BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌCĐỀ TÀI CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT AXIT NITRIC

lOMoARcPSD|9242611 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & VẬT LIỆU o0o BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC ĐỀ TÀI: CÁC Q 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 lOMoARcPSD|9242611 Mục Lục Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn Nhận xét: Điểm đánh giá: Ngày tháng năm 2016 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page lOMoARcPSD|9242611 Mở Đầu Axit nitric axit có tầm quan trọng ngành cơng nghệ hóa học Axit nitric sản phẩm trung gian trình chế tạo số loại phân đạm, đồng thời hóa chất bản, dùng làm nguyên liệu trình sản xuất loạt hóa phẩm khác Axit nitric dùng nhiều để sản xuất phân đạm, thuốc nổ HNO đậm đặc dùng để điều chế hợp chất nitro dùng công nghiệp sản xuất chất màu nhiều hợp chất khác Là axit vô quan trọng đời sống Trong phịng thí nghiệm người ta điều chế HNO3 từ NaNO3 với H2SO4 (đặc nóng) thu HNO3 Sau HNO3 dẫn vào bình làm lạnh ngưng tụ lại Trong cơng nghiệp q trình Birkeland – Eyde hay cịn gọi trình hồ quang điện sử dụng để điều chế axit nitric cách biến đổi N khí thành axit nitric qua cơng đoạn sau: N2 + O2 2NO 2NO + O2 2NO2 2NO2 + H2O HNO2 + HNO3 3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O Quá trình hoạt động Na Uy từ năm 1905 – 1930 Tuy nhiên trình tương đối khơng hiệu việc tiêu thụ lượng Vì thay kết hợp trình Haber trình Ostwald Quá Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page lOMoARcPSD|9242611 trình Haber sản xuất amoniac (NH3) từ phân tử nitơ (N2) hydro (H2) sau chuyển đổi thành axit nitric (HNO3) trình Ostwald Quá trình tổng hợp ammonia quan trọng giai đoạn này, Haber Nernst phát triển từ năm1902 đến 1905 dùng xúc tác sở Fe cho trình sản xuất nhiệt độ cao áp suất cao Năm 1906 Ostwald thực oxy hóa ammoniac (NH3) thành Acid nitric (HNO3) với hỗn hợp xúc tác Platin (Pt) Rhodium (Rh) Hiện NH3 nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất HNO Nên đề tài “Các Quá Trình Sản Xuất HNO3” giúp hiểu rõ nguồn nguyên liệu NH3 tính chất, quy trình sản xuất HNO3 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page lOMoARcPSD|9242611 Nguyên Liệu NH3 [1] I Amoniac hợp chất hố học có ý nghĩa đặc biệt quan trọng ngành cơng nghiệp hố học nói chung cơng nghệ sản xuất hợp chất nitơ nói riêng có nhiều ứng dụng quan trọng thực tế như: - Trong cơng nghiệp sản xuất phân bón, Amoniac dùng để sản xuất loại đạm, đảm bảo ổn định cung cấp đạm cho việc phát triểnnơng nghiệp Góp phần đảm bảo an ninh lương thực Thực cơng nghiệp hóa đại hóa đại hóa đất nước - Trong cơng nghiệp thuốc nổ, Amoniac có vai trị định việc sản xuất thuốc nổ Từ NH3 điều chế HNO3 để sản xuất hợp chất như: di-tri nitrotoluen, nitroglyxêrin, nitroxenlulo, pentaerythrytol, amoni nitrat dùng để chế tạo thuốc nổ - Trong ngành dệt, sử dụng NH3 để