W pierwszym etapie syntezy kwasu azotowego(V) mieszanina amoniakalno-powietrzna stosowana w reakcji utleniania amoniaku do tlenku azotu(II) NO, zawiera 1 mol NH3 na 1,5-2 mole O2. W mieszaninie tej nie mogą być obecne związki siarki, fosforowodory i pyły. Która z mieszanin gazowych spełnia wymagania ilościowe i może być użyta w tym etapie procesu?
Odpowiedzi
Informacja zwrotna
Odpowiedź 250 dm3 NH3 oraz 500 dm3 O2 jest poprawna, ponieważ spełnia wymagania ilościowe dla reakcji utleniania amoniaku do tlenku azotu(II), gdzie stosunek molowy NH3 do O2 wynosi 1 mol NH3 na 1,5-2 mole O2. W tej mieszance mamy 1 mol NH3 na 2 mole O2, co jest akceptowalne w kontekście wymagań procesowych. Przykładowo, w przemyśle chemicznym, gdzie produkuje się kwas azotowy(V), kluczowe jest utrzymanie ściśle określonych warunków reakcji, aby zminimalizować ryzyko niepożądanych reakcji ubocznych. W praktyce, stosunek reagentów wpływa na efektywność utleniania oraz na jakość uzyskanego produktu. Dodatkowo, odpowiednia kontrola składu mieszaniny gazowej jest zgodna z najlepszymi praktykami inżynierii chemicznej, co pozwala na optymalizację procesu oraz zapewnienie bezpieczeństwa operacji. W przemyśle chemicznym szczególnie istotne jest unikanie związków siarki oraz innych zanieczyszczeń, które mogą prowadzić do korozji instalacji oraz obniżenia wydajności reakcji.
Inne odpowiedzi nie spełniają wymagań ilościowych dotyczących stosunku reagentów w procesie utleniania amoniaku. W przypadku pierwszej opcji, 100 dm3 NH3 i 900 dm3 O2, stosunek wynosi 1:9, co znacznie przekracza dopuszczalny limit i może prowadzić do nieefektywnego procesu oraz problemów ze stabilnością reakcji. Zbyt duża ilość O2 może również prowadzić do niepożądanych reakcji ubocznych, co jest sprzeczne z zasadami inżynierii chemicznej, gdzie kluczowa jest kontrola warunków reakcji. W trzeciej opcji, 500 dm3 NH3 i 250 dm3 O2, również mamy stosunek 2:1, co jest zbyt małą ilością O2 w porównaniu do NH3, co może skutkować niedotlenieniem amoniaku i w efekcie niską wydajnością reakcji. Ostatnia opcja, 900 dm3 NH3 i 100 dm3 O2, również jest nieprawidłowa, ponieważ stosunek 9:1 jest znacznie poza akceptowalnym zakresem, co może doprowadzić do nieefektywnego procesu i zwiększenia ryzyka powstania niepożądanych produktów. W każdym z tych przypadków, niewłaściwe dobieranie ilości reagentów wynika z braku zrozumienia zasad stoichiometrii reakcji chemicznych oraz ich wpływu na wydajność procesu. Wiedza na temat odpowiednich proporcji reagentów jest kluczowa dla inżynierów chemicznych, aby zapewnić optymalne warunki reakcji oraz bezpieczeństwo procesów chemicznych.