Ўзбекистон Республикаси Олий ва махсус ўрта таълим вазирлиги олий ўқув юртларининг талабалари учун дарслик сифатида тавсия этган

5-§. Саноатда аммиак синтез қилишнинг оптимал шароитлари
Босим танлаш. Синтезнинг оптимал шароитлари ҳақидаги масалани ўйлаб сиз, сўзсиз, даставвал, мўл маҳсулот ҳосил қилиш қийинлигига эътибор берасиз. Шу билан бирга азот водородли аралашма (хусусан, водород) жуда қиммат ва демак, ундан тўлароқ фойдаланиш керак. Икки хил ечими келиб чиқади (қандай?)
Улардан бири—процессни 300 Мн/м² га яқин босимда, мувозанат ҳақидаги маълумотларга кўра олиб боришдир.
Буни ҳал қилиш осонга ўхшаб кўринади, аммо у жуда юқори босим ва ниҳоят, юқори ҳароратга чидамли аппаратнинг тузилиши билан боғлиқ. Бунга кўшимча водород, азот ва аммиак бундай шароитларда пўлатлар билан ўзаро реакцияга киришади. Азот ишлаб чиқариладиган заводлар қурила бошланганда бундай саноат алларатларини яратиш мумкин бўлмаган эди, ҳозир ҳам бунга ўхшаш саноат аппаратлари йўқ. Газларни сиқиш учун ҳам кўп энергия сарф бўлади - у босим ортиши билан ортиб боради.
Масалани бир оз бошқачароқ ҳал қилиш ҳам мумкин; газлар аралашмаси катализатор қавати орқали бир марта ўтганида аммиак кўп ҳосил бўлиши шарт эмас, жуда юқори босим танламасдан ҳосил бўлган аммиакни газлар аралашмасидан ажратиб олинади ва реакцияга киришмай қолган азот-водородли аралашма реакцион аппаратга қайтарилади, яъни бу процессни азот-водородли аралашмани ёпиқ циклда циркуляция усулида олиб борилади. Дастлабки саноат қурилмаларида 20 Мн/м² га яқин босим остида синтез ўтказилган, кейинчалик 100 Мн/м² гача босим билан ишлайдиган қурилмалар барпо этилган. Ҳозир, аммиакли курилмаларни эксплуатация қилишнинг бой тажрибаси тўпланган, 20 Мн/м² га яқин босим оптимал босимлиги тасдиқланган (ҳозирги замонавий заводларнинг кўпида синтез 15,30 ёки 50 Мн/м² босимларда ўтказилади). Жуда юқори босимларда ишлайдиган қурилмаларга қараганда бундай қурилмаларда газни сиқиш учун энергия кам сарф булади, аппарат арзонроқ, демак, маҳсулот ҳам арзон.
Бир йўла мувозанат унумини ҳосил қилишга ҳаракат қилиш, керакми? Бундай саволга ажабланиш мумкин, чунки ахир мувозанат ҳолатда аралашманинг 3/4 қисми реакцияга киришмаган азот билан водороддан иборат бўлади.
Аммиакнинг 29,43 Мн/м² босим ва 500° ҳароратдаги энг юкори концентрацияси қандай?
Реакциянинг тезлиги унинг содир бўлиши билан ўзгариши ҳақидаги маълумотларга дикқат қилинг. Буларга асосланиб жуда муҳим хулоса чиқариш мумкин: реакцияни мувозанат ҳолатгача олиб бормаслик керак. Бунга кўра катализаторнинг унумдорлига 6ир ҳажм бирлик катализаторнинг бир бирлак вақт ичида ҳосил бўладиган маҳсулот миқдори қандай ортади? Бу бундан олдинги расмдаги маълумотларга мувофиқ тузилган 11-расмда келтирилган диаграммадан кўриниб турибди (азот-водородли аралашма фақат ёпиқ циклда айланиш схемасидагина тўғри бўлиши мумкин, деган хулосага келинади). Аммо азотводородли аралашманинг циклдан бир марта айлангандаги ўзгариш даражасининг камайиши билан реакторга қайтаётган газларнинг ҳажми ортади ва демак циркуляцияга сарф ҳам ортади.
Бошқа шароитларда қандай ўзгариш даражаси қулайлги иқтисодий ҳисоблашлардан кўриниб турибди. Ишлаб чиқариш қурилмаларида реактордан кейинги газлар аралашмасидаги аммиак миқдори ҳажмга нисбатан 15 - 20% атрофида тутиб турилади.
Ҳосил бўлган аммиакни бошқа газлардан қандай ажратиб олиш мумкин? Бу масалани ечишнинг жуда бўлмаганда икки усулини айтиб беринг.
Ҳозирги замон қурилмаларида аммиак газини бирин-кетин сувли ва аммиакли совиткичларда совитиш билан ажратиб олинади. Сўнгра сепараторда суюқ аммиак газлардан ажратилади ва йигғичга юборилади. Азот водородли аралашма синтез қилинадиган колоннага юборилади, бунинг учун уни яна қўшимча сиқиш керак. Азот- водород аралашмасанинг оптимал таркиба қандай? Азотнинг водородга нисбатини, илгари кўриб ўтилган олтингугурт (IV)- оксиднинг SO₂ кислород билан оксидланиш реакциясининг қайтарлигидан фарқли ўлароқ, стехиометрик ҳажмга 1 :3 (нима сабабдан?) яқин олиб бориш мақсадга мувофиқдир. Реакция каталитик бўлгани сабабли газлар аралашмаси катализатор учун заҳарли бўлган моддалардан яхшилаб тозаланади: газда олтингугуртли бирикмалар бўлмаслиги керак, кислород ва кислородли бирикмалар миқдори жуда оз концентрациялардагина йўл қўйилади. Дастлабки моддалар азот билан водород таркибида ҳамма вақт озроқ қўшилмалар (аргон. метан ва бошқалар) бўлади. Бу моддалар катализаторларни заҳарлайди, улар айни процессда мўрт бўлади. Аммо аралашма айланганда, улар секин-аста циклда йиғилади. Уларнинг концентрациясини маълум даражада сақлаб туриш учун газлар аралашмасининг бир қисмини циклдан чиқариб туриш керак, бунинг натижасида маҳсулот унуми камаяди. Заводларда азот- водород аралашмасидан фойдаланиш даражаси 96 — 98% га етади.
Катализатор танлаш. Катализатор актив, кўпга етадиган ва арзон бўлиши керак. Ҳозирги вақтгача ўн мингларча катализаторлар синалган, аммо ҳозирги замон талабларига энг қаноатлантирарлиси, қўшимчалар қўшилиб активлантирилган кўмирдир. Бундай кўмир юқорида қайд этилган учала талабга жавоб беради. Бироқ текширишлар давом этмоқда. Жуда паст ҳароратларда ҳам актив катализаторлар олишга катта аҳамият берилмоқда (нама сабабдан?).
Оптимал ҳарорат танлаш. Сизга маълумки, қайтар экзотермик реакциялар учун оптимал ҳарорат реакция давомида секин-аста камаядиган реакция маҳсулотининг концентрацияси ортиши билан секин-аста камайиб борадиган ҳароратдир. Темир катализаторнинг иссиққа чидамлилиги ҳамда активлигини ҳисобга олган ҳолда, реакцияга киришадиган газнинг иссиқлигини алмаштириб туриб аста-секин ҳароратни 550° да 450° гача камайтириш мумкин.