5.2 Технологическая схема и параметры производственного процесса

Последовательное изложение (описание) технологического процесса и его графическое изображение в виде схемы называется технологической схемой производственного процесса. На рис. 5.1 приведена технологическая схема процесса синтеза аммиака под средним давлением. Свежая азотоводородная смесь сжимается компрессором 1 до давления 20...30 МПа, смешивается с циркулирующей смесью и подается в фильтр 2 на очистку. Отсюда смесь поступает в конденсационную колонну 3 и испаритель 4, где охлаждается до нужной температуры, В испаритель 4 жидкий аммиак, который является хладоагентом, поступает из сепаратора 7. В конденсационной колонне из азотоводородной смеси выделяется аммиак в жидком виде, который поступает на склад готовой продукции.

Рис. 5.1. Принципиальная схема процесса синтеза аммиака под средним давлением:

ГА - газообразный аммиак; ЖА - жидкий аммиак

Подготовленная к синтезу азотоводородная смесь подается в колонну синтеза 5. Для регулирования температурного режима в зоне катализа часть холодного газа подается в колонну снизу через центральную трубу, минуя теплообменные устройства внутри колонны.

Выходящая из колонны газовая смесь при температуре 500 °С поступает в водяной холодильник 6 и сепаратор 7, в котором отделяется сконденсировавшийся аммиак. Отсюда аммиак направляется на склад готовой продукции и частично в испаритель 4. Газообразный аммиак из испарителя 4 поступает в газгольдер.

Все технологические процессы протекают при определенных значениях температур, давлений, концентраций, расходов и других факторов, которые называются технологическими параметрами. Изменение технологических параметров может привести не только к снижению количества и качества выпускаемой продукции, но и к тяжелым авариям, взрывам и пожарам на производстве.

Такие технологические параметры, как температура, давление, концентрация реагирующих веществ влияют на равновесное состояние системы, в которой протекают обратимые химические реакции. Это позволяет технологам подбирать оптимальные условия проведения химико-технологического процесса.

Повышение температуры изменяет равновесие и увеличивает скорость химических реакций. Поэтому регулирование температурного режима оказывает универсальное воздействие на процесс с целью повышения производительности аппарата. Характер воздействия температуры на процесс зависит от теплового эффекта реакции.

Зависимость скорости реакции от температуры характеризуется температурным коэффициентом скорости реакции, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции при увеличении температуры на 10 градусов. Это необходимо учитывать при организации тушения пожара на производствах, когда в зоне пожара могут оказаться реакторы или другие аппараты. Бесконтрольный нагрев веществ в них может привести к взрыву.

Повышение температуры в производственных условиях ограничено многими факторами, в том числе недостаточной термической устойчивостью (низкой жаропрочностью и жаростойкостью) конструкционных материалов. Например, пластмассы начинают деформироваться при температурах ниже 250 °С, обычные конструкционные стали - при 400 °С. Высоколегированные стали устойчивы при температуре до 700 °С, а специальные сплавы с высоким содержанием никеля и хрома, с добавками других элементов выдерживают повышение давления при температурах до 800...900 °С. Металлокерамические сплавы (керметы) способны выдерживать температуры до 3000 °С. Для защиты металлов от действия высоких температур применяются огнеупорные неметаллические материалы (динас, шамот, графит и др.), которыми футеруют аппараты. В этом случае температуру процессов удается повысить до 1500...2000 °С, а иногда и до 3000 °С. При этом необходимо учесть, что наружные поверхности таких аппаратов часто охлаждаются водой (имеют теплообменные устройства типа "водяных рубашек" ). Любое, даже незначительное повреждение футеровки приведет к быстрому прогару металлической стенки, бурному, со взрывом, вскипанию воды, разрушению аппарата, цеха, гибели людей.