Hiện nay trong công nghiệp, người ta điều chế axit HNO3 chỉ bằng một phương pháp duy nhất, đó là oxy hoá NH3. Qúa trình này được tiến hành theo hai giai đoạn:
- Oxy hoá NH3 thành NO
- Hấp thụ NO2đểđiều chế HNO3
a/ Oxy hoá amoniac thành oxyt nitơ:
4NH3 + 5O2 ⎯Pt⎯−Rh⎯(750⎯−850⎯⎯0C→ 4NO + 6H2O + Q Ngoài ra còn có phản ứng phụ tạo thành N2:
4NH3 + 3O2 ⎯⎯→ 2N2 + 6H2O + Q
Ở đây người ta sử dụng hỗn hợp NH3 trong không khí có nồng độ 10-11% (theo thể tích), trong điều kiện phản ứng như vậy hiệu suất tạo thành NO đạt đến 96-98%. Hỗn hợp khí tạo thành gọi là nitroza.
Phản ứng oxy hoá amoniac được tiến hành trong thiết bị tiếp xúc. Hiện nay, người ta sử dụng thiết bị tiếp xúc là một tổ hợp gồm ba thiết bị (Hình 5.1.)
• Trên cùng là thiết bị lọc catông • Tiếp đến là thiết bị oxy hoá • Cuối là nồi hơi thu hồi
- Hỗn hợp khí đi vào thiết bị lọc (1) qua một loạt các ngăn lọc, rồi theo các cửa trên trụ dẫn khí (2) ở tâm thiết bị và đi xuống phần thiết bị oxy hoá. Tại đây, khí đi qua lưới phân phối (3) có tác dụng phân phối đều hỗn hợp khí để đi xuống lưới xúc tác (4). Phía dưới lưới đặt một lớp vòng kim loại (5) dày 250mm để nhận nhiệt của khí, có tác dụng như một bộ tích nhiệt phòng khi thiết bị ngừng hoạt động trong một thời gian ngắn sẽ đốt lò lại được dễ dàng. Lớp vòng này còn có tác dụng giữ lại các hạt xúc tác Pt bay theo khí, sau một thời gian có thể thu hồi lại được.
- Phần thiết bi dưới lưới xúc tác làm việc ở nhiệt độ cao. Do đó, được lót một lớp gạch chịu nhiệt.
b/ Điều chế axit HNO3:
Giai đoạn này gồm hai quá trình: - Oxy hoá tiếp NO thành NO2:
NO + O2 NO2 + Q - Hấp thụ NO2 bằng H2O để tạo thành HNO3: - Hấp thụ NO2 bằng H2O để tạo thành HNO3:
3NO2(k) + H2O(l) 2HNO3(l) + NO(k) + Q
Cả hai phản ứng trên đều toả nhiệt và xảy ra theo chiều giảm thể tích. Do đó, phản
ứng dịch chuyển theo chiều thuận khi giảm nhiệt độ và tăng áp suất.
Tuỳ theo áp suất của hệ thống thiết bị mà người ta chia ra 3 loại công nghệ sản xuất axit HNO3 loãng:
• Hệ thống làm việc ở áp suất thường: điều chế HNO3 50% (hiệu suất chuyển hoá NO2 là 92%)
• Hệ thống làm việc ở áp suất cao (6-8 atm): điều chế HNO3 > 60% (hiệu suất chuyển hoá NO2 là 98%)
• Hệ thống hỗn hợp áp suất thường đến áp suất cao
2/ Hệ thống điều chế axit HNO3 ở áp suất thường:
(Hiện nay vẫn còn sử dụng rộng rãi)
* Sơ đồ lưu trình công nghệ điều chế axit nitric ở áp suất thường (Hình 5.2.)
- Không khí được đưa qua thiết bị làm sạch khí bằng nước hay bằng xô đa loãng (1) để khử khí có tính axit và qua thiết bị lọc bằng dạ (2) để loại tạp chất cơ học.
- Sau đó không khí được quạt (3) đưa qua thiết bị lọc catông (4) cùng với khí NH3 sạch dưới dạng hỗn hợp khí amoniac có nồng độ 10-12% NH3. Từ thiết bị lọc (4) khí đi vào thiết bị tiếp xúc (5) để oxy hoá NH3 thành NO. ra khỏi (5) hỗn hợp khí nitroza có nhiệt độ lên đến 750-850oC đưa qua nồi hơi thu hồi (6) để giảm nhiệt độ, đồng thời tận dụng nhiệt thừa để sản xuất hơi quá nhiệt (có áp suất 40 atm và nhiệt độ 450oC).
