Оптимальная температура синтеза аммиака

Рис. 1-7. Зависимость оптимальной температуры синтеза ЫНд от содержания аммиака и инертных газов при давлении 300 ат (сплошная линия). Пунктирными кривыми показана зависимость температуры от концентрации для разных типов

Фиг. 67. Оптимальные температуры синтеза аммиака при 300 и 850 ати (по Г. К. Борескову [1,4] и В. Л. Волкову [19]).

Из рис. IV. 1 видно, что для каждого выхода аммиака скорость синтеза имеет максимальное значение при определенной температуре, причем эта температура тем выше, чем меньше выход аммиака. Поскольку при этих температурах достигается наибольшая скорость реакции, они наиболее выгодны для ведения процесса, т. е. являются оптимальными температурами. Точки, соответствующие максимальным скоростям синтеза для различных выходов аммиака, соединены прямой АВ, по которой можно определить оптимальные температуры синтеза аммиака по высоте зоны катализа для азото-водородной смеси стехиометрического состава при давлении 30 МПа. [c.160]

В. М. Померанцев, Оптимальное проектирование реакторов синтеза аммиака и метанола с внутренним теплообменом. Хим. иром., № 8, 605 (1964).] Максимальная температура в реакторах, охлаждаемых со стенки, рассматривается в статье [c.302]

Оптимальная температура синтеза аммиака. В соответствии с уравнением (IV, 19) температура реакции определяется величиной [c.322]

Необходимо обосновать оптимальные условия синтеза аммиака с высоким выходом. Так как реакция (1) обратимая, возникают вопросы — при каких температурах и давлениях выгоднее всего добиваться установления равновесия в ней [c.142]

Можете ли вы предсказать оптимальные условия синтеза аммиака с высоким выходом При какой температуре — низкой или высокой — выгоднее добиваться установления равновесия в системе Исходя из принципа Ле Шателье, можно предположить, что чем ниже температура, тем больше равновесное состояние будет сдвигаться в сторону образования аммиака. При каком давлении следует вести процесс — низком или высоком При образовании NHg общее число молей присутствующих веществ уменьшается от 4 до 2. Опять нам помогает принцип Ле Шателье повышение давления приводит к увеличению концентрации. Но как обстоит дело в действительности При низких температурах реакция протекает медленно, поэтому приходится принимать компромиссное решение. Так, для установления выгодного для нас состояния равновесия требуется низкая температура, а для достижения удовлетворительной скорости реакции [c.222]

Задача 20-7. Газовую смесь, которая теперь содержит = 75% водорода и 25% азота, подвергают сжатию, давление ее при этом возрастает от 25—30 атм до 200—250 атм. В соответствии с уравнением Клапейрона—Менделеева такое сжатие приводит к очень резкому повышению температуры смеси. Сразу же после сжатия смесь приходится охлаждать до 350—450 °С. Объясните целесообразность проводимых операций. Являются ли эти операции оптимальными для синтеза аммиака по реакции (20.1) с высоким выходом [c.259]

Для обеспечения возможности проводить синтез аммиака вблизи оптимально температуры необходимо предусмотреть деление катализатора на несколько слоев. Влияние числа слоев на суммарный к. п. д. процесса синтеза при условии полного и частичного перемешивания газов приведено на рис. 145, из которого видно, что увеличение числа слоев / выше 4—5 нецелесообразно. Принимаем ] = 5. [c.294]

Реакция экзотермична и происходит с уменьшением числа газообразных молекул. В соответствии с принципом Ле Шателье протеканию прямой реакции способствуют низкая температура и высокое давление. При низкой температуре скорость достижения равновесия слишком мала, а при высокой температуре равновесие сдвинуто влево. Поэтому используют оптимальные значения температуры и применяют катализатор для увеличения скорости реакции. Условия промышленного синтеза аммиака следующие давление 200—1000 атм, 500 °С и в качестве катализатора — железо, активированное оксидом алюминия. Выход составляет ж 10% непрореагировавшие газы возвращаются в установку (рис. 22.3). [c.465]

На основе результатов исследований Ф. Габера, К. Боша, а также немецкого ученого А. Митташа и их сотрудников были определены оптимальные условия синтеза аммиака при давлении 20,2 МПа и температуре около 550° С, сконструирован и испытан опытный реактор, на котором в 1910 г. была доказана принципиальная возможность промышленного производства синтетического аммиака. В 1912 г. в Людвигсгафене (Германия) была построена и пущена в эксплуатацию опытная установка производительностью около 1 т аммиака в сутки. [c.12]

Аммиак получают, пропуская смесь азота и водорода через трубку 8, наполненную катализатором. Катализатор помещают в трубку вместе с асбестом так, чтобы нагреваемая часть трубки была им заполнена. Трубку нагревают в электропечи или на газовой горелке. Оптимальная температура синтеза лежит в пределах 450— 480° С. За температурой нужно следить по показаниям пирометра или термометра. [c.121]

Рассмотрим построение оптимального температурного профиля на примере обратимых экзотермических реакций. К ним относится большое число известных промышленных процессов — синтез аммиака, окисление ЗОг, конверсия окиси углерода. Повышение температуры в этих реакциях уменьшает константу равновесия и достижимую степень превращения, но увеличивает скорость реакции. Для увеличения скорости реакции полезно, чтобы на входе в реактор, где количество образующегося продукта мало, температура была достаточно высокой, а на выходе низкой это положительно влияет на константу равновесия. Можно показать, что температуру, при которой проводится процесс, нужно понижать по мере увеличения количества продукта. [c.304]

С переходом на кипящий слой задача отвода тепла, представляющая значительную трудность в реакторах с неподвижным слоем, упрощается ввиду высокого коэффициента теплообмена между слоем и стенкой охлаждающей рубашки. По данным различных исследователей при высоких давлениях эта величина составляет 100 ккал град) и более. Температуру в первой секции реактора с псевдоожиженным слоем (реакция синтеза аммиака) можно поднять до 535—545°С, если температура газа на входе не превышает 450°С. Для получения заданной степени превращения температуру в реакторе следует понижать, а тепловыделение использовать для подогрева свежего газа. По ориентировочным расчетам, производительность реактора синтеза аммиака можно повысить на 40—50% за счет приближения профиля температур к оптимальному. [c.354]

Знание статических и динамических характеристик адиабатического слоя позволяет разработать САУ, структура построения которой вытекает из исследования температурных и концентрационных полей в слое. Так, например, для каскадно-связанной САУ па ЭЦВМ легко определяется оптимальная координата датчика температуры в центральной части слоя, обеспечивающая наилучшее качество управления режимом для реактора окисления двуокиси серы в трехокись, синтеза аммиака [36, 41]. [c.15]

Рис. 10.1. Диаграмма г — Т синтеза аммиака. 3 = 5 мм, т = 0,3 с Р = 30 МПа, 2дх= 0,02 = = 0,1. 1 — равновесная кривая 2 — линия теоретических оптимальных температур 3 — оптимальный режим в трехслойном реакторе с промежуточным вводом холодных байпасов 4 — нестационарный процесс (момент переключения направления подачи реакционной смеси) Твх = 40°С.

Поскольку синтез аммиака является обратимым экзотермическим процессом, то оптимальным будет снижение температуры по [c.91]

Высокой скорости реакции благоприятствуют высокие температуры и давление, но высокая температура означает более низкое значение равновесной концентрации аммиака и, следовательно, меньшую движущую силу . Поэтому скорость реакции возрастает с увеличением температуры, но достигает максимального значения и затем падает, поскольку приближается к равновесию. Вследствие этого оптимальный выход при заданном давлении получается в виде профиля, падающего вдоль слоя катализатора при возрастании температуры и содержания аммиака. В промышленных условиях максимальная скорость реакции получается при температуре на 70° С ниже равновесной. Таким образом, уравнение, описывающее скорость синтеза аммиака, должно учитывать температуру, давление, состав газа и равновесный состав. [c.167]

Процесс Габера (разд. 14.1)-реакция синтеза аммиака ЫНз из Нз и N2, оптимальные условия проведения которой (температура, давление и катализатор) были разработаны Фрицем Габером и его сотрудниками. [c.61]

Высокий выход продукта и наибольшая селективность процесса. Они обеспечиваются оптимальным режимом работы реактора температурой, давлением, концентрацией исходных веществ и продуктов реакции. Каталитический реактор должен так же обеспечить эффективное применение катализатора. Однако, большей частью имеется противоречие между высокой степенью превращения и интенсивностью работы реактора (рис. 19). С повышением объемной скорости степень превращения (или общий выход продукта) неизбежно снижается, тогда как интенсивность рабогы реактора возрастает. В циклических схемах (замкнутых ХТС) преимущества отдают интенсивности, в схемах с открытой цепью (разомкнутые ХТС)—высокой степени превращения при наибольшей селективности. Так, в циклической схеме синтеза аммиака при объемной скорости до У = 40 000 ч-, степень превращения азота (выход аммиака) за один проход составляет лишь 12— 14%. При окислении диоксида серы в схеме с открытой цепью при объемной скорости V = 600 ч получают степень превращения до 99%. [c.78]

Ответ на этот вопрос вы можете дать сами, вспомнив, как решается эта задача при производстве серной кислоты. Нужно поместить в колонну синтеза аммиака трубчатый теплообменник, в котором азотоводородная смесь подогревается за счет покидающей катализатор горячей смеси. Теплоты в этом процессе выделяется столько, что внутри колонны синтеза часто помещают и трубки парового котла. Благодаря этому получают одновременно водяной пар и более точно поддерживают оптимальную температуру. [c.63]

Для синтеза аммиака отыскивалось оптимальное значение температуры [c.147]

Оптимальные значения температуры горячей точки ), параметра теплоотвода (А), температуры на выходе иа реактора и производительности (П) реакторов синтеза аммиака с простыми противоточными трубками [c.148]

При низких давлениях (85—100 атм) ранее применялся высокочувствительный катализатор, приготовленный из железисто-синеродистого калий-алюминия. Этот катализатор был уже достаточно активен при 400°С и ниже. Поэтому данные системы работали при температурах 400—450°С. При высоких давлениях (800—1000 атм и более) температуры в зоне контактирования достигают 550—6О0°С и вьпле. Такие высокие температуры обусловлены тем, что при этих давлениях невозможно организовать эффективный отбор тепла из зоны катализа. В колоннах синтеза высоких давлений в сравнительно малом реакционном объеме выделяется большое количество тепла, которое полностью невозможно передать свежему газу. Наиболее оптимальные температуры синтеза аммиака — 485—525°С—соответствуют средним давлениям 280—325 атм. При них обеспечивается длительный срок работы катализатора, автотермичная работа колонны синтеза и наиболее выгодный температурный режим во всех звеньях технологической установки. [c.240]

В промышленных аппаратах наиболее совершенной конструкции условия процесса синтеза аммиака приближаются к изотермическим. В первых слоях катализатора (около /б всей массы) реакция протекает как адиабатический процесс. Температура газа повышается от 380—400° примерно до 500°. В остальной части катализатора путем соответствующего охлаждения сохраняется приблизительно постоянная температура. Точно указать оптимальную температуру синтеза аиммиака не представляется возможным. На свежем катализаторе, особенно в промышленной аппаратуре, примерно равные результаты достигаются в до- [c.532]

Как ВИДНО из кривой, изображающей протекание реакции во времени при контакте с катализатором (рис. 20), большая сначала скорость реакции (кривая круто поднимается вверх) все более замедляется, пока не достигнет состояния равновесия (кривая переходит в горизонтальную прямую). Так как объемная скорость обратно пропорциональна длительности контакта, то ее уменьшение, например, вдвое лишь немного снижает содержание (Лг) аммиака в газе (рис. 20), но зато вдвое увеличивает и вследствие этого gh возрастает с повышением и. В системах с давлением 3-10 синтез проводится при объемной скорости около 30 000 м ч, а при давлении 5-10 н/лг —до 50 000 м 1ч. Дальнейшее повышение скорости ограничивается необходимостью проводить процесс автотермично для нагревания больших объемов проходящего газа теплоты реакции будет недостаточно. Для каждого значения объемной скорости газа имеется оптимальная температура синтеза, при которой производительность катализатора будет наибольшей (рис. 21). [c.59]

Что является общим при выборе оптимальной температуры для синтеза метанола и окнслония аммиака [c.259]

В ряде случаев оптимальные температуры для проведения гетерогенных каталитических реакций совпадают с областью температур, при которых наблюдается активированная адсорбция реагирующих веществ. Например, температуры, при которых ведется процесс синтеза аммиака, совпадают с температурами, при которых наблюдается активированная адсорбция азота. Как показывают опыты с изотопами азота, молекула азота при активированной адсорбции не расщепляется на атомы. Изо-тоииый обмен N2" -N2 ->2N N " на катализаторе синтеза аммиака прн температурах синтеза хотя и идет, но значительно медленнее самого синтеза. Такой обмен может идти только путем разрыва связей в молекулах азота. Но этот процесс медленный, поэтому он не может быть ответственным за более быстрый процесс синтеза аммиака. Следовательно, в реакции син-тезг аммиака атомы азота участия не принимают, скорость же процесса активированной адсорбции азота, не вызывающего диссоциации молекулы азота на атомы, совпадает со скоростью реакции синтеза аммиака. [c.311]

Рассмотренные выше положения следует сопоставить с разделом предыдущей главы, относящимся к оптимальной температурной последовательности, В такой реакции, как реакция синтеза аммиака, оптимальной температурной последовательностью является понижение температуры вдоль слоя катализатора. Очевидно, такой последовательности нельзя добиться в проти-воточной системе, описанной выше. Лучшее, на что можно рассчитывать, применяя такую систему, это приближение к оптимальной температурной последовательности в области, находящейся справа от максимума на рис, 42. Подобный случай был рассмотрен Эннейблом [17], Другое возможное решение этой проблемы состоит в коренном изменении принципа действия реактора, как это, например, описано в 5.3 (введение холодного газа). [c.166]

Синтез аммиака в вестационарноы режиме. Разработанный в разделе 5.2.2 алгоритм был применен для поиска оптимального периодического управления входной температурой процесса синтеза аммиака [14]. Расчеты проводились по двухфазной модели (5.9) —(5.10), разработанной для математического моделирования процессов синтеза аммиака в работе [17]. Основные параметры модели а = р = 84,95 Ре, = 113,1 АГад = 1810,5°С. Кинетическая модель, использованная при расчетах, взята из [18]. [c.141]

Влияние размеров зерен катализаторов. Первоначально изучалось влияние размеров зерен йз на характеристики стационарных режимов процесса синтеза аммиака. Расчеты выполнялись для первого слоя двухполочного аппарата со временем контакта 0,064 с. Скорость фильтрации реакционной смеси, пересчитанная на нормальные условия, 4,56 м/с. При увеличении размеров зерна катализатора с 5 до 10 мм степень превращения на выходе из первого слоя уменьшалась с 13,2 до 9,7%, что связано с уменьшением степени использования внутренней поверхности зерна катализатора, обусловленного наличием диффузионного торможения. Температурные градиенты внутри зерна в стационарном режиме невелики и в зоне максимальных температур градиентов по слою не превышают 1 (для зерна 2 мм) и 3°С (для 5 мм зерна). Для зерна катализатора размером 10 мм температурный перепад в зерне достигает 6°С в стацпонарном режи.ме. Однако перенос тепла внутри зерна не оказывает заметного влияния на характеристики стационарного процесса. Например, были выполнены расчеты стационарного режима (для зерна 2 мм) и 3°С (для зерна 5 мм). Для зерна катализатора проводности Яз = 0,5-10 ккал/(м с град). При этих значениях параметров в зерне образуется перепад температур между поверхностью и центром 6° (если зерно находится в зоне максимальных температурных градиентов по длине слоя). На выходе из первого слоя двухполочного реактора оптимальная степень превращения достигала 2 = 9,7% аммиака, а температура Г = 474°С. Для изотермического зерна катализатора выходные характеристики первого слоя составляли соответственно 2 = 9,6% и Г = 472°С. Таким образом, при расчетах стационарных режимов зерна катализатора можно считать изотермическими. [c.212]

Из рис. 108 видно, что для каждого выхода аммиака скорость синтеза достигает своего максимального значения при определенной температуре, причем эта температура тем выше, чем меньше выход аммиака. Поскольку при этих температурах двстигается наибольшая скорость реакции, они наиболее выгодны для ведения процесса, т. е. являются оптимальными температурами. Точки, соответству-юш ие максимальным скоростям синтеза для различных выходов [c.212]

Проведение синтеза аммиака в кипящем слое позволяет снизить размер зерен катализатора, т. е. избежать внутридиффузионное торможение процесса, а также приблизить температурный режим в зоне катализа к оптимальному [14, 15]. Гидродинамический, кинeVичe кий и тепловой расчет колонн синтеза аммиака с кипящими слоями катализатора изложен в работах [13, 16]. Критическую скорость газа при любых давлении и температуре можно определить по формулам (1.3) и (1.4) или по следующим зависимостям при Ке <15 и Аг (1—е ) < [c.213]

На рис. 112 представлено распределение температур по высоте промышленной колонны с кипящими слоями катализатора кривая 1 соответствует расчетному распределению температуры по слоям катализатора и в межтрубном пространстве теплообменника для оптимальных условий работы насадки, кривая 2 характеризует действительное распределение температуры по высоте работающей насадки при тех же условиях, кривая 3 — расчетное распределение температуры в охлаждающих устройствах катализаторной ко] рбки и в межтрубном пространстве теплообменника. Из рис. 112 видно, что синтез аммиака в колонне с кипящими слоями катализатора протекает вблизи оптимальных температур, достигаемых за счет ступенчатости процесса синтеза аммиака и ввода противоточных теплообменников в слои катализатора. [c.215]

Пример 18 [19, с. 293—311J . Выполнить ориентировочный расчет колонны синтеза аммиака по следующим исходным данным. Синтез аммиака производится в полочном реакторе (колонне) со взвещенными слоями железного мелкопористого катализатора. промотированного добавками АЬОз. К2О, СаО, SiOa. Выбранный катализатор устойчиво эксплуатируется в следующих пределах рабочих температур /макс 540 °С, НИН = 475°С. Плотность частиц катализатора рт = 3500 кг/м . Для проведения синтеза при температурном режиме, близком к оптимальному, число полок (слоев катализатора) принято i = 5. [c.145]

При строгом анализе необходимо принять во внимание теплоту смешения аммиака с неконвертированным синтез-газом. На рис. 35— 38 теплоемкости Н2, N2, МНд и СН4 представлены как функции температуры и давления. Нильсоном [69] была сделана сводка значений теплового эффекта реакции при 500° С, полученных различными авторами. Значения зависят от поправки на теплоту смешения. На практике более удобно применять стандартный тепловой эффект реакции АЯ45о с (450 °С — оптимальная температура промышленного синтеза) и среднюю теплоемкость газовой смеси Ср- АЯ45о с принимается равной 12,95 ккал1моль ЫНд, а Ср вычисляется по формуле [c.155]

Основы теории оптимального проектирования таких реакторов даны Хорном [77] вместе с элегантной процедурой учета температурных ограничений. Хорн рассмотрел, однако, только случай реактора с косвенным охлаждением (теплообменник) между слоями. Наши исследования показали, что аналогичная методика возможна для любой формы промежуточного охлаждения и распространяется на случай охлаждения смешением потоков, обыч1Ю применяемого в конверсии СО. Были также развиты процедуры для автоматического учета ограничений иа общий рост температуры, имеющих место при проектировании реакторов для автотермнческих процессов (иапример, в синтезе аммиака). [c.176]

Основной аппарат технологической схемы — колонна синтеза, представляющая собой реактор РИВ-Н. Колонна состоит из корпуса и насадки различного устройства, включающей ка-тализаторную коробку с размещенной в ней контактной массой, и систему теплообменных труб. Для процесса синтеза аммиака существенное значение имеет оптимальный температурный режим. Для обеспечения максимальной скорости синтеза процесс следует начинать при высокой температуре и по мере увеличе- [c.204]

Из табл. 5 видно, что прн низких температурах (200 °С) достигается очень высокий выход аммиака, однако для этого требуется очень длительное время (данные при низких температурах определены экстраполяцией). С повышением температуры при неизменном давлении концентрация аммиака чрезвычайно резко падает. Аналогично при повышении давления (температура постоянна) концентрация аммиака в равновесной смеси сильно возрастает. Из табл. 5 также наглядно видна противопо-ломшость влияния р и 7 на равновесные концентрации и отсюда возможность выбора оптимального режима с точки зрения экономики производства. Данные по синтезу аммиака в диапазоне давлений до 200 МПа представлены в табл. 6. [c.96]

Для выбора оптимальных условий протекания реакции следует учитывать не только влияние на равновесие температуры, давления или концентрации реагирующих веществ, но и их влияние на скорость процесса. Так, реакцию синтеза аммиака в соответствии с принципом Ле Шателье следовало бы вести при более низкой температуре и более высоком давлении. Однако при температуре ниже 450—500 °С скорость реакции очень мала. Процесс становится нерентабельным. Для устранения этого недостатка процесс ведут при температуре 500°С и в присутствии катализатора (пористое железо с примесью оксидов алюминия, калия, кальция и кремния). Катализатор ускоряет прямую и обратную реакции одинаково, а повышение температуры смещает равновесие влево, что невыгодно для промышленного производства синтеза аммиака. Поэтому согласно принципу Ле Шателье для противодействия влиянию повышенной температуры следует применить высокое давление. Синтез аммиака ведут при давлении от 15 до 100 МПа (1 МПа Юатм). [c.43]

На основе чего определяется оптимальная температура а) обжига колчедана, б) окисления двуокиси се ры, и) синтеза аммиака, г) образования азотной кислоты из окислов азота, д) выплавки стал1И [c.188]

Приведенные данные о зависимости производительности от факторов процесса могут быть использованы при технико-экономЕгческой оптимизации всего цикла синтеза аммиака и метанола, т. е. при выборе оптимальной объемной скорости, продувки, температуры конденсации и др. [c.153]