アンモニア合成シミュレーション

この実験について

アンモニアの平衡収率と平衡への到達速度のトレードオフを調べましょう。圧力、温度、供給比を変更し、触媒を加えると何が変わり、何が変わらないかを比較してください。

K_{p} = exp [- (Δ H^{\circ} - T Δ S^{\circ}) / (R T)]

エンタルピーとエントロピーを一定とする近似によって、平衡が定まります。

Q_{p} = \frac{y _{N H_{3}}^{2}}{y _{N_{2}} y _{H_{2}}^{3}} (P / P^{\circ})^{- 2}

平衡反応進行度は、選択した全圧において、反応商 Q p が平衡定数 K p に等しくなる条件を満たします。

ξ (t) = ξ_{eq} (1 - e^{- k t})

別個の緩和モデルは、詳細な反応速度論を主張することなく、有限時間で平衡に近づく様子を示します。

供給物には、N₂が1モルと、選択したH₂対N₂比の水素が含まれ、初期アンモニアは含まれません。理想気体モデルでは圧力は一定に保たれます。
一定の標準エンタルピー（−92.22キロジュール）とエントロピー（−198.75ジュール毎ケルビン）を用いて、記載どおりの反応の平衡定数を近似します。熱容量の変化と気体の非理想性は考慮していません。
現象論的な指数緩和モデルは、計算された平衡反応進行度に近づきます。アレニウス式に基づく速度スケールは説明用であり、触媒によってその値は8倍になります。
この装置は、工業用反応器でも安全設計モデルでもありません。分子のサンプルは組成を示すためのものであり、数値上の物質量では窒素原子と水素原子が厳密に保存されます。

表示されている収率は、正確な工業的予測値ですか？

いいえ。理想気体近似と熱力学的性質を一定とする近似は、傾向を明らかにするためのものであり、高圧や熱容量の重要な影響は考慮していません。

触媒は熱力学的平衡定数を変化させますか？

いいえ。触媒が変えるのは説明用の緩和速度だけで、計算された平衡反応量は変わりません。