工業化学・応用化学

H₂SO₄・NH₃（ハーバー・ボッシュ法）・HNO₃・NaOHの製造

4つの基礎的な工業プロセスを通じ、反応平衡・触媒・分離・循環が連続化学製造でどう結びつくかを学びます。

直観反応からプロセスフローシートへ

プラントは大きな反応器だけではありません。原料調製、熱交換、触媒転化、生成物回収、循環を連動させる必要があります。ここで扱う4つの経路は、そのシステム的な見方を具体化します。

学校学校の基礎：反応式の係数と保存則

工業反応式の係数を合わせるのは原子保存を表すためで、完全なプロセス図ではありません。たとえばアンモニア合成では窒素1 molあたり水素3 molを消費します。実プラントでは原料の精製、除熱、生成物の分離も必要です。

大学接触法：硫酸

硫黄を燃焼してSO₂をつくり、バナジウム触媒上でSO₃へ酸化します。発熱反応で平衡制約もあるため、転化器では触媒層を分けて層間冷却します。SO₃を濃硫酸に吸収させることで、直接水和時に生じる扱いにくい酸ミストを避けます。

大学ハーバー・ボッシュ法：アンモニア合成

精製した窒素と水素を高温・高圧で鉄系触媒上に反応させます。発熱反応なので低温ほど平衡収率に有利ですが、高温ほど平衡への到達は速くなります。工業運転では両者を折り合わせ、冷却凝縮でアンモニアを除き、未反応ガスを循環します。

大学オストワルト法とクロルアルカリ法

オストワルト法ではアンモニアを白金–ロジウム網上で一酸化窒素に酸化し、NOをNO₂に酸化して水に吸収させ、硝酸を得ます。食塩水の電解では陽極に塩素、陰極室に水素と水酸化ナトリウムが生じ、膜型セルは生成物の混合を抑えます。

研究研究の最前線