ก๊าซแอมโมเนียกลายเป็นของเหลวได้อย่างไร?
1. ก๊าซแอมโมเนียกลายเป็นของเหลวได้อย่างไร?
แรงดันสูง: อุณหภูมิวิกฤตของก๊าซแอมโมเนียคือ 132.4C เกินอุณหภูมินี้ ก๊าซแอมโมเนียไม่ทำให้เป็นของเหลวง่าย แต่ภายใต้สภาวะความดันสูง แอมโมเนียสามารถถูกทำให้เป็นของเหลวได้แม้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตก็ตาม ภายใต้สถานการณ์ปกติ ตราบใดที่ความดันแอมโมเนียสูงกว่า 5.6MPa ก็สามารถทำให้เหลวเป็นน้ำแอมโมเนียได้
อุณหภูมิต่ำ: เมื่อเปรียบเทียบกับก๊าซอื่นๆ แอมโมเนียจะถูกทำให้เป็นของเหลวได้ง่ายกว่า สาเหตุหลักประการหนึ่งคืออุณหภูมิวิกฤตของแอมโมเนียค่อนข้างต่ำ ดังนั้นก๊าซแอมโมเนียจึงกลายเป็นของเหลวได้ง่ายกว่าที่อุณหภูมิต่ำ ที่ความดันบรรยากาศมาตรฐาน จุดเดือดของแอมโมเนียจะอยู่ที่ประมาณ 33.34°C และที่อุณหภูมินี้ แอมโมเนียจะอยู่ในสถานะของเหลวแล้ว
ในอากาศที่อุณหภูมิสูง โมเลกุลแอมโมเนียจะถูกรวมเข้ากับโมเลกุลของน้ำได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างน้ำแอมโมเนียซึ่งเป็นสารละลายก๊าซแอมโมเนียเหลว
ความผันผวน: โครงสร้างโมเลกุลของก๊าซแอมโมเนียนั้นเรียบง่าย แรงระหว่างโมเลกุลค่อนข้างอ่อน และก๊าซแอมโมเนียมีความผันผวนอย่างมาก ดังนั้นตราบใดที่อุณหภูมิและความดันของก๊าซลดลงเพียงพอ ก๊าซแอมโมเนียก็สามารถกลายเป็นของเหลวได้ง่าย
2. ทำไมแอมโมเนียจึงเบากว่าอากาศ?
แอมโมเนียมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศ หากทราบมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของก๊าซบางชนิด เมื่อพิจารณาจากมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ คุณจะสามารถตัดสินความหนาแน่นโดยเปรียบเทียบกับมวลอากาศได้ มวลโมเลกุลสัมพัทธ์เฉลี่ยของอากาศคือ 29 คำนวณมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของอากาศ ถ้ามากกว่า 29 ความหนาแน่นจะมากกว่าอากาศ และถ้าน้อยกว่า 29 ความหนาแน่นจะน้อยกว่าอากาศ
3. จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีแอมโมเนียหลงเหลืออยู่ในอากาศ?
เกิดการระเบิดแอมโมเนียน้ำเป็นก๊าซไม่มีสี มีกลิ่นระคายเคืองรุนแรง และละลายในน้ำได้ง่าย อาจระเบิดได้เมื่ออากาศมีแอมโมเนีย 20%-25% น้ำแอมโมเนียเป็นสารละลายแอมโมเนียที่เป็นน้ำ ผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมเป็นของเหลวใสไม่มีสี มีกลิ่นฉุนฉุนและเผ็ดร้อน
4. แอมโมเนียในอากาศเป็นพิษมากแค่ไหน?
เมื่อความเข้มข้นของแอมโมเนียในอากาศเท่ากับ 67.2 มก./ลบ.ม. ช่องจมูกจะรู้สึกระคายเคือง เมื่อความเข้มข้นอยู่ที่ 175~300 มก./ลบ.ม. จมูกและดวงตาจะระคายเคืองอย่างเห็นได้ชัด และอัตราการเต้นของหัวใจในการหายใจจะเร็วขึ้น เมื่อความเข้มข้นถึง 350~700 มก./ลบ.ม. คนงานจะไม่สามารถทำงานได้ เมื่อความเข้มข้นสูงถึง 1,750~4,000 มก./ลบ.ม. อาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้
5. ก๊าซแอมโมเนียมีประโยชน์อย่างไร?
1. ส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช: แอมโมเนียเป็นแหล่งไนโตรเจนที่สำคัญที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืช ซึ่งสามารถปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดิน และส่งเสริมการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช
2. การผลิตปุ๋ยเคมี แอมโมเนียเป็นวัตถุดิบสำคัญในการผลิตปุ๋ยไนโตรเจน หลังจากปฏิกิริยาเคมี ก็สามารถผลิตเป็นน้ำแอมโมเนีย ยูเรีย แอมโมเนียมไนเตรต และปุ๋ยอื่นๆ ได้
3. สารทำความเย็น: แอมโมเนียมีประสิทธิภาพในการทำความเย็นที่ดีและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสารทำความเย็น อุปกรณ์ทำความเย็น และสาขาอื่น ๆ
4. ผงซักฟอก: ก๊าซแอมโมเนียสามารถใช้ทำความสะอาดกระจก พื้นผิวโลหะ ห้องครัว ฯลฯ และมีหน้าที่ในการชำระล้างสิ่งปนเปื้อน กำจัดกลิ่น และฆ่าเชื้อ
6. โรงงานผลิตแอมโมเนียผลิตแอมโมเนียได้อย่างไร?
1. การผลิตแอมโมเนียโดยวิธีฮาเบอร์:
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) △rHθ=-92.4kJ/mol (สภาวะของปฏิกิริยาคืออุณหภูมิสูง ความดันสูง ตัวเร่งปฏิกิริยา)
2. การผลิตแอมโมเนียจากก๊าซธรรมชาติ: ก๊าซธรรมชาติจะถูกกำจัดซัลเฟอร์ก่อน จากนั้นจึงผ่านการเปลี่ยนแปลงขั้นที่สอง จากนั้นผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การแปลงคาร์บอนมอนอกไซด์และการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ เพื่อให้ได้ส่วนผสมไนโตรเจน-ไฮโดรเจน ซึ่งยังคงมีประมาณ 0.1% ถึง 0.3% ของคาร์บอนมอนอกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์ (ปริมาตร ) หลังจากถูกกำจัดออกโดยก๊าซมีเทน จะได้ก๊าซบริสุทธิ์ที่มีอัตราส่วนโมลของไฮโดรเจนต่อไนโตรเจนเป็น 3 ซึ่งถูกบีบอัดโดยคอมเพรสเซอร์และ เข้าสู่วงจรสังเคราะห์แอมโมเนียเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์แอมโมเนีย กระบวนการผลิตแอมโมเนียสังเคราะห์ที่ใช้แนฟทาเป็นวัตถุดิบจะคล้ายกับกระบวนการนี้
3. การผลิตแอมโมเนียจากน้ำมันหนัก: น้ำมันหนักรวมถึงน้ำมันที่เหลือที่ได้จากกระบวนการขั้นสูงต่างๆ และวิธีการออกซิเดชันบางส่วนสามารถใช้ในการผลิตก๊าซวัตถุดิบแอมโมเนียสังเคราะห์ได้ กระบวนการผลิตนั้นง่ายกว่าวิธีการปฏิรูปไอน้ำด้วยก๊าซธรรมชาติ แต่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์แยกอากาศ ออกซิเจนที่ผลิตโดยหน่วยแยกอากาศจะถูกใช้สำหรับการแปรสภาพเป็นแก๊สของน้ำมันหนัก และไนโตรเจนจะถูกใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนีย
4. การผลิตแอมโมเนียจากถ่านหิน (โค้ก): การแปรสภาพเป็นแก๊สโดยตรงของถ่านหิน (ดูการแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหิน) มีวิธีการต่างๆ เช่น การแปรสภาพเป็นแก๊สแบบต่อเนื่องด้วยแรงดันบรรยากาศคงที่เบด การแปรสภาพเป็นแก๊สแบบต่อเนื่องด้วยไอน้ำและออกซิเจนแรงดัน เป็นต้น ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการ Haber-Bosch ในยุคแรกๆ สำหรับ การสังเคราะห์แอมโมเนีย อากาศ และไอน้ำ ถูกนำมาใช้เป็นสารแปรสภาพเป็นแก๊ส เพื่อทำปฏิกิริยากับโค้กที่ความดันปกติและอุณหภูมิสูง เพื่อผลิตก๊าซที่มีอัตราส่วนโมลาร์ (CO+H2)/N2 เท่ากับ 3.1 ถึง 3.2 เรียกว่า สำหรับก๊าซกึ่งน้ำ หลังจากที่ก๊าซกึ่งน้ำถูกล้างและกำจัดออกไปแล้ว มันจะไปที่ตู้แก๊ส และหลังจากถูกเปลี่ยนรูปด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ และถูกอัดด้วยแรงดันหนึ่งแล้ว ก็จะถูกล้างด้วยน้ำแรงดันสูงเพื่อกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ จากนั้นจึงบีบอัดด้วยคอมเพรสเซอร์ แล้วล้างด้วยคิวโปรแอมโมเนียเพื่อกำจัดคาร์บอนมอนอกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์ออกเล็กน้อย แล้วส่งไปสังเคราะห์แอมโมเนีย