Đồ án Các quá trình sản xuất axit nitric

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. HNO3 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.

docx51 trang | Chia sẻ: thanhlinh222 | Ngày: 07/03/2018 | Lượt xem: 1928 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Các quá trình sản xuất axit nitric, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 Mục Lục Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn Nhận xét: Điểm đánh giá: Ngày...........tháng..........năm 2016 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. HNO3 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 N2 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 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 HNO3. 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. 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: di-tri 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, NH3 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. 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. NH3 kết tủa với nhôm sunfat [Al2(SO4)3] để tạo mốt dạng gel. Sau đó rữa tạp chất Al2(SO4)3 được sấy khô và tạo hình. Trong công nghiệp sản xuất thuốc trị bệnh. NH3 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. Giới Thiệu Về Amoniac 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 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.K-1. h-1. m-1 Độ nhớt tới hạn 23,90. 10-3 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.mol-1.K-1 Entanpi tạo thành tự do -16,391 Kj/mol Giới hạn nổ Hỗn hợp NH3-O2(200C, 101,3KPa) Hỗn hợp NH3-KK(200C, 101,3KPa) Hỗnhợp NH3-KK(1000C, 101,3KPa) 15 - 17 % V NH3 16 - 27 % V NH3 15,5- 28 % V NH3 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+ H2O ↔ H+ + OH- và phản ứng tổng quát có thể viết là: NH3(dd) + H2O ↔ NH4+ + OH- Hằng số phân ly của NH3 ở trong dung dịch ở 250C là: K= 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 8000C ¸ 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 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. Nguyên Liệu Sản Xuất Tổng Hợp NH3 [1],[2],[4] Có nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau sử dụng cho quá trình tổng hợp NH3 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, H2 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. 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 Nguyên liệu 1961/1962 1971/1972 103 tấn/năm % 103 tấn/năm % Khí lò cốc và than đá Khí tự nhiên Naphta Các sản phẩm dầu khác 2800 7800 2050 2950 18 50 13 19 4600 32100 10700 3600 9 63 21 7 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 Công Nghệ Sản Xuất NH3 Trong công nghiệp, quá trình sản xuất NH3 gồm các giai đoạn chính sau : Điều chế hỗn hợp khí nitơ – hydro Làm sạch khí Nén khí Tổng hợp NH3 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 + 12 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 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. 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 CH2-CH2(OH)NH2 để tách loại các khí trên. 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. 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. 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 H2 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. 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 Thân tháp tổng hợp Hộp xúc tác Thiết bị truyền nhiệt Ống trung tâm Ống kép 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 NH3. 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. khí thải NH3 Nguyên liệu khí thải NH3 5 4 1 Hình II 2 Nguyên liệu 5 4 1 2 Hình I Nguyên liệu khí thải NH3 5 4 1 Hình III 2 Nguyên liệu NH3 2 khí thải Hình IV 1 3 5 4 1. Thiết bị chuyển hoá NH3 có bộ phận trao đổi nhiệt 2. Thu hồi NH3 bằng làm lạnh và ngưng tụ 3. Thu hồi NH3 bằng ngưng tụ ở nhiệt độ môi trường 4. Máy nén khí tổng hợp 5. Máy nén khí tuần hoàn Giải thích: Hình I: Nếu khí mới hoàn toàn không có các chất gây ngộ độc như H2O, CO2 thì có thể trực tiếp đưa vào thiết bị chuyển hoá. Sau khi khí ra khỏi thiết bị tổng hợp, NH3 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 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 NH3 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. Các Tính Chất Hóa Lý Chính HNO3 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/cm3 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 + 12 O2 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 Bảng 3: tính chất vật lý của dung dịch axit HNO3 Trọng lượng % HNO3 Tỉ trọng (ở 20oC) g/cm3 Điểm đông oC Điểm sôi oC Nhiệt dung riêng (ở 20oC) j/g.oK Áp suất riêng phần (ở 20oC) Pa 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 Bảng 4: độ nhớt và độ dẫn nhiệt của dung dịch axit HNO3 Trọng lượng % HNO3 Độ nhớt (ở 20oC) mPa.s Độ dẫn nhiệt (ở 20oC) 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 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 Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 8Na + 10HNO3 → 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O Sắt (Fe) hòa tan tốt trong axit HNO3 loãng, nhưng trong HNO3 đặc tạo ra trên bề mặt sắt một lớp oxit mỏng bền chắc không hòa tan trong axit HNO3 đặc, lớp này bảo vệ cho kim loại khỏi bị phá hủy tiếp tục. Khả năng này của sắt bảo vệ nó khỏi bị rỉ. Người ta gọi hiện tượng này là sự thụ động hóa. Đối nhôm (Al), crom (Cr), coban (Co), niken (Ni), mangan (Mn) cũng có hiện tượng thụ động hóa.
Luận văn liên quan