Синтез аммиака

      Физические свойства окисленного катализатора СА-1 в  гранулированном и дробленом виде практически одинаковы. Некоторые различия могут быть обусловлены формой зерен и наличием в гранулированных зернах усадочных раковин, образующихся в процессе приготовления катализатора. Объем усадочных раковин составляет 10 – 15 %. Он снижается с уменьшением величины гранулы. Физические свойства катализатора в окисленном (СА-1) и восстановленном (СА-1 В) виде значительно различаются, что обусловлено различиями их химического состава и пористой структуры. Основные физические свойства катализатора фракции 7 – 10 мм представлены в таблице 3.2.

      Таблица 3.2 – Физические свойства катализатора типа СА-1

      В настоящее время  существует большое количество катализаторов  для синтеза аммиака. Выбор катализатора проводится на основе сравнения активности, стабильности, температурного режима работы, прочности, устойчивости к воздействию ядов и стоимости. Из всех существующих марок катализаторов наибольшая степень превращения достигается на катализаторе типа СА – 1. И при этом катализатор работает с хорошим выходом в достаточно широком температурном интервале. Таким образом в колонну синтеза будет загружен катализатор марки СА – 1 [8].

      Процесс синтеза аммиака осуществляется по следующей реакции

      N₂ + ЗН₂ = 2NH₃ + Q

      Реакция  является  обратимой,  поэтому  для  смещения  реакции   в сторону образования целевого продукта будет использован принцип Ле Шателье.

      Так как реакция  идет с уменьшением объема, то значит процесс надо проводить при возможно более высоком давлении. На практике широкое распространение получили реактора, работающие под давлением 29,4 МПа.

      Для смещения равновесия в сторону образования аммиака  надо уменьшать концентрацию продукта в зоне реакции. На практике это осуществляется следующим образом. Газ после колонны поступает в систему выделения аммиака, где из газа выделяется аммиак в жидком виде и отводится на склад. Оставшийся газ смешивается со свежим газом и снова поступает в реактор [2].

      Из-за того, что реакция  синтеза является сильно экзотермичной, то, по принципу Ле Шателье, процесс  следует проводить при возможно более низкой температуре. Но с другой стороны этот процесс является каталитическим, а значит его проведение возможно только рабочем температурном интервале катализатора, то есть минимально возможная температура определяется температурой зажигания катализатора, которая примерно равна 450 ⁰С. А верхний температурный предел определяется одновременно двумя факторами: температурой разрушения катализатора и степенью превращения, достигаемой на данном катализаторе при определенной температуре. Для катализатора СА – 1 эта температура равна 500 ⁰С [8]. 
 
 
 
 
 
 

4 РАСЧЕТ  МАТЕРИАЛЬНОГО И ТЕПЛОВОГО БАЛАНСОВ 

      Расчет производится на 1 час работы реактора и приведен в приложении 1, результаты расчета представлены в таблице 4.1.

      Таблица 4.1 – Материальный баланс агрегата синтеза аммиака