Två viktiga industriella processer
| Process | Huvudreaktion | Optimala förhållanden |
|---|---|---|
| Haber–Bosch-metoden | N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 | järnkatalysator, 450 °C, 300 bar |
| Kontaktmetoden | 2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 | V2O5-katalysator, 450 °C, 1–2 atm |
Båda reaktionerna är reversibla och exoterma, och antalet mol gas minskar under reaktionen. Därför påverkar ändrade förhållanden båda reaktionerna på samma sätt.
Varför väljs de här förhållandena?
| Ändring | Utbyte | Hastighet |
|---|---|---|
| Höj temperaturen | sjunker | ökar |
| Höj trycket | ökar | ökar |
| Tillsätt en katalysator | ändras inte | ökar |
Vid låg temperatur är utbytet högt, men reaktionen går för långsamt. Därför väljs en mellannivå på ungefär 450 °C. Haber–Bosch-metoden kräver högt tryck, men i kontaktmetoden når utbytet 99.5 % redan vid 1–2 atm, så det är dyrt och onödigt att höja trycket.
I slutet av kontaktmetoden absorberas SO3 inte direkt i vatten, eftersom det bildar en syradimma. Den absorberas först i koncentrerad svavelsyra så att oleum H2S2O7 bildas, och späds sedan med vatten.
I verkliga fabriker varierar trycket, och Haber–Bosch-metoden kan också använda ungefär 200 atm. Under en passage blir bara ungefär 15 % av kvävet och vätet ammoniak, men gasen som inte har reagerat skickas tillbaka, vilket ger totalt ungefär 98 %. Utbytesvärdena i simulatorn kommer från en modell som visar effekterna, så de är inte desamma som de här verkliga värdena.
Justera processens förhållanden i appen Nalukh chem
Ändra temperatur och tryck och jämför utbyte och hastighet. Den här simulatorn ingår när du har full tillgång. Appen är gratis att ladda ner, och 2 kapitel och 5 simulatorer är öppna utan registrering.
Hur använder du simulatorn?
- Tryck på en process i listan till vänster. Det finns 8 processer: svavelsyra, ammoniak, salpetersyra, kalk, cement, stål, zink och svavel.
- I läget Utforska använder du vänster- och högerpilarna i mittpanelen för att gå mellan stegen. Förhållandena, reaktionsformeln och förklaringen visas till höger. Ett steg utan reaktion har etiketten Fysikaliskt steg.
- I läget Justera väljer du Haber–Bosch-metoden eller kontaktmetoden. Läget fungerar inte för de andra sex processerna.
- Flytta reglagen Temperatur och Tryck och tryck på katalysatorknappen för att slå på eller av den. Utbyte och Hastighet ändras direkt. Knappen Optimalt återställer startförhållandena.
- Läget Test har 6 frågor: ordna stegen, välja förhållanden och identifiera reaktioner.
Uppgifter att prova i simulatorn
- Utgå från förhållandena Optimalt i Haber–Bosch-metoden och ställ temperaturen på ungefär 350 °C. Se hur Utbyte stiger och Hastighet sjunker. Varför väljer fabrikerna inte en låg temperatur?
- Stäng av katalysatorknappen. Utbyte är oförändrat, och Hastighet sjunker kraftigt.
- Ställ temperaturen på 550 °C i kontaktmetoden. Utbytet sjunker från 99.5 % till 88 %.
- I läget Utforska går du igenom masugnens steg och tar reda på vad som reducerar hematit. Svar: kolmonoxid, CO.
