Mavzu: Konsentirlangan nitrat kislota ishlab chiqarish

Nitrat kislotani kontsentrlash. Ikki usul bilan amalga oshiriladi:

1. Suvni tortib oluvchi moddalar yordamida kontsentrlash;

2. Nitrat kislotaning to`g`ri sintezi.

Birinchi usulda nitrat kislotani haydash (distillash) yo`li bilan kontsentrasiyasi oshiriladi. Ammo nitrat kislota suv bilan azeotrop aralashma hosil qilganligi sababli bu usulda amalda 65 %dan yuqori kontsentrasiyali kislota olib bo`lmaydi. SHuning uchun ham suvni tortib oluvchi moddalar: kontsentrlangan sul'fat kislota yoki magniy nitrat tuzi aralashtirib haydash orqali kontsentrlanadi. Ammo bu usulda 1 t. Nitrat kislotani kontsentrlash uchun 3-4 t. H2SO4 sarflanadi.

II.2. Nitrat kislotani olinishi


Konsentrlangan nitrat kislotasining to’g’ri sintezi. Konsentrlangan nitrat kislotasi olishning suyuq kislota olishdan asosiy farqi nitroza gazlaridan suyuq N₂O₄ ni ajratib olishdir. Atmosfera bosimida olingan nitroza gazlari, foydalanish qozonidan o’tgach tarkibidagi suvni yo’qotish uchun tez suratda sovitiladi. Buning uchun (69- rasm) nitroza gazlari suvli tez sovutkich (1) orqali o’tadi.

. Konsentrlangan nitrat kislota sintezming sxemasi. 1 — tez sovutgich; 2 — suvli sovutkich; 3 — ventilyator; 4 — oksidlovchi mmora, 5 — to’liq oksidlagich, 6, 7, 10 — sho’robali sovutkichlar; 8 — yuttiravchi mmora; 9 — tokchah oqartiravchi kolonna va uning bug’ uchun g’ilofi, 11 — aralashtzrgich; 12 — elaksimon tarelkali avtoklav.
Undan suvning ко'р qismi 3 %li nitrat kislotaga aylanib tushadi, qolgan qismi esa sovitgichda (2) kondensatlanadi, so’ngra ventilyator (gaz yoki havo haydovchi, shamollatib turuvchi asbob) bilan ichida keramik halqalardan nasadkasi bo’lgan oksidlash minorasiga olib beriladi. Unda N0 oksidlanib NO₂ ga aylanadi (oksidlovchi minorada N0 ning NO₂ ga oksidlanishi nitroza gazlari tarkibidagi kislorod hisobiga boradi. Reaksiya past haroratda borishi yuqorida aytilgan), ajralib chiqqan issiqlik minorani sug’orib va aylanib turuvchi
50 %li nitrat kislotasi bilan olinib turiladi. 50 %li nitrat kislota azot oksidlari bilan o’zaro ta'sirga uchramaydi-birikmaydi. Oksidlanmay qolgan N0 dookislitelda (5) 98 %li nitrat kislotasi bilan oksidlanadi.
NO+2HNO₃↔3NO₂ +H₂O—136,2 kJ
Hosil bo’lgan NO₂ (oksidlanish minorasida va dookislitelda hosil bo’lgan NO₂ birgalikda) sho’roba sovutkichlar(6)da — 10°C gacha sovitilib ко'р qismi suyuq holga o’tkaziladi. Qolgan ozroq qismi yuttirish minorasida -10°C gacha sovitilgan 88 %li nitrat kislotasida eritib olinadi (98 %li nitrat kislota NO₂ ni o’ziga yaxshi eritadi va nitro-oleumga aylanadi. So’ngra u 75—80°C gacha qizdirilsa yana NO₂ ni ajratib chiqaradi) yuttirish minorasidan (8) oqib tushgan nitrooleum, avtoklavda hosil bo’lgan nitrooleum bilan birgalikda oqartiruvchi kolonnaga yuboriladi, binobar inu tashqi tomonda bug’ bilan qizdirilib turiladi. Unda bug’lanib chiqqan azot (IV) va qo’sh oksidlari sovitkichga (10) borib yana azot qo’sh oksidiga aylanadi.
Oqargan 98 %li nitrat kislota esa tayyor mahsulot hisoblanadi. Uning bir qismi 5 va 8 minoralarni sug’orish uchun yuboriladi, qolgan qismi omborga olinadi. Azot qo’sh oksidi aralashtirgichga (11) boradi va unga 2,4,5 apparatlaridan oqib tushuvchi 55-60 % li nitrat kislota bilan aralashib avtoklavga (12) keladi. (Avtoklav bu moddalarni yuqori bosimda qizdirish uchun ishlatiladigan germetik qopqoqli apparatdir). Bu maqsadda ishlatiladigan avtoklav qalin devorli po’latdan yasalgan silindirsimon apparat bo’lib, balandligi 8,5 m, ichining diametri 1 m, ichiga korroziyadan mudofaa qilish uchun aluminiy qoplangan hamda to’r tarelkalar o’rnatilgan va to’r tarelkalarning mayda teshikchalaridan sekin oqib o’tib pastga tushadi. Avtoklavning tubiga toza kislorod ham yuborilgach, natijada qarama-qarshi oqimda yuqoriga ko’tariluvchi kislorod ishtirokida azot qo’sh oksididan nitrat kislota hosil bo’ladi. 11. HN0₃ ishlab chiqarish uchun 0,29 t/ ammiak, 150 m³ kislorod, 0,05 g platina, 270 kvt/s elektr energiyasi, 0,6 t. bug’, 200m³ suv sarflanadi. Chirchiq, Olmaliq, Farg’ona va Navoiydagi nitrat kislota ishlab chiqarish zavodlari respublikamiz ehtiyojini qondirib kelmoqda.

Sanoatda ikki ko‘rinishdagi: tarkibida 50 - 60% HNO₃ bomgan suyultirilgan va tarkibida 96 - 98% HNO₃ bo‘lgan konsentrlangan azot kislota ishlab chiqariladi. Suyultirilgan kislotadan. asosan. Tarkibida azot biyalogik mineral o 'g ‘itlar ishlab chiqarish uchun foydalaniladi. Kuchli nitrat kislotasi portlovchi moddalar, bo‘yoqiar, plastik massalar, nitroloklar, kinoplyonkalar va boshqa muhim mahsulotlar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Nitrat kislotasi ammiakdan ishlab chiqariladi.

Ammiakdan suyultirilgan nitrat kislotasi ishlab chiqarish quyidagi bosqichlardan iborat:
1 ) ammiakni azot (II) oksidigacha kontaktli oksidlash:
4NH₃ + 50₂ -► 4NO + 6H₂O ДН = -907 k J (a)
2) NO ni NO₂ gacha oksidlash:
2NO + O₂ ^ 2NO₂, AH - -1 \ 2 k J . (b)
3) suyultirilgan nitrat kislotasi hosil qiiish bilan azot (IV) oksidini
suv bilan absorbsiyalash:
3NO₂+ H₂O=2HNO₃ + NO, ДН = - 136 kJ. (d)
Bunda ajraladigan azot (II) oksidi azot (IV) oksidgacha oksidlanadi va yana absorsiyalanadi

.1. Ammiakni kontakt oksidlash

Ammiakni oksidlashda asosiy {a) reaksiyadan tashqari
ammiakning behuda sarflanishiga olib keluvchi boshqa jarayoniar ham
boradi:
4NH₃ + 4 0₂- ≫ 2N₂0 + 6H₂0 , ДН = -1105 kJ; (e)
4NH₃ + 3O₂ -> 2N₂ + 6H₂0 , ДН = -1270 U ; (j)
4NH₅ + 6NO -≫ 5N₂ + 6H₂0 , ЛН = -1810 kJ. (g )
Ammiakni oksidiasluiing katalitik tezligi. Oksidlash jarayonining tezligi jarayonning texnologik tartibiga va kontaktli uskunaning konstruksiyasiga bog'liq. Faolligi yuqori platinali katalizatorda jarayon diffuzion sohada boradi. Faolligi kamroq (oksidli) kataiizatorlarda past haroratda ammiakning oksidlanishi katalitik aktlarning tezligi bilan aniqlanadi, ya'ni kinetik sohada boradi.
Haroratni ko‘tarish nafaqat kimyoviy reaksiyaning tezligini, balki ammiakning aralashmadagi diffuziya koeffitsientini oshirishga ham yordam beradi. Shuning uchun haroratni oshirish, kinetik sohada qanday bolsa, diffuzionda ham xuddi shunday boradigan, oksidlanish jarayonining tezligini oshirishda samarali vositadir. Lekin katalizning haroratini ~850°C dan yuqoriga ko'tarish NO chiqishini kamaytiradi va (Bosimning ko‘tarilishi NH₃ ning oksidlanish jarayonini tezlatadi. cliunki reaksion hajmda reaksiyaga kirishayotgan komponentlarning konsentratsiyasi ortadi, gazli aralashmaning hajmi kamayadi. Bosimni oshirganda qurilma devorlarining qalinligini oshirish zarur, buning natijasida uning narxi ortadi. Shuning uchun keragidan ortiqcha 0,2 - 1 MPa bosim qo`llaniladi. Platinani tejash maqsadida, ammiak platinoidli to'rlarda qisman oksidlanuvchi, keyin platinasiz donador katalizator qatlamida oxirigacha oksidlanuvchi, ikki bosqichli kontaktlash qo‘lianiladi. Platinasiz katalizatorlar sifatida oksidlar va tuzlaming turli kompozitsiyalari, shu jumladan, temir yoki xrom oksidlari, kobalt tuzlari qo`llaniladi.
Azot (II) oksidini azot (IV) oksidigacha oksidlash Ammiakni oksidlashda hosil bo`lgan nitroza gazlar tarkibida NO va boshqa azot oksidlari, kislorod, azot va suv bug‘lari bo`ladi. Nitrat kislotasi hosil qiiish uchun azot (II) oksidini azot (IV) oksidigacha oksidlash zarur. NO ni havo kislorodi bilan oksidlash jarayoni quyidagi umumiy tenglama bilan tavsiflanadi:
2NO + 0₂= N 0 _2, ДН - П 2 U
Le Shateie prinsipiga asosan, bu jarayonning muvozanati bosim oshganda va harorat pasayganda o ‘ngga siljiydi. Azot (IV) oksidining amalda hosil b oiishi 700°C dan past haroratda boshlanadi, 100°C dan past haroratda esa muvozanat deyarli to`liq o ‘ngga siljiydi. Shunday qilib, absorbsiyaga beriiayotgan nitroza gazlar tarkibida NO<sub>2</sub>; NiO-s; O<sub>2</sub>; N<sub>2</sub>O; NO; N<sub>2</sub>O<sub>2</sub>; N<sub>2</sub>, suv bug` va boshqalar bor.
Azot (IV) oksidining absorbsiyasi va uning dimeri quyidagi sxemalar bo'yicha boradi:
2 N0₃ + H₂0 =HNO₃ + HNO, = - 116 k J
N ₂O₄ + H₂0 =5 HNO₃ + HNO:, AH = -59 k J
Bunda hosil bo`lgan nitrit kislotasi beqaror va parchalanadi:
3HNO> ^ HNO<sub>3</sub> 2NO + H<sub>2</sub>0 AH = 76 k,J
Shuning uchun NO<sub>2</sub> ning suv bilan umumiy o czaro ta'sirini
3 N0<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>0=2HN0<sub>3</sub> + NO, ДН = -136 k J
reaksiya tenglainasi bilan ifodalash mumkin. Azot (IV) oksidining suv bilan yutilishi gaz-suyuqlik tizimida o ‘ziga xos xemossorbsion jarayondir. Absorbsiya jarayonining ekzotermikligi sababli mahsulot holdagi kislotadan chiqayotgan harorat, odatda, 50°C dan kam bo‘lmaydi, shuning uchun atmosfera bosimi ostida ishlayotgan qurilmalarda tarkibida HNO<sub>3</sub> faqat 50% ga yaqin bo`lgan kislota hosil bo`ladi. 0,6 - 0,8 MPa bosim ostida ishlayotgan qurilmalarda 58 - 60% li kislota olish mumkin. Azot oksidlari va kisloroddan HNO3 ni bevosita sintez qurilmalarida, bosimni 5 MPa gacha ko‘tarib, 98%
konsentratsiyali HNO₃ olinadi.
Nitrat kislotasi ishlab chiqarish
Ammiakdan suyultirilgan nitrat kislotasi olish uchun yaqin
vaqtlargacha sanoakla uchta:

1. 
   atmosfera bosimi ostida;
   
2. 
   yuqori bosim ostida;
   

III) ammiakni oksidlash atmosfera bosimi ostida, azot (II) oksidini oksidlash va N 0 ^ ning suv bilan absorbsiyasi esa yuqori bosim ostida amalga oshiriladigan kombinirlangan tizimlardan fovdalanilar edi.
Yuqori (0.2 dan 1 MPa gacha) bosim ostida ishlaydigan va kombinirlangan zamonaviy qurilmalar, chiquvchi gazlar (ularning yuqori haroratiga, bosimiga bog‘liq) energiyasi va ammiakni oksidlash reaksiyasining issiqligi havoni va nitroza gazlarni siqish uchun hamda texnologik bug`olishda foydalaniladigan, energotexnologik tizimlar prinsipi asosida ishlab chiqilgan. Xuddi shu sxemalar bilan, past polensiaili issiqlikdan imkon boricha to‘liqroq foydalanisii nazarda tuliladi. 5-rasmda yuqori bosim ostida suyultirilgan nitrat kislotasi
olishninti prinsipial texnologik sxemasi keltirilgan.
Atmosfera havosi tegishli tozalangandan keyin gaz turbinasi 4 ni harakatgu keitiruvchi kompressor 3 ga keladi. Kompressorda havo 0.72 MPa bosimgacha siqiladi. bunda 135nC gacha qiziydi va keyin havo isitgich 5 ga keladi.

5-rasm. Yuqori (0,73 MPa) bobim ostida suyultiriigan nitrat kislotasi olishning prinsipial texnologik sxemasi: I-havo beriladigan quvur; 2-havo tozalagich; 3-gaz ko/npressori; 4-gaz turbinasi: 5-havo isitgich; 6-ammiak hug ‘latgich; 7-filtrli aralashtirgich; 8-hmtakt apparati; 9, 17-qozon-utilizatorlar; IO-Jiltrli oksidiovchi; 11-absorbsion kolonna; 12-havo bilan (pujlab) tozalash kolonnasi; IS-sovutqich-kondcnsator; 14- chiqindi gazlar isitgichi; 15-katalitik tozalash reaktori; 16-yonish kamerasi; JS-chiqish quvuri.

Bu yerda nitroza gazlarining oksidlagich 10 dan chiqayotgan issiqligi isobiga, uning harorati 250°C gacha ko'tariladi. Aralashtirgich 7 da havo bu yerda ammiakni bug`atgich 6 dan keluvchi gazsimon ammiak bilan aralashadi. Hosil bolgan ammiak – iiavoli aralashma keyin kor.takt qurilma 8 ga keladi, bu yerda 900°C harorat atrofida Pt - Rh - Pd - katalizatorda ammiakning oksidlanishi yuz beradi. Tarkibida 9.0 - 9,5% NO bo`lgan nitroza gazlar qozonutiJizalor 9 ga keladi va bu yerda zarur haroratgacha soviydi. ham bug" hosil bo`ladi. So‘ngra gaz oksidiovchi 10 ga keladi va bu yerda azot (IV) oksidigacha oksidlanadi. Havo isitgich 5 da. keraksiz gazlar isitgichi 12 da va sovutqich— kondensator 13 da 45°C ga yaqin haroratgacha sovitiigan nitroza gazlar suv bilan ho'llangan absorbsion kolonna I i ga keladi. NO: ning suv bilan absorbsiyasi ekzotermik bo'lgani uchun. absorbsion tarelkalar sovituvchi. suv aylanadigan burama naychali sovutqichlar bilan ta'minlangau (shemada ko‘rsatilmagan). Hosil bo`lgan nitrat kislotasi o ‘z oqimi bilan hiruvchi kolonna 12 ga kelib tushadi. Bu yerda issiq havo yordamida, tayyor nitrat kislotasidan. unda erigan, absorbsion kolonnaga boradigan, nitroza gazlami uchirish yuz beradi. Kcraksiz gazlar azot oksidlaridan katalitik tozalash ti2 imidan o ‘tib, ularni ammiak bilan element azotgacha qaytarib, atmosferaga chiqarib yuboriladi. Shu turdagi qurihr.alarda ammiakni nitrat kislotasiga aylantirish darajasi 98 - 99% ga, kislotaning konsentratsiyasi esa 60 - 62% ga yetadi. Lekin bosim ostida ammiakning oksidlanishida, platinali katalizatomi yo'qotish ortadi. Shuning uchun ammiak oksidlashni azot oksidini oksidlashga nisbatan (1,2 MPa bosimgacha) anchagina past bosimda (~0,4 MPa) amalga oshiruvchi tizimiar qo`lIaniladi. Zamonaviy azot kislotali KTT, 380 - 400 ming t/yilm tashkil etgan alohida texnologik tizmasining katta quvvati bilan tavsiflanadi. Qayd qilingan tizimiar faqat suyultirilgan nitrat kislotasini olishga imkon beradi. Portlovchi moddalar. ba’zi bir plastik massalar, bo’yoqlar ishlab chiqarish uchun konsentrlangan (98% ii) kislota talab qilinadi. Shunday konsentratsiyali nitrat kislotasini yo suyultirilgan nitrat kislotasini konsentrlash, yoki bevosita sintez bilan olish mumkin. Suyultirilgan nitrat kislotasidan suvni haydab, faqat 68% ii eritmani olish mumkin, cbunki xuddi shunday konsentratsiya NO<sub>3</sub> - НЮ azeotrop aralashmaga to‘g`ri keladi. Shuning uchun konsentrlashni, masalan 92 - 94% Ii H ₂SO ₄ga o ‘xshash, suvni tortib oluvchi vositalarni qo`llash bilan amalga oshiriladi. Qaynash natijasida gidratlar hosil qiluvehi konsentrlangan sulfat kislotasi 100% li HNO₃dan ko‘ra yuqoriroq haroratda qaynaydi. Suvni tortib oluvchi vosita sifatida magniy nitratidan ham foydalanish mumkin.

Hozirgi vaqtda
2N₂0 ₄(s)+2H₂0 (s)+0 ₂ ( g )=4H N 0 ₃(s), ДН = -59,5/t/
reaksiya tengiamasi bo‘yicha boradigan konsentrlangan nitrat kislotasining bevosita sintezi ko‘p qo`llanilmoqda. Haqiqatan, dioksid dimerining yutiiishi, 45% ga yaqin suvdan tashkil topgan, suyultirilgan nitrat kislotasi bilan amalga oshirilmoqda. Bu amal 90°C va 5 MPa bosimda bajariladi. Avtoklavda tarkibida 25% gacha b o ‘lgan, nitrooleum deb ataluvchi HNO ₃hosil bo‘ladi. Azot (IV) oksidini uchirgandan keyin 97 - 98% li nitrat kislotasi hosil bo‘Iadi.