Báo cáo Các quá trình sản xuất axit nitric

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & VẬT LIỆU o0o BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐỀ TÀI: CÁC QUÁ 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 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 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page Mở Đầu Axit nitric axit có tầm quan trọng ngành công 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 phòng thí nghiệm người ta điều chế HNO từ NaNO3 với H2SO4 (đặc nóng) thu HNO3 Sau HNO3 dẫn vào bình làm lạnh ngưng tụ lại Trong công nghiệp trình Birkeland – Eyde hay gọi trình hồ quang điện sử dụng để điều chế axit nitric cách biến đổi N khí thành axit nitric qua công 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 không hiệu việc tiêu thụ lượng Vì thay kết hợp trình Haber trình Ostwald Quá trình Haber sản Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 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 I Nguyên Liệu NH3 [1] Amoniac hợp chất hoá học có ý nghĩa đặc biệt quan trọng ngành công nghiệp hoá học nói chung công nghệ sản xuất hợp chất nitơ nói riêng có nhiều ứng dụng quan trọng thực tế như: - Trong công nghiệp sản xuất phân bón, Amoniac dùng để sản xuất loại đạm, đảm bảo ổn định cung cấp đạm cho việc phát triểnnông nghiệp Góp phần đảm bảo an ninh lương thực Thực công nghiệp hóa đại hóa đại - hóa đất nước Trong công nghiệp thuốc nổ, Amoniac có vai trò 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 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 thô NH3 dùng để trung hòa vết axit dầu bôi trơn axit hóa 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 nhôm sunfat [Al2(SO4)3] để tạo mốt dạng gel Sau rữa tạp chất Al 2(SO4)3 sấy khô tạo - hình Trong công nghiệp sản xuất thuốc trị bệnh NH chất độn quan trọng để sản xuất dạng thuốc sunfanilamide, sunfaliazole, sunfapyridine Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 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 mô phòng 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 mô 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 trình chế tạo hợp chất vô đạm vừa sản phẩm cuối Đến giai đoạn nay, công nghệ tổng hợp NH đạt bước tiến vượt bậc với việc ứng dụng công nghệ công nghệ thông tin, tự động hóa vào trình sản xuất với nhiều dây chuyền khác Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 1.1 Giới Thiệu Về Amoniac 1.1.1 Tính Chất Vật Lý [1] Amoniac có công thức phân tử NH3 khí không màu, nhẹ không 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 môi hòa tan tốt nhiều chất dung môi ion hóa không 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 Khối lượng phân tử 17,03 Thể tích phân tử ( 0oC, 101,3 KPa) 22,08 L/mol Tỉ trọng pha lỏng 0,6386 g/cm3 Tỉ trọng pha khí 0,7714 g/l Áp suất tới hạn 11,28 MPa Nhiệt độ tới hạn 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 sôi -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 Hỗn hợp NH3-O2(200C, 101,3KPa) 15 - 17 % V NH3 Hỗn hợp NH3-KK(200C, 101,3KPa) 16 - 27 % V NH3 Hỗnhợp NH3-KK(1000C, 101,3KPa) Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 15,5- 28 % V NH3 1.1.2 Tính Chất Hóa Học [1] Về mặt hoá 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+ 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 amoniac bị oxy không khí oxy hoá thành nitơ oxit Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 10 ÷ 9000C, khí 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: hệ thống làm việc áp suất thường (0,1 0,2Mpa) hệ thống làm việc áp suất cao (0,8 1,3Mpa), trình oxi hóa NH3 đến trình hấp thụ tiến hành áp suất Có trình công nghệ áp suất: oxi hóa NH3 áp suất thường, oxi hóa NO hấp thụ sản xuất HNO3 tiến hành áp suất cao hay gọi trình liên hợp Chọn phương án sản xuất tùy thuộc vào điều kiện nước Bảng thống kê cung cấp số số liệu để so sánh hệ thống sản xuất HNO3: Thông số Đơn vị Áp suất Mpa Định mức tiêu hao kg/tấn NO2 thải (tính NH3) kg/tấn Tổn thất Pt (có thu mg/tấn hồi) Tiêu hao lượng kWh Hơi nước tự sản t/t NOx khí thải ppm Suất đầu tư (lấy áp % suất cao làm chuẩn) Một áp suất Một áp suất Áp suất trung bình * Áp suất cao * 0,5/0,5 1,0/1,0 283 288 0,5 60 130 60 8,5 0,6 400 8,0 0,4