Збекистон республикаси олий ва

Зависимость концентрации аммиака на выходе из колонны синтеза от объемной скорости и температуры

Дав- ление, МПа	Объемная скорость м^3/(м^3  ч)	Содержание NH3, % об., при различной температуре, С
		400	425	450	475	500	525	550
30	15 000	21,3	23,8	24,6	23,6	22,1	19,3	16,2
	30 000	16,8	19,3	20,7	20,8	19,7	17,5	15,3
	60 000	12,7	15,0	16,7	17,3	17,1	15,7	13,9
	120 000	9,1	11,2	12,7	15,7	13,9	13,2	12,1

На рис. 18 представлена зависимость содержания аммиака от температуры при разных объемных скоростях (P = 30 МПа).

Линия оптимального
_{C ,} содержания аммиака

NH₃
% об.


25


W =


^–1 30 000
Линия равновесной концентрации аммиака

15 000 ч
20
15
60 000

120 000

10
400 450 500


t, C

Рис. 18. Зависимость содержания аммиака от температуры при разных объемных скоростях

Проанализировав представленные данные, можно сделать вы- вод: при постоянной объемной скорости с увеличением темпера- туры концентрация аммиака вначале возрастает, достигает макси-

мума, а затем снижается. Поэтому для каждой объемной скорости существует оптимальная температура, при которой концентрация аммиака в газовой смеси максимальна. С увеличением объемной скорости положение максимума смещается в область более высо- ких температур, следовательно, по высоте слоя катализатора оп- тимальная температура непостоянна. По мере протекания реакции она должна снижаться, вследствие чего для поддержания опти- мального температурного режима процесс синтеза необходимо начинать при максимально высокой температуре, а затем темпера- туру снижать по линии оптимальных температур. Такая зависи- мость характерна для всех обратимых экзотермических реакций.

Второй важный вывод, который следует из представленных данных, свидетельствуют о том, что снижение концентрации аммиа- ка на выходе из колонны синтеза происходит непропорционально увеличению объемной скорости. С увеличением объемной скорости в два раза концентрация аммиака снижается всего лишь на 20–25%. Это объясняется тем, что с увеличением объемной скорости система удаляется от состояния равновесия, в результате чего скорость сум- марного процесса возрастает, а следовательно, возрастает и произ- водительность катализатора.
Удельную производительность катализатора можно рассчи- тать по формуле
G  0,771ωa₁σ,
где G – удельная производительность катализатора, кг/(м³ · ч); ω – объемная скорость газовой смеси на входе в колонну синтеза, м³/(м³ · ч); а₁ – доля аммиака, образующегося в колонне синтеза; σ – уменьшение объема газовой смеси в результате синтеза.
^CNH вых ^{ С}NH вх
_{а1 }3 3 _,

3
100  С_{NH вх}

где
^СNH вых

• 
  содержание NH₃ на выходе из колонны синтеза;
  

3

3
С_{NH вх} – содержание NH₃ на входе в колонну синтеза.
100  С_{NH вх}
σ ^3 .

3
100  С_NH

вых

Таким образом, для увеличения производительности колонны синтеза процесс синтеза необходимо вести при максимально высоких

объемных скоростях. Однако с увеличением объемной скорости воз- растает объем непрореагировавшей азотоводородной смеси, следо- вательно, растет циркуляционная нагрузка. Одновременно с этим увеличиваются затраты холода на конденсацию аммиака и снижает- ся количество тепла, выделяющегося в колонне синтеза на единицу объема газовой смеси, поэтому в промышленных схемах синтеза ам- миака существует оптимальная величина объемной скорости, которая зависит от давления. В системах среднего давления (25–35 МПа) оп- тимальная объемная скорость составляет 15 000–30 000 ч^–1, в систе- мах высокого давления (45–50 МПа) – 50 000–60 000 ч^–1.

При таких объемных скоростях концентрация аммиака на вы- ходе из колонны синтеза составляет 15–20%.