하버 공정 및 NPK 비료: 비율, 조건 및 염
도입됨| English | 의미 |
|---|---|
| NPK fertiliser | NPK 비료 |
| Haber process/ˈheɪbə ˈprəʊses/ | 하버법 |
재활용 가스가 비료 자원을 무한으로 만드는가?
- 반응하지 않은 가스를 회수는 원료 사용 효율을 향상시킵니다. 그러나 가스를 가열하고 압축하는 데 필요한 에너지나 염을 제조하는 데 필요한 자원을 완전히 제거하지는 않습니다.
- 이 분리 화학 수업은 하버 공정 및 NPK 비료를 다룹니다. 프로세스 루프는 모든 단계에서 필수이며, 평형/속도 평가는 명시적으로 고등 수준(HT)입니다.
하버 루프를 따르세요
- 하버 공정은 암모니아를 제조합니다. 질소는 공기에서 얻으며, 수소 천연가스와 증기를 반응시켜 얻을 수 있습니다. 정제된 가스는 약 450 °C 및 약 200 기압의 철 위를 통과합니다: $N_2+3H_2\rightleftharpoons2NH_3$.
- 냉각은 암모니아를 액화하여 제거하게 합니다. 반응하지 않은 질소와 수소는 반응기로 다시 들어갑니다. 반응是可逆하므로, 일회 통과 전환율은 반복적인 재순환 이후 전체 전환율과 다릅니다.
냉각 후 하버 반응기에 다시 공급되는 기류는 무엇입니까?
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냉각은 액화된 암모니아를 제거하고, 반응하지 않은 질소와 수소를 환류시킵니다. 재순환은 원료 사용 효율을 개선하지만 가열 및 압축에는 여전히 에너지가 필요합니다.
일회 통과 계수 비율 활용
- 공급에는 2 mol 질소와 6 mol 수소가 포함됩니다. 만약 1 mol 질소만 반응하면, 3 mol 수소를 소비하고 2 mol 암모니아를 형성합니다. 남은 가스는 1 mol 질소와 3 mol 수소입니다.
- 모든 원료 공급물이 변환되었다면 이론적 최대치는 4 mol 암모니아입니다. 이 최대치를 명시된 통과에서 실제로 생산된 양으로 사용하지 마십시오. 균형 방정식은 질소와 수소 원자를 보존합니다.
HT: 속도, 수율 및 비용 균형
- 전방 반응은 발열성입니다. 낮은 온도는 평형 암모니아 수율을 선호하지만 속도를 늦추며, 높은 온도는 속도를 증가시키지만 평형 수율을 낮춥니다. 속도 및 평형 그래프를 서로 다른 물량으로 해석하십시오.
- 높은 압력은 네 개의 반응물 기체 분자가 두 개의 생성물 분자로 변하기 때문에 암모니아를 선호하지만, 압축과 강력한 장비는 에너지와 비용을 소모합니다. 철은 평형 위치를 변경하지 않으면서 양쪽 방향 및 평형 도달 속도를 모두 가속시킵니다. 산업 조건은 가능한 최대 평형 수율이 아닌 타협안입니다.
온도와 압력을 일정하게 유지하면 철은 암모니아의 평형 생산량을 증가시킵니다.
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철은 정방향 및 역방향 반응을 모두 가속화하여 평형에 더 빨리 도달하게 하지만 평형 위치는 변경하지 않습니다. 이는 온도-속도 차이를 구분하여 반응 속도와 평형 생산량을 구별합니다.
질소, 인, 칼륨 공급
- NPK 비료는 세 가지 영양 소供应을 제공하는 염의 배합제입니다. 암모니아는 암모늄 염 및 질산 제조에 사용할 수 있습니다. 중화 반응은 암모늄 질산을 생성합니다: $NH_3+HNO_3\rightarrow NH_4NO_3$.
- 염화칼륨, 황산칼륨 및 인회석은 채굴됩니다. 인회석은 비료로 직접 사용하기 적합하지 않으며, 처리를 통해 사용 가능한 가용성 염으로 만들어야 합니다. 인산 자체로는 칼륨을 공급하지 않습니다.
암모니아가 질산과 중화될 때 형성되는 암모늄 염은 무엇인가?
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NH₃ +HNO₃ →NH₄NO₃, 암모늄 질산염이다. 이는 질소를 공급하며, 완전한 NPK 배합은 인과 칼륨도 공급한다.
인산석 처리법 3가지 구분
- 질산 처리는 질산칼슘과 인산을 생성합니다. 황산은 황산칼슘이 포함된 인산수소칼슘을含有하는 단일슈퍼포스페이트를 만듭니다.
- 인산은 황산 성분이 없는 인산수소칼슘을含有하는 트리플슈퍼포스페이트를 만듭니다. 모든 산 처리법을 단순히 “슈퍼포스페이트”라고 부르지 말고, 인소와 칼륨원을 혼동하지 마십시오.
용어를 정확한 의미와 매칭하십시오.
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용어를 구분하기 위해 화학 구조, 공정 또는 비교 경계를 사용하십시오.
실험실 및 산업에서의 동일한 염 비교
- 정밀하게 조절된 실험실 중화/적정법 이후 증발 및 결정화는 순수 고체를 생산할 수 있습니다. 실험실 적정법이 본질적으로 불순물을 포함하는 제품을 주는 것은 아닙니다.
- 산업은 암모니아/산 생산 통합, 열 회수 및 대량 생산 지속이 가능하지만 장비 및 배출 제어는 필수입니다. 단위당 공급 에너지, 순도, 규모, 장비, 폐기물 및 비용을 비교하십시오; “산업이 항상 더 좋다”는 평가가 아닙니다.
제조 공정 비교를 올바르게 제한하는 두 주장은 무엇인가?
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실험실 적정법은 본질적으로 불순물이 아니다. 산업은 규모와 통합성을 제공하지만 여전히 에너지와 장비를 필요로 하므로, 실제 기준과 데이터를 평가하라.
새로운 원료에该方法 적용
- 독립적 원료: 3 몰 질소 및 9 몰 수소. 2 몰 질소가 한 번의 통과에서 반응하면, 6 몰 수소가 반응하고, 4 몰 암모니아가 형성되며, 1 몰 질소 및 3 몰 수소가 남습니다.
- 촉매는 평형에 더 빨리 도달할 수 있지만 일정 온도 및 압력에서 평형 양을 증가시킬 수는 없습니다. 속도 또는 평형에 근거한 이유를 제시한 후, 산업적 주장을 제한하는 비용/조건을 언급하십시오.
공정을 따르고, 균형 잡힌 비율을 사용하고, 속도와 평형 수율을 구분하며, 실제 영양염 염과 제조 비교를 식별하십시오.
공급에 3 mol의 질소와 9 mol의 수소가 포함되어 있습니다. 한 번의 통과에서 2 mol의 질소가 반응할 때 생성되는 암모니아 몰 수는 몇 입니까?
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N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃. 질소 2몰이 소모되면 수소 6몰과 함께 암모니아 4몰이 생성되고, 잔여 질소 1몰과 수소 3몰이 남습니다. 전체 공급물의 이론적 최대치인 6mol은 명시된 한 통과당 양이 아닙니다.