sản xuất loại sợi tổng hợp như: cuprammonium rayon nilon - Trong công nghiệp sản xuất nhựa tổng hợp, NH dùng làm chất xúc tác chất điều chỉnh pH q trình polyme hóa phenolformaldehyt tổng hợp nhựa - Trong công nghiệp dầu mỏ, NH3 sử dụng làm chất trung hòa để tránh ăn mòn thiết bị ngưng tụ axit, thiết bị trao đổi nhiệt, trình chưng cất NH3 dùng để trung hòa HCl tạo thành trình phân hủy nước biển lẫn dầu thơ NH3 dùng để trung hòa vết axit dầu bơi trơn axit hóa Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page lOMoARcPSD|9242611 - NH3 dùng đề điều chế aluminu silicat tổng hợp làm xúc tác thiết bị cracking xúc tác lớp cố định Trong trình hydrat hóa silic NH kết tủa với nhơm sunfat [Al2(SO4)3] để tạo mốt dạng gel Sau rữa tạp chất Al 2(SO4)3 sấy khơ tạo hình - Trong công nghiệp sản xuất thuốc trị bệnh NH chất độn quan trọng để sản xuất dạng thuốc sunfanilamide, sunfaliazole, sunfapyridine NH3 sản phẩm đầu để từ sản xuất hợp chất khác nitơ loại phân đạm có chứa nitơ, HNO3 Năm 1909 Fritz Haber phát minh phản ứng tổng hợp amoniac qui mơ phịng thí nghiệm Năm 1913 Đức Carl Bosch đưa vào qui mô pilot với sản lượng 30 tấn/ngày dần phát triển tới ngày Sau 1950 Mỹ reforming nước khí thiên nhiên, quy mơ lên tới 165 tấn/ đơn vị dây chuyền.ngày, quy mô tăng dần, sau 1960 từ 300 tấn/ ngày lên 600 tấn/ ngày, vài năm sau (1965) lên 1000 tấn/ ngày 1800 ngày Tổng hợp NH3 sở công nghiệp đạm NH3 vừa sản phẩm trung gian q trình chế tạo hợp chất vơ đạm vừa sản phẩm cuối Đến giai đoạn nay, công nghệ tổng hợp NH3 đạt bước tiến vượt bậc với việc ứng dụng cơng nghệ cơng nghệ thơng tin, tự động hóa vào trình sản xuất với nhiều dây chuyền khác Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page lOMoARcPSD|9242611 1.1 Giới Thiệu Về Amoniac 1.1.1 Tính Chất Vật Lý [1] Amoniac có cơng thức phân tử NH3 khí khơng màu, nhẹ khơng khí, có mùi đặc trưng Ở áp suất khí quyển, NH3 hóa lỏng -33,34oC (239,81K), có trọng lượng riêng 682 g/lit 4oC, hóa rắn -77,73oC (195,92K), nhiệt độ thường người ta phải lưu trữ NH3 lỏng áp suất cao(khoảng 10 atm 25,7oC) Do NH3 lỏng có entalpy (nhiệt bay hơi) ∆H thay đổi lớn (23,35kJ/mol) nên chất dùng làm môi chất làm lạnh NH3 lỏng dung mơi hịa tan tốt nhiều chất dung môi ion hóa khơng nước quan Nó hòa tan kim loại kiềm, kiềm thổ số kim loại đất để tạo dung dịch kim loại (có màu), dẫn điện có chứa electron solvat hóa Ở trạng thái rắn amoniac kết tinh mạng lập phương tâm mặt Bảng 1: đặc trưng vật lý NH3 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page lOMoARcPSD|9242611 Khối lượng phân tử Thể tích phân tử ( 0oC, 101,3 KPa) Tỉ trọng pha lỏng Tỉ trọng pha khí Áp suất tới hạn Nhiệt độ tới hạn 17,03 22,08 L/mol 0,6386 g/cm3 0,7714 g/l 11,28 MPa 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 6,077 KPa Điểm sơi -33,43 0C Nhiệt hóa 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 -16,391 Kj/mol Giới hạn nổ 15 - 17 % V NH3 16 - 