Mundarija kirish 2) Kimyo texnologiya tizimlarini (ktt) tahlil qilish, sintez qilish vaoptimallashtirish 3) Matematik modellashtirish 4) Matematik modelni qurish

7.1 Sintez bo’limining moddiy xisobi
Menga kafedra topshirig’iga ko’ra 378500 t/yil karbamid ishlab chiqarish sexini loyihalash vazifasi berilgan. Moddiy balansni tuzish uchun berilgan quvvatni kg/soatga aylantirish kerak. Bunda sexni 30 kunga ta’mirlanish uchun to’xtalishini hisobga olishimiz kerak. U holda

Berilgan ma’lumotlar.
Suyuq ammiakning tarkibi, (%):
Ammiak………………………………………………………………………...99,8
Suv………………………………………………………………………………0,2
Ekspanzer gazining tarkibi, (%):
Uglerod (IV)–oksidi…………………………………………………………….. 96
Boshqa gazlar……………………………………………………………………...4
Shular bilan birga, (%):
Ammoniy karbamatning karbamidga aylanish darajasi………………………..70 %
Mochevinaning yo’qotilishi…………………………...……………………6.5 %
7% (5+1+1) yo’qotilishini hisobga olgan holda 47077 kg/soat tayyor mahsulot olish uchun sintez kolonnasida hosil bo’lgan mochevina, kg/soat:
47077 • 1,07 = 55728
22
Mochevinaning hosil bo’lishi quyidagi reaksiya bo’yicha boradi:
CO₂ + 2NH₃=NH₂COONH₄+ 159,32 kJ
NH₂COONH₄= (NH₂)₂CO + H₂O - 26,27 kJ
Quyidagi reaktsiya buyicha 1000kg mochevinaga sarflanayotgan ammiak vauglerod (IV) – oksidinings texiometriksarfi, kg:
CO₂ + 2NH₃ =(NH₂)₂CO+ H₂O+ 133,03 kJ
Ammiak uchun stexiometrik sarfi, kg:
(2 • 17 • 1000)/60 = 566,7 kg
NH₃(44 • 1000)/60 = 733,3 kg CO₂
bu yerda: 17, 60 va 44 - ammiak, mochevina va uglerod (IV) - oksidlarining molekulyar massasi.
47077 kg/soat mochevina olish uchun siklga berilayotgan reagentlarning miqdori,kg/soat:
Ammiakning miqdori, kg/soat:
50372 • 0,5667 = 28546 kg/soat
Uglerod (IV) - oksidining miqdori, kg/soat:
50372 • 0,7333 = 36938 kg / soat
Reagentlarning amaliy sarfini hisobga olgan holda, ammoniy karbomatni mochevinaga aylanishida ammiak va uglerod (IV) - oksidining mollar nisbati quyidagicha, kg/soat:
m_NH3=50372•(17•4,5•100)/(60•65)=98807
m_NH3= 50372 • (44 • 1 • 100) / (60 • 65) = 56830.4
m_н2о= 503728 • (18 • 0,5 400) / (60 • 65) = 11624,4
bu yerda: 4,5 : 1 va 0,5 - ammiak, uglerod (IV) - oksidining va suvning mol miqdorlari; 65- ammoniy karbomatning mochevinaga aylanish darajasi (%).
23
Ammiak, uglerod (IV) - oksidi va suvning ammoniy tuzlari eritmasi bilan siklga qaytarish miqdori.
