intTypePromotion=1

Báo cáo: Các quá trình sản xuất axit nitric

Chia sẻ: Thần Linh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:49

0
95
lượt xem
20
download

Báo cáo: Các quá trình sản xuất axit nitric

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Axit nitric là một axit có tầm quan trọng trong ngành công nghệ hóa học. Báo cáo "Các quá trình sản xuất axit nitric" dưới đây sẽ giúp các bạn nắm vững hơn các về quá trình sản xuất axit nitric.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Báo cáo: Các quá trình sản xuất axit nitric

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & VẬT LIỆU ­­­­­­­­­­o0o­­­­­­­­­­ BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐỀ TÀI: CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT AXIT NITRIC  GVHD: Nguyễn Văn  Hòa SVTH: Vũ Thị Mỹ Thi MSSV: 2004140463 Lớp: 05DHHH3 Khóa học : 2014 – 2018 Thành Phố Hồ Chí Minh 12/2016
  2. Mục Lục Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn Nhận xét: ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ Điểm đánh giá: ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ Ngày...........tháng..........năm 2016 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 2
  3. Mở Đầu Axit nitric là một axit có tầm quan trọng trong ngành công nghệ hóa học. Axit nitric là một sản phẩm trung gian trong quá trình chế  tạo một số  loại   phân đạm, đồng thời cũng là một hóa chất cơ bản, dùng làm nguyên liệu trong quá  trình sản xuất một loạt hóa phẩm khác.  Axit nitric được dùng rất nhiều để sản xuất phân đạm, thuốc nổ. HNO 3 đậm  đặc dùng để điều chế các hợp chất nitro dùng trong công nghiệp sản xuất các chất  màu và nhiều hợp chất khác. Là một axit vô cơ cực kỳ quan trọng trong đời sống. Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế  HNO3  đi từ  NaNO3  với H2SO4  (đặc nóng) thu được hơi HNO3. Sau đó hơi HNO3 được dẫn vào bình làm lạnh và  ngưng tụ lại.  Trong công nghiệp quá trình Birkeland – Eyde hay còn gọi là quá trình hồ  quang điện được sử dụng để điều chế  axit nitric bằng cách biến đổi N 2 khí quyển  thành axit nitric qua các công đoạn sau:  N2 + O2  2NO 2NO + O2  2NO2 2NO2 + H2O  HNO2 + HNO3 3HNO2  HNO3 + 2NO + H2O Quá trình này hoạt động  ở  Na Uy từ  năm 1905 – 1930. Tuy nhiên quá trình  này tương đối không hiệu quả trong việc tiêu thụ năng lượng.  Vì vậy nó dần dần  thay thế    bởi sự  kết hợp của các quá trình Haber và các quá trình Ostwald . Quá  Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 3
  4. trình Haber sản xuất amoniac (NH3) từ phân tử nitơ (N2) và hydro (H2) sau đó được  chuyển đổi thành axit nitric (HNO3) trong quá trình Ostwald. Quá trình tổng hợp ammonia quan trọng nhất trong giai đoạn này, Haber và  Nernst phát triển nó từ năm1902 đến 1905 dùng xúc tác trên cơ sở Fe cho quá trình   sản xuất  ở  nhiệt độ  cao và áp suất cao. Năm 1906 Ostwald thực hiện oxy hóa  ammoniac   (NH3)   thành   Acid   nitric   (HNO3)   với   hỗn   hợp   xúc   tác   Platin   (Pt)   và  Rhodium (Rh). Hiện nay NH3 vẫn là nguồn nguyên liệu chính dùng để sản xuất HNO 3. Nên  đề  tài “Các Quá Trình Sản Xuất HNO3” sẽ  giúp chúng ta hiểu rõ hơn về  nguồn  nguyên liệu NH3 và các tính chất, quy trình sản xuất HNO3. Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 4
