กระบวนการของโอสต์วาลด์คืออะไร?

กระบวนการ Ostwald เป็นวิธีการที่ใช้สำหรับการผลิตกรดไนตริกซึ่งได้รับการจดสิทธิบัตรโดยนักเคมีชาวเยอรมัน / ลัตเวีย Willhelm Ostwald ในปี 1902 และดำเนินการเป็นครั้งแรกในปี 1908 ในกระบวนการนี้กรดไนตริกจะถูกสังเคราะห์โดยออกซิเดชันของแอมโมเนีย ก่อนที่จะมีการนำกระบวนการของโอสต์วาลด์กรดไนตริกทั้งหมดถูกผลิตโดยเครื่องกลั่นเกลือ - โซเดียมไนเตรต (NaNO 3 ) หรือโพแทสเซียมไนเตรต (KNO 3 ) - ด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้น กระบวนการของโอสต์วาลด์ได้บัญชีสำหรับการผลิตกรดไนตริกซึ่งเป็นสารเคมีที่มีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมปุ๋ยและวัตถุระเบิด

การสังเคราะห์กรดไนตริกครั้งแรกโดยการให้ความร้อนเป็นส่วนผสมของดินประสิว, คอปเปอร์ซัลเฟตและสารส้ม - โดยทั่วไปเกิดจากนักเล่นแร่แปรธาตุอาหรับจาบีร์อิบัน Hayyan Geber บางครั้งในศตวรรษที่ 8 แต่มีความไม่แน่นอนเกี่ยวกับเรื่องนี้ ในช่วงกลางศตวรรษที่ 17 นักเคมีชาวเยอรมันโยฮันน์รูดอล์ฟกลอเบอร์ผลิตกรดโดยการกลั่นเกลือจากกรดซัลฟิวริก กรดไนตริกเป็นที่สนใจเป็นหลักเนื่องจากความสามารถในการละลายโลหะส่วนใหญ่จนกระทั่งค้นพบในปี 1847 ของไนโตรกลีเซอรีน หลังจากจุดนี้ไม่นานเมื่อมีการเปิดตัววัตถุระเบิดชนิดใหม่ที่เกิดจากการทำปฏิกิริยากับสารอินทรีย์ของกรดไนตริกกรดไนตริกและสารตั้งต้นของเครื่องฟอกเกลือก็เป็นที่ต้องการอย่างมาก จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 20 การผลิตกรดไนตริกทั้งหมดมาจากดินประสิว

ในปีพ. ศ. 2444 Willhelm Ostwald นักเคมีชาวเยอรมันที่เกิดในลัตเวียได้พัฒนาวิธีการสังเคราะห์กรดไนตริกจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนียโดยการเร่งปฏิกิริยา กระบวนการเกิดขึ้นในสามขั้นตอน ประการแรกส่วนผสมของก๊าซแอมโมเนียส่วนหนึ่ง (NH 3 ) และอากาศ 10 ส่วนถูกป้อนเข้าสู่ห้องเร่งปฏิกิริยาโดยที่อุณหภูมิ 1292 ถึง 1472 ° F (700 ถึง 800 ° C) และใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทองคำขาวแอมโมเนียรวมกัน ด้วยออกซิเจน (O 2 ) เพื่อผลิตไนตริกออกไซด์ (NO): 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O. ประการที่สองในห้องออกซิเดชั่นที่อุณหภูมิ 122 ° F (50 ° C) ไนตริกออกไซด์จะรวมกัน ด้วยออกซิเจนเพื่อผลิตไนโตรเจนไดออกไซด์: 2NO + O 2 → 2NO 2 ในที่สุดในห้องดูดซับไนโตรเจนไดออกไซด์จะถูกละลายในน้ำให้กรดไนตริก (HNO 3 ) และไนตริกออกไซด์ซึ่งสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้: 3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + NO

กระบวนการออสต์วาลด์ผลิตกรดไนตริกเป็นสารละลายที่มีความเข้มข้นประมาณ 60% โดยการกลั่นความเข้มข้นจะเพิ่มขึ้นเป็น 68.5% ให้กรดไนตริกเกรดที่ใช้สำหรับวัตถุประสงค์ส่วนใหญ่ กรดนี้เป็น azeotrope ของกรดไนตริกและน้ำซึ่งหมายความว่าสารทั้งสองเดือดที่อุณหภูมิเดียวกัน - 251.6 ° F (122 ° C) และดังนั้นจึงไม่สามารถเข้มข้นโดยการกลั่นง่าย หากต้องการความเข้มข้นที่สูงขึ้นสามารถทำได้โดยการกลั่นด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้น - ซึ่งดูดซับน้ำ - หรือโดยตรงโดยการรวมกันของไนโตรเจนไดออกไซด์น้ำและออกซิเจนที่ความดันสูง

กระบวนการทางเคมีนี้จะลดความเชื่อมั่นในการลดปริมาณสำรองของคนทำเกลือ แต่ต้องการแหล่งแอมโมเนียซึ่งในเวลานั้นไม่สามารถหาได้ง่ายในปริมาณมาก ปัญหาแอมโมเนียได้รับการแก้ไขโดยการพัฒนากระบวนการฮาเบอร์ซึ่งสารประกอบนี้ถูกสังเคราะห์โดยใช้ไนโตรเจนในบรรยากาศและไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติ กระบวนการของโอสต์วาลด์ได้กลายเป็นเครื่องมือหลักในการผลิตกรดไนตริกอย่างรวดเร็ว

กระบวนการทางอุตสาหกรรมทั้งสองนี้ช่วยให้การผลิตกรดไนตริกในราคาถูกเป็นจำนวนมาก สิ่งนี้นำไปสู่ผลผลิตทางการเกษตรที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากปุ๋ยไนเตรตสามารถผลิตได้ในปริมาณมาก อย่างไรก็ตามมันก็ยืดเยื้อสงครามโลกครั้งที่ 1 ในขณะที่เยอรมนี - ตัดออกจากเสบียงดินปืนส่วนใหญ่ในช่วงสงคราม - สามารถผลิตวัตถุระเบิดในปริมาณมากต่อไป