Производство аммиака

Отчет по практике

Во всех индустриально развитых странах азотная промышленность является в настоящее время одной из основных ведущих отраслей. Доказательством этого служат цифры, характеризующие стремительный рост производство связанного азота. В 1955г во всем мире было произведено аммиака около 8 млн. т, в 1965г — 20 млн. т, в 1975г — 66 млн. т, в 1980г — 100 млн. т, в 1985 — 120 млн. т. [2]

Азотная промышленность в России – один из базовых сегментов химической индустрии, за которым стоят заводы «большой химии». Они обеспечивает сырьем и реактивами множество других химических производств. [3]

В условиях мирного времени подавляющее количество произведенного аммиака расходуется на производство удобрений. Из аммиака получают азотную кислоту, применяемую (помимо удобрений) при производстве промежуточных продуктов и красителей, пластических масс, химических волокон, фотографических препаратов, медикаментов, взрывчатых веществ и т. п. [4]

1. Физические свойства аммиака

Под обычным давлением аммиак сжижается при -33 °С и затвердевает при -78 °С. Теплота плавления NH3 составляет 6 кДж/моль. Критическая температура аммиака 132 °С, критическое давление — 112 атм. Содержащие его баллоны должны быть окрашены в жёлтый цвет и иметь чёрную надпись «Аммиак».

Аммиак представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом («нашатырного спирта»).

Растворимость его в воде больше, чем всех других газов: один объём воды поглощает при 0 °С около 1200, а при 20 °С — около 700 объёмов NH3 . Продажный концентрированный раствор имеет обычно плотность 0,91 г/см3 и содержит 25 вес.% NH3 (т.е. близок к составу NH3 ·3H2 O).

С ассоциацией жидкого аммиака связана его большая теплота испарения (23,4 кДж/моль).

Так как критическая температура аммиака лежит высоко (+132 °С) и при испарении его от окружающей среды отнимается много тепла, жидкий аммиак может служить рабочим веществом холодильных машин. Плотность по воздуху = MNH3 / M ср.воздуха = 17 / 29 = 0,5862

Жидкий аммиак является хорошим растворителем для очень большого числа органических соединений, а также многих неорганических.

Растворение аммиака в воде сопровождается выделением тепла (около 33 кДж/моль).

Влияние температуры на растворимость иллюстрируется приводимыми ниже данными, показывающими число весовых частей NH3 , поглощаемое одной весовой частью воды (под давлением аммиака, равным атмосферному):

13 стр., 6119 слов

Анализ и синтез ХТС в производстве аммиака

... синтеза соединений из молекулярного азота: дуговой, цианамидный и аммиачный. 1. В основе дугового метода лежит эндотермическая реакция прямого окисления азота кислородом воздуха, протекающая при температуре около ... молекул вследствие высокой полярности их и образования водородных связей. Критичес­кая температура аммиака – 132,4 °С. Аммиак хорошо ра­створим в воде (750 литров в литре), ограниченно ...

Максимальной электропроводностью обладает при обычных условиях приблизительно 3 н раствор аммиака. Растворимость его в органических растворителях значительно меньше, чем в воде. [5]

2. Химические свойства аммиака, Образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму:

1. Аммиак — основание Льюиса. Его раствор в воде (аммиачная вода, нашатырный спирт) имеет щелочную реакцию (лакмус — синий; фенолфталеин — малиновый) из-за образования гидроксида аммония.

NH3 + Н2 O <—> NH4 OH <—> NH4+ + OH

2. Аммиак реагирует с кислотами с образованием солей аммония.

NH 3 + HCl → NH4 Cl

2NH 3 + H2 SO4 → (NH4 )2 SO4

NH 3 + H2 O + CO2 → NH4 HCO3

Аммиак — восстановитель (окисляется до N 2+1 O или N+2 O)

1. Разложение при нагревании

2N -3 H3 → N2 0 + 3H2

2. Горение в кислороде

a) без катализатора

4N -3 H3 + 3O2 → 2N2 0 + 6Н2 O

b) каталитическое окисление ( kat = Pt )

4N -3 H3 + 5O2 → 4N+2 O + 6Н2 O

3. Восстановление оксидов некоторых металлов

3Cu+2 O + 2N-3 H3 → 3Cu0 + N2 0 + 3Н2 O

При пропускании струи аммиака над нагретой CuO он окисляется до свободного азота. Окисление аммиака озоном ведёт к образованию NH4 NO3 . Интересно, что некоторое участие в таком окислении принимает, по-видимому, и смешанный с озоном обычный кислород.

Аммиак является хорошим горючим реактивного топлива. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования Н-связей. Однако они сравнительно слабы (около 4,2 кДж/моль).

