CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC

GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC MỤC LỤC I TÍNH CHẤT HOÁ LÝ I.1 CÔNG THỨC CẤU TẠO…………………… ……………………… I.2 TÍNH CHẤT VẬT LÝ HNO3………………………………………… I.3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC HNO3 …………………………………………2 II ỨNG DỤNG……………………………………………………………………….5 III NGUYÊN LIỆU………………………………………………………………….5 IV CƠ SỞ HOÁ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ SẢN SUẤT………………………… II.1 CƠ SỞ HOÁ LÝ………………………………………………………… II.2 CÔNG NGHỆ SẢN SUẤT……………………………………………….12 V PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN……………………………………………20 Page of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC I TÍNH CHẤT HOÁ LÝ I.1 Công thức cấu tạo Cấu tạo phân tử: I.2 Tính chất vật lý axit HNO3 Axit nitric axit vô quan trọng Nó chất axit mạnh ăn mòn dễ gây cháy Axit nitric khan là chất lỏng không màu, có tỉ trọng d=1,52g/cm 3, bốc khói ngoài không khí Axit HNO3 đóng băng ở nhiệt độ t = -410C và sôi ở t = 860C Khi sôi kèm theo hiện tượng phân hủy từng phần theo phương trình: t HNO3   → H O + NO2 + O2 − 259,7 kJ Đioxit nitơ tách sẽ hòa tan axit, làm axit chuyển màu vàng hoặc màu đỏ (phụ thuộc vào lượng NO2) HNO3 có thể trộn lẫn với nước theo bất kì tỉ lệ nào Khi pha loãng HNO bằng nước có hiện tượng tỏa nhiệt, đó là sự tạo thành monohyđrat (HNO 3.H2O) và dihyđrat (HNO3.2H2O) Dung dịch chứa 86% HNO3 được gọi là axit nitric bốc khói Axít nitric bốc khói có đặc trưng : Page of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Axít nitric bốc khói trắng.( axit bốc khói trắng có tối đa 2% nước tối đa 0,5% tan NO2) Axit nitric bốc khói đỏ, tùy thuộc vào số lượng điôxít nitơ diện chứa lượng đáng kể nitrogen đioxit hòa tan (NO ) để lại giải pháp với màu nâu đỏ.(chứa 17% NO2) Khi cô đặc HNO3 loãng nồng độ đạt 68,4% HNO 3, tương ứng với điểm đồng sôi có t s0 = 121,90C I.3 Tính chất hóa học axit HNO3 I.3.1 Tính axit Axit nitric acid mạnh nhất, dung dịch loãng phân li hoàn toàn thành ion H + ion NO3− HNO3 → H+ + NO3Làm đổi màu quỳ tím thành đỏ Tác dụng với bazơ tạo thành muối nước Ba(OH ) + HNO3 → Ba( NO3 ) + H 2O Tác dụng với oxit bazơ CuO + HNO3 →Cu ( NO3 ) + H 2O Tác dụng với muối acid yếu CaCO3 + HNO3 → Ca ( NO3 ) + CO2 + H O I.3.2 Tính oxy hóa Page of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC HNO3 chất oxy hóa mạnh, oxy hóa hầu hết kim loại trừ 1số kim loại Pt, Rh, Ir, Au Với acid thông thường tác dụng với kim loại giải phóng hyđro, axit nitric tác dụng với kim loại có tính khử mạnh Mg, Al, Zn, …, +5 +1 H N O3 loãng bị khử đến N 2O , N2 , −3 N H NO3 Axit nitric tác dụng với kim loại yếu, trung bình tạo khí NO: +5 +2 +2 Cu + 8H N O3(loãng ) → Cu ( NO3 ) + N O ↑ + H O Tác dụng với kim loại mạnh tạo khí N2, N2O, dung dịch NH4NO3: +5 +3 +1 Al + 30 H N O3(loãng ) → Al ( NO3 ) + N O ↑ + 15 H 2O +5 +2 −3 Zn+ 10 H N O3(loãng ) → Zn( NO3 ) + N H NO3 + 3H O +5 +2 Mg + 12 H N O3(loãng ) → Mg ( NO3 ) + N ↑ +6 H 2O *HNO3 đặc (nitơ có số ôxy hóa +5): +4 Axit nitric đậm đặc thường bị khử tạo khí màu nâu N O +5 +1 +4 Ag + H N O3( đ ) → Ag NO3 + N O2 ↑ + H 2O Axit nitric đặc nóng tác dụng với Al, Fe, Cr khác với axit nitric đặc nguội thụ động với Al, Fe, Cr cho kim loại tác dụng với HNO3 đặc nguội tạo lớp màng oxit bên bền, ngăn không cho axit tác dụng vào bên Page of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Ngoài axit HNO3 đặc nóng oxy hóa phi kim C, S, P Axit HNO3 đặc (đặc biệt thêm 10% H 2SO4 vào) phải vận chuyển két thép không rỉ Tác dụng với hợp chất : HNO3 đặc oxy hoá nhiều hợp chất vô hữu Vải, giấy, mùn cưa, dầu thông bị phá huỷ bốc cháy tiếp xúc với HNO3 đặc II ỨNG DỤNG 75% axit nitric sản phẩm sử dụng làm phân bón, dạng nồng độ 50-65% Dùng phân huỷ quặng photphat chế tạo nitrophotphat Một phần dùng để chế tạo hợp chất nitro cacbua thơm (nitro-aromatics) nitroalkan Dùng công nghiệp thuốc nổ Dùng chế tạo axit adipic – hợp chất trung gian sản xuất nylon ( trường hợp dùng axit đặc) III NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu trình là: không khí, NH3 Các nguyên liệu phải làm trước đưa vào trình Để tránh tạp chất có hại xúc tác như: bụi, dầu nguyên tố hợp chất As, Bi, P, S, Si, Sn Các nguyên tố gây ngộ độc xúc tác IV CƠ SỞ HOÁ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT IV.1 CƠ SỞ HOÁ LÝ IV.1.1 Cơ sở sản xuất HNO3 Quá trình điều chế HNO3 loãng từ NH3 dựa vào phản ứng: Page of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC - Oxy hóa NH3 đến NO: 4NH3 + 5O2 ↔4 NO+6H2O+Q - Oxy hóa NO đến NO2 2NO + NO ↔ NO2 - Hấp thụ NO2 nước: 3NO2 + H2O ↔ 2HNO3 + NO IV.1.2 Oxy hóa tiếp xúc NH3 Là trình thuận nghịch tỏa nhiệt, phụ thuộc vào tỉ lệ NH3 O2 Một số phản ứng xảy ra: 4NH3 + 5O2 ↔ 4NO + 6H2O + 907.3kJ 4NH3 + 4O2 ↔ 2N2O + H2O + 1104,9kJ 4NH3 + 3O2 ↔ 2N2 + 6H2O + 1269,1kJ 4NH3 + 6NO ↔ 5N2 + 6H2O + 1810 kJ a) Nhiệt độ Quá trình oxy hóa tiến hành nhiệt độ cao.Tuy nhiên với nhiệt độ cao (cao 900 C) dẫn đén tạo thành Nitơ nguyên tố b) Các chất xúc tác Page of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Một số chất xúc tác chọn lọc làm tăng nhanh trình ôxy hoá NH thành NO ; Pt hợp kim với kim loại nhóm Pt, ôxít sắt,mangan,coban Trong Pt cỏ đặc tỉnh tốt nên dùng nhà máy sản xuất HNO3 từ NH3 Những chất xúc tác Pt dùng dạng viên có kích thước 5x4mm, hoạt tính thấp ngưng lại rẻ dùng rộng rãi giai đoạn thứ hai oxy hoá NH3 Xúc tác Pt dùng dạng lưới đan sợi có đường kính 0,06 →0,09mm, lưới xúc tác có 1024 ô 1cm2 Một số hợp kim thưởng sử dụng: Pt-Pd (5-10%), Pt+4% Pd +3%Rh Tốc độ chung trình ôxy hoá phụ thuộc cấu tạo thiết bị cấu tạo công nghệ, xác định việc khuếch tán NH từ trung tâm dòng khí đến bề mặt Pt, khuấy trộn định tác dụng NH3 với ôxy háp thụ bề mặt Pt Phương trình xác định cường độ chất xúc tác: Trong đó: G - cường độ xúc tác kg.mol/m2.s.Pa D - hệ số khuếch tán NH3 không khí m2/s R - số khí lí tưởng T - nhiệt độ bề mặt xúc tác K l - Chiều dài trung bình quảng đường phân tử mao quản xúc tác , m(mét) Page of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Các chất xúc tác Pt nhạy với chất độc lẫn nguyên liệu hỗn hợp Những hợp chất chứa S gây ngộ độc thuận nghịch cho trình xúc tác Lưu ý : bề mặt chất xuc tác không để rơi rớt nhửng hạt bụi,muối, mở bôi máy nén.Do không khí va NH3 phải làm cẩn thận trước đưa vào thiết bị tiếp xúc Trong điều kiên làm việc trình oxy hoá NH chất xú tác NH3 dần trở nên tơi Nó bị độ bền vững ban đầu hạt nhỏ bị dòng khí Khi tăng nhiệt độ tổn thât chất xúc tác tăng lên c) Thời gian Qúa trình oxy hoá NH3 đến NO xúc tác Pt xẩy với tốc độ lớn Tuy nhiên thời gian tiếp xúc tăng lên đáng kể suất NO giảm xướng rõ rệt phản ứng phụ có hại VD: 4NH3+6NO ↔ 5N2 + H2O Thời gi an tối ưu để tiến hành tiếp xúc từ 0.0001- 0.0002 giây Để đảm báo hiệu tiếp xúc hỗn hợp không khí- NH với bề mặt chất xúc tác khoảng thời gian xác định Trong thiết bị tiếp xúc đặt nhiều lưới thành chồng, hỗn hợp khí qua tất lưới Đối với thiết bị làm việc áp suất khí quyển, thông thường ghép 3-4 lưới,dưới áp xuất cao ghép 15-20 lưới d) Tỉ lệ O2/NH3 Page of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Theo phương trình hoá học để oxi hoá NH cần có hỗn hợp không khí- Amiac với thành phần 1,25mol O2 mol NH3 Để tăng hiệu suất NO tăng tốc độ phản ứng oxy hoá NH3, thực tế lấy tỷ lệ O2/NH3 1,7-2/0,1 Tỷ lệ tương ứng với nồng độ NH3 hỗn hợp không khí- amiac 10-12% Oxy cần thiết oxy hoá NH3 mà cần để sau tiếp tục oxy hoá NO thành NO2 Việc nâng nhiệt độ đến giới hạn định ảnh hưởng tốt đến trình Biểu đồ phụ thuộc hiệu suất NO vào nhiệt độ xúc tác Pt Khi dùng xúc tác Pt-Rh thiết bị làm việc áp suất khí quyển, nhiệt độ khí cần phải giữ khoảng 700-8000C, áp suất cao nhiệt độ 800-9000C Hỗn hợp NH3- không khí nồng độ NH3 hỗn hợp trở nên dễ nổ Biên giới vùng nổ hỗn hợp không khí NH3 rộng tăng nhiệt độ Vùng nổ hẹp lại không khí có mặt nước Trong điệu kiên sản xuất người ta phải làm việc với hỗn hợp nằm giới hạn nổ IV.1.3 Oxy hoá oxit nitơ thành đioxit nitơ Đây giai đoạn thứ hai trình sản xuất axit HNO3 2NO + O2 ↔ 2NO2 + 112,3 kJ Page of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Dưới 1500C phản ứng thực tế xảy hoàn toàn phía thu NO2 Đây phản ứng toả nhiệt Do để tăng hiệu suất thu NO2 ta cần giảm t0 tăng P Ở nhiệt độ cao 150 0C, cân chuyển dịch phía trái t > 800 0C phản ứng oxy hoá NO thành NO2 thúc tế không xảy Đối với đa số phản ứng, tăng nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng phản ứng oxi hoá NO thành NO không tuân theo định luật chung này, tốc độ phản ứng giảm xuống nhiệt độ tăng Để giải thích tượng có nhiều giả thiết Một số là: oxi hoá NO thành NO tiến hành qua hình thành sản phẩm trung gian – đimera oxit nitơ: 2NO ↔ (NO)2 + Q O2 + (NO)2 ↔ NO2 + Q Sự tạo thành đimera oxit nitơ trình thuận nghịch toả nhiệt Do tăng nhiệt độ làm cho cân phản ứng chuyển phía trái Lúc số cân giảm xuống nồng độ cân đimera hỗn hợp khí giảm xuống Tốc độ giai đoạn oxy hoá tiếp tục đimera thành đioxit: Sẽ phụ thuộc vào nồng độ đimera Như vậy, giảm tốc độ oxi hoá oxit nitơ thành đioxit giải thích tăng nhiệt độ làm giảm rõ rệt nồng độ đimera Trong thiết bị làm việc áp suất thường người ta