компонеттермен (К2О,СаО) бірге балқытылып
аынған темірлі катализаторларды қолданады. Катализаторларды сутегімен 300-
400°С-та арнайы аппаратта тотықсыздандырады. Бұл үрдісітің зияндылығын
кеміту үшін катализаторлар құрамына активаторлар қосады. Катализатор
құрамында 2-4% Al2О3 болады, одан артық болса аммиактың катализатор бетіне
шығуына кедергі жасайды. Аммиактың катализатор бетіне шығуын жылдамдату
үшін К2О қосады. Катализатор құрамында сонымен қатар SіО2 активаторы
болады. Катализатор құрамында SіО2 мөлшері 0,3%-тен аспауы керек. Одан
жоғарыда катализатор құрамында SіО2 мен бірге СаО, МgО болса оның активтігі
артады. Россия өндірісінде СА-1, СА-2, катализаторлар қолданады.
Катализатор СА-1 3-рет активтелген (AlО, К2О, СаО), құрамында SіО, МgО бар.
Катализатор 400-550°C-та 60мПа қысымға дейінгі қысымда және азот сутек
газдардан аммиак синтезінде 8-жылға дейін үздіксіз қолданады. Катализатор
СА-2 жоғры температурада синтездеу үшін қолданылады. Ол ыстыққа шыдамды
құрамында ванадий оксиді V2O5 болды.
Катализаторларды темір металдарынан және табиғи магнетит кендерінен,
жасанды магнетиттерден дайындайды.Шикізаттың сапасы-белгіленген талапқа сай
болуы керек. Егер шикізат құрамында 0,2%- күкірт болатын болса, катализатор
белсенділігі 15%-ға дейін төмендейді.Катализаторға сондай-ақ шикізат
құрамындағы фосфор, мыс және тағы басқа қоспалар айтарлықтай әсер етеді.
Майдаланған және түйіршіктелген темір катализаторлары - оксид түрінде
болады. Аммиак синтезі үшін қолданылатын катализаторлар тотыққан күйде
болуы керек. Тотықпаған катализатор құрамында 90%-дейін магнетит (Fe3O4)
болады. Тотықсыздану сатысы өте маңызды және буы катализатордың
белсенділігін анықтайды. Катализатордың тотығуы оксидтердің сутегімен
әрекеттесуіне негізделген.
Fe3O4+4Н2→3 Fe+4Н2О - 185,82кДж
Тотықтырғыш ретінде азотсутекті қоспа қолданады. Катализаторды тотықтыру
аммиак синтезінің калоннасынада жүргізіледі.
Катализаторды циркуляция жасап жүрген азот сутекті қоспамен оның бастапқы
тотығыу температурасына дейін (350-400°C) қыздырады. Қыздыруды және
тотықтырурды 5-10 мПа қысымда жүргізеді. Азот өндірісінде жұмыс істеп
жатқан катализаторлардың ең жоғарғы белсенділігі 450-520°C- температурада
болады. Өте төмен температурада реакцияның жылдамдығы
төмендейді.Катализаторлардың сәйкес максималды белсенділік температурада
аммиактың теп-теңдік концентрациясы 100мПа қысымда болады. Бірақ осындай
қысымға қондырғыны дайындау өте қиын және азот сутекті қоспаны 100 мПа
қысымда сұйыққа айналдыру шығынының жоғарлығы мен электр энергиясының
үлкен шығыны болады.
Қазіргі уақытта үрдісті 30 мПа қысымда жүргізілетін үрдіс тиімді болып
есептеледі. Тепе-теңдік күйге жақындаған кезде реакцияның жылдамдығы бірден
баяулайды. Сондықтан өндірістік жағдайда аммиактың құрамы 50% тепе-теңдікті
құрайды.
Азот-сутекті қоспа құрамында катализаторды улайтын қоспалардың
мөлшері аз болуы керек. Бұл қоспалардың кейбіреуі катализаторларға қатты
әсер етеді және таза азот сутекпен жұмыс істеуге көшкен кезде
катализаторларда бастапқы белсенділігін төмендетеді. Бұл улаушы
қосылыстарға- күкірт,фосфор, мышьяк жатады.
Азот сутекті қоспаның оттекті қоспалармен су буымен көміртегі оксиді және
диоксидтермен, сондай-ақ оттегімен ластанылуы да катализаторлардың улануына
әкеліп соғады.Бірақ бұл жағдайда катализатордың белсенділігі біртіндеп
қалпына келеді.

Аммиак өндірісінің блок - схемасы

Кесте№1.7.

Процестер Химиялық реакция Қолданылатын аппараттар

Метан конверсиясы
СН4 + Н2О = СО + 3Н2
СН4 + 1,5 О2 = СО + 2Н2О

Су буы

Көміртегі (ІІ) оксидінің
конверсиясы
СО + Н2О = СО2 + Н2

Синтез газын
моноэтаноламин
ерітіндісімен жуу:
2RNH2+H2O+CO2 =
(RHNH2)2CO3

Каталитикалық гидрлеу
СO2 +4H2 = CH4 +2H2O
СO +3H2 = CH4 +H2O
O2 +2H2 = 2H2O

N2 +3H2 → 2NH3

Аммиакты сұйық күйге
айналдыру

Циркуляциялы газды және
аммиакты бөлу

1.4. Процестің технологиялық сұлбасының сипаттамасы, технологиялық режим
нормалары

Азот сутек қоспасынан аммиакты синтездеу үшін әртүрлі қысымды
қолдануға байланысты мынадай топтарға бөледі:
1.Төменгі қысымда (10-200 атм. Қысымаи аралығында жұмыс істейтін
жүйелер.
2. Орташа қысымда (280-300 ат.қ қысымда)
3.Жоғары қысымда (450-100 аим.қ қысымда жұмыс істейтін жүйелер.
Өнеркәсіпте аммиакты синтездеу барысында тиімді болғандықтан көп жағдайда
орташа қысымды қолданады.
Құрамында аммиак және әрекеттеспеген азотсутекті қоспасы бар газ 200°C
температурамен синтез мұнарасынан (1) шығып, сулы конденсаторға (2) келіп
түседі. Сулы конденсаторда (2) аммиактың үлкен бөлігі конденсацияланып,
сеператорда (3) бөлінеді. Құрамында аммиак қалдықтары бар азотсутекті қоспа
циркуляциялық насосқа (4) келіп, осы жерде газ циркуляцияланған газды
фильтрлеу (5) алдында жаңа сығылған азотсутекті қоспаны қосады.
Циркуляцияланған және жаңадан қосылған газдың қоспасы фильтрден (5) өткенде
католизатордың активтілігін төмендететін майлағыш майларынан
арылады.Сүзгіден өткен қоспадан аммиакты қайтадан конденсациялау үшін
екіншілік конденсациялау мұнарасына (6) және сұйық аммиакты буландыру (7)
жүйесіне жібереді.Жылуалмастырғышы, жоғары жағында аралсқан конденсациялық
мұнарада (6) газ салқындап, буландырғышқа (7) бағытталады. Ол жерде
азотсутекті қоспа буланған сүйық аммиакпен тағыда салқындатылады.
Салқындатылған азотсутекті қоспа (6)-ші мұнараның төменгі жағына, яғни
сеператордың қызметі атқарып тұрған бөлігіне келеді. Аммиакты бөліп алған
соң азотсутекті қоспа жылуалмастырғышта конденсациялық мұнарға келетін
газды салқындатады. Конденсациялық мұнарадан шыққан азотсутекті қоспа
синтез мұнарасына келеді. Сонымен аммиакты синтездеу циклдік процеске
жатады.
Технологиялық режим нормалары
Кесте №1.8.
Қысым,атм 280-300
Температура,ºС 400
Синтез коллонасына түсетін газ құрамы,% 64-66 H2, 21-22 N2, 6 CH4,
5Ar, 2-3 NH3.
Синтез коллонасынан кейін газ құрамы,% 52-57 H2, 17,5-19 N2, 6,6
CH4, 5,5Ar, 12-18 NH3.
Синтез колоннасынан шығатын газ температурасы,120-200
ºС
Сулы кондесатордан шыққан газ температурасы, 25-35
ºС

