Bài giảng Hóa công nghệ - Chương 3: Tổng hợp NH3 và sản xuất Axít HN03

Chia sẻ: Phuc Nguyen | Ngày: | Loại File: PPTX | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

116
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng cung cấp cho người học các kiến thức: Tổng hợp NH3 và sản xuất Axít HN03, hợp chất chứa Nitơ, tổng hợp Amoniac,... Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên đang theo học môn dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa công nghệ - Chương 3: Tổng hợp NH3 và sản xuất Axít HN03

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN HÓA CÔNG NGHỆ TH.S NGÔ XUÂN LƯƠNG
PHẦN GIỚI THIỆU: HOÁ CÔNG NGHỆ BAO GỒM: + Hoá công nghệ I: 45t (Hoá công nghệ và môi ttrường) + Hoá công nghệ II: 45t (Hoá nông nghiệp) Tài liệu tham khảo 1, Trần Thị Bích. Phùng Tiến Đạt. Hoá học công nghệ và môi ttrường. NXB giáo dục 1999. 2, Phùng Tiến Đạt. Trần Thị Bích Kỹ thuật hoá học. NXb giáo dục 1996. 3, Trần Thị Bích, Phùng Tiến Đạt. Hoá kỹ thuật đại cương T1. Nhà xuất bản giáo dục.
PHẦN I: HÓA CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG
CHƯƠNG III. TỔNG HỢP NH3 VÀ SẢN XUẤT AXÍT HN03 (4 TIẾT)
I. TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÁC HỢP CHẤT CHỨA NITƠ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ÔTNGR HỢP CHÚNG TỪ KHÔNG KHÍ. Các hợp chất của nitơ có vai trò rất quan trọng trong đời sống đọng thực vật và con người. Ni tơ có trong TP các chất prôtít - Ni tơ là nguyên tố của sự sống - NH3 và muối nitơ rát là hợp chất chủ yếu để tổng hợp protít (đạm) - NH3, NH03 làm phân bón và thức ăn cho gia súc Ngoài ra còn là SP trung gian điều chế chất dẻo thuốc trừ sâu, thuốc mở (TNT).. và nhiều hàng hoá quan trọng cho nền KTQD. - Các hợp chất của nitơ có giá trị trong CN có sẵn trong tự nhiên rất ít. Vì thế người ta phải tìm các tổng hợp chúng từ nitơ không khí.
+ Phương pháp hồ quang: N2 + 02 Đây là phản ứng thuận ngịch, thu nhiệt Để phản ứng ra theo chiều thuận ngịch thì cần Cno. QT này xảy ra trong thiên nhiên khi có sấm sét, mưa lớn -> gt câu tục ngữ "lúa chim lấp ló đầu bờ, nghe ba tiếng sấm phát cờ mà lên".
+ Phương pháp Xianamit. Khi cho: CaC2 + N210000C CaCN2 x C H = 301,5 KJ/nol. Can xi xianamit được dùng trong CNHH và luyện kim màu nó chứa 18.20% Nitơ. PP này tiêu tốn nhiều năng lược nên ít sử dụng vì không có lợi về mặt KT. + PP amoni ac. Đây là PP kinh tế hơn các PP khác tiêu tốn điện năng ít hơn -> được dứng dụng rộng rãi trong nền KTQD. N2 +3H2 4500C xt 2NH3 H < 0 trong chương trình này tính bày chi tiết QT chuyển hoá N2 (kk) thành hợp chất của nitơ qua con đường amoniac.
II. TỔNG HỢP AMONIAC. 1. Nguyên liệu: N2,H2 chúng không sẵn có trong tự nhiên vậy ta phải điều chế chúng từ các nguồn có sẵn, trong tự nhiên H20 kk... a, N2... KK chứa 78% N2, 21% 02, 0,94% Ar và 1 số khí khác C02, S02, H2, Ne, Xe. Hoá lỏng không khí ở nhiệt độ thấp (-2000C) áp suất cao. Sau đó chúng cắt phân đoạn kk lỏng khi đó N2 có T0S = 195,80C bay hơi trước, còn 02 có T0s = -1830C bay hơi sau. Do đó ta thu được nguyên chất và 02 dùng hàn cắt và trong bệnh viện (T0sar = - 185,70C) (Dựa vào T0 sôi khác nhau)
b. H2 Điện phân H20: H20 = H2 + 1/2 02 (tốn điện năng -> chỉ S/d cho các nước có nguồn điện rẻ tiền) + Chuyển hoá khí Ch4 hoặc đốt của nó Cho CH4 phản ứng với H20, C0, C02 ở T0 cao từ 800 - 11000C không cóc xúc tác hoặc ở 800 - 9000C vỏ xt, ni mang trên Al203 hạơc Mg0. Ch4 + H20 Sau đó: C0 + H20 Fe203 C02 + H2 (2) (vì sinh ra C0) Từ VD và (2) phản ứng T4: Ch4 + C02 + 4H2 + Tách HH sinh ra từ quá trình chế tạo than cốc.. Khí lò cốc: 60% H2, 25% CH4, C0, C02, NH3, N2 C6H6, C2H4, hoá lỏng khí lò cốc các khí chuyển sang TT lỏng còn H2 ở TTK (vì T0 SH2 = - 252,20C bé nhất) hấp thụ NH3 có trong khí = dd axits.