oxi hoá độ 92% oxit nitơ, phần NO lại ( với phần NO 2) hấp thụ kiềm, để oxi hoà phần lại phải nhiều thời gian thể tích thiết bị cần phải lớn Page 10 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Đioxit nitơ kết hợp với tạo thành đimera theo phương trình: 2NO2 ↔ N2O4 + 57kJ Tốc độ phản ứng lớn tỉ lệ NO 2/N2O4 thực tế xác định điều kiện cân Ở 0oC mức độ kết hợp cân NO2 đạt 71% Đioxit nitơ tác dụng với oxit nitơ tạo thành oxit plutor theo phản ứng: NO + NO2 ↔N2O3 + 40,2 kJ Phản úng phản ứng trên, cân thiết lập nhanh chóng Trong điều kiện thực tế, hỗn hợp nitroz hàm lượng N2O3 không đáng kể Do kết phản ứng oxi hoá kết hợp oxit tạo thành hỗn hợp nitroz N2 O2 chứa NO2, NO, N2O3, N2O4, N2O H2O Tỉ lệ nồng độ oxit nitơ thay đổi lớn phụ thuộc vào điều kiện Tuy nhiên trình hấp thụ nước áp suất thường cấu tử NO2 IV.1.4 Hấp thụ đioxit nitơ nước Đây giai đoạn cuối dây chuyền sản xuất HNO3 Đioxit nitơ đimer tác dụng với nước theo phương trình: 2NO2 + H2O ↔ HNO3 + HNO2 + 116,0kJ N2O4 + H2O ↔ HNO3 + HNO2 + 59,0kJ Axit nitrơ không bền vững phân huỷ theo phương trình: 3HNO2 ↔ HNO3 + 2NO + H2O – 75,8kJ Vậy phương trình tổng quát hấp thụ đioxit nitơ là: 3NO2 + H2O ↔ 2HNO3 + NO +136kJ Trioxit nitơ tác dụng với nươc tạo HNO axit bị phân huỷ theo phản ứng Page 11 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Các oxit NO, N2O thực tế không tan với nước Hấp thụ NO2 nước trình hấp thụ hoá học, chuyển khối hệ khí – lỏng Phụ thuộc vào điều kiện phản ưng xác đinh tốc đọ chung trình Sự khuếch tán thường giới hạn giai đoạn cuối trình hấp thụ, nồng độ NO2 pha khí nhỏ Giảm nhiệt độ tăng áp suất có ảnh hưởng dương tới trình hấp thụ đioxit nitơ nước Khi chế biến khí nitroz điều kiện áp suất thường, hỗn hợp khí – amiăc (1012% NH3) nhiệt độ thường nhận axit loãng chứa 47÷50% HNO3 Nếu hạ nhiệt độ xuống thấp chuyển cân phía tạo axit HNO đậm đặc hơn, nhiên điều cho kết không đáng kể tốc độ phản ứng NO nước giảm xuống Tăng áp suất đến 106 N/m2 cho phép nhận axit HNO3 60-62% IV.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT Axit nitric hợp chất chế tạo sớm nhất, đại thể quy mô công nghiệp trải qua phương pháp: - Axít hoá natri nitrat axít sunfuric (trước năm 1920) - Trực tiếp tổng hợp từ nitơ oxi (bát đầu từ năm 1902) - Cuối phương pháp oxi hoá NH3 xuất Đức từ 1908 →Cho tới phương pháp trở thành phương pháp để chế tạo HNO quy mô công nghiệp Trong thương trường có loại: Page 12 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC - Axit loãng có nồng độ khoảng 42%÷65% - Axít đậm đặc khoảng 96,0%÷98,5% Có thể chế tạo trực tiếp axít loãng,sau cô đặc; trực tiếp chế tạo axít đặc Trong thuyết trình ngày hôm tìm hiểu sâu vào phương pháp oxi hoá NH3 IV.2.1 SẢN SUẤT AXIT NITRIC LOÃNG Để sản suất axít nitric loãng từ NH3 người ta ứng dụng sơ đồ sau: - Làm việc áp suất thường - Làm việc áp suất cao - Tổ hợp oxi hoá NH3 thành NO tiến hành áp xuất 3.105÷4.105 N/m2, oxi hoá NO thành NO hấp thụ NO2 nước tiến hành cao 8.105÷ 12.105 IV.2.1.1 sơ đồ công nghệ sản xuất HNO3 áp xuất thường *Sơ đồ thiết bị sản xuất HNO3 loãng áp xuất thường: Page 13 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC *Giải thích sơ đồ: Không khí vào thiết bị qua ống khói (1) đặt địa phận nhà máy Để làm khí khỏi tạp chất học hoá học người ta đặt thiết bị kiểu lưới (2) lọc caton (4) NH3 làm khỏi tạp chất họcvà mỡ thiết bị lọc sợi (3) lọc caton (5) Nạp không khí,NH3 oxy bổ sung quạt hút (6) với tính toán cho hỗn hợp khí chứa 10÷ 12% NH3 Sau hỗn hợp khí qua lọc xốp (7) Trong thiết bị hỗn hợp hkí làm cách lọc qua ống làm gốm xốp, sau vào thiết bị tiếp xúc (8) ( giũa đặt lưới palatin-rođi) Mức oxi hoá NH3 đến oxyt nitơ đạt khoảng 97÷98% Nhiệt độ khí nitroz cữa thiết bị tiếp xúc (8) đạt 800 0C Trong nồi tận dụng nhiệt (9) nhiệt độ khí 250 0C Sau khí làm lạnh nước trông thiết bị trao đổi nhiệt (10), (11) đến 30 0C.khi xảy ngưng tụ phần nước oxy hoá oxyt nitơ Mực độ oxy hoá thiết bị trao đổi nhiệt (10) không đáng kể Vì thu axít chứa độ 3% HNO3 Trong thiết bị trao đổi nhiệt (11) thu axít 25% HNO3 Qua van thuỷ lực (12), nhờ thiết bị thổi khí (13) nitroz vào tháp hấp thụ (14), tháp hấp thụ nạp đầy lớp đệm chịu axít Phía tháp trang bị phận làm lạnh (15) để làm lạnh axít chảy trang bị bơm (16) để hồi lưu axít.số lượng tháp hấp thụ thường 6÷8 Nước để hấp thụ NO2 đưa vào tháp hấp thụ cuối cùng, ngược đường khí Axít tạo thành qua ngược chiều dòng khí qua tất tháp khỏi hệ thống tháp hấp thụ Sản phẩm HNO 50%.Trong tháp hập thụ hấp thụ khoảng 92% oxyt nitơ đưa vào Sau tháp hấp thụ axít thiệt lập tháp oxi hoá (17) để oxy hoá NO thành NO Sau khí nitroz tháp hấp thụ tưới dung dịch xoda (18) Trong tháp hấp thụ kiềm hấp thụ đồng thời đioxyt nitô hỗn hợp NO + NO→ N2O3 Khi loại trừ việ tách NO vào pha khí xảy phản ứng hấp thụ nước: NO + NO2 + Na2CO3→ 2NaNO2 + CO2 2NO2 + Na2CO3 →NaNO3 + NaNO3+CO2 Page 14 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Các dung dịch nitrat,nitrua đưa từ tháp hấp thụ kiềm (18) để tiếp tục chế biến Trong số nhà máy không dùng dung dịch sođa để tưới mà dùng sữa vôi, lúc nhận nitrat nitrua nitrua canxi Tất tháp đệm làm việc theo chế độ khuấy trộn dọc pha khí pha lỏng Vì chúng áp dụng mô hình đẩy lý tưởng IV.2.1.2 Sơ đồ sản xuất axít nitric áp xuất cao(7,4.105 N/m2) *Sơ đồ sau: *Giải thích sơ đồ: Page 15 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Không khí qua ống hút khói (1) vào thiết bị làm (2) vào máy nén (3) truyền động tua bin khí (4) Máy nén (3) nén khí đến P=7,4.105 N/m2, sấy nóng khí đến 135 0C,sau đưa vào thiết bị sấy nóng không khí (5), nhiệt độ nâng lên 250 0C nhờ nhiệt khí nitroz từ thiết bị oxi hoá Trong thiết bị trộn lẫn (7) không hkí trộn lẫn với NH 3, NH3 từ thiết bị (6) , tổ hợp chuẩn bị NH3 gồm thiết bị hoá hơi, lọc đốt nóng Từ thiết bị trộn lẫn (7) hỗn hợp NH 3- không khí vào thiết bị tiếp xúc (8) Nhiệt độ thiết bị 800 ÷ 900oC NH3 oxy hoá lưới xúc tác pt, nitroz chứa 9,0÷9,6% NO đưa vào nồi tận dụng nhiệt (9) Sau khí vào thiết bị oxy hoá (10) Phần thiết bị đặt phận lọc để lọc pt (bông thuỷ tinh) Sau khí nitroz qua loạt thiết bị tận