  5. I. Nguyên Liệu NH3 [1] Amoniac là một trong những hợp chất hoá học có ý nghĩa đặc biệt trong quan   trọng ngành công nghiệp hoá học nói chung và công nghệ  sản xuất các hợp chất  nitơ nói riêng vì nó có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế như: ­ Trong công nghiệp sản xuất phân bón, Amoniac dùng để sản xuất ra các loại  đạm, đảm bảo sự   ổn định và cung cấp đạm cho việc phát triểnnông nghiệp.  Góp phần đảm bảo an ninh lương thực. Thực hiện công nghiệp hóa hiện đại  hóa và hiện đại hóa đất nước.   ­ Trong công nghiệp thuốc nổ, Amoniac có vai trò quyết định trong việc sản   xuất ra thuốc nổ. Từ NH3 có thể điều chế HNO3 để sản xuất các hợp chất như:  di­tri nitrotoluen, nitroglyxêrin, nitroxenlulo, pentaerythrytol, và amoni nitrat dùng  để chế tạo thuốc nổ.  ­ Trong  ngành  dệt,  sử  dụng  NH3  để   sản  xuất  các   loại  sợi  tổng  hợp   như:  cuprammonium rayon và nilon.  ­  Trong công nghiệp sản xuất nhựa tổng hợp, NH 3 được dùng làm chất xúc  tác và là chất điều chỉnh pH trong quá trình polyme hóa của phenolformaldehyt  tổng hợp nhựa.   ­ Trong công nghiệp dầu mỏ, NH3 được sử dụng làm chất trung hòa để  tránh  sự  ăn mòn trong các thiết bị  ngưng tụ  axit, thiết bị  trao  đổi nhiệt, quá trình   chưng cất. NH3  dùng để  trung hòa HCl tạo thành do quá trình phân hủy nước  biển lẫn trong dầu thô. NH3 cũng dùng để  trung hòa các vết axit trong dầu bôi  trơn đã axit hóa.   Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 5
  6. ­ NH3  dùng đề  điều chế  aluminu silicat tổng hợp làm xúc tác trong thiết bị  cracking xúc tác lớp cố  định. Trong quá trình hydrat hóa silic. NH 3 kết tủa với  nhôm sunfat [Al2(SO4)3] để  tạo mốt dạng gel. Sau đó rữa tạp chất Al 2(SO4)3  được sấy khô và tạo hình.   ­ Trong công nghiệp sản xuất thuốc trị bệnh. NH 3 là một chất độn quan trọng  để sản xuất các dạng thuốc như sunfanilamide, sunfaliazole, sunfapyridine. NH3 là sản phẩm đầu để từ đó sản xuất các hợp chất khác của nitơ như các   loại phân đạm có chứa nitơ, HNO3. Năm 1909 Fritz Haber phát minh ra phản  ứng tổng hợp amoniac  ở  qui mô  phòng thí nghiệm. Năm 1913 ở Đức Carl Bosch đưa vào qui mô pilot với sản lượng   30 tấn/ngày và dần phát triển tới ngày nay. Sau 1950 ở Mỹ bắt đầu từ reforming hơi nước khí thiên nhiên, quy mô cũng  lên tới 165 tấn/ đơn vị  dây chuyền.ngày, quy mô tăng dần, nhất là sau 1960 từ 300  tấn/ ngày lên 600 tấn/ ngày, vài năm sau (1965) lên 1000 tấn/ ngày  1800 tấn ngày. Tổng hợp NH3 là cơ  sở  của công nghiệp đạm. NH3 vừa là sản phẩm trung  gian trong quá trình chế  tạo các hợp chất vô cơ  của đạm vừa là sản phẩm cuối  cùng.  Đến giai đoạn hiện nay, công nghệ tổng hợp NH3 đã đạt được những bước  tiến vượt bậc với việc  ứng dụng công nghệ  công nghệ  thông tin, tự động hóa vào   quá trình sản xuất với nhiều dây chuyền khác nhau. Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 6
  7. 1.1. Giới Thiệu Về Amoniac 1.1.1. Tính Chất Vật Lý [1] Amoniac có công thức phân tử là NH3 là một khí không màu, nhẹ hơn không  khí, và có mùi đặc trưng. Ở  áp suất khí quyển, NH3 hóa lỏng tại ­33,34oC (239,81K), có trọng lượng  riêng 682 g/lit tại 4oC, hóa rắn tại ­77,73oC (195,92K), vì vậy  ở  nhiệt độ  thường  người ta phải lưu trữ NH3 lỏng dưới áp suất cao(khoảng trên 10 atm tại 25,7oC). Do NH3  lỏng có entalpy (nhiệt bay hơi) ∆H thay đổi lớn (23,35kJ/mol) nên  chất này được dùng làm môi chất làm lạnh.  NH3 lỏng là một dung môi hòa tan tốt nhiều chất và là một trong những dung   môi ion hóa không nước quan trong nhất. Nó có thể  hòa tan các kim loại kiềm,  kiềm thổ và một số  kim loại đất hiếm để  tạo ra các dung dịch kim loại (có màu),  dẫn điện và có chứa các electron solvat hóa.  Ở trạng thái rắn amoniac kết tinh mạng lập phương tâm mặt. Bảng 1: các đặc trưng vật lý NH3 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 7
  8. Khối lượng phân tử 17,03 Thể tích phân tử ( ở 0oC, 101,3 KPa) 22,08  L/mol Tỉ trọng pha lỏng 0,6386 g/cm3 Tỉ trọng pha khí 0,7714 g/l Áp suất tới hạn 11,28 MPa Nhiệt độ tới hạn 132,4 0C Tỉ trọng tới hạn 0,235 cm3/g Thể tích tới hạn 4,225 cm3/g Độ dẫn nhiệt tới hạn 0,522 Kj.K­1. h­1. m­1 Độ nhớt tới hạn 23,90. 10­3 mPa.s Điểm nóng chảy ­77,71 0C Nhiệt nóng chảy 332,3 Kj/Kg Áp suất hóa hơi 6,077 KPa Điểm sôi ­33,43 0C Nhiệt hóa hơi 1370 Kj/Kg Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn ­45,72 Kj/mol Entropi tiêu chuẩn 192,731 J.mol­1.K­1 Entanpi tạo thành tự do ­16,391 Kj/mol Giới hạn nổ 15 ­ 17 % V NH3 Hỗn hợp NH3­O2(200C, 101,3KPa) 16 ­ 27 % V NH3 Hỗn hợp NH3­KK(200C, 101,3KPa) 15,5­ 28 % V NH3 Hỗnhợp NH3­KK(1000C, 101,3KPa) 1.1.2. Tính Chất Hóa Học [1] Về  mặt hoá học amoniac là chất khá hoạt động. Với cặp electron tự  do  ở  nitơ, amoniac có khả năng kết hợp dễ dàng với nhiều chất. Khi tan trong nước, amoniac kết hợp với ion H + của nước tạo thành ion NH4+  và dung dịch trở nên có tính bazơ. NH3 + H+  NH4+ Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 8
  9. H2O  H+ +  và phản ứng tổng quát có thể viết là: NH3(dd) + H2O    NH4+ +  Hằng số phân ly của NH3 ở trong dung dịch ở 250C là: Như vậy dung dịch NH3 trong nước là một bazơ yếu Khí NH3 dễ dàng kết hợp với HCl tạo nên muối NH4Cl ở dạng khói trắng. NH3 + HCl  NH4Cl Khí amoniac có thể cháy khi đốt trong oxi cho ngọn lửa màu vàng tạo nên khí  nitơ và nước. 4NH3 + 3O2  3N2 + H2O Khi có platin hay hợp kim platin ­ rodi làm chất xúc tác ở 800 0C   9000C, khí  amoniac bị oxy không khí oxy hoá thành nitơ oxit. 4NH3 + 5O2  4NO + 6H2O Trong trường hợp này người ta thổi nhanh hỗn hợp khí đi qua chất xúc tác .   Nếu cho hỗn hợp đi chậm qua sợi amiăng chứa muội platin, phản ứng xảy ra khác: 2NH3 + 2O2  NH4NO3 + H2O Clo và brôm oxi hoá mãnh liệt amoniac  ở  trạng thái khí và trạng thái dung  dịch. 2NH3 + 3Cl2  N2 + 6HCl Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 9
