Производство аммиака
Синтез аммиака — пример того, как знание кинетики и равновесия (раздел 1) определяет технологию. Реакция экзотермическая и идёт с уменьшением объёма газов, поэтому выход растёт при охлаждении и сжатии; но при охлаждении реакция идёт слишком медленно. Инженеры ищут компромисс и применяют общие принципы химического производства: катализ, циркуляцию, теплообмен, противоток.
Сырьё: азот из воздуха; водород — из конверсии метана: \(\ce{CH4 + H2O ->[Ni, t^\circ] CO + 3H2}\), затем \(\ce{CO + H2O -> CO2 + H2}\). Газы очищают от серы и \(\ce{CO}\) — они отравляют катализатор.
\[ \ce{N2 + 3H2 <=>[\text{Fe}] 2NH3} + 92\ \text{кДж} \ (\text{процесс Габера — Боша}). \]
| Условие | Почему именно так |
|---|---|
| Катализатор — пористое железо с добавками \(\ce{K2O}\) и \(\ce{Al2O3}\) | ускоряет реакцию, на равновесие не влияет |
| Температура 450–500 °C | компромисс: равновесие требует низкой температуры (реакция экзотермическая), а скорость — высокой |
| Давление 20–30 МПа | смещает равновесие вправо (4 моль газов \(\rightarrow\) 2 моль) |
| Циркуляция | выход за один проход около 20 %; аммиак отделяют сжижением, непрореагировавшие \(\ce{N2}\) и \(\ce{H2}\) возвращают в колонну |
Научные принципы: противоток, теплообмен (горячая реакционная смесь подогревает исходную), циркуляция (замкнутый цикл), катализ, повышенное давление, непрерывность. Применение: удобрения (\(\ce{NH4NO3}\), \(\ce{(NH4)2SO4}\), карбамид), производство азотной кислоты, соды, взрывчатых веществ, хладагент.
Закрепите теорию: 11 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.
Пройти урок arrow_forward