Sản xuất axit nitric: Báo cáo các quá trình chi tiết

ƯỜ

Ạ Ọ

Ự

Ẩ

TR

Ệ NG Đ I H C CÔNG NGHI P TH C PH M TP HCM

Ọ

Ệ

KHOA CÔNG NGH HÓA H C

Ộ

Ọ

Ậ

Ệ

B MÔN CÔNG NGH HÓA H C & V T LI U

o0o

BÁO CÁO

Ồ

Ọ

Ậ

Ệ Ỹ Đ ÁN CÔNG NGH K THU T HÓA H C

Ả

Ấ

Ề

Đ TÀI: CÁC QUÁ TRÌNH S N XU T AXIT NITRIC

ễ GVHD: Nguy n Văn Hòa

ị ỹ SVTH: Vũ Th M Thi

MSSV: 2004140463

ớ L p: 05DHHH3

ọ Khóa h c : 2014 – 2018

ố ồ Thành Ph H Chí Minh 12/2016

ụ ụ M c L c

ướ

ủ

ậ

ẫ

Nh n Xét C a Giáo Viên H ng D n

............................................................................................................................................................

ậ Nh n xét:

............................................................................................................................................................

ể Đi m đánh giá:

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 2

Ngày...........tháng..........năm 2016

ở ầ M Đ u

ệ ầ ộ ọ ọ Axit nitric là m t axit có t m quan tr ng trong ngành công ngh hóa h c.

ộ ả ế ạ ẩ ộ ố ạ Axit nitric là m t s n ph m trung gian trong quá trình ch t o m t s lo i

ấ ơ ả ệ ạ ồ ờ ộ phân đ m, đ ng th i cũng là m t hóa ch t c b n, dùng làm nguyên li u trong quá

ả ấ ạ ẩ ộ trình s n xu t m t lo t hóa ph m khác.

3 đ mậ

ượ ố ổ ể ả ề ấ ạ Axit nitric đ ấ c dùng r t nhi u đ s n xu t phân đ m, thu c n . HNO

ệ ả ể ề ế ấ ấ ợ ấ ặ đ c dùng đ đi u ch các h p ch t nitro dùng trong công nghi p s n xu t các ch t

ơ ự ỳ ờ ố ề ấ ợ ộ ọ màu và nhi u h p ch t khác. Là m t axit vô c c c k quan tr ng trong đ i s ng.

3 đi t

3 v i Hớ

2SO4

ệ ườ ề ế ừ Trong phòng thí nghi m ng i ta đi u ch HNO NaNO

3. Sau đó h i HNO

3 đ

ặ ượ ơ ơ ượ ẫ ạ (đ c nóng) thu đ c h i HNO c d n vào bình làm l nh và

ư ng ng t ụ ạ l i.

ệ ọ Trong công nghi p quá trình Birkeland – Eyde hay còn g i là quá trình h ồ

2 khí quy nể

ệ ượ ử ụ ể ề ế ế ằ ổ quang đi n đ c s d ng đ đi u ch axit nitric b ng cách bi n đ i N

ạ thành axit nitric qua các công đo n sau:

N2 + O2 2NO

2NO + O2 2NO2

2NO2 + H2O HNO2 + HNO3

3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O

ạ ộ ở ừ Quá trình này ho t đ ng Na Uy t năm 1905 – 1930. Tuy nhiên quá trình

ươ ụ ệ ệ ả ố ượ ậ ầ này t ng đ i không hi u qu trong vi c tiêu th năng l ng. ầ Vì v y nó d n d n

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 3

ủ ế ở ự ế ợ thay th b i s k t h p c a các quá trình Haber và các quá trình Ostwald . Quá

3) t

2) và hydro (H2) sau đó đ

ả ấ ừ ử ơ trình Haber s n xu t amoniac (NH phân t nit (N cượ

ể ổ chuy n đ i thành axit nitric (HNO3) trong quá trình Ostwald.

ấ ạ ổ ợ ọ Quá trình t ng h p ammonia quan tr ng nh t trong giai đo n này, Haber và

ể ừ ơ ở ế Nernst phát tri n nó t năm1902 đ n 1905 dùng xúc tác trên c s Fe cho quá trình

ấ ở ệ ộ ự ệ ấ ả s n xu t nhi t đ cao và áp su t cao. Năm 1906 Ostwald th c hi n oxy hóa

ớ ỗ ợ ammoniac (NH3) thành Acid nitric (HNO3) v i h n h p xúc tác Platin (Pt) và

Rhodium (Rh).

3 v n là ngu n nguyên li u chính dùng đ s n xu t HNO

3. Nên

ệ ể ả ệ ẫ ấ ồ Hi n nay NH

ả ấ ề ẽ ể ơ ề đ tài “Các Quá Trình S n Xu t HNO ồ 3” s giúp chúng ta hi u rõ h n v ngu n

3 và các tính ch t, quy trình s n xu t HNO

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 4

ệ ấ ả ấ nguyên li u NH

I. Nguyên Li u NHệ

3 [1]

ữ ặ ấ ộ ọ ệ ợ Amoniac là m t trong nh ng h p ch t hoá h c có ý nghĩa đ c bi t trong quan

ệ ả ệ ấ ọ ọ ợ ấ tr ng ngành công nghi p hoá h c nói chung và công ngh s n xu t các h p ch t

ơ ề ứ ụ ấ ọ nit nói riêng vì nó có r t nhi u ng d ng quan tr ng trong th c t ự ế ư nh :

ệ ả ể ả ấ ấ ạ Trong công nghi p s n xu t phân bón, Amoniac dùng đ s n xu t ra các lo i

ả ự ổ ệ ể ả ạ ị ệ ấ ạ đ m, đ m b o s n đ nh và cung c p đ m cho vi c phát tri nnông nghi p.

ầ ả ả ươ ự ự ệ ệ ệ Góp ph n đ m b o an ninh l ạ ng th c. Th c hi n công nghi p hóa hi n đ i

ấ ướ ệ ạ hóa và hi n đ i hóa đ t n c.

ế ị ệ ố ổ ệ ả Trong công nghi p thu c n , Amoniac có vai trò quy t đ nh trong vi c s n

ố ổ ừ ể ề ế ấ ể ả ấ ấ ợ xu t ra thu c n . T NH3 có th đi u ch HNO ư 3 đ s n xu t các h p ch t nh :

ditri nitrotoluen, nitroglyxêrin, nitroxenlulo, pentaerythrytol, và amoni nitrat dùng

ố ổ ể ế ạ đ ch t o thu c n .

Trong ngành d t, s d ng NH

ử ụ ệ ạ ợ ổ ể ả ấ ợ ư 3 đ s n xu t các lo i s i t ng h p nh :

cuprammonium rayon và nilon.

3 đ

ự ổ ệ ả ấ ợ ượ ấ Trong công nghi p s n xu t nh a t ng h p, NH c dùng làm ch t xúc

ủ ề ấ ỉ tác và là ch t đi u ch nh pH trong quá trình polyme hóa c a phenolformaldehyt

ự ợ ổ t ng h p nh a.

Trong công nghi p d u m , NH

3 đ

ệ ầ ỏ ượ ử ụ ể ấ c s d ng làm ch t trung hòa đ tránh

ế ị ư ụ ế ị ổ ệ ự s ăn mòn trong các thi t b ng ng t axit, thi t b trao đ i nhi t, quá trình

3 dùng đ trung hòa HCl t o thành do quá trình phân h y n

ư ấ ủ ể ạ ch ng c t. NH ướ c

3 cũng dùng đ trung hòa các v t axit trong d u bôi

ể ẫ ầ ể ế ầ bi n l n trong d u thô. NH

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 5

ơ tr n đã axit hóa.

NH3 dùng đ đi u ch aluminu silicat t ng h p làm xúc tác trong thi

ề ề ế ổ ợ ế ị t b

ố ị ớ ế ủ cracking xúc tác l p c đ nh. Trong quá trình hydrat hóa silic. NH ớ 3 k t t a v i

2(SO4)3

ố ạ ữ ạ ể ạ ấ nhôm sunfat [Al2(SO4)3] đ t o m t d ng gel. Sau đó r a t p ch t Al

ượ ấ ạ đ c s y khô và t o hình.

Trong công nghi p s n xu t thu c tr b nh. NH

ệ ả ị ệ ấ ố ộ ọ ấ ộ 3 là m t ch t đ n quan tr ng

ư ấ ạ ố ể ả đ s n xu t các d ng thu c nh sunfanilamide, sunfaliazole, sunfapyridine.

ể ừ ả ẩ ầ ủ ả ấ ấ ơ ợ đó s n xu t các h p ch t khác c a nit ư nh các NH3 là s n ph m đ u đ t

ứ ạ ơ ạ lo i phân đ m có ch a nit , HNO

ả ứ ổ ợ ở Năm 1909 Fritz Haber phát minh ra ph n ng t ng h p amoniac qui mô

ở ứ ư ệ phòng thí nghi m. Năm 1913 Đ c Carl Bosch đ a vào qui mô pilot v i s n l ớ ả ượ ng

ể ớ ầ ấ 30 t n/ngày và d n phát tri n t i ngày nay.

ơ ướ Sau 1950 ở ỹ ắ ầ ừ M b t đ u t reforming h i n c khí thiên nhiên, quy mô cũng

ớ ấ ơ ầ ấ ị ừ lên t i 165 t n/ đ n v dây chuy n 300 ề .ngày, quy mô tăng d n, nh t là sau 1960 t

ấ ấ ấ ấ t n/ ngày lên 600 t n/ ngày, vài năm sau (1965) lên 1000 t n/ ngày 1800 t n ngày.

3 là c s c a công nghi p đ m. NH

3 v a là s n ph m trung

ổ ơ ở ủ ệ ạ ừ ả ẩ ợ T ng h p NH

ơ ủ ế ạ ừ ạ ả ẩ ợ ố ấ gian trong quá trình ch t o các h p ch t vô c c a đ m v a là s n ph m cu i

cùng.

3 đã đ t đ

ệ ổ ế ệ ạ ợ ạ ượ Đ n giai đo n hi n nay, công ngh t ng h p NH ữ c nh ng b ướ c

ượ ậ ệ ứ ụ ệ ệ ớ ự ộ ế ti n v t b c v i vi c ng d ng công ngh công ngh thông tin, t đ ng hóa vào

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 6

ấ ớ ề ả ề quá trình s n xu t v i nhi u dây chuy n khác nhau.

ớ

ệ

1.1. Gi

ề i Thi u V Amoniac

ấ ậ

1.1.1. Tính Ch t V t Lý [1]

3 là m t khí không màu, nh h n không

ứ ử ẹ ơ ộ Amoniac có công th c phân t là NH

ư ặ khí, và có mùi đ c tr ng.

oC (239,81K), có tr ng l

3 hóa l ng t

Ở ể ấ ỏ ạ ọ áp su t khí quy n, NH i 33,34 ượ ng

oC (195,92K), vì v y

ắ ạ ậ ở riêng 682 g/lit t i 4ạ oC, hóa r n t i 77,73 nhi ệ ộ ườ ng t đ th

oC).

ườ ả ư ữ ướ ả ạ ng i ta ph i l u tr NH ấ i áp su t cao (kho ng trên 10 atm t i 25,7 ỏ 3 l ng d

ỏ ệ ơ ổ ớ t bay h i) ∆H thay đ i l n (23,35kJ/mol) nên Do NH3 l ng có entalpy (nhi

ấ ượ ấ ạ ch t này đ c dùng làm môi ch t làm l nh.

ộ ỏ ố ữ ề ấ ộ t nhi u ch t và là m t trong nh ng dung NH3 l ng là m t dung môi hòa tan t

ướ ấ ạ môi ion hóa không n ề ể c quan trong nh t. Nó có th hòa tan các kim lo i ki m,

ạ ấ ộ ố ể ạ ế ề ạ ổ ị ki m th và m t s kim lo i đ t hi m đ t o ra các dung d ch kim lo i (có màu),

ứ ệ ẫ d n đi n và có ch a các electron solvat hóa.

Ở ạ ế ắ ạ ậ ươ ặ tr ng thái r n amoniac k t tinh m ng l p ph ng tâm m t.

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 7

ư ặ ậ ả B ng 1: các đ c tr ng v t lý NH

ử

ử ở oC, 101,3 KPa) 0

ấ ớ ạ ố ượ ng phân t Kh i l ể Th tích phân t ( ỉ ọ ỏ T tr ng pha l ng ỉ ọ T tr ng pha khí i h n Áp su t t

17,03 22,08 L/mol 0,6386 g/cm3 0,7714 g/l 11,28 MPa 132,4 0C ệ ộ ớ ạ Nhi t đ t i h n

0,235 cm3/g ỉ ọ T tr ng t ớ ạ i h n

4,225 cm3/g ể ớ ạ Th tích t i h n

0,522 Kj.K1. h1. m1 ộ ẫ ệ ớ ạ Đ d n nhi i h n t t

23,90. 103 mPa.s ớ ớ ạ ộ Đ nh t t i h n

77,71 0C ể ả Đi m nóng ch y

332,3 Kj/Kg ệ ả Nhi t nóng ch y

6,077 KPa ấ ơ Áp su t hóa h i

33,43 0C ể Đi m sôi

1370 Kj/Kg ệ Nhi ơ t hóa h i

45,72 Kj/mol ệ ạ ẩ Nhi t t o thành tiêu chu n

192,731 J.mol1.K1 Entropi tiêu chu nẩ

16,391 Kj/mol ự ạ Entanpi t o thành t do

ớ ạ ổ Gi i h n n

ỗ ợ H n h p NH

15 17 % V NH3 16 27 % V NH3 15,5 28 % V NH3 ỗ ợ H n h p NH

3O2(200C, 101,3KPa) 3KK(200C, 101,3KPa) 3KK(1000C, 101,3KPa)

ỗ ợ H nh p NH

ọ ấ 1.1.2. Tính Ch t Hóa H c [1]

ề ặ ạ ộ ớ ặ ấ ọ ự V m t hoá h c amoniac là ch t khá ho t đ ng. V i c p electron t do ở

ơ ễ ề ả ấ ớ nit ế ợ , amoniac có kh năng k t h p d dàng v i nhi u ch t.

+ c a n

+ 4

ướ ớ ủ ướ ạ Khi tan trong n ế ợ c, amoniac k t h p v i ion H c t o thành ion NH

+ NH3 + H+ NH4

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 8

ở ị ơ và dung d ch tr nên có tính baz .

H2O H+ +

+ +

ả ứ ể ế ổ và ph n ng t ng quát có th vi t là:

NH3(dd) + H2O NH4

0C là:

ủ ằ ố ở ị ở H ng s phân ly c a NH trong dung d ch 25

3 trong n

ư ậ ị ướ ơ ế ộ Nh v y dung d ch NH c là m t baz y u

4Cl

ế ợ ễ ạ ớ ố ở ạ ắ d ng khói tr ng. Khí NH3 d dàng k t h p v i HCl t o nên mu i NH

NH3 + HCl NH4Cl

ọ ử ể ạ ố Khí amoniac có th cháy khi đ t trong oxi cho ng n l a màu vàng t o nên khí

ơ ướ nit và n c.

4NH3 + 3O2 3N2 + H2O

0C (cid:0)

ấ ợ ở Khi có platin hay h p kim platin rodi làm ch t xúc tác 800 9000C, khí

ị ơ amoniac b oxy không khí oxy hoá thành nit oxit.

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O

ườ ợ ườ ấ ổ ợ ỗ Trong tr ng h p này ng i ta th i nhanh h n h p khí đi qua ch t xúc tác .

ả ứ ứ ế ậ ả ỗ ợ ợ ộ N u cho h n h p đi ch m qua s i amiăng ch a mu i platin, ph n ng x y ra khác:

2NH3 + 2O2 NH4NO3 + H2O

ệ ở ạ ạ Clo và brôm oxi hoá mãnh li t amoniac tr ng thái khí và tr ng thái dung

ị d ch.

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 9

2NH3 + 3Cl2 N2 + 6HCl

ố ớ ề ở ề ệ ấ ườ Đ i v i các ch t oxi hoá khác, amoniac b n đi u ki n th ng. Khi đun

ử ượ ủ ạ ố nóng nó kh đ c oxit c a 1 s kim lo i.

3CuO + 2NH3 N2 + 3H2O + 3Cu

(cid:0) Ở ươ ớ 800 9000C nhôm t ạ ng tác v i khí amoniac t o thành nhôm nitrua và

hydro:

2Al + 2NH3 2AlN + 3H2

Ở ệ ộ ử ử ữ t đ cao nh ng nguyên t nhi hydro trong phân t amoniac có th đ ể ượ c

2 ),

ạ ộ ế ằ ứ ạ ạ ầ ượ l n l t th b ng các kim lo i ho t đ ng t o thành amiđua (ch a nhóm NH

2) và nitrua (ch a ion N

ứ ứ imiđua (ch a nhóm NH

2Na + 2NH3 2NaNH2 + H2

ư NH3 nh là Ligand:

Tetraamminecopper(II), [Cu(NH3)4]2+, có màu xanh d

ươ ậ ng đ m khi

ố ồ ị thêm amoniac vào trong dung d ch mu i đ ng (II).

Diamminesilver(I), [Ag(NH3)2]+, đ

ượ ọ ấ c g i là tác ch t Tollens’ reagent.

ấ ổ

ợ

ệ

ả

1.2. Nguyên Li u S n Xu t T ng H p NH

3 [1],[2],[4]

ử ụ ệ ề ồ ợ ổ Có nhi u ngu n nguyên li u khác nhau s d ng cho quá trình t ng h p NH

ư ặ ầ ự ồ nh : than đá, d u n ng naphta, khí t nhiên, khí đ ng hành.

ệ ắ ệ ệ ấ ọ ố Nguyên li u quan tr ng nh t hi n nay là các nhiên li u r n, khí lò c c, H

ỉ ượ ệ ệ ề ệ ủ c a quá trình đi n phân. Các nguyên li u này ch đ ặ c dùng trong đi u ki n đ c

ệ ấ bi t và ngày nay có r t ít.

ướ ệ ươ ể ả ấ ả Khí than t là nguyên li u t ng lai đ s n xu t NH ấ 3. Ngoài ra H2 s n xu t

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 10

ệ ướ ệ ả ấ ằ b ng quá trình đi n phân n c cũng là nguyên li u s n xu t NH

ấ ổ ố ệ ệ ả ồ B ng sau đây cung c p t ng quát s li u các ngu n nguyên li u thô cho năng

3 trên th gi

ế ớ su t NHấ i:

ố ệ ệ ả ả ấ ồ B ng 2. S li u các ngu n nguyên li u thô dùng s n su t NH

1961/1962 1971/1972 Nguyên li uệ 103 t n/năm ấ 103 t n/năm ấ % %

ố Khí lò c c và than đá 2800 18 4600 9

ự Khí t nhiên 7800 50 32100 63

Naphta 2050 13 10700 21

ầ ẩ ả Các s n ph m d u 2950 19 3600 7

khác

ổ ộ T ng c ng 15600 100 51000 100

3 m i h u nh d a vào

ố ệ ấ ả ớ ầ ư ự ấ Theo s li u trên thì ta th y các nhà máy s n xu t NH

ồ ự ướ ệ ngu n nguyên li u chính là khí t nhiên và naphta. Xu h ế ụ ng này cũng ti p t c

ươ trong t ng lai

ấ ả

ệ ạ ồ

ệ ả 1.3. Công Ngh S n Xu t NH ấ Trong công nghi p, quá trình s n xu t NH

3 g m các giai đo n chính sau :

ề ợ ơ ế ỗ 1. Đi u ch h n h p khí nit – hydro

2. Làm s ch khí

3. Nén khí

ạ

4. T ng h p NH

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 11

ợ ổ

ợ

ề

ơ

.[4]

ế ỗ 1.3.1. Đi u Ch H n H p Khí Nit

– Hydro

ổ ườ ượ ề ươ ợ Khí t ng h p (syngas) th ng đ ế ằ c đi u ch b ng các ph ể ng chuy n hóa

khí thiên nhiên, khí hóa than, phân ly khí c c.ố

ườ ệ ợ Trong tr ng h p nguyên li u là khí thiên nhiên: ủ ế Khí thiên nhiên (ch y u

4) đ

ứ ượ ơ ướ ể ằ ả ứ ặ ch a metan CH c chuy n hóa b ng h i n c ho c oxi theo các ph n ng:

CH4 + H2O CO + 3H2

CH4 + O2 CO + 2H2

ượ ế ể ạ Khí CO t o thành đ c chuy n hóa ti p thành hydro và CO

CO + H2O CO2 + H2

ử ụ ệ ấ ạ Tùy theo ch t oxi hóa s d ng mà trong công nghi p có 3 lo i công ngh ệ

ể chuy n hóa:

ằ ằ ơ ướ ơ ướ c có xúc tác. c và oxi có xúc tác.

ể ể ể

ườ ệ ề ắ ợ Chuy n hóa b ng h i n Chuy n hóa b ng h i n ằ Chuy n hóa không có xúc tác b ng oxi hay không khí giàu oxi. Trong tr ng h p nguyên li u là than đá: V nguyên t c, khí hóa than đ ể

ề ế ươ ự ủ ế ứ ế đi u ch syngas cũng t ng t ỉ . N u coi trong than ch ch y u ch a cacbon và

ầ ạ ế ấ ượ không tính đ n các thành ph n t p ch t khác thì quá trình khí hóa đ c coi nh ư

ả ứ ồ g m các ph n ng chính sau:

ả ứ ị ể Các ph n ng d th :

C + O2 CO2

C + CO2 2CO

C + H2O CO + H2

C + 2H2 CH4

ả ứ ồ ể Các ph n ng đ ng th :

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 12

CO + 3H2 CH4 + H2O

CO + H2O CO2 + H2

2 + H2 có l nẫ

ế ể ườ ượ ỗ K t thúc quá trình chuy n hóa, ng i ta thu đ ợ c h n h p khí N

ộ khí CO2 và m t ít CO, CH

ạ 1.3.2. Làm S ch Khí [4]

ướ ổ ợ ỗ ế ượ ả ượ Tr c khi t ng h p NH c ph i đ c cho ợ 3, h n h p khí N ề 2 + H2 đi u ch đ

2S, CO2, CO...) có h i đ n h xúc

ệ ố ể ạ ạ ạ ấ ạ ế ệ qua h th ng làm s ch khí đ lo i các t p ch t (H

2 và H2S b ng cách r a b ng n

ườ ử ằ ằ ấ tác. Ng i ta tách khí CO ướ ở c áp su t cao. Ngày

ườ ử ụ ộ ị ướ ủ ế nay, ng i ta s d ng r ng rãi dung d ch etanolamin trong n c, ch y u là mono

ể ạ etanolamin CH2CH2(OH)NH2 đ tách lo i các khí trên.

1.3.3. Nén Khí

ể ạ ủ ấ ầ ế ỗ ợ ấ ớ Dùng các máy nén công su t l n đ t o đ áp su t c n thi t cho h n h p khí

ệ ố ợ ổ trong h th ng t ng h p amoniac.

3 [2]

ổ ợ 1.3.4. T ng H p NH

ủ ằ ổ ợ ả ứ Cân b ng c a ph n ng t ng h p NH

N2 + NH3 NH3 H= 91,44 Kj/mol

ả ứ ả ị ệ ệ ộ ậ Là ph n ng thu n ngh ch, to nhi ả t, gi m nhi t đ , nên theo nguyên lý Le

ả ệ ộ ấ ẽ ể ằ ị Chaterlie gi m nhi ề t đ và tăng áp su t s làm chuy n d ch cân b ng theo chi u

3. Đ th quan h n ng đ NH

3 lúc cân b ng t

ề ạ ả ẩ ậ ệ ồ ồ ị ộ ằ thu n v phía t o ra s n ph m NH ạ i

ệ ộ ấ ở ể ấ ệ ộ ấ các nhi ễ t đ và áp su t bi u di n trên hình 1 cho th y, nhi ồ t đ càng th p n ng

3 càng tăng. Nhi

ệ ộ ữ ằ ồ ộ đ NHộ ả t đ cao không nh ng làm gi m n ng đ cân b ng, còn làm

ế ạ ả ệ ộ ậ ố ấ gi m nhanh ho t tính xúc tác. Tuy nhiên, n u nhi ả t đ quá th p thì v n t c ph n

ứ ủ ớ ệ ườ ế ng không đ l n. Trong công nghi p, th ả ả ứ ng ti n hành ph n ng trong kho ng

oC đ n 400 ế

oC.

Ở ệ ủ ề ệ ế ị nhi ệ ộ ừ t đ t 300 các đi u ki n làm vi c c a thi t b trong công

(cid:0) ể ệ ả ể ể ổ ợ nghi p chuy n hoá kho ng 25 35%. Đ chuy n hoá hoàn toàn khí t ng h p dùng

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 13

ủ ệ ầ công ngh vòng tu n hoàn c a Haber.

ồ ị ằ ằ ộ ồ ệ ộ Hình 1: Đ th cân b ng n ng đ cân b ng vào nhi ấ t đ và áp su t

ả ứ ế ấ ợ ở ệ ộ Ph n ng này n u không có ch t xúc tác thích h p thì dù nhi t đ cao và

ư ầ ấ ả ầ ổ ợ áp su t cao cũng h u nh không x y ra. Thành ph n xúc tác cho quá trình t ng h p

ấ ạ ố ấ ế ệ ấ amoniac r t đa d ng. Xúc tác t t nh t và kinh t nh t hi n nay là xúc tác có s t ắ ở

2O3, Fe3O4, trong đó d ng Fe

3O4 có ho t tính cao nh t. Ngoài ra

ạ ạ ấ ạ d ng oxit FeO, Fe

2O3,

ộ ề ấ ệ ộ ổ ư ấ ụ còn có các ch t ph gia tăng đ b n nhi ị t và tăng đ n đ nh c u trúc nh Al

2 và H2 đi qua xúc tác, xúc tác ph iả

ướ ợ ỗ c khi cho h n h p khí N TiO2, CaO, SiO2... tr

2 đi qua

ả ằ ộ ọ ộ tr i qua m t quá trình g i là “hoàn nguyên” b ng cách cho m t dòng khí H

ở ệ ộ ắ ẽ ị ử ạ ử xúc tác nhi t đ cao, các oxit s t s b kh oxi t o thành các nguyên t ạ kim lo i

ề ặ ữ ậ ố ợ ử ư ậ phân b trên b m t các oxit khác. Chính nh ng t p h p nguyên t nh v y đóng

ả ứ vai trò xúc tác cho ph n ng.

Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O

ấ ử ụ ự ườ ệ ạ ổ ố D a vào áp su t s d ng, ng ợ i ta chia làm 3 lo i h th ng t ng h p

amoniac:

H th ng làm vi c

ệ ố ệ ở ấ ấ áp su t th p 100 160 atm.

H th ng làm vi c

ệ ố ệ ở ấ áp su t trung bình 250 360 atm.

H th ng làm vi c

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 14

ệ ố ệ ở ấ áp su t cao 450 1000 atm.

ử ụ ấ ợ ổ ụ ệ ố Tháp t ng h p amoniac s d ng h th ng áp su t trung bình là thông d ng

nh t.ấ

ơ ồ ổ ở ấ ợ S đ t ng h p tháp amoniac áp su t trung bình (hình 2)

ấ ạ C u t o

Tháp t ng h p là thi

ợ ổ ế ị ộ ệ ố ấ ổ ọ ợ t b quan tr ng nh t trong toàn b h th ng t ng h p

ấ ạ ữ ủ ệ ầ ắ ả ả NH3. C u t o c a tháp c n v ng ch c, đ m b o làm vi c lâu dài , không nguy

ệ ở ự ể ợ ế ạ ấ ổ hi m vì quá trình t ng h p th c hi n ạ áp su t cao. Kim lo i dùng ch t o tháp

2 và NH3 ch a trong h n h p khí

ế ầ ứ ợ ỗ ở ộ ề ầ c n có yêu c u đ b n cao, n u không H nhi ệ t

ấ ủ ụ ẽ ả ặ ẩ ạ ớ ệ ớ ộ đ cao s có tác d ng v i kiem lo i làm gi m ph m ch t c a nó, đ c bi t v i thép

không cacbon hóa.

ổ ụ ằ ề ừ ế ợ Tháp t ng h p là tháp hình tr b ng thép, chi u dày t 176 đ n 200mm, cao

ừ ế ườ ừ ế ượ ứ ặ ầ ẳ t 12 đ n 30m, đ ng khí t 1 đ n 1,4m. Tháp đ c đ t th ng đ ng, ph n trên và

ướ ượ ố ớ ặ ở d i tháp đ c n i v i nhau b i ghi tháp và m t bích.

ợ ơ ồ ổ ở

ấ

ế ị ệ t b truy n nhi t

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 15

Hình 2: s đ t ng h p tháp amoniac áp su t trung bình ợ ổ 1- Thân tháp t ng h p ộ 2- H p xúc tác 3- Thi Ố 4- Ố ề ng trung tâm ng kép

ạ ộ Nguyên lý ho t đ ng

H n h p nit

ỗ ợ ơ ợ ừ ư ổ ố ướ hiđro đ a vào tháp t ng h p t trên xu ng d i qua không

ữ ộ ự ậ ồ ộ ổ ệ ỏ gian gi a h p đ ng xúc tác và v tháp r i vào b ph n trao đ i nhi t đi ngoài các

3 ra kh i tháp, ti p t c đi theo ng trung tâm lên phía trên h p đ ng xúc

ố ộ ự ế ụ ỏ ố ẫ ng d n NH

2 và H2 đ

ể ố ố ạ ỗ ợ ặ tác đ đi vào các ng đ t trong kh i xúc tác, t i đây h n h p khí N ượ ố c đ t

oC nh nhi ờ

ớ ệ ỏ ả ứ ụ nóng t i 450 ề ộ t t a ra trong ph n ng. Tác đ ng này còn có tác d ng đi u

ỉ ệ ộ ủ ạ ượ ố ch nh nhi ị ố t đ c a kh i xúc tác không b đ t nóng quá cao. Sau khi đ t đ c nhi ệ t

2 và N2 đi qua các l p xúc tác đ t o thành NH

3. S nả

ư ợ ể ạ ớ ỗ ộ đ nh trên h n h p khí H

ẩ ượ ệ ố ể ẫ ố ố ph m thu đ ỏ c qua các h th ng ng d n xu ng đáy tháp và ra ngoài đ hóa l ng

NH3.

ộ ố ơ ồ ổ ợ ể M t s s đ t ng h p đi n hình: hình I, II, III, IV.

ả Gi i thích:

Hình I:

ộ ộ ế ấ ớ N u khí m i hoàn toàn không có các ch t gây ng đ c nh H ể ự ư 2O, CO2 thì có th tr c

3 đ

ư ế ế ị ể ỏ ế ị ổ ợ ti p đ a vào thi t b chuy n hoá. Sau khi khí ra kh i thi t b t ng h p, NH cượ

ụ ằ ạ ầ ượ ư ầ ư ng ng t b ng cách làm l nh còn khí tu n hoàn đ c đ a vào máy nén tu n hoàn.

ơ ồ ự ắ ệ ế ể ạ ấ ợ ượ S đ này đ i di n cho s s p x p thích h p nh t theo quan đi m năng l ự ng c c

3 th p nh t

ể ế ả ấ ở ầ ư ấ ấ ụ ti u. K t qu là NH đ u vào và cao nh t cho ng ng t .

Hình II:

2O ho c COặ

2 thì c n ph i h p th hoàn toàn nh

ứ ệ ề ớ ả ấ ụ ầ Khí nguyên li u m i ch a nhi u H ờ

3. Đi u này yêu c u giai đo n ng ng t

ụ ư ề ầ ạ ặ ầ ộ ư ng ng t NH ụ ượ đ c đ t m t ph n hay toàn

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 16

ớ ế ị ự ắ ấ ợ ở ể ế ộ ữ ầ b gi a đ u khí m i vào và thi t b chuy n hoá. S s p x p này b t l i ổ ch là

3 gi m xu ng do hoà tan vào khí m i. Ngoài ra,

ộ ả ố ớ ở ệ ộ ư ồ n ng đ NH nhi t đ ng ng t ụ

3 cân b ng

ươ ứ ộ ằ ở ầ ố ớ ế ị ể t ồ ng ng n ng đ NH ơ đ u vào cao h n đ i v i thi t b chuy n hóa.

Hình III:

ườ ỳ ớ ự ố ử ụ ư ậ ự ệ ạ Th ầ ng s d ng máy nén lo i 4 k , v i s b trí nh v y, th c hi n nén tu n

3. Có th s d ng n

ư ụ ể ử ụ ướ ặ hoàn ngay sau khi ng ng t và tách NH c ho c không khí làm

ầ ướ ế ả ộ ớ ớ ượ ạ l nh tu n hoàn ngay tr c khi tr n v i khí m i, vì th gi m đ c tiêu hao năng

ượ ạ l ng cho làm l nh.

Hình IV:

ư ậ ạ ụ ợ ượ Chia làm l nh thành 2 b c cho ng ng t NH ầ i khi khí tu n hoàn đ c nén ẽ 3 s có l

ớ ượ ử ụ ặ ệ ợ ớ ấ ổ ớ cùng khí m i. Quá trình này đ c s d ng đ c bi ơ t là v i áp su t t ng h p l n h n

3 t o thành có th đ

Ở ầ ớ ấ ể ượ ạ ỏ ờ 25 MPa. áp su t này ph n l n NH ạ c hoá l ng nh làm l nh

ướ ặ ằ b ng n c ho c không khí.

ấ

II. Các Tính Ch t Hóa Lý Chính HNO

ấ ậ

2.1. Tính Ch t V t Lý [1]

ữ ấ ộ ọ ơ Axit nitric là m t trong nh ng axit vô c quan tr ng nh t.

ấ ỏ ỉ ọ tở Axit nitric khan HNO3 là ch t l ng không màu có t tr ng d = 1,52 g/cm

ố = 15oC. B c khói ngoài không khí.

oC t o thành các tinh th tr ng và sôi

ặ ở ệ ộ ể ắ ạ ở Đông đ c nhi t đ 41,6 nhi ệ ộ t đ

ể ả ạ ệ ộ ẽ ả 83oC. Khi sôi trong ánh sáng, k c t i nhi t đ trong phòng, s x y ra s ự phân

NO2) theo ph n ng sau:

ầ ạ ừ ơ ả ứ h yủ t ng ph n t o ra nit điôxit (

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 17

HNO3 H2O + 2NO2 + O2

ề ượ ả ở ả Đi u này có nghĩa axit nitric khan đ c b o qu n nhi ệ ộ ướ t đ d i 0°C đ ể

ủ ị ơ ẽ tránh b phân h y. Đioxit nit (NO ể 2) s hòa tan trong axit nitric, làm axit chuy n

ụ ộ ượ ở ệ ộ ơ ặ ỏ sang màu vàng ho c đ (ph thu c vào l ng NO nhi t đ cao h n.

ể ộ ớ ấ ỳ ỷ ệ Axit nitric có th pha tr n v i ớ n cướ v i b t k t l nào.

ẳ ướ ệ ượ ệ c có hi n t ỏ ng t a nhi ạ t, đó là do t o Khi pha loãng axit HNO3 b ng n

thành các hydrat: monohydrat HNO3.H2O và trihydrat – HNO3.3H2O.

3 loãng thì n ng đ có th đ t đ

3 ,

ặ ể ạ ượ ộ ồ Khi cô đ c axit HNO c 68,4% HNO

s = 121,9oC.

ươ ứ ồ ớ t ể ng ng v i đi m đ ng sôi t

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 18

ộ ố ượ ư ả ấ M t s tính ch t axit nitric đ c đ a ra trong b ng 3,4,5

ấ ậ ủ ả ị B ng 3: tính ch t v t lý c a dung d ch axit HNO

ầ Áp su t riêng ph n

oC)

tệ Nhi dung riêng l ỉ ọ T tr ng oC) ( 20ở ể Đi m sôi oC ( 20ở g/cm3 Đi mể đông oC ấ ( 20ở Pa Tr ngọ ượ ng % HNO3

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 19

j/g.oK 4.19 3.73 3.39 3.18 3.01 2.85 2.64 2.43 2.22 1.97 1.76 2333 2266 2026 1760 1440 1053 653 347 120 27 0 27 120 387 1400 3600 6000 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 0.99823 1.0543 1.1150 1.1800 1.2463 1.3100 1.3667 1.4134 1.4521 1.4826 1.5129 0 7 17 36 30 20 22 41 39 60 42 100.0 101.2 103.4 107.0 112.0 116.4 120.4 121.4 116.6 102.0 86.0

ộ ẫ ả ộ ệ ủ ớ B ng 4: đ nh t và đ d n nhi ị t c a dung d ch axit HNO

oC)

ộ ộ ẫ ệ ở Đ nh t ( 20 Đ d n nhi t ( 20 ọ Tr ng l ng %

ượ HNO3 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 ớ ở mPa.s 1.0 1.1 1.2 1.4 1.6 1.9 2.0 2.0 1.0 1.4 0.9 W/m.K 0.61 0.57 0.54 0.50 0.47 0.43 0.40 0.36 0.35 0.31 0.28

ấ ả ệ ộ ự ọ ủ ủ B ng 5: tính ch t nhi t đ ng l c h c c a axit nitric và hydrat c a HNO

ượ ng %

oC), k J/mol

ở

HNO3.H2O 77.77 37.62 472.07 329.29 217.00 17.52 HNO3.3H2O 53.83 18.47 888.45 810.99 347.17 29.12

oC), kJ/mol

ệ ệ ọ Axit nitric, tr ng l oC ể Đi m đông ệ ạ Nhi t t o thành ( 25 ở ự ượ ng t Năng l do ( 25 oC), k J/mol.K Entropy ( 25ở ả t nóng ch y, kJ/mol Nhi ơ ở t bay h i ( 20 Nhi HNO3 100.0 41.59 173.35 79.97 155.71 10.48 39.48

ọ

ấ

2.2. Tính Ch t Hóa H c [1],[3]

ạ ừ ấ ạ ộ ạ ề i đ u Axit HNO3 là m t ch t oxi hóa m nh, các kim lo i tr Pt, Rh, Au còn l

3 t o ra oxit t

ụ ạ ươ ứ ữ ế ớ tác d ng v i axit HNO ng ng. N u nh ng oxit này hòa tan trong

ẽ ạ ố axit HNO3 s t o ra các mu i nitrat.

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 20

Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

8Na + 10HNO3 → 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O

3 loãng, nh ng trong HNO

3 đ c t o ra trên

ắ ố ư ặ ạ S t (Fe) hòa tan t t trong axit HNO

ộ ớ ề ắ ỏ ặ ề ặ ắ b m t s t m t l p oxit m ng b n ch c không hòa tan trong axit HNO ớ 3 đ c, l p

ủ ắ ả ế ụ ỏ ị ủ ệ ệ ạ ả ả này b o v cho kim lo i kh i b phá h y ti p t c. Kh năng này c a s t b o v nó

ỏ ị ỉ ườ ệ ượ ự ụ ộ kh i b r . Ng ọ i ta g i hi n t ng này là s th đ ng hóa.

ố ệ Đ i nhôm (Al), crom (Cr), coban (Co), niken (Ni), mangan (Mn) cũng có hi n

ượ t ụ ộ ng th đ ng hóa.

ả ứ ố ớ Khi ph n ng v i các nguyên t á kim, ngo i tr ạ ừ silic và halogen, các nguyên

ườ ạ ị ấ ạ ố t này th ng b oxi hóa đ n ế tr ng thái oxi hóa cao nh t và t o ra đioxit nitơ đ iố

ặ ạ ớ v i axit đ c, t o ra ớ oxit nitơ v i axit loãng

C + 4HNO3 đ c ặ → CO2 + 4NO2 + 2H2O

2 + 4NO + 2H2O

3CO→ 3C + 4HNO3 loãng

2SO4) ph i v n chuy n trong

ặ ặ ệ ế ả ậ ể t n u thêm 10% H Axit HNO3 đ c ( đ c bi

ữ ỉ nh ng két thép không g .

3 tác

ấ ữ ự ề ầ ậ ơ ộ ộ ị ữ Nhi u ch t h u c (m t ph n nh ng mô đ ng th c v t ) khi b HNO

ấ ậ ộ ố ẽ ị ủ ế ấ ặ ớ ụ d ng s b phá h y, m t s ch t khác khi ti p xúc v i axit r t đ m đ c có th s ể ẽ

ố b c cháy.

3 trong phòng thí

3 65% t tr ng 1,4 g/cm

ự ế ườ ỉ ọ Trong th c t th ng dùng axit HNO

3 và đ c 9899%

ệ ệ ạ ặ nghi m. Còn trong công nghi p dùng hai lo i: loãng 50 60 % HNO

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 21

HNO3.

ơ ở

ả

ấ

III. C S Hóa Lý S n Xu t HNO

3.[1],[3]

3 loãng t

3 có các ph n ng sau:

ế ả ứ ề Quy trình đi u ch HNO NHừ

Oxi hóa HN3 đ n oxit nit

ế ơ :

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O + Q

Oxi hóa NO đ n NO

ế

2NO + O2 2NO2

H p th NO

ụ ấ ướ c: ằ 2 b ng n

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO

ơ ạ ả ứ ạ ế ụ Oxit nit t o ra theo ph n ng này l i oxi hóa ti p t c.

ế

III.1 Oxi Hóa Ti p Xúc NH

3 và O2

ậ ỏ ị ệ ỉ ệ ữ ụ Đây là quá trình thu n ngh ch, t a nhi ộ t. Ph thu c vào t l gi a NH

ể ễ ả ứ có th di n ra theo các ph n ng sau:

(1) 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O + 907,3kJ

(2) 4NH3 + 4O2 2N2O + 6H2O + 1104,9Kj

(3) 4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O + 1269,1kJ

(4) 4NH3 + 6NO 5N2 + 6H2O + 1810kJ

ả ứ ự ế ư ộ ậ ướ ề ủ Ph n ng (1) (4) th c t coi nh m t chi u vì v y h ng c a quá trình đ ượ c

ằ ị ệ ố ộ ả ứ xác đ nh b ng tì l các t c đ ph n ng.

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 22

ể ả ấ ầ ơ ươ ả Đ s n xu t axit nitric c n ph i oxi hóa hoàn toàn h n theo ph ng trình (1).

III.1.1 Nhi

ệ ộ t Đ .

ệ ở ự ầ ệ ộ Quá trình oxi hóa c n th c hi n nhi t đ cao.

ệ ộ ế ộ ớ ạ ấ ị ẽ ả ưở ố ế Khi tăng nhi t đ đ n m t gi i h n nh t đ nh s nh h ng t t đ n quá

ụ ệ ấ ấ ộ ệ ộ ể ệ ở t đ th hi n trình oxi hóa NH3. Hi u su t NO ph thu c vào áp su t và nhi

ả b ng 4

ế ị ệ ướ ấ Khi dùng xúc tác Rt – Rh trong các thi t b làm vi c d ể i áp su t khí quy n

oC. Còn

ệ ộ ủ ầ ả ữ ở thì nhi t đ c a khí c n ph i gi ả trong kho ng 700 800 ấ áp su t cao thì

oC.

ệ ộ nhi t đ là 800900

ự ả ả ưở ủ ấ ệ ộ ế ấ B ng 4: s nh h ng c a áp su t và nhi ệ t đ đ n hi u su t NO

ệ Nhi

Áp su tấ (bar) ướ D i 1.7 ế 1.7 đ n 6.5 Trên 6.5 t đệ ộ (oC) ế 810 đ n 850 ế 850 đ n 900 ế 900 đ n 940 ấ Hi u su t NO (%) 97 96 95

III.1.2 Các Ch t Xúc Tác

ấ

3 thành oxit

ọ ọ ữ ấ Nh ng ch t xúc tác ch n l c làm tăng nhanh quá trình oxi hóa NH

ơ ạ ủ ủ ắ ợ ố nit là Pt và h p kim c a nó v i các kim lo i c a nhóm Pt: các oxit s t, mangan,

ữ ặ ố ố ầ ớ ấ ậ coban...Trong s đó Pt có nh ng đ c tính t ế t nh t, vì v y cho đ n nay ph n l n các

3 t

3 đ u dùng xúc tác Pt.

ả ấ ề nhà máy s n xu t HNO NHừ

ở ạ ướ ằ ợ ỉ ườ ừ Xúc tác Pt dùng d ng l ữ i đan b ng nh ng s i ch có đ ng kính t 0,06

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 23

ướ 0,09 mm, các l i xúc tác có 1024 ô trong 1cm

ờ ướ ườ Th i gian tr c th ng dùng xúc tác lo i l ạ ướ ừ ợ i t h p kim Pt – Pd (5 10%

ệ ủ ướ ư ờ ớ ướ ẽ ơ Pd). Nh ng th i gian làm vi c c a l i này s kéo dài h n so v i l i Pt nguyên

ch t.ấ

ệ ạ ườ ừ ộ ợ ạ ạ Hi n t i ng ạ i ta dùng lo i xúc tác t ơ m t h p kim có ho t tính m nh h n

ứ ủ ứ ả ch a 90% Pt + (510% )Rh + kho ng 5% Pd . Ch c năng chính c a Rhodium thêm

ướ ể ả ệ ể ắ ấ vào trong l i đ c i thi n năng su t. Tuy nhiên Rhodium đ t nên có th thay th ế

ệ ể ằ ầ ấ ộ ổ ượ ả m t ph n rhodium b ng palladium vì hi u su t chuy n đ i không đ ệ c c i thi n

ể ệ ề ấ ế n u có nhi u 5%Rh trong xúc tác. Tính ch t này th hi n qua hình 3

Ả ưở ủ ệ ế ấ Hình 2: nh h ng c a Rh có trong xúc tác đ n hi u su t quá trình oxi hóa NH

ổ ế ử ụ ệ ạ ợ H p kim Pt + 4%Pd + 3%Rh là lo i xúc tác ph bi n hi n nay s d ng trong

quá trình oxi hóa NH3.

ấ ượ ệ ạ ừ Ch t xúc tác đ c n p li u vào trong các nhà máy báo cáo là t 1,5 – 1,9 kg

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 24

ờ ả ố ớ ạ ộ ấ ở ườ ấ ỗ ấ m i t n/gi s n xu t axit nitric đ i v i ho t đ ng ủ áp su t cao. Đ ng kính c a

ướ ỉ ệ ổ ố ượ ấ ớ ị ớ ướ l i cũng thay đ i theo t l ngh ch v i áp su t. S l ng các l p l i cũng thay

ạ ộ ẽ ể ấ ớ ở ộ ổ đ i theo áp su t khí quy n 4at s tác đ ng lên 24 – 25 l p cho các ho t đ ng áp

ấ su t cao.

ấ ạ ụ ủ ủ ộ ố ộ ế ị T c đ chung c a quá trình oxi hóa ph thu c vào c u t o c a thi t b và

3 t

ế ộ ệ ẽ ế ệ ị ừ ế ch đ công ngh s xác đ nh vi ckhu ch tán NH trung tâm dòng khí đ n b ề

3 v i oxi đã h p th trên

ế ị ụ ẽ ấ ặ ộ ụ ấ ớ ạ m t Pt và khi khu y tr n m nh s quy t đ nhtác d ng NH

ề ặ b m t Pt.

ườ ượ ươ ộ ấ C ng đ ch t xúc tác đ c tính theo ph ng trình:

Trong đó:

ườ ộ ấ G: c ng đ ch t xúc tác, kg .mol/m2.s.Pa

3 trong không khí , m2/s

ệ ố ế D: h s khu ch tán NH

ệ ộ ề ặ ấ T: nhi t đ b m t ch t xúc tác,

ằ ưở ố R: h ng s khí lý t ng

ề ườ ủ ử ả ủ l: chi u dài trung bình quãng đ ng c a phân t trong các mao qu n c a xúc

tác, m.

3 và

ệ ấ ấ ạ ớ ợ ỗ ấ ộ Các ch t xúc tác Pt r t nh y v i ch t đ c trong h n h p nguyên li u (NH

3. Ch c n hàm l

ặ ệ ấ ộ ỉ ầ ượ không khí ). Đ c bi t là ch t đ c photphin PH ng 0,00001%PH

ữ ứ ể ấ ộ ợ ộ ộ đã có th gây đ c cho xúc tác Pt. Ngoài ra nh ng h p ch t ch a S gây ng đ c

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 25

ậ ị thu n ngh ch cho xúc tác.

ề ặ ượ ể ơ ớ ố ỡ ấ Trên b m t ch t xúc tác không đ ạ ụ c đ r i r t các h t b i, mu i, m bôi

3 tr

ủ ơ ướ ế ị ầ ả tr n c a máy nén. Nên không khí và NH ư c khi đ a vào thi t b c n ph i làm

ậ ẫ ẩ ượ ỏ ạ ấ ế ị ế ạ s ch c n th n. Tuy nhiên v n có l ng nh t p ch t đi vào thi t b ti p xúc làm

ạ ộ ấ ả ầ cho ho t đ ch t xúc tác gi m d n.

ấ ủ ổ ủ ữ ệ ấ ộ ổ Hi u su t c a m t gói ch t xúc tác thay đ i theo tu i c a nó. Nh ng thay

ấ ị ả ệ ưở ở ấ ầ ấ ổ đ i trong hi u su t b nh h ộ ng b i c u trúc và thành ph n các ch t xúc tác. M t

ướ ủ ạ ộ ấ ắ ớ ộ ờ ị l ệ i c a ch t xúc tác m i có dây tròn m n, sau m t th i gian ng n ho t đ ng, hi u

ề ặ ị ể ể ấ ạ ổ su t chuy n đ i tăng lên khi b m t b xù xì và kim lo i di chuy n lên b m t đ ề ặ ể

ề ặ ủ ạ ấ ỏ ệ ạ t o thành các kim lo i nh làm tăng di n tích b m t c a ch t xúc tác. Do đó c ơ

ề ặ ị ấ ứ ế ấ ấ ấ ề ấ c u ch t xúc tác suy y u và ch t xúc tác b m t. B m t ch t xúc tác ch a nhi u

ắ ầ ạ ộ ệ ể ả ầ ổ ấ oxit rhodium không ho t đ ng và hi u su t chuy n đ i amoniac b t đ u gi m d n.

ế ố ử ụ ề ấ ờ ộ ạ ộ ụ Th i gian s d ng các ch t xúc tác ph thu c vào nhi u bi n s . Ho t đ ng

ở ạ ộ ư ấ ở ệ ộ ả ơ oxy hóa áp su t cao cũng nh ho t đ ng nhi t đ cao h n ( B ng 4) th ườ ng

ả ượ ấ ầ ặ ủ ộ ượ ờ ị yêu c u ch t xúc tác ph i đ ự c tái sinh k p th i. S có m t c a m t l ỏ ắ ng nh s t,

ệ ầ ạ ờ ố ượ ứ c ch ng minh là canxi, MoS2 (d u nh n) và ph t pho trong n p li u amoniac đã đ

ưở ử ụ ủ ế ấ ấ ầ ờ ả có nh h ắ ng x u đ n th i gian s d ng ch t xúc tác. Tr m tích c a các oxit s t

ướ ổ ủ ể ơ có trong xúc tác có xu h ng chuy n đ i c a amoniac và oxy thành nit và n ướ c

ứ ễ ễ ả ặ ch không ph i là thành oxit nitric. Ô nhi m không khí ho c ô nhi m khác trong

3 (1) có th gây đ c ch t xúc

ượ ử ụ ả ứ ể ấ ộ không khí đ c s d ng trong ph n ng oxi hóa NH

ả ưở ư ỗ ợ ữ tác. Nh ng nh h ố ng, cũng nh nghèo h n h p amoniac không khí và phân ph i

ể ế ấ ấ ờ ạ ả khí nghèo trên ch t xúc tác, có th làm gi m năng su t lên đ n 10%. Th i gian ho t

ở ự ừ ấ ắ ấ ộ đ ng áp su t cao ng n nh t 23 tháng, 46 tháng cho các nhà máy áp l c v a và

ố ớ ữ ấ ấ ợ ạ ộ ế ủ ấ càng 812 tháng đ i v i áp su t th p. Nh ng l ấ i th c a ho t đ ng áp su t th p

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 26

ượ ắ ở ố ế ị ớ ơ đ c bù đ p b i chi phí v n cho các thi t b quá trình l n h n.

ể ử ụ ể ạ ấ ằ ị Đ khôi ph c ho t tính ch t xúc tác có th r a nó b ng dung d ch axit loãng

HCl và axit HNO3.

ử ụ ấ ạ ố ờ ở ể Trong su t th i gian s d ng ch t xúc tác, nó tr thành các d ng đa tinh th .

ố ượ ư ấ ạ ơ ị ấ Có khi b m t kh i l ng do ăn mòn ch t xúc tác và bay h i (nh oxit b ch kim)

ể ể ệ ề ả ơ ệ ộ ể ổ ơ cũng x y ra. Đi u này th th hi n rõ h n khi nhi t đ chuy n đ i cao h n s ẽ

ượ ử ụ ấ ấ ơ đ c s d ng trong các quá trình áp su t cao h n. Nói chung các gói ch t xúc tác có

ể ấ ạ ể ấ ề ả ặ ơ nhi u kh năng đ m t b ch kim h n là đ m t palladium ho c rhodium.