- Sau đó hỗn hợp khí có nhiệt độ 160oC đưa vào hệ thống thiết bị làm lạnh kiểu
ống chùm (7) và (8) làm lạnh bằng nước. Nhiệt độ khí giảm xuống còn 40oC. Tại hai thiết bị này, NO bị oxy hoá thành NO2 và trong thiết bị tạo thành axit HNO3được lấy ra ởđáy tháp với các nồng độ tương ứng là 2-3% ở tháp (7) và 30% ở tháp (8) (sở dĩ ở tháp (8) có
nồng độ axit cao hơn ở tháp (7) vì tại tháp (8) sự oxy hoá NO thành NO2 lớn hơn vì nhiệt độ tối ưu cho phản ứng này khoảng 40oC).
- Từ tháp (8) ra khí được quạt (9) đưa vào hệ thống sáu tháp hấp thụ từ (10) đến (15) kiểu tháp đệm, được tưới bằng axit nitric với các nồng độ thích hợp. Tại các tháp vừa xảy ra phản ứng hấp thụ NO2 vừa xảy ra phản ứng oxy hoá NO vừa được tạo thành. Axit của tháp sau có nồng độ hấp hơn được chuyển dần lên tháp trước để tạo thành axit có nồng độ cao hơn. Axit thành phẩm được lấy ra ở tháp hấp thụ (11) chứ không lấy ra ở
tháp (10) vì tháp này được sử dụng như một thiết bị chuyển hoá tiếp tục NO thành NO2. Các axit tuần hoàn đều được làm lạnh trước khi bơm trở lại tháp hấp thụ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Ra khỏi tháp (15) hỗn hợp khí còn khoảng 0.6-0.8% oxyt nitơ. Khí được đưa vào tháp hấp thụ xô đa (16), (17) để thu hồi các oxyt nitơ dưới dạng các muối Na2NO3 và NaNO2 theo phản ứng:
Na2CO3 + NO2 + NO = 2NaNO2 + CO2
Dung dịch NaCO3 với nồng độ 200-250 g/l được đưa vào tháp (17) và sản phẩm
được lấy ra ở tháp (16).
- Đối với quá trình hấp thụ bằng kiềm, thì quá trình hấp thụ sẽ tối ưu nếu nồng độ
NO2 và NO trong hỗn hợp khí bằng nhau. Do đó, phia sdưới các tháp hấp thụ bằng kiềm người ta thường bố trí tháp oxy hoá (18) không tưới dung dịch hấp thụ. Tại đây, sẽ xảy ra phản ứng oxy hoá NO thành NO2 làm cho tỷ lệ hai khí này bằng đơn vị.
- Khí ra khỏi tháp (17) chỉ còn 0.1% oxyt nitơ. Dung dịch nitrit-nitrat được dùng
CHƯƠNG VI
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN KHOÁNG §1/ Khái niệm chung: §1/ Khái niệm chung:
Phân bón chia thành:
→ Phân khoáng: có nguồn gốc vô cơđược sản xuất trong công nghiệp
→ Phân hữu cơ: phân chuồng, các sản phẩm chế biến từđộng thực vật
→ Khoáng - hữu cơ: có cả hai loại trên: than bùn, chất thải hữu cơ. - Phân khoáng → phân đơn: đạm, lân, kali
→ phân phức hợp: có từ hai nguyên tố dinh dưỡng trở lên
- Phân khoáng được sử dụng để tăng độ phì của đất, tăng năng suất cây trồng,
đồng thời tăng chất lượng sản phẩm.
- Tiêu chuẩn quan trọng nhất của phân khoáng là hàm lượng chất dinh dưỡng, tính bằng % trọng lượng của N, P2O5, và K2O. Nồng độ chất dinh dưỡng cao thì phân khoáng càng có giá trị.
- Phân khoáng hiện nay được sử dụng dưới dạng rắn, cỡ hạt từ 1-4 mm. Ngoài ra tính háo nước là chất lượng quan trọng, nó quyết định khả năng sử dụng phân, điều kiện
đóng gói và bảo quản.
§2/ Công nghệ sản xuất phân khoáng: A. Phân đơn: