Axit nitric là một axit có tầm quan trọng trong ngành công nghệ hóa học. Báo cáo Các quá trình sản xuất axit nitric dưới đây sẽ giúp các bạn nắm vững hơn các về quá trình sản xuất axit nitric.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & VẬT LIỆU o0o BÁO CÁO ĐỒ ÁN CƠNG 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 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 2 Mở Đầu Axit nitric là một axit có tầm quan trọng trong ngành cơng nghệ hóa học Axit nitric là một sản phẩm trung gian trong q trình chế tạo một số loại phân đạm, đồng thời cũng là một hóa chất cơ bản, dùng làm ngun liệu trong q trình sản xuất một loạt hóa phẩm khác. Axit nitric được dùng rất nhiều để sản xuất phân đạm, thuốc nổ. HNO 3 đậm đặc dùng để điều chế các hợp chất nitro dùng trong cơng nghiệp sản xuất các chất màu và nhiều hợp chất khác. Là một axit vơ cơ cực kỳ quan trọng trong đời sống Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế HNO3 đi từ NaNO3 với H2SO4 (đặc nóng) thu được hơi HNO3. Sau đó hơi HNO3 được dẫn vào bình làm lạnh và ngưng tụ lại. Trong cơng nghiệp q trình Birkeland – Eyde hay còn gọi là q trình hồ quang điện được sử dụng để điều chế axit nitric bằng cách biến đổi N 2 khí quyển thành axit nitric qua các cơng đoạn sau: N2 + O2 2NO 2NO + O2 2NO2 2NO2 + H2O HNO2 + HNO3 3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O Q trình này hoạt động Na Uy từ năm 1905 – 1930. Tuy nhiên q trình này tương đối khơng hiệu quả trong việc tiêu thụ năng lượng. Vì vậy nó dần dần thay thế bởi sự kết hợp của các q trình Haber và các q trình Ostwald . Q Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 3 trình Haber sản xuất amoniac (NH3) từ phân tử nitơ (N2) và hydro (H2) sau đó được chuyển đổi thành axit nitric (HNO3) trong q trình Ostwald Q trình tổng hợp ammonia quan trọng nhất trong giai đoạn này, Haber và Nernst phát triển nó từ năm1902 đến 1905 dùng xúc tác trên cơ sở Fe cho q trình sản xuất nhiệt độ cao và áp suất cao. Năm 1906 Ostwald thực hiện oxy hóa ammoniac (NH3) thành Acid nitric (HNO3) với hỗn hợp xúc tác Platin (Pt) và Rhodium (Rh) Hiện nay NH3 vẫn là nguồn ngun liệu chính dùng để sản xuất HNO 3. Nên đề tài “Các Q Trình Sản Xuất HNO3” sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về nguồn ngun liệu NH3 và các tính chất, quy trình sản xuất HNO3 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 4 Ngun Liệu NH3 [1] I Amoniac là một trong những hợp chất hố học có ý nghĩa đặc biệt trong quan trọng ngành cơng nghiệp hố học nói chung và cơng nghệ sản xuất các hợp chất nitơ nói riêng vì nó có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế như: Trong cơng nghiệp sản xuất phân bón, Amoniac dùng để sản xuất ra các loại đạm, đảm bảo sự ổn định và cung cấp đạm cho việc phát triểnnơng nghiệp. Góp phần đảm bảo an ninh lương thực. Thực hiện cơng nghiệp hóa hiện đại hóa và hiện đại hóa đất nước. Trong cơng nghiệp thuốc nổ, Amoniac có vai trò quyết định trong việc sản xuất ra thuốc nổ. Từ NH3 có thể điều chế HNO3 để sản xuất các hợp chất như: ditri nitrotoluen, nitroglyxêrin, nitroxenlulo, pentaerythrytol, và amoni nitrat dùng để chế tạo thuốc nổ. Trong