Процесс Оствальда

Процесс Оствальда - это химический процесс, используемый для производства азотной кислоты (HNO 3). Вильгельм Оствальд разработал процесс и запатентовал его в 1902 году. Процесс Оствальда является опорой современной химической промышленности, и он обеспечивает основное сырье для наиболее распространенного типа производство удобрений. Исторически и практически процесс Оствальда тесно связан с процессом Габера, который обеспечивает необходимое сырье аммиак (NH 3).

• 1 Описание
  • 1.1 Этап 1
  • 1.2 Этап 2
  • 1.3 Общая реакция
• 2 Ссылки
• 3 Внешние ссылки

Этап 1

Аммиак превращается в азотную кислоту в 2 стадии. Он окисляется путем нагревания с кислородом в присутствии катализатора, такого как платина с 10% родия. металлическая платина на вате из плавленого кварца, меди или никеля с образованием оксида азота (оксид азота (II)) и воды (в виде пара). Эта реакция является сильно экзотермической, что делает ее полезным источником тепла после ее инициирования:

$4\; NH\; 3\; (г)\; +\; 5\; O\; 2\; (г)\; ⟶\; 4\; NO\; (г)\; +\; 6\; H\; 2\; O\; (г)\; \{\backslash \; Displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{4\; NH3\; (г)\; +\; 5\; O2\; (г)\; ->4\; NO\; (г)\; +\; 6\; H2O\; (г)\}\}\}$(ΔH = 905,2 кДж / моль)

Стадия 2

Вторая стадия включает две реакции и проводится в абсорбционном аппарате, содержащем воду. Первоначально оксид азота снова окисляется с получением азота. диоксид (оксид азота (IV)). Затем этот газ легко абсорбируется водой, давая желаемый продукт (азотную кислоту, хотя и в разбавленной форме), при восстанавливая часть ее обратно в оксид азота:

$2\; NO\; (г)\; +\; O\; 2\; (г)\; ⟶\; 2\; NO\; 2\; (г)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{2\; NO\; (г)\; +\; O2\; (г)\; ->2\; NO2\; (г)\}\; \}\}$(ΔH = −114 кДж / моль)

$3\; NO\; 2\; (г)\; +\; H\; 2\; O\; (l)\; ⟶\; 2\; HNO\; 3\; (водн.)\; +\; NO\; (g)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{3\; NO2\; (g)\; +\; H2O\; (l)\; ->2\; HNO3\; (вод.)\; +\; NO\; (g)\}\}\}$(ΔH = -117 кДж / моль)

NO рециркулируют, а кислоту концентрируют до требуемой концентрации с помощью дистилляции.

И, если последняя стадия проводится на воздухе:

$4\; NO\; 2\; (\; г)\; +\; O\; 2\; (г)\; +\; 2\; H\; 2\; O\; (л)\; ⟶\; 4\; HNO\; 3\; (водный\; раствор)\; \{\backslash \; Displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{4\; NO2\; (г)\; +\; O2\; (г)\; +\; 2\; H2O\; (л)\; ->4\; HNO3\; (aq)\}\}\}$(ΔH = -348 кДж / моль). [In Absorption Tower].

Типовые условия для первой стадии, которые способствуют общему выходу ab из 98%, составляют:

• давление в пределах 4–10 стандартных атмосфер (410–1000 кПа; 59–150 фунт / кв. Дюйм) и
• температура составляет около 870–1 073 К (600–800 ° C; 1100–1 500 ° F).

Следует принять во внимание осложнение, связанное с побочной реакцией. на первом этапе, который превращает оксид азота обратно в азот:

$4\; NH\; 3\; +\; 6\; NO\; ⟶\; 5\; N\; 2\; +\; 6\; H\; 2\; O\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{4\; NH3\; +\; 6\; NO\; ->5\; N2\; +\; 6\; H2O\; \}\}\}$

Это вторичная реакция, которая сводится к минимуму за счет уменьшения времени контакта газовых смесей с катализатором.

Общая реакция

Общая реакция представляет собой сумму первого уравнения, 3 раза второго и 2 раза последнего уравнения; все делится на 2:

$2\; NH\; 3\; (g)\; +\; 4\; O\; 2\; (g)\; +\; H\; 2\; O\; (l)\; ⟶\; 3\; H\; 2\; O\; (г)\; +\; 2\; HNO\; 3\; (водный\; раствор)\; \{\backslash \; Displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{2\; NH3\; (г)\; +\; 4\; O2\; (г)\; +\; H2O\; (л)\; ->3\; H2O\; (г)\; +\; 2\; HNO3\; (водный\; раствор)\; \}\}\}$(ΔH = −740,6 кДж / моль)

В качестве альтернативы, если последний этап осуществляется на воздухе, общая реакция представляет собой сумму уравнения 1, 2 умноженного на уравнение 2 и уравнение 4; все делится на 2.

Без учета состояния воды

$NH\; 3\; (г)\; +\; 2\; O\; 2\; (г)\; ⟶\; H\; 2\; O\; +\; HNO\; 3\; (водный\; раствор)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{\; NH3\; (г)\; +\; 2\; O2\; (г)\; ->H2O\; +\; HNO3\; (водн.)\}\}\}$(ΔH = −370,3 кДж / моль)