Deux procédés industriels essentiels
| Procédé | Réaction principale | Conditions optimales |
|---|---|---|
| Procédé Haber | N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 | catalyseur au fer, 450 °C, 300 bar |
| Procédé de contact | 2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 | catalyseur V2O5, 450 °C, 1–2 atm |
Les deux réactions sont réversibles et exothermiques, et le nombre de moles de gaz diminue au cours de la réaction. Un changement de conditions agit donc de la même façon sur les deux réactions.
Pourquoi choisir ces conditions ?
| Changement | Rendement | Vitesse |
|---|---|---|
| Augmenter la température | baisse | augmente |
| Augmenter la pression | augmente | augmente |
| Ajouter un catalyseur | ne change pas | augmente |
À basse température, le rendement est élevé, mais la réaction est trop lente. On choisit donc une température intermédiaire d’environ 450 °C. Le procédé Haber a besoin d’une pression élevée, mais dans le procédé de contact, le rendement atteint 99.5 % dès 1–2 atm : augmenter la pression serait coûteux et inutile.
À la fin du procédé de contact, SO3 n’est pas absorbé directement dans l’eau, car cela forme un brouillard d’acide. Il est d’abord absorbé dans de l’acide sulfurique concentré pour former de l’oléum H2S2O7, puis dilué avec de l’eau.
Dans les vraies usines, la pression varie, et le procédé Haber peut aussi fonctionner à environ 200 atm. En un seul passage, environ 15 % seulement du diazote et du dihydrogène deviennent de l’ammoniac, mais le gaz qui n’a pas réagi est renvoyé dans le réacteur, ce qui porte le total à environ 98 %. Les rendements du simulateur viennent d’un modèle qui montre les effets, donc ils ne sont pas identiques à ces valeurs réelles.
Règle les conditions des procédés dans l’application Nalukh chem
Change la température et la pression, et compare le rendement et la vitesse. Ce simulateur est inclus dans l’accès complet. Le téléchargement est gratuit, et 2 chapitres et 5 simulateurs sont accessibles sans compte.
Comment utiliser le simulateur ?
- Appuie sur un procédé dans la liste de gauche. Il y a 8 procédés : acide sulfurique, ammoniac, acide nitrique, chaux, ciment, acier, zinc et soufre.
- En mode Explorer, utilise les flèches gauche et droite du panneau central pour passer d’une étape à l’autre. Les conditions, l’équation et l’explication apparaissent à droite. Une étape sans réaction porte la mention Étape physique.
- En mode Régler, choisis le procédé Haber ou le procédé de contact. Ce mode ne fonctionne pas pour les six autres procédés.
- Déplace les curseurs La température et La pression, et appuie sur le bouton du catalyseur pour l’activer ou le désactiver. Rendement et Vitesse changent aussitôt. Le bouton Optimal remet les conditions de départ.
- Le mode Test propose 6 questions : mettre les étapes dans l’ordre, choisir des conditions et identifier des réactions.
Exercices à essayer dans le simulateur
- À partir des conditions Optimal du procédé Haber, règle la température sur environ 350 °C. Regarde Rendement monter et Vitesse baisser. Pourquoi les usines ne choisissent-elles pas une basse température ?
- Désactive le bouton du catalyseur. Rendement ne change pas, et Vitesse baisse fortement.
- Dans le procédé de contact, règle la température sur 550 °C. Le rendement passe de 99.5 % à 88 %.
- En mode Explorer, parcours les étapes du haut fourneau et trouve ce qui réduit l’hématite. Réponse : le monoxyde de carbone, CO.