ệ ộ ế ố ả ưở ữ ế ị Nhi t đ là y u t nh h ế ổ ng đ n t n th t ấ xúc tác. Trong nh ng thi t b làm

oC thì t n th t xúc tác Pt trên 1

ướ ấ ườ ệ ộ ấ ổ ệ vi c d i áp su t th ng và nhi ả t đ kho ng 800

3 là 0,04 0,06g. Khi tăng áp su t và nhi

ấ ệ ộ ấ ổ ấ t n HNO ấ t đ thì t n th t ch t xúc tác s ẽ

oC t n th t ấ ổ

ế ị ệ ướ ở ư tăng lên. Nh trong các thi t b làm vi c d i áp su t 8 900 ấ .105 N/m2

3 .

ấ ẽ s là 0,30,4g Pt cho 1 t n HNO

ộ ố ệ ố ụ ồ ơ ị ấ ấ ọ ồ M t s h th ng l c ph c h i h n 50% ch t xúc tác b m t. Chúng bao g m

ộ ọ ủ ằ ẩ ạ ợ các b l c len th y tinh, s i amiăng, vòng Raschig và chip b ng đá c m th ch. S ự

ệ ố ụ ồ ượ ụ ắ ồ ạ ủ t n t i c a các h th ng ph c h i đã đ ở ệ ố c kh c ph c b i h th ng "getter" s ử

ướ ợ ụ ủ ế ấ ồ ụ d ng l i h p kim palladium và ph c h i 60% đ n 80% c a các ch t xúc tác b ị

ướ ượ ặ ầ ấ ớ ố ể ấ m t. L i "getter" đ c đ t càng g n v i ch t xúc tác Pt càng t t đ các thành

ể ượ ấ ầ ụ ồ ở ạ ặ ơ ph n ch t xúc tác có th đ c ph c h i trong khi nó đang d ng h i. M c dù l ướ i

ế ấ ấ ễ ỡ ư ệ ả ấ “getter” palladium tinh khi ế ợ t r t hi u qu nh t , nh ng nó r t d v vì th h p

ẽ ượ ử ụ kim palladium s đ c s d ng.

ụ ồ ủ ự ướ ụ ệ ể ộ S ph c h i c a Pt trên l ơ ạ i palladium ph thu c vào vi c chuy n h i b ch

ừ ề ặ ủ ướ ể ố ộ ộ kim oxit t dòng khí vào b m t c a l i palladium. T c đ chuy n tùy thu c vào

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 27

ệ ề ế ế ủ ủ ướ ấ đi u ki n thi t k c a nhà máy axit nitric và cũng trên c u trúc c a l i palladium.

ướ ợ L ặ ử ụ i MTL (Mass Transfer Limited) s d ng h p kim Pd / Ni (95/5) ho c

ạ ơ ả ổ ợ ị ạ Pd / Cu (95/5). Các kim lo i c b n trong h p kim không n đ nh t ệ ề i các đi u ki n

ố ơ ị ậ v n hành nhà máy axit nitric. Nó nhanh chóng b oxy hóa và b c h i trong dòng khí.

ợ ậ ướ ở ấ Quá trình oxy hóa nhanh chóng này làm cho các s i d y trong l i MTL n g p 2

ề ặ ớ ạ ộ ườ ế ơ ộ ả ế ớ ả ệ ầ l n sau m i ngày ho t đ ng. K t qu di n tích b m t l n h n, m t c i ti n l n

Nh ng ư

ệ ữ ạ ạ ơ ở ệ ộ ấ ơ trong vi c gi i b ch kim h i oxit. l nhi t đ th p h n 800 ° C, các oxit

ụ ồ ề ầ ầ ổ ị palladium n đ nh và d n d n ph c h i các dây palladium. Đi u này làm cho l ướ i

ạ ộ ế ướ ữ ụ ồ MTL không ho t đ ng ph c h i Pt n a. Vì th l i MTL không đ ượ ử ụ c s d ng

ố ộ ủ ế ủ ể trong các nhà máy axit nitric trong khí quy n. T c đ khu ch tán c a Pt vào lõi c a

ự ả ờ ệ ề ồ ộ ủ ạ dây palladium gi m theo th i gian do s khác bi t v n ng đ c a b ch kim trên

ủ ề ặ b m t và trong lõi c a dây.

ề ệ ứ ế ạ Trong nghiên c u năm 1990 v vi c thay th các kim lo i quý (platinum,

ấ ượ ậ rhodium, palladium) trong ch t xúc tác đ c t p trung vào các oxit coban v i s ớ ố

ượ ỏ ủ ợ ủ ư ấ l ạ ng nh c a h p ch t xúc tác nh kim lo i lanthanum và oxit c a scandi, yttri và

ườ ế ế ệ ấ ấ lanthanum. Ng ằ i ta tin r ng các thi ớ ẽ t k ch t xúc tác m i s cung c p hi u qu ả

ướ ượ ẹ ơ ẽ ả ạ ừ ố ượ ơ h n, l ọ icó tr ng l ư ng nh h n s gi m (nh ng không lo i tr ) s l ạ ng b ch

kim c n.ầ

ế ố ằ ướ ề ấ Năm 2000 b ng sáng ch s US 6073467 l i ch t xúc tác đan 3 chi u đ ượ c

ạ ượ ể ả ấ ệ ừ d t t kim lo i quý, đã đ c dùng cho quá trình oxi hóa amoniac đ s n xu t axit

ế ế ấ ấ ả ượ ả ẩ ổ ị t k ch t xúc tác này cung c p s n l ng s n ph m cao và n đ nh quá HNO3, thi

ọ ử ụ ả ứ ấ ớ ổ ữ trình cho các ph n ng. Nó cũng kéo dài tu i th s d ng ch t xúc tác v i nh ng

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 28

ạ ấ ấ ỏ ể ổ t n th t kim lo i quý nh nh t có th .

ờ III.1.3 Th i Gian

ớ ậ ố ớ ế ả Qúa trình oxi hóa NH3 đ n NO trên xúc tác Pt x y ra v i v n t c l n. Tuy

ẽ ả ể ế ế ấ ờ ố nhiên, n u th i gian ti p xúc tăng lên đang k thì năng su t NO s gi m xu ng rõ

ả ứ ụ ạ ệ r t vì ph n ng ph có h i (4).

oC. Nhi

Ở ệ ộ ế ể ừ ệ ộ ọ t đ ti p xúc đi n hình t nhi 800940 ổ t đ ng h c NO không n

ể ả ủ ị đ nh và t ừ ừ t phân h y thành nito và oxi. Đ gi m thi ệ ạ ừ t h i t ủ quá trình phân h y

ườ ẽ ể ổ này ng i s làm mát khí sau khi chuy n đ i.

ể ạ ượ ể ộ ờ ố ư Đ đ t đ c đ chuy n hóa amoniac 9398% th i gian t ể ế i u đ ti n hành

ế ế ti p xúc là 0,001s đ n 0,0001s.

ữ ỗ ả ế ể ả ể ả ợ Đ đ m b o hi u qu ti p xúc gi a h n h p không khí – NH ớ ề ặ 3 v i b m t

ả ấ ị ế ị ế ầ ờ ch t xúc tác trong kho ng th i gian đã xác đ nh thì trong thi ặ t b ti p xúc c n đ t

ề ướ ẽ ộ ồ ợ ấ ả ướ nhi u l ỗ i thành m t ch ng, h n h p khí s đi qua t t c các l i.

ế ị ệ ướ ể ấ ườ ừ ố ớ Đ i v i thi t b làm vi c d i áp su t khí quy n, thông th ng ghép t 34

III.1.4 T L O

ướ ệ ướ ấ ừ ướ l i, khi làm vi c d i áp su t cao thì ghép t 1520 l i.

ỉ ệ 2 : NH3

3 c n có h n h p không khí – amoniac v i thành ph n 1,25

ể ầ ầ ớ ỗ ợ Đ oxi hóa NH

ệ ư ả ứ ự ế ạ ố ộ cho ẽ ẩ mol O2 trên 1 mol NH3, vi c d oxi s đ y m nh t c đ ph n ng so th c t

ấ ệ ệ ả ấ ấ th y, khi t l ỉ ệ ướ d ể i 1,7 hi u su t oxi hóa gi m. Đ tăng hi u su t oxit nito và tăng

3, trên th c t

ả ứ ộ ự ế ườ ừ ố t c đ ph n ng oxi hóa NH ng i ta s dung t l O ỉ ệ 2/NH3= (1,7

3 trong h n h p không khí – amoniac

ỷ ệ ươ ứ ộ ỗ ợ 2,0)/1. T l này t ớ ồ ng ng v i n ng đ NH

ả ượ kho ng 9,511,5% không v t quá 12%

3 mà sau đó còn ti p t c oxi hóa

ế ữ ể ế ụ ầ Oxi c n thi t không nh ng đ oxi hóa NH

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 29

NO thành NO2.

ự ụ ệ ấ ộ ơ ỉ ệ ồ ỗ S ph thu c hi u su t oxit nit vào t l n ng đ O ợ ộ 2 và NH3 trong h n h p

ượ ư ấ ầ đ u không khí – amoniac đ c đ a ra trong hình a khi dùng xúc tác Pt và áp su t khí

quy n.ể

3 – không khí t

3 trong h n h p s tr

ỗ ạ ồ ủ ộ ỗ ợ H n h p NH i n ng đ nào đó c a NH ợ ẽ ở

ễ ổ ớ ổ ợ nên d n (hình b). Biên gi ỗ i trong vùng n trong h n h p không khí – NH ẽ ộ 3 s r ng

ế ệ ộ ổ ẽ ẹ ạ ế ỗ ra n u tăng nhi t đ . Vùng n s h p l ợ i n u trong h n h p khí có m t h i n ặ ơ ướ c.

ệ ả ề ấ ườ ệ ằ ả ớ ạ ỗ Trong đi u ki n s n xu t ng i ta ph i làm vi c n m ngoài gi i h n n .

ớ ạ ỗ ủ ệ Hình b: Gi i h n n c a h

ệ

1- NH3 không khí khô 2- NH3 – không khí – h i n

ộ Hình a: s ph thu c hi u su t NO vào ộ ơ ướ ấ n ng đ oxi và NH ự ụ ỉ ệ ồ t l c

III.2 Oxi Hóa Oxit Nito Thành Đioxit Nit

.ơ

ủ ứ ấ ả Đây là quá trình th hai c a quá trình s n xu t axit HNO

(5) 2NO + O2 2NO2 + 112,3kJ

oC ph n ng (5) x y ra hoàn toàn v phía thu NO

2. Trên 150oC h uầ

ướ ả ứ ề ả D i 150

oC sự

2 b phân h y, cân b ng chuy n d ch sang trái. Nhi

ủ ể ằ ị ị ệ ộ ơ h t NOế t đ cao h n 800

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 30

ả oxi hóa NO thành NO2 không x y ra.

ả ứ ớ ự ả ể ả ỏ Ph n ng oxi hóa NO thành NO ộ 2 x y ra v i s gi m th tích và t a ra m t

ượ ệ ể ả ệ ộ ấ ẽ ả ưở ợ l ng nhi t đáng k . Do đó gi m nhi t đ và tăng áp su t s nh h ng có l i lên

2). Áp su t t l

ủ ệ ấ ằ ấ ỉ ệ ớ ậ ố ả ứ hi u su t cân b ng c a dioxit nito (NO v i v n t c ph n ng theo

ươ ph ng trình :

ố ớ ả ứ ố ệ ộ ẽ ả ứ ố Đ i v i đa s các ph n ng, tăng nhi ư ộ t đ s tăng t c đ ph n ng, nh ng

2 s không tuân theo đ nh lu t chung này,

ả ứ ẽ ậ ị ố ớ đ i v i ph n ng oxi hóa NO thành NO

ẽ ả ả ứ ố ệ ượ ố ộ t c đ ph n ng s gi m xu ng khi tăng nhi ệ ộ ể ả t đ . Đ gi i thích hi n t ng này có

2 đ

ả ế ộ ố ượ ế ề nhi u gi thi t, m t trong s này là: oxi hóa NO thành NO c ti n hành qua s ự

ả ẩ ạ t o thành các s n ph m trung gian – dimera oxit nito:

2NO (NO)2 + Q

O2 + (NO)2 2NO2 + Q

ự ạ ậ ỏ ị ệ S t o thành đimera oxit nito là quá trình thu n ngh ch, t a nhi t. Do đó tăng

ệ ộ ả ứ ủ ể ề ằ ằ nhi t đ làm cho cân b ng c a ph n ng này chuy n v phía trái. Lúc đó h ng s ố

ả ằ ả ố ồ ộ ố ỗ ợ ằ cân b ng gi m xu ng và n ng đ cân b ng đimera trong h n h p khí gi m xu ng

ố ộ ủ ế ụ ạ T c đ c a giai đo n oxi hóa ti p t c dimera thành dioxit:

ư ậ ộ ủ ộ ẽ ụ ả ố ộ ố ồ ộ T c đ s ph thu c vào n ng đ c a đimera . Nh v y, gi m t c đ oxi

ể ả ằ ệ ộ ả hóa oxit nito thành dioxit có th gi i thích r ng do tăng nhi ệ t đ thì làm gi m rõ r t

ộ ủ ồ n ng đ c a dimera.

ế ị ủ ệ ấ ườ Trong các thi t b làm vi c c a áp su t th ộ ng oxi hóa đ 92% oxit nito.

2) đ

ầ ạ ầ ượ ụ ằ ể ấ Ph n NO còn l ộ i (cùng m t ph n NO ề c h p th b ng ki m vì đ oxi hóa

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 31

ầ ạ ố ấ ề ể ế ị ả ớ ph n còn l ờ i này t n r t nhi u th i gian và th tích thi t b ph i l n.

ả ứ ụ ộ ố Ngoài ra còn có m t s ph n ng ph :

+ Đioxit nito có th k t v i s t o thành dimera theo ph

ể ế ớ ự ạ ươ ng trình:

2 NO2 N2O4 + 57kJ

2/N2O4 trên th c t

ấ ớ ả ứ ỉ ệ ộ ố ự ế ượ ị T c đ ph n ng này r t l n và t l NO đ c xác đ nh

2 đ t 71%.

ề ằ ạ ệ ằ b ng đi u ki n cân b ng. ằ Ở oC m c đ k t h p cân b ng NO ứ ộ ế ợ 0

+ Đioxit nito tác d ng v i oxit nito t o thành đinito trioxit theo ph

ụ ạ ớ ươ ng trình:

NO + NO2 N2O3 + 40,2kJ

ả ứ ả ứ ư ằ ượ ế ấ Ph n ng này cũng nh ph n ng trên, cân b ng đ c thi t l p nhanh

2O3 không đáng

ự ế ệ ề ỗ ượ chóng. Trong đi u ki n th c t ợ , trong h n h p nitro hàm l ng N

k .ể

ả ứ ả ủ ế ế ạ ỗ ợ K t qu c a ph n ng oxi hóa và k t các oxit t o thành h n h p nitro, trong

2, N2O4, N2O3, NO, N2O và H2O. T l

ứ ỉ ệ ồ ộ n ng đ các đó ngoài N2 và O2 còn ch a NO

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 32

ổ ấ ớ ề ệ ộ oxit này thay đ i r t l n tùy thu c vào đi u ki n.

ụ

ấ

ơ ằ

ướ

III.3 H p Th Đioxit Nit

B ng N c.

3. Đioxit nito

ề ả ạ ấ ố Đây là giai đo n cu i cùng trong dây chuy n s n xu t axit HNO

ớ ướ ụ ủ ươ và đimera c a nó tác d ng v i n c theo ph ng trình:

2NO2 + H2O HNO3 + HNO2 + 116,0kJ

N2O4 + H2O HNO3 + HNO2 + 59,0kJ

ề ữ ơ ươ Axit nitr không b n v ng và phân rã theo ph ng trình :

3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O – 75kJ

ậ ươ ụ ấ ổ ơ V y ph ng trình t ng quát h p th đioxit nit là:

3NO2 + H2O HNO3 + NO + 136kJ

ụ ấ ướ ụ ể ấ ố ọ H p th NO c là quá trình h p th hóa h c, chuy n kh i trong h ệ ằ 2 b ng n

khí l ng.ỏ

ả ứ ụ ủ ệ ể ề ộ ộ ố ị Ph thu c vào đi u ki n ph n ng có th xác đ nh t c đ chung c a quá

trình.

ả ệ ấ ả ưở ụ ế Gi m nhi t và tăng áp su t có nh h ấ ng đ n quá trình h p th dioxit nito

ướ ằ b ng n c.

ế ạ ệ ộ ể ể ề ằ ấ ạ ố ơ N u h nhi t đ xu ng th p h n có th chuy n cân b ng v phía t o axit

ả ứ ế ể ậ ặ ả ơ ố ộ HNO3 đ m đ c h n, tuy nhiên cho k t qu không đáng k vì t c đ ph n ng tác

2 và n

ữ ướ ị ả ố ụ d ng gi a NO c b gi m xu ng.

6 N/m2 cho phép nh n đ

3 60 62% .

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 33

ấ ế ậ ượ Tăng áp su t đ n 10 c axit HNO

ấ ả

IV.

S n Xu t Axit Nitric [1],[3],[5]

ấ ả IV.1 S n Xu t Axit Nitric Loãng

3 t

3 tùy theo áp su t c a h th ng thi

ể ả ấ ủ ệ ố ế ị ướ ấ Đ s n xu t axit HNO NHừ t b mà ng i ta

ệ ố ệ ả ệ ạ ấ ướ chia ra hai lo i công ngh s n xu t axit nitric loãng: h th ng làm vi c d i áp

ườ ệ ố ệ ướ ấ ấ su t th ng (0,1 0,2Mpa) và h th ng làm vi c d i áp su t cao (0,8 1,3Mpa), cả

ụ ế ế ấ ấ ộ quá trình oxi hóa NH3 đ n quá trình h p th cùng ti n hành trên m t áp su t. Có

ệ ấ ở ấ ườ quá trình công ngh 2 áp su t: oxi hóa NH áp su t th ng, còn oxi hóa NO và

3 ti n hành

ụ ả ấ ế ở ấ ợ ấ h p th s n xu t HNO ọ áp su t cao hay còn g i là quá trình liên h p.

ươ ệ ủ ỗ ướ ề ả ấ ả ọ Ch n ph ộ ng án s n xu t còn tùy thu c vào đi u ki n c a m i n ố c. B ng th ng

ướ ộ ố ố ệ ệ ố ấ ả ấ kê d ể i đây cung c p m t s s li u đ so sánh h th ng s n xu t HNO

ộ Thông số ị Đ n vơ

ị

ả ộ ấ M t áp su t ấ Áp su t trung bình * 0,5/0,5 283 0,5 ấ M t áp su t ấ Áp su t cao * 1,0/1,0 288 Hai áp su tấ liên h pợ 0,5/1,0 282

ổ 60 130 60

Tiêu hao năng l

c t

8,5 0,6 400 8,0 0,4 <200 9,0 0,3 <200 Áp su tấ Mpa kg/t nấ ứ Đ nh m c tiêu hao 3) kg/t nấ NO2 th i (tính ra NH mg/tấ ấ T n th t Pt (có thu h i)ồ n kWh t/t ppm

120 100 110 % ẩ ngượ ơ ướ ự ả s n H i n NOx trong khí th iả ấ ầ ư ấ Su t đ u t (l y áp ấ su t cao làm chu n)

3/h p thấ

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 34

ấ ụ * Áp su t oxi hóa NH

ệ ả ướ ấ ườ ấ 4.1.1. Công Ngh S n Xu t HNO3 D i Áp Su t Th ng

ơ ồ ệ  S Đ Công Ngh

3 ở

ườ ng

ơ ồ Hình 4: s đ công ệ ả ấ ngh s n xu t HNO ấ áp su t th Ố

ọ ố

ạ

ệ

ổ

ệ

ề

ấ

ả Các Quy Trình S n Xu t Axit Nitric

Page 35

Ố 1 ng khói hút không ế ị ử khí . 2 Thi t b r a không khí. 3 L c .ọ 4 – 5 L c x p. 6 Qu t hút không khí ọ ố – NH3. 7 L c ng ế ị ế ố t b ti p x p. 8 Thi ồ ơ ậ xúc 9 N i h i t n ụ ệ d ng nhi t. ế ị 10 – 11 Thi t b trao ổ đ i nhi t. 12 Van ủ ự th y l c. 13 Th i khí ấ . 14 Tháp đ m h p thu. ạ 15 Làm l nh axit . 16 B m. 17 Tháp oxi hóa. 18 Tháp đ m đệ ể ấ h p thu ki m. 19 ng khói xã.

ế

 Thuy t Minh Quy Trình: Không khí vào trong thi

ế ị ậ ặ ố ị t b qua ng khói (1) đ t ngoài đ a ph n nhà máy.

ấ ơ ọ ỏ ạ ể ạ ọ ướ Đ làm s ch khí kh i t p ch t c h c và hóa h c ng ặ i ta đ t thi ế ị ử t b r a

ể ướ ọ ki u l i (2) và l c caton (4).

NH3 đ

ượ ấ ơ ọ ỏ ạ ạ ỡ ế ị ọ ợ c làm s ch kh i t p ch t c h c và m trong thi t b l c s i (3)

ọ và l c caton (5).

N p không khí, NH

ạ ằ ớ ổ ạ 3 và oxi b xung b ng qu t (6) v i tính toán sao cho

ợ ỏ ứ ỗ h n h p l ng khí ch 10 12% NH

Sau đó h n h p khí qua l c x p (7). Trong thi

ọ ợ ỗ ố ế ị ợ ỗ t b này h n h p khí đ ượ c

ữ ạ ằ ằ ọ ố ố ố làm s ch b ng cách l c qua nh ng ng làm b ng g m x p, sau đó đi vào

ế ị ế ở ữ ặ ấ ướ thi t b ti p xúc (8) ( gi a đ t các t m l i Pt – Rh).

M c oxi hóa NH

ứ ế ạ ệ ộ t đ khí nitroz ở ử c a ả 3 đ n NO đ t kho ng 97 – 98%. Nhi

oC. Trong n i h i t n d ng nhi ồ ơ ậ

ế ị ế ạ ụ ệ ra thi t b ti p xúc (8) đ t 800 t (9) nhi ệ t

oC. Sau đó khí đ

ượ ạ ằ ướ ộ ủ đ c a khí còn 250 c làm s ch b ng n c trong thi ế ị t b

ệ ượ ổ trao đ i nhi t (10),(11) thu đ c axit 25% HNO

ờ ế ị ổ ẽ ủ ự Qua van th y l c (12), nh thi ấ t b th i khí (13) nitroz s đi vào tháp h p

ụ ượ ạ ầ ớ ụ ấ ị ướ th (14), các tháp h p th đ ệ c n p đ y l p đ m ch u axit. Phía d i tháp

ượ ế ị ị ạ ể ả ạ đ ị c trang b các thi t b ch u l nh(15) đ làm l nh axit ch y ra và trang

ố ượ ụ ườ ừ ể ồ ư ị ơ b b m(16) đ h i l u axit. S l ấ ng tháp h p th th ng t 6 – 8.

2 đ

ướ ụ ượ ư ụ ấ ố ể ấ N c đ h p th NO c đ a vào tháp h p th cu i cùng, ng ượ c

ườ ầ ượ ủ ạ ượ đ ng đi c a khí. Axit t o thành l n l t đi qua ng c dòng khí qua t ấ t

ệ ố ở ấ ụ ầ ẩ ả ấ ả c các tháp và ra khòi h th ng th p h p th đ u tiên. S n ph m HNO

50%.

Trong các tháp h p th s h p th kho ng 92% các oxit nit

ụ ẽ ấ ụ ấ ả ơ ư đ a vào.

Sau tháp h p th axit b trí tháp oxi hóa (17) đ oxi hóa NO thành NO

ụ ể ấ ố

ấ Sau đó khí nitroz vào tháp h p th đ ụ ượ ướ ằ c t ị i b ng dung d ch xođa (18) đ ể

2 d

3 và NaNO2 ( g iọ

ồ ướ ạ ố ị thu h i NO và NO i d ng dung d ch các mu i NaNO

ị là dung d ch nitric – nitrat)

Trong các tháp h p th ki m (18) h p th đ ng th i đioxit nit

ụ ề ụ ồ ấ ấ ờ ơ ỗ và h n

2 + NO N2O3. Khi đó lo i tr vi c tách NO vào không khí vì có th

ạ ừ ệ ợ h p NO ể

ụ ề ả ứ ấ ả x y ra ph n ng h p th ki m:

NO + NO2 + Na2CO3 2NaNO2 + CO2

2NO2 + Na2CO3 NaNO3 + NaNO2 + CO2

Các dung d ch nitrat – nitrat đ a đ a ra ngoài ngay t

ư ư ị ừ ụ ề tháp th ki m (18)

ể ế ụ ế ế ầ đ u tiên đ ti p t c ch bi n thành NaNO

Trong m t s nhà m y s không dùng dung d ch xođa đ t

ộ ố ể ướ ẽ ấ ị i mà dùng

ữ s a vôi.

T t c các tháp đ m đ u làm vi c theo ch đ khu y tr n d c pha khí và

ấ ả ế ộ ệ ề ệ ấ ộ ọ

pha l ng.ỏ

3 theo h th ng này thu đ

3 chỉ

ế ặ ệ ố ượ ồ ộ ề M c dù đi u ch HNO c n ng đ HNO

ẫ ượ ử ụ ư ệ ấ ộ ạ đ t 50% hi u su t 92%, nh ng ngày nay v n đ c s d ng r ng rãi.

ấ Ở ệ ả 4.1.2. Công Ngh S n Xu t HNO3 ấ Áp Su t Cao

ơ ồ ệ  S Đ Công Ngh

ệ ở ự Th c hi n áp su t 7 ấ .105 N/m2

ệ ápở

ấ

ơ ồ Hình 5: s đ công ngh ấ ả s n xu t axit HNO su t cao (7 ố

ạ

ọ

ấ

.105 N/m2) ế 1 ng khói hút . 2 thi t ị b làm s ch khí. 3 máy nén. 4 tuabin khí. 5 ấ s y không khí. ị ẩ ế ị 3. t b chu n b NH 6 thi ọ ế ị ộ t b tr n và l c. 8 7 thi ồ ế ị ế t b ti p xúc. 9 n i thi ế ị ơ t b oxi hóa h i. 10 thi ế ị ấ và l c. 11 thi t b h p ư ạ ụ th . 12 làm l nh ng ng ụ . 13 s y nóng khí đuôi. t ồ 14 bu ng đ t.

ế ị 15 thi tác. 16 thi

ố ạ t b làm s ch xúc ế ị ồ ơ t b n i h i. ả ố 17 ng khói x

 Thuy t Minh Quy Trình

ế :

ế ị ạ ố Không khí qua ng khói (1) vào thi t b làm s ch (2) vào máy nén (2) đ ượ c

ề ộ ố ở truy n đ ng b i tu c bin (4).

Máy nén (3) nén khí đ n P = 7

oC, sau đó

ế ế ấ .105 N/m2, s y nóng khí đ n 135

ư ế ị ấ ạ ệ ộ đ a vào thi t b s y nóng không khí (5), t i đây nhi t đ nâng lên 250

ệ ủ ừ ế ị ờ nh nhi t c a khí nitroz t thi t b oxi hóa.

Trong thi

3. NH3 đi từ

ế ị ộ ẫ ượ ỗ ậ ớ t b tr n l n (7) không khí đ c tr n l n v i NH

3 g m thi

ế ị ổ ợ ồ ế ị ơ ọ ố thi t b (6), đây là t h p NH t b hóa h i, l c và đ t nóng.

3 – không khí đ

ế ị ộ ẫ ỗ ợ ượ ừ T thi t b tr n l n (7) h n h p NH c vào thi ế ị ế t b ti p

ệ ộ ế ị xúc (8). Nhi t đ trong thi t b này là 890 900oC và NH3 oxi hóa trên các

ướ ồ ậ ứ ư ệ l i xúc tác Pt. Khí nitroz ch a 9,0 9,6% NO đ a vào n i t n nhi t (9).

Sau đó khí này đ a vào thi

ư ế ị ủ ầ ế ị t b oxi hóa (10). Ph n trên c a thi ặ t b này đ t

ậ ọ ể ọ ộ ế ị ậ ụ ộ b ph n l c đ l c Pt. Sau đó khí nitroz đi qua m t thi t b t n d ng nhi ệ t

ạ ể đ làm l nh.

Khí nitroz t

ừ ể ấ ạ ượ (10) vào (5) đ s y không khí nóng, t i đây nó đ ạ c làm l nh

ế ụ ế ị ố ở ế đ n 210 230oC và ti p t c khí nitroz đi vào thi t b đ t nóng (13), đây

oC.

ế ụ ế ạ khí nitroz ti p t c làm l nh đ n 150 160

Ti p theo khí nitroz đ

ế ượ ế ị ư ụ ư ế c đ a đ n thi ạ t b làm l nh ng ng t (12) và có

oC.

ệ ộ nhi t đ 40 50

Khí nitroz đã làm l nh đ a vào ph n d

ư ạ ầ ướ ấ ấ ụ i th p h p th (11). Tháp có

ườ ữ ề ặ đ ng kính 2m, chi u cao 46m và có 49 đĩa. Trên các đĩa đ t nh ng vòng

ắ ướ ồ ư ể ẫ ệ xo n bên trong là n c h i l u đ d n nhi t ra.

Ở ướ ư ượ ạ ạ ặ ố đĩa trên n c ng ng đã đ ấ c làm l nh ch y xu ng g p khí nitroz, h p

ụ ơ ạ th các oxit nit t o thành axit nitric.

Axit HNO3 nh n đ

ậ ượ ẽ ự ả ồ ở c s t ch y vào tháp h i , đó không khí nóng s ẽ

ổ ơ ứ ủ ẫ ấ th i các oxit nit ụ hòa tan l n trên các đĩa th sau c a tháp h p th .

ụ ả ấ ế ị ố ỏ Khí đuôi (th i) ra kh i tháp h p th , đi qua thi ồ t b đ t nóng khí (13) r i

ế ị ạ vào thi ấ t b làm s ch ch t xúc tác (15).

Hàm l

ượ ơ ở ấ ng các oxit nit trong không khí ra ụ tháp h p th là 0,05 0,1%

ể th tích.

Các khí đuôi có nhi

ệ ộ ố ạ t đ 110 120oC vào bu ng đ t (14), t ồ i đó chúng đ ượ c

oC b ng khí tr n l n v i khí lò nóng (khí lò nh n ậ

ộ ẫ ằ ớ ế ố đ t nóng đ n 380 480

ượ ố ự đ c khí đ t cháy khí t nhiên và không khí).

H n h p khí ti p xúc đ

ế ỗ ợ ượ ư ế ị ạ c đ a vào thi t b làm s ch (15). Trong thi ế ị t b

ư ạ ấ ớ ố ế làm s ch có hai l p ch t xúc tác, ti n hành đ t cháy khí có ch a hidro và

ử ơ ế ơ ố ệ ộ ủ ở ử ế ị kh oxit nit đ n nit nguyên t . Nhi t đ c a khí c a ra thi t b (15)

oC.

ạ đ t 700 710

Khí đã làm s ch đi qua l c và l c l

ọ ạ ạ ọ ụ ồ ữ ấ i nh ng ch t xúc tác v n r i vào tuôc

ạ ấ ạ ố ế bin (4), t i đây áp su t h xu ng còn 1,07 ệ ượ ng t l .105 N/m2, bi n nhi

ủ ề ơ thành c năng truy n cho van tuôc bin làm quay roto c a máy nén.

Khí đuôi ti p t c vào n i h i t n nhi

ồ ơ ậ ế ụ ệ ả ồ ố t (16) r i vào ng khói x (17).

(cid:0) ệ ủ ơ ồ ấ ườ ớ ấ ữ ư Nh ng u vi t c a s đ áp su t cao so v i áp su t th ng là:

ấ ơ ượ ộ ủ ồ ụ H p th oxit nit thành axit nitric đ ậ c 98 99%. N ng đ c a axit nh n

ượ ầ ử ụ ụ ề ấ đ c 60 62%. Không c n s d ng tháp h p th ki m.

Th tích c a tháp h p th nh h n 10 l n so v i tháp h p đ m trong h

ỏ ơ ụ ủ ệ ể ấ ầ ấ ớ ệ

ệ ấ ườ làm vi c áp su t th ng.

Gi m áp chi phí xây d ng và thi

ự ả ế ị ả ặ ệ ể ố t b , gi m tiêu t n thép đ c bi t đ ch ế

ế ị ả ạ t o thi t b . Gi m nhân công.

Tuy nhiên ph

ươ ấ ạ ự ấ ấ ng pháp áp su t cao l i tăng s m t mát ch t xúc tác, tăng

ố ượ ữ ứ ể ế ấ ạ tiêu t n năng l ụ ng đ nén áp su t. Nh ng lý do này h n ch tính ng d ng

ươ ủ c a ph ng pháp.

(cid:0) .............................................................................................................................................................. H

ệ ố ấ th ng áp su t kép

ế ế ườ ượ ử ụ ớ Thi ấ t k áp su t kép th ng đ ặ c s d ng trong các nhà máy l n, ho c

ả ỡ ở trong các nhà máy c trung. Quá trình oxy hóa amoniac x y ra ấ ấ áp su t th p

ậ ộ ề ặ ả ạ ơ ướ ho c trung bình. Đi u này làm gi m m t đ khí và n p nit trên l ế i. K t qu ả

ả ứ ả ủ ể ệ ả ấ ấ là tăng hi u qu c a ph n ng oxy hóa ammonia và gi m thi u m t ch t xúc tác

ự ấ ở ể ố ấ ấ ầ Pt. S h p thu NO áp su t cao đ t ủ i đa hóa áp su t riêng ph n c a ả 2 x y ra

ấ ả ả ứ ơ ế các tác ch t khí. K t qu là gia tăng t ỷ ệ l ph n ng oxy hóa nit monoxit và đ ộ

2 trong dung d ch n

ủ ị ướ ộ ơ ẩ hòa tan c a oxi và NO c. M t máy nén khí nit ạ đ y m nh

ự ừ ướ ủ ế ề ầ áp l c t ầ ph n tr c c a quá trình (oxy hóa ammonia) đ n ph n đi u hành bên

ụ ấ trong (h p th ).

ấ ượ ệ ở ự Trong áp su t kép quá trình oxi hóa amoniac đ c th c hi n ấ áp su t

ế ướ ớ ế ấ trung bình (0,30,6 MPa) k t thúc tr ụ ự c sau đó m i đ n quá trình h p th th c

ệ ở ộ ố ử ụ ấ ẫ hi n ấ áp su t cao (0,81,3 MPa) . M t s nhà máy cũ v n còn s d ng áp su t

ấ ơ ớ không khí cho quá trình oxy hóa ammonia. So v i các nhà máy áp su t đ n cao,

ệ ệ ấ ả ấ ấ ấ ấ áp su t oxy hóa th p c i thi n năng su t và hi u su t amoniac ch t xúc tác. L ỗ

ử ụ ể ấ ấ ấ ơ ờ ả Platinum th p h n đáng k và quá trình s n xu t tăng th i gian s d ng ch t xúc

ả ế ư ự ế ả ụ ừ tác còn. Gi m áp l c cũng có k t qu y u ng ng t axit nitric t ư bình ng ng làm

ự ờ ạ ấ ấ ụ ệ ề ệ ệ ả ạ mát, giúp c i thi n hi u su t h p th . Do có s r i r c trong đi u ki n ho t

ấ ỏ ằ ộ đ ng, quá trình áp su t kép đòi h i máy nén khí NO ỉ x làm b ng thép không g .

ệ ấ ự Trong quá trình áp su t kép, khi th c hi n xong quá trình oxi hóa NH ápở

ứ ế ấ ấ ơ ẽ ượ ở su t th p đ n trung bình(0,30,6 MPa) có ch a oxit nit nó s đ c nén 0,8

ụ ệ ự ấ ả ướ ể ạ 1,3 MPa cho s h p th hi u qu trong n c đ t o ra axit nitric. Trong quá

ả ổ ẽ ế ợ ư ể trình oxi hóa có kh năng NH ớ 3 còn d sau quá trình chuy n đ i s k t h p v i

ạ ộ ể ạ ậ ầ ổ ệ axit nitric đ t o thành amoni nitrat, vì v y c n b sung các ho t đ ng và bi n

ầ ế ể ố ớ ụ ủ ấ ắ pháp an toàn c n thi t đ đ i phó v i tích t c a các ch t r n ammonium nitrate.

ả ượ ộ ị ộ Có m t gi i pháp đ c các chuyên gia báo cáo là m t tiêm đ nh k h i n ỳ ơ ướ c

ậ ủ ộ ế đ n các b ph n c a máy nén.

ả

ặ

ấ

IV.2 S n Xu t Axit Nitric Đ c

ậ ượ ặ ằ ể Có th nh n đ c axit nitric đ c 96% b ng hai cách:

Cô đ c axit loãng.

ặ

ự ế ổ ợ T ng h p tr c ti p.

ặ 4.2.1. Cô Đ c Axit Loãng

3 đ c h n (trên 68% HNO

3) ph i cô đ c axit loãng khi có

ể ượ ặ ơ ặ ả Đ thu đ c axit HNO

2SO4 đóng vai trò hút n

ặ ặ m t axit sunfuric đ c. Axit H c.ướ

3, t o thành các axit

ế ớ ướ ứ ạ c ch a trong axit HNO ặ Axit H2SO4 đ c liên k t v i n

3 100%. Vì v y khi nung đón

ở ệ ộ ậ sunfuric – hydrat sôi nhi ơ t đ cao h n axit HNO

ơ ầ ể ự ữ ư ề ệ ợ ọ ư ỗ h n h p này có th l a ch n nh ng đi u ki n mà trong h i h u nh không ch a

axit nitric.

ư ấ ớ ượ ế Ch ng c t axit nitric loãng v i H c ti n hành trong ặ 2SO4 đ c (92 96% H2SO4) đ

ể ế ạ ậ ệ ữ ữ ệ ệ nh ng tháp đĩa có đ m hay trong nh ng tháp đ m vòng. V t li u đ ch t o

ị tháp là gang ch u axit

ư (fesosilic) ch a 14 18%

ề silic, nó b n khi năng

ệ ộ ỉ ệ cao nhi t đ theo t l

axit HNO3 và H2SO4.

3 loãng

ơ ồ ặ ắ Hình 6: s đ nguyên t c cô đ c axit HNO

ế ị ư 1 – thi t b ng ng

ế ị ổ ệ 2 – thi t b trao đ i nhi t

3 – tháp cô đ c ặ

ế ị 4 – thi ơ t b hóa h i axit loãng

ả Gi ơ ồ i thích s đ :

ủ ữ ộ Axit sunfuric đi vào m t trong nh ng đĩa phía trên c a tháp. Axit nitric

3 loãng vào

ở ướ ủ ộ 50% vào tháp phía d ầ i cách vài đĩa. M t ph n khác c a axit HNO

ế ị ơ tháp qua thi t b hóa h i.

ợ ượ ỗ ố ế ơ ệ Đ t nóng h n h p đ ằ c ti n hành b ng h i quá nhi t (180 200oC). H i ơ

ệ ượ ư ở ướ quá nhi c đ a vào tháp t đ phía d i.

3 ch a m t l

ơ ộ ượ ứ ơ ướ H i axit HNO ng h i n ể c không đáng k và các oxit nit ơ

3 s đi ra kh i tháp đi vào thi

ượ ạ ủ ẽ ỏ ế ị ư đ c t o thành khi phân h y axit HNO t b ng ng

ạ ế ụ ế ị t ụ Ở . đó HNO i, còn khí nitroz ti p t c đi vào thi t b hút chân không. ư 3 ng ng l

3, vì v y t

ầ ộ ơ ẽ ậ ừ ế ị ư M t ph n các oxit nit s hòa tan trong HNO thi t b ng ng

ủ ữ ẽ ở ư ế axit s đi vào nh ng đĩa trên cùng c a tháp, ổ đó ti n hành th i khí và đ a vào

3 đ c.ặ

ế ị ạ ượ ả thi t b làm l nh (2) và thu đ ẩ c s n ph m HNO

ả ừ ướ ủ phía d i c a tháp và đi vào thi ế ị t b ả Axit HNO3 kho ng 70% ch y ra t

2SO4 t

ố ơ ừ ấ ấ bay h i. Tiêu t n axit H 34 t n/ 1 t n HNO

ự

ổ

ợ

ế

ặ

4.2.2. T ng H p Tr c Ti p Axit Nitric Đ c

ả ứ ế Ti n hành theo ph n ng:

N2O4 + H2O + O2 HNO3 + 59,5kJ

ượ ệ ở ự ể ể Quá trình đ c th c hi n nhi t đ 75 ệ ộ oC áp su t 5ấ .106 N/m2. Đ chuy n

ề ướ ố ộ ỗ ợ ế ị ằ cân b ng v h ng HNO t b cao áp ả ứ 3 và tăng t c đ ph n ng, h n h p vào thi

ả ph i có đ N ủ 2O4 l ng.ỏ

2O4 cao h n lý thuy t 25%. L

ườ ượ ế ơ ượ Thông th ng l ng N ng N ư 2O4 d không

ồ ư ạ ả ứ ẽ ỏ ả ấ ph n ng s tách kh i axit và h i l u l i quá trình s n xu t.( l y d N ấ ư 2O4 ch ứ

ể ướ ư ẩ không l y d H ả c d vào s n ph m). ấ ư 2O và O2 đ tránh thêm n

3 đ c b ng ph

ấ ả ặ ằ ươ ự ế ổ ươ S n xu t axit HNO ợ ng pháp t ng h p tr c ti p (ph ng

ạ ồ ữ pháp nitrooleum) g m nh ng giai đo n chính sau:

(cid:0) Nh n khí nitroz t

ậ ế ừ ươ ph ng pháp oxi hóa ti p xúc NH

(cid:0) Oxi hóa NO thành NO2 trong khí nitroz

(cid:0) ướ ư Tách n ỏ c d ra kh i khí nitroz

(cid:0) Oxi hóa l

3 đ cặ

ượ ư ằ ng d NO b ng axit HNO

(cid:0) ạ ệ ồ Làm l nh khí nitroz và axit HNO t đ 10 ặ ế 3 đ c đ n nhi

(cid:0) H p th đioxit nit ụ

ấ ơ ằ ặ ể b ng axit HNO ậ 3 đ c đ nh n nitrooleum

(cid:0) Nh h p th đioxit nit

ả ấ ụ ằ ơ ừ t nitrooleum b ng cách đun nóng

(cid:0) Ng ng t ư

ụ ơ ằ ạ ậ đioxit nit b ng cách làm l nh (nh n N ỏ 2O4 l ng)

(cid:0) Ch bi n đioxit nit

ế ế ơ ỏ ớ ướ ế ị l ng v i n c và oxi trong thi t b cao áp có P =

ệ ộ oC t đ 75 5.106N/m2 và nhi

(cid:0) ơ ằ ự ẩ ắ ố ọ Tách đioxit nit b ng cách đ t nóng. Quá trình này g i là s t y tr ng axit

ầ ặ ả HNO3 đ c s n ph m.

(cid:0)

Ứ

ụ

ể

V.

ướ ng D ng Và Xu H ng Phát Tri n HNO

5.1.

Ứ

ụ

ng D ng [1][5]

Axit nitric đ

ượ ử ụ ộ c s d ng r ng rãi trong phân bón hóa h cọ (như phân đ mạ

m t láộ nitrat amoni).

Axit nitric đ

ượ ể ả c dùng đ s n xu t ấ thu c nố ổ (nitroglycerin, trinitrotoluen

Ướ ụ (TNT) và cyclotrimethylenetrinitramin (RDX)). c tính axit nitric tiêu th cho

ấ ổ ả ấ ỗ các ch t n kho ng 10,000 t n m i năm.

Axit nitric đ

ượ ử ụ ệ ườ c s d ng trong phòng thí nghi m tr ọ ể ế ng h c đ ti n hành

ệ ế ệ ụ ớ các thí nghi m liên quan đ n vi c th ẫ ử clorit. Cho axit nitric tác d ng v i m u

ử ị ạ ể ắ ạ th , sau đó cho dung d ch b c nitrat ế ủ vào đ tìm k t t a tr ng c a ủ b c clorua .

Trong k thu t

ớ ồ ộ ừ ỹ ậ ICPMS và ICPAES, axit nitric (v i n ng đ t ế 0,5% đ n

ượ ử ụ ư ộ ợ ấ ề ế ể ấ ạ ị 2,0%) đ c s d ng nh m t h p ch t n n đ xác đ nh d u v t kim lo i trong

ự ậ ả ỹ ị ế ầ các dung d ch. Trong k thu t này c n ph i dùng axit nitric c c tinh khi ộ t vì m t

ể ạ ả ưở ế ế ả ố ượ s l ỏ ng ion kim lo i nh có th gây nh h ng đ n k t qu phân tích.

Axit nitric đ

ượ ử ể ấ c dùng làm ch t th màu (colorometric test) đ phân

bi tệ heroin và morphine.

Trong công nghi p thép:

ệ

(cid:0) Axit nitric s d ng trong các công nghi p thép đ lo i b oxit b m t thép

ể ạ ỏ ề ặ ử ụ ệ

ạ ỏ ỉ ể ạ ừ không g , đ làm sáng và s ch thép sau khi đã lo i b các oxit t ỉ thép không g ,

ấ ợ ố các h p ch t ch ng ăn mòn khác.

(cid:0) ượ ượ ử ụ ỗ ấ ỉ L ng axit nitric đ c s d ng cho m i t n thép không g khác nhau, tùy

ề ặ ộ ơ ị ọ ệ ộ ượ ệ ộ ủ thu c vào di n tích b m t trên m t đ n v tr ng l ng, nhi ề ặ t đ c a b m t

ượ ử ủ ử ề ề ệ ộ đ ệ c x lý, các đi u ki n ti n x lý ( và nhi ậ ủ t đ cán) và b c c a thép không

ự ữ ệ ộ ộ ỉ Ướ g . c tính tùy thu c nh ng lĩnh v c công nghi p khác nhau, dao đ ng t ừ

ụ ỗ ấ ỉ ượ ả ả ấ kho ng 550 pound axit nitric tiêu th m i t n thép không g đ c s n xu t.

(cid:0) ể ượ ử ụ ề ặ ủ ể axit nitric cũng có th đ ợ c s d ng đ gia công b m t c a niken và h p

ử ử ắ ạ ị ạ kim crom, dùng trong kh c kim lo i và x lý các kim lo i ch u l a nh ư

zirconium.

(cid:0) Ướ ả ấ ượ ử ụ ạ c tính có kho ng 2530.000 t n axit nitric đ c s d ng t i các th ị

ườ ử ạ tr ng x lý kim lo i.

M t s parafin nitrat (ví d nh nitromethane, nitroethane và nitropropane)

ộ ố ụ ư

ượ ử ụ ề ặ ự đ ạ c s d ng làm dung môi cho các lo i nh a xenlulo và vinyl và b m t ph ủ

ượ ấ ổ ợ ị epoxy. Nitromethane cũng đ ấ c dùng làm ch t n đ nh dung môi các h p ch t

ườ ướ ụ ủ ệ ằ hydrocarbon. Ng i ta c tính r ng vi c tiêu th hàng năm c a axit nitric đ ể

ấ ấ ỗ ả s n xu t nitroparaffin là 30.000 t n m i năm.

Toluene Diisocyanate (TDI) đ

ượ ả ấ ừ c s n xu t t ồ toluene diamine có ngu n

ượ ả ấ ở ả ứ ố ừ g c t dinitrotoluene, đ ở ỗ c s n xu t b i ph n ng nitrat hóa toluene b i h n

ượ ử ụ ả ấ ợ h p axit nitric và axit sunfuric. TDI đ c s ố d ng trong s n xu t x p

ạ ấ ấ ồ ủ polyurethane linh ho t, ch t đàn h i và ch t ph .

Anilin là nguyên li u đ s n xu t methylene diphenyl di isocyanate (MDI)

ể ả ệ ấ

ượ ử ụ ư ộ ấ ế ệ ạ ượ đ c s d ng nh m t ch t k t dính m nh trong công nghi p. Anilin đ ề c đi u

ệ ế ầ ượ ch trong công nghi p qua 2 b ướ ừ c t benzen: Đ u tiên, benzen đ c nitrat hoá

ậ ở ạ ợ ở ỗ b i h n h p đ m đ c ặ axit nitric và axit sunfuric 5060 °C, t o ra nitrobenzen.

ướ ứ ượ ở ặ ủ ớ ự Ở b c th hai, nitrobenzen đ c hiđro hoá 600 °C v i s có m t c a xúc tác

niken cho anilin.

ả ẩ ớ ỗ ợ Xenllulozo Nitrate là s n ph m khi đun nóng xenllulozo v i h n h p

ả ứ ề ệ ậ ặ ả ộ HNO3 và H2SO4 đ m đ c, tùy theo đi u ki n ph n ng mà m t, hai hay c ba

6H10O5 đ

2 t oạ

ắ ỗ ượ ế ằ nhóm OH trong m i m t xích C c thay th b ng nhóm ONO

ỗ ợ thành các este xenlulozo nitrat. H n h p xenlulozo mononitrat (nitrocellulose) và

ượ ể ạ ỏ ạ ỗ Xenlulozo đinitrat (nitrocotton) đ c dùng đ t o màng m ng t i ch trên da

ệ ế ả ằ ươ ệ ử ế ạ nh m b o v v t th ng, và dùng trong công ngh cao phân t ự (ch t o nh a

ả ơ ượ xenluloit, s n, phim nh...). Xenlulozo trinitrat thu đ ộ ả c (pyrolyxin) là m t s n

ổ ạ ễ ẩ ượ ấ ổ ự ạ ph m d cháy và n m nh, đ c dùng làm ch t n cho mìn, l u đ n... và ch ế

ố ườ ướ ả ấ ạ t o thu c súng không khói. Ng i ta c tính có kho ng 25,000 t n axit nitric

ỗ ượ ụ ệ ượ m i năm đ c tiêu th cho nitrocellulose trong công nghi p (75% đ c dùng làm

ủ ề ặ ự ạ ớ l p ph b m t, 25% làm các lo i m c in).

Đ i v i Phân bón h n h p:

ố ớ ợ ướ ỗ ả ấ c tính kho ng 40.000 t n axit nitric đ ượ ử c s

ể ả ữ ấ ợ ớ ườ ự ỗ ụ d ng đ s n xu t phân bón h n h p khác so v i nh ng ng i d a trên amoni

nitrat.

Axit nitric đ m đ c đ

ặ ậ ượ ở ỳ ớ ướ ỗ ử ụ c s d ng Hoa K v i c tính m i năm

5.2.

ấ ả kho ng 295,000 t n.

ươ

ướ

ể

Ph

ng H ng Phát Tri n

ế ị ấ ơ ử ụ S d ng thi t b có công su t cao h n.

ề ướ ấ ừ ấ ườ ế ấ V áp su t có khuynh h ng nâng áp su t t áp su t th ấ ng đ n áp su t

cao.

Tìm bi n pháp thu h i nhi

ệ ồ ệ ả ấ ể t năng có hi u qu nh t.

Trong ch t o HNO

3 đ m đ c – chuy n dùng ph

ế ạ ể ậ ặ ươ ế ạ ự ng pháp ch t o tr c

2O4.

ế ừ ổ ợ ti p t t ng h p N

Ngoài công ngh ph bi n trên, công ngh tr c ti p t ng h p nit

ế ổ ổ ế ệ ự ệ ợ ơ – oxi

ẫ ượ ầ ư ứ ấ trong không khí v n đang đ c đ u t nghiên c u – nh t là công ngh ệ

Báo cáo: Các quá trình sản xuất axit nitric

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:

ƯỜ

Ạ Ọ

Ự

Ẩ

TR

Ệ NG Đ I H C CÔNG NGHI P TH C PH M TP HCM

Ọ

Ệ

KHOA CÔNG NGH HÓA H C

Ộ

Ọ

Ậ

Ệ

Ệ

B MÔN CÔNG NGH HÓA H C & V T LI U

­­­­­­­­­­o0o­­­­­­­­­­

BÁO CÁO

Ồ

Ọ

Ậ

Ệ Ỹ Đ ÁN CÔNG NGH K THU T HÓA H C

Ả

Ấ

Ề

Đ TÀI: CÁC QUÁ TRÌNH S N XU T AXIT NITRIC

ụ ụ M c L c

ướ

ủ

ậ

ẫ

Nh n Xét C a Giáo Viên H ng D n

ở ầ M Đ u

I. Nguyên Li u NHệ

ớ

ệ

ề i Thi u V Amoniac

ấ ậ

ấ ổ

ợ

ệ

ả

ấ ả

ệ ả 1.3. Công Ngh S n Xu t NH ấ Trong công nghi p, quá trình s n xu t NH

ợ

ề

ơ

ế ỗ 1.3.1. Đi u Ch H n H p Khí Nit

– Hydro

ấ

II. Các Tính Ch t Hóa Lý Chính HNO

ấ ậ

ọ

ấ

ơ ở

ả

ấ

III. C S Hóa Lý S n Xu t HNO

ế

.ơ

ụ

ấ

ơ ằ

ướ

B ng N c.

IV.

ả

ặ

ấ

ặ 4.2.1. Cô Đ c Axit Loãng

ự

ổ

ợ

ế

ặ

Ứ

ụ

ể

o0o

ề 2. PGS.TS Nguy n Th Minh Hi n Giáo Trình Ch Bi n Khí T

Nhiên Và Khí Đ ng Hành NXB Khoa H c Kĩ Thu t – 2002.