Аммияк ишлаб чиқариш

АММИЯК ИШЛАБ ЧИҚАРИШ
Режа:
1.Азотнинг хомaшё манбалари ва ишлатилиши.
2. Атмосфера азотини бирикмага айлантириш усуллари.
3. Аммиак синтези учун азот водородли apaлaшманинг олиниши ва тoзaлаш усуллари.
4. Аммиак синтези.

1. 
   Азот табиатда эркин ҳолда ва бирикмалар шаклида бўлади. Азотнинг асосий қисми атмосферада (масса бўйича 75,6%) эркин ҳолда бўлади. Бирикмалар шаклида эса ер пўстлоғининг 0,4 % ни (масса бўйича) азот ташкил этади. У турли органик моддалар таркибида, одам, хайвонлар ва ўсимликлар организмида, қазилма бойликлар, кўмир, нефт, торф, сланец таркибида учрайди. Анорганик бирикмалар шаклида азот кам учрайди. Унинг натрий нитрат тузи (Чили селитраси) Чилида ва жанубий Африкада, калий нитрат (Ҳинд селитраси) эса Ҳиндистонда топилган. Маьлум миқдор аммоний сульфат тузи кўмирни кокслашдан олинади.
   

Азот тирик табиатда одамлар, ҳайвонлар ва ўсимликлар ҳаётида муҳим рол ўйнайди ва керакли озуқа махсулоти ҳисобланади. У оқсил таркибига киради. Организмда муҳим биокимёвий жараёнларда иштирок этади. Аммо одам ва ҳайвонлар, ўсимликлар, микрорганизмлар танасида оксидлар ёки бошқа органик моддалр (ферментлар, витаминлар, гармонлар, нуклеин кислоталар ва бошқалар) синтезида элементар ҳолдаги азот эмас (у жуда инерт элементдир, унинг дисоцияланиш энергияси 945 кЖ/моль бўлиб, атомлари орасидаги боғлар жуда мустаҳкамдир, таққослаш учун хлор молекуласининг диссоцияланиш энергиясини 243 кЖ/моль олиш мумкин) балки унинг бирикмалари иштирок этади.
Азот бирикмалари бўёқлар, пластмассалар (аминопластлар) кимёвий толалар (капрон, нейлон, энант, полиамид толалар) сураткашлик препаратлари, дори-дармонлар, портловчи моддалар, азотли ўғитлар, аммиак ва нитрат кислотаси ва бошқа ўнлаб халқ хўжалиги учун муҳим бўлган қатор маҳсулотлар ишлаб чиқаришда ишлатилади.
Ишлатиш соҳаларининг кенглиги, азот бирикмалари манбаларининг эса камлиги, атмосфера азотини бириктириб олиш муаммосини кўндаланг қилиб қўйди. Атмосфера азоти битмас-туганмасдир. Ҳар гектар ер юзасига тўғри келадиган атмосфера азотини массаси 80 000 тоннага тенгдир.
2. Атмосфера азотини табиатда фақат тугунак бактериялари (дуккакли ўсимлмклар илдизида бўлади) ўзлаштира олади. Яна чақмоқ чаққанда ҳавода азот оксидланади, ёғин билан бирга ерга тушади.1898 йилда олимларнинг Британия ассоциацияси мажлисида Крукс технологлар учун мухим муаммони ўpтага ташлади: "Атмосфера азотини боғлаб олиш буюк кашфиётлардан бири бўлиб, уни кимёгарлар ихтирочилигидан кутиш керак" деган эди. Шундан кейин кўп ўтмай бу кашфиёт амалга ощди. XX асрнинг бошларида атмосфера азотини бириктириб олишнинг уч усули топилди:
1. Цианамидли усул;
2. Электр ёй усули;
З. Аммиак синтези усули.
Цианамидли усулда (I904 йилда Фрак ва Каролар бу усулни кашф этишган) юқори ҳароратда охакка кўмир қўшиб махсус печларда қиздирилади. Сўнгра ҳосил бўлган кальций карбид цианамидга айланади.

СаС₂+N₂= СaCN₂+C+301,5 кдж

Кальций цианамид, цианамид –NH₂CN нинг ҳосиласи бўлиб, кукунсимон кулранг модда (цианамиднинг тузилиши куйидагича H₂N-С=N. Унга сув буғи таъсир эттирилганда осонликча парчаланиб аммиак ва кальций карбонатга айланади,

СaCN₂ +3H₂O=СaСO₃+2NH₃+75 кЖ

Шу усулга асосланган биринчи аммиак заводи 1901 йилда Италияда қурилиб ишга туширилди. Унинг маҳсулдорлиги 4 минг т/йилга тенг бўлди. Бу усулда ишлаб чиқарилган аммиак қимматга тушар эди, 1 т цианамидга 12000 кВт/с электр энергияси сарфланади.

Электр ёй (плазма) усули (I904 йилда кашф этилrан). Aтмосфера азотини паст ҳароратли плазмага (2200 К дан юқори одатда 103 -105 К ҳароратда) тўғридан тўғри кислород билан оксидлашга асосланган (электр учкунида азот ёнишини Кавендиш ва Пристли топган эди).
Паст ҳароратли хаво плазмаси бу ионлашган ҳаво бўлиб, газ ионлари ва эркин электронлардан иборат бўлади. Плазма холати юқори частотали электр
ёйида газларнинг зарядсизланишидир, ядро peaкцияларида кузатилада. Плазма усулига асосланган биринчи завод I901 йилда шимолий Америкада қурилиб ишга туширилди. Бу усулда кўп энергия сарфланади. (1т NО олиш учун 60.000 кВт/с электр энергияси сарфланади) NО нинг унуми паст (5%) бўлади. NО нинг таннархи кимматга тушади.
Аммиакли усулда N₂ тўғридан тўғри H₂ билан бириктирилади. Бу ҳароратда, босим ва каттализатор иштирокида боради.


N₂+3H₂=2NH₃-∆H

Бу усулда олинган аммиакнинг тан нархи анча apзoнra тушади. Хозирги вақтда бу усул аммиакни саноатда ишлаб чиқаришнинг бирдан-бир усулидир.

Бу усулни анча вақтгача қўллашнинг иложи булмади. Чунки бунда юқори босим (1000 атм.) талаб қилинарди. Юқори босимни фақатгина XX асрнинг 10 йилларида ҳосил қилиш мумкин бўлди.
Бу усулни биринчи бўлиб 1908 йилда немис олими Габер кашф этди, 1913 йилда уни ишлаб чиқаришга тадбиқ этди. Бу кашфиёт учун 1920 йилда Нобелъ мукофотига сазовор бўлди. Бу усулга асосланиб биринчи завод Германияда қурилди, унинг маҳсулдорлиги 20-25 т/cyткaга тенг бўлиб, реакция 200-225 атм. босим ва 550°С ҳароратда, каттализатор иштирокида олиб борилади. Унуми 8-9% га тенг собик СССР да биринчи аммиак синтези заводи 1927 йилда қурилиб ишга туширилган.
Хозирги пайтда аммиак ишлаб чиқариш соҳаси анча ривожланган бўлиб жаҳонда 1980 йилда 67,5 млн.т. жумладан собиқ СССРда 16,73 млн.т. АКШ да 17,26 млн.т. синтетик аммиак ишлаб чиқарилди. Хозирги пайтда (аммиак) атмосфера азотини бириктириб олишнинг микробиологик усули кашф этилган.
Хеч қандай юқори ҳароратсиз, босим ва каттализаторсиз лаборатория шароитида атмосфера азотини бириктириб олиш мумкинлиги аниқланди. Келажакда ушбу усул билан жуда арзон азот бирикмалари ишлаб чиқариш йулга қўйилади.

3. 
   Аммиак синтези учун 1:3 нисбатда азот водородли аралашма керак бўлади. Азот саноатда суюқ ҳаводан ажратиш йўли билан олинади. Ҳаво таркиби хажм жихатдан ўлчанганда 78 % aзoт, 21 % кислород ва 0,94 % аргондан иборатдир. Яна ҳаво таркибида оз миқдорда CО₂ , H₂, Ne, He, Kr, Xe лар учрайди.
   

Хаво аввал катта босимда сикилиб совутилади, суюлтирилади, сунгpa суюк хаво таркибидан компонентларнинг кайнаш ҳароратларининг хар хиллигидан фойдаланиб (Қ.t: N₂ -105.80, O₂ -1830, Ar-185,7°С). Ректификация минораларида Фракцияларга ажратилиб тоза холда N₂, O₂ ва Ar олинади.
Водород саноатида турли йўллар билан олинади:
1. Метан ва уни гомологларини конверцияси;
2. Каттик ёкилгини газга айлантирганда ҳосил булган СО ни конверцияси;
3. Кокс газларини ажратиш;
4. Сувни ёки NaCl эритмасини электролиз килиш оркали олинади.
Иктисодий курсаткичлари жихатидан энг арзон ва асосий саноат усули
биринчи усулдир. Метан конверциясининг (конверция лотинча conversio сузидан олинган бўлиб, узгариш,айланиш маъносини англатади) биринчи махсулоти синтез газ (mCO+nH₂) деб аталади. У водород олишдан ташкари метанол синтези, юқори молекуляр огирликка эга булган спиртлар синтези, синтетик бензин синтези ва бошкалар (сунгги пайтларда СО гази темир рудаларидан, темирни қайтариб тоза темир олишда хам ишлатила бошланди). синтезида хам кўп ишлатилади.
Конверсия усули метанни сув буғи ёки кислород билан оксидланишига асосланган: