1.1 Концентрація аміаку

Швидкість прямої реакції синтезу обернено пропорційна парціальному тиску аміаку й, отже, його мольній частці, а для зворотної реакції розкладання характерна пряма пропорційність. Таким чином, з підвищенням змісту аміаку загальна швидкість реакції падає (реакція “гальмується аміаком”). Саме цим гальмуванням пояснюється підвищення продуктивності процесу з ростом об'ємної швидкості. Збільшення об'ємної швидкості приводить до зменшення приросту змісту аміаку й, тим самим, до збільшення середньої швидкості процесу. При низьких температурах з підвищенням тиску росте не тільки відносний ступінь перетворення, але й абсолютний зміст аміаку в газовій суміші на виході з реактора.

Такий ефект впливу тиску, можливо, теж пов'язаний з гальмуванням реакції воднем. Очевидно, при низьких температурах значна частина працюючої поверхні заповнена хемосорбованим воднем. При високих температурах виходи аміаку досягаються на сумішах, близьких до стехіометричних, тобто в умовах найбільших рівноважних значень концентрацій аміаку.

1.2 Тиск

Фактори, зміна яких призводить до зміни тиску в системі.

Зміна температурного рівня в реакторі тягне за собою зміну одночасно двох величин: рівноважного вмісту аміаку і швидкості реакції. Причому збільшення температури призводить до зниження рівноважного вмісту і прискоренню реакції синтезу аміаку. Тому в промислових умовах, що забезпечують граничну для даних умов ступінь перетворення (близьку до рівноважної), підйом температуру призводить до пропорційного зниження ступеня перетворення. Зміна газової навантаження на вході в реактор впливає на тиск в системі наступним чином: при зменшенні навантаження ступінь конверсії збільшується, що викликає підвищення температури в зоні каталізу і, в свою чергу, до збільшення тиску в системі. І навпаки, збільшення газової навантаження на реактор (у відомих межах) призводить до зниження тиску в системі. Крім того, при підвищенні об'ємних швидкостей, з одного боку, знижується ступінь конверсії, а з іншого - температурний рівень у зоні каталізу і збільшується продуктивність реактора по аміаку. Останнє пов'язано з тим, що зменшення продуктивності реактора від зниження концентрації аміаку в вихідному газі компенсується збільшенням об'ємної швидкості, так як у відсотках це збільшення значно більше зниження концентрації аміаку.

Швидкість прямої реакції синтезу пропорційна р1,5, а швидкість зворотної реакції - розкладання аміаку - назад пропорційно p0,5. З ростом тиску спостережувана швидкість реакції збільшується. Як відомо, утворення аміаку з азоту й водню - реакція екзотермічна (H500C ; 30 МПа = - 55,4 кДж/моль), супроводжується значним зменшенням об'єму при постійному тиску. Тим самим ще раз підтверджується висновок, що утворенню аміаку сприяють високий тиск і низькі температури.

Обґрунтування вибору тиску процесу синтезу аміаку.

Вибір тиску процесу синтезу аміаку диктується рядом міркувань. Термодинамічні та кінетичні фактори (рівноважний вміст аміаку та швидкість реакції) свідчать на користь високих тисків. Конденсація аміаку з газової суміші також полегшується при високому тиску. Однак при цьому має місце значна витрата енергії на компресію і підвищені вимоги до машин, апаратів і арматури. При знижених тиску спрощується апаратурне оформлення процесу, знижується витрата енергії на компресію, при цьому декілька збільшуються енерговитрати на циркуляцію газу і виділення аміаку. В якості критерію оптимальності в роботі були прийняті наведені витрати, які складаються із собівартості продукту та частки капіталовкладень з урахуванням нормального коефіцієнта ефективності

3 = С + Е К / ​​П

де 3 - наведені витрати, грн./ т;

С - собівартість аміаку, грн. / т ;

К - капітальні витрати на агрегат, грн.;

Е - нормативний коефіцієнт ефективності, рік-1;

П - продуктивність агрегату по аміаку, т / рік.

Проведені розрахунки показали, що при прийнятих вихідних даних найбільш економічним є середній тиск близько 30 Мпа. Наведені витрати з пониженням тиску збільшуються, що пов'язано з великими енергоматеріальними і капітальними витратами на стадіях виділення аміаку з газової суміші.

Відомо, що в міру збільшення об'ємної швидкості газового потоку вміст аміаку в що виходить газу зменшується. Однак продуктивність каталізатора збільшується зі збільшенням швидкості газу, так як зниження процентного вмісту аміаку в вихідному газі компенсується впливом збільшення кількості утворюється аміаку.