Hābera process, kas dažviet pazīstams arī kā Hābera-Borša process, ir zinātniska metode, ar kuras palīdzību no slāpekļa un ūdeņraža tiek izveidots amonjaks. Dzelzs darbojas kā katalizators, un procesa panākumi lielā mērā ir atkarīgi no ideālās temperatūras un spiediena; lielāko daļu laika tas tiek veikts slēgtā kamerā, kur apstākļus var cieši kontrolēt. Šis process ir ļoti svarīgs vairākām dažādām nozarēm, un tas ir ietaupījis neskaitāmas stundas ražotājiem, kuriem pretējā gadījumā būtu bijis jārada amonjaks, izmantojot citus, parasti daudz darbietilpīgākus līdzekļus. Tas ir nedaudz sarežģīti izpildāms, taču, ja tas tiek darīts pareizi, tas parasti nodrošina ļoti uzticamus rezultātus.
Kā process tika izstrādāts
Šo procesu 1909. gadā izstrādāja vācu ķīmiķis Frics Hābers, un vēlāk to rūpnieciskā mērogā paplašināja cits vācietis Karls Bošs. Abiem vīriešiem 1918. gadā tika piešķirta Nobela prēmija par tehnisko šķēršļu pārvarēšanu, kas saistīti ar augstspiediena tehnoloģiju izmantošanu rūpnieciskā mērogā. Pirms metodes izstrādes amonjaku bija salīdzinoši grūti iegūt, un tāpēc tas bija diezgan dārgs. Izgudrojot veidu, kā to ātrāk sintezēt, tas padarīja to pieejamāku un lētāku. Šis process arī pavēra ceļu kontrolētākiem vides eksperimentiem un ķīmiskiem samazinājumiem.
Kā tas darbojas
Vairumā gadījumu amonjaka radīšanai ir nepieciešami trīs būtiski elementi: ūdeņradis, slāpeklis un sava veida katalizators. Lai gan sākotnēji kā katalizatori tika izmantoti osmijs un urāns, vēlāk tie tika aizstāti ar dzelzi, jo tā ir daudz lētāka alternatīva un mēdz darboties tikpat labi. Arī kontrolēta vide ir ļoti svarīga. Parasti amonjaks tiek sintezēts, ķemmējot vienu tilpumu slāpekļa ar trīs tilpumiem ūdeņraža poraina dzelzs klātbūtnē kā katalizatoru. Hābera process šo reakciju veic attiecīgi optimālā temperatūrā 1022 ° F (550 ° C) un spiedienā no 2175 līdz 3626 psi (15 līdz 25 MPa).
Ūdeņradi reakcijai parasti iegūst, reaģējot metānam vai dabasgāzei ar tvaiku niķeļa oksīda kā katalizatora klātbūtnē. Pēc tam elements tiek likts pāri dzelzs oksīda slāņiem kopā ar slāpekļa gāzi no atmosfēras. Tā kā reakcija istabas temperatūrā ir ļoti lēna, temperatūra tiek paaugstināta, lai paātrinātu procesu. Šī reakcija ir eksotermiska, kas nozīmē, ka tā izdala siltumu, tāpēc temperatūras paaugstināšanās tikai labvēlīgi ietekmēs reverso reakciju un var izraisīt produkta turpmāku samazināšanos.
Tas ir saskaņā ar Le Chatlier principu, kas nosaka, ka jebkuras koncentrācijas, temperatūras, tilpuma vai daļēja spiediena izmaiņas līdzsvara sistēmā izraisīs līdzsvara nobīdi, lai neitralizētu uzliktās izmaiņas. Vienkāršāk sakot, ja reakcijas temperatūru paaugstina, lai paātrinātu amonjaka ražošanu, tas novedīs pie turpmākas saražotā amonjaka sadalīšanās slāpeklī un ūdeņradi. Tā kā katalizators var efektīvi darboties tikai aptuveni 752 ° C (400 ° F), temperatūra ir jāuztur no 752 ° F līdz 1022 ° F (300 ° un 550 ° C).
Spiediena nozīme
Hābera procesam ir tendence visefektīvāk darboties vidē ar ļoti augstu spiedienu. Tas palielina amonjaka veidošanos un uzlabo galaprodukta aiztures rādītājus. Tomēr pat ideālos apstākļos katrā piegājienā tiek iegūti tikai aptuveni 15% amonjaka. Atkārtoti pārstrādājot neizreaģējušo gāzi, ir iespējams iegūt gandrīz 98%. Tomēr nereaģējušo produktu paturēšana otrreizējai pārstrādei var kļūt sarežģīta. Ārpus augsta spiediena vides tas ir gandrīz neiespējami.
Kāpēc tas ir svarīgi
Ļoti daudzas nozares un ražošanas projekti ir guvuši lielu labumu no šī procesa efektivitātes un efektivitātes. Amonjaks ir ļoti svarīgs vairākām dažādām lietām — tas ir izplatīts mājās kā tīrīšanas līdzeklis, taču tas ir arī būtisks slāpekli saturošu mēslošanas līdzekļu un vairuma munīcijas veidu ražošanā. Šis process katru gadu tiek izmantots gandrīz 100 miljonu tonnu mēslojuma ražošanā, un tas ir arī ļoti svarīgs lielākajai daļai militāro un aizsardzības darbuzņēmēju visā pasaulē.