Fakulteti Nооrganik mоddalar kimyoviy tеxnоlоgiyasi

AMALIY MASHG’ULOT № 3
MAVZU: Sintetik ammiak ishlash chiqarish uchun sarflanayotgan vodorod va azot miqdorlari xisobi. Ammiak sintezi jarayonida ajralayotgan issiqlik xisobi.

Metan konversiyasi natijasida hosil bo’luvchi aralashmani muvozanat sharoitidagi tarkibini aniklash xisoblari.
Sintetik NH₃ ishlab chiqarish uchun mo’ljallangan, ya`ni vodorod ishlab chiqarishda konvertrlangan gazlarning muvozanat sharoitlardagi tarkibi hisoblansin.
SN<sub>4</sub> ning konversiyasi suv bug`i va 40% gacha kislorod bilan boyitilgan havo bilan amalga oshadi, hamda tabiiy gaz, suv bug`i va xavo komronentlari ya`ni (O₂ va N₂) ning dastlabki aralashmada nisbatlari quyidagicha bo’lsa:
Dastlabki ma`lumotlar.
1.Ch₄H₂O_(b)O₂N₂=110,60,9
2. Qo’llangan havoning tarkibi.
A) RO₂=40% (x) O₂
B) RN₂=60% (x) N₂
3. Konversiya jarayonining temperaturasi.
T=1100 K (t=827⁰C)
4. Jarayonlarning umumiy bosimi.
R_um=1 atm.
Echilishi.
Bu masalalarni echish uchun tabiiy gazni 2 bosqichli konversiyalash jarayonida ketishi mumkin bo’lgan kimyoviy reaktsiyalarni yozamiz.

SN_{4 (g)}+N₂O_(b)=SO_(g)+N_{2 (g)}-49,3 kkal/g mol`

N_{2 (g)}+O_{2 (g)}=2N₂O_(b)+1,510⁸ kkal/g mol`
SO<sub>(g)</sub>+N<sub>2</sub>O<sub>(b)</sub>=SO<sub>2(g)</sub>+9,8 kkal/g mol`

Bu masalani echish uchun quyidagi reaktsiyalar muvozanat doimiylarini torish tenglamalarini yozamiz.

K md.1=RsoRn₂ =313
Rsn₄Rn₂o_(b)
K md2=R²n₂o_(b)=1,510¹⁵
R²n₂Ro₂
K md3=(Rso₂Rn_2(g))/(RsoRn₂o_(b))=0,943

Yuqoridagi reaktsiyalar muvozanat doimiysi miqdorini solishtirish 1100 K uchun shuni ko’rsatadiki 2-reaktsiya amaliy jihatdan qaytmas ekan va o’ngga batamom siljigan. Shuning uchun biz muvozanat sharoitlarida gaz aralashmalari tarkibini xisoblashda (1) va (3) kimyoviy reaktsiyalardan foydalanamiz. Chunki ular amaliy jihatdan qaytar. Shunday qilib, hosil qilinayotgan gaz fazasida O₂ molekulalari deyarli bo’lmas ekan. Masalani echish uchun (1) reaktsiya bo’yicha SN₄ ning reaktsiyaga kirishayotgan molekulalar sonini b bilan belgilaymiz. (3) reaktsiya buyicha SO₂ ga kirishgan molekulalar sonini a bilan belgilaymiz va quyidagi jadvalda reaktsiyaga kirishgan va reaktsiya jarayonida hosil bo’lgan kimyoviy moddalar molekulalar sonini, hamda ular ulushli bosimlarini hisoblab ko’rsatamiz.

SN4	1	1-b	(1-b)/(2b+0,9)=Rsn4
N2O	1	1-ba+20,6	(1-ba20,6)/(2b0,9)=Rn2o
O2	0,6	-----	------
SO2	--	a	a(2b0,9)=Rso2
SO	--	ba	ba/(2b0,9)=Rso
N2	--	3ba20,6	(3ba20,6)/(2b0,9)=Rn2
N2	0,9	0,9	0,9/(2b0,9)=RN2
Jami	3,5 kg/mol	2b0,9 mol	1

Bu jadvaldagi b, a va boshqa ulushli bosimlarni hisoblash uchun biz jadvaldagi ulushli bosimlar qiymatlarini quyida ko’rsatilgan kimyoviy reaktsiyalar muvozanat doimiysini torish tenglamalariga qo’yib 2 noma`lumli tenglamalar sistemasini tuzamiz va ularni echib a va b miqdorini hisoblaymiz.

Km.d₁ = (R_SOR²_N2)/(R_SN4R_N2O)=(b-a)(3b+a-20,6)³(2b+0,9)(R+0,9)/(2b+0,9) (2b+0,9)(1-b)(1-b-a+20,6)=313

Km.d₂=(Rso₂Rn₂)/(RsoRn₂o)=a(3b+a20,6)(2b0,9)2b0,9)/(2b0,9) 2b0,9)ba)1-ba20,6)=0,943

Bu tenglamalar oxiriga 1100 K dagi muvozanat doimiysi mikdorini qo’llaymiz, natijada 2 noma`lumli tenglamalar sistemasini hosil qilamiz. Biz bu tenglamalarni soddalashtirish va o’rniga qo’yish usuli bilan aniqlaymiz.
Natijada b0,999 kg/mol SN<sub>4</sub> reaktsiyaga kirishayotgan, a0,291 kg/mol SO<sub>2</sub> hosil bo’lganligini aniqlaymiz. Bu sonlardan foydalanib SN<sub>4</sub> konversiyasi jarayonining muvozanat sharoitidagi quruk gaz tarkibini hisoblab toramiz. Ikki xil o’lchov birliklarida ya`ni kg/mol va xajmi % da quyidagi jadvalni tuzamiz.

komronentlar	tenglamalar	Kg/mol`	%
SN4	1-b	0,001	(0,001*100)/3,988=0,025
SO	ba	0,708	17,66
SO2	a	0,291	7,315
N2	3ba2*0,6	2,088	52,50
N2	0,9	0,9	22,50
jami		3,988	100,00

Metanni xajmini % da torish uchun kg/mol`ni summaga bo’lib, 100 ga kupaytiramiz. Quyidagi jadvallarda konvertirlangan quruq gazlarning tarkibida keltirilgan, konversiya jarayonida muvozanat sharoitidagi suv bug`larining miqdorini aniqlaymiz.

N₂O=1- 0,999-0,291+20,6=0,91 kg/mol` N₂O _(b)

SO gazining suv bug`i bilan konversiyasi natijasida 1 kg/mol` N₂ hosil bo’ladi. Shuni e`tiborga olgan xolda, textonologik hisoblarda quruq konversiyalangan gaz tarkibidagi SO+N<sub>2</sub> miqdori yig`indisini azot miqdoriga yig`indisini aniqlaymiz.

N₁=(CO+H₂)/N₂=(17,66+52,50%)/22,50%=3,12

Bu erda shuni eslamoq kerakki SN₄ ni konversiyasi natijasida hosil bo’lgan SO gazi 1chi konversiyalangandan keyin 2chi konversiyaga ham yuboriladi.

SO+N₂O=SO₂+N₂+Q
1chi tenglamaga muvofik SO ga teng mikdorida N₂ hosil bo’lishi mumkin. Bu vaqtda hosil bo’lgan 3,12 soni N₂ ni N₂ ga nisbati NH₃ ishlab chiqarish uchun kerak bo’lgan nisbatga juda yaqin, chunki sintetik ammiak quyidagi reaktsiya orqali ishlab chiqariladi:

3N₂+N₂=2NN₃+Q

va bu erda N₂ ni N₂ ga nazariy nisbatlari
n₂=N₂/H₂=3/1=3,00
bu nazariy reaktsiyalar uchun.
Endi bu konvertrlangan gaz tarkibidagi suv bug`ini quruq gaz aralashmasiga nisbatlarini aniqlaymiz.

n₃=N₂O/summa0,91/3,988=0,228

Bu oligan natijalar amaliyotdagiga juda yaqin.