  10. Đối với các chất oxi hoá khác, amoniac bền  ở  điều kiện thường. Khi đun  nóng nó khử được oxit của 1 số kim loại. 3CuO + 2NH3  N2 + 3H2O + 3Cu Ở   800   9000C nhôm tương tác với khí amoniac tạo thành nhôm nitrua và   hydro: 2Al + 2NH3  2AlN + 3H2 Ở  nhiệt độ  cao những nguyên tử  hydro trong phân tử  amoniac có thể  được   lần lượt thế  bằng các kim loại hoạt động tạo thành amiđua (chứa nhóm NH2       ),  imiđua (chứa nhóm NH2­) và nitrua (chứa ion N3­) 2Na + 2NH3  2NaNH2 + H2 NH3 như là Ligand: ­ Tetraamminecopper(II), [Cu(NH3)4]2+, có màu xanh dương đậm khi  thêm amoniac vào trong dung dịch muối đồng (II). ­ Diamminesilver(I), [Ag(NH3)2]+, được gọi là tác chất Tollens’ reagent. 1.2. Nguyên Liệu Sản Xuất Tổng Hợp NH3 [1],[2],[4] Có nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau sử dụng cho quá trình tổng hợp NH 3  như: than đá, dầu nặng naphta, khí tự nhiên, khí đồng hành. Nguyên liệu quan trọng nhất hiện nay là các nhiên liệu rắn, khí lò cốc, H 2  của quá trình điện phân. Các nguyên liệu này chỉ  được dùng trong điều kiện đặc   biệt và ngày nay có rất ít. Khí than ướt là nguyên liệu tương lai để sản xuất NH3. Ngoài ra H2 sản xuất  bằng quá trình điện phân nước cũng là nguyên liệu sản xuất NH3. Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 10
  11. Bảng sau đây cung cấp tổng quát số liệu các nguồn nguyên liệu thô cho năng   suất NH3 trên thế giới: Bảng 2. Số liệu các nguồn nguyên liệu thô dùng sản suất NH3 1961/1962 1971/1972 Nguyên liệu 103 tấn/năm % 103 tấn/năm % Khí lò cốc và than đá 2800 18 4600 9 Khí tự nhiên 7800 50 32100 63 Naphta 2050 13 10700 21 Các sản phẩm dầu  2950 19 3600 7 khác Tổng cộng 15600 100 51000 100 Theo số liệu trên thì ta thấy các nhà máy sản xuất NH3 mới hầu như dựa vào  nguồn nguyên liệu chính là khí tự  nhiên và naphta. Xu hướng này cũng tiếp tục   trong tương lai 1.3. Công Nghệ Sản Xuất NH3  Trong công nghiệp, quá trình sản xuất NH3 gồm các giai đoạn chính sau : 1. Điều chế hỗn hợp khí nitơ – hydro  2. Làm sạch khí 3. Nén khí 4. Tổng hợp NH3 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 11
  12. 1.3.1. Điều Chế Hỗn Hợp Khí Nitơ – Hydro.[4] Khí tổng hợp (syngas) thường được điều chế  bằng các phương chuyển hóa  khí thiên nhiên, khí hóa than, phân ly khí cốc. Trong trường hợp nguyên liệu là khí thiên nhiên: Khí thiên nhiên (chủ  yếu  chứa metan CH4) được chuyển hóa bằng hơi nước hoặc oxi theo các phản ứng: CH4 +  H2O   CO  +  3H2                   CH4 +  O2    CO  +  2H2                 Khí CO tạo thành được chuyển hóa tiếp thành hydro và CO2:   CO + H2O  CO2 + H2                         Tùy theo chất oxi hóa sử  dụng mà trong công nghiệp có 3 loại công nghệ  chuyển hóa:  Chuyển hóa bằng hơi nước có xúc tác.  Chuyển hóa bằng hơi nước và oxi có xúc tác.    Chuyển hóa không có xúc tác bằng oxi hay không khí giàu oxi. Trong trường hợp nguyên liệu là than đá: Về  nguyên tắc, khí hóa than để  điều chế  syngas cũng tương tự. Nếu coi trong than chỉ  chủ  yếu chứa cacbon và  không tính đến các thành phần tạp chất khác thì quá trình khí hóa được coi như  gồm các phản ứng chính sau: Các phản ứng dị thể: C + O2           CO2           C + CO2        2CO           C + H2O         CO + H2     C + 2H2             CH4                                          Các phản ứng đồng thể: CO + 3H2       CH4 + H2O Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 12