Ngoài ra còn đp dd NaCl -> H2 ở catốt. c. Tạo hỗn hợp N2, H2 NL: H20, kk, than. cho hỗn hợp không khí - H20 đi qua than nóng đỏ - Loại bỏ C0, C02, 02, Ch4, H2S và bụi để tạo ra hh khí phù hợp cho QT tổng hợp NH3 < pp này a/d ở nhà máy phân đạm Hà Bắc)
2. Làm sạch hỗn hợp khí: Làm sạch sử dụng các pp: hấp thụ, ngưng tụ và hiđro hoá các xúc tác. + Tách bụi (tạp chất cơ học: tro, dầu máy); a/h tới xúc tắc, ăn mò thiết bị, khử chúg bằng cách cho hh khi qua hệ thống lọc điện khô, ướt, hệ thống lắng lọc ly tâm. + Tách H2S: Làm ngộ độc xúc tác của giai đoạn tách C0 và tổng hợp NH3 nên phải loại bỏ triệt để h/c của S bằng các dùng các chất hấp thụ được H2S như sắt hđrôxit lẫn Ca0 và mặt của hoặc bagơ hữu cơ: Phương pháp khô (dùng sắt hiđro xít)
+ Chuyển hoá CO = CO2 Dùng H2O để chuyển hoá đồng thời tạo thêm H2 cho phản ứng hoá học CO + H2O CO2 + H2 H< O + Tách CO2: Hấp thụ hoàn toàn ta dùng dung dịch kiềm, hoặc hấp thụ = H2O lah ở P = 16,25 atm, hoặc dùng ba zơ hữu mcơ: etanol min, hấp thụ 1 lượng lớn CO2, sau đó đi qua tuabis RNH2 = P = 1atan H2O + CO2 thì được CO2 ( RNNH3)2 CO3 RNH2 + H2O + CO2 RNH3 HCO3 Đun nóng dung dịch -> CO2 + Tách CO: vì CO + H20 = C0 + H2 H < 0 là phản ứng thuận nghịch nên hh khí còn lưu lượng nhỏ C02
C0 dùng dd Cu (CH3C00)2 trong NH3 ở P = 12- 300 atn T0 = 250C hoặc hidro hoá với xt: ni/0r203 ở 1500C, P = 3 atm Cu(NH3)n00CCH3 + CO  [Cu (NH3)n-1Co]00CCH3 Co + 3H2 = Cu4 + H20 3. Cơ sở lý thuyết tổng hợp NH3 Phản ứng: N2 + 3H2 = 2NH3 tam giác H
+ Nhiệt độ: Đây là phản ứng toả nhiệ theo chều thuận -> khi tăng T0 CBCD theo chiều nghịch, thấp T0 cân bằng CD theo chều thuận tạo NH3. Nhưng ở T0 thấp qua V chậm -> phản ứng coi như không xảy ra ở T< 4000C phản ứng bắt đầu xảy ra V bé -> H bé không có lợi cho SX -. T0 thích hợp: 4500C + áp suất: Phản ứng thuận là QT thấp số mol khí của hệ -> P của hệ thấp -> tăng P -> CBCD thuận (có ) thấp P - nghịch. Thực tế SX có thể thực hiện ở P: 100 - 150 atm. 250 - 600atm; 600 - 1000atm, ở nước ta công thương phân đạm bắc gian tổng hợp NH3 ở 300atm
+ Nồng độ: tăng CH2, CN2 à thấp CNH3 cân bằng CD theo chiều thuận -> H cao. -> Muốn vậy điều chỉnh nổng độ sao cho HN2:NH2 = 1:3, lấy dẫn NH3 ra khỏi hh phản ứng và H2, N2 chưa phản ứng quay trở lại tháp tổng hợp (chu trình tuần hoàn kín) -> Hcao. + Xúc tác: - Nếu không có xúc tác thì ở bất kỳ T0 nào, P nào phản ứng xảy ra với V rất bé Co xảy ra) để tăng V cần dùng xúc tác. XT là 1 số KL: Fe, Pt, Mn trng CN thườpg dung Fe ở 2 dạng: - oxit sắt: Fe0, Fe203,m Fe304 theo - Fcrixianua Fe (CN)2 ít sử dụng Thường dùng HH oxit sắt Fe0, Fe203 thêm 1 số phụ gia khác Al203, Ca0, Si02, K20... với tỷ lệ Fe2+/Fe3+ = 0,5  Fe304
