Question

Какие условия используются для промышленной фиксации азота (в колоннах синтеза аммиака)?

Answer 1

Объяснение: Промышленный способ получения аммиака основан на прямом взаимодействии водорода и азота (процесс Габера) :  

N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г) + 45,9 кДж  

Реакция происходит с выделением тепла и понижением объёма. Следовательно, исходя из принципа Ле-Шателье, реакцию следует проводить при возможно низких температурах и при высоких давлениях — тогда равновесие будет смещено вправо. Однако скорость реакции при низких температурах ничтожно мала, а при высоких увеличивается скорость обратной реакции. Проведение реакции при очень высоких давлениях требует создания специального, выдерживающего высокое давление оборудования, а значит и больших капиталовложений. Кроме того, равновесие реакции даже при 700 °C устанавливается слишком медленно для практического её использования. Применение катализатора (пористое железо с примесями Al2O3 и K2O) позволило ускорить достижение равновесного состояния.

Answer 2

Промышленная фиксация азота в колоннах синтеза аммиака происходит по процессу Габера-Боша. Этот процесс включает в себя следующие условия:

1. Давление: Обычно используется высокое давление, обычно в диапазоне 100-250 атмосфер (10-25 МПа). Высокое давление способствует увеличению конверсии реакции и образованию большего количества аммиака.

2. Температура: Температура также является важным фактором. Оптимальная температура для процесса синтеза аммиака находится в диапазоне 350-550°C (620-1020°F). При более низких температурах скорость реакции снижается, а при более высоких температурах возникают побочные реакции, которые могут уменьшить выход аммиака.

3. Катализатор: Катализатором, обычно используемым для процесса Габера-Боша, является железо. Он может быть в форме катализатора на основе железа, покрытого оксидами и другими веществами, чтобы улучшить его активность и стабильность.

4. Соотношение компонентов: Смесь азота и водорода, подаваемая в реакционную колонну, обычно имеет соотношение водорода к азоту примерно 3:1, что соответствует оптимальным условиям для получения аммиака.

5. Охлаждение: Часть тепла, выделяющегося в ходе реакции, должна быть отводится, чтобы поддерживать оптимальную температуру и предотвращать накопление тепла, которое может привести к нежелательным побочным реакциям.

6. Рециркуляция и разделение: Так как реакция является обратимой, аммиак может быть удалён из равновесной системы с помощью сепарации. Обычно аммиак удаляется из реакционной смеси и сжимается для получения конечного продукта. Необратимость реакции обеспечивается удалением аммиака из системы.

7. Безопасность: Высокое давление и температура делают процесс Габера-Боша опасным с точки зрения безопасности. Поэтому требуются строгие меры безопасности, включая хорошо спроектированные системы для управления давлением и температурой, а также меры предотвращения утечек и аварийных ситуаций.

Условия процесса могут незначительно различаться в зависимости от конкретного производства и используемой технологии, но вышеуказанные параметры обычно остаются ключевыми для промышленной фиксации азота в процессе синтеза аммиака.