Ammoniy tuzlaridagi ammiak, uglerod (IV)-oksidining va suvning
foizlardagi mikdorini α,β va γ deb belgilaymiz. Boshlang’ich ma’lumotlarga ko’ra α=40% ni tashkil kiladi. Shunga asosan ammoniy tuzlari eritmasining tarkibi quyidagicha topiladi:
m_со2= 50372 • ( 44 • (1 - η)) / 60 • η + 47077 • 44 • П / 60
bu yerda, η - ammoniy karbamatning mochevinaga aylanish darajasi 0,65 П - distillyatsiya va bug’latilish jarayonida mochevinani yo’qotilishi (suvsiz nisbatlardan tashqari 0,05 + 0,01 - 0,005 = 0,055):
m _NH3 = m _C02 • а /β
m _H2O = m_C02 • γ/β
Noma’lum sonlarni o’rniga ko’yib, kuyidagini xosil kilamiz,kg/soat
m_со2 = 50372.4 • ( 44 • (1 - 0,65 )) / 60 • 0,65 + 47077 • 44 • 0,055 / 60 = 24106
Ammoniy tuzlari eritmasidagi uglerod (IV) - oksidi va suv (aniqlangan) foiz miqdorini quyidagicha aniqlaymiz:
β + γ = 1 - α = 1 - 0,4 = 0,6 γ = 0,6 – β
Ammoniy tuzlari eritmasidagi ammiak va yangi ammiak miqdorini quyidagi tenglamadan aniqlaymi
A₁ = ^mNH₃ ^{- m}’NH₃
Qaytgan va yangi ammiak bilan berilayotgan suvning miqdori quyidagi tenglamadan topiladi:
B₁= ( m_NH3- m’_NH3) ’0,002/(1 - 0,002) = ( m_NH3- m_’CO2. α/β)0,002:/1-0.002
В₁=(98807.4-21789.4 • 0,4/β) • 0,002/(1 - 0,002) = 198.01–17.5 1/ β
bu yerda, 0,002 - ammiakdagi suvning miqdori.
Bundan tashqari qaytgan va yangi ammiak bilan berilayotgan suvning miqdori quyidagicha topiladi
В₁= .m_н2о -m’_н2о
Ikkita tenglamalarning yigindisi В₁ ga nisbatan quyidagicha:
m_н2o–m’со2 • γ/β = 197.61-17.431/β
Quyidagi tenglamani hisoblab, β ni aniqlaymiz:
11624.4 – 21789.41 • (0,6 - β) /β=197.61- 17.431/ β = 0,3930
Shunga ko’ra, u quyidagiga teng:
γ= 0,6 - 0,3930 = 0,2070
Р va y sonlarini bilgan xolda, (2) va (3) tenglamadan ammoniy tuzlari eritmasidagi ammiak va suvning miqdorini aniqlaymiz, kg/soat:
m_NH3=21789.41 • 0,4/0,3930 = 22177.5 кг/соат
m’_H2o=21789.41 • 0,2070/0,3930 = 11476.86 кг/соат
Ammoniy tuzlari eritmasi bilan kelayotgan komponentlar mikdorikg/soat:
21789.41+22177.5+11476.86=55443.8 кг/соат
Ammiakni hisobga olmagan xolda, ammoniy tuzlari eritmasi bilan siklga qaytayotgan toza va qaytar ammiak mikdori, kg/soat:
А₁= 98807.4 -22177.5=76629.5 кг/соат
Siklga kirayotgan toza ammiak va qaytar ammiak tarkibidagi
25
suvning miqdori, kg/soat:
В₁=197.61-17.5• 1/0,3930 = 147.5 kg/soat
Sintez kolonnasiga kirayotgan komponentlarning umumiy miqkdori, kg/soat
m_NH3=98807.4, m_co2= 56830.4, m_H2O= 11624.4
Toza uglerod (IV)-oksidining miqdori, kg/soat:
m_C02- m’_СО2 =5630.4-21789.41кг/соат
Uglerod (IV)-oksidi bilan kirayotgan boshqa gazlarning miqdori (3 xajm %), nm³/soat:
υ_6.г= 3541 • (22.4/44) • (3/(100 - 3)) = 551,7 nm³ /soat
m_б,г = 551,6• 0,73 =402,7 кг/соат
bu yerda, 0,73 - boshqa gazlarning zichligi, kg/m³ .
Birinchi reaksiya tenglamasiga muvofiq ammoniy karbamatning hosil bo’lishi, kg/soat :
(m_C02• 78/44) = 56830,4 • 78/44 = 10744,8 kg/soat
bu yerda, 78 va 44 - ammoniy kabomat va uglerod (IV)-oksidining molekulyar massasi.
Ushbu miqdordagi ammoniy karbomatning hosil bo’lishi uchun sarflanayotgan ammiakning miqdori, kg/soat:
100744,8• 2 • 17/78 =43914,4 kg/soat
bu yerda, 17 - ammiakning molekulyar massasi.
