Репозиторій ЧДТУ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ 
УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________ На правах рукопису 
УДК _____________ 
 
«Допущено до захисту» 
Завідувач  кафедри ХТВ ЧДТУ 
___________________________ 
                                                       «___»   ______________2022р. 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА БАКАЛАВРА 
на тему 
Технологічна схема та апаратурне оформлення виробництва 
синтетичного аміаку. Стадія синтезу 
 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
 
Науковий керівник: Виконав здобувач вищої 
д.т.н., доцент освіти: 
Віталій ВЯЗОВИК 4 курсу 
_____________________________ Валерія БАЙДІНА  
_____________________________ 
 
2022 
 
ВСТУП 
 
Вихідною сировиною для виробництва аміаку є природний газ, який 
містить метан, вищі вуглеводні, деяку кількість аміаку, оксиді азоту, 
вуглекислоти, залишки сірчистих сполук.  
Стадії виробництва: 
– стиснення природного газу;  
– очищення природного газу від сірчистих сполук;  
– парова каталітична конверсія природного газу; 
– пароповітряна каталітична конверсія до вмісту метану в газі 11 %об. 
під тиском 3,36 МПа; 
– двоступенева конверсія оксиду вуглецю на середньо температурному 
та низькотемпературному каталізаторах; 
– очистка конвертованого газу від оксиду вуглецю (ІV) гарячим 
розчином «Бенфійльда»; 
– каталітична очистка азотоводневої суміші від СО та СО  на 
2
нікелевому каталізаторі (метанування); 
– компремування азотоводневої суміші під тиском до 3,36 МПа 
відцентровим компресором з приводом від парової турбіни; 
– синтез аміаку; 
– охолодження продукційного аміаку за допомогою відцентрового 
компресора з приводом від парової турбіни; 
– передача охолодженого аміаку в ізотермічне сховище; 
– видача рідкого аміаку користувачу. 
Продукційний аміак може видаватися з агрегату в холодному вигляді з 
температурою 240 К чи меншим 225 К. 
Органічні сірчані сполуки, що містяться в природному газі, гідрують 
воднем в присутності кобальт-нікелевого каталізатору. При цьому органічні 
сполуки сірки перетворюються в сірководень, який поглинається оксидом цинку. 
Процес отримання азотоводневої суміші, необхідної для синтезу аміаку 
(складу Н2:N2 від 3:1 до 3,1:1) заснований на каталітичній конверсії вуглеводів 
природного газу з водяним паром в трубчастій печі та з киснем повітря та 
водяною парою в шахтному реакторі. Утворений в результаті конверсії окис 
вуглецю підлягає двоступеневій конверсії з водяною парою. В результаті 
утворюється конвертований газ, що містить водень, вуглекислоту, азот, 
залишковий оксид вуглецю (не більше 0,5 %об.) та метан (не більше 0,35 %об.). 
Вуглекислота з конвертованого газу видаляється шляхом промивки газу 
гарячим розчином К2СО3. Виділення СО2 з розчину відбувається в 
регенераторах за рахунок зниження тиску, нагрівання розчину в кип'ятильних 
реакторах. Очистка газу від залишків СО та СО2 відбувається шляхом 
відновлення оксидів вуглецю воднем в присутності каталізатору з утворенням 
метану (метанування). 
Очищена від кисневмісних сполук азотоводнева суміш компримується 
та дозується в цикл синтезу, де на каталізаторі утворюється аміак. В якості 
приводів компресорів, димососів, більшості працюючих насосів встановлені 
парові турбіни, які працюють на парі, що виробляється виробництвом аміаку. 
Виробництво аміаку запроектовано у вигляді однієї технологічної лінії. 
Основне обладнання (реактори, компресори) встановлене без резерву та 
розраховане на безперервну роботу на протязі 329 доби, після чого 
технологічна лінія зупиняється для проведення ремонту. 
Пара для процесу конверсії вуглеводів та оксиду вуглецю, а також для 
приводу парових турбін отримується за рахунок використання тепла 
технологічного газу, що виходить з реактору вторинного газу, що виходить з 
реактору вторинного риформінгу, високотемпературної конверсії оксиду 
вуглецю, тобто за рахунок утилізації тепла хімічних реакцій. 
Кількість пари, якої не вистачає для процесу, виробляється в  
допоміжному паровому котлі встановленому в одному баці з піччю 
первинного реформінгу. До первинної води котлів утилізаторів подаються 
особливі вимоги та для підготовки води передбачена установка де 
мінералізації. 
Охолодження потоків технологічних газів та розчинів, а також 
конденсації водяної пари після парових турбін здійснюється в апаратах 
повітряного охолодження. 
Керування основними стадіями процесу централізоване та відбувається 
з центрального пульту управління (ЦПУ). 
Автоматичне регулювання параметрів процесу здійснюється за 
допомогою електроно-пневматичних  та електричних систем. 
Виникнення аварійних ситуацій попереджується системами 
блокування та захисту. 
Метою бакалаврської роботи є розробити технологічну схему та 
апаратурне оформлення стадії синтезу у виробництві  синтетичного аміаку 
продуктивністю 1250т на добу.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ОБРАНОГО СПОСОБУ 
ВИРОБНИЦТВА І ТЕХНОЛОГІЇ. 
 
1.1 Огляд діючих промислових видів виробництва і обґрунтування 
вибору. 
 
В залежності від тиску азотоводневої суміші, існують такі системи 
синтезу аміаку:  
    - Системи, які працюють під низьким тиском ( 9-19МПа ). 
    - Системи, які працюють під середнім тиском ( 27-31МПа ). 
    - Системи, які працюють під високим тиском ( 44-98МПа ). 
Системи що працюють під низьким тиском - апаратурно громіздкі і 
потребують великих затрат електроенергії на процес конденсації аміаку з 
азотоводневої суміші. В наслідок цього ці системи не знайшли широкого 
застосування.  
Системи, які працюють під високим тиском теж не використовують в 
промислових масштабах, так як вони потребують складного конструктивного 
оформлення апаратури, що використовується.  
Отже оптимальним варіантом можна вважати схеми виробництва 
аміаку, які працюють під середнім тиском.         
Схеми агрегатів середнього тиску.  
На рисунку 1.1 показана схема агрегату синтезу аміаку, що працює під 
тиском 32 МПа, з поршневим циркуляційним компресором. На цьому ж 
рисунку зображена схема автоматичного регулювання процесу синтезу аміаку 
(Р1, Р2, Р4, Р6, - регулятори рівня; Р3 - регулятор температури; Р5 - регулятор 
тиску). 
    
 
 
1 – циркуляційний компресор; 2 – маслофільтр; 3 – збірник; 
4 – конденсаційна колона; 5 –змійовик випарника; 6 – колона синтезу; 
7 – водяний конденсатор; 8 – сепаратор. 
 
Рисунок 1.1 – Схема агрегату синтезу аміаку під тиском 320 ат з 
поршневим циркуляційним компресором. 
 
Свіжа азотоводнева суміш змішується із циркуляційним газом у 
маслофільтрі 2. Далі вона проходить по міжтрубному простору 
конденсаційної колони 4, охолоджується й надходить у змійовик випарника 5. 
Там газова суміш охолоджується до мінусової температури за рахунок 
випарки в між трубному просторі рідкого аміаку. При цьому відбувається 
конденсація  аміаку, що втримується в газовій суміші. Газова суміш із 
випарника надходить у нижню частину конденсаційної колони 4, де від газової 
суміші відокремлюється рідкий аміак. Пройшовши сепараційну частину 
конденсаційної колони, газова суміш надходить у трубний простір 
теплообмінника колони. У теплообміннику вона охолоджує газ, що 
направляється у випарник. 
При виході з конденсаційної колони газова суміш із температурою 30°С, 
що містить 2-3% аміаку, двома потоками надходить у колону синтезу аміаку 
6. У колоні на залізному каталізаторі при температурі 500°С протікає реакція 
утворення аміаку, вміст якого в газовій суміші збільшується до 14 -16%. З 
колони синтезу виходить азотоводневоаміачна суміш із температурою 180-
200°С. 
Після колони газова суміш проходить водяний конденсатор 7 типу труба 
в трубі, у якому прохолоджується до температури 35° С. У сепараторі 8 від 
газу відокремлюється рідкий аміак. Із сепаратора газова суміш надходить в 
циркуляційний компресор 1, що стискає її до робочого тиску. Потім газ 
проходить масловіддільник 2, з'єднується зі свіжою азотоводневою сумішшю 
і далі цикл повторюється. 
Охолодження газу у водяному конденсаторі проводиться зворотною 
водою і циркулюючим конденсатом. Рідкий аміак відводиться із сепаратора і 
конденсаційної колони, дроселюється до тиску 2-2,5 МПа. і направляється в 
збірник 3, а з нього на склад. 
Газоподібний аміак, що випарувався, на виході з випарника 5 проходить 
уловлювач й надходить або на холодильну установку, або в цехи переробки, 
як сировина. 
На рисунку 1.2 зображена схема синтезу аміаку середнього тиску з 
відцентровими циркуляційними компресорами. Свіжа азотоводнева суміш із 
температурою до 35° С  тиском близько 31 МПа надходить у сепараційну 
частину конденсаційної колони 3 агрегату синтезу. Після відділення рідкого 
аміаку суміш циркуляційного й свіжого газу з температурою 10-(-10)°С 
піднімається по трубках теплообмінника конденсаційної колони, 
нагріваючись до 25-35° С зустрічним потоком газу, що йде по між трубному 
просторі. 
 
  
1- колона синтезу; 2- холодильник-конденсатор; 3- конденсаційна 
колона; 4- змійовики високого тиску; 5- силікагелевий осушувач; 6- аміачний 
холодильник; 7- вологовідділювач; 8- циркуляційний відцентровий 
компресор; 9- збірник. 
 
Рисунок 1.2 – Схема агрегату синтезу аміаку середнього тиску з 
центробіжним циркуляційним компресором. 
 
З конденсаційної колони газ надходить у циркуляційний відцентровий 
компресор 8, у якому його тиск підвищується на 2,6-2,8 МПа для компенсації 
втрат напору в агрегаті. Далі газ, що містить до 5% аміаку, при температурі 
близько 35° С направляється в колону синтезу аміаку 1, попередньо розділяючись 
на два потоки. Основний потік газу подається в колону синтезу зверху. У колоні 
на каталізаторі протікає реакція утворення аміаку. Газова суміш із температурою 
160-185° С виходить із колони синтезу. У холодильнику-конденсаторі 2 газова 
суміш охолоджується водою до температури 35° С, причому відбувається 
часткова конденсація аміаку, що утворився в колоні синтезу. 
З холодильника-конденсатора газ надходить у конденсаційну колону 3, 
проходить по між трубному просторі теплообмінника, де охолоджується до 20° 
С зустрічним потоком холодного газу, що проходить по трубках. 
Далі газ надходить у змійовики високого тиску випарника 4, у яких 
охолоджується до температури +10 - (-10° С) киплячим рідким аміаком. 
Охолоджений газ із  аміаком, що сконденсувався, з випарника повертається в 
конденсаційну колону, проходить спочатку сепараційний пристрій для 
відділення рідкого аміаку, а потім змішується зі свіжим газом, після чого цикл 
повторюється. Рідкий аміак з конденсаційної колони дроселюється до 1,6 МПа 
і направляється в збірник 9 для виділення розчинених у ньому так званих 
танкових газів. 
Захисний газ для циркуляційно-відцентрового компресора (ЦВК) (свіжа 
азотоводева суміш) проходить аміачний холодильник 6, вологовідділювач 7  і 
силікагелевий осушувач 5. 
Схема агрегату синтезу аміаку середнього тиску з використанням тепла, 
що виділяється в результаті реакції, для одержання водяної пари показана на 
рисунку 1.3. Технологічна частина схеми аналогічна вище описаної. 
Азотоводнева суміш під тиском 32 МПа з метою більш повного 
очищення від масла й парів води проходить аміачний випарник 1 і 
масловіддільник 2, а потім змішується із циркуляційним газом у сепараційній 
частині конденсаційної колони 3. Тут суміш додатково відмивається рідким 
аміаком від слідів масла, вологи й двооксиду вуглецю. Пройшовши 
теплообмінники конденсаційної колони, суміш надходить у ЦВК 5, а звідси 
направляється в колону синтезу 6, де при температурі 480-520° С протікає 
реакція утворення аміаку. Після колони синтезу газ прохолоджується у 
водяному конденсаторі 7 до температури 35° С, при цьому частина аміаку 
конденсується. Далі газ проходить сепаратор 8 для відділення  аміаку, що 
сконденсувався, надходить у конденсаційну колону 3 і рухається в між 
трубний простір теплообмінника, охолоджуючись зустрічним потоком 
холодного газу, що йде з аміачного випарника 4. З конденсаційної колони газ 
направляється в змійовики високого тиску випарника, охолоджуючись до 
температури -10° С. Тут конденсуються залишки, які втримуються в газовій 
суміші аміаку. Газова суміш із  аміаком, що сконденсувався, повертається в 
сепараційну частину конденсаційної колони. Тут відокремлюється рідкий 
аміак, після чого циркуляційна газова суміш змішується зі свіжою 
азотоводневою сумішшю. 
 
1- аміачний випарник; 2- масловіддільник; 3- конденсаційна колона; 
4- випарник; 5- ЦВК; 6- колона синтезу; 7- водяний конденсатор; 8- сепаратор; 
9- дозувальний насос; 10- відцентровий насос; 11- ємність;12- котел-випарник; 
13- збірник. 
 
Рисунок 1.3 – Схема агрегату синтезу аміаку середнього тиску з 
використанням тепла реакції для одержання водяної пари. 
Частина циркуляційного газу після першої сепарації рідкого аміаку 
постійно  видувається  з  метою  видалення  із  системи   інертних  газів, що  
накопичуються. Рідкий аміак із сепаратора й конденсаційної колони 
дроселюється до 2-2,5 МПа м і відводиться в збірник 13. Тепло, що виділяється 
в результаті реакції синтезу аміаку, використається для одержання пари 
тиском 2,5-4 МПа за двоконтурною схемою. Тиск у першому контурі за 
допомогою газової подушки, створюваної в посудині 11, підтримується 
приблизно рівним тиску газу. Для створення газової подушки в зрівняльну 
посудину можна подавати циркуляційний газ із лінії всмоктування 
циркуляційного компресора або свіжу азотоводневу суміш. 
Циркуляція бідистиляту в першому контурі здійснюється за допомогою 
герметичного відцентрового насоса 10. Бідистилят виходить із колони при 
температурі 300- 330° С, охолоджується в котлі-випарнику 12 до 230-270° С і 
повертається в колону. 
У другому контурі із подаваної в котел хімічно очищеної води або 
конденсату виходить пара. Постійний рівень бідистиляту в зрівняльній 
посудині підтримується дозувальним насосом 9.   
Останнім часом  проведений ряд робіт зі створення нових схем агрегатів 
синтезу аміаку з метою збільшення тиску водяної пари, одержуваного за 
рахунок тепла, що виділяється в результаті реакції. Існує кілька способів 
підвищення тиску одержуваної водяної пари. Зокрема, запропоновано 
підвищувати температуру конвертованого газу, що виходить із колони синтезу 
перед котлом-утилізатором, шляхом часткового підігріву вхідного в колону 
газу відпрацьованим конвертованим газом з парового котла.[3] 
 На підставі зробленого критичного огляду діючих промислових видів 
технології за основу прийнято спосіб одержання синтетичного аміаку під 
середнім тиском (31,5 МПа).  
 
 
 
 
 
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИЙНЯТОГО МЕТОДУ ВИРОБНИЦТВА. ХІМІЗМ 
ТА ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ І ОБГРУНТУВАННЯ НОРМ 
ТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ 
 
Технологія сучасного промислового виробництва аміаку базується на 
прямому синтезі аміаку зі складових його елементів - азоту і водню. Для 
отримання азоту сировиною виступає атмосферне повітря, а для одержання 
водню - різні види палива і вуглеводнів. 
На першому етапі промислового виробництва аміаку готують суміш 
шляхом змішування азоту і водню, які одержували окремо. 
У більшості сучасних схем синтезу аміаку азот не виділяють з повітря 
в чистому виді, а повітря дозують в газову суміш при одержанні водню з 
палива чи вуглеводнів для досягнення стехіометричного співвідношення. 
Таким чином, процес одержання аміаку складається з двох основних стадій: - 
приготування азотоводневої суміші та синтезу аміаку. Водень або 
водовмісний газ, який необхідний для синтезу аміаку,  може бути отримано 
практично з любого виду палива і вуглеводневої сировини: природного газу і 
супутнього газу при його видобутку, з нафти і продуктів її переробки 
(бензинів, мазутів, гудронів),  кам'яного та бурого вугілля, сланців, торфу. 
Практично реакція між азотом і воднем проходить тільки на 
каталізаторах, при їх відсутності швидкість реакції дуже мала. Ступінь 
перетворення N2 i H2 в аміак залежить від умов протікання процесу 
(температури, тиску, часу контактування, якості каталізатора і конструкції 
контактного апарату) і коливається в межах 20 – 30 %. 
Для збільшення ступеня перетворення азотоводневої суміші в умовах 
промислового синтезу аміаку застосовується багаторазова циркуляція газу 
через каталізатор з поточним виділенням аміаку (зворотній аміачний цикл). 
Синтез аміаку може бути описаний хімічною реакцією 
 
N2 + 3H2 → 2NH3 + 111,5 кДж       (2.1) 
 
Реакція синтезу аміаку оборотна, проходить з виділенням тепла і 
зменшенням об’єму. Якщо при 10 МПа рівноважний вміст NH3 в газовій 
суміші складає близько 10%, то при 60 МПа – близько 42%. Так як це 
екзотермічна реакція, то із зниженням температури рівновага зміщується в бік 
утворення продукту реакції. Вміст аміаку в газовій суміші збільшується. 
Згідно рівняння реакції 4 моль вихідних газоподібних реагентів 
утворюють 2 моль газоподібного продукту. За принципом Ле Шательє, можна 
зробити висновок про те, що в умовах рівноваги вміст аміаку в суміші буде 
більшим при високих тисках ніж при низьких. Використання константи 
рівноваги дозволяє кількісно оцінити ступінь передбачуваних змін. 
 
