синтез NH3. Аммиак бесцветный газ с удушливым резким запахом. При нормальных условиях плотность газообразного nh

• Название: Аммиак бесцветный газ с удушливым резким запахом. При нормальных условиях плотность газообразного nh
• Анкор: синтез NH3
• Дата: 18.12.2019
• Размер: 0.83 Mb.
• Имя файла: sintez-ammiaka_74d840d1ff6.doc
• Тип: Документы; #100821
• страница: 1 из 16

Аммиак – бесцветный газ с удушливым резким запахом. При нормальных условиях плотность газообразного NH₃ составляет 0,771 кг/м³. при охлаждении до -33,4 ^оС (760 мм. рт. ст.) аммиак сжижается и при -78 ^оС затвердевает в виде кристаллов кубической формы. Жидкий аммиак - бесцветная жидкость плотностью 0,6814т/м³ при температуре кипения. Критическая температура аммиака 132,4⁰С, критическое давление 11,15МПа. Теплоемкость аммиака при постоянном давлении и 25^оС равна 35,46 Дж/(моль·К); теплота испарения при-33,4⁰С составляет 23,22 кДж/моль.

Аммиак вступает в реакции присоединения, замещения и разложения. с кислотами аммиак образует соли, например, с азотной кислотой – нитрат аммония (аммиачную селитру).

NH₃ + HNO_{3 =} NH₄NO₃

с серной кислотой – сульфат аммония:

2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄

с экстракционной фосфорной кислотой – фосфаты аммония:

NH₃ + H₃PO₄ = NH₄H₂PO_4тв

2NH₃ + H₃PO₄ = (NH₄)₂HPO_4тв

эти и ряд других солей аммония находят широкое применение в промышленности и в сельском хозяйстве. Жидкий аммиак, его водные растворы, а также растворы карбамида, аммиачной селитры и других солей в аммиаке, называемые аммиакатами, используется в качестве жидких удобрений.

Аммиак хорошо растворяется в воде (около 700 объемов NH₃ в 1 объеме воды при н.у.). при растворении аммиака в воде протекает реакция:

NH₃ + H₂O = NH₄OH

Количество гидроксильных ионов в растворе NH₄OH незначительно, т.к. одновременно происходит распад гидроокиси на NH₄ и H₂O, поэтому NH₄OH рассматривают как слабое основание.
физико-химические основы синтеза аммиака

Практически реакция между азотом и водородом протекает только на катализаторах, в отсутствие их скорость реакции очень мала. Степень превращения N₂ и H₂ в аммиак зависит от условий проведения процесса [температуры, давления, продолжительности (времени) контакта, качества катализатора и конструкции контактного аппарата] и обычно колеблется в пределах 20-30 %.

Для увеличения степени превращения азотоводородной смеси в условиях промышленного синтеза аммиака применяется многократная циркуляция газа через катализатор с промежуточным выделением NH₃ — так называемый круговой аммиачный цикл.

Равновесие реакции синтеза аммиака.

Реакция синтеза аммиака

N₂ + 3H₂ = 2NH₃ + Q [I]

Или 0,5N₂ + 1,5H₂ = NH₃ + Q [II]

обратимая, она протекает с выделением тепла и уменьшением объема. Поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, при повышении давления равновесие этой реакции будет смещаться вправо, т.е. в сторону увеличения содержания аммиака в газовой смеси. Если при 10,0 МПа равновесное содержание NH₃ в газовой смеси составляет 10 %, а при 30 МПа 42 %.

Тепловой эффект реакции мало зависит от температуры, его значение в рабочих пределах температур обычно принимают равным 54050 кДж/кмоль или 3184 кДж/кг.

Согласно принципу Ле-Шателье, с понижением температуры равновесие экзотермических реакций сдвигается в сторону образования продукта. Содержание аммиака в газовой смеси увеличивается. Если при давлении 30 МПа и температуре 600⁰С равновесное содержание NH₃ составляет примерно 12,8 %, то при 500⁰С уже 26 %, а при 400⁰С – 48,2 %.

Константа равновесия. Уравнение константы равновесия реакции (уравнение II) при выражении концентрации реагирующих веществ через их парциальные давления имеет вид:

(1)

парциальные давления N₂, H₂, NH₃ в табл.1 приведены равновесные концентрации аммиака в смеси азота и водорода стехиометрического состава

Таблица 1. Равновесная концентрация NH₃ ( %) в смеси азота и водорода

темпера- тура, oС	давление, МПа
	0,98	2,94	9,8	29,4	58,8	98,1
200	50,66	67,56	74,38	89,94	95,37	98,29
250	28,34	47,22	56,33	81,54	90,66	96,17
300	14,73	30,25	39,41	70,96	84,21	92,55
350	7,41	17,78	25,23	59,12	75,62	87,46
400	3,85	10,15	15,27	47,00	65,20	79,82
450	2,11	5,86	9,15	35,82	53,71	69,69
500	1,21	3,49	5,56	26,44	42,15	57,47
550	0,76	2,18	3,45	19,13	31,63	41,16
600	0,49	1,39	2,26	13,77	23,10	31,43
650	0,33	0,96	1,53	9,92	16,02	20,70
700	0,23	0,68	1,05	7,28	12,60	12,87

Таблица 2. Константы равновесия реакции синтеза аммиака

темпера- тура, 0С	давление, МПа
	0,98	2,94	9,8	29,4	58,8	98,1
200	6,4880	6,5890	7,3680	9,1200	24,9300	103,500
250	1,6993	1,7397	1,9291	2,4090	5,3332	20,1845
300	0,6238	0,6382	0,6966	0,8667	1,7330	5,1340
350	0,2661	0,2699	0,2912	0,3631	0,6529	1,7401
400	0,1282	0,1290	0,1379	0,1717	0,2761	0,6035
450	0,0678	0,0679	0,0724	0,0892	0,1286	0,2336
500	0,0378	0,0384	0,0409	0,0501	0,0646	0,0978
550	0,0238	0,0234	0,0242	0,0300	0,0347	0,0366
600	0,0152	0,0147	0,0153	0,0190	0,0200	0,0206
650	0,0102	0,0100	0,0102	0,0113	0,0116	0,0101
700	0,0071	0,0070	0,0070	0,0087	0,0085	0,0052

Как следует из табл.2 значения К_Р, вычисленные через парциальное давления газов, зависят не только от температуры, но и от давления вследствие отклонения свойств сжатых газов от свойств идеальных газов. Для раствора значений Кр при разных температурах и давлениях предложен ряд эмпирических и теоретических уравнений, из которых наиболее простым является эмпирическое уравнение А.Ларсона и Р.Доджа: