게시판 > 질답게시판 > 암모니아 합성반응 관련 문의드려요~

Stefano

09-05-11 11:02

도서관에서 아래의 서적을 찾아보면 주제를 정리할 수 있습니다. 이해되지 않는 부분은 추가질문해 주세요.
1) 안동혁 저 "화학공학 편람",
2) G.T. Austin, Shreve's Chemical Process Industirs
3) Kirk-Othemer, Encyclopedia of Chemical Process Technologies
4) J. J. Meketta, Encyclopedia of Chemical Processin & Design

스테파노 Stefano

09-05-12 10:22

추가질문에 대한 답글을 이곳에 올려둡니다.

(1) 도서관이나 선배님을 찾아..
3)과 4)는 어지간한 대학도서관에 모두 비치되어 있습니다. 도서관에 없으면 화공엔지니어 선배분들을 찾아가 책을 빌려달라고 하세요. 또 1) 2)는 대학교재로도 사용되기도 합니다.

(2) 전환율 증가 방법

3H2 + 2N2 <---> 2NH3........(1)
암모니아 합성반응은 평형반응이며 발열반응입니다. ⓐ반응평형상수와 ⓑ발열량 및 ⓒ반응속도수식을 이를 앞서 소개한 참고자료를 찾아서 자료를 준비하세요. 준비하면 75점은 (열의를 봐서)기본점수를 받을 수 있습니다. 준비하지 않으면 만점을 받아도 75점밖에 되지 않을 것입니다. 결정은 본인이 하세요.

"반응 평형상수"는 분압으로 나타낼 수 있습니다. (이 수식도 윗 참고도서에서 찾아서 보고서를 준비하세요)

반응식(1)을 보면 "반응물질 5 mole이 2 mole로 변화하고 있기 때문에 반응압력을 높일수록 평형이 우측(즉 암모니아가 생성되는 쪽)으로 이동"이 됩니다. 반응물질중 "질소의 전환율을 높이기 위해서는 수소를 과잉"으로 넣어줄 필요가 있습니다. 또 반응이 "발열 반응이기 때문에 반응온도를 낮게유지함으로써 평형을 우측으로 이동"시킬 수가 있습니다. 이 원리를 "르샤틀리에의 평형이동의 법칙"이라고 합니다.

(3) 반응속도 증가 방법

"반응 속도수식"도 분압으로 나타낼 수 있습니다. "아레니우스 수식"도 찾아보세요 (이들 수식도 윗 참고도서에서 찾아서 보고서를 준비하세요)

일반적으로 반응속도는 온도증가에 따라 증가합니다. 반응속도수식을 쓰고 반응속도에 영향을 주는 요소를 찾아내도록 하세요. 반응평형은 반응속도를 이야기 해주지 않습니다. 단순히 반응평형만을 고려한다면 반응온도가 낮으면 좋겠지만 (1)의 반응은 온도가 너무 낮으면 반응속도가 너무 떨어져 암모니아의 생성속도가 느려집니다. 상업용 암모니아 합성탑은 적절한 반응속도를 얻기 위하여 압력을 높이고 온도를 높여줍니다.

반응평형에 의해 반응이 완전히 진행되지 않기 때문에 미 반응 질소와 수소가 남게 되는데 반응혼합물을 냉각하여 암모니아를 응축시켜 제거하고 미반응 가스는 Recycle Compressor를 사용하여 다시 반응기로 순환합니다.

생성되는 암모니아의 속도에 따라 원료가스인 질소와 수소를 보충해 줍니다. 원료가스 수소 중에 미량의 CH4, 그리고 질소중에 미량의 Argon 가스가 섞여 있게 되는데 미반응물질을 계속 순환하다보면 이들 가스들이 반응계에 노적되게 됩니다. 이들은 반응에 참여하지 않기 때문에 "불활성 가스"라고 하는데 이들의 함량이 많아지면 질소와 수소의 분압이 떨어지고 합성반응의 속도를 떨어뜨리게 됩니다. 됩니다. 따라서 이들 불활성 가스는 "누적되지 않도록 조금씩 배출"시켜 주어야 합니다. 배출하는 위치는 암모니아 응축기와 Recycle Compressor를 지나 반응기에 순환되는 Compressed Recycle Gas로부터 일정비율을 배

(4) 전환율(Conversion)과 수율(Yield)
전환율은 반응기를 통과할 때 "투입된 기준물질 (여기서는 질소)에 대해 생성물로 전환된 비율"을 의미합니다. 투입N2와 생성NH3의 몰수가 같기 때문에 100 mole의 질소로부터 10 mole의 암모니아가 생성되었다면 전환율은 10%가 됩니다.

수(득)율은 투입된 전체 N2양에 대한 생성된 암모니아의 양을 말합니다. 100 mole의 N2를 투입하고 2%의 질소를 배출하고 남은 98 mole이 반응기를 순환하면서 모두 NH3로 되었다고하면 수율은 98%가 됩니다.

