Физико- химические основы производства

1. Равновесие в системе. Реакция синтеза аммиака из АВС представляет собой гетерогенно- каталитическую обратимую экзотермическую реакцию, протекает с уменьшением объема, без образования каких- либо побочных продуктов и описывается уравнением: N₂ + 3H₂ = 2NH₃ - ∆H, тепловой эффект реакции зависит от температуры и давления и составляет 111,5 кДж при темп-ре 500⁰ С и давлении 30 МПа. Константа равновесия реакции имеет вид: lg ( 1 / K _p ) = − A / T + B lg T + αT – CT² – β , в котором ( А, В, С – постоянные величины) коэффициенты α и β зависят от давления и возрастают с его увеличением. Повышение давления и снижение температуры смещает равновесие реакции синтеза и повышает равновесный выход аммиака. Однако достаточно высокое для целей практики равновесное содержание аммиака в газе может быть достигнуто только при температуре не выше 400⁰С, то есть в условиях, когда скорость процесса и, следовательно, время достижения состояния равновесия весьма низки. Поэтому, в реальных условиях содержание аммиака в газовой смеси будет ничтожно мало, что делает процесс синтеза малопроизводительным и экономически нецелесообразным.

2.Скорость процесса. При сравнительно высоких температурах процесс синтеза аммиака в гомогенной газовой фазе практически неосуществим. Для снижения энергии активации используются катализаторы, позволяющие значительно уменьшить температуру процесса. В промышленности используются контактные массы на основе железа, например катализатор ГИАП. Он дешев, достаточно активен при температуре 450-500⁰С, менее остальных катализаторов чувствителен к каталитическим ядам. Промоторы в составе контактной массы способствуют рекристаллизации катализатора и повышают его активность. Скорость реакции синтеза аммиака из АВС на железном катализаторе, для состояния системы не слишком удаленном от состояния равновесия, описывается уравнением Темкина:

U= =k1*PN2* –

-K2

Оптимальный режим процесса синтеза:

Применение высоких давлений увеличивает скорость процесса синтеза за счет повышения движущей силы процесса и уменьшения скорости обратной реакции диссоциации, и способствует отделению образовавшегося аммиака от газовой смеси путем его конденсации.

Оптимальный температурный режим процесса определяется общими закономерностями влияния температуры на выход продукта экзотермического обратимого каталитического процесса, которым является производство аммиака. Состав азотоводородной смеси выбирается возможно более близким к стехиометрическому, что обеспечивает максимальную степень превращения компонентов в аммиак. Так как синтез аммиака идет с сокращением объема, то в циркулирующей АВС накапливаются инертные газы, что приводит к снижению выхода аммиака вследствие уменьшения концентрации азота и водорода в ней.

Поиск по сайту: