Разработка технологии получения аммиака

• фактические расходные коэффициенты:

по водороду - =(666,6 + 35,2)/3092,02 = 0,227,

по азоту- =3110,8/3092,02=1,01.

Выход аммиака  по сырью

%.

Теоретический выход G_T определим исходя из поданного на установку

водорода:

657 + 511,1= 1168,1 кг;

G_T =1168,1∙ 34/6 =6619,2 кг.

Таким образом, расчет материального баланса показал, что для годовой производительности 25000 т аммиака, необходимо 5406 т водорода (Н₂),

25130 т азота (N₂).

3.2 Основные параметры работы гидравлических машин

 

Гидравлические  машины - это машины, предназначенные  для преобразования механической энергии  в гидравлическую (насосы), гидравлической энергии в механическую (гидродвигатели) и для передачи механической энергии  от одного вала к другому с помощью жидкости

Гидравлические  машины, предназначенные для подъема, нагнетания и перемещения жидкости называются насосами.

При проектировании насосной установки определяется напор  и мощность насоса при заданном расходе  жидкости, перемещаемой насосом. В зависимости от этих характеристик выбирается марка насоса [13].

 

Для этого необходимо знать наибольшую высоту, на которой  может быть установлен насос или, так называемую высоту всасывания. Высота всасывания определяется величиной  допустимого разрежения при входе в насос.

 

3.2.1 Методика расчета насоса

 

1) Напор характеризует удельную энергию, сообщаемую насосом единице веса перекачиваемой среды и рассчитывается по формуле:

 

                     Н = Н_Г + (р₂ – р₁)/(ρ*g) + h_вс + h_H,                         (1)

 

Где: h_вс – гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода

         (1 мм.ст.жидкости);

h_H – гидравлическое сопротивление нагнетающего трубоповода

(4 мм.ст.жидкости);

(р₂ – р₁) –избыточное давление аппарата;

ρ –плотность жидкости;

Н_Г –геометрическая высота подъема жидкости.

 

 

2) Мощность на валу электродвигателя находится по формуле:

 

                                    N = Q*ρ*g*Н/η,                                  (2)

 

Где: η – общий коэффициент полезного действия (КПД) насосной   установки;

Q – количество среды, перемещаемое машиной в единицу      времени.

 

3) Поскольку мощность N берут с запасом не менее 25%, то требуемая

 

мощность рассчитывается как: N1=1,25∙N.

 

 

 

3.2.2 Расчет насоса

 

Готовый продукт  – жидкий аммиак плотностью 0,686 г/см³ перекачивается насосом Н-3 из сепаратора С-1 в емкость-сборник Е-1. Нужно выбрать насос для подачи аммиака в количестве Q м³/ч, определить мощность на валу электродвигателя насоса.

 

Исходные данные:

p₁ =494 р₂;

Н_Г = 15 м;

h_н = 2,25 м;

h_вс = 1,45 м;

ρ = 686 кг/м³;

Q = 12,89 кг/ч

 

1) Рассчитаем напор насоса по формуле (1):

Н = 15 +  (50000-101,3)/686*8,9+1,45 + 2,25 = 26,7 м

 

По рассчитанным данным напора выбираем насос СМ 150-125-315 производительностью 200 м³/ч, напор столба жидкости 32 м, КПД η = 65%.

3) Найдем полезную мощность электродвигателя по формуле (2):

 

N = (12,89* 686 * 9,8 * 26,7 )/0,65 * 3600 = 98,64 кВт

 

4) Мощность электродвигателя берется с запасом:

 

N1 = N∙1,25 = 98.64 ∙1,25 =123,3 кВт

Таким образом, чтобы перекачать 12,86 м³/ч  аммиака требуется центробежный насос с двигателем мощностью 123,3 кВт.

В данном разделе рассчитан  материальный баланс производства аммиака  при производительности установки 25000 т/год. При данной производительности можно получить 434,4 т/год аммиака, для этого потребуется   5361,1 т/год   водорода  и 25130 т/год азота.

