Plan lector equilibrio quimico

La reacción de fijación de nitrógeno para formar amoníaco, como se considera en la Ilustración 13.1-4, se ejecuta en Temperaturas más altas en reactores comerciales para aprovechar las velocidades de reacción más rápidas. Cómo siempre, ya que la reacción es exotérmica, a una presión fija, la conversión de equilibrio (grado de Reacción) disminuye al aumentar la temperatura. Para superar esto, los reactores comerciales son operados a altas presiones. El rango de operación de los reactores comerciales es de presiones de alrededor de 350. Bar y temperaturas desde 350 ° C hasta 600 ° C. Al tratar de encontrar las condiciones operativas económicamente óptimas para el diseño, es frecuente Es necesario tener en cuenta una amplia gama de condiciones. Por lo tanto, determinar la extensión de equilibrio de reacción en el rango de temperatura de 500 a 800 K y el rango de presión de 1 bar a 1000 bar.

SOLUCIÓN

La constante de equilibrio para esta reacción en el rango de temperatura se puede calcular usando los programas en el Apéndice B.1 o B.11, o manualmente usando los datos en el Apéndice A. El resultado es

[pic 1]

¿dónde está el coeficiente de fugacidad de la especie i en la mezcla, y K, es el producto de los coeficientes de fugacidad de especies al poder de sus coeficientes estequiométricos. Usando la misma tarifa, d como en la Ilustración 13.1-4, la ecuación a resolver es

[pic 2]

La dificultad para resolver esta ecuación es que los coeficientes de fugacidad y, por lo tanto, K,, (compuesto utilizando, por ejemplo, la ecuación de estado de Peng-Robinson), depende de las fracciones molares Eso debe obtenerse a partir de la relación de equilibrio. En consecuencia, el cálculo es un complemento citado, iterativo. Los resultados obtenidos utilizando una hoja de trabajo MATHCAD especialmente preparada son

Se muestra en las figuras I y 2.

[pic 3]

  [pic 4]

Hay varias cosas que deben notarse en estas figuras. La primera es que a cualquier temperatura. El grado de equilibrio de la reacción aumenta rápidamente al aumentar la presión. Segundo, en cualquier Presión, la conversión de equilibrio disminuye al aumentar la temperatura.

La relación K, puede ser bastante pequeña, en valor a altas presiones, especialmente a bajas temperaturas. Estafa- En consecuencia, las no idealidades de la fase gaseosa tienen un efecto importante en la conversión de equilibrio.

Esto es evidente en la Figura 2, que muestra el grado de equilibrio de la reacción frente a la temperatura y presión, y donde también hemos trazado los resultados del gas ideal (K, = 1) a 500 y 800 K.B

La discusión hasta ahora se ha restringido a las reacciones en fase gaseosa. Una razón para esto es que un gran número de reacciones, incluyendo muchas reacciones de alta temperatura (excepto reacciones metalúrgicas), ocurren en la fase gaseosa. Además, la identificación de la El estado de equilibrio es más fácil para los gases, ya que las no idealidades son generalmente menos importantes que

...