Збекистон республикаси олий ва

КИНЕТИКА СИНТЕЗА АММИАКА

Как и любой гетерогеннокаталитический процесс, синтез ам- миака состоит из нескольких стадий, включающих диффузию азота и водорода из объема газовой смеси к поверхности катализатора, активированную адсорбцию молекул азота на активных центрах катализатора с образованием нитридов железа Fe_xN, взаимодейст- вие водорода с нитридами железа с образованием промежуточных комплексов Fe_xNH, Fe_xNH₂, Fe_xNH₃, десорбцию аммиака с поверх- ности катализатора и его диффузию в газовый объем.
Кинетика синтеза аммиака на железных катализаторах изу- чалась многими авторами. По общему признанию, лимитирую- щей стадией процесса является адсорбция молекул азота на по- верхности катализатора. Исходя из этого, М. И. Темкин и

В. М. Пыжов предложили следующее уравнение для описания кинетики синтеза:

3

N
^dPNH  K P (
dτ ^{1 2}
3

P
H₂

P
2
NH₃

)^α  K₂ (

_P2

P

3
^NH3 ₎^1α _,
H₂

где K₁, K₂ – константы скорости прямой и обратной реакции;

N

H
P , P
2 2
, P_NH

• 
  парциальные давления компонентов;  – коэф-
  

3
фициент, характеризующий степень покрытия поверхности ка- тализатора азотом, для железного катализатора величина  со- ставляет 0,5.
Таким образом, в условиях, удаленных от состояния равнове- сия, кинетическое уравнение приобретает вид:

dP ^PN
_P1,5

NH₃
dτ
 K₁
^{2 H}2 _.

3
^PNH

Отсюда следует, что максимальная скорость реакции синтеза в начальный момент соответствует соотношению Н₂ : N₂, равному 1,5, что подтверждает гипотезу о лимитирующей стадии процесса. Зависимость константы скорости от температуры характеризуется следующими данными:

Т, К	700	720	750	770	800
K · 10^–4	0,35	0,94	2,27	5,34	11,8

Величина энергии активации составляет 58,61 кДж/моль. Для расчета концентрации аммиака на выходе из колонны синтеза предложено следующее уравнение:

^K1  0,5(1  x)(1  x)⁴ ln[1 
_w1_P0,5
x² (1  x_p )⁴
],

p
x² (1  x)⁴

где K₁ – константа скорости прямой реакции; w₁ – объемная ско- рость газовой смеси на выходе из слоя катализатора; х – содержа- ние аммиака на выходе из слоя катализатора, мол. дол.; х_р – равно- весное содержание аммиака в газовой смеси, мол. дол.

Использование этого уравнения для практических расчетов затруднительно, поэтому для определения объема катализатора и расчета размеров колонны синтеза используют величину опти- мальной объемной скорости.

Зависимость концентрации аммиака на выходе из колонны синтеза от объемной скорости характеризуется данными, пред- ставленными в табл. 16 и на рис. 18.

Таблица 16