Na podstawie zamieszczonego rysunku określ stopień przemiany NO do NO2 w reakcji utleniania, jeżeli proces prowadzony jest w temperaturze 500 °C i pod ciśnieniem 0,1 MPa.
A. 10%
B. 30%
C. 20%
D. 50%
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2021 (arkusz A.56-SG-21.06).
Dla warunków 500 °C i 0,1 MPa z rysunku należy odczytać punkt przecięcia temperatury procesu z krzywą odpowiadającą ciśnieniu 0,1 MPa. Ten punkt wypada przy stopniu przemiany NO do NO₂ około 20%, dlatego odpowiedź 20% jest właściwa. Chodzi tu o reakcję 2NO + O₂ ⇌ 2NO₂, czyli utlenianie tlenku azotu do ditlenku azotu. W praktyce technologicznej taki odczyt jest ważny, bo stopień przemiany mówi, jaka część substratu rzeczywiście przereagowała w danych warunkach. Moim zdaniem warto zapamiętać jedną rzecz: przy analizie wykresów procesowych nie zgaduje się wartości „na oko” z listy odpowiedzi, tylko najpierw wybiera właściwe ciśnienie, potem temperaturę, a dopiero na końcu odczytuje konwersję. W instalacjach związanych z gazami azotowymi ma to znaczenie dla doboru parametrów reaktora, kontroli emisji NOₓ oraz oceny sprawności procesu. Dobra praktyka branżowa to podawanie warunków razem z wynikiem, czyli np. stopień przemiany NO ≈ 20% przy 500 °C i 0,1 MPa, bo bez temperatury i ciśnienia sama liczba niewiele mówi.
W tym zadaniu łatwo pomylić sam kierunek zmian procesu z konkretnym odczytem z wykresu. Reakcja utleniania NO do NO₂ jest reakcją równowagową, więc temperatura i ciśnienie mają duży wpływ na uzyskiwany stopień przemiany. Jeżeli ktoś wybiera 10%, zwykle za bardzo obniża odczyt z wykresu albo patrzy na niewłaściwą krzywą ciśnienia. Taka wartość mogłaby pasować do innych warunków, ale nie do punktu 500 °C i 0,1 MPa pokazanego na rysunku. Z kolei 30% oznacza już zawyżenie konwersji, najczęściej przez odczytanie punktu z sąsiedniej krzywej albo przez niedokładne prowadzenie linii pomocniczej od temperatury. Wartość 50% jest jeszcze mniej zgodna z wykresem; sugeruje warunki dużo korzystniejsze dla przemiany, np. inne ciśnienie lub temperaturę, a nie podane 0,1 MPa i 500 °C. Typowy błąd polega też na myśleniu, że wyższa temperatura zawsze zwiększa stopień przemiany, bo „reakcja idzie szybciej”. Kinetyka to jedno, a równowaga chemiczna to drugie. W procesach przemysłowych trzeba rozróżniać szybkość reakcji od maksymalnego możliwego składu równowagowego. Dlatego w dobrej praktyce technologicznej najpierw identyfikuje się dokładne parametry procesu, potem właściwą krzywą na wykresie, a dopiero później wybiera odpowiedź. Tutaj odczyt prowadzi do wartości około 20%, nie 10%, 30% ani 50%.