Рассчитан и  выбран насос для перекачивания  аммиака из сепаратора  С-1 в емкость-сборник Е-1. Выбран насос марки СМ 150-125-315 производительностью 200 м³/ч. Также найдена требуемая мощность электродвигателя, которая составила 215,6 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4  Анализ мероприятий по безопасности труда и охране окружающей среды

По объемам производства аммиак занимает одно из первых мест. Ежегодно во всем мире получают около 100 миллионов тонн этого соединения. Аммиак используется для производства азотной кислоты (HNO₃), которая идет на производство удобрений и множества других продуктов; азотсодержащих солей [(NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃, NaNO₃, Ca(NO₃)₂], мочевины, синильной кислоты [11].

Аммиак используется также при получении соды по аммиачному способу, в органическом синтезе, для приготовления водных растворов (нашатырный спирт), находящих разнообразное применение в химической промышленности и в медицине. Жидкий аммиак, а также его водные растворы применяют в качестве жидких удобрений. Аммиак представляет собой хороший растворитель для значительного класса соединений, содержащих азот. Большие количества аммиака идут на аммонизацию суперфосфата.

Испарение аммиака происходит с поглощением значительно количества тепла из окружающей среды. Поэтому аммиак применяют также в качестве дешевого хладагента в промышленных холодильных установках. При этом жидкий аммиак должен соответствовать требованиям, предъявляемым ГОСТ 6221 – 90 «Аммиак жидкий технический». В качестве хладагента используется жидкий технический аммиак марки А. При этом содержание воды не должно превышать 0,1%.

Аммиак используется также для получения синтетических  волокон, например, нейлона и капрона.

 В легкой промышленности  он используется при очистке и крашении хлопка, шерсти и шелка. В нефтехимической промышленности аммиак используют для нейтрализации кислотных отходов, а в производстве природного каучука аммиак помогает сохранить латекс в процессе его перевозки от плантации до завода.

В сталелитейной промышленности аммиак используют для азотирования – насыщения поверхностных слоев  стали азотом, что значительно  увеличивает ее твердость [5].

 

4.1 Свойства, определяющие пожаровзрывоопасность аммиака

 

Жидкий аммиак не горюч  и не взрывоопасен. Газообразный аммиак относится к горючим газам. В соответствии с ГОСТ 12.1.011 – 78 (1991) «ССБТ. Смеси взрывоопасные. Классификация и методы испытаний» аммиачно-воздушная смесь относится к категории взрывоопасности IIА и группе Т1 [16]. В чистом кислороде аммиак сгорает бледно-желтым пламенем, превращаясь, в основном, в азот и воду.

Аммиак горит при  наличии постоянного источника  огня. Наличие масел и другого  горючего увеличивает пожаровзрывоопасность  этого вещества [5]. Емкости с аммиаком при нагревании могут взрываться.

Водный раствор аммиака  обладает свойствами слабого основания. Контакт с ртутью, хлором, йодом, бромом, кальцием и окисью серебра  может привести к образованию  взрывчатых соединений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 11 – Параметры, характеризующие пожаровзрывоопасность аммиака

Горючесть			Горючий бесцветный газ
Предел воспламенения ГПВС* при н.у., % объемный	Смесь с воздухом	нижний	14,5
		верхний	26,8
	Смесь с кислородом	нижний	13,5
		верхний	82
Температура воспламенения, 0С			650
Температура вспышки, 0С (смеси, содержащие 9…57 об.% NH3)			1000
Минимальная энергия  зажигания, МДж			680
Максимальное давление взрыва, МПа			0,6
Нормальная скорость пламени воздушной смеси, м/с			0,07

4.2 Токсические свойства аммиака

 

Аммиак является токсичным  веществом и согласно ГОСТ 12.1.007 – 76 «ССБТ. Вредные вещества» относится к 4-му классу опасности. Запах этого вещества ощущается при содержании его в воздухе в количестве 0,5 мг/м³. Токсические свойства аммиака приведены в таблице 3.3, а также в таблицах П. 4.1…П. 4.3.

