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简答题合成氨的工艺条件如何确定？
  • （1）操作压力
     压力对氨合成反应是非常重要的，因为就现有的催化剂而言，反应温度不能太低.受平衡限制，氨的合成率不高。从热力学分析可知，提高压力对反应平衡及速率均有利，因此，在工业生产中，氨的合成必须在高压下进行，压力越高，反应速率越快，平衡氨含量增加，反应器生产能力越高。压力高可使设备体积缩小，但压力过高，压缩总功反而增加，且对设备的材质、制造技术等要求更高。实际上氨合成的最佳压力由原料气的压缩功、循环压缩功、冷冻功来全衡决定，选择适当的高压可使总功降低。
    （2）操作温度  
    氨合成反应为一可逆放热反应因此存在最适宜反应温度Top。在反应初期（即反应器中催化剂床层入口处），由于反应物温度高，反应速率是很快的，而到反应末期（催化剂床层出口端），反应物温度降低而产物温度增高，致使反应速率较慢，对床层的每一区间来说，都存在一个最适宜温度，在此温度下的反应速率比其他温度下的速率快。所有最适宜温度点的连线称为最适宜温度曲线。根据最适宜温度曲线随原料转化率变化趋势来看，反应初期最适宜温度高，反应后期最适宜温度低。 
    （3）合成气体的初始组成 由
    热力学和动力学分析可知，其对氢氮比的要求是不一致的，就反应速率而言，不同氨含量下，有一个最大的瞬时速率，存在一个最佳的氢氮比。实验证明，循环气中的氢氮比为2.5：1时.可以获得最大的出口氨含量，即使在高压下，最佳氢氮比也明显地偏离化学计量值。实际上，从反应初期到快接近平衡，其氢氮比的最佳值都是在变化的，而在生产操作中不可能随时补充氢气。而采用化学计量值作为初始进料的氢氮比，对化学反应速率的影响并不大，与最佳氢氮比时的反应速率相差不很大，又能满足快接近平衡对氢氮比的要求。故一般认为当压力在9MPa～98MPa下，最佳平衡氨含量时的氢氮比是3：1左右。  合成气体中惰性气体含量，较高时对平衡和反应速率都有不利影响，会降低氨的合成率。新鲜气中惰性气体含量仅0.5％～1％，但因为合成率只有百分之十几，未反应的氢氮气体要循环使用，因而循环气中会积累一定最的惰性气体，对中压合成系统，其含量应控制在16％～20％，低压合成系统控制在8％～15％。循环气中的氨含量，即合成塔进口氨含量，在一定的条件下，其值越高，氨净值越小，合成效率越低。循环气体中氨含量的高低，取决于分离系统的效率。在工业生产中用冷凝温度来控制循环气体中的氨含量，一般低压法为2％～3％，中压法为2.8％～3.8％。 
    （4）空间速度 
     空间速度直接影响氮合成系统的生产能力，空速太小，生产能力低，不能完成生产任务。空速过高，减少了气体在催化剂床层的停留时间，合成率降低，循环气量要增大，能耗增加，同时气体中氨含量下降，增加了分离产物的困难。过大的空速对催化剂床层稳定操作不利，导致温度下降，影响正常生产。故空速的选择～般根据合成压力、反应器的结构和动力价格综合考虑。低压法常取5000～10000h-1中压法取15000～30000h-1，而高压法可达60000h-1
    （5）催化剂颗粒度 
     在工业条件下，催化剂的内扩散对氨合成反应的影响十分显著。减少催化剂的粒径，可提高其内表面利用率，但床层阻力降增大，对于轴向流动的合成塔，由于床层高，阻力大，应采用较大的颗粒，而对径向流动的合成塔，气流阻力较小，可采用较小颗粒的催化剂，以提高其内表面利用率。当然采用球形催化剂最好，其效果会显著提高。

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