Welche Schwierigkeiten beim Haber- Bosch Verfahren?
vorallem auf den Druck bezogen? welche Schwierigkeiten hatten sie? (habe morgen einen Test, ist wichtig!!!!!!)
3 Antworten
Moin,
die Ammoniaksynthese aus den Elementen verläuft nach folgendem Reaktionsschema (Hinreaktion):
3 H2 (g) + N2 (g) ---> 2 NH3 (g)
Diese Reaktion ist exotherm. Außerdem erfolgt sie unter Volumenabnahme, weil es links vier Gasteilchen gibt, rechts nur zwei.
Dummerweise (im Sinne einer Ammoniakproduktion) gibt es auch die Rückreaktion:
2 NH3 (g) ---> 3 H2 (g) + N2 (g)
Diese ist logischerweise endotherm und erfolgt unter einer Volumenzunahme.
Zusammen ergibt sich also eine Gleichgewichtsreaktion. Die Lage des Gleichgewichts kann man nun beeinflussen.
Nach dem Prinzip von LeChatelier (Prinzip des kleinsten Zwangs) wäre es wünschenswert, wenn die Reaktion bei möglichst niedriger Temperatur und hohem Druck erfolgen würde. Beides wäre im Sinne einer hohen Ausbeute an Ammoniak (gewünscht) günstig. Bei niedrigen Reaktionstemperaturen wird die Seite begünstigt, die Energie liefert (also die exotherme Reaktion). Bei hohem Druck wird die Seite begünstigt, die weniger Volumen benötigt.
Doch nun gibt es vor allem zwei Probleme: Erstens ist Sticktsoff ein sehr reaktionsträges Element. Oder anders gesagt, es benötigt eine ziemlich hohe Aktivierungsenergie, damit es überhaupt reagiert (ohne Hilfsmittel liegt die Temperatur oberhalb von 600°C).
Andererseits ist die Erzeugung von Druck sehr kostspielig, weil du dazu Kompressoren benötigst, die in der Lage sind, einen relativ großen Reaktionsraum unter Druck zu setzen. Das kostet jede Menge Strom. Und der will bezahlt werden!
Damit man beide Probleme ansatzweise in den Griff bekommt, muss man zu Hilfsmitteln greifen bzw. Kompromisse eingehen. Ein eisenhaltiger Katalysator senkt schon einmal die Aktivierungsenergie, so dass man bei Temperaturen zwischen 400 und 500°C arbeiten kann. Der Katalysator dient dabei als Anheftungsstelle für den Wasserstoff, der dabei so ausgerichtet wird, dass die Wahrscheinlichkeit für günstige Zusammenstöße gesteigert wird (immerhin müssen für die Synthese von zwei Ammoniakmolekülen vier Teilchen kollidieren).
Beim Druck erzeugt man gerade so viel davon, dass die Synthese nicht zu teuer wird. Der Kompromissbereich liegt bei etwa 300 bar.
So kommt es, dass eine übliche Haber-Bosch-Anlage bei circa 400°C und 300 bar zu einer ungefähr 40%igen Ausbeute an Ammoniak führt.
Alles klar?
LG von der Waterkant
1.: Du hast Morgen einen Test?!?
2.: Wenn der Druck zu gross wird, ist es ab einem bestimmten Punkt unwirtschaftlich, da man entsprechende Kompressoren usw. kaufen muss, was teuer wird. Allerdings darf der Druck auch nicht zu gering sein, da die Hinreaktion der Ammoniaksynthese Volumen "verbraucht", und daher ein zu niedriger Druck die Synthese hemmt. Ausserdem geht bei einer Drucksteigerung die Reaktion schneller von Statten, was die Wirtschaftlichkeit steigert.
Material für Reaktor - Kohlenstoffgehalt vom Stahl - Undichtigkeit - "Bosch-Löcher".