Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Синтез NH3 під середнім тиском. Схему установки для синтезу аміаку (250—360) 105 Па наведено на рис. 115. Азотоводнева суміш, що після колони попереднього каталізу містить, %: H2 — 64—66; N2 — 21—22; CH4 — близько 6; Ar — близько 5 і NH3 — 2—3, надходить у колону синтезу 1, в якій частково перетворюється в NH3.
Після колони синтезу_ г_азова суміш містить, %: H2 — 52—57; N2 — 17,5—19; NH3^— 12—18? CH4 — 6,6 і Ar — 5,5. Концентрація NH3 після колони"син7езу~за/Тежить в основному від чистотіі_-ш«адноі суміші, р6Умігпї_ц№ігдкості, активності і часу роботіГкаталізатора та
конструщїіТ<аталізаторної коробки в колоні синтезу.
0 кол^нтг^инТе^Т^^ттімпературою t2f>-200o C надходить у во-
Qp = Свтр + №вих -
§ 4. ПРОМИСЛОВІ СПОСОБИ ВИРОБНИЦТВА СИНТЕТИЧНОГО АМІАКУ
J Свіжий
Рис. 115. Схема установки синтезу NH3 під середнім тиском.
дяний конденсатор 2Х де охолоджується до 25—35° С, внаслідок чого "основна частина NH3 конденсується і видаляється в сепараторі 3.
Температура, до якої треба охолодити газ, щоб сконденсувати NH3, залежить від тиску, що видно з формули
^NH3 )
(150)
де а — молярна частка NH3 в газовій суміші, насиченій NH3; рмн, — тиск насиченої пари NH3 при температурі конденсації; P — загальний тиск, Па.
Кількість NH3 що залишається в газовій суміші при даній температурі конденсації, обернено пропорційна загальному тиску Р. Це дає можливість, застосовуючи високий тиск і охолоджуючи газову суміш у водяних холодильниках, вилучати з неї 80—90% NH3. Установки, які працюють при високих тисках, виробляють переважно рідкий NH3, а установки менших тисїшГ— газоподібний.
В азотоводневій~сумГші, яка циркуЙгоє "через систему, концентрація інертних газів (CH4, Ar та ін.) може збільшитися настільки, що порушиться режим роботи колони. Тому ^частину газової сум,іші треба періодично виводити, щоб зменшити вміст цих газів. Кількість азотоводневоісуміші, яку необхідно кивести з циклу (з- розрахунку на~Т тНвироблено NH3), становить:
M
X = A^P-, (151)
де Л — витрата азотоводневої суміші на 1 т NH3; Мсв та Ма — молярні частки інертних газів у свіжій і циркулюючій суміші.
Рис. 116. Колона синтезу NH, піт середнім тиском'
і, Il — верхня і нижня головки, 2 — з'єднувальні кільця; 3 — грубки для термопари, 4 — каталізатор-на коробка; 5 — подвійні трубки; 6 — центральна труба каталізаторної коробки; 7 — центральна розподільна коробка. S — корпус колони; 9 — теплообмінник; 10 — центральна труба теплообмінника
Для компенсації втрати тиску газову суміш стискають циркуляційним насосом 4 до (300—320) 105 Па і подають у фільтр 5, куди надходить і свіжа азотоводнева суміш. ^Кількість свіжої азотоводневої суміші, яку треба ввести в "систему, дорівнює сумі кількості га-_зу, перетвореного на NH3, і кількосіі виведеної суміші з інертними газами та газу, який розчинився в NH3. .Н_а_фільт-Pj5 крім масла від насоса, затримується і карбонат амонію, що міг утворитися з NH3, водяної пари і CO2, які залишились у газовій суміші
CO2 + H2O + 2NH3 = (NH4)2 CO3.
З фільтра газова суміш надходить у конденсаційну колону 6, яка складається з теплообмінника і сепаратора. У теплообміннику суміш охолоджується циркуляційним газом до 5—15° C і подається для конденсації залишків NH3, що утворились раніше в колоні синтезу, в аміачний випарник 7, температура в якому (0—15° C) підтримується киплячим NH3. Газова суміш з фільтра 5 через теплообмінник конденсатора 6 і аміачний випарник 7 надходить знову в колону синтезу і цикл синтезу замикається.
Кд,пг>ыя гичтрчу^.— найважливіша частина кожного агрегату синтезу NH3. Конструкція колони повинна забезпечувати тривалий, безперебійний та безпечний перебіг процесу під великим тиском.
Азотоводнева суміш і NH3 агресивно діють на матеріал (сталь), з якого виготовлено колону. Особливо шкідлива дія H2, який вимиває з сталі вуглець, утворюючи з ним під дією високої температури і тиску вуглеводні.
Для забезпечення високої продуктивності колона ,повинна містити велику кількість каталізатора, сприяти автотермічності процесу та використанню зайвого тепла, наприклад для виробництва водяної пари. Тому основне при конструюванні колони — запобігти впливу високої температури на товстостінні частини — тіло колони. Цього досягають, направляючи потік холодної газової суміші вздовж внутрішньої стінки колони. Автотермічність досягається тим, що поряд з каталі-заторною коробкою в колону вбудовуються теплообмінники. На рис. 116 наведено одну з конструкцій колони синтезу, що часто застосовується в промисловості.
байпас
У нижній частині колони розміщено теплообмінник 9, у верхній — каталізаторну коробку 4 з трубками 5, що відводять тепло реакції. Для того щоб підтримувати сталий тепловий режим і запобігати перегріванню корпусу колони, теплообмінник і каталізаторну коробку ретельно ізолюють. Азотоводнева суміш надходить у колону згори, опускається вниз по кільцевій щілині між корпусом і коробкою колони і надходить у теплообмінник.
Газ, що рухається в міжтрубному просторі теплообмінника, нагрівається до 350—370° C і надходить у центральну трубу каталі-заторної коробки, розміщеної над центральною трубою 10 теплообмінника. В центральній трубі каталізаторної коробки встановлено електро-підігрівник (на рис. 116 не показаний), який вмикається тільки під час пуску або при відновленні каталізатора.