27 % V NH3 15,5- 28 % V NH3 Hỗn hợp NH3-O2(200C, 101,3KPa) Hỗn hợp NH3-KK(200C, 101,3KPa) Hỗnhợp NH3-KK(1000C, 101,3KPa) 1.1.2 Tính Chất Hóa Học [1] Về mặt hố học amoniac chất hoạt động Với cặp electron tự nitơ, amoniac có khả kết hợp dễ dàng với nhiều chất Khi tan nước, amoniac kết hợp với ion H + nước tạo thành ion NH4+ dung dịch trở nên có tính bazơ NH3 + H+ NH4+ Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page lOMoARcPSD|9242611 H2O H+ + phản ứng tổng quát viết là: NH3(dd) + H2O NH4+ + Hằng số phân ly NH3 dung dịch 250C là: Như dung dịch NH3 nước bazơ yếu Khí NH3 dễ dàng kết hợp với HCl tạo nên muối NH4Cl dạng khói trắng NH3 + HCl NH4Cl Khí amoniac cháy đốt oxi cho lửa màu vàng tạo nên khí nitơ nước 4NH3 + 3O2 3N2 + H2O Khi có platin hay hợp kim platin - rodi làm chất xúc tác 800 0C 9000C, khí amoniac bị oxy khơng khí oxy hoá thành nitơ oxit 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O Trong trường hợp người ta thổi nhanh hỗn hợp khí qua chất xúc tác Nếu cho hỗn hợp chậm qua sợi amiăng chứa muội platin, phản ứng xảy khác: 2NH3 + 2O2 NH4NO3 + H2O Clo brơm oxi hố mãnh liệt amoniac trạng thái khí trạng thái dung dịch 2NH3 + 3Cl2 N2 + 6HCl Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page lOMoARcPSD|9242611 Đối với chất oxi hoá khác, amoniac bền điều kiện thường Khi đun nóng khử oxit số kim loại 3CuO + 2NH3 N2 + 3H2O + 3Cu Ở 800 9000C nhơm tương tác với khí amoniac tạo thành nhơm nitrua hydro: 2Al + 2NH3 2AlN + 3H2 Ở nhiệt độ cao nguyên tử hydro phân tử amoniac kim loại hoạt động tạo thành amiđua (chứa nhóm NH2 ), imiđua (chứa nhóm NH2-) nitrua (chứa ion N3-) 2Na + 2NH3 2NaNH2 + H2 NH3 Ligand: - Tetraamminecopper(II), [Cu(NH3)4]2+, có màu xanh dương đậm thêm amoniac vào dung dịch muối đồng (II) - 1.2 Diamminesilver(I), [Ag(NH3)2]+, gọi tác chất Tollens’ reagent Nguyên Liệu Sản Xuất Tổng Hợp NH3 [1],[2],[4] Có nhiều nguồn nguyên liệu khác sử dụng cho trình tổng hợp NH như: than đá, dầu nặng naphta, khí tự nhiên, khí đồng hành Nguyên liệu quan trọng nhiên liệu rắn, khí lị cốc, H trình điện phân Các nguyên liệu dùng điều kiện đặc biệt ngày có Khí than ướt ngun liệu tương lai để sản xuất NH3 Ngoài H2 sản xuất trình điện phân nước nguyên liệu sản xuất NH3 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 10 lOMoARcPSD|9242611 4.1.1  Công Nghệ Sản Xuất HNO3 Dưới Áp Suất Thường Sơ Đồ Cơng Nghệ Hình 4: sơ đồ công nghệ sản xuất HNO3 áp suất thường 1- Ống khói hút khơng khí - Thiết bị rửa khơng khí - Lọc – - Lọc xốp - Quạt hút không khí – NH3 - Lọc ống xốp - Thiết bị tiếp xúc - Nồi tận dụng nhiệt 10 – 11 Thiết bị trao đổi nhiệt 12 - Van thủy lực 13 - Thổi khí 14 - Tháp đệm hấp thu 15 - Làm lạnh axit 16 - Bơm 17 - Tháp oxi hóa 18 - Tháp đệm để hấp thu kiềm 19 - Ống khói xã Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 35 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611  - Thuyết Minh Quy Trình: Khơng khí vào thiết bị qua ống khói (1) đặt ngồi địa phận nhà máy Để làm khí khỏi tạp chất học hóa học ngưới ta đặt thiết bị rửa kiểu lưới (2) lọc caton (4) - NH3 làm khỏi tạp chất học mỡ thiết bị lọc sợi (3) lọc caton (5) - Nạp khơng khí, NH3 oxi bổ xung quạt (6) với tính tốn cho hỗn hợp lỏng khí 10 12% NH3 - Sau hỗn hợp khí qua lọc xốp (7) Trong thiết bị hỗn hợp khí làm cách lọc qua ống làm gốm xốp, sau vào thiết bị tiếp xúc (8) (ở đặt lưới Pt – Rh) - Mức oxi hóa NH3 đến NO đạt khoảng 97 – 98% Nhiệt độ khí nitroz cửa thiết bị tiếp xúc (8) đạt 800oC Trong nồi tận dụng nhiệt (9) nhiệt độ khí cịn 250oC Sau khí làm nước thiết bị trao đổi nhiệt (10),(11) thu axit 25% HNO3 - Qua van thủy lực (12), nhờ thiết bị thổi khí (13) nitroz vào tháp hấp thụ (14), tháp hấp thụ nạp đầy lớp đệm chịu axit Phía tháp trang bị thiết bị chịu lạnh(15) để làm lạnh axit chảy trang bị bơm(16) để hồi lưu axit Số lượng tháp hấp thụ thường từ – - Nước để hấp thụ NO2 đưa vào tháp hấp thụ cuối cùng, ngược đường khí Axit tạo thành qua ngược dịng khí qua tất tháp khòi hệ thống thấp hấp thụ Sản phẩm HNO 50% - Trong tháp hấp thụ hấp thụ khoảng 92% oxit nitơ đưa vào Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 - Sau tháp hấp thụ axit bố trí tháp oxi hóa (17) để oxi hóa NO thành NO2 Sau khí nitroz vào tháp hấp thụ tưới dung dịch xođa (18) để thu hồi NO NO2 dạng dung dịch muối NaNO3 NaNO2 ( gọi dung dịch nitric – nitrat) - Trong tháp hấp thụ kiềm (18) hấp thụ đồng thời đioxit nitơ hỗn hợp NO2 + NO N2O3 Khi loại trừ việc tách NO vào khơng khí xảy phản ứng hấp thụ kiềm: NO + NO2 + Na2CO3 2NaNO2 + CO2 2NO2 + Na2CO3 NaNO3 + NaNO2 + CO2 - Các dung dịch nitrat – nitrat đưa đưa từ tháp thụ kiềm (18) để tiếp tục chế biến thành NaNO3 - Trong số nhà không dùng dung dịch xođa để tưới mà dùng sữa vôi - Tất tháp đệm làm việc theo chế độ khuấy trộn dọc pha khí pha lỏng Mặc dù điều chế HNO3 theo hệ thống thu nồng độ HNO3 đạt 50% hiệu suất 92%, ngày sử dụng rộng rãi 4.1.2  Công Nghệ Sản Xuất HNO3 Ở Áp Suất Cao Sơ Đồ Công Nghệ Thực áp suất 7.105 N/m2 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Hình 5: sơ đồ cơng nghệ sản xuất axit HNO3 áp suất cao (7.105 N/m2) - ống khói hút - thiết bị làm khí 3- máy nén - tuabin khí 5sấy khơng khí - thiết bị chuẩn bị NH3 7- thiết bị trộn lọc thiết bị tiếp xúc - nồi 10 - thiết bị oxi hóa lọc 11 - thiết bị hấp thụ 12 - làm lạnh ngưng tụ 13 - sấy nóng khí 14 - buồng đốt 15 - thiết bị làm xúc tác 16 - thiết bị nồi 17 - ống khói xả  Thuyết Minh Quy Trình: - Khơng khí qua ống khói (1) vào thiết bị làm (2) vào máy nén (2) truyền động tuốc bin (4) Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 - Máy nén (3) nén khí đến P = 7.105 N/m2, sấy nóng khí đến 135oC, sau đưa vào thiết bị sấy nóng khơng khí (5), nhiệt độ nâng lên 250oC nhờ nhiệt khí nitroz từ thiết bị oxi hóa - Trong thiết bị trộn lẫn (7) khơng khí trỗn lận với NH3 NH3 từ thiết bị (6), tổ hợp NH3 