TEHNOLOGIJA AZOTNIH JEDINJENJA
description
Transcript of TEHNOLOGIJA AZOTNIH JEDINJENJA
TEHNOLOGIJAAZOTNIH JEDINJENJA
Pripremio: Varga IštvanHEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA
Značaj azota
Azot je neophodan za život .
• Predstavlja bitan sastojak belančevina biljnog i životinjskog porekla.
• Ljudi i životinje mogu da koriste samo azot koji se nalazi vezan u složenim organskim jedinjenjima biljaka.
• Biljke koriste neorganska jedinjenja azota i azot iz vazduha.
Azot u prirodi stalno kruži.
SIROVINEU TEHNOLOGIJI AZOTNIH JEDINJENJA
• Atmosferski vazduh ;
• Voda ( vodena para ) ;
• Različite vrste goriva.
Dobijanje azota i kiseonika iz vazduha
Sastav atmosferskog vazduha
SastavSastav Maseni %Maseni % Zapreminski %Zapreminski %
AzotAzot 75,5275,52 78,0878,08
KiseonikKiseonik 23,0123,01 20,9520,95
ArgonArgon 1,291,29 0,930,93
Ugljen-dioksidUgljen-dioksid 0,040,04 0,0330,033
NeonNeon 0,00120,0012 0,00180,0018
KriptonKripton 0,00030,0003 0,000110,00011
XenonXenon 0,000040,00004 0,000090,00009
VodonikVodonik 0,000050,00005 0,0000720,000072
Likvefakcija vazduha(prevodjenje vazduha u tečno stanje)
Uglavnom se koristi Lindeov postupak.(Carl Linde 1895)
Za dobijanje 1 kg tečnog vazduha potrebno je oko 1 kWh energije.
Izvodi se kombinacijom niskih temperatura i visokih pritisaka.
Niska temperatura se postiže pri širenju sabijenog vazduha prigušivanjem kroz ventil bez ili uz vršenje spoljnjeg rada.
Šemapostrojenja za likvefakciju
Kompresor
Hladnjak
Suprotnostrujni razmenjivač toplote
Prigušnica
Separator tečnog vazduha
p=22 MPa
T=293 K
T=78,85 K
VazduhVazduh
Rektifikacija tečnog vazduha
Rektifikacija je više puta ponovljena destilacija.Na atmosferskom pritisku temperatura ključanja:• Azota je 77,35 K,• Kiseonika je 90,18 K.
Temperatura ključanja vazduha je: 78,85 K.
Tehničko izvođenje rektifikacije Pošto azot i kiseonik ključaju na različitim
temperaturama,rektifikacijom u rektifikacionoj koloni moguće ih je razdvojiti.
U rektifikacionoj koloni u suprotnostrujnom toku dolaze u dodir parna i tečna struja pri čemu se,tokom višestrukog isparavanja tečnosti i kondenzacije pare,tečnost obogaćuje komponentom koja ima višu temperaturu ključanja to jest KISEONIKOM,a para komponentom niže temperature ključanja to jest AZOTOM.
Uprošćena šema rektifikacikacije vazduha
p= 0,13 – 0,14 MPa
p= 0,5 – 0,6 MPa
KISEONIK
AZOT
Tečan vazduh
Proizvodnja amonijaka Proizvodnja amonijaka se danas isključivo vrši
postupkom Haber – Bosch,koji je izrađen 1913. godine u Nemačkoj.
Proizvodnja se zasniva na sintezi iz azota i vodonika uz prisustvo katalizatora.
Proizvodi se u dva kvaliteta:• Tehnički amonijak sa min.99,5 % NH3 i
• Sredstvo za hlađenje sa 99,98 % NH3 .
Svetska proizvodnja iznosi oko 50 miliona tona godišnje.
Osobine amonijaka• Na običnim uslovima amonijak je bezbojni gas
oštrog mirisa. Pri udisanju ima nadražujuće dejstvo već u koncentraciji od 0,5 % u vazduhu.
• Lakši je od vazduha.• U tečno stanje prelazi kada se ohladi na
temperaturu od – 33,3 oC ili pod pritiskom od 0,8 MPa na sobnoj temperaturi.
