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
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):
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 — t° → 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).
Аммиак және аммоний тұздарын алу
... бірнеше 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 т ... темір) бар контакты аппаратына (4) жібереді, мұнда аммиак түзіледі: 32Н2+12Н2NH3 H0=-46кДжмоль. Системаны жіберер алдында контакт ...
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
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.
Производство аммиака и азотной кислоты
... товарной азотной кислоты 0,60 масс. дол. Время хранения газа в газгольдере 26 ч ВВЕДЕНИЕ Соединения азота имеют исключительное значение для различных отраслей промышленности и сельского хозяйства. Их потребляют производства азотной кислоты, разнообразных ...
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:
