De productie van ammoniak

Presentatie over: "De productie van ammoniak"— Transcript van de presentatie:

1 De productie van ammoniak
© H.J.C. Ubbels (2005)

2 Geschiedenis (1) Fritz Haber
Fritz Haber (1868 –1934) was een Duits chemicus. Zijn naam is vooral verbonden aan het Haber-Bosch proces, waarmee stikstof met waterstof kan worden omgezet tot ammoniak. Dit proces is de basis van de kunstmest productie en heeft grote invloed gehad op de productiviteit van landbouwgrond over de gehele wereld. Hij kreeg er in 1918 de Nobelprijs voor….. Fritz Haber

3 Geschiedenis (2) Daarnaast heeft Haber veel tijd en energie besteed aan het onderzoek naar strijdgassen zoals chloor in de Eerste Wereldoorlog, en was hij ook de ontwikkelaar van het cyanide product zyklon B dat als insecticide werd gebruikt, maar later ook in de vernietigingskampen in de gaskamers. Zijn vrouw, die het niet eens was met zijn werk aan gifgassen, pleegde zelfmoord met zijn dienstwapen toen hij persoonlijk toezicht hield op de eerste inzet van gifgas in Ieperen.

4 Geschiedenis (3) Het Haber-Bosch proces is in 1909 ontwikkeld en in 1910 gepatenteerd. Het werd voor het eerst op industriële schaal gebruikt door de Duitsers tijdens de Eerste Wereldoorlog. Duitsland importeerde zijn nitraat tot dan toe uit Chili (chilisalpeter), maar door de oorlog en de grote vraag naar munitie bij een onzekere aanvoerweg was er behoefte aan een alternatieve bron. De geproduceerde ammonia kon worden geoxideerd tot nitraat en het gevormde salpeterzuur kon weer voor het maken van explosieven worden gebruikt.

5 h e t r e a c t i e s c h e m a stikstof + waterstof → ammoniak
Stel de (kloppende) reactievergelijking op!

6 N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g)
Bovenstaande reactie is omkeerbaar en onder bepaalde omstandigheden (die afhangen van de temperatuur) een EVENWICHTSREACTIE: N2 (g) H2 (g) ↔ 2 NH3 (g) Bedenk wat de gevolgen zijn voor de productie van ammoniak.

7 Kenmerken v/h evenwicht (1)
bij een lage (kamer)temperatuur ligt het (homogene) gasevenwicht bijna geheel aan de rechter kant van de pijl (de kant van ammoniak) maar verloopt de reactie (bijna) NIET, omdat de reactiesnelheid (bijna) NUL is (ook in de aanwezigheid van een geschikte katalysator) Bedenk weer wat de gevolgen kunnen zijn voor de productie van ammoniak.

8 Kenmerken v/h evenwicht (2)
bij een hoge temperatuur (450oC) en druk (200 bar) en in aanwezigheid van een katalysator (ijzer) verloopt de reactie zeer snel en is de insteltijd van het evenwicht kort maar verschuift het evenwicht flink naar links (de kant van stikstof en waterstof) en is de opbrengst dus veel lager Bedenk een manier om de opbrengst te verhogen.

9 Productie van ammoniak in de praktijk Kookpunten waterstof 20 K
stikstof 77 K ammoniak 240 K

10

11 Algemene kenmerken van een chemisch evenwicht (1)
bij evenwicht is de reactie snelheid naar rechts (s1) gelijk aan de reactie snelheid naar links (s2), oftewel s1 = s2 Maak een diagram waarbij je op de x-as de tijd uitzet tegen de reactie snelheden s1 en s2 op de y-as.

12

13

14 Algemene kenmerken van een chemisch evenwicht (2)
bij evenwicht is de reactie snelheid naar rechts (s1) gelijk aan de reactie snelheid naar links (s2), oftewel s1 = s2 bij evenwicht veranderen de concentraties van de stoffen niet en blijven dus constant de ligging van een evenwicht hangt alleen af van de temperatuur een evenwicht kan aflopend gemaakt worden door een stof voor of na de pijl te onttrekken aan het evenwicht

15 Rekenen aan een chemisch evenwicht
N2 (g) H2 (g) ↔ 2 NH3 (g) Men laat in een reactor 150 kilomol stikstof reageren met 450 kilomol waterstof. Er stelt zich een evenwicht in, waarbij 120 kilomol ammoniak is ontstaan. Maak een diagram waarbij je op de x-as de tijd uitzet tegen het aantal mol stikstof, waterstof en ammoniak op de y-as.

16 Stofbalans N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g) Stofbalans N2 (g) 3 H2 (g)
…. kmol …. Voor de reactie Tijdens de reactie Na de reactie

17 Stofbalans N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g) Stofbalans N2 (g) 3 H2 (g)
+ 150 kmol + 450 kmol 0 kmol Voor de reactie ? + 120 kmol Tijdens de reactie Na de reactie

18 Stofbalans N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g) Stofbalans N2 (g) 3 H2 (g)
+ 150 kmol + 450 kmol 0 kmol Voor de reactie - 60 kmol - 180 kmol + 120 kmol Tijdens de reactie ? Na de reactie

19 Stofbalans N2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g) Stofbalans N2 (g) 3 H2 (g)
+ 150 kmol + 450 kmol 0 kmol Voor de reactie - 60 kmol - 180 kmol + 120 kmol Tijdens de reactie + 90 kmol + 270 kmol Na de reactie

20

21 Einde van deze presentatie
© H.J.C. Ubbels (2005)