Reaksiyaga kirishmay qolgan ammiakning miqdori, kg/soat:
98807,4-43914,4=54892,9
Ammoniy karbomatdan mochevinaning hosil bo’lishi, kg/soat:
100744,8 • (60/78) • (65/100) = 50372,4
Reaksiyaga kirishmay qolgan ammoniy karbomat miqdori, kg/soat:
100744,8•(100 - 65/100) = 35260,7 kg/soat
Birinchi reaksiya bo’yicha ammoniy karbomatdan mochevinaning xosil bo’lishida ajralib chiqayotgan suvning miqdori, kg/soat:
100744,8 • (18/78) • (65/100) = 15111,72
Sintez kolonnasidagi hosil bo’lgan jami suvning miqdor, kg/soat:
15111,72+11624,4=26736,12
Ortiqcha ammiak bilan suvning ta’sirlashishi natijasida hosil bo’lgan
ammoniy gidroksidining miqdori, kg/soat:
26736,12 • 35/18 = 51986,9kg/soat
bu yerda, 35 va 18 - ammoniy gidroksidi va suvning molekulyar massalari.
51986,9 kg/soat ammoniy gidroksidni hosil bo’lishida ammiakning sarfi:
51986,9-26736,12=25250,8kg/soat
G az fazasida erkin ammiakning yo’qolishi:
54896,9-25250,8=29642,1kg/soat
Olingan natijalarni jadval shakliga keltiramiz.
Mochevina sintez bo’limining moddiy balansi

Kirish				CHiqish
Nomlanishi	kg/soat	%	Nomlanishi		kg/soat	%mass
Ammiak (yangi va qaytgan): NH3 H2O	76629,9 147,5 147,5		Mochevina Ammoniybarmat Ortiqcha erkin ammiak Suv+NH3(NH4OH) Boshqa gazlar		50372,4 35260,7 296422 51986,9 402,7	30,04 21,03 17,70 31,00 0,23
Jami: Uglerod (IV)- oksidi:	76777,4
CO2	35041
Boshqa gazlar	402,7		Umumiy jami:		167664,9	100
Jami:	35443,7
Ammoniy tuzlari eritmasi: NH3 CO2 H2O	22177,5 21789,41 11476,86
Jami:	55443,7
Umumiy jami:	167664,79
Kirish				CHiqish
Nomlanishi	kg/soat	%	Nomlanishi		kg/soat	%mass
Ammiak (yangi va qaytgan): NH3 H2O	76629,9 147,5 147,5		Mochevina Ammoniybarmat Ortiqcha erkin ammiak Suv+NH3(NH4OH) Boshqa gazlar		50372,4 35260,7 296422 51986,9 402,7	30,04 21,03 17,70 31,00 0,23
Jami: Uglerod (IV)- oksidi:	76777,4
CO2	35041
Boshqa gazlar	402,7		Umumiy jami:		167664,9	100
Jami:	35443,7
Ammoniy tuzlari eritmasi: NH3 CO2 H2O	22177,5 21789,41 11476,86
Jami:	55443,7
Umumiy jami:	167664,79

Sintez bo’limining issiklik xisobi
Mochevina sintez jarayoni avtotermik ravishda boradi. Jarayon
28 avtotermikligini tashkil qilish uchun yetishmayotgan issiqlik miqdori ammiakni isitish orqali jarayonga kiritiladi. Ammiakni qizdirilishi kerak bo’lgan haroratissiqlik balansidan topiladi.
Dastlabki ma’lumotlar:
Reagentlar harorati,^oC

Matematik modellashtirish 5
Matematik modelni qurish 6
Matematik ifodani tuzish 7
Matematik model tenglamalar tizimining tasnifi 8

Dastlabki moddalar miqdorini moddiy balans jadvalidan olamiz.
Issiqlikning kelishi:
1.Gaz xolidagi uglerod (IV)-oksidi bilan, kj/soat:
Q₁=35041•67=234774
Bu yerda 67- uglerod (IV)-oksidi entalpiyasi.
2.Uglerod (IV)-oksidi bilan kelayotgan bosha gazlar bilan, kj/soat:
Q₂=402.7•1.026•35=14461
3.Suyuq ammiak bilan, kj/soat:
Q₃=76629.9•23=1762487.7
Bu yerda 23,0- suyuq ammiak entalpiyasi.