  13. CO + H2O   CO2 + H2 Kết thúc quá trình chuyển hóa, người ta thu được hỗn hợp khí N2 + H2 có lẫn  khí CO2 và một ít CO, CH4. 1.3.2. Làm Sạch Khí [4] Trước khi tổng hợp NH3, hỗn hợp khí N2 + H2 điều chế được phải được cho  qua hệ thống làm sạch khí để loại các tạp chất (H2S, CO2, CO...) có hại đến hệ xúc  tác. Người ta tách khí CO2 và H2S bằng cách rửa bằng nước  ở  áp suất cao. Ngày  nay, người ta sử dụng rộng rãi dung dịch etanolamin trong nước, chủ yếu là mono   etanolamin CH2­CH2(OH)NH2 để tách loại các khí trên. 1.3.3. Nén Khí  Dùng các máy nén công suất lớn để tạo đủ áp suất cần thiết cho hỗn hợp khí  trong hệ thống tổng hợp amoniac. 1.3.4. Tổng Hợp NH3 [2] Cân bằng của phản ứng tổng hợp NH3 N2 + NH3  NH3 H= ­91,44 Kj/mol Là phản  ứng thuận nghịch, toả nhiệt, giảm nhiệt độ, nên theo nguyên lý Le  Chaterlie giảm nhiệt độ  và tăng áp suất sẽ  làm chuyển dịch cân bằng theo chiều   thuận về phía tạo ra sản phẩm NH3. Đồ thị quan hệ nồng độ NH3 lúc cân bằng tại  các nhiệt độ và áp suất biểu diễn trên hình 1 cho thấy, ở nhiệt độ  càng thấp nồng   độ NH3 càng tăng. Nhiệt độ cao không những làm giảm nồng độ cân bằng, còn làm   giảm nhanh hoạt tính xúc tác. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ  quá thấp thì vận tốc phản   ứng không đủ  lớn. Trong công nghiệp, thường tiến hành phản  ứng trong khoảng  nhiệt độ  từ  300oC đến 400oC.  Ở  các điều kiện làm việc của thiết bị  trong công  nghiệp chuyển hoá khoảng 25  35%. Để chuyển hoá hoàn toàn khí tổng hợp dùng  công nghệ vòng tuần hoàn của Haber. Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 13
  14.   Hình 1: Đồ thị cân bằng nồng độ cân bằng vào nhiệt độ và áp suất Phản  ứng này nếu không có chất xúc tác thích hợp thì dù  ở  nhiệt độ  cao và   áp suất cao cũng hầu như không xảy ra. Thành phần xúc tác cho quá trình tổng hợp   amoniac rất đa dạng. Xúc tác tốt nhất và kinh tế nhất hiện nay là xúc tác có sắt ở  dạng oxit FeO, Fe2O3, Fe3O4, trong đó dạng Fe3O4 có hoạt tính cao nhất. Ngoài ra  còn có các chất phụ gia tăng độ  bền nhiệt và tăng độ  ổn định cấu trúc như  Al2O3,  TiO2, CaO, SiO2... trước khi cho hỗn hợp khí N2 và H2 đi qua xúc tác, xúc tác phải  trải qua một quá trình gọi là “hoàn nguyên” bằng cách cho một dòng khí H 2 đi qua  xúc tác ở nhiệt độ cao, các oxit sắt sẽ bị khử oxi tạo thành các nguyên tử kim loại  phân bố trên bề  mặt các oxit khác. Chính những tập hợp nguyên tử  như  vậy đóng  vai trò xúc tác cho phản ứng. Fe3O4 + 4H2   3Fe + 4H2O Dựa   vào   áp   suất   sử   dụng,   người   ta   chia   làm   3   loại   hệ   thống   tổng   hợp   amoniac: ­ Hệ thống làm việc ở áp suất thấp 100 ­ 160 atm.   ­ Hệ thống làm việc ở áp suất trung bình 250 ­ 360 atm.   ­ Hệ thống làm việc ở áp suất cao 450 ­ 1000 atm. Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 14
