अमोनिया किससे प्राप्त होता है? अमोनिया उत्पादन के लिए कच्चा माल

सबक लक्ष्य।

शिक्षात्मक- पाठ के दौरान, अमोनिया, इसकी संरचना, गुण, उत्पादन और उपयोग के बारे में छात्रों के नए ज्ञान के गठन को सुनिश्चित करने के लिए।
अमोनिया अणु की संरचना पर विचार करें। छात्रों को हाइड्रोजन बॉन्डिंग से परिचित कराएं। अमोनिया के गुणों का अन्वेषण करें। रासायनिक बंधन निर्माण के दाता-स्वीकर्ता तंत्र पर विचार करें
शिक्षात्मक- तुलना करने की क्षमता, सामान्यीकरण, सोच विकसित करना, विषय में रुचि।
शिक्षात्मक- रसायन विज्ञान कक्ष में व्यवहार, वीडियो देखते समय अवलोकन, सूचना और संचार संस्कृति बनाने के लिए।

उपकरण। अमोनिया पानी, क्रिस्टलीय NH4Cl और Ca (OH) 2, फिनोलफथेलिन, गैस प्राप्त करने के लिए उपकरण, HCl (conc), KMnO4 (O2 प्राप्त करने के लिए), KI, स्टार्च, लिटमस पेपर, क्रिस्टलाइज़र, सिलेंडर, कांच की छड़ें, प्रयोगशाला स्टैंड।

कक्षाओं के दौरान

I. बुनियादी ज्ञान की प्राप्ति।

हम एक रासायनिक कसरत करते हैं।

ए) नाइट्रोजन के संभावित ऑक्सीकरण राज्यों का नाम दें,

बी) किन मामलों में नाइट्रोजन ऑक्सीकरण गुण दिखाएगा, और किसमें - कम कर रहा है?

c) नाइट्रोजन के भौतिक गुणों की सूची बनाएं।

घ) नाइट्रोजन की रासायनिक जड़ता का कारण क्या है?

ई) नाइट्रोजन किन परिस्थितियों में अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करता है?

ई) प्रकृति में नाइट्रोजन किस रूप में होता है?

ज) प्रकृति के जीवन में नाइट्रोजन की क्या भूमिका है?

द्वितीय. नई सामग्री सीखना।

1. अणु की संरचना।

जब आप फ्रिज का दरवाजा खोलते हैं तो आपको ठंडक का अहसास होता है। तो कौन सा पदार्थ इस घटना का कारण बन रहा है?

जोड़े में काम।

निर्देश संख्या 1।

1. नाइट्रोजन के हाइड्रोजन यौगिकों के लिए अभिक्रिया समीकरण लिखिए।

2. इस यौगिक का इलेक्ट्रॉनिक और संरचनात्मक सूत्र बनाइए।

3. इस अणु में रासायनिक बंधन का निर्धारण करें।

4. नाइट्रोजन परमाणु में आप इलेक्ट्रॉनिक संरचना की क्या विशेषता देखते हैं?

छात्र पाठ्यपुस्तक पीपी 47-48 . के साथ जोड़े में स्वतंत्र रूप से काम करते हैं

फिर, हम मल्टीमीडिया (स्लाइड नंबर 1, 2, 3 और 4) के माध्यम से पूर्ण किए गए कार्य की शुद्धता की जांच करते हैं। प्रस्तुति .

2. अमोनिया के भौतिक गुणों का निर्धारण करें।

समस्या प्रश्न।पानी में अमोनिया की अच्छी घुलनशीलता का क्या कारण है?

अमोनिया की क्रिस्टल जाली आणविक है; अणु हल्का है, लेकिन नाइट्रोजन अणु के विपरीत, यह ध्रुवीय है।

अतः अमोनिया के क्वथनांक और गलनांक क्या होने चाहिए?

विद्यार्थियों: यह माना जा सकता है कि - कम।

क्योंकि अणु की ध्रुवता इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण बलों को सरल अंतर-आणविक बलों से जोड़ना संभव बनाती है।

अणु की संरचना भी पानी में अच्छी घुलनशीलता की भविष्यवाणी करना संभव बनाती है।

यह एक विशेष रासायनिक बंधन - हाइड्रोजन के इसके अणुओं के बीच उपस्थिति के कारण है। (स्लाइड नंबर 5)। नाइट्रोजन परमाणु में अमोनिया अणु में एक मुक्त इलेक्ट्रॉन युग्म होता है, हाइड्रोजन परमाणु पर आंशिक (+) आवेश की उपस्थिति और नाइट्रोजन परमाणु पर आंशिक (-) आवेश की उपस्थिति होती है।

हाइड्रोजन एक अणु के हाइड्रोजन परमाणुओं और दूसरे अणु (F, O, N) के विद्युत ऋणात्मक तत्वों के परमाणुओं के बीच का बंधन है। (स्लाइड नंबर 5)

निष्कर्ष: जब दबाव बढ़ता है, तो अमोनिया एक तरल अवस्था में बदल जाता है। दबाव में कमी के साथ तरल अमोनिया का वाष्पीकरण आसपास की वस्तुओं के मजबूत शीतलन के साथ होता है। इस संपत्ति का उपयोग प्रशीतन इकाइयों में किया जाता है।

अमोनिया एक रंगहीन गैस है।
यह उसके मुंह को गुदगुदी करता है।
यह नाक को चुभता है और आँखों को चुभता है।
अमोनिया जहरीला है!
अमोनिया एक विलायक है।
गैस से द्रव में परिवर्तन
अमोनिया एक हीरा चुम्बक है।
यह करंट का संचालन भी नहीं करता है।
शुष्क अमोनिया
हवा में विस्फोट।
यह पानी में घुल जाता है।
विस्फोटक, उर्वरक

ऐसी बात नहीं है पूरी सूचीइसका आवेदन।

3. प्रयोगशाला में अमोनिया प्राप्त करना।

हम अनुभव प्रदर्शित करते हैं। हम अमोनियम क्लोराइड के मिश्रण को कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड के साथ गर्म करते हैं।

2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2NH 3 + H 2 O

परिणामस्वरूप अमोनिया पानी में घुल जाता है, जिसमें हम फिनोलफथेलिन मिलाते हैं। अमोनिया का घोल बैंगनी हो जाता है।

अमोनिया का घोल बैंगनी क्यों हो जाता है?

छात्रों: विलयन में उपस्थित हाइड्रॉक्साइड आयन, क्षारीय माध्यम।

शिक्षक. अमोनिया के पानी में, अधिकांश अमोनिया NH3 अणुओं के रूप में होता है, संतुलन बाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है (क्योंकि NH3 एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है) और ऐसे पानी में कई NH3 अणु होते हैं, इसलिए इसमें अमोनिया जैसी गंध आती है। मैं दिखाता हूं कि कैसे तेज गंध वाले पदार्थों के समाधान को ठीक से संभालना है।

हम गर्म करने पर फिनोलफथेलिन से सना हुआ अमोनिया पानी का मलिनकिरण प्रदर्शित करते हैं।ऐसा क्यों हुआ?

छात्रों: कमजोर संबंध।

गर्म होने पर, गैसों (एनएच 3-गैस) की घुलनशीलता कम हो जाती है, अमोनिया वाष्पित हो जाती है, प्रतिक्रिया संतुलन बाईं ओर और भी अधिक स्थानांतरित हो जाता है, हाइड्रॉक्साइड आयन (ओएच) व्यावहारिक रूप से समाधान में नहीं रहता है। जलीय विलयन उदासीन हो जाता है।

समस्या प्रश्न:किस कच्चे माल से और किन तरीकों से नाइट्रोजन उर्वरकों का उत्पादन किया जा सकता है?