• Rastvorljivost u vodi na 0 oC je 1176 litara u 1 litru vode.
Struktura NH3 molekule
NH
HH
107o
101.5 pm
Značaj i upotreba amonijaka• Oko 90 % proizvedenog amonijaka troši se na
proizvodnju azotnih veštačkih đubriva.• Ostala količina od oko 10 % upotrebljava se za dobijanje : - Azotne kiseline, - Amonijačnih soli (karbonata,hlorida,fosfata) , - Eksploziva, - Boja, - Plastičnih masa, - Za pranje vune, - U farmaciji, - Medicini i td.
U prirodi nastaje razlaganjem organskih azotnih jedinjenja.
PROIZVODNJA AMONIJAKA
Industrijski proces proizvodnje amonijaka obuhvata:
1. Pripremu sinteznog gasa ;2. Kompresiju (sabijanje na pritisak sinteze) i3. Sintezu.
Pod sinteznim gasom podrazumevamo čistu smešu azota i vodonika u odnosu 1 : 3.
1. Priprema sinteznog gasa
Azot potreban za sintezu dobija se rektifikacijom tečnog vazduha.Čistoća ovog azota je 99,8 %.
Vodonik, druga komponenta sinteznog gasa, dobija se postupkom KONVERZIJE UGLJOVODONIKA VODENOM PAROM.
Osnovna reakcija konverzije je:
CnH (2n+2) + n H2O n CO + (2n+1) H2
Ako je ugljovodonik metan,reakcija je:CH4 + H2O CO + 3 H2
Reakcija konverzije je endotermna i praćena je povećanjem zapremine.
Izvodi se u reaktorima na pritisku od oko 40 bara i temperaturi od 1000 oC.
U dobijenom sirovom gasu ima oko 10 – 50 % CO,koji se uklanja pomoću vodene pare,tako što se prevodi u CO2 na temperaturi od
: 200 – 240 oC ili 320 – 380 oC.
CO + H2O CO2 + H2
Nakon toga vrši se prečišćavanje gasa od ostatakaCO, CO2 ,O2 , H2O ,koja predstavljaju katalitičke otrove pri sintezi.
2. Kompresija sinteznog gasa
Kompresija sinteznog gasa na pritisak od 30 MPa izvodi se u :
• TURBOKOMPRESORIMA ili
• KLIPNIM KOMPRESORIMA u 3 – 6 stepena.
Moderna postrojenja kapaciteta 600 t/dan koriste centrifugalne kompresore.
3. Sinteza
Proces sinteze odvija se po sledećoj povratnoj egzotermnoj reakciji:
0,5 N2(g) + 1,5 H2(g) NH3(g)
Po Le Šateljeovom principu povišenje pritiska i
sniženje temperature povećava prinos amonijaka . Kao katalizator koristi se smeša praha gvožđa,aluminijum oksida i kalijum
oksida. Katalizator je smešten na nosaču, ili se nalazi u cevima.
Uprošćena šema sinteze
Katalizator
p= 30 MPa
Sintezni gas (svež) Tečni NH3
H2 + N2
Kompresor
Visina 12 – 20 m
Prečnik 0,8- 1 m
Kontaktna peć
TEHNOLOGIJAAZOTNE KISELINE
HNO3
Osobine,značaj i upotreba AZOTNE KISELINE
• U bezvodnom stanju bezbojna tečnost gustine 1,52 g/cm3 .
• Koncentrovana kiselina sadrži 96 – 98 % HNO3
• Azeotropska smeša kiseline i vode sadrži svega 69,2 % HNO3.
• Pod uticajem svetlosti već na sobnoj temperaturi se razlaže,prema reakciji:
4 HNO3 4 NO2 + 2 H2O + O2
• Postojana je na veoma niskim temperaturama (-40
oC).
• Koncentrovana kiselina je jako oksidaciono sredstvo. Oksiduje metale i prevodi ih u nitrate.
• Razara kožu i boji je žuto (Ksantoproteinska reakcija).
• Fe, Al, Cr, Ni, legure ferosilicijuma u prisustvu azotne kiseline se “pasivizuju”.
