Produzione di ammoniaca in laboratorio e in scala industriale

L'ammoniaca (NH3) è un composto chimico di idrogeno con azoto. Ha ottenuto il suo nome dalla parola greca "hals ammniakos" o latino "sal ammoniacus", che sono tradotti solo – "ammoniaca". È questa sostanza chiamata cloruro di ammonio che è stata ottenuta nel deserto libico nell'oasi di ammonio.

L'ammoniaca è considerata una sostanza molto tossica che può irritare le mucose degli occhi e dei tratti respiratori. I sintomi primari di avvelenamento da ammoniaca sono abbondanti lacrimazione, dispnea e polmonite. Ma allo stesso tempo l'ammoniaca è una sostanza chimica preziosa che è ampiamente utilizzata per la produzione di acidi inorganici, ad esempio, sali nitrati, cianuri e urea e azoto contenenti azoto. L'ammoniaca liquida è un'eccellente sostanza di lavoro dei contenitori refrigerati e delle macchine, in quanto ha un alto calore specifico di evaporazione. Le soluzioni acquose di ammoniaca vengono utilizzate come fertilizzanti liquidi, nonché per l'ammonizzazione di superfosfati e miscele di grassi.

L'ottenimento di ammoniaca dai gas di scarico nel processo di coking del carbone è il metodo più antico e più accessibile, ma finora è diventato obsoleto e praticamente non utilizzato.

Il modo moderno e fondamentale è quello di ottenere l'ammoniaca nell'industria basata sul processo Haber. La sua essenza nell'interazione diretta dell'azoto e dell'idrogeno, che si verifica a seguito della conversione di gas idrocarburici. Come materia prima vengono normalmente utilizzati gas naturale, gas di raffineria , gas di petrolio associati, gas residui della produzione di acetilene. L'essenza del metodo di produzione della conversione di ammoniaca è la decomposizione del metano e dei suoi omologhi ad alta temperatura nei componenti: idrogeno e monossido di carbonio con la partecipazione di ossidanti – ossigeno e vapore acqueo. Allo stesso tempo, l'aria arricchita di ossigeno o aria atmosferica viene mescolata con il gas convertito. Inizialmente, la reazione per la produzione di ammoniaca basata sul gas convertibile procede con il rilascio di calore, ma con una diminuzione del volume dei materiali di partenza della reazione:

N2 + 3H2 ↔ 2NH3 + 45,9 kJ

Tuttavia, la produzione di ammoniaca su scala industriale è effettuata usando un catalizzatore e in condizioni artificialmente create che aumentano la resa del prodotto finito. Nell'atmosfera in cui viene prodotta l'ammoniaca, la pressione aumenta a 350 atmosfere e la temperatura sale a 500 gradi Celsius. In tali condizioni, la resa di ammoniaca è di circa il 30%. Il gas viene rimosso dalla zona di reazione con il metodo di raffreddamento e l'azoto e l'idrogeno, che non hanno reagito, ritornano alla colonna di sintesi e possono nuovamente partecipare alle reazioni. Durante la sintesi è molto importante purificare la miscela di gas da veleni catalitici, sostanze che possono negare l'effetto dei catalizzatori. Tali sostanze sono vapore acqueo, CO, As, P, Se, O2, S.

Il ferro poroso con impurità di alluminio e ossidi di potassio agisce come catalizzatore nelle reazioni di azoto e sintesi di idrogeno. Solo questa sostanza, da tutti i 20.000 precedentemente provati, consente di raggiungere lo stato di equilibrio della reazione. Questo principio di ottenere l'ammoniaca è considerato il più economico.

La produzione di ammoniaca in laboratorio si basa sulla tecnologia dello spostamento da sali di ammonio da forti alcali. Schemialmente, questa reazione è la seguente:

2NH4CI + Ca (OH) 2 = 2NH3 ↑ + CaCl2 + 2H2O

o

NH4Cl + NaOH = NH3 ↑ + NaCl + H2O

Per eliminare l'umidità in eccesso e per scaricare l'ammoniaca, viene passata attraverso una miscela di sodio caustico e calce. La produzione di ammoniaca è molto asciutta, in seguito alla dissoluzione del sodio metallico in esso e alla successiva distillazione della miscela. Più spesso, tali reazioni vengono eseguite in un sistema metallico chiuso sotto vuoto. Inoltre, un tale sistema deve resistere ad alta pressione, ottenuta emettendo vapore di ammoniaca, fino a 10 atmosfere a temperatura ambiente.