Аммиакты синтездеу мұнарасы- аммиак синтездеу процесінде негізгі
қондырғы болып табылады. Синтез мұнарасының корпусы болаттың арнайы
сорттарынан жасалады, өйткені синтездеу жоғары температурада және жоғары
қысымда өтеді. Оның биіктігі 12-20 метрден тұратын циилиндр қондырғысынан
тұрады.
Цилиндр (1) төменгі және жоғары жағынан мықтап қақпақпен жабылады.
Мұнараның ішкі жағында жылуалмастырғыш (2) және катализатор қорабы (3)
араласқан. Азотсутекті қоспа 20-30°Cтемпературамен мұнараға жоғары жағынан
келеді. Синтез мұнарасындағы катализаторы бар цилиндр қорап пен мұнара
корпусының арасында саңылау қалдырылған. Осы саңылау арқылы азотсутекті
қоспа өтіп, жылуалмастырғышқа (2) барады. Жылуалмастырғышта түтіктер
арасымен газ жоғары көтеріліп бара жатып, жылуалмастырғыштың ішкі жағынан
төменге түсіп бара жатқан әрекеттескен газдардың жылумен жылытылады.
Жылуалмастығыштан жылытылған газ электр жылытқыштары (5) бар орталық құбыр
(4) арқылы католизатро қорбына (3) келіп түседі.Катализатордағы (6) қажетті
температураны ұстап тұру үшін және оның қызып кетуін болдырмау үшін,
католизатор қабатына қосақталған жылуалмастырғыш түтіктер (7) енгізілген.
Газ әуелі жіңішке ішкі түтік арқылы жоғарыдан төмен қарай, сонан соң
жіңішке және кең түтік арасындағы сақиналы кеңістін арқылы жоғары
көтеріледі. Осы процесс кезінде газ азот пен сутегінің әрекеттесуіне
түзілген жылуды катализатордан ала кетеді де, өзі қыздырыла отырып
катализаторға түседі.Синтездеудің әсерінең пайда болған жылудан температура
500°C-қа дейін көтеріледі. Реакцияға түскен газдар католизатордан
жылуалмастырғыштың (2) түтіктеріне бағыталып, ол жерде жылуы жаңадан түскен
газды жылытуға пайдаланады да, сонан соң синтездеу мұнарасынан шығарылады.
Синтез мұнарасының технологиялық режим нормалары
Кесте№1.9.
Бастапқы қысым, атм 280
Соңғы қысым, атм 300
400-500
Катализатор аумағындағы
температура,ºС
24-26
Конвертирленген газ құрамындағы
аммиактың концентрациясы,%
Газдың синтез мұнарасынан шығардағы ~ 120-200
температурасы, ºС
1.5. Технологиялық процесті автоматтандыру.

Автоматизация – ғылым мен техниканың жетекші саласының бірі,
динамикалық түрде дамып, адам қоғамының барлық сферасына еркін енуде.
Автоматизация жұмысшылардың еңбек сипатын сапалы тұрғыда өзгертеді.
Химия өнеркәсібінде механикаландыру кешеніне және автоматтандыруға көп
көңіл бөлінеді. Бұл - технологиялық процесстердің жүруінің үлкен
жылдамдығымен, күрделілігімен, режимді бұзудың, жұмыс жағдайының
зияндығымен, қайта өндірілген заттардың жарылыс және өрт қаупінің тууымен
түсіндіріледі.
Өндірісті механикаландыру барысында ауыр еңбек жеңілдетіліп,
жұмысшылар саны қысқарып, еңбек өнімділігі артады.
Механикаландыру деп ауыр қол еңбегін жеңілдетуге бағытталған механизмдер
мен машиналарды енгізуді айтамыз.
Аппараттардың жүктемесінен, машиналар қуатының күшеюіне, өнеркәсіп
аумағының ауырлығына, қысымның, температураның және химиялық реакция
жылдамдығына байланысты қол еңбегін механикалық өнеркәсіпте пайдалану
тиімсіз. Өйткені тәжірибелі жұмысшының өзі де, процесстің нормасынан ауытқу
жағдайда тез арада икемделіп, әрекет жасай алмайды. Осындай жағдайлар
салдарынан өрт, жарылыс апаттары болуы қаупі бар.
Өнеркәсіптің дамуына - адам организмінің мүмкіндігінің шектеулігі, адамның
тез шаршауы, қоршаған ортаның өзгеруіне және түсіп жатқан ақпараттардың
мөлшеріне дер кезінде көңіл аудармауы, жағдайды субьективті бағалау сияқты
факторлар кедергі келтіреді.
Адамзатты өндірістегі еңбектен босататын, технологиялық процесстерді,
механизмдерді машиналарды басқаруды автоматтандыратын, машина өндірісінің
жаңа түрі – ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.