  15. Tháp tổng hợp amoniac sử dụng hệ  thống áp suất trung bình là thông dụng   nhất. Sơ đồ tổng hợp tháp amoniac ở áp suất trung bình (hình 2) Cấu tạo ­ Tháp tổng hợp là thiết bị  quan trọng nhất trong toàn bộ  hệ  thống tổng hợp   NH3. Cấu tạo của tháp cần vững chắc, đảm bảo làm việc lâu dài , không nguy  hiểm vì quá trình tổng hợp thực hiện  ở  áp suất cao. Kim loại dùng chế  tạo tháp  cần có yêu cầu độ bền cao, nếu không H2 và NH3 chứa trong hỗn hợp khí ở nhiệt  độ cao sẽ có tác dụng với kiem loại làm giảm phẩm chất của nó, đặc biệt với thép  không cacbon hóa.  ­ Tháp tổng hợp là tháp hình trụ bằng thép, chiều dày từ 176 đến 200mm, cao   từ 12 đến 30m, đường khí từ 1 đến 1,4m. Tháp được đặt thẳng đứng, phần trên và   dưới tháp được nối với nhau bởi ghi tháp và mặt bích. Hình 2: sơ đồ tổng hợp tháp amoniac ở  áp suất trung bình 1- Thân tháp tổng hợp 2- Hộp xúc tác 3- Thiết bị truyền nhiệt 4- Ống trung tâm 5- Ống kép Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 15
  16. Nguyên lý hoạt động ­ Hỗn hợp nitơ  ­ hiđro đưa vào tháp tổng hợp từ  trên xuống dưới qua không   gian giữa hộp đựng xúc tác và vỏ  tháp rồi vào bộ  phận trao đổi nhiệt đi ngoài các  ống dẫn NH3 ra khỏi tháp, tiếp tục đi theo ống trung tâm lên phía trên hộp đựng xúc  tác để đi vào  cácống đặt trong khối xúc tác, tại đây hỗn hợp khí N2 và H2 được đốt  nóng tới 450oC nhờ nhiệt tỏa ra trong phản ứng. Tác động này còn có tác dụng điều  chỉnh nhiệt độ của khối xúc tác không bị đốt nóng quá cao. Sau khi đạt được nhiệt  độ  như  trên hỗn hợp khí H2  và N2  đi qua các lớp xúc tác để  tạo thành NH 3. Sản  phẩm thu được qua các hệ thống  ống dẫn xuống đáy tháp và ra ngoài để  hóa lỏng   NH3. Một số sơ đồ tổng hợp điển hình: hình I, II, III, IV. Giải thích:  Hình I: Nếu khí mới hoàn toàn không có các chất gây ngộ độc như H 2O, CO2 thì có thể trực  tiếp đưa vào thiết bị chuyển hoá. Sau khi khí ra khỏi thiết bị tổng hợp, NH 3 được  ngưng tụ bằng cách làm lạnh còn khí tuần hoàn được đưa vào máy nén tuần hoàn.  Sơ đồ này đại diện cho sự sắp xếp thích hợp nhất theo quan điểm năng lượng cực  tiểu. Kết quả là NH3 thấp nhất ở đầu vào và cao nhất cho ngưng tụ. Hình II: Khí nguyên liệu mới chứa nhiều H2O hoặc CO2 thì cần phải hấp thụ hoàn toàn nhờ  ngưng tụ  NH3. Điều này yêu cầu giai đoạn ngưng tụ được đặt một phần hay toàn  bộ  giữa đầu khí mới vào và thiết bị  chuyển hoá. Sự  sắp xếp này bất lợi  ở  chổ  là   Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 16
  17. nồng độ  NH3 giảm xuống do hoà tan vào khí mới. Ngoài ra,  ở  nhiệt độ  ngưng tụ  tương ứng nồng độ NH3 cân bằng ở đầu vào cao hơn đối với thiết bị chuyển hóa. Hình III: Thường sử  dụng máy nén loại 4 kỳ, với sự  bố  trí như  vậy, thực hiện nén tuần   hoàn ngay sau khi ngưng tụ và tách NH3. Có thể sử dụng nước hoặc không khí làm  lạnh tuần hoàn ngay trước khi trộn với khí mới, vì thế  giảm được tiêu hao năng  lượng cho làm lạnh. Hình IV: Chia làm lạnh thành 2 bậc cho ngưng tụ NH 3 sẽ có lợi khi khí tuần hoàn được nén  cùng khí mới. Quá trình này