41.ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА.
Рассмотрим процесс синтеза аммиака из простых веществ: водорода и азота. Химизм процесса можно представить с помощью уравнения реакции.
N2 + 3H2 2NH3 + Q
Реакция является обратимой, экзотермической, идущей с уменьшением объёма. Поскольку эта реакция экзотермическая, то понижение температуры будет смещать равновесие в сторону образования аммиака, но при этом существенно снижается скорость химической реакции. Поэтому синтез проводят при температуре 500-5500С и в присутствии катализатора. А так как катализатор ускоряет прямую и обратную реакцию одинаково, а повышение температуры смещает равновесие в сторону исхордных веществ, эти условия не выгодны для промышленного производства. В соответствии с принципами смещения равновесия для противодействия влиянию повышенной температуры используют давление. Для синтеза аммиака применяют давлнния 15-100 МПа. Различают три способа производства в зависимости от используемого давления:
1. Низкого давления (10-15 МПа);
2. Среднего давления (25-30 МПа);
3. Высокого давления (50-100 МПа).
Наиболее распространённым является второй способ.
В качестве катализатора используют губчатое железо с с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния.Отрицательно на скорость образования аммиака влияют вредные примеси: вода, сероводород, оксид углерода (II). Они отравляют катализатор, снижая его активность. Поэтому азотводородную смесь тщательно очищают. Однако и при этих условиях только часть смеси превращается в аммиак. Для полного использования исходных веществ непрорегировавшую часть смеси вновь направляют в реактор.
Рассмотрим процессы, протекающие при синтезе, назначение аппаратов.Схема производства аммиака.
| № | Аппарат | Назначение аппарата, процессы, протекающие в нём. |
| 1 | трубопро- вод |
Подаётся предварительно подготовленная смесь, состоящая из 3 объёмов водорода и 1 объёма азота. |
| 2 | турбо- компрессор |
Азотводородная смесь сжимается до определённого давления, неоходимого для данного процесса. |
| 3 | колонна синтеза | Колонна синтеза преназначена для проведения процесса синтеза аммиака.В контактном аппарате расположены полки с катализатором.Процесс синтеза является сильно экзотермическим, протекает с большим выделением тепла, часть которого расходуется на нагревание поступающей азотводородной смеси. Смесь, выходящая из колонны синтеза, состоит из аммиака (20-30%) и непрорегировавших азота и водорода. |
| 4 | холодиль- ник |
Предназначен для охлаждения смеси.Аммиак легко сжимаем и при высоком давлении превращается в жидкость. При выходе из холодильника образуется смесь, состоящая из жидкого аммиака и непрореагировавшей азотводородной смеси. |
| 5 | сепаратор | Предназначен для отделения жидкого аммиака от газообразной фазы. Аммиак собирается в сборник, расположенный в нижней части сепаратора. |
| 6 | циркуляци- онный насос |
Предназначен для возвращения непрореагировавшей смеси в контактный аппарат. Благодаря циркуляции удаётся довести использование азотводородной смеси до 95%. |
| 7 | аммиако- провод |
Предназначен для транспортировки жидкого аммиака на склад. |
41