Лекция 6. 2) Влияние давления на смещение равновесия

2) Влияние давления на смещение равновесия.

Пример 6.1.

Получение технологического газа для синтеза аммиака:

И пример (4.2) колонна синтеза (Рис.2.2).

Технологический газ− это ИР в реакции (1.1).

N₂ : H₂=1: 3

Получение Н₂ (конверсия метана):

Она осуществляется в трубчатом реакторе.

Реакционная зона организована набором вертикальных труб с размерами:

высота Н=10,75 м; d_y=70мм; δ_{ст труб}=7 мм. Количество труб 504. Трубы заполнены катализатором – форма: кольца Рашига, активатор NiO (высокотемпературный катализатор).

Рис.6.1. Расположение труб в реакционной зоне печи.

1− корпус печи, покрытый огнезащитной внутренней футеровкой; 2 – набор вертикальных труб, заполненных неподвижным слоем катализатора; 3 – форсуночная горелка; 4 – теплообменное устройство.

Принцип действия:

Предварительно очищенные от сернистых соединений природный газ смешивают в соотношении СН₄:Н₂О=1:4 с парами воды и в виде ИР направляют в реакционную зону.

Реакция (6.3) протекает на внутренней поверхности катализатора, например имеющей такой вид:

На выходе из нижней части реакционной зоны, т.е. труб, остаточная концентрация СН₄ ≤ 8÷10 масс. %, а на входе 25% масс.

Недостатки узла обогрева продуктами сгорания (дымовые газы: СО, Н₂О):

1) локальные перегревы участков вертикальных труб.

2) для утилизации тепла отходящих дымовых газов встроен внутри печи теплообменное устройство.

Проанализируем влияние давления на смещение равновесия:

Используя принцип Ле-Шателье:

В случае когда анализируют влияния давления Р на химическое равновесие, предварительно проводят оценку изменения объема реальной смеси. В качестве оценки выбирают величину

Для реакции (6.4):

. Реакция протекает с увеличением объекта.

А химическая реакция (6.5) протекает с уменьшением объема.

Пример:

Стадия грубой очистки полученного технологического газа (N₂, H₂) j от СО:

Р влияет на смещение равновесия в случае когда ΔNотлично от нуля.

Влияние давления на смещение равновесия реакции (6.4), (6.5)

ΔN > 0

На практике давление 2 Мпа=Р_изб. Т_opt при СН₄ : Н₂О = 1:4 равно 100^оС.

Используют давление Р= 2 МПа, т. к. под этим давлением поступает газ по трубам к заводу (т.к. больше затраты на уменьшение этого давления).

3) Влияние концентрации на химическое равновесие.

Химическая реакция (6.3)

Рассмотрим С.С.С.:

Поэтому необходим избыток водяных паров

N₂:H₂=1:3

4) Влияние инертных газов.

На смещение химического равновесия реакция (1.1):

В технологическом газе присутствуют инертные газы (аргон, криптон и т. п.) эти газы вместе с азотоводородная смесь циркулируют в схеме (рис.2.1). Влияние инертных газов (их увеличение в циркулирующей смеси) аналогично падению общего давления. См. закон Дальтона:

Увеличение концентрации инертных газов, мольная доля исходных реагентов (m_H2; m_N2) уменьшается, следовательно, уменьшается и P_H2 и P_N2, и равновесие смещается.

Реакция (1.1):

P↑ ← - равновесие смещается влево;

X_N2e↓.

Дата добавления: 2014-01-03