KWALIFIKACJA CHM2 - CZERWIEC 2017

PYTANIE NR 19.
Podczas produkcji kwasu azotowego(V) kontrolowane jest stężenie amoniaku w mieszaninie amoniakalno-powietrznej. W tym celu pobierane są próbki
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Stężenie amoniaku kontroluje się w mieszaninie amoniakalno‑powietrznej, która jest strumieniem gazowym związanym z etapem utleniania amoniaku.
Dlatego właściwe są próbki gazowe pobierane z obszaru reaktora utleniania, a nie próbki ciekłe ani pobór z części absorpcyjnej, gdzie występuje inna faza i inny cel operacji.

Pełne wyjaśnienie:

W wytwarzaniu kwasu azotowego(V) metodą amoniakalną (proces Ostwalda) kluczowym etapem jest utlenianie amoniaku na katalizatorze. Do reaktora trafia mieszanina amoniakalno‑powietrzna, czyli strumień gazowy. Kontrola stężenia NH3 w tej mieszaninie jest istotna zarówno technologicznie (stabilna konwersja), jak i eksploatacyjnie (bezpieczne proporcje reagentów).

Z tego powodu do oznaczania stężenia amoniaku w mieszaninie amoniakalno‑powietrznej pobiera się próbki gazowe z reaktora utleniania (praktycznie: z odcinka związanego z utlenianiem/zasilaniem tego etapu). Taka próbka odpowiada badanemu strumieniowi i pozwala ocenić, czy skład mieszaniny jest zgodny z wymaganiami procesu.

Odpowiedź "ciekłe z reaktora utleniania" jest niepoprawna, ponieważ w rozpatrywanym miejscu kontrolowany jest skład gazowej mieszaniny reagującej; pobór cieczy nie odpowiada temu, co ma być mierzone. Odpowiedź "ciekłe z kolumny absorpcyjnej" dotyczy części instalacji, w której zachodzi absorpcja tlenków azotu i powstawanie roztworu kwasu — to inny etap i inne media procesowe. Odpowiedź "gazowe z kolumny absorpcyjnej" również nie jest właściwa dla kontroli składu mieszaniny amoniakalno‑powietrznej, bo gaz w absorberze ma już inny skład (produkty utleniania i gazy resztkowe), więc nie reprezentuje mieszaniny zasilającej reaktor utleniania.

Wskazówka egzaminacyjna: zawsze powiąż miejsce poboru próbki z tym, co kontrolujesz (skład której mieszaniny) i w jakiej fazie ta mieszanina występuje. Jeśli w treści jest "mieszanina amoniakalno‑powietrzna", domyślnie chodzi o gaz przed/na etapie utleniania, a nie o ciecz w absorpcji.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):

To gazowy strumień amoniaku zmieszanego z powietrzem, który stanowi zasilanie etapu utleniania amoniaku.

W praktyce jego skład musi być stabilny, bo wpływa na przebieg reakcji na katalizatorze, bezpieczeństwo pracy oraz jakość i wydajność kolejnych etapów.

Ponieważ badany parametr dotyczy składu gazowej mieszaniny amoniakalno‑powietrznej.

Pobór próbki w tej samej fazie minimalizuje błędy (np. skraplanie, rozpuszczanie) i daje wynik reprezentatywny dla strumienia, który rzeczywiście trafia do utleniania.

Kontrola dotyczy mieszaniny amoniakalno‑powietrznej związanej z etapem utleniania amoniaku.

Dlatego punkt pomiarowy/poboru próbki wiąże się z reaktorem utleniania lub jego zasilaniem, a nie z kolumną absorpcyjną, gdzie występują inne składniki i inne cele technologiczne.

Nie jest to właściwe, bo gaz i ciecz w kolumnie absorpcyjnej nie reprezentują mieszaniny zasilającej utlenianie.

W absorberze zachodzi pochłanianie tlenków azotu i tworzenie roztworu kwasu, więc skład mediów jest już "po reakcji" i służy innym pomiarom procesowym.

Utlenianie amoniaku to etap reakcyjny na katalizatorze, w którym reaguje mieszanina NH3 z powietrzem (gaz).

Absorpcja to etap aparatowy w kolumnie, gdzie tlenki azotu przechodzą do cieczy i powstaje roztwór kwasu. Inne aparaty, inne media i inne parametry do kontroli.

Najczęściej myli się miejsce pomiaru z miejscem powstawania produktu: skoro produktem jest ciecz (kwas), wybiera się próbkę ciekłą z absorbera.

Drugi błąd to ignorowanie słów "mieszanina amoniakalno‑powietrzna", które jednoznacznie wskazują na strumień gazowy związany z utlenianiem.

Utrzymanie właściwego stężenia NH3 w powietrzu ogranicza ryzyko niebezpiecznych proporcji mieszaniny (np. zbyt bogatej w paliwo) oraz pomaga stabilizować pracę reaktora.

To typowy przykład parametru, który łączy jakość produkcji z wymaganiami bezpiecznej eksploatacji instalacji.

Poza składem zasilania kontroluje się m.in. temperaturę, spadek ciśnienia, przepływy oraz sygnały świadczące o stanie katalizatora.

Dobór parametrów zależy od instalacji, ale zasada jest stała: monitoruje się wielkości wpływające na konwersję, selektywność i bezpieczeństwo pracy.

Gdy potrzebna jest szybka reakcja regulacji i ciągły nadzór, stosuje się analizatory on‑line (z odpowiednim układem kondycjonowania próbki).

W wielu instalacjach ogranicza to opóźnienie pomiaru i zmniejsza błędy związane z ręcznym poborem, transportem oraz zmianą składu próbki.

Ucz się schematu blokowego procesu: zasilanie NH3+powietrze → utlenianie → chłodzenie/utlenianie wtórne → absorpcja → kwas.

Do każdego aparatu dopisz: fazę medium, cel operacji i typowe pomiary. To ułatwia szybkie wskazanie poprawnego miejsca poboru próbki.

info

Statystycznie 47% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Źródła:

  • Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, hasło: "Nitric Acid", sekcje dotyczące utleniania amoniaku i kontroli składu mieszaniny zasilającej, Wiley-VCH (wydanie encyklopedyczne online/drukowane).
  • Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, hasło: "Nitric Acid" / "Nitrogen Oxides", część o procesie Ostwalda i etapach: utlenianie oraz absorpcja, Wiley (wydanie encyklopedyczne online/drukowane).

Materiały:

  • Podręczniki technologii nieorganicznej (rozdziały o kwasie azotowym i procesie Ostwalda)
  • Materiały dydaktyczne z aparatury chemicznej: reaktory i kolumny absorpcyjne
  • Instrukcje zakładowe/technologiczne (schematy blokowe instalacji HNO3 i punkty pomiarowe)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego