La historia del uso humano del ácido nítrico
Nano+HSO[698-1]HNO+nah. Así, en 1895, el británico J.W.S Rayleigh hizo pasar aire a través de un arco para sintetizar directamente nitrógeno y oxígeno a altas temperaturas para sintetizar óxido nítrico, que luego se procesó en ácido nítrico. En 1903, Noruega construyó la primera fábrica de ácido nítrico del mundo producida por arco (. 6544). Este método tiene un proceso de producción simple y poca materia prima. Es inagotable, pero consume demasiada electricidad. El consumo de energía por tonelada de ácido nítrico es de 50,4 GJ. nitrógeno en el aire Debido al alto consumo de energía, no se industrializó. En 1908, se construyó en Alemania utilizando amoníaco como materia prima. Una fábrica con una producción diaria de 3 toneladas de ácido nítrico. Nació el método y la producción de amoníaco aumentó rápidamente. Debido al bajo costo de producir ácido nítrico a partir de amoníaco, el amoníaco se ha convertido en la principal materia prima para la producción de ácido nítrico (ver Basado en amoníaco). Los pasos se dividen en dos pasos: oxidación por contacto con amoníaco y absorción de óxido de nitrógeno.
(1) Oxidación por contacto con amoníaco en presencia de un catalizador. A baja temperatura, el amoníaco reacciona con el oxígeno del aire para producir óxido nítrico. La fórmula de la reacción es:
4NH+5O[698-1]4NO+6HO+226 kJ Esta reacción es muy rápida con platino como catalizador principal (ver) y. Catalizador sin platino con óxido de hierro y cobalto como cuerpo principal (ver). La malla de platino y rodio se usa ampliamente en la industria. Cuando la temperatura de reacción es de 800 ~ 900 ° C, la tasa de oxidación del amoníaco puede alcanzar el 95 % ~ 98. %, el contenido de amoníaco en el gas mezclado es del 9,5% al 12% (volumen). Si el contenido de amoníaco alcanza el límite de explosión (16% al 25% del volumen), provocará una explosión. 2) La absorción de óxido nítrico primero oxida el óxido nítrico en dióxido de nitrógeno. La fórmula de la reacción es:
2NO+O[698-1]2NO+57kJ. cuanto mayor es la temperatura, más lenta es la velocidad de reacción. Luego, el agua absorbe el dióxido de nitrógeno para generar ácido nítrico.
[698-03] El óxido nítrico liberado en la reacción regresa al. proceso de absorción y se oxida en dióxido de nitrógeno. Esta es una reacción reversible con contracción de volumen, por lo que aumentar la presión y reducir la temperatura es beneficioso para la reacción. Debido a que la reacción está limitada por el equilibrio químico, solo se puede obtener ácido nítrico diluido. absorción a presión normal, la concentración no supera el 50% de HNO, y la concentración bajo absorción presurizada no supera el 70% de HNO.
El gas absorbido todavía contiene óxidos de nitrógeno y el contenido depende de la presión de funcionamiento y. temperatura Para prevenir la contaminación ambiental, algunos países establecieron la concentración de emisión de óxidos de nitrógeno entre 200 y 300 ppm. En la década de 1980, había dos métodos de tratamiento de gases de escape en la producción industrial: ① Método de absorción de solución: en los primeros días, Como absorbentes se utilizaron sustancias alcalinas como carbonato de sodio e hidróxido de sodio o ácido sulfúrico, que son simples y fáciles de operar, pero es difícil reducir el contenido de óxido de nitrógeno a menos de 200. ppm. Sólo es adecuado para procesos de absorción a presión atmosférica con un alto contenido de óxido de nitrógeno en los gases de escape. (2) Método de reducción catalítica: en presencia de un catalizador, se utilizan amoníaco y metano para reducir los óxidos de nitrógeno a nitrógeno y agua. Este método no puede recuperar óxidos de nitrógeno, pero el dispositivo es compacto y fácil de operar, y el contenido de óxido de nitrógeno en los gases de escape se puede reducir a menos de 200 ppm.
Según la diferencia de presión entre la oxidación de amoníaco y la absorción de óxido de nitrógeno, el proceso de producción de ácido nítrico diluido se puede dividir en tres tipos: ① Método de presión normal, todo el proceso se opera bajo presión normal. Se caracteriza por una alta tasa de oxidación de amoníaco, una baja pérdida de catalizador de platino y una estructura de equipo simple, pero la torre de absorción es de gran tamaño, la concentración de ácido nítrico en el producto terminado es baja y la concentración de emisiones de óxido de nitrógeno en la cola; el gas está alto. ② Método de presión total, todo el proceso se opera bajo presión. Debido a las diferentes presiones, se divide en dos procesos: presión media (250 ~ 500 kPa) y alta presión (710 ~ 1420 kPa). Se caracteriza por una alta tasa de absorción de óxido nítrico, una alta concentración de ácido nítrico terminado, un pequeño volumen de torre de absorción y una alta tasa de recuperación de energía; sin embargo, la tasa de oxidación de amoníaco es ligeramente baja y la presión de pérdida del catalizador de platino es mayor. ③ El método integral, la oxidación de amoníaco y la absorción de óxido de nitrógeno se operan bajo presión normal y presión respectivamente, y tienen las ventajas tanto del método de presión normal como del método de presión total. La mayoría de las unidades de producción de ácido nítrico a gran escala recientemente construidas en los últimos años adoptan el proceso de ácido nítrico de doble presión (ver figura [Proceso de producción de ácido nítrico de doble presión]), en el que la oxidación de amoníaco opera a 360 ~ 560 kPa (presión absoluta ), y la absorción de óxido de nitrógeno opera a 850 ~ 1550 kPa (presión absoluta).
El amoníaco y el aire se filtran por separado, se mezclan uniformemente en el mezclador y reaccionan de arriba a abajo a través de la malla de platino del oxidador de amoníaco (comúnmente llamado horno de oxidación). La temperatura de oxidación es de aproximadamente 800 °C. La oxidación a alta temperatura. descargado del oxidador de amoníaco Después de recuperar y enfriar el gas nitrógeno, el compresor de óxido nítrico lo presuriza a la presión de absorción. Después de enfriarlo, ingresa a la torre de absorción y se absorbe con agua para producir ácido nítrico diluido. Dado que el óxido nítrico se disuelve en ácido, el óxido nítrico se elimina con aire en la torre de blanqueo para obtener el ácido nítrico terminado. El gas de cola a la salida de la torre de absorción recupera energía a través del expansor de la turbina y se descarga. Los equipos de síntesis de amoníaco a gran escala y el rápido crecimiento de los fertilizantes compuestos de alta concentración han promovido el desarrollo de la tecnología de producción de ácido nítrico diluido. La dirección es aumentar la presión de operación, aumentar la concentración de ácido nítrico del producto terminado, reducir la concentración de óxido nítrico en los gases de escape, recuperar completamente la energía, lograr la autosuficiencia y ampliar la escala de producción. A mediados de la década de 1980, la planta de ácido nítrico de serie única más grande tenía una producción diaria de 1.500 toneladas (basada en 100% HNO).
Cuando la concentración de ácido nítrico es del 68,4%, el ácido nítrico producido por el ácido nítrico concentrado se mezcla con agua para formar una * * * mezcla en ebullición (llamada * * * ácido en ebullición), por lo que el ácido nítrico concentrado no se puede Se prepara simplemente destilando ácido nítrico diluido. Existen tres métodos para producir ácido nítrico concentrado en la industria: ① Método de concentración indirecta, que utiliza un agente deshidratante para extraer y destilar ácido nítrico diluido. Este método se basa en el principio de que la fuerza de unión entre el agente deshidratante y el agua es mayor que la fuerza de unión entre el ácido nítrico y el agua. Cuando la mezcla ternaria de ácido nítrico-agua-agente deshidratante hierve, la presión parcial del vapor sobre la superficie del líquido disminuye y la presión parcial del vapor de ácido nítrico aumenta, produciendo así ácido nítrico concentrado. Los agentes deshidratantes comúnmente utilizados incluyen nitrato de magnesio y ácido sulfúrico concentrado. ② Método de síntesis directa, desarrollado en 1932. Bajo cierta temperatura y presión, el tetróxido de nitrógeno líquido reacciona directamente con el oxígeno y el agua. La fórmula de la reacción es:
2NO+2HO+O [698-1] 4NO+59KJ Este método incluye tres pasos: oxidación de amoniaco, condensación de productos de oxidación de óxido de nitrógeno y síntesis de ácido nítrico. Al igual que en la preparación de ácido nítrico diluido, se utiliza amoníaco como materia prima, pero hay dos diferencias principales: primero, después de eliminar el exceso de agua, se puede conocer la fórmula de reacción general del ácido nítrico:
NH+ 2O[698-1] Para preparar ácido nítrico concentrado a partir de HNO+HO, solo es necesario eliminar 2/3 del agua generada por la reacción de oxidación del amoníaco; en segundo lugar, es necesario preparar tetróxido de dinitrógeno líquido; El óxido nítrico se oxida primero a dióxido de nitrógeno mediante el oxígeno del gas de óxido de nitrógeno y el resto se oxida con ácido nítrico concentrado.
La fórmula de la reacción es:
2HNO+NO[698-1]3NO+HO y luego se superpone dióxido de nitrógeno y se condensa en tetróxido de dinitrógeno a -10C. ③Destilación de ácido de sobreebullición, incluida la oxidación de amoníaco, preparación de ácido de sobreebullición y destilación directa.
Propósito El ácido nítrico es una materia prima química importante y su producción es superada solo por el ácido sulfúrico en la producción de ácido. En 1981, la producción mundial de ácido nítrico alcanzó los 30 millones de toneladas (calculada como 100% HNO). Los principales sectores consumidores de ácido nítrico son las industrias de fertilizantes y explosivos, pero también se utiliza en la producción de tintes, productos farmacéuticos y plásticos. El ácido nítrico diluido se utiliza principalmente para producir nitrato de amonio, fertilizantes de fosfato de ácido nítrico y varios nitratos. El ácido nítrico concentrado y el nitrato se utilizan respectivamente para fabricar explosivos potentes, como, etc. El ácido nítrico concentrado también se utiliza para fabricar nitroglicerina, nitroglicerina, etc. El tetróxido de dinitrógeno líquido es un intermediario en la producción de ácido nítrico concentrado y un combustible de alta energía para el lanzamiento de cohetes y misiles. Además, el ácido nítrico también se utiliza en metalurgia y otras industrias.
Los tanques de almacenamiento verticales de acero inoxidable se utilizan generalmente para el almacenamiento, transporte y almacenamiento de ácido nítrico diluido, mientras que los tanques de almacenamiento de ácido nítrico concentrado son en su mayoría contenedores de aluminio horizontales. El tanque de almacenamiento debe instalarse en el interior o en un espacio abierto cerca del taller, pero debe mantenerse alejado de la luz solar para evitar la descomposición del ácido nítrico concentrado y afectar la calidad del producto terminado. El transporte del ácido nítrico suele realizarse por carretera y ferrocarril. Los productos de pequeña capacidad se envasan en botellas de vidrio y luego en cajas de madera o latas de metal, con la marca de mercancías peligrosas en el exterior.
Chen Wuping