PNH
                                          Kp  3                                                      (2.2) 
P 1 / 2 PN H 3 / 2
2 2
 
Знаючи числові значення константи рівноваги, можна обчислити 
рівноважну концентрацію аміаку при будь-яких температурах і тиску. Отже 
якісна і кількісна оцінка умов термодинамічної рівноваги дозволяють зробити 
висновок, що максимального виходу аміаку можна досягти, проводячи процес 
під високим тиском і низьких температурах. Однак, навіть при дуже високих 
температурах (вище 1000°С) процес синтезу в гомогенній фазі практично 
неможливий. 
Синтез аміаку протікає з помітною швидкістю лише в присутності 
каталізатора, причому в даному випадку в якості каталізатора виступають 
тверді речовини. Гетерогенно-каталітичний процес синтезу аміаку має 
складний механізм, який може бути описаний наступними стадіями: 
1) дифузія молекул азоту і водню до поверхні каталізатора; 
2) хемосорбція молекул реагентів (абсорбатів) на поверхні каталізаторів ; 
3) поверхнева хімічна реакція з утворенням нестійких проміжних 
комплексів     і взаємодій між ними; 
4) десорбція продукту; 
5) дифузія продукту реакції (аміаку) від поверхні каталізатора в газову 
фазу. 
Дослідження кінетики і механізму реакції синтезу дозволило зробити 
висновок про те , що лімітуючою стадією процесу є хемосорбція азоту. Цей 
висновок дає можливість описати механізм синтезу аміаку скороченою 
схемою: 
N2 +Z→ ZN2; 
ZN2+3H2→2NH3 +Z; 
N2 +3H2→2NH3. 
 
де Z – вільний центр поверхні каталізатора; 
ZN2- хемосорбована частинка. 
Швидкість оборотної реакції отримання аміаку з елементів на більшості 
відомих каталізаторів описується рівнянням Тьомкіна-Пижова: 
 
 1
3
dp 
NH P   2 
H P NH
                            3  k  p   2   k   3 
1 N 2 ,                           (2.3) 
d 2  P 2
NH   3 
 3   PH2 
 
де k1,k2 – константи швидкості отримання та розкладання аміаку; 
     PNH3, PN2, PH2 – парціальні тиски азоту, водню і аміаку; 
     α – постійна, задовольняюча нерівність 0< α <1 і характеризуючи 
ступінь покриття поверхні каталізатора азотом. При проведенні процесу при 
атмосферному тиску величина α для промислових каталізаторів в інтервалі 
температур 400-500 °С дорівнює 0,5. 
Швидкість реакції синтезу аміаку залежить від температури , тиску і 
складу реакційної суміші. Оптимальними вважають такі значення вказаних 
параметрів, при яких швидкість процесу максимальна. Щоб визначити 
оптимальну температуру синтезу Тm, треба інтегрувати по температурі 
кінетичне рівняння 3.3, прирівняти одержаний вираз до нуля і знайти Тm. 
І термодинамічні і кінетичні фактори вказують на проведення процесу 
під високим тиском (збільшується рівноважний вихід, підвищується 
швидкість синтезу). Конденсація аміаку також збільшується під високим 
тиском. Але при підвищенні тиску збільшуються витрати електроенергії на 
компресію, підвищуються вимоги до машин і апаратів. При невисокому тиску 
спрощується апаратурне оформлення процесу, знижуються витрати 
електроенергії, але збільшуються габарити апаратів , підвищуються вимоги до 
чистоти синтез-газу. Оскільки присутність інертних домішок в реакційній 
суміші рівноцінна зниженню загального тиску, то із збільшенням вмісту 
метану, аргону і гелію в суміші, швидкість реакції синтезу зменшується .      
Аналізуючи рівняння 2.3 видно, що швидкість прямої реакції обернено 
пропорційна до парціального тиску аміаку, а для зворотної реакції характерна 
пряма пропорційність. Таким чином, з підвищенням вмісту аміаку загальна 
швидкість реакції падає. Збільшення об'ємної швидкості суміші призводе до 
зменшення вмісту аміаку і, тим самим до збільшення швидкості і 
продуктивності процесу. 
Реакція синтезу аміаку зворотна, тому повного перетворення азоту і 
водню в аміак за час їх одноразового проходження через апарат не 
відбувається. Умови рівноваги процесу і кінетичні закономірності його 
протікання на залізних каталізаторах обумовлюють можливість перетворення 
в аміак 20-40 % початкової реакційної суміші. Для більш повного 
використання реагентів необхідна їх багаторазова циркуляція через колону 
синтезу. Всі сучасні схеми синтезу аміаку є циркуляційними і передбачають 
виділення аміаку і повернення АВС, що не прореагувала в цикл синтезу. 
В якості каталізатора синтезу аміаку використовують окис заліза Fe3O4. 
В який додатково вводять домішки оксиду алюмінію (Al2O3) та оксид калію 
(К2О). 
При відсутності оксиду алюмінію в каталізаторі кристали заліза в 
процесі синтезу аміаку збільшуються до розмірів 60 нм та питома поверхня їх 
зменшується до 0,5 м2/г. При наявності оксиду алюмінію призупиняється ріст 
кристалів за окремими гранями, розміри кристалів залишаються такими 
самими, які утворилися при відновленні оксиду заліза, тобто 40 нм та менше. 
Таким чином, Аl2О3 перешкоджає спіканню кристалів заліза один з одним, 
внаслідок чого їх питома поверхня зберігається на рівні 15 м2/г. 
Окрім оксиду алюмінію вводять оксид калію, котрий допомагає 
видаленню з поверхні каталізатора аміаку, що утворився в газовому об’ємі. 
Кількість К2О, що вводиться в каталізатор повинно бути пропорційно домішку 
Аl2О3. Співвідношення Аl2О3:К2О повинно складати приблизно 2. 
Отрутою для залізно нікелевого каталізатора є вода, окиси вуглеводню, 
кисень і т.д.[5] 
 
 
3 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКЦІЇ, СИРОВИНИ, ДОПОМІЖНИХ 
МАТЕРІАЛІВ, ЕНЕРГЕТИЧНИХ НОСІЇВ 
 
Продукція – аміак рідкий синтетичний. Хімічна формула – NH3. 
Аміак технічний рідкий виробляться у відповідності з вимогами 
ГОСТ 6221-90. 
В залежності від галузі використання рідкий аміак виробляється трьох 
марок: 
А - для виробництва азотної кислоти, у якості холодоагенту, для 
азотування та для створення захисних атмосфер. 
Ак - для поставки на експорт та для транспортування по магістральному 
аміакопроводу. 
Б - для переробки на добрива та у сільському господарстві - як азотне 
добриво. 
По узгодженню зі споживачем, можливе використання будь-якої із 
вказаних марок у галузях народного господарства та поставки на експорт. 
Синтетичний аміак є сировиною для виробництва мінеральних добрив, 
азотної кислоти, барвників, вибухових і лікарських речовин та для багатьох 
інших продуктів хімічної промисловості, які містять азот. 
Аміак використовується також у холодильній техніці, медицині. 
Застосовується аміак і для отримання вибухових речовин. Широко 
використовуються водні розчини аміаку. За допомогою аміаку отримують 
харчову соду.   У медицині 10 % водний розчин аміаку відомий як нашатирний 
спирт. Різкий запах аміаку дратує специфічні рецептори слизистої оболонки 
носа і сприяє збудженню дихального і сосудорухливого центрів, тому при 
непритомному стані або алкогольному отруєнні потерпілому дають вдихнути 
пари нашатирного спирту.   При паянні металів використовують хлорид амонія 
- нашатир - NH4Сl. При високій температурі нашатир розкладається з 
утворенням аміаку, який очищає поверхні паяльника і виробу, що спаюється, 
від оксидів металів.            
Аміак рідкий технічний повинен відповідати ГОСТ 6221-90 і мати 
наступні показники:[8] 
 
Таблиця 3.1 – Характеристика  готової продукції 
Наймену- Стандарти або Показники Регламенто- 
вання технічні умови обов’язкові вані показни 
сировини і до контролю ки з допус- 
матеріалу тимими від- 
хиленнями 
1 2 3 4 
Аміак ГОСТ 6621-90 Масова частка аміаку, %,  
рідкий ГОСТ 28362.1 не менш 99,9 
марки А ГОСТ 28362.2 Масова частка азоту, % ,  
 ГОСТ 28362.3 не менш - 
 ГОСТ 28362.4 Масова частка води  
 ГОСТ 28362.5 (залишок після  
 ГОСТ 28362.6 випарювання), %, не  
 ГОСТ 28362.7 менш 0,1 
  Масова концентрація  
  масла, %, не більше 2 
  Масова концентрація  
  заліза, мг/л, не більше 1 
  Масова частка заг. хлору,  
  (мг/кг) не більше - 
  Масова частка СО2,  
  (мг/кг) млн.-3 не більше - 
Аміак ГОСТ 6621-90 Масова частка аміаку, %,  
рідкий ГОСТ 28362.1 не менш  
марки Ак   ГОСТ 28362.2 Масова частка азоту, % , 99,6 
 ГОСТ 28362.3 не менш  
 ГОСТ 28362.4 Масова частка води 82 
 ГОСТ 28362.5 (залишок після  
ГОСТ 28362.6 випарювання), %, не  
ГОСТ 28362.7 менш 0,2-0,4 
                 
 
 
 
Продовження таблиці 3.1 
1 2 3 4 
   Масова концентрація  
  масла,%, не більше 2 
  Масова концентрація  
  заліза,мг/л, не більше 1 
  Масова частка заг.  
  хлору,(мг/кг) не більше 0,5 
  Масова частка СО2,  
  (мг/кг) млн.-3,  не більше 20-40 
    
    
     Аміак  ГОСТ 6621-90 Масова частка аміаку, %, 99,6 
рідкий ГОСТ 28362.1 не менш  
марки Б ГОСТ 28362.2 Масова частка азоту, % , 82 
 ГОСТ 28362.3 не менш  
 ГОСТ 28362.4 Масова частка води  
 ГОСТ 28362.5 (залишок після 0,2-0,4 
 ГОСТ 28362.6 випарювання), %, не  
 ГОСТ 28362.7 менш  
  Масова концентрація 8 
  масла,%, не більше  
  Масова концентрація 2 
  заліза,мг/л, не більше  
  Масова частка заг. - 
  хлору,(мг/кг) не більше  
  Масова частка СО2, - 
  (мг/кг) млн.-3 не більше  
   - 
   
Масова концентрація 
Каталізатор    
синтезу ТУ 113-03-394-88 води, г/м3 не більше  
аміаку типу   
 
КМ1, КМ1R  
 0,12 
  
 
   
 
  
Температура точки роси,  
Повітря  
°С, не більше - 40 
КВПіА ГОСТ 17433-80 
 
 
 
 
 
Основні фізико-хімічні властивості аміаку 
Рідкий аміак – безбарвна прозора рідина з різким специфічним 
запахом. 
Газоподібний аміак – безбарвний прозорий газ. 
Таблиця 3.2 – Фізико-хімічні властивості рідкого аміаку      
Назва властивості (константи) та Значення фізичної Джерело 
одиниця вимірювання величини інформації 
Густина, кг/м3 639 ГОСТ 6221-90 
Температура плавлення, 0С -77,8 ГОСТ 6221-90 
Температура кипіння, 0С -33,4 ГОСТ 6221-90 
Критична температура, 0С -132,4 ГОСТ 6221-90 
Критичний надлишковий тиск, 11,32 (113,2) ГОСТ 6221-90 
МПа, (кгс/см2) 
Горючий, температура  650 ГОСТ 6221-90 
самоспалаху, 0С 
Межа вибуховості  15-28 ГОСТ 6221-90 
(за об’ємом), % 
 
При нормальних умовах аміак стійкий до дії окисників. В повітрі горить 
погано. Горіння проходить за реакцією: 
 
4NН3 + 3О2 ↔2N2 + 6Н2О + Q                   (3.1) 
 
В рідкому аміаку при підвищеному тиску розчиняється водень, азот, 
метан, аргон. Розчинення аміаку у воді проходить із виділенням тепла.[9]  
 
 
 
 
 
4 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ВИРОБНИЦТВА 
 
 Технологічна схема виробництва аміаку представлено на рисунку 4.1. 
В циркуляційному газі після компресора (1) об'ємна частка аміаку 
складає 4,5-6,6 %. Після змішування зі свіжим синтез-газом об'ємна частка 
аміаку частково знижується. Подальше охолодження газу здійснюється в 
аміачному холодильнику (3) до температури  мінус 10-0 0С і газ надходить у 
вторинний сепаратор (4).  
Із вторинного сепаратора (4) відділений рідкий аміак через клапан 
місцевого регулятора рівня видається у збірник рідкого аміаку (10).  
Циркуляційний газ з об'ємною часткою аміаку не більше 3,5 % із 
сепаратора (4) спрямовується в “холодний” теплообмінник (5), де нагрівається 
до 20-30 0С газом, який надходить із повітряного холодильника (16) після 
колони синтезу. 
Потім газ підігрівається в теплообміннику (6) до температури 125-140 
0С (за рахунок тепла газу, що виходить із (17) після колони синтезу) й 
надходить в колону синтезу (7).  
На полицях колони синтезу, заповнених промотованим залізним 
каталізатором типу КМ1, КМ1R при температурі 350-540 0С і тиску 
18,0-32,0 МПа (180-320 кгс/см2) протікає реакція синтезу аміаку по рівнянню 
(2.1) 
В котлі-утилізаторі (8) циркуляційний газ охолоджується до 
температури 325 0С шляхом передачі тепла на виробництво пари високого 
тиску 10,6 МПа (106 кгс/см2). Подальше охолодження газу відбувається в 
підігрівачі живильної води (17) до температури 162-168 0С і далі газ проходить 
міжтрубний простір теплообмінника (6), де, нагріваючи газ який йде в колону, 
сам охолоджується до 50-65 0С. Подальше охолодження газу проходить в 
повітряному холодильнику (16) до 38-45 0С та теплообміннику (5) до 10-25 0С 
за рахунок віддачі тепла газу, який йде в колону синтезу. 
Сконденсований в процесі охолодження аміак, відділяється в 
первинному сепараторі (9) і далі через клапан дроселюється в збірник рідкого 
аміаку (10). Мінімальний і максимальний рівень в сепараторі (9) 
сигналізується в ЦПК приладом L35 (L та H, відповідно).  
Для підтримування в агрегаті синтезу об'ємної частки інертів (метан, 
аргон) не більше 15,5 % із системи після первинного сепаратора (9) постійно 
виводиться частина циркуляційного газу (продувний газ). 
Продувний газ для утилізації аміаку проходить через трубний простір 
аміачного холодильника (12), в якому охолоджується до температури не 
менше мінус 25 0С,  конденсується, а потім направляється в сепаратор (13), де 
відділяється рідкий аміак. Рідкий аміак із (13) місцевим регулятором рівня 
відводиться у збірник рідкого аміаку (10).  
Для розігріву каталізатора колони синтезу при пусках агрегату, схемою 
передбачено вогневий підігрівач (19). Синтез-газ із колектора через 
балансировочний вентиль і діафрагму витратоміра з сигналізацією 
мінімальної витрати, надходить у змійовик підігрівача, де за рахунок 
спалювання паливного газу на чотирьох пальниках підігрівається до 
необхідної температури і надходить в лінію холодного байпасу на першу 
полицю для розігріву каталізатора. Перевищення температури синтез-газу і 
димових газів на виході з підігрівача сигналізується в ЦПК.  
Рідкий аміак із сепараторів (4, 9, 13) через клапани місцевих регуляторів 
рівня (тиск аміаку при цьому знижується до 1,4-1,5 МПа (13-15 кгс/см2), 
надходить в збірник аміаку (10), де з аміаку виділяються розчинені в ньому 
азот, водень, метан, аргон, а також виділяється газоподібний аміак в кількості 
відповідно його парціальному тиску (танкові гази). “Танкові” гази із збірника 
(10) надходять в міжтрубний простір аміачного холодильника танкових газів 
(14), де при зниженні температури проходить конденсація аміаку. 
Сконденсований аміак стікає в збірник (18), а "танкові" гази через 
клапан регулятора тиску прямують в піч первинного реформінгу, або на 
факельну установку.  
 
