I bob adabyotlar tahlili

2.2 Nitrat kislotaning labaratoriyada olinishi va metallar bilan ta’sirlashuvi

Sanoatda amalda qo‘llaniladigan eng aktiv va tanlab ta’sir etuvchi selektiv kattalizator, bu platina va uning paladdiy, rodiylar bilan qotishmasidir. Ular asosiy reaktsiyani (a) tezlashtirib, qo‘shimcha reaktsiyalarga (b,v,g) ta’sir etmaydi. Shunda ykattalizator optimal sharoitda ammiakni kislorod bilan NO gacha oksidlanish darajasini amalda 98 %ga etkaziladi. Ammiakning palatinali kattalizatorlarda oksidlanish reaktsiyasi hozirgacha ma’lum bo‘lgan reaktsiyalar orasida eng tez reaktsiyasidir (0,0001 dan 0,0002 sekund). Agar gaz shundan ko‘proq kattalizator bilan kontaktda bo‘lsa ammiak yonadi yoki qo‘shimcha reaktsiyalar ketadi, NO ni miqdori keskin kamayadi. Platinali kattalizator diametri 0,06-0,09mm gacha bo‘lgan ingichka simlardan to‘qilgan to‘r shaklida (1sm da 1024 ta teshigi bo‘ladi) tayyorlanib, ularning bir nechtasi ustma-ust qo‘yib setkalarning balandligi 60-150mm qalinlikda paketlar shaklida tayyorlanadi. Bu holat katalizator yuzasini kengaytirish imkoniyatini beradi. Eng qattiq kattalizator qotishmasi 93 % Pt, 4% Pd va 3% Rh dan tayyorlanadi.

Ish jarayonida kattalizator simlari sekin asta emirilib, mayda zarrachalar shaklida gaz oqimi bilan olib ketiladi. 8000S harorat va 0,1MPa bosimda ishlovchi qurilmalarda 1t nitrat kislota ishlab chiqarilganda platinali kattalizatorlardan 0,04-0,06 yo‘qotiladi. harorat va bosimning ortishi bilan kattalizatorning yo‘qotish ham ortadi. Masalan, 8 MPa bosim va 9000S haroratda ishlovchi qurilmalarda 1t HNO3 da 0,13-0,16 g platina yo‘qotiladi. Platina va palladiy qiymatining balandligi avvalo ularning kamligi va bunday qimmatbaho nodir metallarning emirilishi natijasida doim yo‘qotilib turilishi nisbatan arzonroq metallarni qo‘llashni taqazo etadi. hozirgi paytda platina metallari bilan bir qatorda, temir yoki vismut oksidlariga, xrom, marganets, vismut kabi metallarni qo‘shib tayyorlangan kattalizatordan keng foydalanilmo?da. Ularning aktivligi va selektivligi ancha kam albatta. Kattalizator massasining taxminan 30 %i yo‘qotilgach, u qayta suyuqlanitirilib boshqatdan kattalizator qotishmasiga aylantiriladi. Platina- rodiy - palladiyli qotishmadan tayyor bo‘lgan kattalizator turi 0,1 MPa bosimda ishlovchi qurilmada taxminan bir yilda bir marta almashtiriladi. Oksidlash jarayonining umumiy tezligi, apparat konstruktsiyasi va texnologik rejimga qarab, platina kattalizatorining yuzasiga gaz oqimining ammiakning qanday diffuziyalanganlig bilan aniqlanadi. Bundan tashqari platinaga adsorbtsiyalangan ammiak va kislorodning o‘zaro ta’siriga ham ozroq bog‘liq bo‘ladi. Platina yuzasiga adsobtsiyalangan kislorod molekulasi atomlarga ajraladi, atomar kislorod, pratonga o‘ch bo‘lgani uchun ammiak tarkibidagi vodorod va azot bilan birikib NO va suv hosil qiladi. Ammiak oksidlanishining kinetik tenglamasidan
Ko‘rinib turibdiki, ammiak oksidlanishining umumiy tezligi, eng sekin boruvchi bosqich ya'ni ammiakning platina yuzasiga adsorbtsiyalanishi bosqichi bilan belgilanadi.
Azot (IV)-oksidi va azot qo‘sh oksidini suv bilan adsorbtsiyalash jarayonnning uchinchi va oxirgi bosqichi hisoblanadi. Azot (IV)-oksidi va N2O4 suv bilan quyidagi tenglama bo‘yicha ta’sir etadi.
2 NO2+H2O=HNO3+HNO2+116kJ
N2O4+H2O= HNO3+HNO2+59kJ
hosil bo‘lgan nitrit kislatasi beqaror bo‘lganligi uchun o‘z-o‘zini oksidlash va o‘z -o‘zini qaytarish reaktsiyalariga kirishadi.
3HNO2=HNO3+2NO+N 2O-75,8kJ
Umumiy holda NO2 va N2O4 ning adsorbtsiya reaktsiyasi bunday yoziladi:
3 NO2+H2O =2HNO3+ NO+136kJ
3 N 2O4+2H2O = 4HNO3+ 2NO+101kJ
N2O4 suv bilan birikib faqat nitrit kislatasiga aylanadi. NO va N2Olar amalda suvda erimaydi, betaraf oksidlardir.
Bu ekzotermik reaktsiyalar hajmning kamayishi bilan bog‘liq boradi. Demak,bosimni oshirish muvozanatni nitrat kislata hosil bo‘lish tomonga (o‘nga),haroratni oshirish esa uni parchalanishi tomonga (chapga) siljitadi.
Olinishi Tarixi.
Nitrat kislota XVIII asrdan buyon ma’lum. Ming yillardan ko‘proq vaqtdan beri uni selitrani temir ko‘porosi yoki qo‘sh tuzlar- achchiq toshlar bilan aralashtirib qizdirish yo‘li bilan olingan. XVIII asirning oxirlarida XX asirning 20-yillarigacha nitrat kislata fakat tabiy selitradan konts.sulfat kislata ta’sir ettirib olingan.
NaNO3+H2SO4=HNO3+NaHSO4
Nitrat kislataning azot oksidlaridan olish mumkinligi ilgari vaqtlardan buyon ma’lum.
Ammo azot oksidini sanoatda olishning tuzukroq usuli uzoq yillar davomida topilmadi. Ish jarayonida kattalizator simlari sekin asta emirilib, mayda zarrachalar shaklida gaz oqimi bilan olib ketiladi. 8000S harorat va 0,1MPa bosimda ishlovchi qurilmalarda 1t nitrat kislota ishlab chiqarilganda platinali kattalizatorlardan 0,04-0,06 yo‘qotiladi. harorat va bosimning ortishi bilan kattalizatorning yo‘qotish ham ortadi. Masalan, 8 MPa bosim va 9000S haroratda ishlovchi qurilmalarda 1t HNO3 da 0,13-0,16 g platina yo‘qotiladi. Platina va palladiy qiymatining balandligi avvalo ularning kamligi va bunday qimmatbaho nodir metallarning emirilishi natijasida doim yo‘qotilib turilishi nisbatan arzonroq metallarni qo‘llashni taqazo etadi. hozirgi paytda platina metallari bilan bir qatorda, temir yoki vismut oksidlariga, xrom, marganets, vismut kabi metallarni qo‘shib tayyorlangan kattalizatordan keng foydalanilmo?da. Ularning aktivligi va selektivligi ancha kam albatta. Kattalizator massasining taxminan 30 %i yo‘qotilgach, u qayta suyuqlanitirilib boshqatdan kattalizator qotishmasiga aylantiriladi. Platina- rodiy - palladiyli qotishmadan tayyor bo‘lgan kattalizator turi 0,1 MPa bosimda ishlovchi qurilmada taxminan bir yilda bir marta almashtiriladi. Oksidlash jarayonining umumiy tezligi, apparat konstruktsiyasi va texnologik rejimga qarab, platina kattalizatorining yuzasiga gaz oqimining ammiakning qanday diffuziyalanganlig bilan aniqlanadi. Bundan tashqari platinaga adsorbtsiyalangan ammiak va kislorodning o‘zaro ta’siriga ham ozroq bog‘liq bo‘ladi. Platina yuzasiga adsobtsiyalangan kislorod molekulasi atomlarga ajraladi, atomar kislorod, pratonga o‘ch bo‘lgani uchun ammiak tarkibidagi vodorod va azot bilan birikib NO va suv hosil qiladi. Ammiak oksidlanishining kinetik tenglamasidan
Ko‘rinib turibdiki, ammiak oksidlanishining umumiy tezligi, eng sekin boruvchi bosqich ya'ni ammiakning platina yuzasiga adsorbtsiyalanishi bosqichi bilan belgilanadi.

Azot oksidi olishning birinchi plazma (elektr yoy) usuli iqtisodiy samaradorligi darajasi pastligi uchun xalq xo‘jaligi sohasida keng tarqalmadi. Ammo bu usulda tabiatda havodagi elektr razryadi paytida azot va kislaroddan azot oksidlari hosil bo‘lib turadi. Masalan chaqmoq chaqqanda 1500kg gacha azot birikma holga o‘tadi va u qor va yomg‘ir suvlarida erib azot birikmalari shaklida erga tushadi va erni azotga boyitadi.

ammiakni oksidlash usuli. Bu usul 1839 yilda Kyul'man NH3 platina ishtirokida azot oksidiga aylantirish mumkin ekanligini aniqlagan paytdan boshlab ma’lum. Ammo bu jarayonni sanoatda ishlab chiqarishga tatbiq etish maqsadida XX asirning boshlaridagina V.Ostvol'd chuqur o‘rgandi. Natijada 1909 yilda Germaniyada Ostvol’d usuli bo‘yicha birinchi tajriba zavodi qurildi. Keyinchalik Evropaning ko‘pgina mamlakatlarida (Bel’giya,Angiliya)ham yuqoridagidek zavodlar ko‘rila boshlandi. Ammo bu zavodlarning mahsuldorligi past edi (masalan, Germaniyadagi zavod yiliga 1800t kuchsiz nitrat kislata ishlab chiqarardi xolos). 1914-16 yillarda injener I.I.Andreev ammiakning oksidlanishga turli faktorlarining ta’sirini o‘rganib bu jarayonni ancha takkomillashtirdi.
I.Andreev loyixasi asosida Rossiyada birinchi nitrat ishlab ishlab chiqarish zavodi, 1917 yilda Yuzovka xozirgi Donetskiy shahrida qurildi. Unda ko‘mirni kokslashda olinadigan ammiakni ajratib olish va tozalashning yangi usuli qo‘llaniladi. Kontakt apparatining keng yuzali konsturuksiyasi va platina - iridiyli kattalizatordan foydalanish yuttirish minoralari qurilishida kislataga chidamli granitdan foydalanish kabi ko‘bgina ijobiy yangiliklar qo‘llanilishi sababli zavod mahsuldorligini ancha oshirishga erishildi. I.I.Andreevning bu sohadagi ishlari sovet va hatto dunyoda nitrat kislata ishlab chiqarish taraqqiyotiga katta hissa bo‘lib qo‘shildi.
Azot (II) -oksidining azot (IV)-oksidiga aylanish reaktsiyasi, kinetik xududda boruvchi ,nokattalatik,gomogen reaktsiyadir. Nitrat kislata ishlab chiqarishda eng sekin boruvchi bosqich NO ni NO2 ga oksidlanishi reaktsiyasidir.Mana shu reaktsiya ishlab chiqarish jarayonining umumiy tezligini belgilaydi. Bu reaktsiya nitrat kislata ishlab chiqarishning ikkinchi bosqichi bo‘lib ,qu’yidagi tenglama bo‘yicha boradi.
2NO+O2 =2NO2+112,3kJ
Bu reaktsiya 1500S dan past haroratda, amalda to‘liq hosil bo‘lishi tomonga yo‘naladi. Agar haroratga oshirilsa muvozanat chapga, ya’ni NO2 ni parchalanib NO va O2 hosil bo‘lish tomon siljiydi. 8000S da NO2 ning hosil bo‘lishi umuman to‘xtaydi. Barcha bir bosqichli reaktsiyalarda haroratning ortishi reaktsiya tezligini keskin oshiradi, ammo NO ning NO2 ga oksidlanish reaktsiyasi, bu umumiy qoidaga bo‘ysunmaydi, aksincha haroratning ortishi bu reaktsiya tezligini kamaytiradi. Bu hodisani tushuntirish uchun bir necha gipotezalar o‘rtaga tashlangan. Bulardan nisbatan to‘g‘ri deb tan olingani, bu NO ning oksidlanishi orqali mahsulot demir hosil bo‘lish bilan borish reaktsiyasidir.
Ikkinchidan reaktsiya natijasida hosil bo‘lgan NO bosimning yuqoriligi va havo o‘rniga ortiqchasi bilan toza kislorod olinganligi uchun darhol NO2 ga va NO2 qisman N2O4 ga aylanadi. uchinchidan haroratning oshirilganligi NO2ni suv bilan o‘z ta’sirini oshiradi.
Bunda boradigan reaktsiyalarni (tenglamalarni soddalashtirish maqsadida NO2 ning suv bilan o‘zaro ta’siri reaktsiyasini hisobga olmay yozsak) quyidagicha yozish mumkin.
N 2O4 =2N2O= 4NNO3+2 NO
2NO+O2=(NO)2=N2O4
Bitta tenglama bilan ifodalaydigan bo‘lsak quyidagicha yoziladi:
2N2O4+2N2O+O2= NO3 +78,6kJ
Reaktsiya uchun olingan suvning hammasi birikkanligi uchun yuqori kontsentratsiyali kislota hosil bo‘ladi. Ortiqcha NO2 va N 2O4 lar suv tugagach kislotada erib nitroolium hosil qiladilar. Bosim qanchalik yuqori bo‘lib harorat past bo‘lsa NO2 va N2O4 lar kislotada shunchalik tez eriydi. -100S da 98 %li nitrat kislota 30 %li nitroleum hosil qilishi mumkinSuyuq nitrat kislota ishlab chiqarishning texnologik sxema. Nitrat kislota ishlab chiqarish usuli qo‘llaniladigan bosimga qarab 3-tipga bo‘linadi:
1. Atmosfera bosimida ishlovchi qurilmalar;
2. Yuqori bosimda ishlovchi qurilmalar;
3. qurama(kombinatsiyalangan, qo‘shilgan) qurilmalar.
Binobarin bunda, ammiakni oksidlash pastroq bosimda 0,3-0,4 MPa, azot oksidlarini azot kislatasiga aylantirish, yuqoriroq bosimda (0,8-1,2 MPa) olib boriladi.
Atmosfera bosimida ishlovchi qurilmalarda maxsuldorlikning pastligi NO ni oksidlanishi va NO2 ni adsorbsiyasi intensivligining pastligi, katta hajmdagi adsorbsiya qurilmalari talab qilinishi, atmosferaga chiqib ketuvchi gazlarni azot oksidlaridan tozalash uchun ko‘p ishqor sarflanishi kabi kamchiliklari tufayli hozirgi vaqtda bu tipdagi qurilmalar ishlatilmaydi.
Yuqori bosimda ishlovchi qurilmaning atmosfera bosimida ishlovchi qurilmadan ustunligi quyidagilardan iborat:
1. Azod oksidlarini nitrat kislotaga aylantirish 98-99 %gacha ortadi. Olingan kislota kontsentratsiyasi 60-62 %ga ko‘tariladi ishqoriy adsorbtsiyalash jarayoniga ehtiyoj qolmaydi;
2. Adsorbtsion kolonnasining hajmi, atmosfera bosimida ishlovchi qurilmada qo‘llaniladigan nasadkali minoralar hajmidan o‘nlab marotaba kichik
3. qurilmalarni qurish uchun kam mablag sarflanadi;
4. qurilmalarda xizmat qilish, ularni ishlatish ancha soddalashadi.
Ammo,yuqori bosimda kattalizatorning yo‘qotilishi va energiyani ko‘p talab qilishi bu tipdagi qurilmalarni keng tarqalishga katta to‘siq b’o‘lmoqda. Shuning uchun ham keyingi yillarda qurama tipdagi qurilmalar keng tarqalmoqda.qurama (kombinatsiyalangan) usulda suyuq nitrat kislota ishlab chiqarish.
qurama (kombinatsiyalangan) usulda suyuq nitrat kislota ishlab chiqarish.
XULOSA

Kimyoviy toza, suvsiz 100 %li nitrat kislota,- rangsiz suyuqlik, o‘tkir hidli, zichligi 1,52 g/sm3, +82,60S da qaynaydi, 41,60Sda muzlaydi. Suv bilan har qanday nisbatlarda aralasha oladi. Suyultirilganda issiqlik chiqishi gidratlar hosil bo‘lishidan dalolat beradi (HNO3·H2O, HNO3·2H2O).

68,4 %li nitrat kislotasi esa azeotrop aralashma bo‘lib 121,90S da qaynaydi (65-rasm), bunda u suv bilan birga qo‘shilib haydaladi. Nitrat islota issiqlik va yorug‘lik ta’sirida parchalanadi.
4HNO3 = 2H2O + 4NO2+ O2
Ajralib chiqqan azot (IV) - oksidi kislotada erib, uni qo‘ng‘ir yo byki qizil ( erigan NO2 ning miqdoriga qarab) rangga bo‘yaydi. Shuningdek nitrat kislota kuchli oksidlovchidir. U oltin, platina, tantal, radiy, iridiydan boshqa barcha metallarni eritib tegishli nitratlar yoki oksidlarga aylantira oladi. Kontsentrlangan nitrat kislota ayrim metallarni passivlashtiradi. (U sovuq holda temirni passivlashtirishini Lomonov aniqlagan edi.) masalan, temir, xrom, alyuminiylar o‘z yuzasini yupqa oksid parda hosil qilib, metalni nitrat kislotasining takror ta’siridan himoya qiladi. Shu xossasidan foydalanib, kontsentrlangan nitrat kislotasi po‘lat va alyuminiy bochkalarda yoki rezervuarlarda tashiladi va shu xildagi idishlarda saqlanadi. Kimyoviy toza, suvsiz 100 %li nitrat kislota,- rangsiz suyuqlik, o‘tkir hidli, zichligi 1,52 g/sm3, +82,60S da qaynaydi, 41,60Sda muzlaydi. Suv bilan har qanday nisbatlarda aralasha oladi. Suyultirilganda issiqlik chiqishi gidratlar hosil bo‘lishidan dalolat beradi (HNO3·H2O, HNO3·2H2O).
68,4 %li nitrat kislotasi esa azeotrop aralashma bo‘lib 121,90S da qaynaydi (65-rasm), bunda u suv bilan birga qo‘shilib haydaladi. Nitrat islota issiqlik va yorug‘lik ta’sirida parchalanadi.
4HNO3 = 2H2O + 4NO2+ O2
Ajralib chiqqan azot (IV) - oksidi kislotada erib, uni qo‘ng‘ir yo byki qizil ( erigan NO2 ning miqdoriga qarab) rangga bo‘yaydi. Shuningdek nitrat kislota kuchli oksidlovchidir. U oltin, platina, tantal, radiy, iridiydan boshqa barcha metallarni eritib tegishli nitratlar yoki oksidlarga aylantira oladi. Kontsentrlangan nitrat kislota ayrim metallarni passivlashtiradi. (U sovuq holda temirni passivlashtirishini Lomonov aniqlagan edi.) masalan, temir, xrom, alyuminiylar o‘z yuzasini yupqa oksid parda hosil qilib, metalni nitrat kislotasining takror ta’siridan himoya qiladi. Shu xossasidan foydalanib, kontsentrlangan nitrat kislotasi po‘lat va alyuminiy bochkalarda yoki rezervuarlarda tashiladi va shu xildagi idishlarda saqlanadi.