Каталізатори синтезу аміака.

На сьогоднішній день для реакторів синтезу аміака використовують каталізатори марки СА-1, СА-2, які відрізняються вмістом аміака. Каталізатор виготовляють з магнетита, відновленням його в середовищі водню.

Основна діюча речовина – окисли заліза.

Промотори – речовини, які впливають на різні сторони синтеза аміака:.

Каталізатори виготовляють у вигляді:

• гранул;

• порошкоподібний.

Теплообмінні пристрої реактора синтезу.

Залізн теплообмінні пристрої встановлюються в реакторі при температурі 470ºС.

Характерною особливістю є те, що труби в ньому малого діаметру, Використовують труби 8×1 ÷ 11×1,5. В між трубний простір встановлюють перегородки(сегментні або кільцеві), які кріпляться в трубній решітці за допомогою таких кріплень:

1. Ескіз кріплення

1 – трубна решітка;

2 – стяжка;

3 – дистанційна втулка;

4 – перегородка.

1. Теплообмінники системи Фаузер

1.- корпус апарата;

2.- кожух теплообмінника;

3.- компенсатор температурної деформації;

4.- трубні решітки;

5.- труби;

6.- перегородки;

7. центральна труба.

Теплообмінний газ проходить по трубах, зворотній газ – по міжтрубному простору. Кожух зв’язаний з обома трубними решітками. В нижній частині кожух з’єднується через компенсатор. Газ після реакції іде по центральній трубі і потрапляє в міжтрубний простір. В нижній частині апарата ставиться гніздо. В верхній частині гніздо має конічну поверхню, а центральна труба закінчується сферою. Маємо шарнірне з’єднання, шарову опору. Внаслідок наявності конічної поверхні відбувається центрування насадки в апараті. Ці поверхні шліфовані.

Температура на вході в реактор 530ºС

Температура холодного газу 30÷35ºС

Переваги:

• в нижній частині відсутня камера, яка збільшує габарити;

• компактна конструкція.

Недоліки:

• необхідна постановка компенсатора;

• кожух сприймає значну різницю тисків.

2. Теплообмінники системи Натройджен.

1.- корпус апарата;

2.- кожух теплообмінника;

3.- трубні решітки;

4.- камера;

5.- опора;

6.- труби;

7.- перегородка;

8.- центральна труба. Переваги:

• в кожусі і трубах не виникає зусиль, внаслідок температурних деформацій;

• кожух виконує функцію екрана.

Недоліки:

• існує нижня камера, , яка збільшує габарити насадки.

Розрахунок теплообмінників.

В процесі теплообміну не відбувається зміни агрегатного стану. Теплоносії рухаються по трубному простору в каналі (внутрішня задача), другий теплоносій – по міжторубному простору (зовнішня задача теплообміну).

1. Розраховуємо температурний режим.

2. Визначаємо теплофізичні властивості по середній температурі.

3. Складаємо тепловий (матеріальний) баланс.

4. Визначаємо коефіцієнти теплопередачі. Для цього необхідно знати коефіцієнти тепловіддачі:

- коефіцієнт тепловіддачі в трубному просторі;

- коефіцієнт тепловіддачі в між трубному просторі.

А. Для одиночної труби:

При Re < 5 – ламінарне обтікання,

при Re ≈ 10⁵ – турбулентне обтікання

Поправковий коефіцієнт при

при

ψ – кут атаки.

Б. Для пучка труб

За основу береться третій ряд та наступні

Оскільки режим турбулентний, то

, де d_T – зовнішній діаметр труби

- коефіцієнт, що враховує відносну довжину кроків труб

Якщо Якщо

В подальших розрахунках необхідно ввести середній коефіцієнт тепловіддачі в пучку труб

0,6 – означає, що коефіцієнт тепловіддачі складає 60% від коефіцієнта тепловіддачі

третього і наступного рядів. Аналогічно 0,7.

n₁ – число труб в першому ряді;

n₂ - число труб в другому ряді.

5. Визначаємо поверхню теплообміну.

6. Визначаємо кількість труб:

де U – об’ємна продуктивність, W – швидкість в трубі (приймаємо W=4 м/с)

7. Визначаємо геометричні розміри теплообмінника.