छात्रोंयह माना जाता है कि हवा के नाइट्रोजन से।

यह कार्य रूसी विज्ञान को डी.आई. मेंडेलीव द्वारा आगे रखा गया था, जिन्होंने लिखा था: "अनुप्रयुक्त रसायन विज्ञान के कार्यों में से एक हवा में नाइट्रोजन से आत्मसात करने योग्य नाइट्रोजन युक्त यौगिकों को प्राप्त करने के लिए तकनीकी रूप से लाभप्रद विधि खोजना है। कृषि का भविष्य बहुत कुछ निर्भर करता है इस तरह की एक विधि की खोज। ”

वायुमंडलीय नाइट्रोजन के औद्योगिक बंधन का सबसे किफायती तरीका नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से अमोनिया का संश्लेषण है:

शिक्षक: इस अभिक्रिया का वर्णन कीजिए।

छात्रों:

एक्ज़ोथिर्मिक
प्रतिवर्ती
उत्प्रेरक
विजातीय
मात्रा में कमी के साथ

शिक्षक: अमोनिया की उपज बढ़ाने के लिए कौन सी संतुलन पारी की स्थिति आवश्यक है?

छात्रों: तापमान में कमी, दबाव में वृद्धि।

अमोनिया का उत्पादन कम है, और ऐसे संकेतकों के साथ औद्योगिक संश्लेषण करना लाभहीन है।

हम छात्रों के साथ अमोनिया की व्यावहारिक उपज बढ़ाने की संभावना पर चर्चा करते हैं।उत्पादन की दक्षता के लिए एक महत्वपूर्ण मानदंड रिएक्टर की उत्पादकता है। प्रतिक्रिया आगे बढ़ने पर नाइट्रोजन-हाइड्रोजन मिश्रण में अमोनिया सांद्रता की वृद्धि पर मात्रात्मक डेटा का विश्लेषण हमें यह निष्कर्ष निकालने की अनुमति देता है कि प्रतिक्रिया समय को कम करके रिएक्टर की उत्पादकता को बढ़ाया जा सकता है। यह रिएक्टर के माध्यम से गैस मिश्रण के प्रति पास अमोनिया के उत्पादन को कम कर देता है, और अप्रतिबंधित गैस को उत्पादन में वापस किया जा सकता है। इस प्रकार, परिसंचरण का विचार एक महत्वपूर्ण तकनीकी सिद्धांत है, जो आर्थिक रूप से समीचीन है, जिससे रिएक्टर की उत्पादकता में वृद्धि होती है। कच्चे माल की गुणवत्ता के लिए आवश्यकताएँ आवश्यक हैं, इसमें आर्गन, मीथेन जैसी कम से कम अशुद्धियाँ होनी चाहिए। कच्चे माल को उत्प्रेरक के लिए विषाक्त पदार्थों (उदाहरण के लिए, सल्फर यौगिकों) से अच्छी तरह से साफ किया जाना चाहिए। अमोनिया के संश्लेषण के लिए उत्प्रेरक लोहा है, जो उच्च स्थिर गतिविधि देने के लिए एडिटिव्स (एल्यूमीनियम और पोटेशियम ऑक्साइड) द्वारा सक्रिय होता है।

4. अमोनियम धनायन का निर्माण दाता-स्वीकर्ता तंत्र के अनुसार होता है।

नाइट्रोजन परमाणु में एक मुक्त इलेक्ट्रॉन जोड़ी होती है, जिसके कारण हाइड्रोजन केशन के साथ एक और सहसंयोजक बंधन बनता है, जो पानी या एसिड अणुओं से अमोनिया में जाता है। (स्लाइड नंबर 6)

एक पानी के अणु से एक हाइड्रोजन धनायन +H इस तंत्र द्वारा अमोनिया अणु में जोड़ा जाता है और एक आयन +NH4 बनता है, जिसमें विनिमय तंत्र द्वारा तीन सहसंयोजक बंधन बनते हैं, और चौथा दाता-स्वीकर्ता तंत्र द्वारा। हालाँकि, सभी कनेक्शन समान हैं।

5. रासायनिक गुण।

ए) पानी में अमोनिया की घुलनशीलता।

प्रदर्शन का अनुभव:हम अमोनिया से भरी परखनली को पानी के क्रिस्टलाइजर में नीचे करते हैं, जिसमें थोड़ा सा फिनोलफथेलिन मिलाया जाता है। परखनली में पानी जल्दी भर जाता है और अमोनिया का घोल लाल रंग का हो जाता है।

पानी में अमोनिया की घुलनशीलता बहुत अधिक है - 700 मात्रा में अमोनिया पानी की 1 मात्रा में घुल जाती है। अमोनिया पानी में अच्छी तरह से क्यों घुल जाता है?

छात्रों. इसका कारण हाइड्रोजन बंधों का बनना है।

शिक्षक: अमोनिया के जलीय विलयन में किस प्रकार का वातावरण होता है?

छात्रों: क्षारीय।

शिक्षक: तो अमोनिया के जलीय घोल में क्या गुण होने चाहिए?

छात्रों: बुनियादी।

इससे हम क्या निष्कर्ष निकाल सकते हैं?

निष्कर्ष: जलीय अमोनिया एक क्षार है।

शिक्षक: यदि अमोनिया का जलीय विलयन क्षार है, तो यह किन पदार्थों के साथ परस्पर क्रिया करेगा?

छात्रों: एसिड के साथ।

प्रदर्शन का अनुभव:"आग के बिना धुआं", हम अमोनिया और हाइड्रोक्लोरिक एसिड के केंद्रित समाधानों के साथ सिक्त दो कांच की छड़ें एक दूसरे के पास लाते हैं। इन लकड़ियों के बीच भरपूर धुंआ दिखाई देता है।

हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ अमोनिया के जलीय घोल की प्रतिक्रिया को पूर्ण और संक्षिप्त आयनिक समीकरणों में लिखें।

एक छात्र ब्लैकबोर्ड पर प्रतिक्रिया समीकरण लिखता है, फिर अपनी नोटबुक में प्रविष्टियों की जांच करता है।

एनएच 3 + एचसीएल \u003d एनएच 4 क्ल

शिक्षक: किस प्रकार का नमक बनाया गया था और इसे एक नाम दें?

छात्र इस नमक का नाम लेते हैं।

अम्ल के साथ अन्योन्य क्रिया पर अमोनियम धनायन का निर्माण दाता-स्वीकर्ता तंत्र के अनुसार होता है।

हम छात्रों का ध्यान आकर्षित करते हैं कि दाता नाइट्रोजन है, और स्वीकर्ता हाइड्रोजन है, क्योंकि। नाइट्रोजन में एक मुक्त इलेक्ट्रॉन युग्म है, और हाइड्रोजन में एक मुक्त कक्षीय है।

अमोनिया में, नाइट्रोजन का एसडी कम होता है। (-3)।

तो, रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में अमोनिया क्या होगा?

ऑक्सीजन के साथ अमोनिया की बातचीत का वीडियो देखें (उत्प्रेरक के साथ और बिना)।

वीडियो देखने के बाद, मैं लोगों से ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रियाओं के समीकरण लिखने के लिए कहता हूं, एस.डी. और इलेक्ट्रॉनिक संतुलन विधि द्वारा गुणांक।

हम समीकरण लिखने की शुद्धता की जांच करते हैं (स्लाइड नंबर 7, 8)

निष्कर्ष: अमोनिया में नाइट्रोजन का d.d कम होता है। (-3), इसलिए, नाइट्रोजन केवल इलेक्ट्रॉनों को दान कर सकता है, इसके एसडी को बढ़ा सकता है, इसलिए अमोनिया केवल कम करने वाले गुणों को प्रदर्शित करता है। अमोनिया के रासायनिक गुण एसडी में परिवर्तन के साथ जाते हैं। नाइट्रोजन और दाता-स्वीकर्ता तंत्र द्वारा सहसंयोजक बंधन के गठन के साथ।

III. फिक्सिंग:

क) अमोनिया की पहचान कैसे की जा सकती है? (गंध से; गीले सूचक कागज को धुंधला करके - नीला हो जाता है; धुएं की उपस्थिति से जब एक कांच की छड़ को केंद्रित हाइड्रोक्लोरिक एसिड से सिक्त किया जाता है)।

ख) जब अमोनिया अम्लों के साथ अभिक्रिया करता है तो किस प्रकार की अभिक्रिया होती है? (सम्बन्ध)

ग) फॉस्फोरिक एसिड के साथ अमोनिया की प्रतिक्रिया के लिए समीकरण लिखें और परिणामी लवणों के नाम दें।

चतुर्थ। गृहकार्य $17 c.52 व्यायाम 6,7,9- 1 स्तर; 6-11- दूसरा स्तर। आवेदन पत्र और अमोनिया मूल्य तैयार करें।

अमोनिया प्राप्त करने के तरीके

अमोनिया उत्पादन के लिए कच्चा माल स्टोइकोमेट्रिक संरचना N2:H2 = 1:3 का नाइट्रिक-हाइड्रोजन मिश्रण (ABC) है। ईंधन, रूपांतरण प्राकृतिक गैस(चित्र 14.5)।

चावल। 14.5. अमोनिया उत्पादन के लिए कच्चा माल

अमोनिया के उत्पादन के लिए कच्चे माल के आधार की संरचना बदल गई है और प्रकृति के आधार पर 90% से अधिक अमोनिया का उत्पादन होता है - 14.3 अमोनिया उत्पादन के लिए मुख्य प्रकार के कच्चे माल की संरचना में परिवर्तन की गतिशीलता को दर्शाता है।

तालिका 14.3। अमोनिया उत्पादन के कच्चे माल के आधार में परिवर्तन

नाइट्रिक-हाइड्रोजन मिश्रण, इसकी तैयारी की विधि की परवाह किए बिना, पदार्थों की अशुद्धियाँ होती हैं, जिनमें से कुछ उत्प्रेरक जहर होते हैं, जिससे प्रतिवर्ती (ऑक्सीजन, कार्बन ऑक्साइड, जल वाष्प) और अपरिवर्तनीय दोनों होते हैं। विभिन्न कनेक्शनसल्फर और फास्फोरस) उत्प्रेरक विषाक्तता।

इन पदार्थों को हटाने के लिए, एबीसी पूर्व-उपचार से गुजरता है, जिसके तरीके और गहराई उनकी प्रकृति और सामग्री पर निर्भर करती है, यानी एबीसी के उत्पादन की विधि पर। आमतौर पर, प्राकृतिक गैस रूपांतरण द्वारा प्राप्त एबीसी में कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) होता है ), मीथेन, आर्गन, ऑक्सीजन के निशान और 0.4% वॉल्यूम तक। कार्बन मोनोऑक्साइड (द्वितीय)।

एबीसी को शुद्ध करने के लिए उद्योग में तरल मैला ढोने वालों (गीली विधि) के साथ अवशोषण और ठोस मैला ढोने वालों (सूखी विधि) के साथ सोखना का उपयोग किया जाता है। इसी समय, उत्पादन के विभिन्न चरणों में सफाई प्रक्रिया की जा सकती है:

रूपांतरण के लिए जमा करने से पहले स्रोत गैस;

इसमें से कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) को हटाने के लिए परिवर्तित गैस;

अमोनिया संश्लेषण (एबीसी फाइन प्यूरीफिकेशन) से तुरंत पहले नाइट्रोजन मिश्रण।

पहले दो प्रक्रियाओं को संबंधित उद्योगों के विवरण में माना जाता है।

एबीसी की बारीक शुद्धिकरण तरल अभिकर्मकों के साथ अशुद्धियों के रासायनिक अधिशोषण द्वारा प्राप्त की जाती है और अंत में, उनके उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण या तरल नाइट्रोजन के साथ एबीसी की धुलाई द्वारा प्राप्त की जाती है।

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) और हाइड्रोजन सल्फाइड को हटाने के लिए, एबीसी को क्षारीय अभिकर्मकों के साथ पैक किए गए टावरों में धोया जाता है जो उनके साथ थर्मली अस्थिर लवण बनाते हैं: एथेनॉलमाइन का एक जलीय घोल या डायथेनॉलमाइन के अतिरिक्त सक्रिय पोटेशियम कार्बोनेट का एक गर्म समाधान। इस मामले में, निम्नलिखित प्रतिक्रियाएं होती हैं:

एच 2एस+सीएच 2ओह-सीएच 2राष्ट्रीय राजमार्ग 2+एचएस- -?Н,

इसलिए 2+ के 2CO3 + एच 2ओह? 2केएनएसओ3 - ?एन।

कार्बन मोनोऑक्साइड (II) को एबीसी से कॉपर एसीटेट के कॉपर-अमोनिया घोल से धोकर हटा दिया जाता है:

सीओ+एनएच3++एसी? +एसी -?एच,

कहा पे: एसी \u003d CH3 सू.

रासायनिक अधिशोषण के लिए प्रयुक्त अवशोषक एबीसी से अवशोषित यौगिकों के साथ अस्थिर यौगिक बनाते हैं। इसलिए, जब उनके घोल को गर्म किया जाता है और दबाव कम किया जाता है, तो घुली हुई अशुद्धियाँ उतर जाती हैं, जिससे शोषक को पुन: उत्पन्न करना आसान हो जाता है, इसे प्रक्रिया में वापस कर दिया जाता है और योजना के अनुसार अवशोषण संचालन चक्र सुनिश्चित किया जाता है:

जहां: पी एबीसी से अवशोषित मिश्रण है, ए शोषक है, पीए मिश्रण और शोषक का संयोजन है।

अधिक प्रभावी तरीकाकार्बन मोनोऑक्साइड (II) से एबीसी का शुद्धिकरण -190 डिग्री सेल्सियस पर तरल नाइट्रोजन के साथ एबीसी की धुलाई है, जिसका उपयोग आधुनिक प्रतिष्ठानों में किया जाता है, जिसके दौरान कार्बन मोनोऑक्साइड (II) के अलावा, मीथेन और आर्गन को इससे हटा दिया जाता है।

एबीसी की अंतिम शुद्धि अशुद्धियों के उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण द्वारा प्राप्त की जाती है, जिसे मिथेनेशन या पूर्व-उत्प्रेरण कहा जाता है। यह प्रक्रिया 250-300 डिग्री सेल्सियस के तापमान और निकल-एल्यूमीनियम उत्प्रेरक (नी + अल) पर लगभग 30 एमपीए के दबाव पर विशेष मीथेनेशन इकाइयों (छवि 14.6) में की जाती है। 2हे 3) इस मामले में, मीथेन में ऑक्सीजन युक्त अशुद्धियों की कमी की एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाएं, जो लोहे के उत्प्रेरक के लिए जहर नहीं है, आगे बढ़ें, और शुद्ध गैस के ठंडा होने पर पानी संघनित हो जाता है और इससे हटा दिया जाता है:

सीओ + जेडएन 2? चौधरी 4 + एच 2वह,

इसलिए 2+ 4H 2?CH 4 + 2H 2वह,

हे 2+ 2H 2?2एच 2वह

चावल। 14.6 एबीसी मिथेनेशन प्लांट की योजना: 1 - कंप्रेसर, 2 - हीटर, 3 - मिथेनेशन रिएक्टर, 4 - वॉटर हीटर, 5 - कंडेनसर, 6 - डीह्यूमिडिफ़ायर

यदि प्रीकैटलिसिस में लोहे के उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है, तो हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया में कुछ अमोनिया भी बनता है, इस स्थिति में प्रीकैटलिसिस को ब्लोइंग कहा जाता है।

मिथेनेशन प्रक्रिया सरल, नियंत्रित करने में आसान है, और चल रही एक्ज़ोथिर्मिक हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाओं के कारण जारी गर्मी का उपयोग अमोनिया के उत्पादन के लिए सामान्य ऊर्जा-तकनीकी योजना में किया जाता है। संश्लेषण के लिए आपूर्ति की गई शुद्ध एबीसी में 0025 वोल्ट तक होता है। आर्गन का हिस्सा, 0.0075 वॉल्यूम। मीथेन का हिस्सा और अधिक नहीं, 00004 वॉल्यूम। कार्बन मोनोऑक्साइड (II) का हिस्सा, जो सबसे शक्तिशाली उत्प्रेरक जहर है।

अमोनिया संश्लेषण की प्रक्रिया एक प्रतिवर्ती एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया पर आधारित होती है जो गैस की मात्रा में कमी के साथ आगे बढ़ती है:

2+3एच 2+2एनएच 3+क्यू.

