Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ХТНВ,Часть2.doc
Скачиваний:
553
Добавлен:
24.08.2019
Размер:
4.15 Mб
Скачать

3. Прямой синтез концентрированной азотной кислоты.

3.1. Физико-химические основы метода.

В основе прямого синтеза азотной кислоты лежит взаимодействие жидкого тетраоксида N2O4 (ж.) с водой Н2О и газообразным кислородом О2 под давлением 5МПа при температуре 90ºС.

Суммарное уравнение реакции:

2N2O4(ж.) + 2H2O(ж.) + O2(г.) = 4HNO3(ж.); ∆ Н = 59,5 КДж.

Необходимое условие этого процесса – предварительное получение жидкого N2O4 из нитрозного газа.

100%-й оксид азота (IV) NO2 димеризуется в N2O4 при атмосферном давлении и температуре 21,5ºС.

Однако содержание его в нитрозном газе после конверсии аммиака составляет не более 11%. Перевести NO2 в жидкий N2O4 при такой концентрации при атмосферном давлении невозможно.

Даже при Р = 1 МПа и t = – 20ºC степень превращения NO2 в N2O4 не превышает 85%.

Возникает вопрос, как получить 100%-й NO2?

Для выделения 100%-го NO2 из нитрозного газа используют его способность растворяться в концентрированной азотной кислоте с образованием нитроолеума состава HNO3·nNO2.

При последующем разложении нитроолеума:

HNO3·nNO2 = HNO3 + nNO2

образуется концентрированная азотная кислота HNO3 как товарный продукт и концентрированный диоксид азота NO2, сжижаемый при охлаждении в тетраоксид азота N2O4(ж.).

Отметим следующие технологические особенности метода прямого синтеза концентрированной азотной кислоты.

Первое – это интенсивное охлаждение на второй и третьей стадиях процесса, для чего используются специальные рассолы, имеющие температуру (– 10ºС).

Второе – это применение автоклава, в котором при повышенном давлении с помощью кислорода происходит доокисление NO в NO2 (или в N2O4).

Запишем химические уравнения, лежащие в основе получения концентрированной азотной кислоты прямым синтезом.

Получение нитрозного газа. Иначе – конверсия аммиака с целью получения NO, как в производстве неконцентрированной кислоты:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O.

Отметим, что исходным материалом для синтеза азотной кислоты являются нитрозные газ конверсии аммиака.

Далее при охлаждении нитрозного газа образуется смесь оксидов азота. При охлаждении происходит окисление NO в NO2:

NO +1/2O2 = NO2 (3.1)

Затем образуются и другие оксиды – N2O3 и N2O4.

Особенность этого метода заключается в том, что для доокисления NO используют азотную кислоту:

NO + 2HNO3 = 3NO2 + H2O (3.2)

C концентрированной азотной кислотой оксид азота (IV) образует нитроолеум по реакции:

nNO2 + HNO3 = HNO3·nNO2 (3.3)

Далее при разложении нитроолеума образуются концентрированная азотная кислота и концентрированный диоксид азота:

HNO3·nNO2 = HNO3 + nNO2 (3.4)

Диоксид полимеризуется с образованием димера (тетраоксида):

2NO2 = N2O4 (3.5)

Наконец, образование азотной кислоты из тетраоксида:

3N2O4 + 2H2O = 4HNO3 + 2NO (3.6).

Таким образом, полученная концентрированная азотная кислота является готовым продуктом, а оксид азота NO снова подвергается окислению по уравнениям (3.1) и (3.2) и т. д.

Итоговое уравнение получения концентрированной азотной кислоты прямым синтезом:

2N2O4 + 2H2O + О2 = 4HNO3; ∆Н = 59,5 КДж