Hiện nay người ta sản xuất ammonia không từ N2 và H2 tinh khiết mà tiến hành từ sự chuyển hóa có xúc tác một hỗn hợp gồm không khí (chứa 21,03% O2, 78,02% N2; còn lại là khí hiếm), hơi nước và khí thiên nhiên (có thành phần chính là khí methane).
Phản ứng điều chế H2: CH4(g) + 2H2O(g) → CO2(g) + 4H2(g) (1)
Phản ứng khử O2 để thu N2 trong không khí: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) (2)
Phản ứng tổng hợp NH3: N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) (3)
Xét các phản ứng ở điều kiện chuẩn và hiệu suất chuyển hóa của các phản ứng (1) và (2) là 100%. Tổng khối lượng khí methane và hơi nước cần dùng để tạo đủ lượng N2 và H2 (theo tỉ lệ 1 : 3 về thể tích dùng cho phản ứng tổng hợp NH3, hiệu suất tổng hợp H = 25%) để sản xuất 5,1 tấn khí NH3 là m tấn. Giá trị của m bằng bao nhiêu? (Làm tròn đến hàng phần mười)
nNH3 = 300 kmol —> nN2 = 300/(2.25%) = 600 kmol và nH2 = 3nN2 = 1800 kmol
Cần lấy x kmol CH4 và y kmol H2O
Bảo toàn H —> 4x + 2y = 1800.2
Bảo toàn C —> nCO2 = x
Bảo toàn O: 2nO2 (không khí) + nH2O = 2nCO2
⇔ 2.600.21,03%/78,02% + y = 2x
—> x = 530,864 và y = 738,272
—> m = 16x + 18y = 21783,72 kg ≈ 21,8 tấn