Газообразный аммиак вызывает острое раздражение слизистых  оболочек, слезоточение, удушье, рвоту. Жидкий аммиак или струя газа, попадая  на кожу, вызывают сильные ожоги [2].

В первую очередь аммиак поражает нервную систему, снижая способность  нервных клеток усваивать кислород.

 Также у пораженных резко  снижается слуховой порог: даже  не слишком громкие звуки становятся  невыносимы и могут вызвать  судороги. Действие аммиака на  дыхательные пути может спровоцировать  рефлекторный ларингоспазм. Снижается  частота сердечных сокращений вплоть до остановки сердца.

Отравление аммиаком вызывает также сильное возбуждение, вплоть до буйного бреда, а последствия  могут быть весьма тяжелыми – до снижения интеллекта и изменения  личности.

Таблица 12 – Токсические свойства аммиака [4,20]

ПДК, мг/м3		20
Поражающее действие	Поражающая токсодоза Cпор, мг/м3	200
	Время поражающего воздействия tпор, ч	6
Раздражение дыхательных  путей при концентрации, мг/м3		300
Раздражение слизистых  оболочек, глаз при концентрации, мг/м3		500
Токсический отек лекгих при концентрации, мг/м3		1500
Смертельное отравление	Смертельная токсодоза, Ссмерт, мг/м3	3500
	Время поражающего воздействия tпор, ч	0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 Первая медицинская помощь при отравлении аммиаком

 

При оказании первой помощи пострадавшему следует соблюдать следующие правила:

– немедленно надеть противогаз (при отсутствии промышленных противогазов применяются гражданские противогазы, ватно-марлевые повязки, шарфы, платки, предварительно смоченные водой или 5% раствором лимонной кислоты);

– вынос пострадавшего на незараженную территорию, снятие противогаза и зараженной одежды;

– освобождение от стесняющей дыхание одежды;

– при отсутствии дыхания – искусственное дыхание, преимущественно методом «рот» в «рот»;

– вдыхание теплых водяных паров (лучше с добавлением уксуса или нескольких кристаллов лимонной кислоты), или питье теплого молока;

– при попадании аммиака в желудок необходимо вызвать рвоту;

– при попадании жидкого аммиака в глаза необходимо немедленно промыть их большим количеством воды, приложить примочку из 3–5% раствора уксусной или лимонной кислоты; при болях – закапать в глаза 1–2 капли 1%-ного раствора новокаина.

– при наличии ожогов – введение обезболивающих средств и перевязка;

– обеспечение полного покоя, в холодное время – согревание [12].

 

 

 

 

 

 

 

4.4 Меры предосторожности при работе с аммиаком и методы    

      перевода его в безопасное состояние

 

При работе с жидким аммиаком необходимо использовать средства индивидуальной защиты: фильтрующий промышленный противогаз марки «КД», «М» защитный костюм, фартук, резиновые сапоги и перчатки. При больших концентрациях газа использовать изолирующий противогаз типа «ИП» [12].

Локализация, подавление или снижение до минимального уровня воздействия возникших при авариях  с выбросом (разливом) аммиака поражающих факторов, осуществляют следующими способами:

1. прекращение выбросов вещества путем перекрытия задвижек с отключением поврежденной части технологического оборудования;
2. постановкой жидкостных завес (водяных или нейтрализующих растворов; используются стационарные системы локализации химических аварий с применением дренажных систем водного орошения);
3. обвалованием пролива вещества;
4. откачкой (сбором) пролившегося вещества в резервные емкости;
5. разбавлением пролива АХОВ водой и нейтрализующими растворами;
6. засыпкой пролива сыпучими твердыми сорбентами; выжиганием пролива [4].

 

 

 

 

 

 

4.5 Охрана окружающей среды в производстве аммиака

Крупнотоннажное производство аммиака характеризуют следующие  выбросы в окружающую среду: