Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Константи і k2 залежать від багатьох умов;^ збільшується при підвищенні температури, тиску, активності каталізатора та при зменшенні інертних домішок у газовій суміші. Ця константа також збільшується при застосуванні апаратів з киплячим шаром дрібнозернистої контактної маси каталізатора. Константи і k2 зв'язані рівнянням
-г- = К, де K — константа рівноваги синтезу NH3.
Вивчення швидкості процесів синтезу та розкладання NH3 на різ-
\
Рис. 114 Залежність виходу NH3 від температури та
об'ємної швидкості [м3/(м3 ¦ год)]: / — со = 15 ООО; 2 — со = ЗО ООО; 3 — со = 45 ООО; 4 — со = 60 ООО: 5 — со = 90 ООО
них каталізаторах показало, що рівняння (148) дійсне, якщо коефіцієнт а дорівнює 0,5.
Отже, кінетичні вимірювання сумарних процесів підтверджують,(що адсорбція і десорбція є обмежуючими стадіями синтезу і розкладання NH3VЗі збільшенням розміру зерен каталізатора швидкість перенесення газів у глибину пор каталізатора зменшується, тому посилюється вплив швидкості дифузії на швидкість процесу.
Об'ємна швидкість і продуктивність каталізатора. Крім температури, тиску і властивостей каталізатора на вихід NH3 впливає
1 w
¦JS
;30
25
20
\
\
\
\?
>
K
ч
~А-
\
ч
Л
у
\--
/ItHIf
них
іопти темпі
иапь-ра-
і-
400 425 4S0 475 500 525 t'C
час перебування газової суміші в зоні каталізатора (об'ємна швидкість реакціїї.ГОб'ємна ш^идтсть визначається кількістю (м3) газу в пере-
рахунку на нормадші умови, який пройшов 4grj?aj7^_KaTajmaTopa за 1 год (на1грш<ладТі0 000'M3Z(M3- • год).
Як видно з рис. 114, швидкість утворення NH3 з підвищенням температури зростає, проте вихід NH3, досягнувши максимуму, зменшується внаслідок зростання швидкості розкладання NH3. Найвища продуктивність апарата тоді, коли у всьому об'ємі каталізатора підтримується температура відповідно лінії оптимальних температур. При збільшенні об'ємної швидкості вміст NH3 зменшується. Однак об'ємна швидкість зростає набагато швидше, ніж зменшується вміст NH3 у газовій суміші, внаслідок чого загальний вихід NH3 зростає, а отже, і продуктивність каталізатора підвищується. Продуктивністю каталі-^д затора (U) називають масу продукту, добутого,,протяшм лздгієїіхо- * дани з 1 м^таталТз?го^їа~ткг/(м3 • год[]. Длясинтезу NH3 її можна об-чТТстгйттг~з1Г~такою формулою:
U = 0,7708а©,
(149)
де 0,7708 — маса 1 м3 NH3, кг; а — молярна частка NH3 на виході з апарата; со — об'ємна швидкість газів на виході з апарата.
На сучасних установках синтезу NH3 об'ємна швидкість коливається від 25 000 до 70 000 м3/ (м3 • год). 'З підвищенням об'ємної швидкості збільшується продуктивність каталізатора, проте одночастно зростають і витрати енергії на транспортування цих газів, нагрівання та охолодження їх.
Аміак виділяють з ^а^ожй-суміші-лшн^нсадією. При збільшенні об'ємної швидкості зменшується парціальний тиск NH3; для того, щоб його сконденсувати, треба охолодити весь газ. При збільшенні об'ємної швидкості кількість тепла, що припадає на 1 м3 газу, зменшується. Для того щоб синтез NH3 відбувався автотермічно (без підведення тепла ззовні), треба, щоб тепло реакції (Qp) компенсувало витрати тепла
апаратом (QBTp), а також різницю між кількістю тепла, що виноситься газами з апарата (Qaax), і теплом, що вноситься газами в апарат (QBX)
При певній температурі газу на виході з апарата кількість тепла, що виноситься, зростає прямо пропорційно об'ємній швидкості. Тому задавати об'ємну швидкість можна тільки після всебічного аналізу процесу.
Принципова схема виробництва. Для досягнення високої продуктивності каталізатора 'синтез NH3 провадять, не досягаючи рівноважного стану, ,Газ пропускають з такою об'ємною швидкістю, при якій газова суміш, що виходить з апарата, далека від стану рівноваги "і містить невелику кількість NH8., Виділивши NH3 з азотоводневоі суміші, її знову направляють у контактний апарат,
^Перша стадія процесу — стискання азотоводневої суміші до тиску, при~якому здійснюється синтез NH3.
Способи виробництва NH3 залежно від робочого тиску поділяються на три групи: системи високого тиску [(450—1000) 105 Па], системи середнього тиску [(250—360) 105 Па] і системи низького тиску Г(100— 160) 105 Па].
Системи синтезу NH3 відрізняються також схемами циркуляції азотоводневої суміші, яка не прореагувала, способами виділення NH3 з азотоводневої суміші, температурними режимами, об'ємними швидкостями, концентрацією інертних газів у циклі, конструкціями контактних апаратів, типами машин для циркуляції газів. Проте відмінності в окремих системах не позначаються на принциповій схемі синтезу NH3.
Останнім часом більшу частину NH3 в усьому світі виробляють у системах середнього тиску.
У CPCP найбільш поширені системи, які працюють під тиском (300—320) 105 Па. Аміачні заводи CPCP відзначаються великою потужністю. Наприклад, в США поширені заводи потужністю 100 тис. т NH3 на рік; середня потужність заводів в CPCP перевищує 200 тис. т і продовжує зростати.
