Обоснование оптимальных параметров.

1)Р. Согласно ТД процесса, увел-ие Р положительно влияет на выход аммиака. Из кинетического уравнения следует, что скорость прямой р-ии пропорциональна Р в степени 1,5. След-но, в любых случаях синтез аммиака необх.проводить при повышенном Р:

-возрастает эффект-ть работы каt

-упрощена технологич.схема с т.з. выделения аммиака из циркуляц. газа методом конденсации

-сокращается уд. расход АВС, т.к. в этих условиях допускается повышение сод-ния инертных примесей и умень-ся расход газа на продувку системы.Выбор оптим.Р диктуется экономич. соображениями. (300-600атм)

Предел повышения Р ограничивается расходом эл/энергии на подачу и транспорт-ие газа в систему, усиление водородной коррозии мат-лов.

2)Т. Повышение приводит к ув-нию скорости, но умень-ию выхода. Р-ия относится к числу реакции с неблагоприятным равновесием. В пром. условиях ее осущ. с помощью линии оптим-х Т (ЛОТ). Оптим.Т зависит от Т-ого интервала работы каt, Р в системе, объемной скорости.

3)объемная скорость – кол-во газа, приведенное к норм. условиям, кот. проходит через V каt в 1м3 за 1час. w характеризует время контакта с пов-тью каt: чем выше ск-ть, тем меньше время, значит ниже выход.

Несмотря на снижение выхода аммиака с увел-ем об.скорости, уд.повер-ть колонны увел-ся. Предел повышения об.скорости ограничивается:

-расходом эл/энергии на подачу газа,

- условиями выд-ния аммиака из Г фазы. Для выделения NH3 из Г смеси методом конденсации увел-ся затраты на холод, след-но увел-ние себест-ти конечного продукта.

-нарушением автотермичности процесса с увел-ем об.скорости. Нарушается ТБ колонны синтеза, что может привести к затуханию.

4)состав АВС.Синтез аммиака проводят по циклической схеме, поэтому к составу предъявляются требования:

-исх.смесь д/б стехиометрич. состава Н2:N2 = 3

-ПДК инертных примесей не более15%

-сод-ние NH3 в циркуляционном газе не более 2,5-3,5%

- АВС не должна содержать контактных ядов (H2S, влага, СО, О2, пыль).

5) Размер частиц катализатора:

Определяет пов-ть контакта фаз и величину удельной пов-ти. Ум-ние размера частиц кат-ра ув-ет гидравлич. сопрат-ние колонны и как следствие прив. к ув-нию энергетич. затрат. При выс. ск-тях может происходить унос частиц кат-ра из колонны синтеза. оптим. размер частиц зависит от наравления движения газа в колонне синтеза. При аксиальном (//оси апп.) движении оптим. размер частиц 5-10мм. При радиальном (перпенд-но оси апп.) 2мм.Для выделения пр-та из цикла исп-ют метод конденсации. Вывод: чем выше Р синтеза, тем меньше остат. сод-ние аммиака в газ ф. Действительное сод-ние аммиака больше, так как он нах-ся в идее тумана. Чем выше Р, тем легче выделить аммиак из газ. смеси. В уст-ках под выс. Р 700-1000атм газ может быть охлажден до Т конденсации только водой, пр-т конденсации аммиак. В уст-ках с Р 250-300атм недостаточно такого охлаждения и исп-ют аммиачное охлаждение.

Техн-кая схема синтеза аммиака. Блок конденсации. Устройство конденсац. колонны.

Свежая азотоводор. смесь, предварительносжатая до рабочего Р в компрессоре 5, поступает в нижнюю часть конденс-ой колонны 8 – вторичная конден-ия, где барбатирует ч/з слой жидкого аммиака, дополнительно очищается от капель масла, влаги и одновременно насыщ-ся аммиаком до сод-ния от 3-5% и смешивается с циркул-щим газом. Получ. Смесьпроходит по трубкам ТО конденс. колонны 8 и направл-я для нагрева в межтр. простр-во ТО 4. где нагревается до 185-195С за счет тепла газа, вых-го из колонны синтеза. Далее газ. смесь напр-ся в нижнюю часть колонны синтеза, проходит сверху вниз по кольцевому зазору между корпусом колонны и кожухом насадки (насадкой катализатора). В ТО колонны синтеза 2 ЦГ нагрев-ся до 400-440С за счет тепла конвертированного газа. Последнее прохождение газа полок с кат-ром позволяет ув-ть [аммиака]. на выходе из колонны синтеза до 15%. Полученная азотоводородная аммиач. смесь при 500-550С напр-ся по центр. трубе в трубное пространство выносного ТО, где охлажд-ся до 300-330С.Первонач-ное охлажд-е газ. смеси осущ-ся его прохождением в трубном простр-ве подогревателя воды 3, далее прох-нием трубного пространства ТО 4, после кот-го t=65С.Дальнейшее охлажд-ние газа в блоке апп-тов возд. охлажд-ния 7, темп-ра 40С.После первичной конден-ии, происх. разделение смеси ж. аммиака сконденсир-гося при охлажд-нииотдел-ся с сепараторе 6, проходит магнитный фильтр, кот. предназначен для удал-я каt пыли. Ж. аммиак после конд. колонны 8 дросселируется до 4МПа и отводится в сборник 11. Газ. фаза просле первичной конд-ции сод-т 10-12% аммиака и при 20С напр-ся на всас, где дожим-ся до раб. Р, компенсируя потрею Р в системе и при t 50С поступает в систему вторичной конденсации, кот. вкл. конденсац. колонну 8 и испарители м. аммиака 15.В конденс. колоне газ охлажд-ся до 18С, дальнейшее охлаж-е в аммиачных испарителях до -15С. Хладоагентом служит ж. аммиак, кот. кипит в межтр. простр-ве испарителей. После аммиачн. испарителей из трубного простр-ва смесь охлажд-ного газа и сконденс-гося аммиака напр-ся в сепарац. часть конденс. колонны 8, для отд-ния ж. аммиака от газ. фазы, зждесь же происх. смешение азотовод. смеси с ЦГ. Синтез газа проводится по замкнутой циклич. схеме. В рез-те происх. накопление инертных примесей 15%, поэтому предусм-ся продувка системы после первичной конд-ции (после сепаратора 6) Эти газы сод-т 8-9% аммиака, кот выделяют при -25 - -30С, используя малую конденс. колонну 9. Охладж-ние газ. смеси происх. в аммиачномдо испарителе10. Ж. аммиак после 2-х конденс. колонн дросселируется до 4 МПа и направл-ся в сборник 11. В рез-те дросселирования происх-т выд-ние в газ. фазу раств-ных в ж. аммиаке газое (N2, H2, CH4, O2). Эти газы наз. танковыми, сод-т 16-18% аммиака.Эти газы напр-ют в аммиачн. испаритель 12 для утилизации аммиака путем его охлаждения до -25С. Ж. аммиака поступает в сборник 11. Танковые и продувочные газы смеш-ся и исп-ся в горелках печи первичного риформинга. Аммиак из испарителя 12 поступает в сепаратор 13, а затем в сборник 11.

Устройство конденсационной колонны

Предн-на для рекуперации холода, приносимого циркуляц-ым газом из амм-го испарителя, и сепарации аммиака, сконденсировавшегося в апп-х вторичной конден-ии.

Конд.колонна состоит из корпуса высокого Р и насадки. Насадка состоит из ТО, расположенного в верхней части, и сепаратора, состоящего из корзины с кольцами Рашига и свободного сепарационного объема.В сепарац. часть колонны в слой жидкого аммиака подводится свежий газ для удаления следов СО2 и влаги.

Колонна синтеза.

Сосуд выс. Р, конструкция кот. должна обеспечивать: выс. произв-ть, мах степень исп-ния исх. сырья, автотермичность (исп-ние тепла хим. р-ции), соз. необх-го темп. режима, надежность работы. Колонна состоит из корпуса, кот. предст. собой толстостенный цилиндр, многослойно руланированный. Толщина стенки 265 мм, выста 18,4 м, внутр. d 2,4 м. Vкаt=43м3, Каt размещается на 4 полках. Съем аммиака с 1 м3 каt 31,6 тонн/сут. Оптим. темп. режим «падающий» и регул-ся путем подачи холодного байпасного газа. Контроль и регул-ние осущ-ся с помощью приборов КИАП и ЭВМ.