Синтез аміаку (стр. 2 из 2)
-24,0 % про. 
-4,0 % про.Разом:12300 м3-100 % про.
У результаті реакції синтезу аміаку об'єм газової суміші зменшується. Ступінь зменшення об'єму розраховується по рівнянню:
де А1 і А2 – зміст аміаку на виході й вході в колону синтезу, % об.
Отже, об'єм газу на виході з колони складе:
Vг = 12300 ∙ 0,896 = 11021 м3
Склад газу після синтезу:
-63 % об. 
-21 % об. 
-16 % об.Разом11020 м3-100 % об.
Середня теплоємність цього газу при температурі синтезу дорівнює:
де
- теплоємності компонентів газової суміші, кДж/(кмоль∙ град).Підвищення температури газу на виході з колони синтезу в адіабатичних умовах за рахунок теплоти реакції складе:
У такий спосіб температура газової суміші на виході з колони синтезу складе:
2.2 Завдання 2
Синтез аміаку здійснюється в колоні під тиском 3,03*107 Па (300 атм) і при температурі 4500С. Газ, який виходить з колони має наступний склад в % об.: NH3 – 17; N2 - 11; H2 – 72. Розрахувати співвідношення N2 і H2 у газі, що надходить у колону синтезу.
Рішення:
Рівняння реакції синтезу аміаку:
N2 + 3H2 = 2 NH3
За умовою в рівноважній газовій суміші міститься 17 % об. аміаку або 0,17 моль приходиться на частку аміаку в 1 моль газу. Відповідно до рівняння реакції, для одержання цієї кількості аміаку витрачається:
азоту: 0,17/2 = 0,085 моль
водню: 3*0,17/2 = 0,225 моль
Склад реагентів у вихідному газі:
азоту: 0,11 + 0,17/2 = 0,195 моль
водню: 0,72 + 0,225 = 0,975 моль моль
разом 1,17 моль
або
азоту: 0,195/1,17*100 = 16,7% про.
водню: 0,975/1,17*100 = 83,3% про.
Співвідношення N2 : H2 у вихідній суміші 16,7 6 83,3 = 1:5
2.3 Завдання 3
Для процесу синтезу аміаку розрахувати рівноважний вихід аміаку й величину константи рівноваги
при температурі t1 = 6000С. Процес здійснюється під тиском Р = 3*107 Па (300 атм). Вихідна суміш містить реагенти в стехіометричному співвідношенні.Рішення:
Рівняння реакції синтезу аміаку:
N2 + 3H2 = 2 NH3
або
1/2N2 + 3/2H2 = NH3
При температурі Т и тиску Р визначимо парціальні тиски компонентів у газовій суміші, позначивши через Хр – рівноважний зміст NH3 у газі:
Підставивши значення парціальних тисків у вираження, що визначає Кр, одержимо:
Позначивши
, одержимо квадратне рівняння 
По рівнянню Ларсона й Доджа, що визначає взаємозв'язок між константою рівноваги, коефіцієнтом β і постійної інтегрування I при різних тисках
де β - поправочний коефіцієнт на тиск
підставивши відповідні значення βі I з довідкових даних, одержимо:
Р, атβI
1001,256*10-4-2,113
3001,256*10-4-2,206
60010,856*10-4-3,059
100026,833*10-4-4,473
2.4 Завдання 4
Обчислити константу рівноваги реакції синтезу аміаку при температурі 4500С, виражену через парціальні летючості компонентів у рівноважній системі (Кf).
Рішення:
Статистична термодинаміка дозволяє робити розрахунки абсолютних значень різних термодинамічних функцій, за допомогою яких можна визначити константу рівноваги будь-якої хімічної реакції.
Обчислення констант рівноваги газових реакцій можна робити по наведених енергіях Гібса. Залежність константи рівноваги від термодинамічних функцій описується рівнянням:
де ΔН00 – тепловий ефект реакції при 1 атм. і абсолютному нулі;
- наведена енергія Гібса, яку розраховують методами статистичної термодинаміки на підставі спектроскопічних даних | Речовина | -  , Дж/(моль*град) | Н0 Т - Н00 кДж/моль | ΔН0f,0 кДж/моль | ||
| 500 К | 800 К | 723К | |||
| Н2 | 116,922 | 130,482 | 127 | 8,447 | 0 |
| N2 | 177,473 | 191,276 | 187,7 | 8,669 | 0 |
| NH3 | 176,816 | 194,455 | 89,9 | 10,042 | - 39,221 |
| Δ | 188,9 | -13,926 | -78,442 | ||
Кf = 6
2.5 Завдання 5
реакція синтез аміак
Розрахувати продуктивність колони синтезу аміаку при роботі її на свіжому каталізаторі й після дворічної роботи на цьому ж каталізаторі.
Вихідні дані:
Висота колони, Н, м 14
Внутрішній діаметр колони, D, м0,85
Вміст NH3 у газовій суміші на вході в колону, С1,% 7
Вміст NH3 у газовій суміші на виході з колону, С2,% 17
Об'ємна швидкість, W, год-1 25000
Коефіцієнт використання внутрішнього об'єму
(пакування) колони, β, % 35
Зниження активності каталізатора після двох років
роботи, z,% 20
Рішення:
Об'єм каталізатора, завантаженого в колону синтезу становить:
Визначимо продуктивність колони на початку пробігу каталізатора:
де ρ – щільність аміаку, 0,771 кг/м3.
Через два роки в результаті зниження активності каталізатора вміст аміаку після колони зменшиться й складе
Отже продуктивність колони через два роки складе:
Таким чином, середня продуктивність колони синтезу складе:
(162+120)/2=141 т /добу
1. Аммиак. Вопросы технологии. Под общей редакцией Н.А. Янковского. - Донецк: ГИК “Новая печать”, ООО “Лебедь”. 2001. -496 с.
2. Ганз С.И. Синтез аммиака - М.: Химия, 1983, с.280.
3. Справочник азотчика./Под ред. Е.Я.Мельникова. - М.: Химия, 1986, т.l., с.512.
4. Технология связанного азота / Под ред. В.И.Атрощенко К.: Вища шк., 1985, с.91-94
5. Семенова Т.А., Лейтес И.Л., Аксельрод Ю.В. и др. Очистка технологических газов.- М.: Химия, 1973. -с.248.
6. Атрощенко В.И. и др. Методы расчетов по технологии связанного азота. – К.: Вища школа, 1978. -312 с.
7. Справочное руководство по катализаторам для производства аммиака и водорода. - Л.: Химия, 1971. -288 с.
газов. - М.: Химия, 1971. -298 с.
8. Краткий справочник физико-химических величин.// Под ред. К.П.Мащенко и А.А.Равделя.- Л.: Химия, 1974. -200 с.