gồm thiết bị hóa hơi, lọc đốt nóng - Từ thiết bị trộn lẫn (7) hỗn hợp NH – khơng khí vào thiết bị tiếp xúc (8) Nhiệt độ thiết bị 890 900oC NH3 oxi hóa lưới xúc tác Pt Khí nitroz chứa 9,0 9,6% NO đưa vào nồi tận nhiệt (9) - Sau khí đưa vào thiết bị oxi hóa (10) Phần thiết bị đặt phận lọc để lọc Pt Sau khí nitroz qua thiết bị tận dụng nhiệt để làm lạnh - Khí nitroz từ (10) vào (5) để sấy khơng khí nóng, làm lạnh đến 210 230oC tiếp tục khí nitroz vào thiết bị đốt nóng (13), khí nitroz tiếp tục làm lạnh đến 150 160oC - Tiếp theo khí nitroz đưa đến thiết bị làm lạnh ngưng tụ (12) có nhiệt độ 40 50oC - Khí nitroz làm lạnh đưa vào phần thấp hấp thụ (11) Tháp có đường kính 2m, chiều cao 46m có 49 đĩa Trên đĩa đặt vòng xoắn bên nước hồi lưu để dẫn nhiệt - Ở đĩa nước ngưng làm lạnh chạy xuống gặp khí nitroz, hấp thụ oxit nitơ tạo thành axit nitric - Axit HNO3 nhận tự chảy vào tháp hồi , khơng khí nóng thổi oxit nitơ hịa tan lẫn đĩa thứ sau tháp hấp thụ - Khí (thải) khỏi tháp hấp thụ, qua thiết bị đốt nóng khí (13) vào thiết bị làm chất xúc tác (15) Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 - Hàm lượng oxit nitơ khơng khí tháp hấp thụ 0,05 0,1% thể tích - Các khí có nhiệt độ 110 120oC vào buồng đốt (14), chúng đốt nóng đến 380 480oC khí trộn lẫn với khí lị nóng (khí lị nhận khí đốt cháy khí tự nhiên khơng khí) - Hỗn hợp khí tiếp xúc đưa vào thiết bị làm (15) Trong thiết bị làm có hai lớp chất xúc tác, tiến hành đốt cháy khí có chưa hidro khử oxit nitơ đến nitơ nguyên tố Nhiệt độ khí cửa thiết bị (15) đạt 700 710oC - Khí làm qua lọc lọc lại chất xúc tác vụn vào tuôc bin (4), áp suất hạ xuống 1,07 105 N/m2, biến nhiệt lượng thành truyền cho van tc bin làm quay roto máy nén - Khí đuôi tiếp tục vào nồi tận nhiệt (16) vào ống khói xả (17) Những ưu việt sơ đồ áp suất cao so với áp suất thường là: - Hấp thụ oxit nitơ thành axit nitric 98 99% Nồng độ axit nhận 60 62% Không cần sử dụng tháp hấp thụ kiềm - Thể tích tháp hấp thụ nhỏ 10 lần so với tháp hấp đệm hệ làm việc áp suất thường - Giảm áp chi phí xây dựng thiết bị, giảm tiêu tốn thép đặc biệt để chế tạo thiết bị Giảm nhân công - Tuy nhiên phương pháp áp suất cao lại tăng mát chất xúc tác, tăng tiêu tốn lượng để nén áp suất Những lý hạn chế tính ứng dụng phương pháp Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 H ệ thống áp suất kép Thiết kế áp suất kép thường sử dụng nhà máy lớn, nhà máy cỡ trung Q trình oxy hóa amoniac xảy áp suất thấp trung bình Điều làm giảm mật độ khí nạp nitơ lưới Kết tăng hiệu phản ứng oxy hóa ammonia giảm thiểu chất xúc tác Pt Sự hấp thu NO2 xảy áp suất cao để tối đa hóa áp suất riêng phần tác chất khí Kết gia tăng tỷ lệ phản ứng oxy hóa nitơ monoxit độ hịa tan oxi NO2 dung dịch nước Một máy nén khí nitơ đẩy mạnh áp lực từ phần trước q trình (oxy hóa ammonia) đến phần điều hành bên (hấp thụ) Trong áp suất kép trình oxi hóa amoniac thực áp suất trung bình (0,3-0,6 