4.Ammoniy karbomat hosil bo’lish issiqligi, kj/soat:
Q₄=100744.8•(159320-25140)/78= 44176184.6
Bu yerda 159320 - gaz xolidagi ammiak va uglerod (IV)-oksididan ammoniy karbomat hosil bo’lish issikligi, kj/kmol; 25140 - ammoniy karbomat suyuklanish issikligi, kj/kmol.
29
5.NH₄OH hosil bo’lish issiqligi, kj/soat:
Q₅=(25250.8-22177.5)•(29540 - 23680)/17=1059384.6
Bu yerda: 29540 1 kmol suyuq suvda 1 kmol gaz xoldagi ammiakning erish integral issiqligi, kj/kmol; 23680 - suyuq va gaz holdagi ammiak standart entalpiyalari orasidagi farq, kj/kmol; 25250.8 - gidroksid ko’rinishidagi kolonnadan chiqayotgan ammiak miqdori, kg/soat; 22177.5 - ugleammoniy tuzlari ko’rinishida kolonnaga kelayotgan ammiak miqdori, kg/soat.
6.100^oC va 200-10⁵ n/m²da ugleammoniy tuzlari eritmasi fizik issiqligi, kj/soat;
Ammiak bilan 22177.5•485,0= 10756087.5 kj/soat:
Uglerod (IV)-oksidi 21789.41•232.2=5059501 kj/soat:
Suv bilan 11476.86•434.2=4983252.6 kj/soat:
Bu yerda: 485,0; 232,2; 434,2 - ammiak, uglerod (IV)-oksidi va suv
entalpiyalari, kj/kg.
Q₆=10756087.5+5059501+4983252.6=20798841.1kj/soat:
Issiklikning umumiy kelishi Q_kelish=2347747+14461+1762487.7+44176184.6+1059384.6+20 798841.1 =70159106
Issiklikning sarfi
1.Mochevina xosil bo’lishi uchun, kj/soat
Q₁=5027204•19030/60=15976446.2
2.Suyuq ammiakni isitish uchun, 5^o C dan 132,4^o C gacha, kj/soat:
Q₂=43914.4•(674-23,0) =28588274.4
Bu yerda: 674 - 132,4^o C va 200•10⁵ n/m²da ammiak entalpiyasi, kj
3.Gaz xolidagi uglerod (IV)-oksidini kizdirish uchun, 5^oC dan 32,4^o C gacha kj/soat:
Q₃=35041•(297,8-67,0) =8087462.8
Bu yerda: 297,8 - 132,4^o C va 200-10⁵ n/m²da uglerod (IV)-oksidi entalpiyasi, kj/kg.
4.Ammoniyli tuzlar tarkibidan uglerod (IV)-oksidini ajratishda chiqayotgan issiklik,kj/soat:
Q₄=21789.41•24700/44=12231782.4 Bu yerda: 24700 - uglerod (IV)-oksidini erish issiqligi, kj/kmol.
5.Ammoniyli tuzlar tarkibidagi uglerod (IV)-oksidini 100^o C dan 132,4^o C gacha isitish uchun issiklik miqdori, kj/soat:
Q₅=21789.41•(297,8-232,2) =1429385.3
6.Ammoniy karbomatning mochevinaga aylanayotgan kismini 132,4^o Cdan 200^o C gacha qizdirish uchun issiqlik miqdori, kj/soat:
100744.8-35260.7=65484.1
Q₆= 65484.1•1,954-(200-132,4) =8649821
7.Mochevina eritmasi bilan chiqib ketayotgan issiqlik miqdori, kj/soat:
Q₇=m_M-C_Mt+ m_K-C_Kt+ m_a i_a+ m_B i_B+m_aзс_аз
Q₇=50372•2,243•200+35260.7•1,951•200+54893•1292+26736•860,7+402.7•1,047•200=130394696.78
Bu yerda: m_M,m_K,m_A, т_в, т_АЗ - mochevina, karbomat, ammiak, suv va azot massa mikdori, kg/soat; c_M, с_к,с_АЗ - mochevina, karbomat, azot issiklik
sigimlari, kj/kg-grad; i_A, i_в ammiak va suv entalpiyasi, kj/kg; t -harorat, ^oС.
8.Atrof muhitga issiqlikning yo’qotilishi. Kolonna yuzasidan atrof
muhitga yo’qotilayotgan issiqlik miqdori quyidagi formuladan topiladi:
Q_пот = λ/δ (t_ст1-t_ст2 ) Fτ• 10^-3 kj/soat
Bu yerda:λ - izolyatsiya issiqlik o’tkazish koeffitsienti, vt/m-grad, 5 - izolyatsiya qalinligi, м, t_ct1 - apparat tashqi devori yoki izolyatsiya ichki qatlam yuzasi harorati, ^оС, t_ct2- izolyatsiya tashqi qatlam yuzasi harorati, ^оС, F apparat yuzasi, м², τ - vakt, 3600 sekund.
Sintez kolonnasini issiqlikdan himoya qilish ya’ni izolyatsiya qilish uchun diatomit g’ishtlar qo’llaniladi. Diatomit g’ishtlar issiqlik o’tkazish koeffitsienti qiymati 0,128-0.186 vt/m-grad oralig’ida bo’ladi, 0,15 vt/m-grad deb qabul qilamiz.
Izolyatsiya qalinligi hisobi.
Talab qilinadigan izolyatsiya qalinligi quyidagi formuladan topiladi:
δ= λ (t_ст1-t_ст2) / q
Bu yerda: q - solishtirma issiqlik yuklamasi, vt/m .
Solishtirma issiqlik yuklamasi quyidagi formuladan topiladi:
q= β₂(t_ст2-t_B)= β₂ •∆tвт/м
Bu yerda:β₂ - izolyatsiya tashqi yuzasidan havoga issiqlik berish
koeffitsienti, вт/м²-град, t_B- atrof –muhit havosi harorati, ^oС,∆t-havo va
izolyatsiya tashqi qavati haroratlari o’rtasidagi farq, ^оС.
β₂ = 9,3 + 0,058t_ст2
t_ст2=40^oC ва t_B=-20^oC deb qabul qilamiz, u xolda
β₂ = 9,3 + 0,058 • 40 = 11,63 vt/m² grad
q = 11,63•( 40 - (-20) = 700 vt/m² grad
Kolonnadagi harorat 200^o C ekanligini hisobga olib, asosiy issiqlik
qarshiligini izolyatsiya tashkil qiladi deb qabul qilsak, u holda t_ct2=195^оСdeb qabul qilsak bo’ladi. U xolda:
δ=(t_CT1-t_CT2)/q=0.15(195-40)/700=0.033 m
Oddiy diatomit g’ishtining o’lchamlari 65x123x250 mm.ni tashkil qiladi.
Uni o’lchami bo’yicha qo’yib 65 mm va 15 mm qoplamani hisobga olsak, izolyatsiya qalinligi 80 mm. bo’ladi.
Bitta kolonna tashqi yuza qismi:
F_Hк. = πdH+ 2•(π/4)d²

Ikkita kolonnaning birgalikdagi yuzasi:
F_HK. = 2 • 109 = 218 м
Atrof- muhitga issiqlik yo’qotilishi quyidagiga teng:
Q_YO’Q=β₂F_{H K}.(t_ст2-t_B ) τ•10^-3=11,63•218( 40-(-20)) 3600 • 10^-3 = 535000kj/soat:
Olingan ma’lumotlar asosida sintez jarayonining issilik balansini tuzamiz
Sintez jarayonining issiqlik balans jadvali

Kelish			Sarf
Nomi	Kj/soat	%	Nomi	Kj/soat	%
Uglerod IV)-oksidi bilan	2347747		Mochevina hosil bo’lishi uchun	15976446
Boshka gazlar bilan	14461		Suyuq ammiakni isitish uchun	28588274
Suyuk ammiak bilan	1762488		Uglerod (IV)- oksidini qizdirish uchun	8087463
Ammoniy karbomat hosil bo’lish issiqligi	44176185		Ammoniyli tuzlar tarkibidan uglerod (IV)- oksidini ajratishda chiqayotgan issiqlik	12231782
NH4OH hosil bo’lish issiqligi	1059385		Ammoniyli tuzlar tarkibidagi uglerod (IV)- oksidini isitish uchun	1429385
Ugleammoniy tuzlari eritmasi bilan	20798841		Ammoniy karbomatning mochevinaga aylanayotgan kismini kizdirish uchun issiklik mikdori	8649821
			Mochevina eritmasi bilan chikib ketayotgan issiklik	130394697
			Atrof muxitga issiklik yukotilishi	535000
Umumiy jami	70159107			93661086