Азот қышқылы

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Жоспары

1. Азот қышқылын аммиактан өндіру сатылары.

2. Аммиактың катализатор қатысуымен тотығу әдісі.

3. Азот қышқылын өндірудің принцпиалдық схемасы.

4. Азот қышқылын концентрлеу.

Азот қышқылын аммиактан алудың негізін салушы инженер И. И Андреев 1914 жылы Донбаста көмір кокстегенде шығатын аммиакты тотықтырып азот қышқылын алуға болатындығын дәлелдеп, 1917 жылы Донецскіде бірінші зауыт салды.

Синтетикалық жолмен алынатын аммиактың 35% азот қышқылын алуға кетеді. Өндірісте негізінен сұйытылған азот қышқылы алынады.

Азот қышқылын аммиактан өндіру мына сатылармен жүреді:

1. Амиакты катализатор қатысуымен азот оксидіне дейін тотықтыру

4NH ₃ + 5O ₂ - 4NO +6H ₂ O+907кДж (а)

2. Азот оксидін оның қос тотығына дейін тотықтыру

2NO +O ₂ - 2NO ₂ +112кДж (б)

3. Азоттың қос тотығының сумен адсорбциялануы.

NO ₂ +H ₂ O- 2HNO ₃ +NO +136 кДж (в)

Бөлінген азот оксиді қос тотыққа дейін тотығып қайтадан абсорбцияланады.

Аммиактың катализатор қатысуымен тотығу әдісі:

Бұл экзотермиялық процесс. Реакцияның жүру жағдайында байланысты аммиак пен оттегінің арасында мынандай реакциялар жүреді.

4NH ₃ +5O ₂ =4NO +6H ₂ O+907кДж

4NH ₃ +4O ₂ =2N ₂ O+6H ₂ O+1105кДж

4NH ₃ +3O ₂ =2N ₂ +H ₂ O+1270кДж

Бұл реакциялар іс жүзінде қайтымсыз реакциялар, сондықтан процестің бағыты реакция жылдамдықтарының қатынасымен анықталады.

Катализаторсыз аммиактың тотығуы элементарлық азоттың түзілуімен үшінші реакция бойынша жүреді. Бұл рекция ең көп жылу бөліп жүретіндіктен осы үш реакцияның ішіндегі термодинаикалық тұрақтысы болып табылады. Бұл реакцияның тепе-теңдік тұрақтысы да үлкен санмен өрнектеледі. 900 ⁰ С еспетелген ( К _{тепе-теңдік} ) тепе-теңдік тұрақтысы.

P ⁴ _NO P ⁶ _H2O

(1) К _{тепе-теңдік} =

P ⁴ _NH3 P ⁵ _O

P ² _NO P ⁶ _H2O

(2) К _{тепе-теңдік} =

P ⁴ _NH3 P ⁴ _O2

P ² _N2 P ⁶ _H2O

(3) К _{тепе-теңдік} = Z??

P ⁴ _NH3 P ³ _O2

Азот қышқылын өндіру үшін аммиактың толық тотығуын қамтамасыз ету керек. Яғни бірінші реакцияны толық жүргізу керек. Сондықтан осы реакцияны таңдамалы турде жылдамдату үшін катализатор қолданады. Катализатор ретінде көбіне платина және оның платина тобындағы металлдармен қортпасын қолданады. Сонымен қатар темір және никелдің тотығын Mn және Co тотықтарымен қосып қолданады. Аммиакты бірінші реакция бойынша тотықтырудың ең активті катализаторлары болып платина және оның қортпалары саналады. Бұл катализаторлар көп уақыт бойы активтілігін жоғалтпайды, тұрақты және механ икалық төзімді. Сондықтан азот қышқылын өндіретін көптеген зауытттар платина катализаторын қолданады. Аммиактың контакталық тотығу процесінің бірінші стадиясы катализатордың бетінде оттегінің активтік адсорбциясынан басталады. Бұл уақытта аралық қосылыс түзіліп, ол әрі қарай комплекс түзіп адсорбцияланады, одан кейін катализатордан босап NO мен Н ₂ О түзіп

4NH ₃ +5O ₂ - 4NO +6H ₂ O +907 кДж

Pt - бетінде аммиактың тотығу схемасы. (толық сызық бұрынғы байланыс, пунктир- жаңадан пайда болған байланыс)

Таза платина(Pt) жоғары температурада тез бұзылады. (разрушается), сондықтан платинаның Ph-мен қортпасы қолданылады. Ph платинадан да қымбат болғандықтан оның мөлшерін 5-10% тен асырмайды. Платинаға Ph-ді қосу оның төзімділігімен бірге активтілігінде арттырады.

Pt-Ph:

Pt-Ph

Pt-Ph:

Ph

96, 1

98, 3

99, 3

99, 0

Сонымен катализатор ретінде 4 платина(Pt) және 3 паладии (Ph) араластырылған платинаның жіңішке (0, 04-0, 09мм) тоқылған ( 1см ² ауада 1000-3500 түйін бар) қолданады. Контакт аппаратында пакет түрінде орналасады, аммиак тотығу процесі атмосфералық қысымда жүрсе пакеттегі тор саны 3-4, ал қысым 0, 7-0, 9 МПа болса тор саны 16-20 болады.

Атмосфера қысымында аммиак тотыққанда әрбір тонна азот қышқылы өндірілгенде 0, 04-0, 06г платина ұсақ күйінде шығын болады., ал жоғары қысымда платина шығыны 10 есе артады. Осы шығын азот қышқылының өзінді құнын жоғарлатады. Өндіріс жағдайында аммиактың тотығуы өте аз мезгілде аяқталады. (1-2 10 ^-4 сек ) Уақыт созылған сайын азот оксидінің бірінші реакция бойынша шығыны азаяады. Сондықтанда катализатор мен газдың жанасуын қамтамасыз ету үшін ктализаторды бірінің үстіне бірін салған сетка түрінде дайындайды.

Аммиактың тотығу процесіне катализатордан басқа температура, қысым және қоспаның құрамыда әсер етеді.

Темпертаура жоғарылаған сайын реакция жылдамдығымен қатар аммиактың қоспадағы диффузиялық коэффициетіде артады. Бірақ температура 850 ⁰ С-тан асып кетсе, азот оксидінің шығымы төмендеп, үшінші реакция бойынша азот шығымы артады. Осы себептен платина катализаторында аммиактың тотығу процесін атмосфералық қысымда 800-850 ⁰ С температурада жоғарлау қысымда 900 ⁰ С -та жүргізеді. Осы температурад жанасу уақыты тым аз болғандықтан жанама реакциялар жүрмейді.

Активтілігі төмен металл оксидтерін қолданғанда жанасу уақыты он есе өсіп, платина катализаторымен салыстырғанда, оптимал температуаға 700-750 ⁰ С дейін төмендейді.

Қысым аммиактың тотығу процесін жылдамдатады, өйткені реакция көлеміндегі реакцияласушы реагенттердің концентрациясы өседі, газдар қоспасының көлемі кішірйеді. Көлемнің кішірейуі қысымға тура пропорционал болғандықтан катализатор өнімділігі артады. Бірақ қысымның жоғарлауы катализатор шығымын көбейтеді. ( ұсақ бөлщектері газбен шығып кетеді), демек бұл жағдай аппараттың құнымен қышқыл құнын арттырады, Сондықтан азот қышқылы өндірісіндегі 0, 2-1, 0 МПа шамасында болады.

Газ қоспасының құрамы температуралық режимге және процестің жалпы жылдамдығына әсер етеді. Бірінші еакция теңдеуі бойынша 1 моль аммиакқа 1, 25 моль оттек жұмсалса, азот оксидінің шығымы 65 - тен аспайды. Шығымды көбейту мақсатымен іс жүзінде О ₂ : NH ₃ =1, 5-2, 0 :1 қатынаста болады, бұл аммиактың бір өлшерінде ауа-аммиак қоспасының 9, 5-10, 5 көлем % деген сөз.

Есте болатын жағдай, қалыпты жағлайда ауа мен аммиак қоспасының құрамы NH ₃ -16-27%, мұндай қоспа "қотарылғыш".

Температура өскен сайын қопарылғыштығы өсе түседі.

Сұйытылған азот қышқылын өндіру.

Сұйытылған азот қышқылын аммиактан өндіруге өндірісте үш технологиялық процесті қолданады:

1. Атмосфера қысымында.

2. Көтеріңкі ( жоғарылау ) қысымда.

3. Құрастыпылған( комбинированый)

4. Мұнда аммиакы атмосфера қысымында тотықтырып, алазот оксидін көтеріңкі қысымда тотықтырады да, түзілген азот диоксидін сол қысымда сумен абсорбциялайды.

5. Аммиактан азот қышқылын өндірудің принцпиалдық схемасы негізгі алты операциядан тұрады.

Азот қышқылын өндірудің принцпиалдық схемасы.

1. Ауа мен аммиакты тазарту.

2. Катализаторда аммиакты тотықтыру.

3, 4- нитрад газдарын суыту.

5. - азот оксидін тотықтыру және азот қышқылының түзілуі.

6. - газдарды тазарту.

Бірінші операцияда аммиак пен ауа араластырылып сүзгіленеді. Екіншіде аммиактың тотығу раекциясы жүреді.

NH ₃ +5O ₂ = 4NO +6 H ₂ O+1105кДж

Осыдан бөлінетін жылудан газ қоспасы қызады, сондықтан (3) және (4) - ке салқындатуға жібереді, бұл жерде жартылай азот оксиді қос тотыққа дейін тотығады.

NO+O ₂ = 2NO ₂ +1240 кДж

Азот оксидінің аяғына дейін тотығуы азот қышқылын алумен, яғни қос тотықтың суға адсорбциялануымен бірге жүреді. Осы жерде таза азот қышқылы бөлініп алынады. Шыққан газдар (6) - да тазаланып атмосфераға жіберіледі.

Тотығу мұнарасынан шыққан газ қоспалары ( NO, NO ₂ , N ₂ O, N ₂ O ₄ , O ₂ , N ₂ , су буы ) атмосфераға шықпастан бұрын азот оксидтерін сода ертіндісімен сорып, нитрит- нитрат сілтішесіне айналдырып мұнараның төменгі жағынан шығарып алады. Сода ертіндісінің орнына көбіне күйдіргіш натр немесе сөндірілген извест қолданады.

NO+NO ₂ +Na ₂ CO ₃ = 2NaNO ₂ + CO ₂

2NO ₂ +Na ₂ CO ₃ = NaNO ₂ +NaNO ₃ +CO ₂

Шыққан натриий нитритімен және нитратын әрі қарай өңдеуге жібереді.

Азот қышқылын концентрлеу.

Сұйытылған азот қышқылының ертіндісін буландыру арқылы 68, 4%-тік