Cơ chế xúc tác: - Oxit sắt khong có t/d xúc tác mà chỉ có Fe mới có hoạt tính xúc tác vì thế trước khi có hh N2, H2 đi qua xúc tác ta phải "hàn nguyên" xúc tác bằng ccsh cho H2 đi qua xt ở t0 cao Fe304 + H2 -> Fe + H20. Fe sinh ra bám trên chất mang là các oxit Al203.. đóng vai trò xúc tác cho phản ứng hoá hợp N2 + H2 -> NH3 Vai trò phụ gia: - Tăng bề mặt tiếp xúc của xt với chất phản ứng (K20) xúc tác dễ thoát ra. Thuận lợi cho việc hấp thụ N2, H2 trên bề mặt). - Xúc tác không bị phá vỡ ở T0 cao (Al203 chịu nhiệt cao) - Không bị ngộ độc bởi các tạp chất có trong hh khí (cao, Si0c)
4. Tháp tổng hợp NH3 Hình trụ tròn, bề dày 20cm, cao 12-20m hình trụ tròn, bề dày 20cm, cao 12-20m, đường kính ruột 1 – 1,4m. Tháp đặt thẳng đứng phía trên dưới có nắp đậy. Tháp làm việc ở D = 300atm thì phần trên đặt xúc tác, phần dưới là bộ phận trao đổi nhiệt khí NH3 nóng đi trong ống nhỏ, N2 , H2 đi ngoài để hấp thu nhiệt trước khi qua xúc tác. HH N2 + H2 đưa vào tháp từ trên xuống dưới qua không gian giữa hộp đựng xúc tác và vỏ tháp rồi đi qua bộ phận trao đổi nhiệt đi ngoài các ống dẫn NH3- ra khỏi tháp, sau đó theo ống trung tâm lên phía trên hộp đựng xúc tác để đi vào các ống đặt trong khối xúc tác, tại đây N2 + H2 đốt nóng tới 4500C nhờ Q phản ứng. Tác động này còn điều chỉnh nhiệt độ khối xúc tác đốt nóng quá cao. Sau khi đạt nhiệt đội 4500C đi qua các lớp xúc tác –> NH3. NH3 đi qua các hệ thống ống dẫn xuống đáy tháp và ra ngoài để hoá lỏng.
5. Dây chuyền sản xuất. Hình Dây chuyền sản xuất NH3 ở P = 300atm 1. Tháp tổng hợp 2. Làm lạnh NH3 = H2O 3,6. Thiết bị tách NH3 4. Bơm nén tuần hoàn 5. Thiết bị lọc tách dầu, làm lạnh: dd NH3
Hoạt động: Sau khi lọc sạch HH N2 : H2 = 1: 3 về thể tích được nén ở P = 300atm được đưa vào tháp I. tại tháp I : N2 + 3H2  NH3 +Q Nhiệt toả ra dùng sấy HH phản ứng vào sau  tiết kiệm nhiệt lượng hạ thấp nhiệt độ xúc tác (không bị phân huỷ) HH sau phản ứng gồm N2, H2, NH3 được dẫn vào thiết bị làm lạnh 2 (bằng H2O 310C) để hoá lỏng NH3 và được thu hồi ở thiết bị 3. HH khí ra khỏi 3 chứa N2, H2 và một ít NH3 được đưa vào thiết bị 4 để tăng P NH3 sinh ra làm lạnh ở thiết bị 6, 7. ở thiết bị 6 H2, N2 chưa phản ứng được quay về tháp 1 để tổng hợp NH3. Hiệu suất phản ứng: 20 – 25% nhưng nhờ chu trình tuần hoàn kín thì các khí phản ứng chuyển hoá hoàn toàn thành sản phẩm (H 100%) (pđ Hà Bắc)