Décomposition de l'ammoniac

[Thermak95]

Bonjour à tous,

J'étudie la décomposition de l'ammoniac dans un réacteur à membrane (le dihydrogène est donc à 90% absorbé par la membrane et séparé du mélange d'ammoniac / diazote).
Les conditions de la réaction sont 5 bar et 450°C.

La décomposition de l'ammoniac (NH3) étant une réaction endothermique (46 kJ/mol), la température chute.

J'aimerai calculer la température en sortie de réacteur, seulement je n'ai pas la moindre idée de comment procéder.

J'imagine que Q=nCp[deltaT] ne fonctionne pas puisque je n'ai plus de l'ammoniac mais un melange de N2, H2 et NH3.
De toute façon j'ai essayé au cas où et j'obtiens une T° en-dessous du 0 absolu... soit une chute de + de 900°C.

Mes cours de thermodynamique datent pas mal et je n'ai jamais vraiment eu l'occasion de les appliquer voilà pourquoi je suis un peu perdu.

Savez-vous comment je dois procéder ?

Merci d'avance.
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[jeanne08]

Je ne sais pas ce qui sort de ton réacteur ...
Supposons qu'il entre 1 mol de NH3 à 450°C et qu'il ressorte (1-x) mol de NH3 + x/2 mol de N2 et 3x/2 mol de H2 le tout a tf°C ( la pression est constante) . Entre ce qui sort et ce qui rentre, en supposant le réacteur adiabatique, deltaH = 0
On invente un chemin pour aller de l'état initial à l'état final :
première étape : décomposition de x mol de NH3 à température constante : deltaH1 = x deltarH° dans laquelle deltarH° est l'enthalpie de décomposition de NH3 à 450°C ( à calculer éventuellement ou à considérer proche de 46 kJ/mol si on se contente d'approximation )
deuxième étape : changement de température du mélange ( donc ton de x et les Cp ). Ce deltaH2 dépendnd de tf
et bien entendu deltah1+deltah2 = 0

[Thermak95]

Bonjour,

Merci beaucoup pour l'aide, je crois que j'ai compris le principe.

Je confirme qu'effectivement, la réaction est isobare et le réacteur adiabatique. Dans le réacteur, le H₂ qui sera créé sera à 90% absorbé par la membrane, et donc séparé du mélange présent dans le réacteur.
Ce qui sort du réacteur est donc une infime partie de NH₃ non converti (0,3%), du N₂, et les 10% de H₂ qui n'ont pas été absorbés par la membrane.

Donc si je reformule pour être certain d'avoir compris, je suis déjà en capacité de calculer, avec x étant mon taux de conversion de 99,7%, ΔH₁=x*n*ΔH_r^450°C (l'approximation avec 46kJ/mol est suffisante pour moi à ce stade).

Grace à ça je peux faire ΔH₂=-ΔH₁, avec ΔH₂=ΔQ=x*n*c_p*(Tf-450), ce qui me permettrait de déterminer Tf ?

Mais du coup quel c_p et quel n dois-je utiliser dans la formule ? Celui du NH₃, du N₂, du H₂ ? Et à quelle température dois-je le prendre ? Ou bien pour n je dois considérer tout ce qui reste après conversion, peu importe le composé, et pour le c_p je dois calculer celui du mélange (là non plus je ne saurai pas faire...).

Encore merci pour l'aide, je sais que ça fait beaucoup de questions, mais j'ai du mal à saisir comment procéder ici.

[jeanne08]

Donc x=0,997 que l’on peut confondre avec 1 (si un calcul approximatif suffit)
On raisonne sur 1 mol de NH3 entrant à 450 °C et qui se transforme en 0,5 mol de N2 et 1,5 mol de H2 à la température tf
Pour calculer deltH2 tu vas donc faire passer 0,5 mol de N2 et 1,5 mol de H2 de 450 à tf . Tu as besoin de chercher sur internet les cp de ces gaz pour poser ce calcul …

[A voir en vidéo sur Futura]

[Thermak95]

Ok, c'est noté, j'ai compris. Merci beaucoup pour ton aide !