NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC I. Một số khái niệm và định nghĩa: 1. Năng suất: Năng suất thiết bị, phân xưởng hay nhà máy, ... là số lượng sản phẩm tạo ra (hay nguyên liệu chế b
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 HNO3 68.4% cọ nhiãût âäü säi cao nháút bàòng 121.9oC. Âáy l âiãøm âàóng phê ca dung dëch. - Khi säi axit HNO3 bë phán hu theo phn ỉïng: 4HNO3 = 2H2O + 4NO2 + O2 NO2 ho tan lải vo axit lm cho axit cọ mu vng hồûc â. - Axit HNO3 l cháút oxy hoạ mảnh. Axit HNO3 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 HNO3 tảo cạc múi nitrat. Riãng âäúi våïi Fe, Al, Cr khi tạc dủng våïi axit HNO3 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 HNO3 phạ hu. Âäúi våïi håüp cháút hỉỵu cå mảch vng cọ nhán thç gäúc NO2 thay thãú gäúc H. - Trong cäng nghiãûp cọ hai loải axit HNO3 : long (50-60%); âáûm âàûc (96-98%) - Axit HNO3 âỉåüc dng âãø sn xút phán âảm, thúc näø, cháút do, såüi täøng håüp, . II. Cäng nghãû sn xút axit HNO3 long: 1/ Ngun lê chung: Hiãûn nay trong cäng nghiãûp, ngỉåìi ta âiãưu chãú axit HNO3 chè bàòng mäüt phỉång phạp duy nháút, âọ l oxy hoạ NH3. Qụa trçnh ny âỉåüc tiãún hnh theo hai giai âoản: - Oxy hoạ NH3 thnh NO - Háúp thủ NO2 âãø âiãưu chãú HNO3 a/ Oxy hoạ amoniac thnh oxyt nitå: 4NH3 + 5O2 ⎯⎯⎯⎯⎯→⎯−− CRhPt0850750( 4NO + 6H2O + Q Ngoi ra cn cọ phn ỉïng phủ tảo thnh N2: 4NH3 + 3O2 ⎯→⎯ 2N2 + 6H2O + Q ÅÍ âáy ngỉåìi ta sỉí dủng häùn håüp NH3 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 - Häùn håüp khê âi vo thiãút bë lc (1) qua mäüt loảt cạc ngàn lc, räưi theo cạc cỉía trãn trủ dáùn khê (2) åí tám thiãút bë v âi xúng pháưn thiãút bë oxy hoạ. Tải âáy, khê âi qua lỉåïi phán phäúi (3) cọ tạc dủng phán phäúi âãưu häùn håüp khê âãø âi xúng lỉåïi xục tạc (4). Phêa dỉåïi lỉåïi âàût mäüt låïp vng kim loải (5) dy 250mm âãø nháûn nhiãût ca khê, cọ tạc dủng nhỉ mäüt bäü têch nhiãût phng khi thiãút bë ngỉìng hoảt âäüng trong mäüt thåìi gian ngàõn s âäút l lải âỉåüc dãù dng. Låïp vng ny cn cọ tạc dủng giỉỵ lải cạc hảt xục tạc Pt bay theo khê, sau mäüt thåìi gian cọ thãø thu häưi lải âỉåüc. - Pháưn thiãút bi dỉåïi lỉåïi xục tạc lm viãûc åí nhiãût âäü cao. Do âọ, âỉåüc lọt mäüt låïp gảch chëu nhiãût. b/ Âiãưu chãú axit HNO3: Giai âoản ny gäưm hai quạ trçnh: - Oxy hoạ tiãúp NO thnh NO2: NO + O2 NO2 + Q - Háúp thủ NO2 bàòng H2O âãø tảo thnh HNO3: 3NO2(k) + H2O(l) 2HNO3(l) + NO(k) + Q C hai phn ỉïng trãn âãưu to nhiãût v xy ra theo chiãưu gim thãø têch. Do âọ, phn ỉïng dëch chuøn theo chiãưu thûn khi gim nhiãût âäü v tàng ạp sút. Tu theo ạp sút ca hãû thäúng thiãút bë m ngỉåìi ta chia ra 3 loải cäng nghãû sn xút axit HNO3 long: • Hãû thäúng lm viãûc åí ạp sút thỉåìng: âiãưu chãú HNO3 50% (hiãûu sút chuøn hoạ NO2 l 92%) • Hãû thäúng lm viãûc åí ạp sút cao (6-8 atm): âiãưu chãú HNO3 > 60% (hiãûu sút chuøn hoạ NO2 l 98%) • Hãû thäúng häùn håüp ạp sút thỉåìng âãún ạp sút cao 2/ Hãû thäúng âiãưu chãú axit HNO3 åí ạp sút thỉåìng: (Hiãûn nay váùn cn sỉí dủng räüng ri) * Så âäư lỉu trçnh cäng nghãû âiãưu chãú axit nitric åí ạp sút thỉåìng (Hçnh 5.2.) - Khäng khê âỉåüc âỉa qua thiãút bë lm sảch khê bàòng nỉåïc hay bàòng xä âa long (1) âãø khỉí khê cọ tênh axit v qua thiãút bë lc bàòng dả (2) âãø loải tảp cháút cå hc. - Sau âọ khäng khê âỉåüc quảt (3) âỉa qua thiãút bë lc catäng (4) cng våïi khê NH3 sảch dỉåïi dảng häùn håüp khê amoniac cọ näưng âäü 10-12% NH3. Tỉì thiãút bë lc (4) khê âi vo thiãút bë tiãúp xục (5) âãø oxy hoạ NH3 thnh NO. ra khi (5) häùn håüp khê nitroza cọ nhiãût âäü lãn âãún 750-850oC âỉa qua näưi håi thu häưi (6) âãø gim nhiãût âäü, âäưng thåìi táûn dủng nhiãût thỉìa âãø sn xút håi quạ nhiãût (cọ ạp sút 40 atm v nhiãût âäü 450oC). - Sau âọ häùn håüp khê cọ nhiãût âäü 160oC âỉa vo hãû thäúng thiãút bë lm lảnh kiãøu äúng chm (7) v (8) lm lảnh bàòng nỉåïc. Nhiãût âäü khê gim xúng cn 40oC. Tải hai thiãút bë ny, NO bë oxy hoạ thnh NO2 v trong thiãút bë tảo thnh axit HNO3 âỉåüc láúy ra åí âạy thạp våïi cạc näưng âäü tỉång ỉïng l 2-3% åí thạp (7) v 30% åí thạp (8) (såí dé åí thạp (8) cọ 36 näưng âäü axit cao hån åí thạp (7) vç tải thạp (8) sỉû oxy hoạ NO thnh NO2 låïn hån vç nhiãût âäü täúi ỉu cho phn ỉïng ny khong 40oC). - Tỉì thạp (8) ra khê âỉåüc quảt (9) âỉa vo hãû thäúng sạu thạp háúp thủ tỉì (10) âãún (15) kiãøu thạp âãûm, âỉåüc tỉåïi bàòng axit nitric våïi cạc näưng âäü thêch håüp. Tải cạc thạp vỉìa xy ra phn ỉïng háúp thủ NO2 vỉìa xy ra phn ỉïng oxy hoạ NO vỉìa âỉåüc tảo thnh. Axit ca thạp sau cọ näưng âäü háúp hån âỉåüc chuøn dáưn lãn thạp trỉåïc âãø tảo thnh axit cọ näưng âäü cao hån. Axit thnh pháøm âỉåüc láúy ra åí thạp háúp thủ (11) chỉï khäng láúy ra åí thạp (10) vç thạp ny âỉåüc sỉí dủng nhỉ mäüt thiãút bë chuøn hoạ tiãúp tủc NO thnh NO2. Cạc axit tưn hon âãưu âỉåüc lm lảnh trỉåïc khi båm tråí lải thạp háúp thủ. - Ra khi thạp (15) häùn håüp khê cn khong 0.6-0.8% oxyt nitå. Khê âỉåüc âỉa vo thạp háúp thủ xä âa (16), (17) âãø thu häưi cạc oxyt nitå dỉåïi dảng cạc múi Na2NO3 v NaNO2 theo phn ỉïng: Na2CO3 + NO2 + NO = 2NaNO2 + CO2 Na2CO3 + 2NO2 = NaNO2 + NaNO3 + CO2 Dung dëch NaCO3 våïi näưng âäü 200-250 g/l âỉåüc âỉa vo thạp (17) v sn pháøm âỉåüc láúy ra åí thạp (16). - Âäúi våïi quạ trçnh háúp thủ bàòng kiãưm, thç quạ trçnh háúp thủ s täúi ỉu nãúu näưng âäü NO2 v NO trong häùn håüp khê bàòng nhau. Do âọ, phia sdỉåïi cạc thạp háúp thủ bàòng kiãưm ngỉåìi ta thỉåìng bäú trê thạp oxy hoạ (18) khäng tỉåïi dung dëch háúp thủ. Tải âáy, s xy ra phn ỉïng oxy hoạ NO thnh NO2 lm cho t lãû hai khê ny bàòng âån vë. - Khê ra khi thạp (17) chè cn 0.1% oxyt nitå. Dung dëch nitrit-nitrat âỉåüc dng âãø âiãưu chãú NaNO3. . âoản: - Oxy hoạ NH3 thnh NO - Háúp thủ NO2 âãø âiãưu chãú HNO3 a/ Oxy hoạ amoniac thnh oxyt nitå: 4NH3 + 5O2 ⎯⎯⎯⎯⎯→⎯−− CRhPt0 850 750 ( 4NO. khê âi vo thiãút bë tiãúp xục (5) âãø oxy hoạ NH3 thnh NO. ra khi (5) häùn håüp khê nitroza cọ nhiãût âäü lãn âãún 75 0-8 50 oC âỉa qua näưi håi thu häưi