MPa) kết thúc trước sau đến trình hấp thụ thực áp suất cao (0,8-1,3 MPa) Một số nhà máy cũ sử dụng áp suất khơng khí cho q trình oxy hóa ammonia So với nhà máy áp suất đơn cao, áp suất oxy hóa thấp cải thiện suất hiệu suất amoniac chất xúc tác Lỗ Platinum thấp đáng kể trình sản xuất tăng thời gian sử dụng chất xúc tác Giảm áp lực có kết yếu ngưng tụ axit nitric từ bình ngưng làm mát, giúp cải thiện hiệu suất hấp thụ Do có rời rạc điều kiện hoạt động, q trình áp suất kép địi hỏi máy nén khí NOx làm thép khơng gỉ Trong q trình áp suất kép, thực xong trình oxi hóa NH3 áp suất thấp đến trung bình(0,3-0,6 MPa) có chứa oxit nitơ nén 0,81,3 MPa cho hấp thụ hiệu nước để tạo axit nitric Trong q trình oxi hóa có khả NH3 cịn dư sau q trình chuyển đổi kết hợp với axit nitric để tạo thành amoni nitrat, cần bổ sung hoạt động biện pháp an tồn cần thiết để đối phó với tích tụ chất rắn ammonium nitrate Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Có giải pháp chuyên gia báo cáo tiêm định kỳ nước đến phận máy nén IV.2 Sản Xuất Axit Nitric Đặc Có thể nhận axit nitric đặc 96% hai cách: - Cơ đặc axit lỗng - Tổng hợp trực tiếp 4.2.1 Cơ Đặc Axit Lỗng Để thu axit HNO3 đặc (trên 68% HNO3) phải đặc axit lỗng có mặt axit sunfuric đặc Axit H2SO4 đóng vai trị hút nước Axit H2SO4 đặc liên kết với nước chứa axit HNO3, tạo thành axit sunfuric – hydrat sôi nhiệt độ cao axit HNO3 100% Vì nung đón hỗn hợp lựa chọn điều kiện mà không chưa axit nitric Chưng cất axit nitric loãng với H2SO4 đặc (92 96% H2SO4) tiến hành tháp đĩa có đệm hay tháp đệm vòng Vật liệu để chế tạo tháp gang chịu axit (fesosilic) chưa 14 18% silic, bền cao nhiệt độ theo tỉ lệ axit HNO3 H2SO4 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Hình 6: sơ đồ ngun tắc đặc axit HNO3 loãng – thiết bị ngưng – thiết bị trao đổi nhiệt – tháp cô đặc – thiết bị hóa axit lỗng Giải thích sơ đồ: Axit sunfuric vào đĩa phía tháp Axit nitric 50% vào tháp phía cách vài đĩa Một phần khác axit HNO3 loãng vào tháp qua thiết bị hóa Đốt nóng hỗn hợp tiến hành nhiệt (180 200oC) Hơi nhiệt đưa vào tháp phía Hơi axit HNO3 chứa lượng nước không đáng kể oxit nitơ tạo thành phân hủy axit HNO3 khỏi tháp vào thiết bị ngưng tụ Ở HNO3 ngưng lại, cịn khí nitroz tiếp tục vào thiết bị hút chân khơng Một phần oxit nitơ hịa tan HNO3, từ thiết bị ngưng axit vào đĩa tháp, tiến hành thổi khí đưa vào thiết bị làm lạnh (2) thu sản phẩm HNO3 đặc Axit HNO3 khoảng 70% chảy từ phía tháp vào thiết bị bay Tiêu tốn axit H2SO4 từ 3-4 tấn/ HNO3 4.2.2 Tổng Hợp Trực Tiếp Axit Nitric Đặc Tiến hành theo phản ứng: N2O4 + H2O + O2 HNO3 + 59,5kJ Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Quá trình thực nhiệt độ 75oC áp suất 5.106 N/m2 Để chuyển cân hướng HNO3 tăng tốc độ phản ứng, hỗn hợp vào thiết bị cao áp phải có đủ N2O4 lỏng Thông thường lượng N2O4 cao lý thuyết 25% Lượng N2O4 dư không phản ứng tách khỏi axit hồi lưu lại trình sản xuất.( lấy dư N2O4 không lấy dư H2O O2 để tránh thêm nước dư vào sản phẩm) Sản xuất axit HNO3 đặc phương pháp tổng hợp trực tiếp (phương pháp nitrooleum) gồm giai đoạn sau: Nhận khí nitroz từ phương pháp oxi hóa tiếp xúc NH3 Tách nước dư khỏi khí nitroz Oxi hóa NO thành NO2 khí nitroz Oxi hóa lượng dư NO axit HNO3 đặc Làm lạnh khí nitroz axit HNO3 đặc đến nhiệt đồ -10oC Hấp thụ đioxit nitơ axit HNO3 đặc để nhận nitrooleum Nhả hấp thụ đioxit nitơ từ nitrooleum cách đun nóng Ngưng tụ đioxit nitơ cách làm lạnh (nhận N2O4 lỏng) Chế biến đioxit nitơ lỏng với nước oxi thiết bị cao áp có P = 5.106N/m2 nhiệt độ 75oC Tách đioxit nitơ cách đốt nóng Q trình gọi tẩy trắng axit HNO3 đặc sản phầm Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Ứng Dụng Và Xu Hướng Phát Triển HNO3 V 5.1 - Ứng Dụng [1][5] Axit nitric sử dụng rộng rãi phân bón hóa học (như phân đạm nitrat amoni) - Axit nitric dùng để sản xuất thuốc nổ (nitroglycerin, trinitrotoluen (TNT) cyclotrimethylenetrinitramin (RDX)) Ước tính axit nitric tiêu thụ cho chất nổ khoảng 10,000 năm - Axit nitric sử dụng phịng thí nghiệm trường học để tiến hành thí nghiệm liên quan đến việc thử clorit Cho axit nitric tác dụng với mẫu thử, sau cho dung dịch bạc nitrat vào để tìm kết tủa trắng bạc clorua - Trong kỹ thuật ICP-MS ICP-AES, axit nitric (với nồng độ từ 0,5% đến 2,0%) sử dụng hợp chất để xác định dấu vết kim loại dung dịch Trong kỹ thuật cần phải dùng axit nitric cực tinh khiết số lượng ion kim loại nhỏ gây ảnh hưởng đến kết phân tích - Axit nitric dùng làm chất thử màu (colorometric test) để phân biệt heroin morphine - Trong công nghiệp thép: Axit nitric sử dụng công nghiệp thép để loại bỏ oxit bề mặt thép không gỉ, để làm sáng thép sau loại bỏ oxit từ thép không gỉ, hợp chất chống ăn mòn khác Lượng axit nitric sử dụng cho thép không gỉ khác nhau, tùy thuộc vào diện tích bề mặt đơn vị trọng lượng, nhiệt độ bề mặt xử lý, điều kiện tiền xử lý (ủ nhiệt độ cán) bậc thép không Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 gỉ Ước tính tùy thuộc lĩnh vực cơng nghiệp khác nhau, dao động từ khoảng 5-50 pound axit nitric tiêu thụ thép không gỉ sản xuất axit nitric sử dụng để gia cơng bề mặt niken hợp kim crom, dùng khắc kim loại xử lý kim loại chịu lửa zirconium Ước tính có khoảng 25-30.000 axit nitric sử dụng thị trường xử lý kim loại - Một số parafin nitrat (ví dụ nitromethane, nitroethane nitropropane) sử dụng làm dung môi cho loại nhựa xenlulo vinyl bề mặt phủ epoxy Nitromethane dùng làm chất ổn định dung mơi hợp chất hydrocarbon Người ta ước tính việc tiêu thụ hàng năm axit nitric để sản xuất nitroparaffin 30.000 năm - Toluene Diisocyanate (TDI) sản xuất từ toluene diamine có nguồn gốc từ dinitrotoluene, sản xuất phản ứng nitrat hóa toluene hỗn hợp axit nitric axit sunfuric TDI sử dụng sản xuất xốp polyurethane linh hoạt, chất đàn hồi chất phủ - Anilin nguyên liệu để sản xuất methylene diphenyl di- isocyanate (MDI) sử dụng chất kết dính mạnh công nghiệp Anilin điều chế công nghiệp qua bước từ benzen: Đầu tiên, benzen nitrat hoá hỗn hợp đậm đặc axit nitric axit sunfuric 50-60 °C, tạo nitrobenzen Ở bước thứ hai, nitrobenzen hiđro hố 600 °C với có mặt xúc tác niken cho anilin - Xenllulozo Nitrate sản phẩm đun nóng xenllulozo với hỗn hợp HNO3 H2SO4 đậm đặc, tùy theo điều kiện phản ứng mà một, hai hay ba nhóm -OH mắt xích C6H10O5 thay nhóm -ONO2 tạo thành este xenlulozo nitrat Hỗn hợp xenlulozo mononitrat (nitrocellulose) Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Xenlulozo đinitrat (nitrocotton) dùng để tạo màng mỏng chỗ da nhằm bảo vệ vết thương, dùng công nghệ cao phân tử (chế tạo nhựa xenluloit, sơn, phim ảnh ) Xenlulozo trinitrat thu (pyrolyxin) sản phẩm dễ cháy nổ mạnh, dùng làm chất nổ cho mìn, lựu đạn chế tạo thuốc súng khơng khói Người ta ước tính có khoảng 25,000 axit nitric năm tiêu thụ cho nitrocellulose công nghiệp (75% dùng làm lớp phủ bề mặt, 25% làm loại mực in) - Đối với Phân bón hỗn hợp: ước tính khoảng 40.000 axit nitric sử dụng để sản xuất phân bón hỗn hợp khác so với người dựa amoni nitrat - Axit nitric đậm đặc sử dụng Hoa Kỳ với ước tính năm khoảng 295,000 5.2 Phương Hướng Phát Triển - Sử dụng thiết bị có cơng suất cao - Về áp suất có khuynh hướng nâng áp suất từ áp suất thường đến áp suất cao - Tìm biện pháp thu hồi nhiệt có hiểu - Trong chế tạo HNO3 đậm đặc – chuyển dùng phương pháp chế tạo trực tiếp từ tổng hợp N2O4 - Ngồi cơng nghệ phổ biến trên, công nghệ trực tiếp tổng hợp nitơ – oxi khơng khí đầu tư nghiên cứu – công nghệ Plasma tổng hợp Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Tài Liệu Tham Khảo Gary R Maxwel - Synthetic Nitrogen Products - A Practical Guide to the Products and Processes PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền - Giáo Trình Chế Biến Khí Tự Nhiên Và Khí Đồng Hành - NXB Khoa Học Kĩ Thuật – 2002 TS Nguyễn Thị Diệu Vân – Kỹ Thuật Hóa Học Đại Cương – NXB Bách Khoa Hà Nội – 2011 Trần Thị Ngọc Bích – Bài Giảng Hóa Kỹ Thuật – ĐH Sư Phạm Đà Nẳng Nguyễn Hoa Toàn – Lê Thị Mai Hương – Công Nghệ Chế Tạo Hợp Chất Vô Cơ Của Nitơ (Công Nghiệp Đạm) – NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật – 2005 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) ... Xuất Axit Nitric Đặc Có thể nhận axit nitric đặc 96% hai cách: - Cơ đặc axit lỗng - Tổng hợp trực tiếp 4.2.1 Cơ Đặc Axit Lỗng Để thu axit HNO3 đặc (trên 68% HNO3) phải đặc axit lỗng có mặt axit. .. IV Sản Xuất Axit Nitric [1],[3],[5] IV.1 Sản Xuất Axit Nitric Loãng Để sản xuất axit HNO3 từ NH3 tùy theo áp suất hệ thống thiết bị mà ngưới ta chia hai loại công nghệ sản xuất axit nitric loãng:... Ngày tháng năm 2016 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page lOMoARcPSD|9242611 Mở Đầu Axit nitric axit có tầm quan trọng ngành cơng nghệ hóa học Axit nitric sản phẩm trung gian trình chế tạo số