Haber-Bosch 프로세스
암모니아 합성에 대한 반응은 다음과 같습니다.
n ₂ (g) + 3H₂ (g) ⇌ 2NH₃ (g) ΔH =-92.4 kJ/mol
* 발열 반응 : 반응은 발열이므로 열이 방출됩니다.
* 평형 : 반응은 전방 반응 속도 (암모니아를 만드는)가 역 반응의 속도 (암모니아의 분해)와 같은 평형 상태에 도달합니다.
평형 이동 전략
암모니아 생산을 극대화하기 위해 제조업체는 Le Chatelier의 원칙을 사용합니다. 이 원칙은 평형 상태의 시스템이 스트레스를 완화하기 위해 전환 될 것이라고 명시합니다. 그들이 이것을 적용하는 방법은 다음과 같습니다.
1. 고압 :
- 반응은 반응물 측 (1 몰 N + 3 몰 h₂)보다 생성물 측 (2 몰 NH₃)에 가스가 적다.
- 압력이 증가하면 몰의 가스가 적은 측면을 선호하여 평형을 오른쪽으로 밀어 넣습니다 (암모니아 생산).
- 사용되는 전형적인 압력은 약 200 대의 대기입니다 (대기압 200 배).
2. 온도 :
- 반응은 발열 성이므로 열이 방출됩니다.
- 온도를 낮추면 발열 방향이 선호됩니다 (더 많은 암모니아 생성).
- 그러나 온도를 낮추면 * 너무 많은 *가 반응 속도를 크게 느리게합니다.
- 최적의 온도는 약 450 ° C입니다.
3. 촉매 :
- 촉매 (보통 소량의 칼륨 및 산화 알루미늄 알루미늄)가 반응 속도를 높이기 위해 사용됩니다.
- 촉매는 평형 위치를 변경하지 않지만 시스템이 평형에 더 빨리 도달 할 수 있습니다.
4. 암모니아 제거 :
- 암모니아가 생성됨에 따라 반응 용기에서 지속적으로 제거됩니다.
- 이것은 평형을 끊임없이 오른쪽으로 이동시켜 추가 암모니아 생산을 선호합니다.
중요한 메모 :
* 타협 : 평형과 반응 속도를 선호하는 조건 간에는 항상 상충 관계가 있습니다.
* 수율 : Haber-Bosch 공정에서 암모니아의 실제 수율은 100%가 아닙니다. 프로세스는 수익률, 요율 및 경제적 고려 사항의 균형을 맞추기 위해 신중하게 최적화됩니다.
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