ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

Образование аммиака из азота и водорода протекает на ка­тализаторе при высоких давлениях и температурах по уравне­нию:

ЗН₂ + N₂ ↔ 2NH₃+ Q

Эта реакция обратима, протекает со значительным уменьше­нием объема (из четырех объемов водорода и азота получают два объема аммиака) и с выделением большого количества теп­ла. По принципу Ле-Шателье при повышении давления и пони­жении температуры равновесие реакции синтеза аммиака будет сдвигаться в сторону образования аммиака. При повышении давления и постоянной температуре равновесное содержание аммиака в смеси с азотом и водородом увеличивается. При из­вестных значениях константы равновесия Кр для азотоводород­ной смеси стехиометрического состава, пользуясь уравнением:

можно определить равновесные концентрации аммиака при раз­личных температурах.

На рис. Ш-1 приведена зависимость выхода аммиака от дав­ления и температуры равновесной газовой смеси. Если состав азотоводородной смеси, поступающей на синтез аммиака, отли­чается от стехиометрического, равновесные концентрации ам­миака резко снижаются. Этим объясняется необходимость по­лучения в промышленных условиях азотоводородной смеси сте­хиометрического состава.

В азотоводородной смеси, получаемой на промышленных ус­тановках, присутствуют так называемые инертные примеси — метан и аргон, которые не вступают в реакцию, но разбавляют азотоводородную смесь и соответственно снижают равновесную концентрацию аммиака, как это показано ниже для давления 29,4 МПа и температуры 500 °С:

Содержание инертных приме­сей, % ....... 0 5 10 20

Равновесная концентрация ам­миака, %...... 26,4 24,0 21,6 17,7

Тепловой эффект реакции синтеза аммиака зависит от дав­ления и температуры процесса. Ниже приведены значения теп­лового эффекта при различных давлениях и при температуре 500°С: