클라우디아 Flavell-는 동안 프로필이 세계의 변화하는 노력의 프리츠 하버와 칼 Bosch
No 화학 엔지니어링 업적의 잘 보여 줍니다 양날의 자연의 많은 발명품보다 Haber-Bosch process., 에 의해 개발 산업용 화학자 프리츠 하버 및 확장에 의해 화학 엔지니어 칼 Bosch,the Haber-Bosch 과정에서 질소 공기 및 변환하는 암모니아.
이것은 처음으로 합성 비료를 생산하고 지구의 인구 증가를위한 충분한 식량을 생산할 수있게했다. 실제로,without the Haber-Bosch process 우리는 것만을 생산할 수 있게 두 분은 양의 음식은 우리가 오늘날,그리고 지구상의 인구는 것을 축소합니다.,
플립 사이드에서는 질소가 높은 폭발물 생산의 핵심 원료이기도합니다. 독일 지쳐 해당 물품의 자연적인 암모니아의 초기 단계에서 차 세계 대전,합성 암모니아가 있었 격차를 채우기 위해. 하버-보쉬 프로세스가 없었다면 제 1 차 세계 대전은 상당히 짧았을 것입니다.
하버,유능한 애국자,나중에 악명을 얻을 통해 그의 작품에서 화학 물질을 사용하는 독일의 장점에서 차 세계 대전,그리고 그는 개인적으로 감독과 지시 최초의 대규모 릴리스의 염소가스에서 Ypres1915.,
피근
그럼에도 불구하고,그것은 Haber-Bosch process 와 그것의 기여를 먹이는 세계의 성장하고 있는 인구 그는 가장 기억,또한 그렇게 하는 것이 맞습니다. 산업 시대의 도래와 도시로의 큰 움직임으로 비료는 영양분으로 토양을 토핑하는 데 필수적이었습니다. 칠레 구아노와 같은 천연 비료는 제한된 자원이었습니다–과학이 구조에 오지 않았다면 기근이 따라야 할 것이 확실했습니다.
이 문제를 해결하면 Haber 와 Bosch 는 1918 년 Haber,1931 년 Bosch 의 화학 분야에서 두 개의 노벨상을 수상했습니다.,
문제와 질소는 동안,그것은 풍부한 분위기 속에서,그 트리플 채권들에게 질소 분자를 믿을 수 없을만큼 안정적이고 따라서 열심히 해결할 수 있습니다. 하버가의 그룹 중 하나는 화학자들을 포함한 Walther 네른스트 및 헨리 르 Chatelier 는 결정했을 해결하는 문제입니다.,
없이 Haber-Bosch process 우리는 것만을 생산할 수 있게 두 분은 양의 음식은 우리가 오늘날
경로 막다른 골목
하버가 처음에 시도하는 산화 질소를 생산의 도움으로 전기 방전을 흉내내는 자연적인 과정 번개와 천둥을 동반한 폭우가 내릴 때. 그러나 수확량이 너무 낮고 그 과정이 너무 부담스러워서 하버는 그것을 비실용적이라고 일축했다.
Haber 는 다음으로 고온 합성을 조사하여 약간의 성공을 거두었으며 심지어 1905 년에 소량의 질소를 생산하는 데 성공했습니다., 그러나 그는 약 1000ºC 의 온도에서 5%의 수율에 실망했다. 더 촉매제 또는 더 높은 압력이 필요하지만,고압 합성에 초기 단계에 적합한 장비가 부족합니다. 실제로 르 Chatelier,첫 번째 사람이었다 제안하는 질소를 고정은 높은 압력에서,사용하기 위해 개발했습니다 특히 무거운 연구실의 폭발이다.
Haber 가 학생 Robert le Rossignol 과 함께 일하면서 고압 경로를 다루기로 결정한 것은 1908 년까지는 아니 었습니다. 그것은 좋은 선택이었습니다., 1 년 동안,그들은 오스뮴 및 우라늄 촉매에 대해 550ºC 에서 약 175 기압의 압력에서 작동하는 15%암모니아를 산출 한 공정을 특허했습니다.
연구소에서 업계
프로세스 곧 할당 Badische Anilin und 소 Fabrik(더 잘 알려진 오늘의 약자,BASF),이는 임무가 주어 화학 엔지니어 칼 Bosch 으로 확장하는 과정입니다., 보쉬는 나중에”공장 건설에 착수하기 전에 반드시 해결해야 할 세 가지 주요 문제가 있음이 분명했다. 이들의 공급 원료,즉 가스의 수소 및 질소,보다 낮은 가격에 지금까지 가능한 제조의 효과적이고 안정적인 촉매;그리고 마지막으로의 건설 기구입니다.,”
저렴하고 쾌활한
하버의 프로세스의 생산 수소를 통해 전기를 빌려주지 않았 자체하는 규모다. 하지 못하는 다른 알려진 수소 생산 프로세스었거나 너무 비싸 또는 수소 생산을 가진 너무 많은 불순물입니다.
Bosch 와 그의 팀은 결국 수소와 일산화탄소로 구성된 합성 가스 인 물 가스에 정착했습니다., 회사 추출 순수한 수소를 사용하여 최근에 개발한 린데-프랭크-Caro 프로세스,냉각하는 물스에서 여러 단계-205ºC,어느 시점에서 모든 요소에서 액화 수소.
두 번째 주요 기여는 우라늄 오스뮴 촉매를보다 실용적인 대안으로 대체하는 것이 었습니다. 오스뮴은 세계 공급량이 단지 몇 킬로그램에 달했기 때문에 규모에 적합하지 않았으며 우라늄은 비싸고 물이나 산소에 매우 민감했습니다. 그것은 산화철을 기반으로 혼합 촉매를 완벽하게하기 위해 보쉬의 조수,화학자 알윈 미타 쉬,약 20,000 실험을했다., 그 첫 번째는 그것의 종류의 수행뿐만 아니라 오스뮴 및 우라늄,고 쉽게 사용할 수 있고 저렴합니다. 촉매는 오늘날에도 여전히 사용되고 있으며,Mittasch 는 촉매 화학의 위대한 개척자 중 한 명으로 기억되고 있습니다.
압력 용기
보쉬 믿고 그의 가장 큰 묘기는 이 세 번째 문제를 구축하는 방법,반응기는 것이 견딜 수 있 모두 높은 온도 및 높은 압력의 반응이다. 고압 화학은 여전히 매우 새로운 분야였으며 적절한 장비는 공급이 부족했습니다., 만 기존의 고압적인 과정을 린데의 공기 액화 프로세스,저온 공정을 사용한 소프트를 납땜하는 구리 원자로는 전적으로 부적합에 대한 고온에서 이용하기 적합합니다.
보쉬의 첫 번째 작업을 고안하는 새로운 실험실을 원자로,그가 다시 모델로 하버의 원래 디자인으로 견고하고 신뢰할 수 있는 원자로입니다. Mittasch 가 완벽한 촉매를 검색하는 동안 약 24 개의 예가 몇 년 동안 시계 주위를 돌았습니다.,
작은 반응 챔버 아무도 없었다는 문제의 보쉬었 발생하에서 최대 규모:외부 압력 방위 부속도 충분히 작은 공기를 냉각하기에 충분했습니다 그들을 안정적이,있었습니다만 약간의 기계적 스트레스에너 부분입니다.
“우리가 생산 장치로 더 작은 변환기를 만들기 시작했을 때 그 상태는 곧 바뀌게되었습니다.”라고 Bosch 는 말했습니다. 때 Haber 만들었다는 비슷한 시도는 장치 후 실패의 몇 시간의 작업,그래서 보쉬의 팀의 설계는 매우 튼튼한 외부적으로-가열된 문의 튜브에 대한 반응으로 chamber., 그럼에도 불구하고,그들은 했다 기회:”신중한 우리는 보관에서는 강하고,철근 콘크리트실에서 멀리 모두 바쁜 센터의 활동 이후에는 그동안 우리가 잘 알고의 위험 화재 및 flarebacks 발생하는,자주와 자연스러운 점화할 때,수소 나온 고압에서,”그는 말했다.
그것은 현명한 예방 조치였습니다:80 시간의 서비스 후에 재료가 부서지기 쉽고 튜브가 터졌습니다. 수소가 탄소강에서 펄라이트를 탈탄 화하고 철과 부서지기 쉬운 합금을 형성했다는 것이 밝혀졌다.,
보쉬 문제를 해결하고 디자인하는 첫 번째 줄은 반응 chamber–압력-방위 강철 재킷을 얇게 늘어진 부드러운 강철입니다. 수소 확산할 수 있을 통해 안감을 탈출을 통해 그루브와 홀에서 재킷을 방지하기 위해,위험한 압력이다.
“솔루션이 등장 간단하고 사실 그렇게 하지만 아직의 전체 개발 프로세스에 의존하여 더 많거나 적은 정도,”보쉬는 말했다.,
안전 고려사항
하지 않는 이의 마지막이었 보쉬의 문제가 열교환기에는 너무 비효율적이,압력-방위 강철 재킷은 여전히는 경향이 있을 버클 및 폭발한 후에 장시간 작업 문제를 극복할 때 보쉬에서 휴식을 가진 컨벤션,시간의 시도로 난방은 반응기에서의 내부 및 압축기는 신뢰할 수없는 경향이 있습니다. 이즈 허용되지 않는 위험 때 가스가 새어 나오는 수소를 언급하지 않는 화학적인 식물과 함께 작업 할 수 있기 압축기 실패하는 적어도 하루에 한 번.,
보쉬의 팀을 뿐만 아니라 건축 자신의 압축기,그것은 또한 디자인을 생산하고 자신의 모니터링 장비를 측정하는 온도,강렬의 가스 스트림과 구성 가스의 반응에 약실–off-the-shelf 장치는 20 년 동안,그러나 전례의 경우 보쉬 확장 하버의 장치입니다.
보쉬는 또한 매우 의식의 건강과 안전,그리고 디자인은 수많은 빠른 행동하는 안전 밸브 및 기타 장비에서는 식물의 종료 될 수 있습 및 대피로 기록 속도입니다., “지난 몇 년 동안 우리는 할 수 있었 추려는 충분한 경험,특히 전쟁 동안할 때 Oppau 작품들을 폭격 밤마다,우리는 여전히의 의견으로는 오늘날 하나될 수 없도주의,”그는 말했다.
자연을 알고 최
첫 번째는 식물을 사용하여 Haber-Bosch 과정에서 산업적 규모의 시작에서 BASF Oppau in1913. 거의 100 년 동안 아무것도 많이 바뀌지 않았으며 그 과정은 여전히 전 세계에서 사용되고 있습니다.,
그러나,하버를 예측하는 것이 변화:”질소 박테리아는 것을 우리에게 가르쳐 자연,그녀와 정교한 형태의 화학 생활의 문제는 여전히 이해하고 활용 방법을 우리가 하지 않으로 아직하는 방법을 알고방한다. 그것이 충분에서 그러는 동안 향상된 질소 수정의 토양에 새로운 영양 풍성하여 인류는 화학산업의 도움을 제공한다 농부에서 좋은 땅에,변경으로 돌 빵입니다.”
원래 2010 년 3 월에 게시 된
답글 남기기