Синтез аммиака

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный открытый Университет

Химико-технологический факультет

кафедра технологии неорганических веществ и общей химической технологии

Синтез аммиака

Москва 2003

СВОЙСТВА АММИАКА

аммиак газ синтез производство

Аммиак имеет широкое применение в промышленности, особенно для производства удобрений. На его основе получают азотную кислоту. Жидкий аммиак и водные растворы различных аммиачных солей применяются как жидкие азотные удобрения.

Аммиак образуется в процессе сухой перегонки каменного угля (при получении кокса) и извлекается из коксового газа в виде аммиачной воды при охлаждении газа водой. В 1913 г. Габер получил аммиак из газообразных водорода и азота. Этот способ получил широкое распространение в промышленности.

При обычных условиях аммиак -- бесцветный газ с резким, удушливым запахом, плотностью 0,771 кг/м³. При охлаждении до --33,5 °С под атмосферным давлением газообразный аммиак превращается в бесцветную жидкость, затвердевающую при температуре -77,8° С (температура плавления аммиака). Критическая температура аммиака 132,4° С; критическое давление 111,5 ат; теплоемкость газообразного аммиака при 25° С равна 8,523 ккал/ (моль-град), 35,46 кдж.

Давление насыщенных паров жидкого аммиака при различной температуре:

Температура, °С -35 -25 -15 -5 5 15 25

Давление, aт. 0,95 1,55 2,41 3,62 5,26 7,48 10,23

Жидкий синтетический аммиак, согласно ГОСТ 6221-62, выпускается двух сортов:

Жидкий аммиак перевозят в цистернах двух типов: в цистернах, рассчитанных на давление 16 am, без тепловой изоляции, и в цистернах на давление 2,5 am с тепловой изоляцией.

Аммиак хорошо растворим в воде. В табл. 1 приведена его растворимость при различной температуре.

Таблица 1. Растворимость аммиака в воде (в кг/л)

Давление, am	Температура, °С
	0	20	30	50
0,1	0,22	0,085	0,043	--
0,5	0,57	0,337	0,247	0,105
1	0,88	0,515	0,400	0,224
2	1,62	0,812	0,632	0,389

Давление паров аммиака над 20%-ной аммиачной водой при различной температуре:

Температура, °С 0 10 20 30 40 50

Давление, мм рт. ст. 81,75 138,8 224,7 351,6 543,0 787,5

Ниже приведено давление паров аммиака над аммиачной водой различной концентрации:

Техническая аммиачная вода выпускается двух марок: А и Б, каждая марка имеет два сорта (ГОСТ 9--67):

	Марка А	Марка Б
	1-й сорт	2-й сорт	1-й сорт	2-й сорт
Аммиак, %, не менее	25	22	25	22
в пересчете на азот, %, не менее	20,5	18	Не определяется
Нелетучий остаток, г/л, не более	Не определяется	0,2	0,4

В качестве удобрения для сельского хозяйства применяется аммиачная вода марки А, в ней допускается содержание не более 8 г/л СО₂ и не более 0,01 г/л Сu. Продукт марки Б используется в промышленности.

Аммиачная вода каменноугольная (получаемая из аммиака коксового газа), согласно ГОСТ 647--67, выпускается трех сортов:

Аммиачную воду получают, также как отход производства карбамида при поглощении водой газов дистилляции, содержащих NH₃ и СО₂. Такая аммиачная вода (ТУ МХП-2656--51) содержит не менее 18% NH₃ (общ),

100 г/л СО₂ и не более 1,2 г/л сухого остатка. Этот продукт применяют в производстве дубильных препаратов, но, очевидно, он может быть использован и в качестве жидкого удобрения.

Во избежание потерь аммиака в атмосферу аммиачная вода хранится и перевозится в закрытых сосудах.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА АММИАКА

Методы получения:

Цианамидный метод - аммиак получают азотированием карбамида кальция при 1000 ^оС

CaCN₂+ 3H₂O= CaCO₃+ 2NH₃-ДH

Расход электроэнергии на одну тонну азота - 10-12 тыс. квт·ч.

Контактный метод - синтез аммиака из элементов с применением катализатора:

N₂+3H₂ = 2NH₃ - ДH ДH = - 112 КДж

Расход электроэнергии - 5-7 КВт·ч на 1 тонну азота.

Единственным реагентным источником азота на земле является практически синтетический аммиак.

В основе процесса синтеза аммиака лежит обратимая экзотермическая реакция, протекающая с уменьшением газового объема.

Равновесие этой реакции в соответствии с принципом Ле-Шателье смещается вправо с понижением температуры и повышением давления.

Равновесные концентрации аммиака в смеси азота и водорода стехиометрического состава были определены экспериментально при р= 0,98 - 98,1 МПа и t = 325 - 500 ^оС , а затем экстрапалированн в области более низких и более высоких температур ( таблица 1).

По полученным данным с помощью уравнения:

Кр= Р_NH3 / Р_N2^1/2 P_H2^3/2

где: Кр - константа равновесия реакции;

Р_NH3, Р_N2, P_H2 - парциальные давления;

были рассчитаны константы равновесия (таблица 2)

Таблица 1 - Равновесная концентрация NH₃ (%) в смеси азота и водорода

ТемператураоС	Давление , Мпа
	0,98	2,94	4,9	9,8	29,4	58,8	98,1
200	50,66	67,56	74,38	81,54	89,94	95,37	98,29
250	28,34	47,22	56,33	67,24	81,38	90,66	96,17
300	14,73	30,25	39,41	52,04	70,96	84,21	92,55
350	7,41	17,78	25,23	37,35	59,12	75,62	87,46
400	3,85	10,15	15,27	25,12	47,00	65,20	79,82
450	2,11	5,86	9,15	16,43	35,82	53,71	69,69
500	1,21	3,49	5,56	10,61	26,44	42,15	57,47
550	0,76	2,18	3,45	6,82	19,13	31,63	41,16
600	0,49	1,39	2,26	4,52	13,77	23,10	31,43
650	0,33	0,96	1,53	3,11	9,92	16,02	20,70
700	0,23	0,68	1,05	2,18	7,28	12,60	12,87

Таблица 2 - Константы равновесия реакции синтеза аммиака

Температура оС	Давление , МПа
	0,98	2,94	4,9	9,8	29,4	58,8	98,1
200	6,4880	6,5890	6,9780	7,3680	9,1200	24,9300	103,500
250	1,6993	1,7397	1,8190	1,9291	2,4090	5,3332	20,1845
300	0,6238	0,6382	0,6654	0,6966	0,8667	1,7330	5,1340
350	0,2661	0,2699	0,2779	0,2912	0,3631	0,6529	1,7401
400	0,1282	0,1290	0,1310	0,1379	0,1717	0,2761	0,6035
450	0,0678	0,0679	0,0683	0,0724	0,0892	0,1286	0,2336
500	0,0378	0,0384	0,0384	0,0409	0,0501	0,0646	0,0978
550	0,0238	0,0234	0,0228	0,0242	0,0300	0,0347	0,0366
600	0,0152	0,0147	0,0146	0,0153	0,0190	0,0200	0,0206
650	0,0102	0,0100	0,0097	0,0102	0,0113	0,0116	0,0101
700	0,0071	0,0070	0,0066	0,0070	0,0087	0,0085	0,0052

Содержание аммиака в смеси зависит от температуры и давления.

Чем выше давление и ниже температура , тем больше равновесие сдвинуто в сторону образования аммиака. Для получения примерно 97% превращения азота и водорода в аммиак при 400 градусах необходимо применять давление выше 350 МПа с понижением температуры равновесный выход также увеличивается. Зависимость равновесного выхода аммиака от температуры и давления представлены на рисунке 1.

