ENS

TapLeAu II.

Ten degrés Pour 100 d’ammoniaque centigrades. — LogK. K. ÉMEET 1500 4,4509 0,000037 O,0011 2000 4,665a 0,0000215 0,0007 2500 4,6303 0,0000234 0,00076 3000 4,4144 0,0000389 0,00125

Le fait a été vérifié expérimentalement par Maxted (47), bien que les chiffres trouvés ne correspondent pas aux chiffres théoriques. Il est bon, toutefois, de faire toutes réserves sur les conséquences d’une extrapolation aussi lointaine; le renversement de l'équilibre est dû principalement au jeu du terme en T?, terme de correction dont la précision ne peut être très grande.

Ces données nous permettent de poser a priori les grandes lignes du problème, d'étudier d'avance l’influence des différentes variables.

Composition du mélange gazeux réactionnel optima. — La discussion précédente nous a montré que le mélange optima se trouvait être Justement le mélange théorique, 1° d’azote pour 3° d'hydrogène. L'emploi d’un tel mélange présente encore un autre avantage : sa composition après réaction et après élimination de l’ammoniaque formée est restée la même; il peut donc resservir de nouveau, sans être modifié, jusqu'à combinaison totale. Ce n’est pas le cas pour tous les mélanges autres que le mélange théorique.

Température optima. — Un simple coup d’œil jeté sur le Tableau précédent montre tout l’intérêt qu’il y a à opérer à la plus basse température possible, et comme la réaction ne se passe pas d’elle-même aux températures moyennes, la recherche d’un catalyseur suffisamment actif s’impose en premier chef. C’est là principalement le but du travail que nous avons entrepris.

Lorsqu'on opère avec un catalyseur donné, et que l’on élève progressivement la température, deux facteurs interviennent en sens contraire sur la quantité d’ammoniaque formée pour un temps de contact déterminé, d’une part l'augmentation générale de la vitesse des réactions, d’autre part l’abaissement de la teneur en ammoniaque à l'équilibre. Il doit donc exister, pour un volume donné de chaque catalyseur, et pour chaque vitesse de passage du mélange gazeux réactionnel, une température optima.

or

Pression optima. — Rien ne s’oppose en théorie à l’existence d’un catalyseur suffisamment actif pour pouvoir être employé industriellement aux basses températures, au-dessous de 3009 C, par exemple; mais jusqu'à présent nous n’en connaissons pas. Au-dessus de 3009, 1l ne peut être question d'opérer à la pression atmosphérique, et l’on est amené nécessairement à travailler sous pression. L’avantage en est d'autant plus grand que si la teneur en ammomiaque croît proportionnellement à la pression (tout au moins dans une certaine limite), l’énergie dépensée pour la compression ne croît que comme le logarithme de la pression. Mais ceci n’est plus vrai lorsque la teneur en ammoniaque devient élevée; le bénéfice d’une forte pression se fait moins sentir, et il existe même une pression optima que lon peut calculer par avance.

Soit y la concentration en ammoniaque à l'équilibre à diverses pressions qui nous est donné par la relation (1). En tenant compte de la contraction, le volume de gaz à comprimer pour obtenir y" d’ammoniaque, sera de (1 + y)” du mélange : 1° d’azote, 3"! d'hydrogène. En admettant dans une première approximation que la dépense d’énergie fût la même pour 1 K$ de ce mélange que pour 1K£ d’air, la compression adiabatique de (1 + y)" du mélange à la température ordinaire, soit 2930 absolus, nécessitera une dépense de travail € :

G—(1+7)o,381 x 293 X 71,6 (1 — P9291) kgm

(1° du mélange pesant 0K8,38r).

On peut par suite calculer la dépense de travail de compression par mètre cube d’ammoniaque formée à l'équilibre, à 6000 Ce par exemple, et à diverses pressions.

(Ce calcul très approché n’est fait, bien entendu, que pour démontrer l’existence d’une pression optima.)

Les résultats obtenus, rassemblés dans le Tableau [IT, montrent que pour un catalyseur fonctionnant à 6009, la pression optima est voisine de 2000%% (1).

(1) Nous avions déjà développé ces considérations lorsque parurent les Notes de G. Claude sur l'emploi industriel des hyperpressions et leur application à la synthèse de l’'ammoniaque (C. R. Acad. Sc., t. 169, 1919, p. 649 et 1039) qui viennent confirmer notre raisonnement.

nu gen

Tasceau DT.

G10- kgm dépensé © 10° Ron pour la compression Y ym° d'Az H° de (1+ y)m° dépensé par m° P en atm. formé. de Az? + 3 H°. de Az H* formé. 30 0,0143 17520 1207 200 0,0825 31,78 385 500 0,1714 47,76 278 1000 0,2651 65,37 246 2000 0,97806 89,61 207 3000 0,4480 107,30 239 4000 0,5035 122200 243

IL est bien évident qrie la pression optima sera d’autant plus faible que la température sera plus basse et l’on peut ainsi calculer par avance, après avoir déterminé expérimentalement la température optima de fonctionnement d’un catalyseur, la pression sous laquelle il serait préférable d’opérer.

Circulation continue. — En admettant que des opérations, sous des pressions de l’ordre de 1000*"" et à des températures supérieures à 2009, soient réalisables, on voit que, même dans ce cas, la réaction ne peut pas être complète; ainsi à 6000, sous 1000"!", la teneur à l’équilibre n’est que de 26,5 pour 100 (1). On sera donc amené à opérer en circulation continue, le mélange gazeux réactionnel repassant sur le catalyseur après élimination de l’ammoniaque formée jusqu’à combinaison totale.

Ceci diminue un peu lintérêt du calcul précédent qui n’en reste pas moins très intéressant pour des catalyseurs plus actifs fonctionnant à plus basse température.

Un dernier facteur reste à considérer; c’est le temps de contact entre le catalyseur et le mélange gazeux; c’est-à-dire la vitesse du mélange gazeux par unité de volume d’espace catalytique. Ceci nous amène à l’étude dynamique de la réaction.