được sử dụng đặc biệt là với áp suất tổng hợp lớn hơn   25 MPa. Ở áp suất này phần lớn NH3 tạo thành có thể được hoá lỏng nhờ làm lạnh  bằng nước hoặc không khí. II. Các Tính Chất Hóa Lý Chính HNO3  2.1. Tính Chất Vật Lý [1] Axit nitric là một trong những axit vô cơ quan trọng nhất. Axit nitric khan HNO3  là chất lỏng không màu có tỉ trọng d = 1,52 g/cm 3 ở  t  = 15oC. Bốc khói ngoài không khí. Đông đặc  ở  nhiệt độ  ­41,6oC tạo thành các tinh thể trắng và sôi  ở  nhiệt độ  83oC.  Khi sôi trong ánh sáng, kể  cả  tại nhiệt độ  trong phòng, sẽ  xảy ra sự phân  hủy từng phần tạo ra nitơ điôxit ( NO2) theo phản ứng sau: HNO3  H2O + 2NO2 +  O2 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 17
  18. Điều này có nghĩa axit nitric khan  được bảo quản  ở nhiệt độ  dưới 0°C để  tránh bị  phân hủy. Đioxit nitơ  (NO2) sẽ  hòa tan trong axit nitric, làm axit chuyển   sang màu vàng hoặc đỏ (phụ thuộc vào lượng NO2) ở nhiệt độ cao hơn.  Axit nitric có thể pha trộn với nước với bất kỳ tỷ lệ nào. Khi pha loãng axit HNO3  bẳng nước có hiện tượng tỏa nhiệt, đó là do tạo  thành các hydrat: monohydrat ­ HNO3.H2O và trihydrat – HNO3.3H2O. Khi cô đặc axit HNO3    loãng thì nồng độ  có thể  đạt được 68,4% HNO3  ,  tương ứng với điểm đồng sôi ts = 121,9oC.  Một số tính chất axit nitric được đưa ra trong bảng 3,4,5 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 18
  19. Bảng 3: tính chất vật lý của dung dịch axit HNO3 Nhiệt  Trọng  Tỉ trọng Điểm  dung  Áp suất riêng phần Điểm sôi lượng % (ở 20oC) đông o riêng (ở 20oC) C HNO3 g/cm3 o C (ở 20oC) Pa j/g.oK 0.0 0.99823 0 100.0 4.19 2333 10.0 1.0543 ­7 101.2 3.73 2266 20.0 1.1150 ­17 103.4 3.39 2026 30.0 1.1800 ­36 107.0 3.18 1760 40.0 1.2463 ­30 112.0 3.01 1440 50.0 1.3100 ­20 116.4 2.85 27 1053 60.0 1.3667 ­22 120.4 2.64 120 653 70.0 1.4134 ­41 121.4 2.43 387 347 80.0 1.4521 ­39 116.6 2.22 1400 120 90.0 1.4826 ­60 102.0 1.97 3600 27 100.0 1.5129 ­42 86.0 1.76 6000 0 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 19
  20. Bảng 4: độ nhớt và độ dẫn nhiệt của dung dịch axit HNO3 Trọng lượng % Độ nhớt (ở 20oC) Độ dẫn nhiệt (ở 20oC) HNO3 mPa.s W/m.K 0.0 1.0 0.61 10.0 1.1 0.57 20.0 1.2 0.54 30.0 1.4 0.50 40.0 1.6 0.47 50.0 1.9 0.43 60.0 2.0 0.40 70.0 2.0 0.36 80.0 1.0 0.35 90.0 1.4 0.31 100.0 0.9 0.28 Bảng 5: tính chất nhiệt động lực học của axit nitric và hydrat của HNO3 HNO3 HNO3.H2O HNO3.3H2O Axit nitric, trọng lượng % 100.0 77.77 53.83 Điểm đông oC ­41.59 ­37.62 ­18.47 Nhiệt tạo thành (ở 25oC), k J/mol ­173.35 ­472.07 ­888.45 Năng lượng tự do (ở 25oC), k J/mol ­79.97 ­329.29 ­810.99 Entropy (ở 25oC), k J/mol.K 155.71 217.00 347.17 Nhiệt nóng chảy, kJ/mol 10.48 17.52 29.12 Nhiệt bay hơi (ở 20oC), kJ/mol 39.48 2.2. Tính Chất Hóa Học [1],[3] Axit HNO3 là một chất oxi hóa mạnh, các kim loại trừ Pt, Rh, Au còn lại đều  tác dụng với axit HNO3 tạo ra oxit tương  ứng. Nếu những oxit này hòa tan trong   axit HNO3 sẽ tạo ra các muối nitrat. Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 20
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2