АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Физико-химические основы процесса

Читайте также:
  1. A) это основные или ведущие начала процесса формирования развития и функционирования права
  2. V1: Социально-правовые основы природопользования
  3. А) Теоретические основы термической деаэрации
  4. Анализ бизнес-процесса(ов) предприятия и построение моделей
  5. Безопасность технологического процесса и оборудования
  6. Биотические отношения как основы формирования биоценоза.
  7. В рамках единого педагогического процесса коррекция выступает как совокупность коррекционно-воспитательной и коррекционно-развивающей деятельности.
  8. В чем сущность процесса известкования воды.
  9. В чем сущность процесса коагуляции воды.
  10. Важнейшие показатели процесса естественного возобновления леса.
  11. Важнейшими факторами развития личности являются (фактор — движущая сила, причина какого-л процесса, явления) противоречия, обусловленные наследственностью, средой и воспитанием.
  12. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ: ТИПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ, БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ.

КОНТАКНОЕ ОКИСЛЕНИЕ АММИАКА

 

Современные способы производства азотной кислоты основаны на контактном окислении аммиака. При окислении аммиака на различных катализаторах и в зависимости от условий, протекают следующие реакции (1,2,3):

4NH3+5O2=4NO+6H2O+907,3 кДж; (1)

4NH3+4O2=2N2O+6H2O+1104,9 кДж; (2)

4NH3+3O2=2N2+6H2O+1269,1 кДж. (3)

Кроме реакций (1-3) возможны и другие, протекающие в приповерхностных слоях катализатора. Например, разложение NO, взаимодействие N2O, NO2 и NH3:

2NO N2+O2;

2NH3+3N2O=4N2+3H2O;

8NH3+6NO2=7N2+12H2O.

Естественно, что реакция (1) будет являться «полезной». Термодинамические расчеты показывают, что реакции (1–3) практически протекают до конца.

Константы равновесия для обратных реакций (1–3) при 900°С имеют следующие значения:

,

где k1 - NO+H2O; k2 - NH3+O2.

При 900 °С каталитическое превращение аммиака в конечные продукты достигает 100%, т.е. процесс практически необратим.

Однако, уравнения (1–3) не отражают действительного механизма процесса, т.к. в этом случае в реакции (1) должны были бы одновременно столкнуться 9 молекул; в реакции (3) – 7 молекул. Это практически невероятно (напомнить молекулярность реакций).

Предложено несколько механизмов окисления аммиака на катализаторах. Различия заключаются в следующем:

1. Образование NO и N2 через промежуточное соединение на катализаторе.

2. Образование NO происходит на катализаторе, а образование N2 на катализаторе и в объеме газа.

 

На основании сказанного (о константе равновесия и механизмах окисления) можно констатировать, что выбранный катализатор должен обладать высокой активностью (большая скорость реакции и малое время контакта: при его увеличении возрастает вероятность образования N2) и селективностью по отношению к реакции (1).

Среди нескольких механизмов, предложенных нашими и зарубежными учеными, наибольшее распространение получил, предложенный Л.К. Андросовым, Г.К. Боресковым, Д.А. Эпштейном.

Поэтапно механизм можно представить следующим образом.

1 этап. Окисление поверхности платины. Образуется пероксидный комплекс катализатор–кислород (рис. 6).

Рис. 6. Структура пероксидного комплекса катализатор–кислород

 

2 этап. Диффузия и адсорбция аммиака на покрытой кислородом поверхности. Образуется комплекс: катализатор–кислород–аммиак (рис. 7).

Рис. 7. Структура комплекса катализатор–кислород–аммиак

 

3 этап. Перераспределение электронных связей, разрыв старых связей и упрочнение новых связей.

4 этап. Десорбция продуктов и диффузия в поток газа (устойчивые соединения NO и Н2О удаляются с поверхности).

Освободившиеся центры вновь адсорбируют кислород, поскольку скорость диффузии кислорода выше, чем у аммиака и т.д. По мнению ученых кислород, входящий в решетку катализатора (неплатиновый контакт) в реакции окисления аммиака не участвует (доказано с помощью метода меченых атомов).

Превращение аммиака в азот, по мнению И.И. Бергера и Г.К. Борескова, может происходить в объеме в результате реакций аммиака как с кислородом, так и с оксидом азота.

Различают кинетическую, переходную и диффузионную области протекания процесса. Кинетическая область свойственна низким температурам: она ограничивается температурой зажигания катализатора, при которой отмечается быстрый самопроизвольный разогрев его поверхности, т.е. до температуры зажигания скорость лимитируется скоростью химической реакции на контакте. При Т>Тзаж. уже диффузия контролирует процесс – химическая реакция быстрая. Процесс переходит в диффузионную область. Именно эта область (600–1000°С) характерна для стационарного автотермического процесса в промышленных условиях. Отсюда следует непременное увеличение объемной скорости газа и уменьшение времени контакта.

Реакция окисления аммиака на активных катализаторах начинается раньше: на Рd при 100°С, на Pt при 145°С, на Fe при 230°С; на оксидах металлов температура начала реакции колеблется в широких пределах. Вместе с тем достаточной скорости и степени превращения она достигает при Т>600°С.

 


1 | 2 | 3 | 4 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)