34 CHỈÅNG V CÄNG NGHÃÛ SN XÚT AXIT NITRIC I. Khại niãûm chung: - Axit nitric åí nhiãût âäü thỉåìng l cháút lng khäng mu, bäúc khọi. - Tu thüc vo näưng âäü m axit nitric cọ nhiãût âäü säi v kãút tinh khạc nhau: dung dëch axit HNO 3 68.4% cọ nhiãût âäü säi cao nháút bàòng 121.9 o C. Âáy l âiãøm âàóng phê ca dung dëch. - Khi säi axit HNO 3 bë phán hu theo phn ỉïng: 4HNO 3 = 2H 2 O + 4NO 2 + O 2 NO 2 ho tan lải vo axit lm cho axit cọ mu vng hồûc â. - Axit HNO 3 l cháút oxy hoạ mảnh. Axit HNO 3 âáûm âàûc ho tan táút c cạc kim loải tảo thnh cạc oxyt (trỉì cạc kim loải q: Au, Pt, Rh, ) - Cạc oxyt kim loải cọ kh nàng tan trong axit HNO 3 tảo cạc múi nitrat. Riãng âäúi våïi Fe, Al, Cr khi tạc dủng våïi axit HNO 3 âáûm âàûc, ngüi cọ låïp oxyt bãưn vỉỵng tảo thnh trãn bãư màût chëu âỉåüc tạc dủng ca axit. - Cạc tãú bo âäüng, thỉûc váût bë axit HNO 3 phạ hu. Âäúi våïi håüp cháút hỉỵu cå mảch vng cọ nhán thç gäúc NO 2 thay thãú gäúc H. - Trong cäng nghiãûp cọ hai loải axit HNO 3 : long (50-60%); âáûm âàûc (96-98%) - Axit HNO 3 âỉåüc dng âãø sn xút phán âảm, thúc näø, cháút do, såüi täøng håüp, II. Cäng nghãû sn xút axit HNO 3 long: 1/ Ngun lê chung: Hiãûn nay trong cäng nghiãûp, ngỉåìi ta âiãưu chãú axit HNO 3 chè bàòng mäüt phỉång phạp duy nháút, âọ l oxy hoạ NH 3 . Qụa trçnh ny âỉåüc tiãún hnh theo hai giai âoản: - Oxy hoạ NH 3 thnh NO - Háúp thủ NO 2 âãø âiãưu chãú HNO 3 a/ Oxy hoạ amoniac thnh oxyt nitå: 4NH 3 + 5O 2 ⎯⎯⎯⎯⎯→⎯ −− CRhPt 0 850750( 4NO + 6H 2 O + Q Ngoi ra cn cọ phn ỉïng phủ tảo thnh N 2 : 4NH 3 + 3O 2 ⎯→⎯ 2N 2 + 6H 2 O + Q ÅÍ âáy ngỉåìi ta sỉí dủng häùn håüp NH 3 trong khäng khê cọ näưng âäü 10-11% (theo thãø têch), trong âiãưu kiãûn phn ỉïng nhỉ váûy hiãûu sút tảo thnh NO âảt âãún 96-98%. Häùn håüp khê tảo thnh gi l nitroza. Phn ỉïng oxy hoạ amoniac âỉåüc tiãún hnh trong thiãút bë tiãúp xục. Hiãûn nay, ngỉåìi ta sỉí dủng thiãút bë tiãúp xục l mäüt täø håüp gäưm ba thiãút bë (Hçnh 5.1.) • Trãn cng l thiãút bë lc catäng • Tiãúp âãún l thiãút bë oxy hoạ • Cúi l näưi håi thu häưi 35 - Họựn hồỹp khờ õi vaỡo thióỳt bở loỹc (1) qua mọỹt loaỷt caùc ngn loỹc, rọửi theo caùc cổớa trón truỷ dỏựn khờ (2) ồớ tỏm thióỳt bở vaỡ õi xuọỳng phỏửn thióỳt bở oxy hoaù. Taỷi õỏy, khờ õi qua lổồùi phỏn phọỳi (3) coù taùc duỷng phỏn phọỳi õóửu họựn hồỹp khờ õóứ õi xuọỳng lổồùi xuùc taùc (4). Phờa dổồùi lổồùi õỷt mọỹt lồùp voỡng kim loaỷi (5) daỡy 250mm õóứ nhỏỷn nhióỷt cuớa khờ, coù taùc duỷng nhổ mọỹt bọỹ tờch nhióỷt phoỡng khi thióỳt bở ngổỡng hoaỷt õọỹng trong mọỹt thồỡi gian ngừn seợ õọỳt loỡ laỷi õổồỹc dóự daỡng. Lồùp voỡng naỡy coỡn coù taùc duỷng giổợ laỷi caùc haỷt xuùc taùc Pt bay theo khờ, sau mọỹt thồỡi gian coù thóứ thu họửi laỷi õổồỹc. - Phỏửn thióỳt bi dổồùi lổồùi xuùc taùc laỡm vióỷc ồớ nhióỷt õọỹ cao. Do õoù, õổồỹc loùt mọỹt lồùp gaỷch chởu nhióỷt. b/ ióửu chóỳ axit HNO 3 : Giai õoaỷn naỡy gọửm hai quaù trỗnh: - Oxy hoaù tióỳp NO thaỡnh NO 2 : NO + O 2 NO 2 + Q - Hỏỳp thuỷ NO 2 bũng H 2 O õóứ taỷo thaỡnh HNO 3 : 3NO 2 (k) + H 2 O(l) 2HNO 3 (l) + NO(k) + Q Caớ hai phaớn ổùng trón õóửu toaớ nhióỷt vaỡ xaớy ra theo chióửu giaớm thóứ tờch. Do õoù, phaớn ổùng dởch chuyóứn theo chióửu thuỏỷn khi giaớm nhióỷt õọỹ vaỡ tng aùp suỏỳt. Tuyỡ theo aùp suỏỳt cuớa hóỷ thọỳng thióỳt bở maỡ ngổồỡi ta chia ra 3 loaỷi cọng nghóỷ saớn xuỏỳt axit HNO 3 loaợng: Hóỷ thọỳng laỡm vióỷc ồớ aùp suỏỳt thổồỡng: õióửu chóỳ HNO 3 50% (hióỷu suỏỳt chuyóứn hoaù NO 2 laỡ 92%) Hóỷ thọỳng laỡm vióỷc ồớ aùp suỏỳt cao (6-8 atm): õióửu chóỳ HNO 3 > 60% (hióỷu suỏỳt chuyóứn hoaù NO 2 laỡ 98%) Hóỷ thọỳng họựn hồỹp aùp suỏỳt thổồỡng õóỳn aùp suỏỳt cao 2/ Hóỷ thọỳng õióửu chóỳ axit HNO 3 ồớ aùp suỏỳt thổồỡng: (Hióỷn nay vỏựn coỡn sổớ duỷng rọỹng raợi) * Sồ õọử lổu trỗnh cọng nghóỷ õióửu chóỳ axit nitric ồớ aùp suỏỳt thổồỡng (Hỗnh 5.2.) - Khọng khờ õổồỹc õổa qua thióỳt bở laỡm saỷch khờ bũng nổồùc hay bũng xọ õa loaợng (1) õóứ khổớ khờ coù tờnh axit vaỡ qua thióỳt bở loỹc bũng daỷ (2) õóứ loaỷi taỷp chỏỳt cồ hoỹc. - Sau õoù khọng khờ õổồỹc quaỷt (3) õổa qua thióỳt bở loỹc catọng (4) cuỡng vồùi khờ NH 3 saỷch dổồùi daỷng họựn hồỹp khờ amoniac coù nọửng õọỹ 10-12% NH 3 . Tổỡ thióỳt bở loỹc (4) khờ õi vaỡo thióỳt bở tióỳp xuùc (5) õóứ oxy hoaù NH 3 thaỡnh NO. ra khoới (5) họựn hồỹp khờ nitroza coù nhióỷt õọỹ lón õóỳn 750-850 o C õổa qua nọửi hồi thu họửi (6) õóứ giaớm nhióỷt õọỹ, õọửng thồỡi tỏỷn duỷng nhióỷt thổỡa õóứ saớn xuỏỳt hồi quaù nhióỷt (coù aùp suỏỳt 40 atm vaỡ nhióỷt õọỹ 450 o C). - Sau õoù họựn hồỹp khờ coù nhióỷt õọỹ 160 o C õổa vaỡo hóỷ thọỳng thióỳt bở laỡm laỷnh kióứu ọỳng chuỡm (7) vaỡ (8) laỡm laỷnh bũng nổồùc. Nhióỷt õọỹ khờ giaớm xuọỳng coỡn 40 o C. Taỷi hai thióỳt bở naỡy, NO bở oxy hoaù thaỡnh NO 2 vaỡ trong thióỳt bở taỷo thaỡnh axit HNO 3 õổồỹc lỏỳy ra ồớ õaùy thaùp vồùi caùc nọửng õọỹ tổồng ổùng laỡ 2-3% ồớ thaùp (7) vaỡ 30% ồớ thaùp (8) (sồớ dộ ồớ thaùp (8) coù 36 nọửng õọỹ axit cao hồn ồớ thaùp (7) vỗ taỷi thaùp (8) sổỷ oxy hoaù NO thaỡnh NO 2 lồùn hồn vỗ nhióỷt õọỹ tọỳi ổu cho phaớn ổùng naỡy khoaớng 40 o C). - Tổỡ thaùp (8) ra khờ õổồỹc quaỷt (9) õổa vaỡo hóỷ thọỳng saùu thaùp hỏỳp thuỷ tổỡ (10) õóỳn (15) kióứu thaùp õóỷm, õổồỹc tổồùi bũng axit nitric vồùi caùc nọửng õọỹ thờch hồỹp. Taỷi caùc thaùp vổỡa xaớy ra phaớn ổùng hỏỳp thuỷ NO 2 vổỡa xaớy ra phaớn ổùng oxy hoaù NO vổỡa õổồỹc taỷo thaỡnh. Axit cuớa thaùp sau coù nọửng õọỹ hỏỳp hồn õổồỹc chuyóứn dỏửn lón thaùp trổồùc õóứ taỷo thaỡnh axit coù nọửng õọỹ cao hồn. Axit thaỡnh phỏứm õổồỹc lỏỳy ra ồớ thaùp hỏỳp thuỷ (11) chổù khọng lỏỳy ra ồớ thaùp (10) vỗ thaùp naỡy õổồỹc sổớ duỷng nhổ mọỹt thióỳt bở chuyóứn hoaù tióỳp tuỷc NO thaỡnh NO 2 . Caùc axit tuỏửn hoaỡn õóửu õổồỹc laỡm laỷnh trổồùc khi bồm trồớ laỷi thaùp hỏỳp thuỷ. - Ra khoới thaùp (15) họựn hồỹp khờ coỡn khoaớng 0.6-0.8% oxyt nitồ. Khờ õổồỹc õổa vaỡo thaùp hỏỳp thuỷ xọ õa (16), (17) õóứ thu họửi caùc oxyt nitồ dổồùi daỷng caùc muọỳi Na 2 NO 3 vaỡ NaNO 2 theo phaớn ổùng: Na 2 CO 3 + NO 2 + NO = 2NaNO 2 + CO 2 Na 2 CO 3 + 2NO 2 = NaNO 2 + NaNO 3 + CO 2 Dung dởch NaCO 3 vồùi nọửng õọỹ 200-250 g/l õổồỹc õổa vaỡo thaùp (17) vaỡ saớn phỏứm õổồỹc lỏỳy ra ồớ thaùp (16). - ọỳi vồùi quaù trỗnh hỏỳp thuỷ bũng kióửm, thỗ quaù trỗnh hỏỳp thuỷ seợ tọỳi ổu nóỳu nọửng õọỹ NO 2 vaỡ NO trong họựn hồỹp khờ bũng nhau. Do õoù, phia sdổồùi caùc thaùp hỏỳp thuỷ bũng kióửm ngổồỡi ta thổồỡng bọỳ trờ thaùp oxy hoaù (18) khọng tổồùi dung dởch hỏỳp thuỷ. Taỷi õỏy, seợ xaớy ra phaớn ổùng oxy hoaù NO thaỡnh NO 2 laỡm cho tyớ lóỷ hai khờ naỡy bũng õồn vở. - Khờ ra khoới thaùp (17) chố coỡn 0.1% oxyt nitồ. Dung dởch nitrit-nitrat õổồỹc duỡng õóứ õióửu chóỳ NaNO 3 .