ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-химические основы синтеза аммиака из "Основы химической технологии" Синтез аммиака по реакции (1) —это обратимый гетерогенный каталитический процесс, протекающий с выделением теплоты и значительным уменьшением числа молей. По принципу Ле Шателье для увеличения выхода аммиака (смещения равновесия вправо) необходимо повыщение давления и понижение температуры. [c.199] Зависимость молярной доли аммиака в равновесной газовой смесиЛ Нэ от температуры Т для различных давлений. [c.200] При повышении давления и постоянной температуре равновесное содержание аммиака в смеси с азотом и водородом увеличивается (рис. 10.4). При 450°С и 10 МПа в равновесной газовой смеси содержится лишь около 16 % NH3, при 30 МПа равновесный выход аммиака уже составляет 36%, а при 100 МПа —70%- Но влияние давления на фактический выход аммиака характеризуется затухающей кривой (рис. 10.5). Оптимальные давления Определяются не только выходом аммиака, но и затратами энергии на сжатие газа, стоимостью изготовления оборудования. [c.200] Теоретически равновесный выход аммиака увеличивается с уменьшением температуры, но при этом падает скорость реакции (рис. 10.6). Синтез аммиака вследствие высокой прочности связи атомов азота даже при высоких температурах (до 800°С) протекает крайне медленно. В промышленных условиях для ускорения процесса синтез аммиака проводят при 450—520°С в присутствии катализатора. Из существующих катализаторов наибольшую активность проявляют контактные массы на основе пористого железа с добавлением промоторов AI2O3, К2О, СаО, MgO и Si02. Но под действием высокой температуры и каталитических ядов железный катализатор быстро теряет свою активность. Соединения серы отравляют катализатор необратимо, кислород, водяной пар и оксид углерода — обратимо. Поэтому для увеличения срока службы катализатора азотоводородную смесь перед синтезом тщательно очищают от каталитических ядов. Срок службы железного катализатора составляет два года. [c.200] В результате многочисленных исследований установлено, что самой медленной стадией является активированная диффузия газов внутри пор катализатора, т. е. весь процесс синтеза протекает во внутридиффузионной области. Если скорость процесса лимитируется внутренней диффузией, то для ускорения всего процесса в целом стремятся уменьшить размеры зерен катализатора или развить их пористость (см. гл. 5). [c.201] Здесь 0,77 — масса 1 м аммиака при нормальных условиях. [c.201] Формула отражает прямо пропорциональную зависимость между производительностью П катализатора, объемной скоростью V газа и мольной долей аммиака УУхч ,. С увеличением объемной скорости уменьшается время пребывания газа в зоне катализа и соответственно снижается содержание аммиака (см. рис. 10.6). [c.201] Выбор оптимальной объемной скорости определяют исходя из экономических соображений. Так, с увеличением объемной скорости более 40 ООО ч значительно возрастает количество непрореагировавших газов, для возвращения которых необходимы большие затраты электроэнергии на транспортировку, сжатие, нагревание и охлаждение газов. Кроме того, возрастают объемы трубопроводов и аппаратов, нарушается также автотермичность процесса, так как снижение количества прореагировавших газов скажется на уменьшении выделяющейся при их взаимодействии теплоты, которой будет недостаточно для поддержания необходимой температуры в зоне катализа. [c.202] Важным условием для проведения синтеза аммиака является также, малое содержание инертных примесей в азотоводородной смеси (Аг и СН4). Перед колонной синтеза инертных примесей не должно быть более 7—10 %. Эти примеси, хотя и не снижают активности катализатора, но, накапливаясь в системе, замедляют. процесс синтеза, поскольку понижают парциальное давление азота и водорода. [c.202] Вернуться к основной статье