فرایند استوالد

فرایند استوالد یک فرایند شیمیایی در تهیهٔ اسید نیتریک (HNO₃) است. ویلهلم اوستوالد این فرایند را توسعه داد و در ۱۹۰۲ حق امتیازش را به نام خود ثبت کرد. این فرایند ستون اصلی صنایع شیمیایی امروزی است و فراهم آورندهٔ مادهٔ خام انواع کودهای معمول تولیدی است. از دیدگاه تاریخی و در عمل فرایند استوالد ارتباط نزدیکی با فرایند هابر که فراهم آورندهٔ مواد لازم در تهیهٔ آمونیاک است، دارد.

توضیح

آمونیاک در دو گام به نیتریک اسید تبدیل می‌شود. نخست آن را در حضور اکسیژن یک فروکافت مانند پلاتین با ۱۰٪ رودیم، حرارت می‌دهیم تا اکسایش-کاهش شود و نیتریک اکسید و آب بدست آید. این گام به شدت گرمازا است:

4 NH₃ (g) + 5 O₂ (g) → 4 NO (g) + 6 H₂O (g) (ΔH = −905.2 kJ)

گام دوم دارای دو واکنش است و در یک ابزار جذب که آب دارد، صورت می‌گیرد. نخست اکسید نیتریک دوباره اکسید می‌شود تا نیتروژن دی‌اکسید بدست آید. هنگام کاهش ماده و تبدیل دوبارهٔ آن به نیتریک اکسید گاز توسط آب جذب می‌شود و محصول مورد نظر (نیتریک اسید به شکل رقیق) بدست می‌آید:

2 NO (g) + O₂ (g) → 2 NO₂ (g) (ΔH = −114 kJ/mol)

3 NO₂ (g) + H₂O (l) → 2 HNO₃ (aq) + NO (g) (ΔH = −117 kJ/mol)

NO دوباره بازیابی می‌شود و اسید در غلظتی که دوست داریم با کمک تقطیر بدست می‌آید.

اگر گام آخر در مجاورت هوا صورت می‌گرفت داشتیم:

4 NO₂ (g) + O₂ (g) + 2 H₂O (l) → 4 HNO₃ (aq)

در گام نخست که گام مهمی هم هست، شرایط باید به قرار زیر باشد:

فشار باید میان ۴ تا ۶ اتمسفر باشد (۴۱۰ تا ۱۰۰۰ کیلوپاسکال)
دما باید نزدیک به ۲۳۰ درجهٔ سانتیگراد باشد.

بخشی از فرایند که پیچیده می‌شود و باید به آن توجه کرد، یک واکنش جانبی است که در اثر آن نیتریک اکسید دوباره به N
2 تبدیل می‌شود:

4 NH
3 + 6 NO → 5 N
2 + 6 H
2O

این یک واکنش جانبی است که با کمینه کردن مدت تماس مخلوط گازها با فروکافت، امکان وقوع آن را به حداقل می‌رسانیم.

منابع

↑ GB 190200698, Ostwald, Wilhelm, "Improvements in the Manufacture of Nitric Acid and Nitrogen Oxides", published January 9, 1902, issued March 20, 1902
↑ GB 190208300, Ostwald, Wilhelm, "Improvements in and relating to the Manufacture of Nitric Acid and Oxides of Nitrogen", published December 18, 1902, issued February 26, 1903
↑ Alan V. Jones; M. Clemmet; A. Higton; E. Golding (1999). Alan V. Jones (ed.). Access to chemistry. Royal Society of Chemistry. p. 250. ISBN 0-85404-564-3.
↑ Harry Boyer Weiser (2007). Inorganic Colloid Chemistry -: The Colloidal Elements. Read Books. p. 254. ISBN 1-4067-1303-1.

[1] GB 190200698, Ostwald, Wilhelm, "Improvements in the Manufacture of Nitric Acid and Nitrogen Oxides", published January 9, 1902, issued March 20, 1902

[2] GB 190208300, Ostwald, Wilhelm, "Improvements in and relating to the Manufacture of Nitric Acid and Oxides of Nitrogen", published December 18, 1902, issued February 26, 1903

[jones1-3] Alan V. Jones; M. Clemmet; A. Higton; E. Golding (1999). Alan V. Jones (ed.). Access to chemistry. Royal Society of Chemistry. p. 250. ISBN 0-85404-564-3.

[4] Harry Boyer Weiser (2007). Inorganic Colloid Chemistry -: The Colloidal Elements. Read Books. p. 254. ISBN 1-4067-1303-1.