Производство азотной кислоты — один из ключевых и наиболее энергозатратных процессов в агрохимической промышленности, ведь именно она является основой для создания азотных удобрений, необходимых для обеспечения продовольственной безопасности во всем мире. Процесс начинается с окисления аммиака при экстремально высоких температурах, достигающих 940°C, что высвобождает огромное количество тепловой энергии.
Инженерные системы на современных предприятиях спроектированы так, чтобы утилизировать значительную часть этого тепла. Однако после того, как технологические газы охлаждаются до температуры около 200°C, дальнейшее использование остаточной энергии становится экономически нецелесообразным. На этом этапе в игру вступают специальные устройства — охладители-конденсаторы. Их задача — отвести оставшееся тепло в градирни, но именно в них, по мнению экспертов компании Novatech, происходят самые сложные термодинамические процессы на всем производстве.
Как отмечает специалист Novatech Кит Дженсен, в охладителях-конденсаторах одновременно протекает множество химических и термодинамических реакций, сопряженных с процессами гидродинамики и теплообмена. Эта сложность, по его мнению, превосходит даже ту, что наблюдается в абсорбционных колоннах, где не происходит столь значительной конденсации водяного пара. Понимание этих явлений критически важно для устранения неполадок и повышения эффективности работы оборудования.
Одним из самых распространенных и малоизученных феноменов, с которыми сталкиваются инженеры, является так называемое «повторное вскипание». Этот процесс можно описать следующим образом: когда на достаточно холодной поверхности образуется первая тонкая пленка конденсата, в ней немедленно растворяется диоксид азота. Это запускает экзотермическую реакцию с выделением тепла, в результате которой образовавшаяся пленка жидкости моментально испаряется, а затем снова конденсируется. Визуально это может выглядеть как легкая вибрация или мерцание в зоне «первой конденсации».
На возникновение эффекта «повторного вскипания» влияет множество факторов, включая наличие очень горячего газа у самой поверхности пленки и локальные ограничения теплообмена. Хотя этот феномен не всегда приводит к немедленным авариям, его изучение помогает инженерам выявлять и устранять эксплуатационные проблемы в охладителях-конденсаторах, обеспечивая стабильность и надежность всего цикла производства жизненно важных удобрений.