Πώς συντίθεται το αέριο του γαλλίου στην αμμωνία;
1. Αντιδραστήρια:
* Αέριο αζώτου (n₂): Που λαμβάνεται από τον αέρα, ο οποίος είναι περίπου 78% άζωτο.
* Αέριο υδρογόνου (h₂): Συνήθως παράγεται από την αναμόρφωση του φυσικού αερίου (μεθάνιο) (μεθάνιο).
2. Η αντίδραση:
Η αντίδραση λαμβάνει χώρα υπό συγκεκριμένες συνθήκες:
* υψηλή πίεση: Συνήθως περίπου 200 ατμόσφαιρες (ATM).
* υψηλή θερμοκρασία: Συνήθως περίπου 450-550 ° C.
* Catalyst: Το οξείδιο του σιδήρου (Fe₃o₄) αναμειγνύεται με μικρές ποσότητες οξειδίου καλίου (K₂O) και οξείδιο του αργιλίου (AL₂O₃).
Η ισορροπημένη χημική εξίσωση για την αντίδραση είναι:
n₂ (g) + 3H₂ (g) ⇌ 2nh₃ (g)
Αυτή η αντίδραση είναι αναστρέψιμη και εξωθερμική .
3. Ισορροπία και απόδοση:
* Αρχή του Le Chatelier: Η υψηλή πίεση ευνοεί την αντίδραση προς τα εμπρός (παραγωγή αμμωνίας) επειδή μετατοπίζει την ισορροπία προς την πλευρά με λιγότερα γραμμομορείς αερίου.
* Catalyst: Ο καταλύτης σιδήρου επιταχύνει τον ρυθμό αντίδρασης χωρίς να αλλάζει τη θέση ισορροπίας.
* Βελτιστοποίηση της απόδοσης: Η διαδικασία έχει σχεδιαστεί για να μεγιστοποιήσει την απόδοση αμμωνίας ενώ ελαχιστοποιεί την κατανάλωση ενέργειας.
4. Διαχωρισμός και ανακύκλωση:
* Η παραγόμενη αμμωνία διαχωρίζεται από τα αζωτούχα αζώτου και υδρογόνου που δεν αντέδρασε.
* Τα αέρια που δεν έχουν αντιδράσει ανακυκλώνονται πίσω στον αντιδραστήρα για να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα.
Συνολικά, η διαδικασία Haber-Bosch είναι μια πολύπλοκη και ενεργειακή διαδικασία που περιλαμβάνει διάφορα βήματα και βελτιστοποιήσεις για την αποτελεσματική παραγωγή αμμωνίας. Είναι ένας ακρογωνιαίος λίθος της σύγχρονης γεωργίας και έχει επηρεάσει σημαντικά την παγκόσμια προσφορά τροφίμων.