(5) 선택율Selectivity)
전환된 기준물질을 기준으로 생성되는 물질의 비율을 말합니다. 반응에 의해 부산물이 많이 생성되는 반응은 선택도(선택율)는 떨어지며 이로 인하여 주제품 수율도 감소합니다.

추가질문에 대한 답글을 이곳에 올려둡니다.

(1) 도서관이나 선배님을 찾아..
3)과 4)는 어지간한 대학도서관에 모두 비치되어 있습니다.  도서관에 없으면 화공엔지니어 선배분들을 찾아가 책을 빌려달라고 하세요. 또  1)  2)는 대학교재로도 사용되기도 합니다.

(2) 전환율 증가 방법

3H2 + 2N2 <---> 2NH3........(1)
암모니아 합성반응은 평형반응이며 발열반응입니다. ⓐ반응평형상수와 ⓑ발열량 및 ⓒ반응속도수식을 이를 앞서 소개한 참고자료를 찾아서 자료를 준비하세요.  준비하면 75점은 (열의를 봐서)기본점수를 받을 수 있습니다.  준비하지 않으면  만점을 받아도 75점밖에 되지 않을 것입니다.   결정은 본인이 하세요.

"반응 평형상수"는 분압으로 나타낼 수 있습니다.  (이 수식도 윗 참고도서에서 찾아서 보고서를 준비하세요)

반응식(1)을 보면  "반응물질 5 mole이 2 mole로 변화하고 있기 때문에 반응압력을 높일수록 평형이 우측(즉 암모니아가 생성되는 쪽)으로 이동"이 됩니다.  반응물질중 "질소의 전환율을 높이기 위해서는 수소를 과잉"으로 넣어줄 필요가 있습니다.  또 반응이 "발열 반응이기 때문에 반응온도를 낮게유지함으로써 평형을 우측으로 이동"시킬 수가 있습니다.  이 원리를 "르샤틀리에의 평형이동의 법칙"이라고 합니다.

(3) 반응속도 증가 방법

"반응 속도수식"도 분압으로 나타낼 수 있습니다.  "아레니우스 수식"도 찾아보세요 (이들 수식도 윗 참고도서에서 찾아서 보고서를 준비하세요)

일반적으로 반응속도는 온도증가에 따라 증가합니다.  반응속도수식을 쓰고 반응속도에 영향을 주는 요소를 찾아내도록 하세요.   반응평형은 반응속도를 이야기 해주지 않습니다.   단순히 반응평형만을 고려한다면 반응온도가 낮으면 좋겠지만  (1)의 반응은 온도가 너무 낮으면 반응속도가 너무 떨어져 암모니아의 생성속도가 느려집니다.   상업용 암모니아 합성탑은  적절한 반응속도를 얻기 위하여 압력을 높이고 온도를 높여줍니다.

반응평형에 의해 반응이 완전히 진행되지 않기 때문에 미 반응 질소와 수소가 남게 되는데 반응혼합물을 냉각하여 암모니아를 응축시켜 제거하고 미반응 가스는 Recycle Compressor를 사용하여 다시 반응기로 순환합니다.

생성되는 암모니아의 속도에 따라 원료가스인 질소와 수소를 보충해 줍니다.  원료가스 수소 중에 미량의 CH4, 그리고 질소중에 미량의 Argon 가스가 섞여 있게 되는데  미반응물질을 계속 순환하다보면 이들 가스들이 반응계에 노적되게 됩니다.  이들은 반응에 참여하지 않기 때문에 "불활성 가스"라고 하는데  이들의 함량이 많아지면 질소와 수소의 분압이 떨어지고 합성반응의 속도를 떨어뜨리게 됩니다. 됩니다.   따라서 이들 불활성 가스는 "누적되지 않도록 조금씩 배출"시켜 주어야 합니다.  배출하는 위치는 암모니아 응축기와 Recycle Compressor를 지나 반응기에 순환되는 Compressed Recycle  Gas로부터 일정비율을 배

(4) 전환율(Conversion)과 수율(Yield)
전환율은 반응기를 통과할 때 "투입된 기준물질 (여기서는 질소)에 대해 생성물로 전환된 비율"을 의미합니다. 투입N2와 생성NH3의 몰수가 같기 때문에 100 mole의 질소로부터  10 mole의 암모니아가 생성되었다면 전환율은 10%가 됩니다.

수(득)율은 투입된 전체 N2양에 대한 생성된 암모니아의 양을 말합니다.  100 mole의 N2를 투입하고  2%의 질소를 배출하고 남은 98 mole이 반응기를 순환하면서 모두 NH3로 되었다고하면 수율은 98%가 됩니다.

(5) 선택율Selectivity)
전환된 기준물질을 기준으로 생성되는 물질의 비율을 말합니다.   반응에 의해 부산물이 많이  생성되는 반응은 선택도(선택율)는 떨어지며 이로 인하여 주제품 수율도 감소합니다.