ngành dệt, sử dụng NH3 để sản xuất các loại sợi tổng hợp như: cuprammonium rayon và nilon. Trong cơng nghiệp sản xuất nhựa tổng hợp, NH 3 được dùng làm chất xúc tác và là chất điều chỉnh pH trong q trình polyme hóa của phenolformaldehyt tổng hợp nhựa. Trong cơng nghiệp dầu mỏ, NH3 được sử dụng làm chất trung hòa để tránh ăn mòn trong các thiết bị ngưng tụ axit, thiết bị trao đổi nhiệt, q trình chưng cất. NH3 dùng để trung hòa HCl tạo thành do q trình phân hủy nước biển lẫn trong dầu thơ. NH3 cũng dùng để trung hòa các vết axit trong dầu bơi trơn đã axit hóa. Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 5 NH3 dùng đề điều chế aluminu silicat tổng hợp làm xúc tác trong thiết bị cracking xúc tác lớp cố định. Trong q trình hydrat hóa silic. NH 3 kết tủa với nhơm sunfat [Al2(SO4)3] để tạo mốt dạng gel. Sau đó rữa tạp chất Al 2(SO4)3 được sấy khơ và tạo hình. Trong cơng nghiệp sản xuất thuốc trị bệnh. NH 3 là một chất độn quan trọng để sản xuất các dạng thuốc như sunfanilamide, sunfaliazole, sunfapyridine NH3 là sản phẩm đầu để từ đó sản xuất các hợp chất khác của nitơ như các loại phân đạm có chứa nitơ, HNO3 Năm 1909 Fritz Haber phát minh ra phản ứng tổng hợp amoniac qui mơ phòng thí nghiệm. Năm 1913 ở Đức Carl Bosch đưa vào qui mơ pilot với sản lượng 30 tấn/ngày và dần phát triển tới ngày nay Sau 1950 ở Mỹ bắt đầu từ reforming hơi nước khí thiên nhiên, quy mơ cũng lên tới 165 tấn/ đơn vị dây chuyền.ngày, quy mơ tăng dần, nhất là sau 1960 từ 300 tấn/ ngày lên 600 tấn/ ngày, vài năm sau (1965) lên 1000 tấn/ ngày 1800 tấn ngày Tổng hợp NH3 là cơ sở của cơng nghiệp đạm. NH3 vừa là sản phẩm trung gian trong q trình chế tạo các hợp chất vơ cơ của đạm vừa là sản phẩm cuối cùng. Đến giai đoạn hiện nay, cơng nghệ tổng hợp NH3 đã đạt được những bước tiến vượt bậc với việc ứng dụng cơng nghệ cơng nghệ thơng tin, tự động hóa vào q trình sản xuất với nhiều dây chuyền khác nhau Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 6 1.1 Giới Thiệu Về Amoniac 1.1.1 Tính Chất Vật Lý [1] Amoniac có cơng thức phân tử là NH3 là một khí khơng màu, nhẹ hơn khơng khí, và có mùi đặc trưng Ở áp suất khí quyển, NH3 hóa lỏng tại 33,34oC (239,81K), có trọng lượng riêng 682 g/lit tại 4oC, hóa rắn tại 77,73oC (195,92K), vì vậy nhiệt độ thường người ta phải lưu trữ NH3 lỏng dưới áp suất cao(khoảng trên 10 atm tại 25,7oC) Do NH3 lỏng có entalpy (nhiệt bay hơi) ∆H thay đổi lớn (23,35kJ/mol) nên chất này được dùng làm mơi chất làm lạnh. NH3 lỏng là một dung mơi hòa tan tốt nhiều chất và là một trong những dung mơi ion hóa khơng nước quan trong nhất. Nó có thể hòa tan các kim loại kiềm, kiềm thổ và một số kim loại đất hiếm để tạo ra các dung dịch kim loại (có màu), dẫn điện và có chứa các electron solvat hóa. Ở trạng thái rắn amoniac kết tinh mạng lập phương tâm mặt Bảng 1: các đặc trưng vật lý NH3 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 7 Khối lượng phân tử Thể tích phân tử ( ở 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.K1. h1. m1 Độ nhớt tới hạn 23,90. 103 mPa.s Điểm nóng chảy 77,71 0C Nhiệt nóng chảy 332,3 Kj/Kg Áp suất hóa hơi 6,077 KPa Điểm sơi 33,43 0C Nhiệt hóa hơi 1370 Kj/Kg Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn 45,72 Kj/mol Entropi tiêu chuẩn 192,731 J.mol1.K1 Entanpi tạo thành tự do 16,391 Kj/mol Giới hạn nổ 15 17 % V NH3 16 27 % V NH3 15,5 28 % V NH3 Hỗn hợp NH3O2(200C, 101,3KPa) Hỗn hợp NH3KK(200C, 101,3KPa) Hỗnhợp NH3KK(1000C, 101,3KPa) 1.1.2 Tính Chất Hóa Học [1] Về mặt hố học amoniac là chất khá hoạt động. Với cặp electron tự do ở nitơ, amoniac có khả năng kết hợp dễ dàng với nhiều chất Khi tan trong nước, amoniac kết hợp với ion H + của nước tạo thành ion NH4+ và dung dịch trở nên có tính bazơ NH3 + H+ NH4+ Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 8 H2O H+ + và phản ứng tổng qt có thể viết là: NH3(dd) + H2O NH4+ + Hằng số phân ly của NH3 ở trong dung dịch ở 250C là: Như vậy dung dịch NH3 trong nước là một bazơ yếu Khí NH3 dễ dàng kết hợp với HCl tạo nên muối NH4Cl ở dạng khói trắng NH3 + HCl NH4Cl Khí amoniac có thể cháy khi đốt trong oxi cho ngọn lửa màu vàng tạo nên khí nitơ và nước 4NH3 + 3O2 3N2 + H2O Khi có platin hay hợp kim platin rodi làm chất xúc tác ở 800 0C 9000C, khí amoniac bị oxy khơng khí oxy hố thành nitơ oxit 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O Trong trường hợp này người ta thổi nhanh hỗn hợp khí đi qua chất xúc tác Nếu cho hỗn hợp đi chậm qua sợi amiăng chứa muội platin, phản ứng xảy ra khác: 2NH3 + 2O2 NH4NO3 + H2O Clo và brơm oxi hố mãnh liệt amoniac trạng thái khí và trạng thái dung dịch 2NH3 + 3Cl2 N2 + 6HCl Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 9 Đối với các chất oxi hố khác, amoniac bền điều kiện thường. Khi đun nóng nó khử được oxit của 1 số kim loại 3CuO + 2NH3 N2 + 3H2O + 3Cu Ở 800 9000C nhơm tương tác với khí amoniac tạo thành nhơm nitrua và hydro: 2Al + 2NH3 2AlN + 3H2 Ở nhiệt độ cao những ngun tử hydro trong phân tử amoniac có thể được lần lượt thế bằng các kim loại hoạt động tạo thành amiđua (chứa nhóm NH2 ), imiđua (chứa nhóm NH2) và nitrua (chứa ion N3) 2Na + 2NH3 2NaNH2 + H2 NH3 như là Ligand: Tetraamminecopper(II), [Cu(NH3)4]2+, có màu xanh dương đậm khi thêm amoniac vào trong dung dịch muối đồng (II) 1.2 Diamminesilver(I), [Ag(NH3)2]+, được gọi là tác chất Tollens’ reagent Ngun Liệu Sản Xuất Tổng Hợp NH3 [1],[2],[4] Có nhiều nguồn ngun liệu khác nhau sử dụng cho q trình tổng hợp NH 3 như: than đá, dầu nặng naphta, khí tự nhiên, khí đồng hành Ngun liệu quan trọng nhất hiện nay là các nhiên liệu rắn, khí lò cốc, H 2 của q trình điện phân. Các ngun liệu này chỉ được dùng trong điều kiện đặc biệt và ngày nay có rất ít Khí than ướt là ngun liệu tương lai để sản xuất NH3. Ngồi ra H2 sản xuất bằng q trình điện phân nước cũng là ngun liệu sản xuất NH3 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 10 4.1.1 Cơng Nghệ Sản Xuất HNO3 Dưới Áp Suất Thường Sơ Đồ Cơng Nghệ Hình 4: sơ đồ cơng nghệ sản xuất HNO3 ở áp suất thường 1 Ống khói hút khơng khí . 2 Thiết bị rửa khơng khí. 3 Lọc . 4 – 5 Lọc xốp 6 Quạt hút khơng khí – NH3. 7 Lọc ống xốp. 8 Thiết bị tiếp xúc 9 Nồi hơi 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 Thuyết Minh Quy Trình: Khơng khí vào trong thiết bị qua ống khói (1) đặt ngồi địa phận nhà máy Để làm sạch khí khỏi tạp chất cơ học và hóa học ngưới ta đặt thiết bị rửa kiểu lưới (2) và lọc caton (4) NH3 được làm sạch khỏi tạp chất cơ học và mỡ trong thiết bị lọc sợi (3) và lọc caton (5) Nạp khơng khí, NH3 và oxi bổ xung bằng quạt (6) với tính tốn sao cho hỗn hợp lỏng khí chứ 10 12% NH3 Sau đó hỗn hợp khí qua lọc xốp (7). Trong thiết bị này hỗn hợp khí được làm sạch bằng cách lọc qua những ống làm bằng gốm xốp, sau đó đi vào thiết bị tiếp xúc (8) (ở giữa đặt các tấm lưới Pt – Rh) Mức oxi hóa NH3 đến NO đạt khoảng 97 – 98%. Nhiệt độ khí nitroz ở cửa ra thiết bị tiếp xúc (8) đạt 800oC. Trong nồi hơi tận dụng nhiệt (9) nhiệt độ của khí còn 250oC. Sau đó khí được làm sạch bằng nước trong thiết bị trao đổi nhiệt (10),(11) thu được axit 25% HNO3 Qua van thủy lực (12), nhờ thiết bị thổi khí (13) nitroz sẽ đi vào tháp hấp thụ (14), các tháp hấp thụ được nạp đầy lớp đệm chịu axit. Phía dưới tháp được trang bị các thiết bị chịu lạnh(15) để làm lạnh axit chảy ra và trang bị bơm(16) để hồi lưu axit. Số lượng tháp hấp thụ thường từ 6 – 8 Nước để hấp thụ NO2 được đưa vào tháp hấp thụ cuối cùng, ngược đường đi của khí. Axit tạo thành lần lượt đi qua ngược dòng khí qua tất cả các tháp và ra khòi hệ thống ở thấp hấp thụ đầu tiên. Sản phẩm HNO 3 50% Trong các tháp hấp thụ sẽ hấp thụ khoảng 92% các oxit nitơ đưa vào Sau tháp hấp thụ axit bố trí tháp oxi hóa (17) để oxi hóa NO thành NO2. Sau đó khí nitroz vào tháp hấp thụ được tưới bằng dung dịch xođa (18) để thu hồi NO và NO2 dưới dạng dung dịch các muối NaNO3 và NaNO2 ( gọi là dung dịch nitric – nitrat) Trong các tháp hấp thụ kiềm (18) hấp thụ đồng thời đioxit nitơ và hỗn hợp NO2 + NO N2O3. Khi đó loại trừ việc tách NO vào khơng khí vì có thể xảy ra phản ứng hấp thụ kiềm: NO + NO2 + Na2CO3 2NaNO2 + CO2 2NO2 + Na2CO3 NaNO3 + NaNO2 + CO2 Các dung dịch nitrat – nitrat đưa đưa ra ngồi ngay từ tháp thụ kiềm (18) đầu tiên để tiếp tục chế biến thành NaNO3 Trong một số nhà mấy sẽ khơng dùng dung dịch xođa để tưới mà dùng sữa vơi Tất cả các tháp đệm đều làm việc theo chế độ khuấy trộn dọc pha khí và pha lỏng Mặc dù điều chế HNO3 theo hệ thống này thu được nồng độ HNO3 chỉ đạt 50% hiệu suất 92%, nhưng ngày nay vẫn được sử dụng rộng rãi 4.1.2 Công Nghệ Sản Xuất HNO3 Ở Áp Suất Cao Sơ Đồ Công Nghệ Thực hiện ở áp suất 7.105 N/m2 Hình 5: sơ đồ cơng nghệ sản xuất axit HNO3 ở áp suất cao (7.105 N/m2) 1 ống khói hút . 2 thiết bị làm sạch khí. 3 máy nén. 4 tuabin khí. 5 sấy khơng khí 6 thiết bị chuẩn bị NH3. 7 thiết bị trộn và lọc. 8 thiết bị tiếp xúc. 9 nồi hơi. 10 thiết bị oxi hóa và lọc. 11 thiết bị hấp thụ. 12 làm lạnh ngưng tụ. 13 sấy nóng khí đi. 14 buồng đốt 15 thiết bị làm sạch xúc tác. 16 thiết bị nồi hơi. 17 ống khói xả Thuyết Minh Quy Trình: Khơng khí qua ống khói (1) vào thiết bị làm sạch (2) vào máy nén (2) được truyền động bởi tuốc bin (4) Máy nén (3) nén khí đến P = 7.105 N/m2, sấy nóng khí đến 135oC, sau đó đưa vào thiết bị sấy nóng khơng khí (5), tại đây nhiệt độ nâng lên 250oC nhờ nhiệt của khí nitroz từ thiết bị oxi hóa Trong thiết bị trộn lẫn (7) khơng khí được trỗn lận với NH3. NH3 đi từ thiết bị (6), đây là tổ hợp NH3 gồm thiết bị