Het probleem:evenwicht

Het Haber-Bosch-proces, dat ammoniak (NH3) van stikstof (N2) en waterstof (H2) maakt, is een omkeerbare reactie:

N2 (G) + 3H2 (G) ⇌ 2NH3 (G)

Dit betekent dat de reactie in beide richtingen gaat. Terwijl ammoniak wordt gevormd, begint het ook terug te ontleden in stikstof en waterstof. Bij het evenwicht worden de snelheden van voorwaartse en omgekeerde reacties gelijk en de hoeveelheid ammoniak geproduceerde plateaus.

De oplossing:het principe van Le Chatelier

Chemische fabrikanten gebruiken het principe van le chatelier Om het evenwicht naar het gewenste product te verplaatsen, ammoniak. Dit principe stelt dat als een wijziging van de conditie wordt toegepast op een systeem in evenwicht, het systeem zal verschuiven in een richting die de stress verlicht.

Hier is hoe ze het doen:

* Verwijderen van ammoniak: De meest voorkomende methode is om ammoniak continu uit het reactiemengsel te verwijderen terwijl het wordt gevormd. Dit vermindert effectief de productconcentratie, waardoor het evenwicht naar rechts verschuift (voorstander van de voorwaartse reactie) om meer ammoniak te produceren.

* Druk toevoegen: Het Haber-Bosch-proces vindt plaats onder hoge druk (ongeveer 200 atmosferen). Toenemende druk is de voorkeur aan de zijkant van de reactie met minder mol gas. Omdat er 4 mol gas aan de reactantzijde (1 N2 + 3 H2) en slechts 2 mol aan de productzijde (2 NH3) is (2 nH3), verschuift het evenwicht naar ammoniakproductie.

* Temperatuur: Terwijl een lagere temperatuur theoretisch de ammoniakproductie bevordert, wordt de reactiesnelheid bij lagere temperaturen erg langzaam. Daarom wordt een compromisemperatuur (ongeveer 450-550 ° C) gebruikt en wordt een katalysator (ijzer met promoters zoals kalium en aluminiumoxiden) gebruikt om de reactie te versnellen.

Samenvatting:

Door de omstandigheden te manipuleren (product te verwijderen, de druk te verhogen, de temperatuur te optimaliseren en katalysatoren te gebruiken), kunnen chemische fabrikanten het evenwicht van het Haber-Bosch-proces effectief verschuiven om grote hoeveelheden ammoniak te produceren.