Производство на амоняк и азотна киселина
В съответствие с принципа на Le Chatelier, с увеличаване на налягането и намаляване на температурата, равновесието на тази реакция се измества към образуването на амоняк. За да се осигури оптимална скорост на процеса, са необходими катализатор, повишено налягане, температура от 400 500 ° C и определена обемна скорост на компонентите, влизащи в реакцията. В промишлеността се използва железен катализатор с добавки от оксиди A12O3, K2O, CaO и SiO2.
Основният възел на инсталацията за производство на амоняк е колоната за синтез
Производство на азотна киселина :
Азотната киселина е една от най-важните минерални киселини. Безводният HNO3 е тежка безцветна течност с плътност 1520 kg/m3 (при 15°C), димяща на въздух и замръзваща при -41°C. Азотната киселина се смесва с вода и образува HNO3'H2O и HNO3-2H2O хидрати. Точката на кипене зависи от концентрацията на разтвора: безводната HNO3 кипи при 86°C; максималната точка на кипене (121,9 °C) има 68,4% разтвор на HNO3, който е азеотропна смес, в която съставите на течността и парата са еднакви. Такава смес кипи, без да променя концентрацията на киселината.
Под въздействието на светлина и нагряване азотната киселина се разлага частично с отделяне на азотен оксид, който, разтваряйки се в киселина, я оцветява в жълто или кафяво.
Съвременното производство на азотна киселина се основава на окисляването на амоняк и последващата обработка на азотни оксиди.
Процесът на получаване на разредена азотна киселина от амоняк се основава на следните реакции: контактно окисление на амоняк с атмосферен кислород до азотен оксид (II) (4NH3 + 5O2 = 4NO--6H2O + Q); окисление на азотен оксид (II) до азотен оксид (IV) (2NO + O2^±2NO2 + Q); абсорбция на азотен оксид (IV) от вода (3NO2 + H2O^±2HNO3-m-MO-p)азот (II) образува азотен оксид (IV) и се реабсорбира.
Окислителната реакция на амоняка е екзотермична и може да протича с образуването на различни продукти на неговото окисление (NO, N20, N2). Процесът е възможен само при високи температури. При липса на катализатор окислението протича главно с образуването на N2. За производството на азотна киселина процесът трябва да бъде насочен по такъв начин, че основният продукт на окислението на амоняка да е азотен оксид (II). За това се използват катализатори, които селективно ускоряват окисляването на амоняка. Това са платината и нейните сплави с метали от платиновата група. Платиновите катализатори се използват под формата на тънки телени мрежи с диаметър 0,06. 0,09 mm, с 1024 клетки на 1 cm. Добавянето на паладий и родий към платината позволява да се увеличи якостта на катализаторните сетки и да се намали консумацията на платина.
Изходът на азотен оксид (II) зависи от продължителността на контакта на амонячно-въздушната смес с катализатора; оптималната му продължителност е 0,0001. 0,0002 s При по-висока скорост на газовия поток амонякът няма време да се окисли.
Процесът на окисляване на амоняка до голяма степен зависи от началната температура на реакцията. При използване на платиново-родиев катализатор в агрегати с атмосферно налягане температурата на газа се поддържа в рамките на 700-800 ° C, при повишено налягане - 800-900 ° C.
Повишаването на налягането води до значително ускоряване на реакцията във втория и третия етап на процеса на производство на азотна киселина. При десетократно увеличаване на налягането скоростта на реакцията на окисление на азотен оксид (II) се увеличава с фактор 1000.
Абсорбцията на азотен оксид (IV) във водата е последната стъпка в производството на азотна киселина. Ускорява се с намаляване на температурата и повишаване на налягането. Практическипроцесът на преработка на азотни газове в азотна киселина се извършва при 20.30 ° C. С напредването на реакцията концентрацията на произведената азотна киселина се увеличава и реакцията се забавя.
Има инсталации за производство на разредена азотна киселина при атмосферно налягане, високо налягане и комбинирано.
В комбинираните инсталации амонякът се окислява при атмосферно налягане, докато процесите на окисление на азотен оксид (II) и поглъщане на NO2 от вода се извършват при повишено налягане (0,3–0,9 MPa).
Някои индустрии изискват 96,98% азотна киселина. Може да се получи чрез концентриране на разредена киселина и чрез директен синтез.
Методът на концентриране се състои в това, че разредената азотна киселина се изпарява в присъствието на концентрирана сярна киселина - вещество, което премахва водата (азотната киселина се получава чрез директно изпаряване с концентрация 68,4%). Концентрираната сярна киселина свързва водата в разредена азотна киселина, за да образува хидрати на сярна киселина, кипящи при по-висока температура от 100% HNO3. Когато смес от азотна и сярна киселина се нагрява при определена температура, само азотната киселина преминава в пара.
Разредената 70% H2SO4 отива за изпаряване. Разходът на концентрирана сярна киселина е 3,4 тона на 1 тон концентрирана азотна киселина. Концентрацията на разредена сярна киселина е свързана с висок разход на гориво, безвъзвратна загуба на част от сярната киселина и тежка корозия на оборудването. Ето защо в момента се обръща много внимание на метода на директния синтез.
Съгласно метода на директен синтез, производството на азотна киселина се извършва от течен азотен оксид (IV) (2NO2 ^ N2O4) съгласно реакцията 2N2O4 + 2H2O--O2 ^ t4HNO3H-Q в специални автоклави припри температура около 75 °C и под налягане 5 MPa.
Течният азотен оксид (IV) се получава чрез кондензиране на NO2 от азотни газове чрез охлаждане под налягане. вещества (при производството на багрила, фармацевтични продукти, експлозиви, филми, барут, целулоид и др.).
Слаб 45. 60% HNO3 се съхранява в складове в резервоари от неръждаема стомана. Малки количества разредена азотна киселина се транспортират в стъклени бутилки, които се опаковат в кошници или дървени щайги с талаш или слама, импрегнирани със забавители на горенето; големи количества се транспортират в железопътни цистерни от неръждаема стомана.
Концентрираната киселина се съхранява в цистерни и се транспортира в алуминиеви железопътни цистерни.
Смес от азотна киселина със 7,5% H2SO4, наречена меланж, се транспортира в цистерни от въглеродна стомана. Транспортирането на концентрирана азотна киселина в стъклени бутилки с дървена щайга е забранено, тъй като дървото може да се запали.
Азотните оксиди и азотната киселина са токсични. Максимално допустимата концентрация на азотни оксиди във въздуха на промишлени помещения по отношение на N2Os е 0,005 mg/l. Ако влезе в контакт с кожата, азотната киселина причинява изгаряния.
Работник с азотна киселина трябва да има гащеризон от вълнен плат, противогаз марка Б с жълта кутия, както и гумени ръкавици и очила.