ले चेटेलियर सिद्धांत के अनुसार, जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है और तापमान घटता है, इस प्रतिक्रिया का संतुलन अमोनिया के निर्माण की ओर बदल जाता है। प्रक्रिया की इष्टतम गति सुनिश्चित करने के लिए, उत्प्रेरक, बढ़ा हुआ दबाव, तापमान 400 ... 500 डिग्री सेल्सियस और प्रतिक्रियाशील घटकों के एक निश्चित वॉल्यूमेट्रिक वेग की आवश्यकता होती है। उद्योग में, अल ऑक्साइड के योजक के साथ एक लोहे के उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है। 2हे 3, प्रति 2ओ, सीएओ और SiO2 .

अमोनिया संश्लेषण इकाइयों की निम्नलिखित औद्योगिक प्रणालियाँ हैं: निम्न दबाव (10 ... 20 एमपीए), मध्यम (20 ... 45 एमपीए) और उच्च दबाव (60 ... 100 एमपीए)। विश्व अभ्यास में, मध्यम-दबाव प्रणालियों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, क्योंकि इस मामले में नाइट्रोजन-हाइड्रोजन मिश्रण से अमोनिया के पृथक्करण के मुद्दों को पर्याप्त रूप से उच्च प्रक्रिया गति से सफलतापूर्वक हल किया जाता है।

चौधरी 4+ एच2 हे? सीओ + 3H 2

वायुमंडलीय ऑक्सीजन में हाइड्रोजन का आंशिक दहन होता है:

एच 2+ ओ 2 = एच 2हे (भाप)

नतीजतन, इस स्तर पर, जल वाष्प, कार्बन मोनोऑक्साइड (II) और नाइट्रोजन का मिश्रण प्राप्त होता है।

अमोनिया के उत्पादन के लिए स्थापना की मुख्य इकाई संश्लेषण स्तंभ (चित्र। 1.1) है। मध्यम दबाव प्रणाली में ट्यूबलर कॉलम क्रोम-वैनेडियम स्टील से बना एक सिलेंडर 4 है जिसकी दीवार की मोटाई 200 मिमी, व्यास 1 ... 1.4 मीटर और लगभग 20 मीटर की ऊंचाई है। यह ऊपर से बंद है और नीचे स्टील कवर द्वारा 2.

संरचनात्मक रूप से, स्तंभ मुख्य रूप से शरीर के आकार और आंतरिक पैकिंग के उपकरण में भिन्न होते हैं। विचाराधीन कॉलम के ऊपरी भाग में एक उत्प्रेरक बॉक्स 3 है, और निचले हिस्से में एक हीट एक्सचेंजर 8 है, जो ऑटोथर्मल प्रक्रिया को सुनिश्चित करता है। उत्प्रेरक बॉक्स एक केंद्रीय ट्यूब द्वारा हीट एक्सचेंजर से जुड़ा होता है। कॉलम बॉडी में थर्मल इन्सुलेशन होता है। उत्प्रेरक को जाली पर लोड किया जाता है। समान तापमान वितरण सुनिश्चित करने के लिए, डबल पाइप 1 को उत्प्रेरक बिस्तर में पेश किया जाता है।

चावल। 1.1. डबल काउंटरकुरेंट ताप विनिमय ट्यूबों के साथ अमोनिया संश्लेषण स्तंभ

वर्तमान में, अमोनिया संश्लेषण कॉलम को अपशिष्ट गर्मी की वसूली के लिए भाप बॉयलरों के साथ जोड़ा जाता है (अमोनिया का 1 टन 1.5...2 एमपीए के दबाव में 0.6...1 टन भाप के लिए खाता है)। मध्यम दबाव अमोनिया संश्लेषण स्तंभों में प्रति दिन लगभग 150 टन अमोनिया की क्षमता होती है और चार साल तक उत्प्रेरक को बदले बिना काम करते हैं।

मध्यम दबाव में अमोनिया के संश्लेषण में (चित्र 1.1), नाइट्रोजन-हाइड्रोजन मिश्रण (N .) 2:एन 2=1:3) कॉलम 1 में डाला जाता है, जहां उत्प्रेरक पर अमोनिया का संश्लेषण होता है; एक नाइट्रोजन-हाइड्रोजन-अमोनिया गैस मिश्रण स्तंभ (अमोनिया सामग्री - 14 ... 20%) को छोड़ देता है, जिसका तापमान लगभग 200 ° C होता है। इस मिश्रण को वाटर कूलर 2 में भेजा जाता है, 35 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है और विभाजक 3 में प्रवेश किया जाता है। यहां, कॉलम में बनने वाले 60% तक अमोनिया गैस से मुक्त होता है (30 एमपीए के दबाव पर, अमोनिया संघनित नहीं हो सकता है) पूरी तरह से कूलर में)। जब नाइट्रोजन-हाइड्रोजन मिश्रण को कम तापमान पर ठंडा किया जाता है तो अमोनिया पूरी तरह से मुक्त हो जाता है। विभाजक 3 से अमोनिया अवशेषों के साथ इस मिश्रण को कंप्रेसर तेल को अलग करने के लिए परिसंचारी कंप्रेसर 4 और फिर फिल्टर 6 में भेजा जाता है। फिल्टर के इनलेट पर, एक ताजा नाइट्रोजन-हाइड्रोजन मिश्रण को परिसंचारी गैसों में जोड़ा जाता है, जो एक बहु-चरण कंप्रेसर का उपयोग करके ऑपरेटिंग दबाव में संकुचित होता है। फिल्टर से, गैस मिश्रण को अमोनिया माध्यमिक संघनन प्रणाली में खिलाया जाता है, जिसमें शामिल हैं एक संघनन स्तंभ 7 और तरल अमोनिया का एक बाष्पीकरण 8. संक्षेपण स्तंभ में, गैस को स्तंभ के ऊपरी भाग में स्थित हीट एक्सचेंजर में पूर्व-ठंडा किया जाता है और फिर बाष्पीकरणकर्ता 8 को भेजा जाता है, जहां, के वाष्पीकरण के कारण आने वाली तरल अमोनिया, गैस को -5 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है और अमोनिया को गैस से लगभग 2.5% NH3 की अवशिष्ट सामग्री में संघनित किया जाता है। कंडेनसर कॉलम 7 के निचले हिस्से में संघनित अमोनिया निकलता है, जो विभाजक है। अमोनिया के अलग होने के बाद, नाइट्रोजन-हाइड्रोजन मिश्रण कॉलम 7 के ऊपरी भाग में प्रवेश करने वाली गैस को ठंडा करता है और फिर संश्लेषण कॉलम 1 में भेज दिया जाता है।

उच्च दबाव (45 एमपीए और उच्चतर) पर अमोनिया संश्लेषण के मामले में, इसके माध्यमिक संघनन की कोई आवश्यकता नहीं है, क्योंकि वाटर कूलर के आउटलेट पर नाइट्रोजन-हाइड्रोजन मिश्रण में अवशिष्ट अमोनिया सामग्री नगण्य है।

चावल। 17.16. मध्यम दबाव में अमोनिया के संश्लेषण के लिए स्थापना योजना

अमोनिया उत्पादन और इसकी विशेषताओं की तकनीकी प्रक्रिया का विवरण।

. चाप विधि।चाप विधि में विद्युत चाप की लौ के माध्यम से हवा का प्रवाह होता है। लगभग 3000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया होती है

2 + ओ 2?2NO - Q.

