ВСТУП

У всіх індустріально розвинених країнах азотна промисловість є в даний час однією з основних провідних галузей. Доказом цього служать цифри, що характеризують стрімке зростання виробництво пов'язаного азоту. У 1955р в усьому світі було вироблено аміаку близько 8 млн. т, в 1965р - 20 млн. т, в 1975р - 66 млн. т, в 1980р - 100 млн. т, в 1985 - 120 млн. т. Такий бурхливий розвиток азотної промисловості диктується в першу чергу необхідністю задоволення нестримно зростаючого населення земної кулі продуктами землеробства. Без мінеральних добрив, і в першу чергу азотних, неможливо вирішити завдання інтенсифікації сільського господарства.

Виробництва азотних добрив та їх основи, аміаку, завжди приділялася першочергова увага. Виробництво аміаку, як відомо, відрізняється великою енергоємністю.

Історію розвитку виробництва аміаку можна розглядати як боротьбу за підвищення корисного використання електричної, теплової, і механічної енергії. На перших установках виробництва аміаку коефіцієнт корисної дії не перевищував 10-11%. Використання природного газу у виробництві аміаку збільшило загальний енергетичний коефіцієнт корисної дії до 40%. Сучасні енерготехнологічні агрегати аміаку практично автономні і мають продуктивність 450-500 тис. т. в рік і загальний енергетичний коефіцієнт корисної дії 50-52%. Це забезпечено досягненнями хімічної технології, хімічного і енергетичного машинобудування, металургійної і приладобудівної промисловості, а також високою кваліфікацією будівельників, монтажників, експлуатаційників.

Мета роботи – розглянути теоретичні питання стосовно синтезу аміаку та вирішити практичні завдання згідно цієї теми.

2. Характеристика цільового продукту

Аміак — безбарвний газ з характерним різким запахом і їдким смаком. Він майже у два рази легший від повітря. При температурі 33-35°С і звичайному тиску аміак скраплюється в безбарвну рідину, а при 77-75°С замерзає, перетворюючись у безбарвну кристалічну масу. Його зберігають і транспортують у рідкому стані в стальних балонах під тиском 6—7 атм.

У воді аміак розчиняється дуже добре: при 0°С і звичайному тиску в 1 об'ємі води розчиняється близько 1200 об'ємів NH₃, а при 20°С — 700 об'ємів. Концентрований розчин містить 25% NH₃ і має густину 0,91 г/см³. Розчин аміаку у воді називають аміачною водою або нашатирним спиртом. Звичайний медичний нашатирний спирт містить 10%: NH₃. Різниця між нашатирним спиртом та аміачною водою полягає у тому, що у нашатирному спирті відсоток аміаку 3-10%, а в аміачній воді від 10% і більше. При нагріванні розчину аміак легко випаровується. А якщо точніше, то аміак дуже добре розчинний в воді: 1 обсяг води розчиняє при кімнатної температурі близько 700 обсягів аміаку. Концентрований розчин містить 25% NH₂ і має щільність 0,91 г / см. Розчин аміаку в воді іноді називають нашатирним спиртом. Звичайний медичний нашатирний спирт містить 10% NH₂ . З підвищенням температури розчинність аміаку зменшується, тому він виділяється при нагріванні з концентрованого розчину, ніж іноді користуються в лабораторіях для отримання невеликих кількостей газоподібного аміаку. При низькою температурі з розчину аміаку може бути виділений кристалогідрат NH₂ · Н₂О, плавиться при -79˚ С. Відомий також кристалогідрат складу 2NH₂ · H₂O. У цих гідратах молекули води і аміаку з'єднані між собою водневими зв'язками. У хімічному відношенні аміак досить активний; він вступає під взаємодія з багатьма речовинами. У аміаку азот має найнижчу ступінь окислення (-3).

Основна частина

Добування та отримання аміаку

Промисловий спосіб отримання аміаку заснований на прямій взаємодії водню і азоту:

N ₂ (г) + 3H ₂ (г) ↔ 2NH ₃ (г) + 91,84 до Дж

Це так званий процес Габера (німецький фізик, розробив фізико-хімічні основи методу).

Реакція відбувається з виділенням тепла і зниженням обсягу. Отже, виходячи з принципу Ле-Шательє, реакцію слід проводити при можливо низьких температурах і при високому тиску - тоді рівновага буде зміщена вправо. Однак швидкість реакції при низьких температурах мізерно мала, а при високих збільшується швидкість зворотної реакції. Проведення реакції при дуже високому тиску вимагає створення спеціального обладнання, що витримує високий тиск, а значить і великих капіталовкладень. Крім того, рівновага реакції навіть при 700 C встановлюється надто повільно для практичного її використання.

Застосування каталізатора (пористе залізо з домішками Al₂O₃ і K₂O) дозволило прискорити досягнення рівноважного стану. Цікаво, що при пошуку каталізатора на цю роль пробували понад 20 тисяч різних речовин.

Враховуючи всі вищенаведені фактори, процес отримання аміаку проводять при наступних умовах: температура 500 C, тиск 350 атмосфер, каталізатор. Вихід аміаку при таких умовах становить близько 30%. У промислових умовах використаний принцип циркуляції - аміак видаляють охолодженням, а не прореагували азот і водень повертають в колону синтезу. Це виявляється більш економічним, ніж досягнення більш високого виходу реакції за рахунок підвищення тиску.

Для отримання аміаку в лабораторії використовують дію сильних лугів на солі амонію:

NH₄Cl + NaOH = NH₃ ↑ + NaCl + H₂O.

NH₄NO₃ + NaOH = NH₃ ↑ + NaNO₃ + H₂O.

Зазвичай лабораторним способом отримують слабким нагріванням суміші хлориду амонію з гашеним вапном.

2NH₄Cl + Ca(OH) ₂ = CaCl ₂ + 2NH₃ ↑ + 2H₂O

Для осушення аміаку його пропускають через суміш вапна з їдким натрієм.

Дуже сухий аміак можна отримати, розчиняючи у ньому металевий натрій і згодом переганяючи. Це краще робити в системі, виготовленої із металу під вакуумом. Система повинна витримувати високий тиск (при кімнатній температурі тиск насичених парів аміаку близько 10 атмосфер) [2]. У промисловості аміак осушують в абсорбційних колонах.