Вязкость жидкого аммиака почти в семь раз меньше вязкости воды. Его плотность (0,68 и 0,61 г/см3 соответственно при -33 и +20 °С) также значительно меньше, чем у воды. Электрический ток жидкий аммиак практически не проводит, так как электролитическая диссоциация по схеме:

NH 3 + NH3 → NH4+ + NH2

ничтожно мала: ионное произведение [NH4+ ][NH2 ] = 2·10-33 (при -50 °С).

4 стр., 1853 слов

Аммиак және аммоний тұздарын алу

... қосылыс түзеді, олардың ішіндегі ең маңыздысы аммиак болып саналады. Аммиактың молекуласының электронды формуласы мынадай: Н N ... атомдарында, теріс-азот атомында топтасқан. Осының нәтижесінде аммиак молекулаларының арасында сутектік байланыс түзіледі, оны мына ... темір) бар контакты аппаратына (4) жібереді, мұнда аммиак түзіледі: 32Н2+12Н2NH3 H0=-46кДжмоль. Системаны жіберер алдында контакт аппаратын ...

Выше 0 °С (под давлением) жидкий аммиак смешивается с водой в любых соотношениях. На крепких растворах воды в аммиаке при 30 °С было показано, что её ионизация мала. Так, для 9 М раствора имеем [NH4+ ][OH ]/[H2 O] = 1·10-11 .

Для химической характеристики аммиака основное значение имеют реакции трёх типов: присоединения, замещения водорода и окисления.

Наиболее характерные для аммиака реакции присоединения. В частности, при действии его на многие соли легко образуются кристаллические аммиакаты состава СаСl2 ·8NH3 , CuSO4 ·4NH3 и т.п., по характеру образования и устойчивости похожие на кристаллогидраты.

При растворении аммиака в воде происходит частичное образование гидроксида аммония:

NH 3 + H2 O → NH4 OH

В этом соединении радикал аммоний (NH4 ) играет роль одновалентного металла. Поэтому электролитическая диссоциация NH4 OH протекает по основному типу:

NH 4 OH → NH4 + OH’

Объединяя оба эти уравнения, получаем общее представление о равновесиях, имеющих место в водном растворе аммиака:

NH 3 + H2 O → NH4 OH → NH4 + OH’

Из-за наличия этих равновесий водный раствор аммиака (часто называемый просто «аммиаком») имеет резкий запах. Ввиду того что концентрация ионов ОН’ в растворе невелика, NH4 OH рассматривается как слабое основание. Гидроксид аммония является одним из важнейших химических реактивов, разбавленные растворы которого («нашатырный спирт») применяются также в медицине и домашнем хозяйстве (при стирке белья и выводе пятен).

Анализ данных по распределению NH3 между водой и органическими жидкостями показывает, что в гидратированной форме находится более 90% всего растворённого в воде аммиака. Для паровой фазы над водно-аммиачным раствором установлено наличие равновесия по схеме:

2 NH 3 + H2 O → 2 NH3 ·H2 O + 75 кДж,

характеризующегося значением К = 1·10 -4 при 20 °С.[5]

3. Сырье для производства аммиака

Сырьем для получения продуктов в азотной промышленности является атмосферный воздух и различные виды топлива.

В число постоянных составляющих воздуха входят следующие газы (в% по объему): азот — 78,16; кислород — 20,90; аргон — 0,93; гелий, неон, криптон, ксенон и другие инертные газы — 0,01. В технических расчетах принимают, что воздух содержит 79% азота и 21% кислорода.

Для синтеза аммиака в некоторых схемах необходима азотоводородная смесь в соотношении N2: H2=1: 3. Азот получают разделением воздуха или же совместно с водородом в виде азотоводородной смеси. В других схемах используют и чистый жидкий азот для тонкой очистки синтез — газа от вредных примесей, и газообразный, вводя его в строго корректируемом соотношении в конвертированный газ. В последнем случае воздух подвергают разделению методом глубокого охлаждения.

37 стр., 18168 слов

Производство синтетического аммиака при среднем давлении. Расчёт колонны синтеза

... процесса производства синтетического аммиака Равновесие реакции синтеза аммиака Известно несколько соединений азота с водородом: аммиак NH ... производства на природный газ. Развитие производства синтетического аммиака в период 1960-1970 годов базировалось на дальнейшем совершенствовании технологических процессов и укрупнение агрегатов синтеза аммиака. По объёму производства синтетического аммиака ...

Поскольку ресурсы атмосферного азота огромны, то сырьевая база азотной промышленности в основном определяется вторым видом сырья — топливом, применяемым для получения водорода или водородсодержащего газа.

В настоящее время основным сырьем в производстве аммиака является природный газ.

Синтез-газ из твердых топлив. Первым из основных источников сырья для получения синтез — газа явилось твердое топливо, которое перерабатывалось в газогенераторах водяного газа по следующим реакциям: