Апаратура для синтезу амоніаку

План

1. Обладнання системи синтезу амоніаку;

2. Насадки колон синтезу;

3. Колони з трубчатою насадкою

4 Колони з полочною насадкою

1. За технологічним значенням обладнання систем синтезу амоніаку можна підрозділити на наступні групи:

1. Реакційні апарати (колони синтезу);

2. Холодильники-конденсатори (водяні та амоніачні холодильники);

3. Сепаратори та фільтри;

4. Циркуляційні нагнітачі – компресори (поршневі, центрові, газоструйні, часто їх називають інжекторами).

Корпуса апаратів високого тиску виконуються за одним з трьох основних апаратів:

А) ковані апарати виготовляють з вуглеводневої або легірованої сталі

Б) багатошарові корпуса виготовляються з сталевих циліндрів, які насаджені друг на друга у гарячому стані або напресовані;

В) виті корпуса складаються з внутрішнього циліндру, на який навито декілька шарів сталевої стрічки.

При виготовленні багатошарових та витих корпусів високого тиску витрата металу менше, ніж для кованих апаратів, але виготовлення складніше.

2 Насадки колон синтезу

Колони синтезу складаються з корпусу та насадки, що включає теплообмінник та каталізаторну коробку.

Устрій насадок можна звести до наступних типів:

1. Трубчасті насадки з теплообмінником у зоні каталізу, що діляться на протиточні, у яких потоки газу у теплообмінних трубах та у шарі каталізатора мають зустрічний напрямок, та прямоточні (звичайно з подвійними теплообмінними трубками), у яких потоки газу рухаються у трубках та у шарі каталізатору паралельно один одному.

2. Поличні насадки з каталізатором, завантаженим суцільним шаром на полки, та підводом холодного газу у простір між полками.

Продуктивність колон залежить від конструкції їх насадок, досконалість яких оцінюється простотою та надійністю роботи, а також можливістю створення найбільш благо сприятливого температурного режиму синтезу амоніаку.

Для забезпечення оптимального режиму повинно бути правильно визначено відношення розмірів попереднього теплообмінника та каталізаторної коробки та організований відвід тепла з зони реакції таким чином, щоб виключити можливість як перегріву , так і переохолодження каталізатору.

Противоточні насадки рисунок 1 або насадки типу Фаузера. Газ з попереднього теплообмінника 1 по трубкам 2 каталізаторної коробки 3 рухається у колону знизу у верх і по виходу з теплообмінних трубок надходить у простір, що заповнений каталізатором.

Середня частина каталізатору у колоні працює у умовах дуже високого нагріву, нижня частина – при температурах нижче оптимальної, внаслідок чого досягаємо продуктивність каталізатора нижче його можливої продуктивності.

Це пояснюється тим, що у протиточних насадках газ з попереднього теплообмінника надходить у нижню частину теплообмінника каталі заторної коробки мало нагрітим, тому тут створюється велика різність температур, що викликає сильне охолодження каталізатору у нижній частині коробки. Підіймаючись до гори по теплообмінним трубам, газ нагрівається та у середній частині каталі заторної коробки, де виділяється найбільша кількість тепла, вже не може відводити тепло від каталізатора. Внаслідок чого каталізатор перегрівається.

Для зменшення цього недоліку конструкції проти точної насадки іноді на нижню частину теплообмінних трубок, розміщених у каталітичній коробці, наносять шар теплоізоляції, але цей метод не завжди ефективний.

Прямоточні насадки рисунок 2. У прямоточних насадках мало нагрітий газ, що входить у теплообмінник каталізаторної коробки, стикається через стінки трубок з найбільш гарячими каталізаторами. Вже нагрітий у ході реакції газ, внаслідок малої різниці між його температурою та температурою каталізатору, не сильно охолоджується у нижній частині колони.

У прямоточних насадках температура верхнього шару каталізатору знижена, що декілька зменшує тут швидкість реакції амоніаку. Збільшення довжини нижнього теплообмінника цей недолік насадки не усувається. У колонах синтезу необхідно уникати перегріву каталізатору вище 540-550⁰С, так як вже при 560⁰С починається зниження його активності внаслідок перекристалізації. Тому температуратуру найбільш «гарячої точки» каталізатору регулюють шляхом подачі частини холодного газу у каталізаторну коробку крім нижнього теплообмінника. При цьому температура каталізатору знижується перш за все у верхній частині насадки, а у протиточних насадках – у нижній її частині, що недоліком такого способу регулювання.