Збекистон республикаси олий ва

ВЫДЕЛЕНИЕ АММИАКА ИЗ ПРОРЕАГИРОВАВШЕЙ

АЗОТОВОДОРОДНОЙ СМЕСИ
Реакция синтеза аммиака является обратимой, поэтому дос- тичь полного превращения азота и водорода в аммиак за время их однократного прохождения через колонну синтеза невозможно. Степень превращения азота и водорода в аммиак в зависимости от давления синтеза составляет 20–40%, а концентрация аммиака в газовой смеси – 15–25%. В связи с этим в промышленных услови- ях синтез аммиака осуществляется по циркуляционной схеме, суть которой в том, что аммиак, образовавшийся в колонне синтеза, выделяют из газовой смеси, а непрореагировавшую азотоводород- ную смесь смешивают со свежим газом, сжимают в компрессоре до исходного давления и возвращают в цикл синтеза. Из циркули- рующей азотоводородной смеси для максимально эффективного ее использования необходимо наиболее полно выделить аммиак перед тем, как вновь направить ее в колонну синтеза. Известно два метода выделения аммиака из азотоводороной смеси – абсорбция водой и конденсация аммиака при охлаждении. При абсорбции во- дой можно полностью выделить аммиак из газовой смеси, однако конечный продукт будет представлять собой водный раствор ам- миака концентрацией 20–30%, который не находит широкого при- менения. Кроме того, при абсорбции водой циркуляционный газ насыщается водяным паром, являющимся каталитическим ядом, поэтому перед подачей в колонну синтеза он должен подвергаться

тщательной осушке. По этим причинам в современных схемах син- теза аммиака этот метод не применяется.

Основным методом выделения аммиака из прореагировавшей азотоводородной смеси является его конденсация при охлажде- нии. Температура кипения жидкого аммиака при атмосферном давлении составляет –33,4°С. С повышением давления температу- ра кипения повышается, что позволяет выделять аммиак при уме- ренном охлаждении. Количество аммиака, остающегося в газовой смеси при охлаждении, можно приближенно определить по давле- нию его насыщенных паров при определенной температуре, зная общее давление в системе.
Зависимость давления насыщенных паров над жидким аммиа- ком от температуры характеризуется следующими цифрами:

Т, К	313	303	293	283	273	263	253
PNH , МПа 3	1,554	1,166	0,857	0,615	0,424	0,241	0,19

Остаточную концентрацию аммиака в газовой смеси при ох- лаждении можно рассчитать по уравнению
^PNH

^CNH
^3 100%.
3 ^Pобщ

Таким образом, при Р_общ, равном 30 МПа, расчетная концен- трация аммиака при охлаждении газовой смеси до 313 К составит 5,15%, при температуре 293 К – 2,8%, при 273 К – 1,4%.
Однако реальная концентрация аммиака в газовой смеси на- много выше расчетной. Это связано с тем, что при высоких давле- ниях плотность газовой смеси очень велика, поэтому аммиак в ох- лажденной газовой смеси находится в виде мельчайших капелек тумана.
Содержание аммиака в газовой смеси после охлаждения рассчитывается по эмпирическому уравнению Ларсона и Блэка:

lg C

NH₃

_{ 4,1856 } 5,98788 _ 1099,544 _,
T

где Р – общее давление в системе, МПа; Т – температура кон- денсации, К.
Зависимость концентрации аммиака от температуры и давле- ния при охлаждении характеризуется данными, представленными в табл. 17.

Допустимая концентрация аммиака в циркуляционной смеси составляет 3–4%. Для достижения такой концентрации в системах, работающих при давлениях 30 МПа, газовую смесь необходимо охладить до температуры 263–273 К.

Для достижения такой температуры процесс охлаждения про- водят в две ступени – вначале в водяных или воздушных холо- дильниках до температуры ~313 К, а затем в аммиачных холо- дильниках до 268–273 К, т. е. используют системы с двухступен- чатой конденсацией аммиака.

Таблица 17