hóa hơi, lọc và đốt nóng Từ thiết bị trộn lẫn (7) hỗn hợp NH 3 – khơng khí được vào thiết bị tiếp xúc (8). Nhiệt độ trong thiết bị này là 890 900oC và NH3 oxi hóa trên các lưới xúc tác Pt. Khí nitroz chứa 9,0 9,6% NO đưa vào nồi tận nhiệt (9) Sau đó khí này đưa vào thiết bị oxi hóa (10). Phần trên của thiết bị này đặt bộ phận lọc để lọc Pt. Sau đó khí nitroz đi qua một thiết bị tận dụng nhiệt để làm lạnh Khí nitroz từ (10) vào (5) để sấy khơng khí nóng, tại đây nó được làm lạnh đến 210 230oC và tiếp tục khí nitroz đi vào thiết bị đốt nóng (13), đây khí nitroz tiếp tục làm lạnh đến 150 160oC Tiếp theo khí nitroz được đưa đến thiết bị làm lạnh ngưng tụ (12) và có nhiệt độ 40 50oC Khí nitroz đã làm lạnh đưa vào phần dưới thấp hấp thụ (11). Tháp có đường kính 2m, chiều cao 46m và có 49 đĩa. Trên các đĩa đặt những vòng xoắn bên trong là nước hồi lưu để dẫn nhiệt ra Ở đĩa trên nước ngưng đã được làm lạnh chạy xuống gặp khí nitroz, hấp thụ các oxit nitơ tạo thành axit nitric Axit HNO3 nhận được sẽ tự chảy vào tháp hồi , đó khơng khí nóng sẽ thổi các oxit nitơ hòa tan lẫn trên các đĩa thứ sau của tháp hấp thụ Khí đi (thải) ra khỏi tháp hấp thụ, đi qua thiết bị đốt nóng khí (13) rồi vào thiết bị làm sạch chất xúc tác (15) Hàm lượng các oxit nitơ trong khơng khí ra tháp hấp thụ là 0,05 0,1% thể tích Các khí đi có nhiệt độ 110 120oC vào buồng đốt (14), tại đó chúng được đốt nóng đến 380 480oC bằng khí trộn lẫn với khí lò nóng (khí lò nhận được khí đốt cháy khí tự nhiên và khơng khí) Hỗn hợp khí tiếp xúc được đưa vào thiết bị làm sạch (15). Trong thiết bị làm sạch có hai lớp chất xúc tác, tiến hành đốt cháy khí có chưa hidro và khử oxit nitơ đến nitơ ngun tố. Nhiệt độ của khí ở cửa ra thiết bị (15) đạt 700 710oC Khí đã làm sạch đi qua lọc và lọc lại những chất xúc tác vụn rồi vào tc bin (4), tại đây áp suất hạ xuống còn 1,07 105 N/m2, biến nhiệt lượng thành cơ năng truyền cho van tc bin làm quay roto của máy nén Khí đi tiếp tục vào nồi hơi tận nhiệt (16) rồi vào ống khói xả (17) Những ưu việt của sơ đồ áp suất cao so với áp suất thường là: Hấp thụ oxit nitơ thành axit nitric được 98 99%. Nồng độ của axit nhận được 60 62%. Khơng cần sử dụng tháp hấp thụ kiềm Thể tích của tháp hấp thụ nhỏ hơn 10 lần so với tháp hấp đệm trong hệ làm việc áp suất thường Giảm áp chi phí xây dựng và thiết bị, giảm tiêu tốn thép đặc biệt để chế tạo thiết bị. Giảm nhân cơng Tuy nhiên phương pháp áp suất cao lại tăng sự mất mát chất xúc tác, tăng tiêu tốn năng lượng để nén áp suất. Những lý do này hạn chế tính ứng dụng của phương pháp H ệ thống áp suất kép Thiết kế áp suất kép thường được sử dụng trong các nhà máy lớn, hoặc trong các nhà máy cỡ trung. Q trình oxy hóa amoniac xảy ra áp suất thấp hoặc trung bình. Điều này làm giảm mật độ khí và nạp nitơ trên lưới. Kết quả là tăng hiệu quả của phản ứng oxy hóa ammonia và giảm thiểu mất chất xúc tác Pt. Sự hấp thu NO2 xảy ra áp suất cao để tối đa hóa áp suất riêng phần của các tác chất khí. Kết quả là gia tăng tỷ lệ phản ứng oxy hóa nitơ monoxit và độ hòa tan của oxi và NO2 trong dung dịch nước. Một máy nén khí nitơ đẩy mạnh áp lực từ phần trước của q trình (oxy hóa ammonia) đến phần điều hành bên trong (hấp thụ) Trong áp suất kép q trình oxi hóa amoniac được thực hiện áp suất trung bình (0,30,6 MPa) kết thúc trước sau đó mới đến q trình hấp thụ thực hiện ở áp suất cao (0,81,3 MPa) . Một số nhà máy cũ vẫn còn sử dụng áp suất khơng khí cho q trình oxy hóa ammonia. So với các nhà máy áp suất đơn cao, áp suất oxy hóa thấp cải thiện năng suất và hiệu suất amoniac chất xúc tác. Lỗ Platinum thấp hơn đáng kể và q trình sản xuất tăng thời gian sử dụng chất xúc tác còn. Giảm áp lực cũng có kết quả yếu ngưng tụ axit nitric từ bình ngưng làm mát, giúp cải thiện hiệu suất hấp thụ. Do có sự rời rạc trong điều kiện hoạt động, q trình áp suất kép đòi hỏi máy nén khí NOx làm bằng thép khơng gỉ Trong q trình áp suất kép, khi thực hiện xong q trình oxi hóa NH3 ở áp suất thấp đến trung bình(0,30,6 MPa) có chứa oxit nitơ nó sẽ được nén 0,8 1,3 MPa cho sự hấp thụ hiệu quả trong nước để tạo ra axit nitric. Trong q trình oxi hóa có khả năng NH3 còn dư sau q trình chuyển đổi sẽ kết hợp với axit nitric để tạo thành amoni nitrat, vì vậy cần bổ sung các hoạt động và biện pháp an tồn cần thiết để đối phó với tích tụ của các chất rắn ammonium nitrate. Có một giải pháp được các chun gia báo cáo là một tiêm định kỳ hơi nước đến các bộ phận của máy nén IV.2 Sản Xuất Axit Nitric Đặc Có thể nhận được axit nitric đặc 96% bằng hai cách: Cơ đặc axit lỗng Tổng hợp trực tiếp 4.2.1 Cơ Đặc Axit Lỗng Để thu được axit HNO3 đặc hơn (trên 68% HNO3) phải cơ đặc axit lỗng khi có mặt axit sunfuric đặc. Axit H2SO4 đóng vai trò hút nước Axit H2SO4 đặc liên kết với nước chứa trong axit HNO3, tạo thành các axit sunfuric – hydrat sơi ở nhiệt độ cao hơn axit HNO3 100%. Vì vậy khi nung đón hỗn hợp này có thể lựa chọn những điều kiện mà trong hơi hầu như khơng chưa axit nitric Chưng cất axit nitric lỗng với H2SO4 đặc (92 96% H2SO4) được tiến hành trong những tháp đĩa có đệm hay trong những tháp đệm vòng. Vật liệu để chế tạo tháp là gang chịu axit (fesosilic) chưa 14 18% silic, nó bền khi năng cao nhiệt độ theo tỉ lệ axit HNO3 và H2SO4 Hình 6: sơ đồ ngun tắc cơ đặc axit HNO3 lỗng 1 – thiết bị ngưng 2 – thiết bị trao đổi nhiệt 3 – tháp cơ đặc 4 – thiết bị hóa hơi axit lỗng Giải thích sơ đồ: Axit sunfuric đi vào một trong những đĩa phía trên của tháp. Axit nitric 50% vào tháp ở phía dưới cách vài đĩa. Một phần khác của axit HNO3 lỗng vào tháp qua thiết bị hóa hơi Đốt nóng hỗn hợp được tiến hành bằng hơi q nhiệt (180 200oC). Hơi q nhiệt được đưa vào tháp ở phía dưới Hơi axit HNO3 chứa một lượng hơi nước khơng đáng kể và các oxit nitơ được tạo thành khi phân hủy axit HNO3 sẽ đi ra khỏi tháp đi vào thiết bị ngưng tụ. Ở đó HNO3 ngưng lại, còn khí nitroz tiếp tục đi vào thiết bị hút chân khơng Một phần các oxit nitơ sẽ hòa tan trong HNO3, vì vậy từ thiết bị ngưng axit sẽ đi vào những đĩa trên cùng của tháp, ở đó tiến hành thổi khí và đưa vào thiết bị làm lạnh (2) và thu được sản phẩm HNO3 đặc Axit HNO3 khoảng 70% chảy ra từ phía dưới của tháp và đi vào thiết bị bay hơi. Tiêu tốn axit H2SO4 từ 34 tấn/ 1 tấn HNO3 4.2.2 Tổng Hợp Trực Tiếp Axit Nitric Đặc Tiến hành theo phản ứng: N2O4 + H2O + O2 HNO3 + 59,5kJ Q trình được thực hiện ở nhiệt độ 75oC áp suất 5.106 N/m2. Để chuyển cân bằng về hướng HNO3 và tăng tốc độ phản ứng, hỗn hợp vào thiết bị cao áp phải có đủ N2O4 lỏng Thơng thường lượng N2O4 cao hơn lý thuyết 25%. Lượng N2O4 dư khơng phản ứng sẽ tách khỏi axit và hồi lưu lại q trình sản xuất.( lấy dư N2O4 chứ khơng lấy dư H2O và O2 để tránh thêm nước dư vào sản phẩm) Sản xuất axit HNO3 đặc bằng phương pháp tổng hợp trực tiếp (phương pháp nitrooleum) gồm những giai đoạn chính sau: Nhận khí nitroz từ phương pháp oxi hóa tiếp xúc NH3 Tách nước dư ra khỏi khí nitroz Oxi hóa NO thành NO2 trong khí nitroz Oxi hóa lượng dư NO bằng axit HNO3 đặc Làm lạnh khí nitroz và axit HNO3 đặc đến nhiệt đồ 10oC Hấp thụ đioxit nitơ bằng axit HNO3 đặc để nhận nitrooleum Nhả hấp thụ đioxit nitơ từ nitrooleum bằng cách đun nóng Ngưng tụ đioxit nitơ bằng cách làm lạnh (nhận N2O4 lỏng) Chế biến đioxit nitơ lỏng với nước và oxi trong thiết bị cao áp có P = 5.106N/m2 và nhiệt độ 75oC Tách đioxit nitơ bằng cách đốt nóng. Q trình này gọi là sự tẩy trắng axit HNO3 đặc sản phầm. Ứng Dụng Và Xu Hướng Phát Triển HNO3. V 5.1 Ứng Dụng [1][5] Axit nitric được sử dụng rộng rãi trong phân bón hóa học (như phân đạm một lá nitrat amoni). Axit nitric được dùng để sản xuất thuốc nổ (nitroglycerin, trinitrotoluen (TNT) và cyclotrimethylenetrinitramin (RDX)). Ước tính axit nitric tiêu thụ cho các chất nổ khoảng 10,000 tấn mỗi năm Axit nitric được sử dụng trong phòng thí nghiệm trường học để tiến hành các thí nghiệm liên quan đến việc thử clorit. Cho axit nitric tác dụng với mẫu thử, sau đó cho dung dịch bạc nitrat vào để tìm kết tủa trắng của bạc clorua Trong kỹ thuật ICPMS và ICPAES, axit nitric (với nồng độ từ 0,5% đến 2,0%) được sử dụng như một hợp chất nền để xác định dấu vết kim loại trong các dung dịch. Trong kỹ thuật này cần phải dùng axit nitric cực tinh khiết vì một số lượng ion kim loại nhỏ có thể gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích Axit nitric dùng làm chất thử màu (colorometric test) để phân biệt heroin và morphine Trong công nghiệp thép: Axit nitric sử dụng trong các công nghiệp thép để loại bỏ oxit bề mặt thép không gỉ, để làm sáng và sạch thép sau khi đã loại bỏ các oxit từ thép không gỉ, các hợp chất chống ăn mòn khác Lượng axit nitric được sử dụng cho mỗi tấn thép khơng gỉ khác nhau, tùy thuộc vào diện tích bề mặt trên một đơn vị trọng lượng, nhiệt độ của bề mặt được xử lý, các điều kiện tiền xử lý (ủ và nhiệt độ cán) và bậc của thép khơng gỉ. Ước tính tùy thuộc những lĩnh vực cơng nghiệp khác nhau, dao động từ khoảng 550 pound axit nitric tiêu thụ mỗi tấn thép khơng gỉ được sản xuất axit nitric cũng có thể được sử dụng để gia cơng bề mặt của niken và hợp kim crom, dùng khắc kim loại xử lý kim loại chịu lửa như zirconium Ước tính có khoảng 2530.000 tấn axit nitric được sử dụng tại các thị trường xử lý kim loại Một số parafin nitrat (ví dụ như nitromethane, nitroethane và nitropropane) được sử dụng làm dung mơi cho các loại nhựa xenlulo và vinyl và bề mặt phủ epoxy. Nitromethane cũng được dùng làm chất ổn định dung mơi các hợp chất hydrocarbon. Người ta ước tính rằng việc tiêu thụ hàng năm của axit nitric để sản xuất nitroparaffin là 30.000 tấn mỗi năm Toluene Diisocyanate (TDI) được sản xuất từ toluene diamine có nguồn gốc từ dinitrotoluene, được sản xuất bởi phản ứng nitrat hóa toluene bởi hỗn hợp axit nitric axit sunfuric TDI sử dụng sản xuất xốp polyurethane linh hoạt, chất đàn hồi và chất phủ Anilin là nguyên liệu để sản xuất methylene diphenyl di isocyanate (MDI) được sử dụng như một chất kết dính mạnh trong cơng nghiệp. Anilin được điều chế trong cơng nghiệp qua 2 bước từ benzen: Đầu tiên, benzen được nitrat hố bởi hỗn hợp đậm đặc axit nitric và axit sunfuric ở 5060 °C, tạo ra nitrobenzen. Ở bước thứ hai, nitrobenzen được hiđro hố ở 600 °C với sự có mặt của xúc tác niken cho anilin. Xenllulozo Nitrate sản phẩm đun nóng xenllulozo với hỗn hợp HNO3 và H2SO4 đậm đặc, tùy theo điều kiện phản ứng mà một, hai hay cả ba nhóm OH trong mỗi mắt xích C6H10O5 được thay thế bằng nhóm ONO2 tạo thành các este xenlulozo nitrat. Hỗn hợp xenlulozo mononitrat (nitrocellulose) và Xenlulozo đinitrat (nitrocotton) được dùng để tạo màng mỏng tại chỗ trên da nhằm bảo vệ vết thương, và dùng trong công nghệ cao phân tử (chế tạo nhựa xenluloit, sơn, phim ảnh ). Xenlulozo trinitrat thu được (pyrolyxin) là một sản phẩm dễ cháy và nổ mạnh, được dùng làm chất nổ cho mìn, lựu đạn và chế tạo thuốc súng khơng khói. Người ta ước tính có khoảng 25,000 tấn axit nitric mỗi năm được tiêu thụ cho nitrocellulose trong cơng nghiệp (75% được dùng làm lớp phủ bề mặt, 25% làm các loại mực in) Đối với Phân bón hỗn hợp: ước tính khoảng 40.000 tấn axit nitric được sử dụng để sản xuất phân bón hỗn hợp khác so với những người dựa trên amoni nitrat Axit nitric đậm đặc sử dụng Hoa Kỳ với ước tính năm khoảng 295,000 tấn 5.2 Phương Hướng Phát Triển Sử dụng thiết bị có cơng suất cao hơn Về áp suất có khuynh hướng nâng áp suất từ áp suất thường đến áp suất cao Tìm biện pháp thu hồi nhiệt năng có hiểu quả nhất Trong chế tạo HNO3 đậm đặc – chuyển dùng phương pháp chế tạo trực tiếp từ tổng hợp N2O4 Ngồi cơng nghệ phổ biến trên, cơng nghệ trực tiếp tổng hợp nitơ – oxi trong khơng khí vẫn đang được đầu tư nghiên cứu – nhất là cơng nghệ Plasma trong tổng hợp 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 Tồn – Lê Thị Mai Hương – Cơng Nghệ Chế Tạo Hợp Chất Vơ Cơ Của Nitơ (Cơng Nghiệp Đạm) – NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật – 2005 ... tháng năm 2016 Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 2 Mở Đầu Axit nitric là một axit có tầm quan trọng trong ngành cơng nghệ hóa học Axit nitric là một sản phẩm trung gian trong q trình chế tạo một số... kết hợp của các q trình Haber và các q trình Ostwald . Q Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 3 trình Haber sản xuất amoniac (NH3) từ phân tử nitơ (N2) và hydro (H2) sau đó được chuyển đổi thành axit nitric (HNO3) trong q trình Ostwald... Phản ứng (1) (4) thực tế coi như một chiều vì vậy hướng của q trình được xác định bằng tì lệ các tốc độ phản ứng. Để sản xuất axit nitric cần phải oxi hóa hồn tồn hơn theo phương trình (1) Các Quy Trình Sản Xuất Axit Nitric Page 22 III.1.1