Strukturna formula HNO3
NO
O
OH
130o
102o
120 pm
140 pm
Upotreba azotne kiselineZa proizvodnju:• Veštačkih đubriva;• Sumporne kiseline postupkim tornjeva;• Eksploziva;• Boja;• Plastičnih masa;• Veštačke svile; • Za nagrizanje i čišćenje metala;• Za odvajanje Ag od Au;• Za procese nitrovanja u organskim sintezama.
Načini dobijanja HNO3
1. Iz čilske šalitre ( NaNO3 );
2. Oksidacijom vazdušnog azota i3. Kontaktnom oksidacijom amonijaka.
Prva dva načina se danas zbog njihove neefikasnosti ne koristi.
Svetska proizvodnja iznosi oko 30 miliona tona
godišnje.
Kontaktna oksidacija NH3
Primenjuje se od početka XX. veka, kada je1908.godine Ostwald prvi put ostvario katalitičku
oksidaciju amonijaka u prisustvu Pt – katalizatora.
Proizvodnja se odvija u tri faze:
1. Oksidacija NH3 u NO ;2. Oksidacija NO u NO2 i3. Apsorpcija NO2 u vodi.
1. Oksidacija NH3 u NO
Vrši se vazdušnim kiseonikom na temperaturi od 800- 950 oC.
Reakcija je POVRATNA i EGZOTERMNA4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O
Izlazna smeša gasova sadrži 11 % NO. Kao katalizator koristi se legura Pt – Rh (90 % Pt + 10 % Rh) u obliku mreže izrađene od niti
legure debljine 0,05 mm.Prinos NO je oko 98 %,ako je dodir gasne smeše
i katalizatora kratak ( 0,0003 sekunda).
2. Oksidacija NO u NO2
Na sobnoj temperaturi NO potpuno prelazi
u NO2 ,prema sledećoj egzotermnoj i povratnoj reakciji:
2 NO + O2 2 NO2
Povišenje pritiska pomera ravnotežu premastvaranju NO2 .
Proces oksidacije odvija se u donjem delu tornja za apsorpciju,uz uduvavanje dodatne količine vazduha.
3. Apsorpcija NO2 u vodi
Apsorpciji pogoduje niska temperatura i
povećanje pritiska. Izvodi se u apsorpcionim tornjevima 6 do
8 tornjeva ispunjenih Rašigovim prstenovima na pritisku od 0,5 – 0,7 MPa
i temperaturi od 20 – 25 oC.
3 NO2 + H2O 2 HNO3 + NO
Koncentracija kiseline je od 56 – 60 %.
Uprošćena šema dobijanja razblažene HNO3Tečan NH3
Isparivač
Mešač
Vazduh
Filtar
700 oC
H2O
HNO3
56-60 %
NH33 + O22
Toranj
Predgrejač
Kont.peć
Dopunski vazduh
NO
NO22
Koncentrovanje HNO3
Razblažena kiselina, koncentracije 56 – 60 %uglavnom zadovoljava potrebe.Ako se želi dobiti koncentrovana kiselina,udeoHNO3 u razblaženoj kiselini treba povećati.
Običnom destilacijom može da se dobije svega 68,4 % -na kiselina .
98 % - na kiselina se dobija oduzimanjem vode pomoću koncentrovane sumporne kiseline.
Koncentrovanje НNО3 upotrebom96 % - ne sumporne kiseline
Postupak se zasniva na činjenici da smeša razblažene HNO3 i koncentrovane H2SO4
ključa na većoj temperaturi od 100 % - ne HNO3.
Zato će pri zagrevanju ove smeše isparavati isključivo azotna kiselina, dok voda ostaje vezana za sumpornu kiselinu.
Pare azotne kiseline se hlade i kondenzuju ukoncentrovanu kiselinu.
Uprošćena šema koncentrovanja HNO3
HH22OO
HNOHNO3 98 % 98 %
Pare HNOPare HNO33
HH22SOSO44 96 % 96 %Razblažena HNORazblažena HNO33
VodenaVodena
parapara
HH22SOSO44 70 % 70 %