dụng nhiệt để làm lạnh Khí nitroz từ (10) vào (5) để sấy nóng không khí, làm lạnh đến 210÷230 0C; khí nitroz vào thiết bị đun nóng (13), nitroz cho nhiết để làm lạnh từ 150÷160 0C Tiếp theoo khí nitroz qua thiết bị làm lạnh ngưng tụ (12) có nhiệt độ từ 40÷50 C Khí nitroz làm lạnh đưa vào phần tháp hấp thụ (11) Tháp hấp thụ có đường kính m , chiều cao 46 m có 49 đĩa Trên đĩa đặt vòng xoắn bên nước hồi lưu để dẫn nhiệt đĩa nước ngưng làm lạnh chảy gặp khí nitroz, hấp thụ oxyt nitơ tạo thành axít ntric Axít HNO3 nhận tự chảy vào tháp thổi, không khí nóng thổi oxyt nitơ hoà tan lẫn đĩa thứ tháp hấp thụ Khí đuổi (thải) khỏi tháp hấp thụ, qua thiết bị đun nóng khí (13) vào thiết bị làm xúc tác (15) Hàm lượng oxyt nitơ khí tháp hấp thụ 0,05÷0,1% thể tích Các khí đuổi có nhiệt độ từ 110÷120 0C vào buồng đốt (14), chúng đốt nóng đến 380÷4800C cách trộn lẫn với khí lò nóng (khí lò nhận khí đốt cháy tự nhiên qua không khí) Hỗn hợp khí tiếp xúc đưa vào thiết bị làm (15) Trong thiết bị làm có lớp xúc tác, tiến hành đốt cháy khí có chứa hidro khử oxyt nitơ đến nitơ nguyên tố Nhiệt độ khỉ cữa thiết bị đạt 700÷7100C Page 16 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Khí làm qua lọc để lọc lại xúc tác vụn vào tua bin (4 ), áp xuất hạ xuống 1,07.105 N/m2, biến nhiệt lượng thành chuyền cho van tua bin làm quay roto máy nén khí Khí thải tiếp tục vào nồi tận dụng nhiêt (16) vào ống khỏi xả (17)  Những ưu việt sơ đồ áp suất cao so với sơ đồ áp suất thấp là: huyển oxyt nitơ thành axít nitric 98÷99% Nồng độ axít nhận 60÷62% Không cần sử dụng tháp hập thụ kiềm Thể tích tháp đệm nhỏ tháp hấp thụ 10 lần hệ làm việc áp xuất thường Giảm chi phí xây dựng thiết bị, giảm tiêutốn thép đặc biệt để chế tạo thiết bị Giảm nhân công Tuy nhiên phương pháp áp suất cao lại tăng sư mát chất xúc tác Tăng tiêu tốn lương lượng để nén áp suất Nhưng lý hạn chế tính ứng dụng phương pháp Gần đưa phương án sử dụng rộng, oxyt hoá NH3 tiến hành áp suất thấp (đến 4.105 N/m2) so cới oxyt hoá nitơ (đến 12.105 N/m2) II.3 Phương pháp sản xuất HNO3 đặc II.3.1 Phương pháp cô đặc HNO3 loãng Page 17 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Từ giản đồ sôi ta ta thấy nhiệt độ sôi tối đa 121,9 oC đạt hàm lượng NH3 68,4%.tại thời điểm này,thành phần giống thành phần chất lỏng Để thu axit nitric đặc (trên 68%)người ta phải cô đặc axit loãng có mặt xúc tác axit H2SO4 đặc axit H2SO4 đặc đóng vai trò hút nước Nguyên tắc: cô đặc Axit loãng có mặt acid H2SO4 đặc đóng vai trò hút nước Tiến hành:Chưng cất axit HNO3 loãng với H2SO4 đặc tiến hành tháp đệm hay tháp vòng đệm.vật liệu để chế tạo tháp gang chịu axit chứa 14÷18%silic.bền nâng cao nhiệt độ theo tỉ lệ axit HNO3 H2SO4 Nguyên lý hoạt động sản xuất: Page 18 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Đầu tiên Axit sunfuric vào đĩa phía tháp.axit nitric 50%vào tháp phía cách vài đĩa.một phần khác HNO loãng vào tháp qua thiết bị hóa axit loãng Đốt nóng trình hóa nhiệt (180÷200OC) nhiệt đưa vào tháp phái Hơi axit HNO3 chứa lượng nước không đáng kể oxit nitơ tạo thành phân hủy axit nitric khỏi tháp vào thiết bị ngưng tụ.ở axit HNO3 ngưng tụ lại,còn khí nitroz tiếp tục vào thiết bị hút bụi Một phần oxit nitơ hòa tan axit nitric.thiết bị ngưng axit vào đĩa tháp.ở tiến hành thồi khí đưa vào thiết bị làm lạnh thu sản phẩm HNO3 đặc Axit sunfuric loãng (70%)chảy từ phần cảu tháp vào thiết bị cô bay Page 19 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Hồi lưu lại H2SO4 sử dụng phải tiên tốn lượng lớn,tổn thất lượng H2SO4 không thu hồi thiết bị ăn mòn nhiều IV.3.2 Phương pháp tổng hợp trực tiếp axit nitric đặc * Nguyên tắc: dựa sở tổng hợp HNO3 đậm đặc từ N2O4lỏng với nước O2 tiến hành thiết bị cao áp 75 0C áp suất 5.106 N/m2, với lượng đủ đioxit nitơ lỏng N2O4(lỏng) + 2H2O(lỏng) + O2(khí) ↔ 4HNO3(lỏng) + 7,8KJ * Phương pháp tiến hành: Hỗn hợp N2O4 + H2O + O2 cho vào thiết bị cao áp * Giai đoạn sản xuất - Nhận khí Nitroz phương pháp Oxy hóa tiếp xúc NH3 - Tách nước dư khỏi khí Nitroz - Oxy hóa NO thành NO2 khí Nitroz.Trước hết oxy không khí dư khỏi hệ,sau Oxy hóa nốt lựơng dư NO Acid HNO3 đặc - Làm lạnh khí Nitroz Axit HNO3 đặc đến nhiệt độ khoảng -100C - Hấp thụ Dioxit Nitơ từ Nitroleum cách nung nóng - Ngưng tụ Dioxit Nitơ bắng cách làm lạnh - Chế biến Dioxit Nitơ lỏng với nước Oxy thiết bị cao áp có p= 5.10 N/m2 nhiệt độ t=750C - Tách Dioxit Nito dư cách đốt nóng Quá trình gọi tẩy trắng HNO3 đặc sản phẩm V KHUYNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP AXITNITRIC Hiện công nghệ chế tạo axit phát triển theo khuynh hướng sau: Áp suất có khuynh hướng từ áp suất thấp lên áp suất cao Page 20 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Về quy mô dây truyền tăng dần – mức 2000 HNO3/ngày Tìm biện pháp thu hồi nhiệt cách hiệu Trong chế táo axit nitric đậm đặc-chuyển dùng phương pháp chế tạo trực trực tiếp từ tổng hợp N204 Điều khiển tự động trình sản xuất Ngoài công nghệ phổ biến trên, công nghệ trực tiếp tổng hợp nitơ-oxy không khí đầu tư nghiên cứu- ứng dụng công nghệ plasma tổng hợp Page 21 of 21 [...]... IV.2.1 SẢN SUẤT AXIT NITRIC LOÃNG Để sản suất axít nitric loãng từ NH3 người ta ứng dụng sơ đồ sau: - Làm việc dưới áp suất thường - Làm việc dưới áp suất cao - Tổ hợp trong đó oxi hoá NH3 thành NO tiến hành dưới áp xuất 3.105÷4.105 N/m2, còn oxi hoá NO thành NO 2 và hấp thụ NO2 bằng nước tiến hành dưới cao 8.105÷ 12.105 IV.2.1.1 sơ đồ công nghệ sản xuất HNO3 dưới áp xuất thường *Sơ đồ thiết bị sản xuất. .. Phương pháp sản xuất HNO3 đặc II.3.1 Phương pháp cô đặc HNO3 loãng Page 17 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Từ giản đồ sôi ta ta thấy nhiệt độ sôi tối đa 121,9 oC đạt được khi hàm lượng NH3 là 68,4%.tại thời điểm này,thành phần hơi giống thành phần chất lỏng Để thu được axit nitric đặc hơn (trên 68%)người ta phải cô đặc axit loãng khi có mặt xúc tác là axit H2SO4 đặc axit H2SO4... đặc Axit loãng có mặt acid H2SO4 đặc đóng vai trò hút nước Tiến hành:Chưng cất axit HNO3 loãng với H2SO4 đặc được tiến hành trong những tháp đệm hay trong những tháp vòng đệm.vật liệu để chế tạo tháp là gang chịu axit chứa 14÷18%silic.bền khi nâng cao nhiệt độ theo tỉ lệ axit HNO3 và H2SO4 Nguyên lý hoạt động sản xuất: Page 18 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Đầu tiên Axit. .. hút bụi Một phần các oxit nitơ sẽ hòa tan trong axit nitric. thiết bị ngưng axit sẽ đi vào những đĩa trên cùng của tháp.ở đó tiến hành thồi khí rồi đưa vào thiết bị làm lạnh và thu được sản phẩm HNO3 đặc Axit sunfuric loãng (70%)chảy ra từ phần dưới cảu tháp và đi vào thiết bị cô bay hơi Page 19 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Hồi lưu lại H2SO4 đã sử dụng phải tiên tốn... làm việc theo chế độ khuấy trộn dọc pha khí và pha lỏng Vì vậy đối với chúng có thể áp dụng mô hình đẩy lý tưởng IV.2.1.2 Sơ đồ sản xuất axít nitric dưới áp xuất cao(7,4.105 N/m2) *Sơ đồ như sau: *Giải thích sơ đồ: Page 15 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC Không khí qua ống hút khói (1) vào thiết bị làm sạch (2) vào máy nén (3) được truyền động bởi tua bin khí (4) Máy nén... chỉ nhận được axit loãng chứa 47÷50% HNO3 Nếu hạ nhiệt độ xuống thấp có thể chuyển cân bằng về phía tạo ra axit HNO 3 đậm đặc hơn, tuy nhiên điều đó chỉ cho kết quả không đáng kể vì tốc độ phản ứng giữa NO 2 và nước giảm xuống Tăng áp suất đến 106 N/m2 cho phép nhận được axit HNO3 60-62% IV.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT Axit nitric là một trong những hợp chất được chế tạo sớm nhất, đại thể quy mô công nghiệp... tiếp tổng hợp từ nitơ và oxi (bát đầu từ năm 1902) - Cuối cùng là phương pháp oxi hoá NH3 xuất hiện ở Đức từ 1908 →Cho tới nay phương pháp trở thành phương pháp chính để chế tạo HNO 3 trong quy mô công nghiệp Trong thương trường có 2 loại: Page 12 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC - Axit loãng có nồng độ khoảng 42%÷65% - Axít đậm đặc khoảng 96,0%÷98,5% Có thể chế tạo trực... NGHIỆP AXITNITRIC Hiện nay công nghệ chế tạo axit phát triển theo những khuynh hướng sau: 1 Áp suất có khuynh hướng từ áp suất thấp lên áp suất cao Page 20 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC 2 Về quy mô của dây truyền tăng dần – hiện ở mức 2000 tấn HNO3/ngày 3 Tìm biện pháp thu hồi nhiệt năng một cách hiệu quả nhất 4 Trong chế táo axit nitric đậm đặc-chuyển dùng phương pháp chế... Trong chế táo axit nitric đậm đặc-chuyển dùng phương pháp chế tạo trực trực tiếp từ tổng hợp N204 5 Điều khiển tự động quá trình sản xuất 6 Ngoài công nghệ phổ biến trên, công nghệ trực tiếp tổng hợp nitơ-oxy trong không khí vẫn đang được đầu tư nghiên cứu- nhất là ứng dụng công nghệ plasma trong tổng hợp Page 21 of 21 ... 2 và hấp thụ NO2 bằng nước tiến hành dưới cao 8.105÷ 12.105 IV.2.1.1 sơ đồ công nghệ sản xuất HNO3 dưới áp xuất thường *Sơ đồ thiết bị sản xuất HNO3 loãng dưới áp xuất thường: Page 13 of 21 GIẢNG VIÊN-LÊ THANH THANH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT NITRIC *Giải thích sơ đồ: Không khí vào trong thiết bị qua ống khói (1) đặt ngoài địa phận nhà máy Để làm sạch khí khỏi tạp chất cơ học và hoá học người ta đặt thiết