Азот қышқылы өндіру

Дәріс №3

Тақырыбы:

Азот қышқылы өндіру

Жоспары

Азот қышқылын өндіру әдістері.

Азот қышқылын алудың физика-химиялық негіздері.

Сұйытылған азот қышқылын өндіру

Концентрлі азот қышқылын тікелей синтездеу.

Физикалық қасиеттері

HNO3 -түссіз сұйық, tкрис = 41, 60С,

tкайнау = 82, 60С, тығыздығы 1, 513 г/м3

Сусыз қышқыл термиялық тұрақсыз, сақтау кезінде ыдырайды:

4HNO3 = 4NO2 + Н2О + О2 + ∆Н

Концентрация артқан сайын айрылу жылдамдығы да артады 99% - 50С

2НNO3 = N2O3 + Н2О + О2 + ∆Н

Азот қышқылын өндіру әдістері

Азот қышқылын өндірудің бірнеше әдістері бар:

-селитрадан алу - ХҮІІ ғ. ортасынан бастап 2, 5 ғасыр бойы натрий селитрасын (NаNО3) концентрленген күкірт қышқылымен араластырып қыздыру;

-ауадан алу 1905 ж ауадағы азот пен оттекті қосып, азот қышқылына айналдырды. 3000-35000С температура қажет, өте қымбат, қолданудан қалып келеді.

- аммиакты тотықтырып алу

Қазіргі кезде азот қышқыл өндірісте :

- 50-60% сұйытылған

- 68-98% концентрлі түрінде өндіріледі

Азот қышқылы өндірісінің негізгі сатылары

1) Аммиакты катализатор қатысуымен NO дейін тотықтыру

NН3 + 5О2= NO + 6Н2О + 907 кДж

2) Азот оксидін оның диоксидіне дейін тотықтыру

2 NО + О2= 2NO2 + 112 кДж

3) Азот диоксидін сумен абсорбциялау

NO2 + H2O = 2HNO3 + NO+136 кДж

Аммиактың тотығуының физика-химиялық негіздері

Бос қалпында бөлінген NO диоксидке дейін тотығып, қайтадан абсорбцияланады.

Аммиак тотыққанда негізгі реакциядан басқа да реакциялар жүреді:

NН3 + 5О2= NO + 6Н2О + 907 кДж

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 907 кДж

NH3 + 3 O2 =2N2 + 6H2O + 1270 кДж

Олар азот оксидінің шығымын төмендетеді және өндіріске қажетсіз өнімдер түзетін болғандықтан, өзіндік құнды төмендетеді. Бұл реакциялар іс жүзінде қайтымсыз, сондықтан процестің бағыты реакция жылдамдықтарының қатынасымен анықталады.

Катализатор

Катализаторсыз тотығу элементар азот түзілуімен соңғы реакция бойынша жүреді және басқа реакциялармен салыстырғанда термодинамикалық тұрақтысы болып табылады. Ал азот қышқылын өндіру үшін аммиакты толық тотықтыру қажет, ол үшін катализатор қолдану қажет. Катализатор ретінде платина және платиналық топтағы металдар қорытпасы қолданылады. Олар көп уақытқа дейін активтілігін жоғалтпайды және тұрақты, механикалық төзімді. Сонымен қатар, темір мен никель оксидін, марганец пен кобальт тотықтарын да қосып қолданылады . Көбіне платинаның родиймен қорытпасын (жоғары температураға тұрақты, родийді қосу төзімділікті арттырумен қатар аммиак шығымын арттырады 2- 15 % родий шығымды 69-99%-ке ) қолданылады.

NO оксидін NO2 тотығуының физика-химиялық негіздері

Үрдістің екінші сатысы - азот тотығының NO2-ге тотығуы

2NO + O2 = 2NO2 + 112 кДж

Аммиакты тотықтырғанда пайда болған нитроз газдарының құрамында NO мөлшері 20%, қалғандары- оттек, азот, су буы.

Процесті жылдамдату үшін қысымды жоғарылатып, температураны төмендету қажет. 1000С реакция толығымен оңға қарай ығысады. Бұл процестің бір ерекшелігі температура артқан сайын реакция жылдамдығы төмендейді. Азот қышқылын өндірудің ең баяу процесі азот оксидінің тотығуы.

