Факторы, влияющие на выход NO

Время контакта аммиака с катализатором.

Оптимальное время контакта 0,0001-0,0002с. При увеличении времени контакта выход NO падает из-за вредных побочных реакций.

Соотнощение O₂: NH₃

Сотнощение O₂: NH₃ по стехиометрии составляет 1:1,25

Выход NO очень сильно зависит от соотношения O₂: NH₃

При использовании платинового катализатора и Р=1атм выход NO составляет:

O2: NH3	0,5	1,0	1,5	2,0
выход NO, %

В промышленности для повышения выхода NO и увеличения скорости реакции соотношение O₂: NH₃ обычно поддерживают на уровне 1,8-2,0, то есть содержание NH₃ в воздушно-аммиачной смеси равно 10-12%.

Аммиачно-воздушная смесь при определенной концентрации аммиака становится взрывоопасной. С повышением температуры область взрывоопасности расширяется. Однако, в производственных условиях работают с применением составов, находящихся за пределами взрывоопасности.

Температура.

Повышение температуры до определенного предела благоприятно влияет на скорость процесса

Оптимальной является температура 700-900 ⁰С (при давлении 1 ат) и 800-900⁰С (при давлении 10 ат)

Давление.

Количество газа в левой части ненамного меньше, чем в правой. Поэтому увеличение давления приводит к смещению равновесия влево, что нежелательно, однако смещение это незначительно, поэтому процесс ведут как при атмосферном давлении, так и при повышенном.

II. Окисление NO до NO₂

Окисление NO до NO₂ идет по следующей реакции:

2NO + O₂ ↔ 2NO₂ + 112.3 кДж

Эта реакция идет с уменьшением объема и выделением тепла, следовательно уменьшение температуры и повышение давления будут смещать равновесие вправо и увеличивать выход NO₂.

Ниже 150 ⁰С эта реакция практически полностью протекает в сторону образования NO₂. При повышении температуры равновесие сдвигается влево и при t>800⁰С идет только обратная реакция. Эта реакция является исключением из общего правила, так как с ростом температуры ее скорость падает.

Объяснение этому факту: считают, что окисление NO в NO₂ идет в две стадии:

1-я стадия 2NO ↔ (NO)₂+ Q – идет образование димера

2-я стадия (NO)₂ + O₂ ↔ 2 NO₂ + Q

1стадия - процесс обратимый и экзотермический, поэтому повышение температуры смещает равновесие влево и, как следствие, понижается концентрация димера.

Скорость же второй стадии зависит от концентрации димера: чем она меньше, тем меньше скорость реакции.

В процессе окисления NO в NO₂ протекает еще ряд побочных реакций, например, образование ассоциатов, N₂O₃ и т.д.

2NO₂ ↔ N₂O₄ + 57кДж

NO + NO₂ ↔ N₂O₃ + 40,2кДж

В результате протекания всех этих реакций образуется смесь нитрозных газов: NO, N₂O₃ , NO₂, N₂O₄ , N₂O, H₂O. Состав смеси может сильно меняться, но основным компонентом всегда является NO₂.

III. Абсорбция NO₂ водой

Абсорбция NO₂ водой – конечная стадия процесса. В процессе абсорбции протекают следующие реакции:

2NO₂ + H₂O ↔ HNO₃ + HNO₂ +116 кДж

N₂O₄ + H₂O ↔ HNO₃ + HNO_{2 +} 59 кДж

Азотистая кислота неустойчива. Она распадается:

3HNO₂ → HNO₃ + 2 NO + H₂O -75,8 кДж

Поэтому суммарное уравнение этого процесса имеет вид:

3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO +136 кДж

Из оксидов азота, присутствующих в нитрозной смеси также взаимодействуют с водой:

N₂O₃ + H₂O → 2 HNO₃

NO, N₂O с водой не взаимодействуют

Для повышения степени абсорбции NO₂ водой необходимо увеличение давления и уменьшение температуры. При атмосферном давлении удается получить азотную кислоту с концентрацией не более 50%, а при 10 атм - до 62%.