Рис. 1 Зависимость равновесного выхода аммиака от температуры для различных давлении

Рис. 2 Зависимость выхода аммиака от давления ( объемная скорость 30000 ч^-1; t= 500^оС; катализатор железный)

При 450^оС и 10 МПа в равновесной газовой смеси содержится всего лишь около 16% NH₃ , а при давлении 30 МПа равновесный выход уже составляет 36%. Но влияние давления на фактический выход аммиака характеризуется затухающей кривой. Поэтому применять очень высокие давления экономически не выгодно.

Выход аммиака увеличивается с уменьшением температуры при этом падает скорость процесса катализа, следовательно, общая производительность цеха. Даже при высоких температурах активационный энергетический барьер молекул азота велик и образование аммиака протекает медленно.

Для снижения энергии активации процесс синтеза ведут на твердых катализаторах при t = 400-500^оС.

Каталитически на реакцию синтеза действуют многие металлы - марганец, железо, родий, рений, платина, вольфрам и другие элементы, имеющие не полностью застроенные d и f- ячейки. Наиболее высокую активность проявляют: железо, осьмий, рений и уран.

В промышленности используют железный катализатор, промотированный Al₂O₃, K₂O, CaO и SiO₂, который достаточно активен и стоек к местным перегревам. Соединения серы отравляют катализатор необратимо, а кислород и его соединения (СО) - обратимо, но очень быстро и даже в ничтожно малых концентрациях.

Механизм действия катализатора:

диффузия азота и водорода из газового объема к поверхности зерен катализатора и в его порах;

активированная адсорбция азота и водорода поверхностью катализатора;

химическое взаимодействие азота и водорода через промежуточные соединения их с катализатором; в соответствии с представлениями электронной теории катализа водород передает свои электроны катализатору, а азот воспринимает их от катализатора, восстанавливая электронное равновесие. Перегруппировка поверхностных соединений N·Кат. и Н·Кат. Проходит последовательно через низшие соединения азота с водородом: амид NH, амид NH₂ , и аммиак NH₃;

Десорбция аммиака и диффузия его в газовый объем.

Многочисленными исследованиями установлено, что лимитирующей стадией собственно катализа является активированная адсорбция азота, что видно из уравнения для скорости процесса синтеза аммиака , полученного для состояния, близкого к равновесию ( уравнение Темкина- Пыпсова):

где: К₁и К₂ - константы скорости прямой и обратной реакций соответственно;

Р - парциальные давления соответствующих газов;

б - коэффициент, изменяющийся от 0 до 1 в зависимости от степени покрытия поверхности катализатора адсорбированным азотом;

в - коэффициент, учитывающий влияние давления на константы скоростей реакций К₁и К₂ ;

Крайние значения коэффициента б показывают , что скорость катализа определяется скоростью адсорбции азота.

При отсутствии адсорбции азота , т.е. при б=0

идет практически обратимая реакция - диссоциация аммиака .

При полном покрытии поверхности катализатора азотом , т.е. при б = 1;

практически протекает лишь прямая реакция. В условиях производства б ? 0,5.

Зависимость константы скорости прямой и обратной реакций от температуры определяется по уравнению Аррениуса:

где: К₁ и К₂ - константы скорости реакции при соответствующих температурах;

Е - энергия активации КДж/моль ;

R - газовая постоянная, КДж/моль * град.

Значение энергии активации прямой реакции для двухпраиатированного железного катализатора составляет 176 КДж/моль.

Активность катализатора характеризуют при помощи константы скорости К пропорциональной К₁.

При высоких давлениях константа скорости реакции становится также функцией общего давления:

Р, МПа 0,1 10 20 30 50

К/К_р 1,00 0,92 0,80 0,75 0,65

Значение константы скорости К и количество аммиака в газовой фазе связаны между собой соотношением:

где: N_NH3 - молярная доля аммиака;

V_o - объемная скорость газа , приведенная к нулевому содержанию аммиака;

Объемная скорость - объем газовой смеси ( при н.у.) , проходящии через единицу объема катализатора в 1 час. Так как синтез аммиака идет с уменьшением объема, то объемную скорость условно определяют по часовому объему газовой смеси, поступающему или уходящему из контактного аппарата; часовой объем относят к единице объема катализатора.

Объемная скорость связана с , объемной скорость на входе Vo^I и на выходе V_o^II следующим соотношением:

V₀ = V₀^I (1 - N^I_NH3)= V_o^II ( 1- N^II_NH3);

где : N^I_NH3- N^II_NH3 - молярная доля аммиака в газе на входе в аппарат и на выходе из него соответственно ;

где: N^*_NH3 - равновесная молярная доля аммиака в газовой фазе ;

Для приближенных расчетов пользуются формулой:

Скорость реакции синтеза зависит от объемной скорости , температуры процесса и давления в системе.

Степень достижения равновесия - отношение фактического содержания аммиака в газовой смеси к равновесному содержанию при данных условиях; выражают в долях единицы или в процентах.

Для определения времени контактирования - часовой расход газа ( объем при фактических температуре и давлении в условиях контактирования) делится на свободный объем контактной зоны.

Зависимость выхода аммиака от объемной скорости и температуры катализа при давлении 30 МПа показывает , что для каждой объемной скорости имеется оптимальная температура, которой соответствует максимальный выход аммиака, а также с увеличением объемной скорости выход аммиака уменьшается ( рис. 3).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3 Зависимость выхода аммиака от температуры при различных объемных скоростях азотоводородной смеси ( Р= 30 МПа).

Между объемной скоростью и выходом аммиака существует определенная связь через производительность катализатора:

у=0,77VN_NH3 ;

где: 0,77 - масса 1 м³ аммиака при нормальных условиях;

N_NH3 - молярная доля аммиака в газе после катализа;

Производительность катализатора - съем аммиака (кг) с 1 м³ контактной массы в течении 1 часа.

Увеличение объемной скорости от 15000 до 120000 ч^-1 т.е. в 8 раз снижает максимальный выход аммиака менее чем в два раза следовательно, увеличение объемной скорости повышает производительность катализатора (рис. 4) но приводит к уменьшению выхода аммиака за один цикл. Это характерно для многих процессов, при осуществлении которых используют циклические схемы производств.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4 Зависимость производительности катализатора от объемной скорости при различных давлениях (t=500^оС).

Чем выше активность катализатора, тем выше степень достижения равновесия , тем больше объемные скорости допустимы , тем выше производительность контактного аппарата ( колонны синтеза).

Активность катализатора зависит от его состава, методов приготовления, наличие примесей в газе поступающим на синтез.

Газообразные соединения серы, окись углерода и другие вещества , являются каталитическими ядами , отравляя катализатор , снижают его активность.

Степень использования поверхности для катализатора крупностью 6-10 мм при содержании в газе 12,7% (объемных) инертных примесей для исходных газовых смесей в зависимости от условий процесса может быть рассчитана по уравнению:

h = b_o + b₁T + b₂д + b₃T² + b₄ д² + b₅T³ + b₆ д³ ;

где: Т - температура, К.;

д - степень конверсии азота для исходной газовой смеси;

Р,МПа	bo	b1	b2	b3104	b4	b5108	b6
14,7	-17,54	0,0770	6,90	-1,083	-26,4	4,93	38,9
22,0	-8,21	0,0377	6,19	-0,535	-20,9	2,38	27,9
29,4	-4,68	0,0236	4,69	-0,346	-11,28	1,54	10,67

Таблица 3 - Технические требования на катализаторы СА-1 и СА-2

Показатели	СА-1 (окислен)	СА-1В (восстановлен)	СА-2
	гранулированный	дробленный	гранулированный	дробленный	СА-2 (окисленный)	СА-2В (восстановленный)
Содержание не расколотых гранул ,%, не менее
Фракции 1-3 и 3-5 мм	85	-	80	-	-	-
Фракции 5-7 и 7-10 мм	75	-	70	-	-	-
Коэффициент округлости гранул , %, не менее
Фракции 1-3 и 3-5 мм	75	-	75	-	-	-
Фракции 5-7 и 7-10 мм	55	-	55	-	-	-
Содержание в %
FeO	32-38	32-88	-	-	32-38	32-38
Fe мет.	-	-	72	72	-	-
Насыпная плотность т/м3
	2,0-3,0	2,5-3,0	1,5-2,4	1,8-2,4	2,5-3,0	2,5-3,0
Плотность гранул*
Пист., %/мин. не более	0,5	2,0	1,0	3,5	2,0	3,5
Празд. , Мпа не менее	40	22	44	26	22	26

*П_ист - скорость истирания; П_разд - условная прочность на раздавливание - предел прочности на сжатие.

Таблица 4 - Активность катализатора

Катализатор	Температура ,оС	Кгс0,5 к, см·ч (400оС)	к2
	400	450	475	500	550
СА-1 без перегрева	15,0	19,0	20,0	20,0	15,0	2150	-
СА-2 до перегрева	15,5	20,5	20,0	19,5	15,0	2300	-
СА-2 после перегрева	13,5	16,0	17,0	17,0	13,5	1700	70

Условия испытания: Р= 29,4 МПа ; W= 30000 ч^-1;N₂/H₂= 1/3 ; условия перегрева : Р= 29,4 Мпа ; t=700^oC ; ф= 20 ч.

Таблица 4 - Физические свойства катализаторов марки СА-1 и СА-2.

Катализатор	Плотность , т/м3	Удельная поверхность ,м2/г	Общая пористость ,%	Порезность слоя ,%	Угол естественного откоса
Марка	Форма зерен	Истинная	Кажущаяся	Насыпная
СА-1 и СА-2	Дробленый	4,85	4,80	2,80	0,1	-	44	43
СА-1	Гранулированный	4,85	4,30	2,70	0,1	-	42	40
СА-1В и СА-2В	Дробленый	6,40	4,00	2,20	10-15	30	44	43
СА-1В	Гранулированный	6,40	3,80	2,00	10-15	30	42	40

Зависимость выхода аммиака на катализаторе типа СА-1 от температуры и давления (рис. а,б,в).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) от температуры при различных объемных скоростях (р= 29,4МПа)

б) от давления при различных температурах (W= 30000 ч^-1)



Размещено на http://www.allbest.ru/

в) от температуры при различных давлениях (W = 15000 ч^-1)

Зависимость выхода аммиака на катализаторе типа СА-1 от отношения

а) для различных температур ( р=29,4 МПа).

б ,в) - для различных давлений при температурах 500^оС (б) и 350^оС (в).

Размещено на http://www.allbest.ru/

С увеличением объемной скорости производительность возрастает , но при этом возрастает и объем непрореагировавших газов, которые необходимо возвращать в цикл , что вызывает увеличение расхода электроэнергии на транспортировку газов , их нагревание , охлаждение, увеличение размеров трубопроводов и реакционной аппаратуры.

Другим серьезным препятствием к увеличению объемной скорости является нарушение автотермичности процесса синтеза. При больших объемных скоростях газа в реакцию вступает меньшая доля азота и водорода и теплоты реакции не достаточно для поддержания необходимой температуры в колонне синтеза. Большие объемные скорости в сочетании с соблюдением оптимального температурного режима ( по кривой оптимальных температур), с применением азотоводородной смеси высокой степени чистоты и использованием активных контактных масс обеспечивают большую производительность цехов синтеза аммиака при высоких экономических показателях процесса.

Промышленные способы производства аммиака

Промышленные способы синтеза аммиака в зависимости от применяемого давления:

Системы низкого давления до 10 МПа;

Системы среднего давления до 20-30 МПа;

Системы высокого давления 75-100 МПа;

Наиболее распространены системы работающие при среднем давлении, так как при этих условиях удачно решаются вопросы выделения аммиака при достаточной скорости процесса в контактном аппарате.

В современном агрегате синтез аммиака ведут на катализаторе СА-1 при температуре 420-500^оС и давлении 32 МПа; объемная скорость 25·10³ ч^-1; производительность контактной массы составляет 20-40 тонн/сутки. Такие условия позволяют снизить капитальные вложения, полнее утилизировать низко и высокопотенциальную теплоту процесса и следовательно снизить себестоимость продукта.

Высокопотенциальную теплоту топочных и конвертированных газов используют для получения пара высокого давления, применяемого в турбинах - приводах компрессоров и насосов высокого давления; низко потенциальную - для получения технологического пара низкого давления, подогрева воды, получения холода.

В новых системах широко применяют аппараты воздушного охлаждения , что сокращает расход воды.

Потенциальная схема синтеза аммиака под средним давлением мощностью 1360 тонн/сутки включает в себя двухступенчатую конверсию метана водяным паром , а затем кислородом атмосферного воздуха.

Схема синтеза аммиака под средним давлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Природный газ под давленим 4 МПа после отчистки от серосодержащих соединений смешивают с паром в соотношении 3,7:1 , подогревают в теплообменнике отходящими газами и направляют в трбчатый конвектор, обогреваемый сжиганием природного газа.

Конверсию метана водяным паром до образования оксида углерода и водорода проводят на никелевом катализаторе при 800-850^оС.

Содержание метана в газе после первой ступени конверсии составляет 10%. Далее газ смешивают с воздухом и направляют в шахтный конвертор, где происходит конверсия всего метана кислородом воздуха при 900-1000^оС и соотношением воздух: газ = 0,8:1. Из шахтного конвертора газ поступает в котел утилизатор, где получают пар при высоких параметрах ( 10МПа и 480^оС) направляемый в турбины центробежных компрессора и насоса высокого давления. Из котла-утилизатора синтез-газ поступает на двухступенчатую конверсию оксида углерода - сначала в конверторе первой ступени на среднетемпературном железо-хромовом катализаторе при температуре 430-470^оС , а затем на конверторе второй ступени на низкотемпературном цинко-хромовом катализаторе при 200-280^оС между первой и второй ступенями конверсии установлен котел утилизатор.

Теплоту газовой смеси, выходящей из второй ступени конвертора СО , используют для регенерации моноэтанолового раствора, выходящего из скруббера очистки синтез-газ от СО₂. Далее синтез-газ поступает на очистку от СО₂ в скруббер, орошаемый раствором моноэтаноламина, где при 30-40^оС происходит очистка газа от СО₂ 0,3% (об.). На выходе из адсорбера газ содержит СО и 30-40 см³/м³ СО₂.

Содержание аммиака в оборотной азотоводородной смеси при давлении 30 МПа и температуре -5^оС составляет 2,5%.

Основной аппарат агрегата синтеза аммиака колонна синтеза, отвечающая требованиям ступенчатого синтеза аммиака. На рисунке №6 представлена схема четырехполочной колонны синтеза.



Размещено на http://www.allbest.ru/

В верхней части колонны находится катализаторная коробка (3) , в нижней теплообменник (6) , обеспечивающий автотермичность процесса. Катализатор загружают на колосниковую решетку (5).

Для обеспечения равномерного распределения температуры в слой катализатора вводятся двойные трубы (8), выполняющие функции теплообменника. Основной газ, поступающий в колонну синтеза сверху, проходит вдоль стенок внутреннего стакана в межтрубочном пространстве теплообменника (6) и , нагреваясь , за счет теплоты процесса катализа , по центральной трубе поднимается в надкатализаторное пространство. Затем азотоводородная смесь распределяется по теплообменным трубкам, опускается вниз и поднимаясь вверх по кольцевому пространству между внутренней и внешней трубками , нагревается до температуры реакции, охлаждая контактную массу. Далее газ фильтруется через катализатор , на котором происходит синтез.

Аммиачно-азотоводородная смесь при 500^оС поступает в трубное пространство теплообменника и нагревает свежую порцию азотоводородной смеси. Для регулирования температурного режима в зоне катализа предусматривается подача части газа снизу через центральную трубку, минуя теплообменные устройства.

Основные направления в развитии промышленного производства аммиака как основного продукта и сырья для синтеза азотосодержащих продуктов:

кооперирование азотной промышленности с промышленностью основного органического синтеза на базе использования природного газа и газов нефтепереработки в качестве сырья;

определение оптимальных размеров химико-технологических систем с максимальной и экономической отдачей;

снижение давления и температуры путем повышения активности катализаторов;

освоение рентабельной работы реакционных агрегатов с применением кипящего слоя катализаторов;

утилизация теплоты, выделяющейся при использовании экзотермических эффектов химико-технологических и физико-химических систем.

ЛИТЕРАТУРА

Мухленов И.П. и др. Основы химической технологии. М : Высшая школа , 1991.

Ксензенко В.И. и др. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. М: Химия, 2001.

Атрощенко В.Н. Курс технологии связанного азота . М: Химия, 1968.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Изучение влияния концентрации инертов С_ин и объемной скорости W (м³/м³кат.час) на производительность катализатора синтеза.

J_кат кг/м³кат.час = f (С_ин)

При W=const

J_кат = f (W)

При С_ин = const

Исходные данные:

давление синтеза, атм. - 300

температура синтеза, ^оС - 500

температура вторичной конденсации, ^оС - +2; 0; -2; -3;

а) С_i , % об. = 0, 1, 5, 10, 15

W = const = 10000 ч^-1

J = f (С_ин)

б) W = 15000; 20000; 25000; 30000 ч^-1

С_ин = const

C_ин = 1; 5; 10; 15%

Производительность катализатора, т.е. массу аммиака в кг., получаемого за 1 г. с 1 м³ катализатора , вычисляют по формуле:

J = 0,7708W_вых ;

где: 0,7708 - относительная плотность аммиака при нормальных условиях;

W_вых - объемная скорость на выходе из контактной массы при нормальных условиях, м³/м³г;

г - молярная доля аммиака в газовой смеси;

Содержание аммиака в газе , поступающем в колонну синтеза, определяется условиями вторичной конденсации. При температуре вторичной конденсации -2^оС и при давлении 300 атм концентрация аммиака определяется по формуле Ларсона - Блека:

Эффективное давление в колонне находим по уравнению:

Р_эф1 = 300(1-0,01)² (1-0,0299) = 288,1 ат , С_NH3 =25% ;

Р_эф2 = 300 (1-0,05)² (1-0,0299) = 276,5 ат , С_NH3 = 23% ;

Р_эф3 = 300 (1-0,1)² (1- 0,0299) = 261,93 ат , С_NH3 = 22% ;

Р_эф4 = 300 (1-0,15)² (1-0,0299) = 247,4 ат , С_NH3 = 21% ;

Поправочные коэффициенты :

25 / 26 = 0,96 ; С_NH3 = 22 0,96 = 21,2% - на выходе из колонны с учетом поправочного коэффициента.

23/ 26 = 0,88 ; С_NH3 = 22· 0,88 = 19,46 %

22 / 26 = 0,85 ; С_NH3 = 22· 0,85 = 18,6 %

21/26 = 0,81 ; С_NH3 = 22· 0,81 = 17,77 %

Производительность 1 м³ катализатора:

Зависимость производительности катализатора от концентрации инертов

Размещено на http://www.allbest.ru/

II. Определение зависимости производительности катализатора от объемной скорости при постоянной концентрации инертов:

С_i = 10%

W = 10000 ; 15000 ; 20000 ; 25000 ч^-1

По формуле Волкова

C_NH3 = 302· W^-0,278

Поправка 0,85 при С_i = 10%

C_NH3 = 302 · 10000 ^{- 0,278} · 0,85 = 19,83%

C_NH3 = 302 · 15000 ^{- 0,278} · 0,85 = 17,72%

C_NH3 = 302 · 20000 ^{- 0,278} · 0,85 = 16,36%

C_NH3 = 302 · 25000 ^{- 0,278} · 0,85 = 15,37%

Производительность 1 м³ катализатора:

Размещено на Аllbest.ru

...