Азот оксидін абсорбциялау

Үшінші соңғы болып N2O4 және NO2 оксидтерінің суға сіңірілуі

2NO2+H2O=HNO3+ 116 кДж

N2O4+H2O=HNO3+HNO2+ 59 кДжQ

ары қарай (азотты қышқылдың тұрақсыздығы салаларынан )

3HNO2=HNO3+NO2+H2O - 76 кДж

Қорыта жазғанда: 3NO2+H2O=2HNO3+NO+ 136 кДж

Тепе-теңдікті оңға ығыстыру үшін температураны төмендетіп, қысымды жоғарылатады. Азот оксидін абсобциялауға қарама-қарсы принципті қолданады, яғни газ концентрлі азот қышқылымен кездесіп, бос қалған NO2 сұйытылған азот қышқылымен абсорбцияланады.

Абсорбциялық процесс экзотермиялық болғандықтан өндірілген азот қышқылының температурасы 500С, концентрациясы 50% болады, егер қысымды 0, 6-0, 8 МПа көтерсе, шығым 58-60 %-ке жетеді. Қысымды 5 МПа көтеріп тікелей синтез қондырмасында азот оксиді мен оттек қоспасынан концентрлі 98% қышқыл өндіруге болады. 3N2O4 (с) + 2H2O (с) + О2(г) = 4HNO3(с)

Азот қышқылын синтездеу

Азот қышқылын 2 әдіспен өндіреді:

сұйытылған қышқылды әрі қарай концентрлеу арқылы алу

тікелей концентрлі қышқыл алу

Сұйытылған НNО3 өндірісінің сызбанұсқасы

Технологиялық процестер

НNО3 өндірісінің химиялық айналымы NН3 → NО → NО2 (N2О4) → НNО3

1Бірінші операцияда аммиак пен ауа араластырылып сүзгіленеді.

2) Екіншіде аммиактың тотығу реакциясы жүреді. (платина Kt)

NН3 + 5О2= NO + 6Н2О + 907 кДж

3, 4) Осыдан бөлінетін жылудан газ қоспасы қызады, сондықтан 3, 4

кезеңге салқындатылуға жіберіледі, осы жерде жартылай азот

оксиді диоксидке дейін тотығады:

2NO + O2 = 2NO2 +112 кДж

5) Азот оксидінің аяғына дейін тотығуы азот қышқылын алумен,

яғни диоксидтің суға абсорбциялануымен бірге жүреді.

Осы жерде азот қышқылы алынады.

2NO2 + H2O = HNO3 + 116 кДж

6) Шыққан газдар 6-сатыда тазаланып, атмосфераға жіберіледі

Тотығу мұнарасынан шыққан газ қоспалары (NO, NO2, N2O N2O4, O2, N2 су буы) атмосфераға шықпастан бұрын азот оксидтерін сода ерітіндісімен сорып, нитрат-нитрит сілтішесіне айналдырып, мұнараның төменгі жағынан шығарып алады.

Сода ерітіндісінің орнына көбіне күйдіргіш натр немесе сөндірілген әк қолданады.

NO + NO2 + Nа2СО3 = NаNO2 + СО2

2NO2 + Nа2СО3 = NаNO2 + NаNO3 + СО2

Сұйытылған азот қышқылын өндіру әдістері

Бірінші кезең үшін оптимальды жағдайлар жоғары температурамен төмен қысым, екінші кезең үшін төмен температура мен жоғары қысым қажет.

Анықтаушы параметр қысым болып табылады. Сондықтан сұйытылған азот қышқылына өндірудің 3 әдісі бар:

Атмосфералық қысымда

Жоғары қысымда

Аралас (қысымның 2 басқышымен)

Қазіргі уақытта өнеркәсіпте соңғы 2 әдіс қолданылады.

Концентрлі азот қышқылын өндіру

Өнеркәсіпте концентрленген (98-99%) азот қышқылдары өндіріледі. Аздаған мөлшерде реактивті кышқыл және ерекше таза қышқыл шығарылады. Бір қатар өндірістерде (ароматты көмірсутектерді нитрлеу, целлюлоза нитраттарын және спирттерді алуда және т. б. ) колданылатын концентрлі азот қышқылын жоғарыдағы сызба-нұсқамен алу мүмкін емес. Концентрлі қышқылды алу үшін екі түрлі әдісті қолданады:

сұйылтылған қышқылды концентрлеу

сұйык азот оксидтерінен тікелей синтездеу.