 
 
 
 
 1 – компресор; 2 – повітряний холодильник; 3 – аміачний холодильник; 
4 – вторинний аміачний сіпаратор; 5 – «холодний» теплообмінник синтез-
газу; 6 – «горячий» теплообмінник синтез-газу; 7 – колонна синтезу; 
8 – внутрішній теплообмінник колони синтезу; 9 – первинний аміачний 
сипаратор; 10 – збірник рідкого аміаку; 11 – розширювальна емність; 
12 – холодильник продувочних газів; 13 – сепаратор продувачних газів; 
14 – холодильник танкових газів; 15 – піч первинного реформингу; 
16 – повітряний холодильник; 17 – підігрівач живильної води; 18 – збірник 
Аміаку холодильника танкових газів; 19 – пусковий підігрівач 
 
 Рисунок 4.1 Схема виробництва синтетичного аміаку стадія синтезу 
 
 
 
 
5 МАТЕРІАЛЬНІ І ТЕПЛОВІ РОЗРАХУНКИ 
 
5.1 Розрахунок матеріального балансу виробництва 
Початкові дані до розрахунку: 
   - продуктивність за аміаком,  т/добу     1250 
   - склад азото-водневої суміші стехіометрична N2 : H2 = 1:3 
   - об`ємна швидкість газової суміші, год-1                                     25000 
   - вміст інертних домішок, %                                                        
                                           Ar                                                               0,25 
                                           CH4                                                             0,75 
   - тиск в колоні синтезу, МПа                                                          31,5 
   - середня температура контактування, 0С                                     510 
   - тиск після конденсації, МПа                                                        32,57 
   - температура конденсації, 0С                                                         31 
   - вміст інертних домішок, об’ємних часток                                  0,1 
   - кількість днів на ремонт                                                               34 
   - кількість робочих днів                                                                  335 
   - поправочний коефіцієнт                                                          0,75 – 0,85  
   - густина газоподібного аміаку, кг/м3                                            0,77 
   - вміст аміаку в циркуляційному газі, %,об.:                                 2,788 
   - співвідношення  CH4  : Ar = 3 : 1       
 
Рівноважний вміст NH3 для стехіометричної азотоводневої суміші                     
може бути розрахована з наступного рівняння: 
 
308  K
c2 p 4
NH  200c  с
3 NH3 NH 10  0
3 ,                              (5.1) 
Pеф.
 
 де   cNH  − рівноважна концентрація NH3, % (об.); 
3
       K p   − константа рівноваги реакції синтезу аміаку; 
       Pеф.   − ефективний (корисний) тиск азотоводневої суміші, атм. 
 
 Ефективний тиск азотоводневої суміші визначається за формулою: 
 
Pеф.  Р  (1 І)
2
,                                                (5.2) 
 
де   Р − тиск в колоні синтезу, Па; 
 
 Підставляючи значення величин в рівняння (5.2) отримаємо: 
 
P 6 2
еф.  31,5 10  (10,1)  25,515 106 Па  260,09 атм.  
 
 Синтез аміаку проходить за наступною реакцією: 
 
3 1
H2  N2  NH3 Q ,                                           (5.3) 
2 2
 
для якої можна записати: 
 
 2074,8
lg K p   2,4943lg T  T 1,8564 107T 2  J ,                  (5.4) 
Т
 
де   Т − середня температура контактування, К; 
       β − константа; 
       J − інтегральна константа. 
 Приймаю: β = 1,256·10−4 при 34,33 МПа; J = −2,1986   [10]. 
 
 2074,8
lg K p   2,4943lg 7831,256 104 7831,8564 107 7832  2,1986  2,354  
783
К р  225.967
 
 
 Підставляючи значення Реф. і К р  в рівняння (5.1) визначаю                   
рівноважну концентрацію NH3 для стехіометричної азотоводневої суміші при 
25,515·106 Па (260,09 атм.) і температурі 400 0С. 
 
308 226
c2
NH  200cNH  сNH 104  0  
3 3 260,09 3
 
c2
NH  200cNH  267,6304с 104
NH  0  
3 3 3
 
cNH  22,5%
3  
 
 Процентний вміст NH3 в газовій суміші після конденсації визначаю за 
формулою Ларсона і Блека: 
 
5,98788 1099,544
lg cNH  4,1856   ,                                (5.5) 
3 Р Т
 
де   Р − загальний тиск в апараті, атм; 
      Т − температура газової суміші на виході з апарату, К. 
 
 Вміст NH3 в газовій суміші після водяного конденсатора: 
 
5,98788 1099,544
lg c /
NH  4,1856    0,8854
3 ; 
332 303
 
c /
NH  7,681 %
3 . 
 На виході з випаровувача вміст NH3 рівний: 
 
// 5,98788 1099,544
lg c NH  4,1856    0,44536 ; 
3
325 270
c //
NH  2,788 % . 
3
 
 Вміст NH3 в газовій суміші на виході з колони синтезу визначається за 
формулою Волкова: 
 
cк.с. 0,2788
NH  А  ,                                               (5.6) 
3
 
де   А − коефіцієнт, що залежить від тиску і температури; 
          − об’ємна швидкість газової суміші на вході в колону синтезу, год−1. 
 Приймаю: А = 302;   = 25000 год−1 [10]. 
 Підставляючи значення в формулу (5.6) отримую, %, об.: 
 
cк.с.  302 250000,2788
NH 17,94 
3
 
 Утворення NH3 в колоні синтезу визначається за формулою: 
 
cк.с.
NH  с //
3 NH
a  3
I 100 % ,                                          (5.7) 
100  c //
NH 3
17,94  2,788
aI  100 14,74 %  
100  2,788
 
 Скорочення об’єму газової суміші внаслідок синтезу NH3 в колоні 
визначається за формулою: 
 
100  c //
NH
  3 ,                                                     (5.8) 
100  ск.с.
NH 3
100  2,788
   0,87152  
100 17,9334
 
 Продуктивність колони синтезу, віднесена до 1 м3 каталізатора 
визначається за формулою:  
 
q  0,771 а  ,                                                (5.9) 
 
де      − об’ємна швидкість газової суміші, год−1; 
        a  − утворення аміаку в колоні синтезу, в частках одиниць. 
 
q  0,771 25000 0,1473 0,87152  2476,13 кг / год  
  
 Продуктивність виробництва розраховую :  
1250
 Для продуктивності колони синтезу  52 ò / ãî ä  NH3 необхідний 
24
об’єм каталізатора складає: 
 
52 1000
Vêàò .   21,00ì 3 . 
2476,13
  
Загальна кількість газової суміші на вході в колону синтезу за 1 годину 
буде: 
V  Vкат. ,                                                 (5.10) 
 
V  25000 21,00  504750 ì 3  
 
Склад газової суміші в колону синтезу, %, об.: 
 
 (NH3 )  2,79
 (H 2 )  65,41
 (N 2 )  21,8  
 (Ar)  2,5
 (CH 4 )  7,5
 
 Кількість компонентів в газовій суміші: 
 
VNH  504750 0,0279 14082,525м3  
3
 
VH  504750 0,6541 330156,98м3  
2
 
VN  504750 0,2180 110035,5м3  
2
 
VAr  504750 0,025  12618,75м3  
 
VСH  504750 0,075  37856,25м3  
4
 
 Вміст інертів в газовій суміші на вході в колону синтезу принято                
рівним 10 %. Загальна кількість газової суміші на виході з колони синтезу за 1 
годину: 
V1 V  ,                                                      (5.11) 
 
V  504750 0,87152  439899,72м3
1 / год . 
 
 Процентний вміст інертів в газовій суміші на виході з колони синтезу 
складає: 
 
10
11,474 % . 
0,87152
 
 При співвідношенні Ar : CH4 як 1 : 3 вміст Ar в суміші буде рівним  2,87 
%, а CH4 відповідно 8,6 %. 
Склад газової суміші на виході з колони синтезу, %, об.: 
 
 (NH3 )  17,94
 (H 2 )  52,94
 (N 2 )  17,65  
 (Ar)  2,87
 (CH 4 )  8,6
 
 Розраховую кількість газової суміші по компонентам на виході з колони 
синтезу: 
 
VNH  439899,72 0,1794  78918,009м3  
3
VH  439899,72 0,5294  232882,91м3  
2
VN  439899,72 0,1765  77642,3м3  
2
VAr  439899,72 0,0287  12625,12м3  
V  439899,72 0,086  37831,37м3
СH  
4
 
 Продуктивність водяного конденсатора: 
 
VNH (cк.с. /
/ 3 NH  сNH ) 100
V  3 3
NH ,                                  (5.12) 
3 ск.с.
NH (100  с /
3 NH )
3
 
/ 78918,009  (17,94  7,681) 100
V   48884,09м3
NH / год . 
3 17,94  (100  7,681)
 В перерахунку на рідкий NH3: 
 
M V /
/ NH
V  3
NH ( р) ,                                           (5.13) 
3   22,049
 
де     M  − молярна маса аміаку, кг/кмоль; 
           − густина рідкого NH  при 35 03 С, кг/м3. 
 Приймаю:   = 587,5 кг/м3 [9]. 
 
/ 17,03 48884,09
VNH ( р)   64,26м3 / год . 
3 587,5 22,049
 
 Визначаю кількість компонентів газової суміші, що розчинились в             
рідкому аміаку, що сконденсувався в водяному конденсаторі. При 30 0С їх 
розчинність  визначається за графіком [10]: Н  = 0,073 м3
2 /м3;                                N2 
= 0,082 м3/м3; Ar = 0,11 м3/м3;  CН4 = 0,24 м3/м3.  
 В рідкому NH3, що сконденсувався в водяному конденсаторі при                       
31,5 МПа розчиняються такі гази: 
 
6 0,073
V (H2 )  31,5 10 64,26 0,5294   797,42м3 / год  
9,81104
6 0,082
V (N2 )  31,5 10 64,26 0,1765   298,63м3 / год  
9,81104
 
0,11
V (Ar)  31,5 106 64,26 0,0287   65,141м3 / год  
9,81104
 
0,24
V (СH4 )  31,5 106 64,26 0,086   425,884м3 / год  
9,81104
                                                                
                                                                              Всього  − 1587,075 м3/год. 
Склад газової суміші після водяного конденсатора, %, об.: 
 
 (NH3 )  17,71
 (H 2 )  59,6
 (N 2 )  19,86  
 (Ar)  3,22
 (CH 4 )  9,6
 
 Кількість газової суміші по компонентам  після водяного конденсатора і 
сепаратора буде: 
    
VNH  78918,009 48884,09  30033,919м3 / год  
3
VH  232882,91797,42  232085,49м3 / год  
2
VN  77642,3 298,63  77343,64м3 / год  
2
V 12625,12  65,141 12559,979м3
Ar / год  
VСH  37831,37 425,884  37405,486м3 / год . 
4
                                      Всього  − 389428,514 м3/год. 
 
 Визначаю кількість продувочних газів і механічних втрат: 
 
Ісв.Vсв. Vрозч.
Vпр.г.  ,                                        (5.14) 
Іпрод.
 
де    Ісв .  − вміст інертних домішок в свіжій азотоводневій суміші, частки; 
 Іпрод.  − вміст інертних домішок в продувочних газах, частки; 
 V  − годинні витрати свіжої азотоводневої суміші, м3
св. ; 
 Vрозч.  − об’єм інертних домішок, розчинених в рідкому аміаку, м3. 
  
Теоретична кількість свіжої азотоводневої суміші, необхідної для 
отримання 31,67 т/год  NH3 складає: 
 
2 31,67 1000  22,4
VT   83459,76м3 / год . 
17
 
Годинні витрати азотоводневої суміші з врахуванням розчинності газів 
в NH3 рівний: 
 
83459,76  2116,335 365,689  85941,784м3 / год . 
 
 Годинні витрати продувочних газів з урахуванням втрат NH3: 
 
/ 0,0185941,784  654,768
Vпр.  1596,33м3 / год . 
0,1282
 
Об’єм продувочних газів без врахування втрат аміаку (7,71 %): 
 
V /
пр. Vпр. (10,0771) 1596,33 0,9229 1473,25м3 / год . 
 
 Загальна кількість свіжої азотоводневої суміші, що подається в систему 
буде: 
85941,7841473,25  87415,034м3 / год . 
 
 Склад продувочних газів: 
 
V 1596,330,0771123,07м3
NH / год  
3
 
VH 1596,33 0,596  951,41м3 / год  
2
 
VN 1596,33 0,1986  317,03м3 / год  
2
 
 VAr 1596,33 0,0322  51,40м3 / год  
 
VCH 1596,33 0,096 153,24м3 / год  
4
 
                                           Всього  − 1596,15  м3/год. 
 
 Перед холодним теплообмінником подається свіжа азотоводнева суміш 
складу: 
 
VH  87415,034 0,7425  64905,66м3 / год  
2
VN  87415,034 0,2475  21635,22м3 / год  
2
 VAr  87415,034 0,0025  218,53м3 / год  
VCH  87415,034 0,0075  655,61м3 / год                                 
4
Всього  − 87415,02  м3/год. 
 
Склад газової суміші на вході в холодний теплообмінник, %, об.: 
 
 (NH3 )  5,65
 (H 2 )  63,51
 (N 2 )  21,16  
 (Ar)  2,43
 (CH 4 )  7,24
 
 Тоді кількість газу по компонентам на вході в холодний теплообмінник 
буде: 
VNH  30033,919123,07  29910,85м3 / год  
3
VH  232085,49951,41 64905,66  296039,74м3 / год  
2
VN  77343,64317,03 21635,22  98661,83м3 / год  
2
VAr 12559,979  51,40  218,53  12727,109м3 / год  
VСH  37405,486153,24 655,61 37907,85м3 / год  
4
Всього  − 475247,38  м3/год. 
 
 Газ, пройшовши холодний теплообмінник охолоджується до 16,5 0С і 
поступає в аміачний випаровувач. Кількість і склад газу на вході в аміачний 
випаровувач та ж сама. 
 Годинна продуктивність аміачного випаровувача: 
 
/ / 29910,85  (5,65 2,788) 100
VNH  15585,83м3 / год . 
3 5,65  (100  2,788)
 
В перерахунку на рідкий NH3: 
 
/ / 17,03 15585,83
VNH ( p)  18,73м3 / год , 
3 22,049 642,5
 
де   642,5 кг/м3 − густина рідкого аміаку при мінус 3 0С. 
  
 Розчинність компонентів газової суміші в рідкому  NH3 аміачного                
випаровувача при 9,81 ·104 Па і (−3) 0С наступна: Н2 = 0,041 м3/м3;                                  
N2 = 0,049 м3/м3; Ar = 0,069 м3/м3; СН4 = 0,125 м3/м3 [10]. З врахуванням цього         
визначаю кількість компонентів, що розчиняються в рідкому аміаку аміачного 
випаровувача: 
 
0,041
 V (H2 )  31,5 106 18,38 0,6351 153,67м3 / год  
9,81104
0,049
V (N2 )  31,5 106 18,38 0,2116   61,19м3 / год  
9,81104
6 0,069
V (Ar)  31,5 10 18,38 0,0243   9,89м3 / год  
9,81104
0,125
V (СH4 )  31,5 106 18,38 0,0724   53,41м3 / год  
9,81104
                                             Всього  − 278,16 м3/год. 
 
Склад газової суміші на виході з випаровувача, %, об.: 
 
 (NH3 )  2,79
 (H 2 )  65,44
 (N 2 )  21,81  
 (Ar)  2,5
 (CH 4 )  7,5
Тоді кількість газової суміші по компонентам на виході з випаровувача 
буде: 
 
VNH  29910,8515585,83 14325,02м3 / год  
3
VH  296039,74153,67  295886,07м3 / год  
2
VN  98661,8361,19  98600,64м3 / год  
2
VAr 12727,109  9,89 12717,219м3 / год  
VСH  37907,8553,41 37854,44м3 / год  
4
Всього  − 459383,39  м3/год. 
  
 З розрахунків видно, що різні гази суміші потребують різні об’єми для 
продування, і це необхідно враховувати в розрахунках. 
 Всі отримані розрахунки заношу до таблиці 5.1 
 
 
  Таблиця  5.1 − Матеріальний баланс агрегату синтезу аміаку 
Надходження Витрати 
Стаття м3/год кмоль/год % кг/год % Стаття м3/год кмоль/год % кг/год % 
(об.) (мас.) (об.) (мас.) 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
Вхід в колону синтезу Вихід з колони синтезу 
Газова суміш в такому складі: Газова суміш в такому складі: 
NH3 14082,525 838,245 2,79 14250,17 4,7 NH3 78918,009 4697,5 17,94 79857,5 26,35 
H2 330156,98 19652,2 65,41 39304,4 12,97 H2 232882,91 13862,08 52,94 28252,62 9,15 
N2 110035,5 6549,73 21,8 183392,5 60,52 N2 77642,3 4621,56 17,65 126723 42,69 
Ar 12618,75 751,12 2,5 30044,64 9,91 Ar 12625,12 751,49 2,87 30059,8 9,92 
CH4 37856,25 2253,35 7,5 36053,57 11,89 CH4 37831,37 2251,87 8,6 36029,88 11,89 
Всього 504750,005 26184,5 100 303045,28 100 Всього 504750,005 26184,5 100 303075,17 100 
Вхід в водяний конденсатор Вихід з водяного конденсатора 
Газова суміш в такому складі: Газова суміш в такому складі: 
NH3 78918,009 4697,5 17,94 79857,5 26,35 NH3 30033,919 1787,7 7,71 30391,46 12,04 
H2 232882,91 13862,08 52,94 28252,62 9,15 H2 232085,49 13814,6 59,6 27629,2 10,95 
N2 77642,3 4621,56 17,65 126723 42,69 N2 77343,67 4603,79 19,86 128906,06 51,06 
 
Продовження таблиці 5.1 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
Ar 12625,12 751,49 2,87 30059,8 9,92 Ar 12559,979 747,6 3,22 29904,7 11,84 
CH4 37831,37 2251,87 8,6 36029,88 11,89 CH4 37405,486 2226,5 9,6 35624,23 14,1 
Всього 389428,514 23130,19 100 303075,17 100 Всього 389428,514 23130,19 100 303075,17 100 
      По аміаку 
      NH3 48884,09 2909,77 100 49466,05 100 
      Всього 48884,09 2909,77 100 49466,05 100 
Вхід в сепаратор  Вихід з сепаратора 
Газова суміш в такому складі: Газова суміш в такому складі: 
NH3 30033,919 1787,7 7,71 30391,46 12,04 NH3 293910,85 1757,47 5,65 29877,07 9,33 
H2 232085,49 13814,6 59,6 27629,2 10,95 H2 296039,74 19755,73 63,51 39511,46 12,34 
N2 77343,67 4603,79 19,86 128906,06 51,06 N2 98661,83 6584,19 21,16 184357,25 57,6 
Ar 12559,979 747,6 3,22 29904,7 11,84 Ar 12727,109 755,77 2,43 30230,87 9,45 
CH4 37405,486 2226,5 9,6 35624,23 14,1 CH4 37907,85 2251,2 7,24 36019,41 11,26 
Всього 566933,693 31104,36 100 319996,06 100 Всього 566933,693 31104,36 100 319996,06 100 
Рідка фаза Рідка фаза 
NH3 48884,09 2909,77 100 49466,05 100 NH3 48884,09 2909,77 100 49466,05 100 
Всього 48884,09 2909,77 100 49466,05 100 Всього 48884,09 2909,77 100 49466,05 100 
Що розчинились в аміаку 
NH3 123,07 30,26 7,71 514,4 12,04 
H2 951,41 233,9 59,6 467,8 10,95 
 
Кінець таблиці 5.1 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
      N2 317,03 77,94 19,86 2182,32 51,07 
      Ar 51,40 12,64 3,22 505,6 11,83 
      CH4 153,24 37,67 9,6 602,72 14,12 
      Всього 8790,093 392,41 100 4272,84 100 
Вхід в холодний теплообмінник Вихід з холодного теплообмінника 
Газова суміш в такому складі: Газова суміш в такому складі: 
NH3 29910,85 1757,47 5,65 29877,07 9,33 NH3 29910,85 1757,47 5,65 29877,07 9,33 
H2 296039,74 19755,73 63,51 39511,46 12,34 H2 296039,74 19755,73 63,51 39511,46 12,34 
N2 98661,83 6584,19 21,16 184357,25 57,6 N2 98661,83 6584,19 21,16 184357,25 57,6 
Ar 12727,109 755,77 2,43 30230,87 9,45 Ar 12727,109 755,77 2,43 30230,87 9,45 
CH4 37907,85 2251,2 7,24 36019,41 11,26 CH4 37907,85 2251,2 7,24 36019,41 11,26 
Всього 566933,69 31104,36 100 319996,06 100 Всього 566933,69 31104,36 100 319996,06 100 
Вихід з аміачного випаровувача Вихід з аміачного випаровувача 
Газова суміш в такому складі: Рідка фаза : 
NH3 14325,02 841,7 2,79 14308,84 4,7 NH3 15585,83 915,78 100 15568,23 100 
H2 295886,07 19746,85 65,44 39493,7 12,98 Всього 15585,83 915,78 100 15568,23 100 
N2 98600,64 6580,52 21,81 184254,65 60,55            
Ar 12717,219 755,18 2,5 30207,175 9,93       
CH4 37854,44 2248,014 7,5 35968,224 11,83       
Всього 551358,753 30172,26 100 304232,56 100       
5.2 Розрахунок теплового балансу виробництва 
Вихідні дані: 
 температура газової суміші на вході, 0С                                      140 
 температура газової суміші на виході, 0С                                    380  
 температура реакції, 0С                                                                  510 
 склад газової суміші, об.% :  
NH3                                         17,94 
H2                                              52,94 
N2                                              17,65 
Ar                              2,87 
CH4                                           8,6 
Складаю рівняння теплового балансу колони синтезу : 
 
Q1 + Q2 = Q3+Q4,                                              (5.16) 
 
де   Q1  –  кількість  тепла,  що  надходить  з циркуляційним газом (далі ЦГ) в 
колону синтезу, Дж/(кг·К); 
Q2  –  кількість тепла, що утворюється внаслідок реакції, Дж/(кг·К); 
Q3  –  рекуперація тепла в теплообмінниках, Дж/(кг·К); 
Q4  – кількість тепла, що виноситься з газовою сумішю, Дж/(кг·К). 
 
Визначаю кількість тепла, що надходить з ЦГ за формулою: 
 
413
                                               Q1 G1 Cp T1 ,                                         (5.17) 
 
де   G1  - кількість ЦГ, що надходить в колону синтезу, кг/год; 
413
      С р   -  теплоємність ЦГ на вході в колону синтезу, Дж/(кг·К); 
      Т1  - температура ЦГ на вході в колону синтезу, К. 
Визначаю теплоємність азотоводневої суміші за формулою : 
 
                                                  Ст С   ,                                        (5.18) 
Р Рі і
 
де    С – теплоємність і-того компонента газу,  Дж/(кг·К); 
Рі
        – масова частка компоненту в газі, %. 
і
Визначаю теплоємність і-того компонента АВС за формулою: 
 
c
           СР  а  b T  ,                                                         (5.19) 
T2
 
С  а  b T  с Т2 ,                                                     (5.20) 
Р
 
де     а, b, c, с  ́– термодинамічні коефіцієнти; 
         Т  - температура, К. 
 
Довідникові дані для визначення теплоємності компонентів 
циркуляційного газу зводжу до таблиці 5.2. 
   
 Таблиця 5.2 – Термодинамічні коефіцієнти для визначення теплоємності 
компонентів газу.[11] 
 
Компонент а b∙103 c∙10-5 c΄∙106 Т, К 
  N2 27,88 4,27           - - 298-2500 
         Аr 2,076   -           - - 298-2500 
  Н2 27,28 3,26 0,50 - 298-3000 
 СН4 14,32       74,66 - -17,43 298-1500 
 NH3  29,8       25,48 -1,67 - 298-1800 
Визначаю теплоємності компонентів ЦГ на вході в колону синтезу за 
формулами (5.19) і (5.20): 
 
С 413 3
Р (N2 )  27,88 4,27 10 413  29,64 Дж /(моль К) 1,06 103 Дж /(кг К);  
С 413
Р (Ar)  2,076 Дж /(моль К)  51,96 Дж /(кг К);  
413 0,50 105 Дж
СР (Н 2 )  27,28 3,26 103 413  28,92 Дж /(моль К) 14,46 103 ;  
4132 (кг К)
С 413
Р (СН 3
4 ) 14,32  74,66 10 41317,43 106 4132  42,2 Дж /(моль К) 
 
 2,63 103 Дж /(кг К);
5
413 1,67 10 Дж
     СР (NH3 )  29,8 25,48 103 413  39,34 Дж /(моль К)  2,31103 .  
4132 (кг К)
 
Визначаю теплоємність ЦГ на вході в колону синтезу за формулою (5.18): 
  
газу
СР 1,06 103 0,6052  51,96 0,099114,46 103 0,1297  2,63 103 0,1189 
 
 2,31103 0,047  2,94 103 Дж /(кг К )
 
 
Визначаю кількість тепла, що надходить з ЦГ за формулою (5.17): 
 
303045,28 2,94 103 413
Q1  102212122,2 Вт  
3600
 
Тепловий ефект реакції синтезу NH3, що залежить від температури і 
тиску, можна розрахувати за рівнянням: 
 
 840,6 459734000 
q  9157,1 0,545  Р  5,34Т  2,525 104Т 2 1,692 106
  Т 3 ,   (5.21) 
 Т Т 3

де  Т − абсолютна температура (510 0С); 
       Р − тиск  321 атм (31,5 МПа). 
 
 840,6 459734000 
q  9157,1 0,545    31,5 106  5,34 783 2,525 104 7832 
 783 7833

1,692 106 7833  9157,1 4262,37 154,8  812,24  12762,03 ккал / кмоль   
 53345,3 кДж / кмоль
 Тепло реакції знаходжу за формулою: 
 
Qp  S  q ,                                                       (5.22) 
 
де  S − продуктивність колони синтезу аміаку, кмоль. 
 
 
1600000
Qp  53345,3 139219155,7 Вт .  
17,03
Тоді 
 
Qпр 139219155,7 102212122,2  241431277,9 Вт  
 
Витрати тепла в колоні синтезу. 
Визначаю теплоємності компонентів циркуляційного газу на виході з 
колони синтезу за формулами (5.19) і (5.20): 
 
С 653
Р (N2 )  27,88 4,27 103 653  30,67 Дж /(моль К) 1,09 103 Дж /(кг К);  
С 653
Р (Ar)  2,076 Дж /(моль К)  51,96 Дж /(кг К);  
5
С 653 0,50 10 Дж
Р (Н 2 )  27,28 3,26 103 653  29,52 Дж /(моль К) 14,76 103 ;  
6532 (кг К)
С 653
Р (СН ) 14,32  74,66 103 65317,43 106 6532
4  55,64 Дж /(моль К) 
 
 3,48 103 Дж /(кг К);
     
 
1,67 105 Дж
С 653
Р (NH3 )  29,8 25,48 103 653  46 Дж /(моль К)  2,7 103 .  
6532 (кг К)
 
Визначаю теплоємність газу на виході з колони синтезу за формулою 
(5.18): 
  
газу
СР 1,09 103 0,4269  51,96 0,092 14,76 103 0,0915 3,48 103 0,1189 
 
 2,7 103 0,2635  2,95 103 Дж /(кг К )
 
Визначаю кількість тепла, що виноситься з циркуляційним газом за 
формулою (5.17): 
 
303075,17 2,95 103 653
Q4  162174681,6 Вт  
3600
 
Рекуперацію тепла в теплообмінниках за різницею : 
 
Q3 = Q1 + Q2  – Q4  
 
Q3 = 241431277,9 – 162174681,6 = 79256596,3 Вт 
 
Отримані дані розрахунку теплового балансу колони синтезу зводжу в 
таблицю 5.3. 
 
Таблиця 5.3 − Тепловий баланс стадії синтезу 
Надходження Витрати 
Стаття кДж/год % Стаття кДж/год % 
1 Надходить з 102212122,2 6,8 1 Виноситься з 162174681,6 67,2 
ЦГ газовою 
сумішшю 
2 Тепло реакції 139219155,7 93,2 2 Рекуперацію 79256596,3 32,8 
тепла в 
теплообмінни-
ках 
Разом 1494403679 100 Разом 1494403679 100 
          
6 РОЗРАХУНОК ОСНОВНОГО АПАРАТУ 
 
На стадії синтезу виробництва аміаку основний апарат – колона синтезу 
рис. (6.1). 
Колона синтезу являє собою вертикальний, товстостінний, витий апарат, 
який має каталізаторну коробку, складену з трьох полиць, з аксіально-
радіальним ходом газу, внутрішній теплообмінник і винесений теплообмінник 
. Підігрітий газ по основному ходу через засувку з дистанційним керуванням 
надходить в нижню частину колони і по кільцевому зазору між корпусом і 
каталізаторною коробкою, піднімається вгору, охолоджуючи корпус колони, і 
надходить в внесений теплообмінник , проходить його міжтрубний простір, 
охолоджуючи газ, який виходить із колони синтезу. Такий спосіб подачі газу 
застосовується з метою створення газового прошарку між корпусом 
каталізаторної коробки і корпусом колони синтезу для захисту корпусу колони 
від високих температур (більше 500 0С). 
Далі циркуляційний газ надходить в простір каталізаторної коробки над 
верхньою полкою, де змішується з газом, який іде по холодному байпасу. 
Перша каталізаторна коробка складається з сферичного днища з приварним 
люком, привареним до стінки каталізаторної коробки, і каталізаторного 
кошика, який має циліндричну сітчасту зовнішню стінку і перфоровану 
внутрішню циліндричну стінку, зверху корзина закрита пелюстками у виді 
сегментів, які мають сітчасті вікна і по центру каталізаторного кошику 
розміщується корпус вбудованого теплообмінника, всередині якого проходить 
центральна труба для відводу газу із колони після третьої полки. 
У колоні застосований радіальний спосіб проходу газу через шар 
каталізатора. Циркуляційний газ після змішування у верхній частині колони 
надходить в кільцевий зазор між стінкою сітчастої каталізаторної корзини та 
стінкою каталізаторної коробки, потім розподіляється по всій висоті 1-ої 
полиці, проходить шар каталізатора і збирається в кільцевому зазорі між  
6 
 
7 
8 
 
5 
 
9 
4 
 
 
3 
 
2 
 
 
1 
 
1 – люк для вивантаження кат алізатора; 2 – центральна труба;  
3 – корпус каталізаторної коробки; 4 – термопарна гільза;  
5 – завантажувальний люк; 6 – теплообмінник; 7 – відведення байпасного газу 
; 8 – шар каталізатору; 9 – корпус колони 
 
 Рисунок 6.1 Колона синтезу аміаку 
 
внутрішньою стінкою каталізаторної корзини та корпусом вбудованого 
теплообмінника. У верхній частині кільцевого зазору розташований пристрій  
для подачі газу по "холодному" байпасу через заслінку для регулювання 
температури газу, що йде на 2-у полицю. Циркуляційний газ після 1-ої полиці, 
змішавшись з газом, що йде по "холодному" байпасу, надходить на 2-у 
полицю, пристрій якої аналогічно пристрою 1-ої полиці. Пройшовши шар 
каталізатора 2-ї полиці, циркуляційний газ надходить у верхню частину 
внутрішнього теплообмінника по спеціальному кільцевому зазору, проходить 
міжтрубний простір теплообмінника, охолоджується газом, що подаються 
через байпас і надходить в кільцевий зазор третьої полиці. Регулювання 
температури газу на вході третьої полиці проводиться зменшенням або 
збільшенням кількості газу, що надходить в трубний простір внутрішнього 
теплообмінника за рахунок зміни ступеня відкриття заслінок. Після третьої 
полиці газ проходить через отвори в центральній трубі, яка має перфорацію по 
висоті 3-ої полиці, піднімається вгору колони синтезу, проходить трубний 
простір вбудованого теплообмінника , де віддає тепло синтез-газу, що входить 
в колону, і після колони синтезу надходить в підігрівач живильної води . 
Невелика частина газу надходить на полиці через сітчасті вікна в пелюстках, 
що закривають верхню частину кожної полиці, проходить шар каталізатора 
фракції 8-12 мм, в якій знаходиться спай термопар. Цим створюються умови 
для точного виміру температури газу, що надходить на кожну полицю. 
 На полиці завантажений каталізатор фракції 1,5-3 мм, а у верхній 
частині кожної полиці завантажений каталізатор фракції 8-12 мм шаром, 
товщиною 100 мм, в якому знаходиться спай термопар, які вимірюють 
температуру газу на вході в шар каталізатора. Загальний обсяг завантаження 
26,92 м3. Завантаження по полицях: 
                                  фракція 1,5-3 мм      фракція 8-12 мм   
  1-а полиця -  3,14964 м3  0,08076 м3   
2-а полиця -  4,46199 м3   0,11441 м3  
3-я полиця -  18,63537 м3  0,47783 м3  
 
всього      26,247 м3  0,673 м3. 
Такий розподіл каталізатора по полицях зроблено з метою підтримки 
оптимальних температур реакції синтезу на кожній полиці, виключення 
перегріву каталізатора внаслідок екзотермічності реакції і досягнення 
максимального ступеня рівноваги реакції: на верхніх полицях реакція йде з 
великою швидкістю і малим ступенем досягнення рівноваги, на третій полиці 
реакція йде з меншою швидкістю і великим ступенем досягнення рівноваги. 
На полицях колони синтезу, заповнених промотованим залізним 
каталізатором типу КМ1, КМ1R при температурі 350-540 0С і тиску 
18,0-32,0 МПа (180-320 кгс/см2) протікає реакція синтезу аміаку по рівнянню 
(2.1). 
Розрахунок колони синтезу 
Колона синтезу представляє собою вертикальний товстостінний апарат 
із трьома шарами каталізатора. Згідно стандартних діаметрів колон і умов 
синтезу приймаю стандартний діаметр колони синтезу аміаку 1650 мм [10]. 
Товщину стінки колони можна розрахувати за формулою: 
 
P D
S  C;       (6.1) 
2[ ]   P
 
де P – тиск в колоні синтезу, МПа; 
    D – діаметр (внутрішній) колони, мм; 
   [] – допустима напруга в матеріалі, МПа; 
    - коефіцієнт міцності зварного шову; 
   c – запас на корозію; 
 
31,5 1650
S   2 155,5 мм.                                       (6.2) 
2 185 1 31,5
 
Допустимий тиск визначається за формулою: 
 
2  
P  доп (S  c)
 доп ,атм.                          (6.3)  
D  (S  c)
Таким чином: 
2 1185  (155,5 2)
 Pдоп   327  атм. 
1650 (155,5 2)
 
   Відомо, каталізатор завантажений в колону у вигляді двох фракцій:  
8 – 12мм  - 2,5%; 1,5 – 3 мм   - 97,5%. Тоді в колоні будуть такі об`єми кожної 
фракції: 
 
  V8-12 = Vkat 
. 0,025 = 26,92 . 0,025 = 0,673 м3; 
  V1,5-3 = Vkat 
. 0,975 = 26,92 . 0,975 = 26,247 м3. 
 
 Розраховуємо розподіл об`єму каталізатора по полицям за 
рівнянням: 
 
     V` = V .
kat  X,        (6.4) 
 
де  Х – вміст каталізатору в кожній полиці, об. частки; 
 перша полиця: 
 
  V`
8-12 = V .
8-12  0,12  = 0,673 . 0,12 = 0,08076 м3; 
                    V`
1,5-3 = V .
1,5-3  0,12  = 26,247. 0,12 = 3,14964 м3 
          друга полиця: 
  V`
8-12 = V .
8-12  0,17  = 0,673 . 0,17 = 0,11441 м3 
                    V`
1,5-3 = V . . 3
1,5-3  0,17 = 26,247  0,17 = 4,46199 м  
 
 третя полиця: 
 
V`  = V  . 0,71  = 0,673. 0,71 = 0,47783 м3
8-12 8-12  
V` .
1,5-3 = V1,5-3  0,71 = 26,247. 0,71 = 18,63537 м3 
 
Таблиця 6.1 - Розподіл об`єму каталізатора за фракціями і полицями 
Номер полиці Фракції розміром, мм 
1,5 - 3 8 - 12 
1 3,14964  0,08076  
2 4,46199  0,11441  
3 18,63537 0,47783 
Всього, м3 26,247 0,673 
 
Висота колони синтезу розраховується в залежності від кількості 
каталізатора, який потрібно завантажити в колону. 
Приймаємо відстань від каталізаторної коробки до корпусу колони 
10мм, тоді діаметр каталізаторної коробки буде 
 
d = 1650 – 2 . 10 = 1630 мм = 1,63 м. 
 
Загальна висота шару каталізатора становить: 
 
Hзаг = V . 4/( . d2);     (6.5) 
 
де  V - об`єм каталізатора, м3; 
 
Hзаг = 26,92 . 4/(3,14 . 1,632) = 12,9 м 
 
Тоді висота кожної полиці буде  
 
Hi = Hзаг 
. yi;      (6.6) 
 
де yi – доля висоти шару каталізатора кожної полиці, долі; 
 
H1 = 12,9 . 0,16 = 2,064 м; 
 
H  = 12,9 .2  0,21 = 2,709 м; 
H3 = 12,9 . 0,63 = 8,127 м. 
 
Висота колони синтезу залежить від висоти (загальної) каталізатора, від 
відстані між полицями та конструктивних особливостей колони і 
розраховується за формулою: 
 
    Hкол = H .
заг  ;                 (6.7) 
 
де  – коефіцієнт, що враховує конструктивні особливості колони 
синтезу; 
 
H  = 12,9  .кол  1,4 = 18,06 м. 
 
Розраховую діаметр штуцерів на вході і виході газу з колони синтезу: 
 
4V
d  , м                                          (6.8) 
 3600 
 
Приводжу V до робочих умов за рівнянням : 
 
P1 V1 P2 V 2
                                         (6.9) 
T1 T2
 
Звідси :  
V
V  1 T2  P1 673000 653  0,1
2   5278 м3 / год  
T1  P2 30,5  273
 
4 5278
d   0,519 м  0,52 м
25000  
3600 3,14
3600
 
Температурна схема внутрішнього теплообмінника колони синтезу при 
протечії: 
 
490 0С                   380 0С 
328 0С    180 0С  
 
Коефіцієнт тепловіддачі від газу до стінки трубок теплообмінника 
визначаю за формулою : 
 
  А g0,8 d 0,2
тр тр                                  (6.10) 
 
де Атр – допоміжний коефіцієнт для газових сумішей;[10] 
     g – масова швидкість газової суміші, кг/(м2 · с); 
     d – внутрішній діаметр трубок, м. 
 
Теплообмінник кожухотрубного типу складається із 2410 трубок 
розміром 16×2 мм. 
Середня температура газу в трубках розраховую за формулою : 
 
490  380
tcp   435 0C                               (6.11) 
2
 
Площа перерізу трубного простору теплообмінника розраховую за 
формулою :  
  d 2
2
 F  n , м                                           (6.12) 
4
де n – кількість трубок в теплообміннику, шт.. 
 
3,14 0,0122
F  2410  0,272 (м2 )  
4
 
Визначаю масову швидкість газової суміші в трубному просторі: 
 
303075,17
g   309,5 кг /(м2  с)  
3600 0,272
 
Тоді коефіцієнт тепловіддачі : 
 
  0,96 309,50,8 0,0120,2
тр 4,19  957,58 Вт /(м2 с)  
 
Визначаю коефіцієнт тепловіддачі газу в між трубному просторі за 
формулою : 
 
мтр 1,3 0,96  Амтр q
0,56 d 0,44
                                  (6.13) 
 
де 1,3 – коефіцієнт, який враховує механічну нерівномірність 
розташування трубок теплообмінника; 
        0,96 – коефіцієнт, який враховує відхилення кута зустрічі газу з 
трубками від 90 0С; 
      Амтр – допоміжний коефіцієнт [10]. 
Середня температура газу в між трубному просторі, 0С  : 
 
180  328
tcp   254                               (6.14) 
2
 
Площа перерізу міжтрубного простору теплообмінника розраховую за 
формулою (6.13):  
 
F  0,785  (1,492  0,292  2410 0,0162) 1,513 м2
 
 
Визначаю масову швидкість газової суміші в міжтрубному просторі : 
 
212152,619
g   39,03 кг /(м2  с)  
3600 1,513
 
Коефіцієнт тепловіддачі визначаю за формулою (6.13): 
 
мтр 1,3 0,96 14,8 39,030,56 0,0160,44 4,19  3715,87 Вт /(м2  год)  
 
Розраховую коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м · 0С) за формулою : 
 

KL 
1 1,15 0,016 1                     (6.15) 
 lg 
тр dвн ст 0,012  мтр dн
 
3,14
KL   25,43
1 1,15 0,016 1  
 lg 
957,58 0,012 16,86 0,012 3715,87 0,016
 
Середня різниця температур в теплообміннику, 0С: 
 
200 162
tcp   181  
2
 
Необхідна довжина трубок розраховую за формулою : 
Q
L                                                      (6.16) 
K  tcp
 
 
Кількість тепла, яке віддає газ в теплообміннику розраховую: 
 
Q  g(i490  i380)  303075,017  (5195,8  4831,6)  30661088,36 Вт  
 
Визначаю загальну довжину трубок за формулою (6.16): 
 
30661088,36
L   6661,355 (м)  
181 25,43
 
Визначаю довжину трубок теплообмінника: 
 
6661,355
l   2,76 (м)  
2410
 
Таким чином, вибираю колону синтезу з такими характеристиками, які 
наведенні в таблиці 6.2. 
 
 
 
 
 
Таблиця 6.2 – Характеристика колони синтезу 
№ Назва параметру Одиниці Значення 
вимірювання 
1 Товщина обичайки мм 155,5 
2 Діаметр каталізаторної коробки мм 1630 
3 Об’єм каталізаторa  м3 26,92 
4 Висота колони мм 18060 
5 Діаметр штуцерів входу і виходу газу мм 520 
6 Кількість трубок теплообмінника шт. 2410 
7 Розмір трубок теплообмінника мм 16×2 
8 Довжина трубок теплообмінника мм 2,76 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 АВТОМАТИЗАЦІЯ І КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГІЧНОГО РЕЖИМУ 
ВИРОБНИЦТВА 
 
7.1 Вибір та обґрунтування системи приладів і засобів автоматизації 
 
Автоматизація є невід'ємною частиною виробничих процесів в хімічній 
промисловості. Для хімічної промисловості автоматичне управління 
технологічними процесами грає особливу роль, оскільки дозволяє зменшити 
або повністю виключити участь людини в проведенні процесів, які 
характеризуються використанням або виділенням шкідливих для організму 
речовин, вибухо - і пожежонебезпекою. 
Автоматизація приводить до покращення головних показників 
ефективності виробництва: збільшення кількості, покращення якості та 
зниження собівартості продукції. Впровадження автоматичних пристроїв 
забезпечує високу якість продукції, зменшення кількості браку та відходів, 
зменшення втрат сировини та енергії, зменшення чисельності основних 
робочих, зниження капітальних витрат на будівництво будівель, збільшення 
міжремонтних термінів експлуатації обладнання. 
Системою автоматизації називають систему, що складається з об'єкту 
контролю і різних пристроїв, що виконують функції виміру. Під об'єктом 
контролю розуміють агрегат або процес, в якому одну або декілька величин 
вимірюють. 
В більшості випадків система автоматичного контролю однієї величини 
включає чотири елементи: об'єкт, чутливий елемент, лінію зв'язку і 
вимірювальний пристрій. Чутливий елемент встановлюють безпосередньо в 
об'єкті контролю, він сприймає величину контрольованого (вимірюваного) 
параметра і перетворить її у відповідний сигнал, що поступає по лінії зв'язку 
до вимірювального пристрою. Системи автоматичного контролю 
підрозділяються на місцеві, дистанційні і телевимірювальні.  
 
Системи контролю, в яких вимірювальні пристрої розташовані поблизу  
об'єкту (поблизу місця установки чутливого елементу), називаються місцевими. 
 Автоматичний контроль можна здійснювати і на відстані від 
контрольованого об'єкту, подовживши лінію зв'язку між чутливим елементом і 
вимірювальним пристроєм. У цих випадках система місцевого контролю 
ускладнюється введенням у вимірювальний пристрій перетворювача для 
перетворення результату виміру в пропорційний пневматичний або електричний 
сигнал. Останній містить інформацію про величину вимірюваного параметра і по 
відповідній лінії зв'язку передає її іншому вимірювальному пристрою, 
розташованому  на  відстані  від об'єкту контролю. У  другому  вимірювальному 
приладі здійснюється зворотне перетворення сигналу, переданого по лінії зв'язку, 
в результат виміру. Подібна система автоматичного контролю називається 
дистанційною. Таким чином, дистанційна система контролю має два 
вимірювальні пристрої: первинний і вторинний прилади. 
Залежно від вигляду використовуваної енергії дистанційні системи 
підрозділяються на пневматичні, електричні і гідравлічні. 
У пневматичних системах використовується енергія стислого повітря. До 
первинного приладу підводиться повітря під постійним надлишковим тиском 0, 
14 МПа (1, 4 кгс/см2), а на його виході тиск змінюється залежно від величини 
вимірюваного параметра в межах від 0,02 до 0,1 МПа (від 0,2 до 1,0 кгс/см2). 
У електричних системах використовується електроенергія. У первинному 
приладі результат виміру перетвориться в силу або напруга постійного 
електричного струму або напруга змінного електричного струму, величини яких 
пропорційні результату виміру. У електричних системах дистанційної передачі 
використовуються також частотні перетворювачі, які перетворять результат 
виміру в пропорційну величину частоти змінного струму. 
У хімічній, нафтохімічній і промисловості по виробництву мінеральних 
добрив в основному застосовують пневматичні дистанційні системи 
автоматичного контролю. Електричні системи використовують значно рідше, 
а гідравлічні   не застосовують взагалі. 
Для передачі результатів виміру на відстань десятків і сотень кілометрів  
застосовують телевимірювальні системи контролю. У таких системах 
результат виміру за допомогою перетворювача в первинному приладі 
перетвориться в кодовані, зазвичай дискретні сигнали, які передаються по 
каналу (лінії) зв'язку. У вторинному приладі, встановленому на іншому кінці 
каналу зв'язку, ці сигнали перетворяться в результат виміру і фіксуються в 
цифровій або аналоговій формі.  
На підставі аналізу технологічної схеми, норм технологічного режиму 
та апаратурного оформлення визначається необхідний об'єм автоматизації 
виробництва, який зведений в таблицю 7.1 
        Таблиця 7.1 – Обсяг автоматизації виробництва 
№ Технологічний об’єкт Параметр, що Можлиий Місце відбору Вимоги до схеми Примітка 
вимірюється діапазон зміни імпульсу автоматизації 
параметру 
1 Трубопровід продувочних Температура 38 – 40 0С Після Вимірювання, Повітрям 
газів повітряного регулювання, 
холодильника 
2 Вторинний аміачний Рівень 235 – 770 мм Вторинний Вимірювання, Рідким 
сепаратор аміачний регулювання, аміаком 
сепаратор сигналізація 
3 Збірник рідкого аміаку Рівень 300 – 550 мм Збірник рідкого Вимірювання, Рідким 
аміаку регулювання, аміаком 
сигналізація 
4 Збірник рідкого аміаку Рівень 330 – 500 мм Збірник рідкого Вимірювання, Рідким 
холодильника танкових  аміаку регулювання аміаком 
газів 
5 Збірник рідкого аміаку Тиск 14 – 15 МПа Збірник рідкого Вимірювання, Танкові 
аміаку регулювання гази 
6 Трубопровід синтез газу в Температура 20 – 30 0С Після Вимірювання ЦГ  
колону синтезу «холодного» 
теплообмінника 
7 Трубопровід синтез газу в Температура 125 – 140 0С Після Вимірювання Синтез – 
колону синтезу «гарячого» газ 
теплообмінника 
8 Колона синтезу Тиск 18 – 35 МПа До і після Вимірювання, ЦГ 
колони синтезу регулювання, 
сигналізація 
9 Колона синтезу Температура 350 – 540 0С Колона синтезу Вимірювання, Синтез – 
регулювання газ 
Кінець таблиці 7.1 
1 2 3 4 5 6 7 
10 Трубопровід синтез – газу Температура Не більше Після пускового Вимірювання  
після пускового підігрівача 5380С підігрівача  
11 Трубопровід ЦГ Температура 162 – 168 0С Після Вимірювання, Вода 
підігрівача регулювання 
живильної води 
12 Трубопровід ЦГ Температура 38 – 45 0С Після Вимірювання, Повітря 
повітряного регулювання 
холодильника 
13 Первинний аміачний Рівень 250 – 375 мм Первинний Вимірювання,  
сепаратор аміачний регулювання, 
сепаратор сигналізація 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7.2 Прилади, що використані в схемі, та їх коротка характеристика 
 
Первинний прилад типу СТЖ 180 – перетворювач перепаду тиску в 
електричний сигнал. Діапазон вимiрювань вiд 0 МПа до 40 МПа. Клас точностi 
0,15. 
Первинний датчик типу 13ДТ73 – вимірювальний перетворювач 
температури для неперервного сигналу температури в елктричний сигнал 
дистанційної передачі (0,02-0,1 МПа). Його межа виміру: до 600 °С. Завод – 
виробник: „Теплоконтроль”, м. Казань. 
Перетворювач термоелектричний типу СА-1,6Е НСХ К. Його границя 
допустимого відхилення ± 3 °C. 
Перетворювач термоелектричний типу СС-1,6E НСХ Т. Його границя 
допустимого відхилення ± 1,5 °C. 
Регулятор рiвня типу 12812. Шкала 0 % -100 % (0 мм -1000 мм). Клас 
точностi 1. 
Клапан регулювальний типу  VAH "ПВ", Dу =25 мм, Pу=55,5 МПа (555 
кгс/см2). 
Вимiрник рiвня типу H-FS-3J3. Дiапазон вимiрювань вiд 0 мм до 1000 
мм. Клас точностi 1. 
Перетворювач тиск/струм типу NAX-120. Клас точностi 0,25. 
Показуючий регулятор рiвня типу 78241. Шкала 0 % -100 % ( 0 мм -700 
мм). Клас точностi 1,5. 
Клапан регулювальний типу VDC "ПВ", Dу=65 мм, Ру=3 МПа (30 
кгс/см2). 
Перетворювач термоелектричний типу СС-1.6Е НСХ. Границі 
допустимого відхилення температури ± 1,5 °C. 
Поплавковий сигналiзатор рiвня типу А 5013. Границі допустимого 
відхилення рівня ± 6,4 мм.  
 
7.3 Короткий опис роботи розроблених схем автоматизації 
 
7.3.1 Блок контролю та регулювання температури продувочного газу, 
після холодильника продувочних газів. 
 
 Для контролю за рівнем температури газу у якості датчика вибираємо 
вимірювальний перетворювач термоелектричний типу СС-1.6Е НСХ Т для 
неперервного перетворення температури в пневматичний сигнал 1-1,6 МПа 
(діапазон вимірювання -10 – 0 0С), який встановлено на трубопроводі подачі 
продувочного газу у сепаратор. Пневматичний сигнал від датчика по 
каналам зв’язку передається на вторинний прилад ПВ10.1П прилад 
контролю пневматичний для запису і показання величини одного параметру. 
Далі сигнал поступає на регулятор ПР3.31.М - пристрій пневматичний 
регулюючий ізодромний, який порівнює рівень сигналу, що поступає від 
вторинного приладу із заданим та видає результуючий пневматичний сигнал 
на виконавчий пристрій 25ч32нж – регулюючий клапан з пневматичним 
мембранним виконавчим механізмом, який встановлено на трубопроводі 
подачі рідкого аміаку в теплообмінник. 
 
7.3.2 Блок контролю та регулювання рівня рідкого аміаку у сепараторі. 
 
Для контролю за рівнем рідкого аміаку в сепараторі у якості датчика 
вибрано рівнемір буйків УБ-ПВ40.100 з пневматичним сигналом, який 
встановлено всередині сепаратора. Далі сигнал поступає на вторинний 
прилад ПВ10.1П прилад контролю пневматичний показуючий для 
вимірювання величини одного параметра і сигналізації заданого діапазону 
його значень. Далі сигнал поступає на регулятор ПР3.31 – пристрій 
пневматичний регулюючий ізодромний, який порівнює рівень сигналу, що 
поступає від вторинного приладу із заданим та видає результуючий 
пневматичний сигнал  
на виконавчий пристрій 25с48нж – регулюючий клапан з пневматичним 
мембранним виконавчим механізмом, який встановлено на трубопроводі 
подачі рідкого аміаку в збірник рідкого аміаку. Якщо рівень аміаку 
підвищується до 770 мм або понижується до 235 мм, то спрацьовує 
сигналізація. 
 
7.3.3 Блок контролю та регулювання рівня рідкого аміаку у збірнику 
рідкого аміаку. 
 
Для контролю за рівнем рідкого аміаку у збірнику у якості датчика 
вибрано рівнемір буйковий УБ-П3 з пневматичним сигналом, який 
встановлено всередині збірника аміаку. Далі сигнал поступає на вторинний 
прилад ПКП.1Е прилад контролю пневматичний показуючий для 
вимірювання величини одного параметру і сигналізації заданого діапазону 
його значень. Далі сигнал поступає на регулятор ПР3.31 – пристрій 
пневматичний регулюючий ізодромний, який порівнює рівень сигналу, що 
поступає від вторинного приладу із заданим та видає результуючий 
пневматичний сигнал на виконавчий пристрій 25с48нж – регулюючий клапан 
з пневматичним мембранним виконавчим механізмом, який встановлено на 
трубопроводі подачі рідкого аміаку в збірник рідкого аміаку. 
 
7.3.4 Блок контролю та регулювання рівня рідкого аміаку у збірнику 
рідкого аміаку холодильника танкових газів. 
 
 Для контролю за рівнем рідкого аміаку у збірнику у якості датчика 
вибрано рівнемір буйковий УБ-П3 з пневматичним сигналом, який 
встановлено всередині збірника аміаку. Далі сигнал поступає на вторинний 
прилад ПВ10.1П прилад контролю пневматичний показуючий для 
вимірювання величини одного параметру. Далі сигнал поступає на регулятор 
ПР3.31.М - пристрій пневматичний регулюючий ізодромний, який порівнює  
рівень сигналу, що поступає від вторинного приладу із заданим та видає 
результуючий пневматичний сигнал на виконавчий пристрій 25ч32нж – 
регулюючий клапан з пневматичним мембранним виконавчим механізмом, 
який встановлено на трубопроводі подачі рідкого аміаку в теплообмінник. 
 
7.3.5 Блок контролю та регулювання тиску  у збірнику рідкого аміаку. 
 
Для контролю за тиском аміаку у якості датчика було вибрано 
манометр типу STG180-E1G-10000-HC. Вихідниий сигнал змінюється в 
межах 0 – 40 МПа при зміні тиску повітря ± 0,1 МПа. Пневматичний сигнал 
надходить на вторинний прилад типу ПВ10.1П. Далі сигнал поступає на 
регулятор ПР3.31.М - пристрій пневматичний регулюючий ізодромний, який 
порівнює рівень сигналу, що поступає від вторинного приладу із заданим та 
видає результуючий пневматичний сигнал на виконавчий пристрій 25ч32нж 
– регулюючий клапан з пневматичним мембранним виконавчим механізмом, 
який встановлено на трубопроводі подачі танкових газів у піч первинного 
риформінгу. 
 
7.3.6 Блок контролю та регулювання температури синтез – газу, після 
«холодного» теплообмінника перед колоною синтезу. 
 
 Для контролю за рівнем температури газу у якості датчика вибираємо 
вимірювальний перетворювач термоелектричний типу СС-1.6Е НСХ Т для 
неперервного перетворення температури в пневматичний сигнал 1-1,6 МПа 
(діапазон вимірювання 20 – 30 0С), який встановлено на трубопроводі подачі 
продув очного газу у сепаратор. Пневматичний сигнал від датчика по 
каналам зв’язку передається на вторинний прилад ПВ10.1П прилад 
контролю пневматичний для запису і показання величини одного параметру. 
Далі  
сигнал поступає на регулятор ПР3.31.М – пристрій пневматичний 
регулюючий ізодромний, який порівнює рівень сигналу, що поступає від 
вторинного приладу із заданим та видає результуючий пневматичний сигнал 
на виконавчий пристрій 25ч32нж – регулюючий клапан з пневматичним 
мембранним виконавчим механізмом, який встановлено на трубопроводі 
подачі ЦГ  в теплообмінник. 
 
7.3.7 Блок контролю та регулювання температури синтез – газу, після 
«гарячого» теплообмінника перед колоною синтезу. 
 
 Для контролю за рівнем температури газу у якості датчика вибираємо 
вимірювальний перетворювач термоелектричний типу СС-1.7Е НСХ Т для 
неперервного перетворення температури в пневматичний сигнал 1-1,6 МПа 
(діапазон вимірювання 125 – 140 0С), який встановлено на трубопроводі 
подачі синтез – газу після «гарячого» теплообмінника перед колоною 
синтезу. Пневматичний сигнал від датчика по каналам зв’язку передається 
на вторинний прилад ПВ10.1П прилад контролю пневматичний для запису і 
показання величини одного параметру.  
 
7.3.8 Блок контролю та регулювання перепаду тиску на колоні синтезу. 
 
Для контролю і регулювання перепаду тиску на колоні синтезу у якості 
датчика вибираю первинний прилад типу СТЖ 180 – перетворювач перепаду 
тиску в електричний сигнал. Діапазон вимiрювання вiд 0 МПа до 40 МПа. Клас 
точностi 0,15. 
Далі пневматичний сигнал надходить на регулятор ПР3.32М1. Регулятор 
порівнює поточне значення параметру із завданням, що встановлюється за 
допомогою ручного введення даних, і виробляє сигнал за відповідним законом 
регулювання в залежності від знаку та величини розбалансу між ними. 
Керуючий сигнал регулятора надходить на регулюючий клапан типу 25ч30нж. 
Регулюючий клапан в залежності від командного тиску повітря 
регулятора міняє прохідний діаметр до тих пір, доки не зрівняються величина 
завдання і величина регульованого параметру. 
 
7.3.9 Блок контролювання і регулювання температури  в колоні синтезу 
по полицям. 
 
Для контролю температури по полицям в колоні синтезу в якості 
первинного датчика вибрав 13ДТ73 – вимірювальний перетворювач 
температури для неперервного сигналу температури в електричний сигнал 
дистанційної передачі (0,02-0,1 МПа). Його межа виміру: до 600 °С. 
Далі пневматичні сигнали надходять на вторинний прилад ПКР.1. 
Далі пневматичний сигнал надходить на регулятор ПР3.32М1. Регулятор 
порівнює поточне значення параметру із завданням, що встановлюється за 
допомогою ручного введення даних, і виробляє сигнал за відповідним законом 
регулювання в залежності від знаку та величини розбалансу між ними. 
Керуючий сигнал регулятора надходить на регулюючий клапан типу 25ч30нж. 
 Регулюючий клапан в залежності від командного тиску повітря 
регулятора контролює витрати свіжої АВС по байпасам. 
 
7.3.10 Блок контролювання температури  АВС після пускового 
підігрівача. 
 
Для контролю температури АВС після пускового підігрівача в якості 
первинного датчика вибрав 13ДТ73 – вимірювальний перетворювач 
температури для неперервного сигналу температури в електричний сигнал 
дистанційної передачі. Його межа виміру: до 600 °С. 
Далі сигнал подається на центральний пульт керуваня. 
 
7.3.11 Блок контролю та регулювання температури ЦГ, після 
підігрівача живильної води. 
 
 Для контролю за рівнем температури газу у якості датчика вибираємо 
вимірювальний перетворювач термоелектричний типу СС-1.6Е НСХ Т для 
неперервного перетворення температури в пневматичний сигнал 1-1,6 МПа 
(діапазон вимірювання 160 – 170 0С), який встановлено на трубопроводі 
подачі ЦГ у «гарячий» теплообмінник. Пневматичний сигнал від датчика по 
каналам зв’язку передається на вторинний прилад ПВ10.1П прилад 
контролю пневматичний для запису і показання величини одного параметру. 
Далі сигнал поступає на регулятор ПР3.31.М - пристрій пневматичний 
регулюючий ізодромний, який порівнює рівень сигналу, що поступає від 
вторинного приладу із заданим та видає результуючий пневматичний сигнал 
на виконавчий пристрій 25ч32нж – регулюючий клапан з пневматичним 
мембранним виконавчим механізмом, який встановлено на трубопроводі 
подачі живильної води у підігрівач живильної води. 
 
7.3.12 Блок контролю та регулювання температури ЦГ, після 
повітряного холодильника. 
 
 Для контролю за рівнем температури газу у якості датчика вибираємо 
вимірювальний перетворювач термоелектричний типу СС-1.6Е НСХ Т для 
неперервного перетворення температури в пневматичний сигнал 1-1,6 МПа 
(діапазон вимірювання 30 – 40 0С), який встановлено на трубопроводі подачі 
ЦГ у «холодний» теплообмінник. Пневматичний сигнал від датчика по 
каналам зв’язку передається на вторинний прилад ПВ10.1П прилад 
контролю пневматичний для запису і показання величини одного параметру. 
Далі сигнал поступає на регулятор ПР3.31.М - пристрій пневматичний 
регулюючий ізодромний, який порівнює рівень сигналу, що поступає від  
вторинного приладу із заданим та видає результуючий пневматичний сигнал 
на виконавчий пристрій 25ч32нж – регулюючий клапан з пневматичним 
мембранним виконавчим механізмом, який встановлено на трубопроводі 
подачі повітря у повітряний холодильник. 
 
7.3.13 Блок контролю та регулювання рівня рідкого аміаку у 
первинному аміачному сепараторі. 
 
Для контролю за рівнем рідкого аміаку у первинному аміачному 
сепараторі у якості датчика вибрано рівнемір буйків УБ-ПВ40.100 з 
пневматичним сигналом, який встановлено всередині сепаратора. Далі 
сигнал поступає на вторинний прилад ПВ10.1П прилад контролю 
пневматичний показуючий для вимірювання величини одного параметра і 
сигналізації заданого діапазону його значень. Далі сигнал поступає на 
регулятор ПР3.31 – пристрій пневматичний регулюючий ізодромний, який 
порівнює рівень сигналу, що поступає від вторинного приладу із заданим та 
видає результуючий пневматичний сигнал на виконавчий пристрій 25с48нж 
– регулюючий клапан з пневматичним мембранним виконавчим механізмом, 
який встановлено на трубопроводі подачі рідкого аміаку в збірник рідкого 
аміаку. Якщо рівень аміаку підвищується до 375 мм або понижується до 250 
мм, то спрацьовує сигналізація. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8. АНАЛІТИЧНИЙ КОНТРОЛЬ ВИРОБНИЦТВА 
 
Таблиця 8.1 – Аналітичний контроль технологічного режиму виробництва аміаку 
№ Найменування, Що Частота Норми та Методи аналізу Хто 
місце відбору контролюєть та спосіб технологічні контролює 
проби ся контролю показники 
1 2 3 4 5 6 7 
1 На вході у Природний 1 раз на СН4=85,9%об. Хроматографічний,  лаборант 
сепаратор пр. газ тиждень С2Н5=н/б5%об. калориметричний  
газу. С3Н8=н/б1,5%об. методи 
Пробовідбірник С4Н10=н/б0,7%об. 
С5Н12=н/б0,5%об. 
СО2=н/б3,5%об. 
Н2=н/б0,6%об. 
Продовження таблиці 8.1 
1 2 3 4 5 6 7 
2 На вході у Газ зі По вимозі Н2=н/м70%об.СО+ Хроматографічний  лаборант 
сепаратор пр. сторони з СО2+О2-200ррм метод 
газу. воднем  NH3- н/б0,1%об. 
Пробовідбірник 
3 На виході з Газова суміш 1 раз на H2S- н/б50мг/м³ Поглинання лаборант 
реактора після тиждень розчином ацетату 
гідросіроочистки гідрирування кадмію 
4 На виході з Газова суміш По вимозі RHS-0.5 мг/м³ Калориметричний  лаборант 
реактора після 
сіроочистки сіроочистки 
пробовідбірник 
5 Після печі Димові гази 1 раз на О2-2-5%об. На газоаналізаторі лаборант 
первинного тиждень SO2-200 мг/м³ ВТИ-2 
риформінгу. СО-200 мг/м³ 
Пробовідбірник 
 
 
 
 
Продовження таблиці 8.1 
1 2 3 4 5 6 7 
6 На виході з Димові гази 1 раз на О2-2-5%об. На газоаналізаторі лаборант 
трубопровода тиждень SO2-200 мг/м³ ВТИ-2 
СО-200 мг/м³ 
7 На виході з Риформован 1 раз у СО2-н/б8,5%об. Хроматографічний лаборант 
реактора ий газ місяць Н2-н/б71%об. метод 
первинного СН4-0,5%об. 
риформінгу. СО-11%об. 
Пробовідбірник 
8 На виході з Риформован 1 раз на СО2-н/б 12% об. Хроматографічний лаборант 
реактора ий газ добу СО-13%об метод 
вторинного Н2-55%об 
риформінгу. СН4=0,5%об. 
Пробовідбірник  
9 На вході у Конвертован 1 раз на СО2-н/б 17% об. Конденсаційний  лаборант 
низькотемпер. ий газ  добу СО-4%об метод 
Конвертор СО Н2-57%об 
СН4=0,5%об. 
Кінець таблиці 8.1 
1 2 3 4 5 6 7 
10 На виході у Конвертован 1 раз у СО2-н/б 19% об. Хроматографічний лаборант 
низькотемпер. ий газ  зміну СО-0,8%об 
Конвертор СО Н2-58%об 
СН4=0,5%об. 
11 На виході з Очищений від По вимозі СО2-н/б 0,1% об хроматографічний лаборант 
абсорбера СО2 газ 
12 На виході з "бідний" По вимозі К2СО3-28%ваг Нейтралізація HCl лаборант 
регенератора розчин КНСО3-14%ваг 
"Карсол" 
13 На вході у Синтез-газ у 1 раз у Н2=н/м60%об. хроматографічний лаборант 
теплообмінник колону синтезу зміну СН4-10,6%об 
NH3- н/б3,2%об. 
14 На виході з Синтез-газ у 1 раз у NH3- н/б12%об. Аскаритовий метод лаборант 
колони синтезу колону синтезу зміну Н2О-0,5%об 
аміаку 
15 Після турбін Паровий 1 раз на РН-7-9 рН-метром лаборант 
конденсат тиждень 
9 ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ВИРОБНИЦТВА.  
 
Вплив на навколишнє середовище виробництва аміаку пов’язаний з 
наявністю шкідливих речовин у викидах в атмосферу, стоках, твердих 
відходах та високою температурою димових газів.  
В виробництві аміаку є постійні та періодичні викиди шкідливих 
речовин в атмосферу. Постійні викиди в атмосферу, обумовлені веденням 
нормального технологічного режиму, склад яких періодично контролюється 
до них відносять: продукти горіння з витяжної труби печі первинного 
риформінгу; продукти горіння з витяжної труби підігрівача природного газу; 
продукти горіння з витяжної труби пускового котла; диоксид вуглецю після 
регенерації розчину “Бенфілд” . 
Періодичні викиди шкідливих речовин пов’язані з пуском, наладкою та 
зупинкою на ремонт агрегату аміаку або окремого обладнання. 
Шкідливими речовинами в газах, що постійно або періодично 
скидаються, є: CO (оксид вуглецю) - утворюється при проведенні процесу 
конверсії метану; NOx (оксиди азоту) - утворюються при спалюванні палива в 
печі первинного риформінгу, підігрівачі природного газу та пусковому котлі; 
NH3 (аміак) - входить в склад відпарного газу. 
В цеху за умов нормальної роботи агрегату є  постійні стоки: 
 від продувок котлів системи пароутворення; 
 охолоджуючої оборотної води після холодильників; 
 відпрацьованого конденсату. 
Твердими відходами виробництва аміаку є відпрацьовані каталізатори 
різних стадій процесу а також активоване вугілля та алюмогель. 
Для зменшення кількості шкідливих речовин у викидах виробництва 
аміаку застосовується газоочисне обладнання в вигляді факельних установок, 
на яких спалюються шкідливі речовини. 
Характеристика газоподібних, рідких та твердих викидів наведена в 
таблицях 9.1. 
 
Таблиця 9.1 – Характеристика газоподібних, рідких та твердих викидів 
№ Найменування Їх склад після Кількість (одиниці) Метод 
стадії очищення, % очищення 
виробництва На 1 т За рік 
відходів, готової 
викидів, стоків продукції 
1 Відпрацьований Fe O  
3 4                90-96 0,074 39590 Відновлення 
СаО              1-4 
каталізатор 
К2О               0-1 
синтезу аміаку, АI2О3                   1-4 
 
апарат колона 
синтезу 
2 Вода після NH3 ≤ 10 мл/кг, 92,316 м3 184,632 Фільтрація 
промивки масловідсутність 
колони синтезу 
3 Димові гази 2О 3
2 – 200, СО – 1412 м  42360 Мокра 
пускового котла 200 очистка 
 
 Таблиця 9.2 – Характеристика твердих відходів 
 
 Де складається, транспорт, тара  Характеристика відходів 
Найменування  Склад Фізичні 
відходів Періодичність Найменуван- Значення показни- 
ня показників, ки 
показників % 
1 2 3 4 5 6 7 
 Відпрацьований Завантажується в залізні або 14,8 Після втрати Fe3O4 90-96 Насипна 
каталізатор синтезу пластмасові барабани, каталізатором   густина    
аміаку КМ1, апарат зберігається тимчасово у активності СаО 1-4 2800 
колона синтезу складських приміщеннях, далі   кг/м3 
транспортується на переробні К2О 0-1 
підприємства   
АI2О3 1-4 
 Відпрацьований Завантажується в залізні або 12,1 Після втрати Fe 90-95 Насипна 
каталізатор синтезу пластмасові барабани, каталізатором   густина  
аміаку КМ1R, апарат зберігається тимчасово у активності Fe3O4 1-4 2200 
колона синтезу  складських приміщеннях, далі   кг/м3     
транспортується на переробні СаО 1-4 
підприємства   
К2О 0-4 
  
АI2О3 1-4 
 
Кількість,т 
11 ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ 
 
11.1 Дослідження ринку і забезпечення випуску продукції 
 
Аміак є сировиною для виробництва добрив для сільського господарства, 
а саме: карбаміду, аміачної селітри. Споживачами аміаку являються 
сільськогосподарські підприємства, а також деякі підприємства як 
виготовляють азотні добрива, різного роду барвники та інше.  
Розроблене виробництво буде розміщено на черкаському ПАТ «Азот» – 
підприємство, що має достатню кількість енергетичних, сировинних і 
трудових ресурсів,  необхідну виробничу базу, а також розташоване біля міста 
Черкаси, яке є достатньо великим діловим центром. Підприємство має у 
своєму розпорядженні необхідні об’єми складських приміщень для 
збереження сировини і готової продукції, а також мережу залізничних колій і 
автотранспортних доріг. 
Постачання підприємства електроенергією здійснюється від системи 
«Київенерго» через черкаську підстанцію. 
З північного сходу від підприємства знаходиться річка Дніпро, звідки 
здійснюється відбір води на технологічні потреби. У водопостачанні заводу 
бере участь і черкаський водоканал. Питна вода надходить у резервуари і далі 
насосами подається в цехи заводу на виробничі і побутові потреби. 
Для очищення стічних вод ПАТ «Азот» має власні очисні споруди, а 
також передбачається будівництво власного корпусу підготовки води 
безпосередньо для забезпечення технологічних потреб виробництва. 
Черкаський ПАТ «Азот» проектувався і був побудований для випуску 
сільськогосподарської добривної продукції і має у своєму розпорядженні 
устаткування, що може бути застосоване для випуску аміаку. 
 
 
  
11.2 Маркетинг-план 
 
Аміак являє собою безбарвну рідину, при заморожуванні, що 
випаровується на відкритому повітрі і може в такий спосіб втратити товарну 
цінність. Тому продукція зберігають в герметичних термоізольованих 
ємкостях і відправляється споживачеві у спеціальних термічних цистернах. 
Як указувалося вище, аміак є сировиною у виготовленні добрив для 
сільського господарства, тому на початку він буде виготовлятись під договори 
на прямі поставки. На 2018 рік такі договори укладені з багатьма аграрно-
промисловими підприємствами. 
На отриманий прибуток у 2017 році і подальші прибутки які будуть 
отримані від роботи підприємства планується засвоїти нові технології 
переробки аміаку з метою випуску готової товарної продукції (комплексних 
азотно-калійно-фосфатних добрив) на ПАТ «Азот», які мають більші 
перспективи, ніж нині існуючі види добрив. 
Аміак як сировина буде доставлятися споживачам по прямих договорах 
через мережу залізниць, а у вигляді готової продукції може реалізовуватись 
також через мережу торгових зв’язків створених заводом. Можливі також 
доставки автотранспортом заводу на підприємства України. Планується 
відкриття торгових представництв в великих промислових містах України 
(Київ, Донецьк, Харків, Дніпропетровськ).  
 
11.3 Виробничий план підприємства 
 
11.3.1 Вибір методу виробництва та режиму роботи цеху 
 
Вихідні речовини для синтезу аміаку – азот і водень. Сировиною для  
отримання азоту є повітря, для отримання водню найбільш економічно 
вигідний – природний газ. Технологічний газ для синтезу аміаку отримують 
двоступеневою пароповітряною конверсією природного газу. Після очищення 
газу від кисневмісних речовин „Бенфільд“ розчином, він поступає в цикл 
синтезу та конденсації аміаку. Продуктивність виробництва по готовому 
продукту 1250 т /добу. У зв’язку з тим, що зупинка обладнання може 
призвести до значних втрат сировини і порушення технологічного режиму 
вводимо безперервний режим роботи цеху. Тривалість зміни в шкідливих 
умовах праці − 8 годин. 
Враховуючи вибраний режим роботи, розробляємо графік роботи змін, 
що зображено у таблиці 11.1. 
 
Таблиця 11.1 – Графік роботи змін цеху 
Числа місяця 
Зміна 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15  
     1 − − 12 12 − − 4/ 8/4 − − 12 12 − − 4/
8 8 
  2 − − 4/ 4/8 − − 12 1 − − 4/ 4/8 − − 12 
8 2 8 
3 12 1 − − 4/ 4/8 − − 12 12 − − 4/ 4/8 − 
2 8 8 
4 4/ 4/8 − − 12 12 − − 4/ 4/8 − − 12 12 − 
8 8 
Числа місяця 
Зміна 
16 1 18 19 20 21 22 2 24 25 26 27 28 29 30  
7 3 
  1 4/8 − − 12 12 − − 4/8 4/8 − − 12 12 − − 
2 12 − − 4/8 4/8 − − 1 12 − − 4/8 4/8 − − 
2 
3 − 1 12 − − 4/8 4/8 − − 12 12 − − 4/8 4/
2 8 
4 − 4/8 4/8 − − 12 12 − − 4/8 4/8 − − 12 12 
 
де: 12 – зміна з 8.00 до 16.00; 4 – зміна з 16.00 до 24.00; 
       8 – зміна з 24.00 до 8.00.    
11.3.2 Машини  та  обладнання цеху 
 
При визначенні фонду часу роботи обладнання виділяють:                                 
календарний Fk, дійсний Fд та ефективний фонд Fеф часу роботи. 
Календарний фонд – це максимально можливий фонд часу роботи                     
обладнання на рік: 
 
Fk = 365·24 = 8760 годин.                                           (11.1) 
 
Дійсний (номінальний) фонд дорівнює часу роботи обладнання в             
залежності від встановленого режиму виробництва і визначається за                   
формулою: 
                        Fд = 365·np,                                                       (11.2) 
 
де  np –  кількість роботи обладнання на добу, дорівнює 24 години (режим         
роботи безперервний), тому 
 
Fд = Fk,                                                            (11.3) 
                                   Fд = 365·24 = 8760 годин.  
 
Ефективний фонд часу роботи обладнання дорівнює дійсному фонду за 
винятком зупинок на ремонт, який проводиться в робочий час. Він                     
визначається для апарату, що має найдовші терміни ремонту, в даному             
випадку для агрегату синтезу аміаку: 
 
Fеф. = Fд – Трем.,                                                  (11.4) 
 
де  Трем. – загальна тривалість зупинок обладнання по всіх видах ремонту                 
протягом року, складає 760 год. 
Fеф. = 8760 – 760 = 8000 год. 
11.3.3 Розрахунок і побудова графіку ППР обладнання 
 
Система ППР (планово-попереджувальний ремонт) обладнання                                             
підприємства включає поточний, капітальний та міжремонтне                                     
обслуговування. 
Згідно з ремонтними нормативами, які регламентують час роботи                                    
обладнання між ремонтами, розраховується структура міжремонтного                 
циклу та будується графік ППР.  
В   загальній кількості ремонтів в міжремонтному циклі один з них є                    
капітальним: 
ак = 1,                                                        (11.5) 
 
 Кількість поточних ремонтів знаходимо за формулою: 
 
                           ant  = ( t/tnt ) – aк,                                               (11.6) 
 
де  aк  – кількість капітальних ремонтів; 
 ant  – кількість поточних ремонтів у міжремонтному циклі; 
 t – тривалість міжремонтного циклу, год; 
 tnt – тривалість міжремонтного періоду відповідно поточного ремонту, год. 
 Отже, для агрегату синтезу аміаку кількість поточних ремонтів                      
протягом року дорівнює: 
 
аnt  = (8760/8640) – 1 = 0,014 приймаю 1 поточний ремонт. 
 
Для турбокомпресора  повітря, компресора природного газу, абсорбера 
очистки та конденсатора аміаку кількість поточних ремонтів протягом року 
дорівнює:  
аnt  = (8760/2880) – 1 = 2,04  приймаю 3 поточних ремонти. 
Для трубчастої печі, реактору вторинного риформінгу кількість                        
поточних ремонтів протягом року дорівнює:    аnt  = (8760/2160) – 1 = 3,05  
приймаю 3 поточних ремонти і 1 капітальний. 
Для „Бенфільд“  регенератора кількість поточних ремонтів протягом 
року дорівнює:   аnt  = (8760/5640) – 1 = 0,55  приймаю 1 поточних ремонт. 
Для теплообмінника, центробіжного та плунжерного насосів кількість                    
поточних ремонтів протягом року дорівнює: аnt  = (8760/1440) – 1 = 5,08  
приймаю 4 поточних ремонти (щоквартально). 
Річний графік планово-попереджувального ремонту обладнання цеху                     
представлений в таблиці 11.2. 
 
Таблиця 11.2 – Річний графік планово-попереджувального ремонту                         
обладнання цеху 
 Нормативи часу Умовні позначення ремонту Річна                
безперервної роботи тривалість 
Найменування                          1 кв. 2 кв. 3 кв. 4 кв. 
між ремонтами / зу- зупинок 
обладнання пинками Місяці годин. 
По “К” По “П” 1,2,3 4,5,6 7,8,9 10,11,12 
1 2 3 4 5 6 7 8 
Турбокомпресор тех.- 34560/528 2880/36 Пт Пт  Пт 108 
нологічного повітря 
Компресор              34560/528 2880/36 Пт  Пт Пт 108 
природного газу 
Трубчата піч 34368/740 2160/72 Пт Пт Пт К 956 
Реактор вторинного 34368/740 2160/72 Пт К Пт Пт 956 
риформінгу 
Абсорбер 34560/528 2880/36  Пт Пт Пт 108 
Регенератор  51840/720 5640/240 Пт    480 
Агрегат синтезу 34560/960 8640/760   Пт  760 
аміаку 
Теплообмінник 25920/252 1440/32 Пт Пт Пт Пт 128 
Конденсатор 34560/528 2880/36 Пт  Пт Пт 108 
Центробіжний   насос 25920/252 1440/32 Пт Пт Пт Пт 128 
Плунжерний насос 25920/252 1440/32 Пт Пт Пт Пт 128 
 
 
11.3.4 Розрахунок виробничої потужності цеху 
 
Розрахунок виробничої потужності агрегату проводиться за формулою: 
 
                               N Q n Tеф Кв ,                                                 (11.7) 
 
де  Q –  продуктивність агрегату за годину, т/год; 
      n – кількість агрегатів; 
      Fеф – ефективний фонд роботи обладнання; 
      Кв – коефіцієнт виходу продукції. 
N  50 18000 0,99  396000 ò / ð³ê(1200ò / äî áó).  
 
11.3.5 Розрахунок вартості основних фондів 
 
До вартості основних фондів відносять вартість будівель та споруд і                      
вартість обладнання. Розрахунки вартості будівель та споруд здійснюється за               
даними їх вартості на підприємстві. 
Результати розрахунків вартості будівель та споруд наведені в                         
таблицях 11.3.  
 
Таблиця 11.3 – Розрахунок вартості будівель та споруд 
Найменування Кіл    Вартість, грн. Амортиз-я, Сума  
% амортизації,грн. 
Будівлі 
Компресорне відділення 1 114598523,3 5 5729926,16 
Насосна станція 1 4210162,10 5 210508,10 
Установка відпарних колон 1 34316827,35 5 1715841,36 
Побутовий блок 1 12421669,44 5 621083,47 
Споруди 
Відкритий майданчик під 1 30144543 5 1507227,15 
обладнання 
Відкритий майданчик під 1 22283893,64 5 1114194,68 
обладнання 
Відкритий майданчик під 1 30236246,73 5 1511812,33 
обладнання 
Відкритий майданчик під 1 35102288,69 5 1755114,43 
обладнання 
Всього  8 283314121  14165706,05 
Вартість технологічного, силового (електродвигуни), транспортного та               
іншого обладнання визначається за прейскурантами цін. 
Результати розрахунків вартості обладнання представлені в                    
таблиці 11.4. 
 
Таблиця 11.4 – Розрахунок вартості обладнання 
Найменування Кіл. Ціна за 10 – 15 % Вартість з % Сума 
обладнання одиницю, витрат на урахуванням амортизації амортизації, 
грн. монтаж, монтажу, грн. 
грн. грн. 
1 2 3 4 5 6 7 
Компресор 1      
природного 
10992165,11 1099216,5 12091381,62 15 1813707,24 
газу 
Агрегат             1      
конверсії і 
95402288,36 9540228,8 104942517,2 15 15741377,6 
очистки 
 Теплообмінник 1 1833564,22 183356,4 2016920,65 15 302538,09 
Реактор               1      
вторинного 
1326586,06 132658,6 1459244,67 15 218886,7 
риформінгу 
Компресор 1 36427580,6 3642758,06 40070338,73 15 6010550,81 
Агрегат                 1  50416123,64 5041612,36 55457736 15 8318660,4 
синтезу 
аміаку 
Теплообмін- 2 94778,74 9477,87 15 31276,98 
208513,24 
ник 
Випаровувач 1     
рідкого 
961663,03 96166,3 1057829,34 15 158674,4 
аміаку 
Сепаратор 2 373781,7 37378,17 822319,74 15 123347,96 
Всього 11 198297092 19829709,2 218126801,2  32719020,2 
 
 
 
 
 
 
 
11.4 Штати і фонд заробітної плати персоналу    
 
Баланс часу роботи. 
Баланс робочого часу визначає кількість днів, які повинен відпрацювати 
один середньосписочний  робітник за рік в залежності від прийнятого режиму 
роботи цеху і тривалості робочої зміни. 
Для безперервних виробництв з 8-тигодинною робочою зміною                      
баланс робочого часу одного робітника в днях за рік складає: 
1    Календарний фонд – 365 днів. 
2    Вихідні дні – 132 дні. 
3    Дійсний фонд часу роботи – 233 дні. 
4     Неявка на роботу: 
    а)  відпустка – 24 дні; 
    б)  хвороба (сер.) – 7 днів; 
    в)  виконання держобов’язків – 1 днів. 
Час роботи одного робітника − 201 днів. 
Ефективний фонд робочого часу одного робітника – 201 день. 
   
11.4.1 Визначення кількості працюючих робітників 
 
Для визначення чисельності робітників використовують норми                           
виробітку або норми обслуговування обладнання та апаратури.  
Робочі місця повинні бути визначені згідно з місцями (точками)                               
спостереження та операціями обслуговування процесу, а також обсягом                
роботи по управлінню кожного апарату. 
Відповідно ці робочі місця визначаються за кваліфікацією робітника та                 
тарифними розрядами, що передбачені тарифно-кваліфікаційним                                
довідником. 
Розрахунок кількості робітників проводиться за явочним списком. Для      
переходу від явочної до списочної кількості необхідно співставити кількість 
днів роботи цеху з часом роботи окремого робітника на рік. При                         
безперервній роботі цеху кількість робочих днів складає 365, баланс часу          
роботи одного робітника – 201 день. Тоді коефіцієнт переходу від явочної до 
облікової кількості робітників становить:  365/201 = 1,82. 
Різниця між обліковою та явочною кількістю робітників становить                        
додаткову кількість для підміни в графіку змінності роботи та зміни при                 
неявці в зв’язку з хворобою, відпусткою, тощо графік змінності роботи                  
бригад наведено в узагальненій таблиці чисельності робітників та фонду їх 
зарплати. Дані зведені в таблиці 11.5. 
 
11.4.2 Розрахунок фонду зарплати робітників 
 
Розрахунки фонду зарплати для робітників основних виробництв та                             
допоміжних робітників наводяться окремо, тому що зарплата                             (з 
нарахуванням) робітників основних виробництв при калькуляції собівартості 
продукції включається в окрему статтю витрат, а допоміжних робітників в 
склад цехових витрат та витрат по утриманню та експлуатації обладнання. При 
цьому допоміжні робітники розподіляються на групи: 
– робітники по обслуговуванню технологічного процесу (КВПіА,                    
лаборанти) – зарплата цієї групи включається в кошторис цехових витрат; 
–  робітники по нагляду за технологічним обладнанням (ремонтні бригади, 
чергові слюсарі, електрики, налагоджувальники, зарплата їх включається в 
кошторис витрат по утриманню та експлуатації обладнання); 
– робітники по поточному ремонту технологічного обладнання (ремонтні                  
бригади по здійсненню поточних ремонтів самими цехами) – зарплата                 
включається в склад витрат по поточному ремонту обладнання і окремо не 
враховується. 
Розрахунки фонду заробітної плати робітників проводяться на основі 
діючих тарифних умов, чисельності основних і допоміжних робітників та 
фонду часу. 
Результати розрахунків наведено в таблиці 11.5. 
Таблиця 11.5 – Розрахунки чисельності робітників та фонду заробітної плати 
Перелік Чисе- Роз- Тарифна Оклад, Доплата Загальни Річний 
професій льні- ряд ставка грн. за роботу й Ф.З.П. фонд 
сть в нічну в місяць зарплати, 
зміну грн. 
Апаратник 5 6 7367,00 201,00 7840  94080 
конверсії 
Апаратник 5 6  7356,00 190,00 7730 92760 
синтезу аміаку 
Апаратник 5 5 1247,00  145,00 6960 83520 
очистки газу 
Машиніст 5 5 1097,00  145,00 6210 74520 
компресорних 
установок 
Машиніст 5 5 1097,00  145,00 6210 74520 
насосних 
установок 
Машиніст 4 6  7134,00 196,00 5320 63840 
холодильних 
установок 
Слюсар- 12 6  7229,00  14748 176976 
ремонтник 
Слюсар- 6 5 6237,00   7422 89064 
ремонтник 
Електрозварник 3 6  7805,00  3915 46980 
Електромонтер 3 6 6262,00   3786 45432 
Слюсар по  3 6  7292,00 168,00 4380 52560 
КВП і А 
Слюсар по  4 5 7287,00   5148 61776 
КВП і А 
Комірник 1 2  6185,00  985 11820 
Всього 61      967848 
 
 
 
 
 
 
11.4.3    Штати і фонд заробітної плати цехового персоналу 
 
Розрахунки штату і фонду заробітної плати цехового персоналу                      
проводять у відповідності до штатного розкладу і посадових окладів               
працівників. Результати розрахунків наведено в таблиці 11.6. 
 
Таблиця 11.6  –  Штати  та  фонд  заробітної плати цехового персоналу 
№ Найменування  Чисель- Категорія Місячний Додаткова Річний 
посади ність оклад, зарплата фонд 
грн (за шкідл. оплати 
умови) праці, грн 
1 2 3 4 5 6 7 
1 Начальник цеху 1 Керівник 14006 605,00 44532,00 
2 Заступник 1 Керівник 10025 447,00 35664,00 
начальника цеху 
3 Механік цеху 1 Спеціаліст 9548 438,00 35832,00 
4 Інженер-технолог 1 Керівник 9909 369,00 31136,00 
5 Начальник зміни 4 Керівник 8950 390,00 126720,00 
6 Енергетик 1 Спеціаліст 7300 309,00 30332,00 
7 Старший майстер 4 Спеціаліст 7250 320,00 132960,00 
зміни 
8 Майстер з КВПіА 2 Спеціаліст 7292 337,00 69048,00 
9 Майстер з ремонту 3 Спеціаліст 6237 302,00 92016,00 
обладнання 
10 Економіст 1 Службовець 5300  22304,00 
11 Прибиральник  2 Службовець 4200  19800,00 
 Всього  21    640344,00 
 
11.5 Розрахунок собівартості продукції 
 
Розрахунки собівартості продукції включають: 
1 Вивчення річної потреби в сировині, матеріалах, енергії; 
2 Розрахунки вартості електроенергії, води та пари; 
3 Розрахунки вартості обладнання та амортизаційних витрат; 
4 Кошторис цехових витрат основних виробничих цехів; 
5 Кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання; 
6 Складання калькуляції собівартості виробництва продукції та визначення її 
ціни. 
11.5.1 Річна потреба в сировині, матеріалах,  паливі та енергії 
 
Розрахунки виконуються відповідно до встановлених норм витрат                        
сировини, матеріалів, палива та енергії у відповідності з прийнятим обсягом                      
виробництва. Закупівельні ціни взяті за даними підприємства і наведені в                        
таблиці 11.7. 
 
Таблиця 11.7 – Витрати  сировини, матеріалів,  паливі та енергії  
№ Перелік  Оди- Стандарт на  Норми  Ціна за Витра
сировини, палива ниця сировину витрат на одиницю, ти за 
та енергії виміру одиницю грн рік 
продукції 
1 2 3 4 5 6 7 
1 Природний газ т.м3 ГОСТ 5542-87 1,25 2618,82 3273,53 
2 Їдкий натрій  кг ГОСТ 2263-79 0,4 1,64 0,656 
3 Тринатрійфосфат кг ГОСТ 201-76 0,02 1,79 0,0358 
4 Активоване вугілля кг ГОСТ 8703-74 0,012 16,83 0,202 
5 Розчин „Бенфільд” кг ТУ 6-02-915-84 0,72 9,38 6,754 
6 Силікагель кг ГОСТ 3956-76 0,0007 5,3 0,0037 
7 Азот м3 ГОСТ 9293-74 0,03 166,19 4,986 
8 Повітря стиснене м3 ГОСТ 17433-80 0,0014 50,00 0,07 
9 Каталізатор алюмо- кг ТУ 38-101194-77 0,05 7,20 0,36 
кобальтмолібденовй 
10 Поглинач цинковий кг ТУ 113-03-2002-86 0,208 7,5 1,56 
11 Каталізатор кг ТУ 113-03-2006-92 0,036 71,05 2,558 
конверсії метану Іст. 
12 Каталізатор кг ТУ 113-03-317-86 0,12 18,19 2,183 
конверсії СО І ст. 
13 Каталізатор кг ТУ 6-04-6878-73 0,044 45,00 1,98 
конверсії СН4 ІІст. 
14 Каталізатор кг ТУ 113-03-2001-91 0,036 50,71 1,83 
конверсії СО ІІ ст. 
15 Каталізатор  кг ТУ 6-04-6878-73 0,05 4,34 0,217 
метанування 
16 Каталізатор синтезу кг ОСТ 113-03-394-88 0,0675 26,65 1,799 
аміаку 
 Всього     3298,72 
 
 
 
 
11.5.2 Розрахунки вартості електроенергії, води та пари 
 
Визначення потреби в електроенергії проводиться окремо по 
конкретному виду обладнання. Вартість однієї кВт∙год електроенергії 
визначається на основі діючих прейскурантів-тарифів на електроенергію. 
Необхідна кількість силової електроенергії на 1 тонну аміаку становить 
68,25 кВт∙год. На повну продуктивність цеху: 
 
Eсил  68,254562500  40950000 кВт  год . 
 
Вартість електроенергії (1 кВт∙год коштує 0,5 грн.). Отже річна вартість 
електроенергії складе:    40950000 0,5  20475000 грн . 
Потреба в електроенергії для освітлення визначається за формулою: 
 
T  S  K 1,02 1,05
                      E  ,                                   (11.8) 
осв
1000
 
де      Т –  період штучного освітлення, год; 
S – площа освітлення, м2; 
  – потужність світильників на 1м2 поверхні, кВт; 
К – коефіцієнт горіння світильників (0,8); 
1,02 – коефіцієнт, який враховує втрати в мережах; 
1,05 – коефіцієнт чергового освітлення. 
 
3000 547,6 10 0,8 1,02 1,05
Eосв  14075,51кВт . 
1000
 
Витрати питної води на одного працюючого – 0,1 м3/добу, за рік–36,5 м3. 
На всіх працюючих:   82 36,5  2993ì 3 . 
Вода, що використовується для миття приміщень розраховується за 
формулою: 
НW  Sn T еф
W  ,                                         (11.9) 
1000
2 547,6 242
W   265м3  
1000
 
Результати розрахунків представлені в таблиці 11.8. 
 
Таблиця 11.8 – Звідна таблиця енергетичних витрат  
№ Види енергії Одиниця   Потреба на Ціна за  Всього на 
вимірювання рік одиницю, рік, грн 
грн 
1 Електроенергія  тис.кВт∙год 40950,0 500,00 20475000 
силова 
 
2 Електроенергія на кВт∙год 14075,51 0,5 7037,75 
освітлення 
3 Пар на технологічні ГКал 5250000 169,2 888300000 
цілі 
4 Вода на тис.м3 1975 2372,93 4686536,75 
технологічні цілі 
5 Вода на побутові тис.м3 3,258 360,00 1172,88 
цілі 
 Всього    27260747,38 
 
11.5.3   Кошторис цехових витрат  
 
Кошторис цехових витрат складається на основі попередніх розрахунків 
і представлений в таблиці 11.9. 
 
Таблиця 11.9 – Кошторис цехових витрат 
№ Статті витрат Сума, грн. Примітка  
1 2 3 4 
1 Зарплата цехового персоналу та допоміж- 967848 з таблиці 12.5 
ним робітникам по обслуговуванню 
технологічного процесу 
2 Зарплата керівництва та службовців 640344,00 з таблиці 12.6 
3 Утримання виробничих будівель та споруд 626386,05 5-7% від їх вартості 
4 Відрахування на соціальне страхування  603072 37,5% від фонду з/п 
5 Витрати на охорону праці (шкідливі умови) 160819,2 10% від з/п усіх робіт-в 
6 Поточний ремонт виробничих будівель 250554,42 2-3% від їх вартості  
7 Амортизація виробничих будівель 626386,05 5-7% від їх вартості 
 Разом по ст. 1–7 3875409,72  
8 Зношування малоцінного 38754,09 10-15% від суми витрат 
швидкозношуваного інвентарю по статтям  1-7 
 Разом  3914163,81  
11.5.4 Кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання 
 
Кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання складається 
на основі попередніх розрахунків і представлений в таблиці 11.10.  
 
Таблиця 11.10 – Кошторис витрат на утримання та експлуатацію   облад-нання 
№ Статті витрат Сума, грн. Примітки  
1 2 3 4 
1 Утримання і витрати:   
а)  зарплата робітників по нагляду і    
обслуговуванню обладнання; 701808,00 з табл. 12.5 
б)  відрахування на соціальне   
страхування; 263178,00 37,5 % від ЗП 
в)  допоміжні матеріали. 2895661,24 30 % від варт.обладнан. 
 Разом: 3860647,24  
2 Поточний ремонт обладнання і    
транспортних засобів   
а) зарплата робітників по ремонту  266040,00  
обладнання   
б) нарахування на зарплату 99765,00 37,5 % від 2а 
в) послуги (РМУ), запасні деталі,  289566,12 3% від вартості 
допоміжні матеріали обладнання 
 Разом: 655371,12  
3 Амортизація виробничого обладнання 1447830,62  
 Разом за кошторисом 5963848,98  
 
 
11.5.5 Калькуляція собівартості продукції  
 
Розрахунки витрат на виробництво продукції виконують на весь обсяг 
виробленої продукції по статтям калькуляції. Калькуляція собівартості 
заноситься в таблицю 11.11. 
 
 
 
 
Таблиця 11.11 – Собівартість одиниці продукції 
№ Стаття  Одини Ціна за Витрати на річний Витрати на одиницю 
калькуляції ця одиницю випуск продукції 
виміру , грн Кількість Сума, грн Кількість Сума, 
грн. 
Сировина та допоміжні матеріали 
1 Природний газ т.м3 2618,82 750000 1964118000 1,25 3273,53 
2 NaOH технічний  кг 1,64 240000 393600 0,4 0,656 
3 Тринатрій фосфат кг 1,79 12000 21480 0,02 0,036 
4 Активоване кг 16,83 7200 121176 0,012 0,202 
вугілля 
5 Розчин „Бенфільд” кг 9,38 432000 4052160 0,72 6,75 
6 Силікагель кг 5,3 420 2226 0,0007 0,0038 
7 Азот .м3 166,19 18000 2991420 0,03 4,986 
8 Повітря стиснене м3 50,00 840 42000 0,0014 0,07 
9 Кат-р алюмоко- кг 7,20 30000 216000 0,05 0,36 
бальтмолібденовий 
10 Поглинач кг 7,5 124800 936000 0,208 1,56 
цинковий 
11 Каталізатор кг 71,05 21600 1534680 0,036 2,55 
конверсії CH4 Іст. 
12 Каталізатор кг 18,19 72000 1309680 0,12 2,18 
конверсії CO І ст. 
13 Каталізатор кг 5,00 26400 132000 0,044 0,22 
конверсії CH4 ІІ 
ступені 
14 Каталізатор кг 50,71 100200 5081142 0,167 8,46 
конверсії CO ІІ ст. 
15 Каталізатор кг 4,34 30000 130200 0,05 0,217 
метанування 
16 Каталізатор кг 26,65 40500 1079325 0,0675 1,8 
синтезу аміаку 
 Всього    1982148480  3303,58 
Енергозатрати 
1 2 3 4 5 6 7 8 
17 Вода знесолена т.м3 2372,93 2370 5623844,1 0,00395 9,37 
18 Пар(зворотні Гкал 149,2 5250000 783300000 8,75 1305, 5 
відходи)  
19 Електроенергія т.кВт 900,00 40920 20460000 0,0682 34,1 
20 Витрати на утри-       
мання та експлу- грн. 5963848,98 9,93 
атацію обладнання 
21 Цехові витрати грн.   3569502,095  9,3 
22 Загальнозаводські грн.   31164000  51,94 
витрати 
23 Умовно-постійні грн.   187566000  312,61 
затрати 
 Повна собіварт. грн.   1455198000  5036,33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ВИСНОВКИ 
 
В кваліфікаційній роботі бакалавра розроблена технологічна схема  та 
апаратурне оформлення виробництва синтетичного аміаку під середнім 
тиском продуктивністю 1250 т/добу, стадія синтезу.  
Проведено огляд діючих промислових способів виробництва,  
обґрунтовано вибір технологічної схеми виробництва. Також в бакалаврській 
роботі досліджено характеристику сировини та готової продукції, описані 
фізико-хімічні основи процесу синтезу аміаку.  
Проведено розрахунок матеріального і теплового балансів, розраховано 
основний апарат стадії - колону синтезу.  
В бакалаврській роботі розроблено систему контролю та автоматизації 
технологічного процесу, зроблено вибір та обґрунтування системи приладів і 
засобів автоматизації.  
В ході роботи  над кваліфікаційною бакалаврською роботою були 
проаналізовані потенційно шкідливі фактори на робочих місцях, їх вплив на 
здоров'я працюючих та обрано заходи по забезпеченню охорони праці та 
техніки безпеки на виробництві. Розглянуто питання цивільної оборони.  
В розділі економічних розрахунків проведено дослідження ринку та 
розраховано собівартість готового продукту. 
Проведені розрахунки матеріального балансу агрегату синтезу аміаку 
дозволяють обрати оптимальні температурні і динамічні режими роботи  
апарату. Виробництво аміаку розроблено у вигляді однієї технологічної лінії.  
Бакалаврська робота містить креслення технологічної схеми 
виробництва аміаку, креслення загального вигляду колони синтезу, та плакат 
з економічними розрахунками.