4.3 Kỹ thuật sản xuất axit nitric
4.3.1 Khái niệm chung
+ Qúa trình gồm 3 bước:
– Oxi hóa amoniac:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
– Oxi hóa NO:
2NO + O2 = 2NO2
– Hấp thụ đinitơ oxit:
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
4.3.2 Cơ sở lý thuyết của sản xuất axit HNO3
– Oxi hóa amoniac ở 900oC theo phản ứng:
4NH3+5O2=4NO+6H2O +907kJ, Kp=1053(a)
4NH3+4O2=4N2O+6H2O+1105kJ, Kp=1061(b)
4NH3+3O2=4N2+6H2O+1270kJ, Kp=1067(c)
Muốn cho phản ứng (a) xảy ra phải dùng xúc tác có độ chọn lọc cao
-Xúc tác có thể là Pt, hay các hợp kim Pt với Pd, Rd hay các oxit Fe, Mn, Co và Ni
-Xúc tác rất nhạy với tạp chất có trong không khí hay amoniac
-Pt rất đắt tiền nên người ta thường nghiên cứu thay thế xúc tác của các oxit rẻ tiền hơn
-Nhiệt độ tối ưu khỏang 900oC ở áp suất 9atm
-Tỷ lệ O2: NH3 = 1,25 là tốt nhất nhưng dễ nổ, thông thường khống chế tỷ lệ bằng 1,7- 2,0
-Tăng áp suất hiệu suất giảm, nhưng tốc độ tăng
-Oxi hóa NO:
2NO + O2 D 2NO2 + Q
+ Nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng giảm và ngược lại
+ Áp suất tăng tốc độ phản ứng tăng
+ Oxi trong không khí tăng lên thì tốc độ phản ứng tăng lên
-Hấp thụ NO2 bằng nước
2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 + 116kJ
HNO2 bị phân hủy
3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O – 75,8 Kj
Tông quát:
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO + 136kJ
Qúa trình tái sinh NO cần phải oxi hóa lại
Muốn tăng tốc độ hấp thụ cần phải hạ nhiệt độ
Tăng áp suất sẽ tăng quá trình hấp thụ, thông thường người ta khống chế ở P=8atm axit thu được có nồng độ 60-62%
+ Dây chuyền sản xuất axit nitơric lõang
– Sản xuất HNO3 ở áp suất thường
-Sản xuất HNO3 ở áp suất cao
+ Dây chuyền áp suất cao có ưu điểm:
- Lượng oxit chuyển thành axit cao 98-99%
- Thể tích cột hấp thụ nhỏ hơn hàng chục lần
- Chi phí chế tạo thiết bị giảm
- Khai thác giản đơn
Nhược điểm tiêu hao xúc tác nhiều và tốn năng lượng
Để khắc phục người ta dùng sơ đồ phối hợp
+ Sản xuất axit nitơric đậm đặc
-Cô đặc axit lõang nhờ axit sunfuric nồng độ cao ta thu được axit HNO3 đậm đặc, axit sunfuric lõang 70% lấy ra ở đáy tháp
Lượng axit sunfuric đậm đặc tiêu tốn 3-4 tấn/1tấn HNO3 đậm đặc
-Tổng hợp trực tiếp HNO3 đậm đặc từ NO
2N2O4 + H2O + O2 D 4HNO3 + 59,5kJ
Thực hiện ở 75oC và 50atm