परिणामी नाइट्रिक ऑक्साइड (II) को नाइट्रिक ऑक्साइड (IV) में ऑक्सीकृत किया जा सकता है और नाइट्रिक एसिड और अन्य यौगिकों में संसाधित किया जा सकता है। इस विधि से 1 टन बाध्य नाइट्रोजन प्राप्त करने के लिए 60,000 ... 70,000 kWh बिजली की खपत होती है।

2. साइनामाइड विधि।अमोनिया का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली पहली औद्योगिक प्रक्रिया साइनामाइड प्रक्रिया थी। जब चूना CaO और कार्बन को गर्म किया गया, तो कैल्शियम कार्बाइड CaC2 प्राप्त हुआ। फिर कार्बाइड को कैल्शियम साइनामाइड CaCN2 देने के लिए नाइट्रोजन के तहत गरम किया गया; साइनामाइड के हाइड्रोलिसिस द्वारा आगे अमोनिया प्राप्त किया गया था:

सीएसीएन 2(टीवी) + 3एच 2ओ = 2एनएच 3? + CaCO3 (टीवी)

इस प्रक्रिया में बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है और यह आर्थिक रूप से लाभहीन थी।

अमोनिया प्राप्त करने की आधुनिक प्रक्रिया समीकरण के अनुसार नाइट्रोजन के साथ बातचीत करने के लिए लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर बारीक पिसी हुई कैल्शियम कार्बाइड की क्षमता पर आधारित है।

कैस 2+ नहीं 2= सीएसीएन2 + सी + 302 केजे

साइनामाइड विधि द्वारा बाध्य नाइट्रोजन के उत्पादन का हिस्सा बहुत छोटा है।

नाइट्रोजन स्थिरीकरण की अमोनिया विधि में एक विशेष उत्प्रेरक का उपयोग करके नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से इसका संश्लेषण होता है:

2+ 3H 2? 2NH3 ? + 45.9 केजे

मौलिक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के अन्य तरीकों पर इस पद्धति का आर्थिक और तकनीकी लाभ है।

3. अमोनिया विधि।वायुमंडलीय नाइट्रोजन को बांधने की अमोनिया विधि में हाइड्रोजन के साथ नाइट्रोजन का संयोजन और अमोनिया प्राप्त करना शामिल है:

एन 2+3एच 2?2एनएच 3+क्यू.

यह सबसे किफायती है (बिजली की खपत 4000…5000 kWh प्रति 1 टन अमोनिया), वायुमंडलीय नाइट्रोजन निर्धारण के अन्य तरीकों की तुलना में तकनीकी रूप से लागू करना आसान है। नाइट्रोजन यौगिकों के कुल उत्पादन में, 90% से अधिक अमोनिया के कारण होता है। इस प्रतिक्रिया के लिए हाइड्रोजन हाइड्रोकार्बन के थर्मल क्रैकिंग, कोयले या लोहे पर जल वाष्प की क्रिया, जल वाष्प के साथ अल्कोहल का अपघटन, या पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है।

4. अमोनिया विधि का एक प्रकार।1909 में, अंजीर में दिखाई गई योजना के अनुसार एल्यूमीनियम नाइट्राइड के माध्यम से बॉक्साइट से अमोनिया और एल्यूमीनियम ऑक्साइड के एक साथ उत्पादन के लिए एक मूल विधि विकसित की गई थी। 14.4.

चावल। 14.4. बॉक्साइट से अमोनिया का उत्पादन

इस पद्धति के अनुसार औद्योगिक प्रतिष्ठान 1909-1918 की अवधि में बनाए गए थे। कई देशों में, लेकिन कम उत्पादन क्षमता के कारण विधि को आवेदन नहीं मिला है।

उत्पादन की रासायनिक और प्रमुख योजनाएं।

नाइट्रिक-हाइड्रोजन मिश्रण से अमोनिया संश्लेषण प्रक्रिया का मुख्य चरण समीकरण द्वारा वर्णित है:

एन 2+ 3H2 = 2NH 3

हालांकि, चूंकि एबीसी के उत्पादन के लिए प्रमुख विधि मीथेन का वायु और भाप सुधार है, अमोनिया के उत्पादन के लिए रासायनिक योजना में इस प्रतिक्रिया के अलावा, हवा और भाप सुधार की कई प्रतिक्रियाएं शामिल हैं:

चौधरी 4+ एच 2ओ = ZH2 + सीओ,

चौधरी 4+ 0.5O 2(एन 2) = 2H 2(एन 2) + सीओ

और बाद में कार्बन मोनोऑक्साइड (II) का कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) में रूपांतरण:

सीओ + एच 2ओ = एच2 + सीओ 2

अमोनिया उत्पादन अवशोषण स्तंभ

गैस मिश्रण से कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) को हटाने और इसकी संरचना को सही करने के बाद, ABC एक नाइट्रोजन और हाइड्रोजन सामग्री के साथ 1:3 के अनुपात में प्राप्त होता है।

इस तरह, आधुनिक उत्पादनअमोनिया में दो चरण होते हैं: एबीसी की तैयारी और अमोनिया में इसका रूपांतरण, एक एकल ऊर्जा-तकनीकी योजना का प्रतिनिधित्व करता है जो एबीसी प्राप्त करने के संचालन, अमोनिया के शुद्धिकरण और संश्लेषण को जोड़ती है और प्रक्रिया के सभी चरणों के थर्मल प्रभावों का प्रभावी ढंग से उपयोग करती है, जो ऊर्जा लागत को कम करने के लिए कई बार अनुमति देता है।

चावल। 14.7. सर्किट आरेखअमोनिया उत्पादन

1 - सल्फर यौगिकों से प्राकृतिक गैस का शुद्धिकरण, 2 - मीथेन का भाप सुधार, 3 - मीथेन का वायु सुधार, 4 - कार्बन मोनोऑक्साइड (II) का रूपांतरण, 5 - ABC का रसायनिक शोधन, 6 - मीथेनेशन, 7 - अमोनिया का संश्लेषण , 8 - अवशोषण अमोनिया, 9-अमोनिया संपीड़न, I-प्राकृतिक गैस, II-परिवर्तित गैस, III-ABC, IV-मीथेन

अमोनिया उत्पादन की मूल योजना में तीन चरण होते हैं:

पहला चरण एबीसी (नाइट्रोजन मिश्रण) का उत्पादन है:

मैं ऑपरेशन: सल्फर यौगिकों से प्राकृतिक गैस का शुद्धिकरण;

मैं ऑपरेशन: मीथेन का भाप रूपांतरण;

मैं ऑपरेशन: मीथेन का वायु रूपांतरण;

मैं ऑपरेशन: कार्बन मोनोऑक्साइड (II) का रूपांतरण।

दूसरा चरण गिट्टी अशुद्धियों और उत्प्रेरक को जहर देने वाली अशुद्धियों से गैस शुद्धिकरण है:

मैं ऑपरेशन: कार्बन मोनोऑक्साइड (II) और कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) से अवशोषण विधियों द्वारा एबीसी का शुद्धिकरण;

I ऑपरेशन: कार्बन मोनोऑक्साइड (II) और कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) से ABC का मिथेनेशन या प्री-कैटेलिसिस द्वारा ठीक शुद्धिकरण।

तीसरा चरण उत्प्रेरक की उपस्थिति में एबीसी से अमोनिया का संश्लेषण है।

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प्रतिक्रियाओं और रासायनिक संतुलन की दर पर तापमान, दबाव और उत्प्रेरक का प्रभाव रासायनिक उद्योग में कई रासायनिक उत्पादों के उत्पादन में सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। इस खंड में, हम परिचित होंगे औद्योगिक उत्पादनअमोनिया और इस पर ध्यान दें कि ये सभी कारक इसके उत्पादन को कैसे प्रभावित करते हैं। फिर हम सल्फ्यूरिक एसिड के औद्योगिक उत्पादन से परिचित होंगे।

औद्योगिक अमोनिया उत्पादन

यूके में अमोनिया के आठ प्लांट हैं। उनकी संयुक्त उत्पादकता प्रति वर्ष 2 मिलियन टन से अधिक है। वर्तमान में दुनिया भर में सालाना लगभग 5 मिलियन टन अमोनिया का उत्पादन होता है। अंजीर पर। 7.1 अमोनिया उत्पादन की वृद्धि की तुलना विश्व की जनसंख्या की वृद्धि से की जाती है। उत्पादन करना क्यों आवश्यक है एक बड़ी संख्या कीअमोनिया?

चावल। 7.1 विश्व जनसंख्या में वृद्धि और अमोनिया का विश्व उत्पादन।

तालिका 7.2। अमोनिया और संबंधित उत्पादों के अनुप्रयोग

यह मुख्य रूप से नाइट्रोजन युक्त उर्वरकों के उत्पादन के लिए आवश्यक है। उर्वरकों के उत्पादन में उत्पादित सभी अमोनिया का लगभग 80% खपत होता है] नाइट्रोजन युक्त उर्वरकों के साथ, इसे मिट्टी में घुलनशील रूप में लगाया जाता है जिसकी अधिकांश पौधों को आवश्यकता होती है। उत्पादित अमोनिया का शेष 20% पॉलिमर, विस्फोटक और अन्य उत्पादों के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है! अमोनिया के विभिन्न अनुप्रयोग तालिका में सूचीबद्ध हैं। 7.2.

अमोनिया उत्पादन

अमोनिया का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली पहली औद्योगिक प्रक्रिया साइनामाइड प्रक्रिया थी। कैल्शियम कार्बाइड को चूने और कार्बन को गर्म करके प्राप्त किया गया था।कैल्शियम कार्बाइड को कैल्शियम साइनामाइड प्राप्त करने के लिए नाइट्रोजन के तहत गर्म किया गया था। कैल्शियम साइनामाइड के हाइड्रोलिसिस द्वारा अमोनिया प्राप्त किया गया था:

इस प्रक्रिया में बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है और यह गैर-आर्थिक था।

1911 में, एफ. हैबर ने पाया कि लोहे के उत्प्रेरक का उपयोग करके अमोनिया को सीधे नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से संश्लेषित किया जा सकता है। इस विधि से अमोनिया का उत्पादन करने वाले पहले संयंत्र में हाइड्रोजन का उपयोग किया गया था, जिसे पानी में इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया गया था। इसके बाद, कोक के साथ पानी से हाइड्रोजन प्राप्त करना शुरू हुआ। हाइड्रोजन के उत्पादन की यह विधि कहीं अधिक किफायती है।

फ़्रिट्ज़ हैबर (1868 1934)

1908 में, जर्मन रसायनज्ञ हैबर ने पाया कि लोहे के उत्प्रेरक पर हाइड्रोजन और वायुमंडलीय नाइट्रोजन द्वारा अमोनिया का उत्पादन किया जा सकता है। इस प्रक्रिया में उच्च दबाव और मध्यम उच्च तापमान की आवश्यकता होती है। हैबर की खोज ने जर्मनी को प्रथम विश्व युद्ध के दौरान विस्फोटकों का उत्पादन जारी रखने की अनुमति दी। इस समय, एंटेंटे की नाकाबंदी ने जर्मनी को पोटेशियम नाइट्रेट (चिली साल्टपीटर) के प्राकृतिक जमा के आयात को रोक दिया, जिसे पहले विस्फोटकों के उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में इस्तेमाल किया गया था।

हैबर द्वारा अमोनिया संश्लेषण की प्रक्रिया विकसित करने के एक साल बाद, उसने विलयनों के पीएच (एसिड-बेस गुण) को मापने के लिए एक ग्लास इलेक्ट्रोड बनाया (अध्याय 10 देखें)।

हैबर को 1918 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला। हिटलर के सत्ता में आने के बाद, हैबर को 1933 में जर्मनी से पलायन करने के लिए मजबूर होना पड़ा।

(अमोनिया से नाइट्रिक एसिड और नाइट्रेट का उत्पादन खंड 1 में वर्णित है)

आधुनिक अमोनिया उत्पादन प्रक्रिया

अमोनिया प्राप्त करने की आधुनिक प्रक्रिया 380-450 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से इसके संश्लेषण और लोहे के उत्प्रेरक का उपयोग करके 250 एटीएम के दबाव पर आधारित है:

नाइट्रोजन वायु से प्राप्त होती है। प्राकृतिक गैस से या नेफ्था से मीथेन की मदद से पानी (भाप) की कमी से हाइड्रोजन का उत्पादन होता है। नेफ्था (नाफ्था) स्निग्ध हाइड्रोकार्बन का एक तरल मिश्रण है, जो कच्चे तेल के प्रसंस्करण के दौरान प्राप्त होता है (देखें अध्याय 18)।

आधुनिक अमोनिया संयंत्र का कार्य बहुत जटिल है। अंजीर पर। चित्र 7.2 प्राकृतिक गैस पर चल रहे अमोनिया संयंत्र का सरलीकृत आरेख दिखाता है। कार्रवाई की इस योजना में आठ चरण शामिल हैं।

पहला चरण। प्राकृतिक गैस से सल्फर को हटाना। यह आवश्यक है क्योंकि सल्फर एक उत्प्रेरक विष है (देखें धारा 9.2)।

दूसरा चरण। 750 डिग्री सेल्सियस पर भाप में कमी और निकेल उत्प्रेरक का उपयोग करके 30 एटीएम के दबाव से हाइड्रोजन का उत्पादन:

तीसरा चरण। हवा का सेवन और इंजेक्शन वाली हवा के ऑक्सीजन में हाइड्रोजन के हिस्से का दहन:

परिणाम जल वाष्प, कार्बन मोनोऑक्साइड और नाइट्रोजन का मिश्रण है। जलवाष्प हाइड्रोजन के निर्माण के साथ कम हो जाता है, जैसा कि दूसरे चरण में होता है।

चौथा चरण। निम्नलिखित "शिफ्ट" प्रतिक्रिया द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड के चरण 2 और 3 में गठित कार्बन मोनोऑक्साइड का ऑक्सीकरण:

यह प्रक्रिया दो "कतरनी रिएक्टरों" में की जाती है। पहले वाले में, एक आयरन ऑक्साइड उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है और प्रक्रिया को 400 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर किया जाता है। दूसरा कॉपर उत्प्रेरक का उपयोग करता है और प्रक्रिया 220 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर की जाती है।

चावल। 7.2. अमोनिया प्राप्त करने के लिए औद्योगिक प्रक्रिया के चरण।

5 वां चरण। पोटेशियम कार्बोनेट के बफर्ड क्षारीय घोल या एथेनॉलमाइन जैसे कुछ अमीन के घोल का उपयोग करके गैस मिश्रण से कार्बन डाइऑक्साइड को धोना। कार्बन डाइऑक्साइड को अंततः तरलीकृत किया जाता है और यूरिया बनाने के लिए उपयोग किया जाता है या वातावरण में छोड़ा जाता है।

छठा चरण। चौथे चरण के बाद गैस मिश्रण में लगभग 0.3% कार्बन मोनोऑक्साइड रहता है। क्योंकि यह अमोनिया संश्लेषण (8वें चरण) के दौरान लोहे के उत्प्रेरक को जहर दे सकता है, कार्बन मोनोऑक्साइड को हाइड्रोजन द्वारा 325 डिग्री सेल्सियस पर निकल उत्प्रेरक पर मीथेन रूपांतरण में हटा दिया जाता है।

7 वां चरण। गैस मिश्रण, जिसमें अब लगभग 74% हाइड्रोजन और 25% नाइट्रोजन होता है, संपीड़ित होता है; जबकि इसका प्रेशर 25-30 एटीएम से बढ़कर 200 एटीएम हो जाता है। चूंकि इससे मिश्रण के तापमान में वृद्धि होती है, इसे संपीड़न के तुरंत बाद ठंडा किया जाता है।

8 वां चरण। कंप्रेसर से गैस अब "अमोनिया संश्लेषण चक्र" में प्रवेश करती है। अंजीर में दिखाया गया योजना। 7.2 इस चरण का सरलीकृत दृश्य प्रस्तुत करता है। सबसे पहले, गैस मिश्रण उत्प्रेरक कनवर्टर में प्रवेश करता है, जो लोहे के उत्प्रेरक का उपयोग करता है और 380-450 डिग्री सेल्सियस का तापमान बनाए रखता है। इस कनवर्टर को छोड़ने वाले गैस मिश्रण में 15% से अधिक अमोनिया नहीं होता है। फिर अमोनिया को द्रवीभूत किया जाता है और प्राप्त करने वाले हॉपर को भेजा जाता है, और अप्राप्य गैसों को कनवर्टर में वापस कर दिया जाता है।

अमोनिया संश्लेषण प्रक्रिया के लिए इष्टतम स्थितियों का चयन

अमोनिया संश्लेषण प्रक्रिया यथासंभव कुशल और किफायती होने के लिए, इसके कार्यान्वयन के लिए शर्तों का सावधानीपूर्वक चयन करना आवश्यक है। इस मामले में ध्यान में रखे जाने वाले सबसे महत्वपूर्ण संकेतक हैं: 1) आउटपुट, 2) गति और 3) प्रक्रिया की ऊर्जा तीव्रता। आइए हम प्रक्रिया के 8वें चरण की ओर मुड़ें, अर्थात सीधे अमोनिया के संश्लेषण की ओर, और इस प्रक्रिया की दक्षता पर दबाव, तापमान और उत्प्रेरक के प्रभाव का अध्ययन करें।

दबाव का प्रभाव। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, अमोनिया के उत्पादन को निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:

इस प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक द्वारा दिया गया है

यदि हम इस व्यंजक में शामिल गैसों के आंशिक दाबों को उनके मोल भिन्नों और निकाय के कुल दाब P के रूप में व्यक्त करते हैं, तो हमें निम्नलिखित व्यंजक प्राप्त होता है:

इस व्यंजक को रूप देकर सरल बनाया जा सकता है

किसी दिए गए तापमान पर, मान स्थिर रहना चाहिए। यदि सिस्टम में कुल दबाव P बढ़ता है, तो उपरोक्त अभिव्यक्ति में पद कम होना चाहिए। यह इस प्रकार है कि चूंकि परिमाण स्थिर रहना चाहिए, इसलिए अनुपात में वृद्धि होनी चाहिए। इस प्रकार, कुल दबाव में वृद्धि से वृद्धि और कमी होनी चाहिए। इसलिए, दबाव में वृद्धि आगे की प्रतिक्रिया का पक्ष लेती है, अर्थात अमोनिया की उपज में वृद्धि।

तापमान और उत्प्रेरक का प्रभाव। अमोनिया का संश्लेषण एक ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया है (देखें तालिका 7.1, क)। इसलिए, तापमान में वृद्धि को विपरीत प्रतिक्रिया का पक्ष लेना चाहिए (पिछला भाग देखें)। इसका मतलब है कि तापमान कम करने से अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया की उपज बढ़नी चाहिए (चित्र। 7.3)। दुर्भाग्य से, हालांकि, कम तापमान पर इस प्रतिक्रिया की दर, और इसलिए अमोनिया के उत्पादन की दर बहुत धीमी हो जाती है। दूसरे शब्दों में, कम तापमान पर, प्रक्रिया में कम उत्पादकता होनी चाहिए, और इसलिए कम दक्षता होनी चाहिए। इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए, आपको दो चरम सीमाओं के बीच एक समझौता चुनना होगा:

1) उच्च उपज और कम प्रतिक्रिया दर (कम तापमान पर) और

2) कम उपज और उच्च प्रतिक्रिया दर (उच्च तापमान पर)।

चावल। 7.3. हैबर प्रक्रिया में अमोनिया की उपज पर तापमान और दबाव का प्रभाव ("सापेक्ष उपज" शब्द खंड 4.2 में समझाया गया है)।

बेशक, उत्प्रेरक का उपयोग करके प्रतिक्रिया दर को बढ़ाया जाता है। इस प्रकार, उत्प्रेरक कम तापमान पर प्रक्रिया को अधिक कुशलता से करने की अनुमति देता है। अमोनिया के संश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले लौह उत्प्रेरक की दक्षता बढ़ जाती है यदि इसमें तथाकथित प्रमोटर जोड़े जाते हैं। लौह उत्प्रेरक की दक्षता को बढ़ावा देने के लिए पोटेशियम और एल्यूमीनियम ऑक्साइड का उपयोग किया जाता है।

अमोनिया संश्लेषण प्रक्रिया के अर्थशास्त्र की एक विस्तृत समीक्षा से पता चलता है कि इष्टतम उपज और उत्पादकता प्राप्त करने के लिए, तापमान लगभग 400 डिग्री सेल्सियस और दबाव 250 एटीएम पर बनाए रखा जाना चाहिए।

ऊर्जा संतुलन

एक विशिष्ट अमोनिया संयंत्र प्रतिदिन लगभग 1000 टन अमोनिया का उत्पादन करता है। उसी समय, भाप टर्बाइनों को चलाने के लिए जल वाष्प की आवश्यकता 6000 टन / दिन होती है, जिससे कम्प्रेसर संचालित होते हैं। सौभाग्य से, अमोनिया के उत्पादन में शामिल रासायनिक प्रक्रियाएं एक्ज़ोथिर्मिक हैं। सभी ऊर्जा जो जारी की जाती है प्रारंभिक चरणअमोनिया उत्पादन प्रक्रिया, अत्यधिक संपीड़ित भाप का उत्पादन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। अमोनिया संश्लेषण से सीधे निकलने वाली ऊर्जा (चरण 8) का उपयोग उत्प्रेरक कनवर्टर के तापमान को 400 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखने के लिए किया जाता है। अमोनिया संयंत्र की कुल तापीय क्षमता लगभग 60% है। दूसरे शब्दों में, लगभग 40% ऊर्जा की खपत होती है, जो प्राकृतिक गैस द्वारा प्रदान की जाती है, गर्मी की कमी है।

अमोनिया संयंत्र की डिजाइन विशेषताएं

एक आधुनिक अमोनिया संयंत्र के डिजाइन, इसके स्टाफिंग और संचालन के लिए योग्य विशेषज्ञों की भागीदारी और जटिल इंजीनियरिंग उपकरणों के उपयोग की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, हवा को संपीड़ित करने के लिए प्रक्रिया के तीसरे चरण में और 7 वें चरण में संश्लेषण गैस (नाइट्रोजन और हाइड्रोजन का मिश्रण) को संपीड़ित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कंप्रेसर को बहुत अधिक दबावों का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए - कुछ मामलों में 350 एटीएम तक। ये कम्प्रेसर स्टीम टर्बाइन द्वारा संचालित होते हैं, जो 100 एटीएम के दबाव और 400 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर भाप प्राप्त करते हैं। इस तरह के टर्बाइन प्रति मिनट कई हजार क्रांतियों की गति से घूमते हैं।

जिन रिएक्टरों में अमोनिया संश्लेषण किया जाता है, उन्हें भी बहुत अधिक आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। ऊंचे दबाव और तापमान पर जिस पर ये रिएक्टर काम करते हैं, हाइड्रोजन धातु में फैलकर स्टील पर हमला कर सकता है। नतीजतन, हाइड्रोजन मीथेन बनाने के लिए स्टील में निहित कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करता है। इससे धातु में छिद्र बन जाते हैं और स्टील भंगुर हो जाता है। इसे रोकने के लिए, क्रोमियम, मोलिब्डेनम और निकल युक्त विशेष मिश्र धातुओं से रिएक्टरों का निर्माण किया जाता है।

अमोनिया संयंत्र का स्थान भी बहुत आर्थिक महत्व का है। आदर्श रूप से, ऐसा संयंत्र 1) ऊर्जा स्रोतों के करीब स्थित होना चाहिए;

2) पानी के स्रोत जिनका बड़ी मात्रा में उपयोग किया जा सकता है;

3) परिवहन मार्ग: राजमार्ग, रेलवे, नदियाँ या समुद्र।

चार यूके अमोनिया संयंत्र नदी पर बिलिंगम के पास स्थित हैं। ताई (स्कॉटलैंड में)। डरहम में कोयले के भंडार के निकट होने के कारण इस स्थान को एक समय में चुना गया था। उत्तरी सागर महाद्वीपीय शेल्फ पर तेल और गैस जमा के निकट होने के कारण यह आज भी सुविधाजनक साबित हुआ है।

अमोनिया (NH3) नाइट्रोजन और हाइड्रोजन का यौगिक है। यह तीखी गंध वाली हल्की गैस है। उद्योग और प्रयोगशालाओं में अमोनिया प्राप्त करना उर्वरक, पॉलिमर, नाइट्रिक एसिड और अन्य पदार्थों के उत्पादन के लिए आवश्यक है।

उद्योग में

नाइट्रोजन को हाइड्रोजन के साथ मिलाकर औद्योगिक रूप से अमोनिया का उत्पादन किया जाता है। नाइट्रोजन हवा से लिया जाता है, हाइड्रोजन - पानी से। इस पद्धति को सबसे पहले जर्मन रसायनज्ञ फ्रिट्ज हैबर ने विकसित किया था। अमोनिया के उत्पादन की औद्योगिक विधि को हैबर प्रक्रिया कहा जाने लगा।

प्रतिक्रिया मात्रा में कमी और गर्मी के रूप में ऊर्जा की रिहाई के साथ आगे बढ़ती है:

3एच 2 + एन 2 → 2एनएच 3 + क्यू।

प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है, इसलिए कई शर्तों को पूरा करना होगा। उच्च दबाव और कम तापमान पर, उत्पादित अमोनिया की मात्रा बढ़ जाती है। हालांकि, कम तापमान प्रतिक्रिया की दर को धीमा कर देता है, और तापमान में वृद्धि से रिवर्स प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है।

अनुभवजन्य रूप से, प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक शर्तें पाई गईं:

तापमान- 500 डिग्री सेल्सियस;
दबाव- 350 एटीएम;
उत्प्रेरक- चांदी, पोटेशियम, कैल्शियम और अन्य पदार्थों के ऑक्साइड की अशुद्धियों के साथ आयरन ऑक्साइड Fe 3 O 4 (मैग्नेटाइट)।

इन शर्तों के तहत, परिणामी गैस में 30% अमोनिया होता है। विपरीत प्रतिक्रिया से बचने के लिए, पदार्थ तेजी से ठंडा हो जाता है। कम तापमान पर, परिणामी गैस तरल में बदल जाती है। अप्रयुक्त गैसें - नाइट्रोजन और हाइड्रोजन - संश्लेषण स्तंभ में वापस आ जाती हैं। यह विधि कच्चे माल के उपयोग को अधिकतम करते हुए बड़ी मात्रा में अमोनिया प्राप्त करने में मदद करती है।

चावल। 1. औद्योगिक रूप से अमोनिया प्राप्त करना।

सही उत्प्रेरक खोजने के लिए, 20,000 विभिन्न पदार्थों की कोशिश की गई।

प्रयोगशाला में

प्रयोगशाला में अमोनिया प्राप्त करने के लिए, अमोनियम लवण के लिए क्षार की प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है:

NH 4 Cl + NaOH → NH 3 + NaCl + H 2 O

इसके अलावा, प्रयोगशाला में अमोनिया को बुझे हुए चूने के साथ गर्म किए गए अमोनियम क्लोराइड से या अमोनियम हाइड्रॉक्साइड के अपघटन से प्राप्त किया जा सकता है:

2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 → CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O;
एनएच 4 ओएच ↔ एनएच 3 + एच 2 ओ।

चावल। 2. प्रयोगशाला में अमोनिया प्राप्त करना।

चूने और कास्टिक सोडा के मिश्रण का उपयोग करके अमोनिया को पूरी तरह से सुखाया जा सकता है, जिसके माध्यम से परिणामी गैस पारित की जाती है। इसी उद्देश्य के लिए, तरल अमोनिया को सोडियम धातु के साथ मिलाया जाता है और आसवन के अधीन किया जाता है।

अमोनिया हवा से हल्की होती है, इसलिए इसे इकट्ठा करने के लिए परखनली को उल्टा रखा जाता है।

आवेदन पत्र

विभिन्न उद्योगों में अमोनिया का उपयोग किया जाता है:

में कृषि- नाइट्रोजन युक्त उर्वरकों के उत्पादन के लिए;
उद्योग में - पॉलिमर, विस्फोटक, कृत्रिम बर्फ के उत्पादन के लिए;
रसायन विज्ञान में - नाइट्रिक एसिड, सोडा के निर्माण के लिए;
दवा में - अमोनिया के रूप में।

चावल। 3. उर्वरकों का निर्माण।

हमने क्या सीखा?

अमोनिया का उत्पादन औद्योगिक और प्रयोगशाला विधियों द्वारा किया जाता है। औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन के लिए नाइट्रोजन और हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है। उच्च तापमान, दबाव और उत्प्रेरक की क्रिया के तहत मिलाकर सरल पदार्थ अमोनिया बनाते हैं। उच्च तापमान पर प्रतिक्रिया को विपरीत दिशा में जाने से रोकने के लिए, गैस को ठंडा किया जाता है। प्रयोगशाला में, अमोनिया अमोनियम लवण को क्षार, बुझे हुए चूने के साथ अभिक्रिया करके या अमोनियम हाइड्रॉक्साइड को विघटित करके प्राप्त किया जाता है। अमोनिया का उपयोग रासायनिक उद्योग, कृषि, चिकित्सा और रसायन विज्ञान में किया जाता है।

विषय प्रश्नोत्तरी

रिपोर्ट मूल्यांकन

औसत रेटिंग: 4.2. प्राप्त कुल रेटिंग: 263।

अमोनिया प्राप्त करने की आधुनिक प्रक्रिया 380 - 450 0C के तापमान पर नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से इसके संश्लेषण और लोहे के उत्प्रेरक का उपयोग करके 250 एटीएम के दबाव पर आधारित है:

एन2 (जी) + 3एच2 (जी) = 2एनएच3 (जी)

दूसरा चरण। 7500C पर भाप में कमी और निकेल उत्प्रेरक का उपयोग करके 30 एटीएम के दबाव से हाइड्रोजन का उत्पादन:

सीएच4 (जी।) + एच 2 ओ (जी।) \u003d सीओ (जी।) + जेडएन 2 (जी।)

2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g) परिणाम भाप, कार्बन मोनोऑक्साइड और नाइट्रोजन का मिश्रण है। जलवाष्प हाइड्रोजन के निर्माण के साथ कम हो जाता है, जैसा कि दूसरे चरण में होता है।

चौथा चरण। निम्नलिखित "शिफ्ट" प्रतिक्रिया द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड के चरण 2 और 3 में बनने वाले कार्बन मोनोऑक्साइड का ऑक्सीकरण: CO (g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g)

यह प्रक्रिया दो "कतरनी रिएक्टरों" में की जाती है। पहला आयरन ऑक्साइड उत्प्रेरक का उपयोग करता है और प्रक्रिया लगभग 400 0C के तापमान पर की जाती है। दूसरा कॉपर उत्प्रेरक का उपयोग करता है और प्रक्रिया 220 ° C के तापमान पर की जाती है।

5 वां चरण। पोटेशियम कार्बोनेट के बफर्ड क्षारीय घोल या कुछ अमीन के घोल, जैसे एथेनॉलमाइन NH2CH2CH2OH का उपयोग करके गैस मिश्रण से कार्बन डाइऑक्साइड को धोना। कार्बन डाइऑक्साइड को अंततः तरलीकृत किया जाता है और यूरिया बनाने के लिए उपयोग किया जाता है या वातावरण में छोड़ा जाता है।