22. Катализ в производстве азотной кислоты.
1)4NH3+5O2= 4NO+ 6H2O; кДж
2)4NH3+3O2= 2N2+ 6H2O; DH=-1328 кДж
3)4NH3+4O2= 2N2O+ 6H2O; DH=-1156 кДж
4)4NH3+6NO=5N2+6H2O
5)2NH3=N2+3H2
6)2NO=N2+O2
2-6 реакции возможны как побочные реакции 1-го порядка.
2 – экологически чистое горение.
3 - N2O – веселящий газ.
Побочные реакции нежелательны. Чтобы их исключить, надо вести процесс при оптимальном режиме.
Оптимальные параметры: Т=900ᵒС, τ=10-4 сек, О2:NH3=1,7:1
α=1,8, α=υO2/υO2стех
υ – расход
Катализаторы, применяемые для окисления аммиака, должны обладать избирательными свойствами, т.е. ускорять только одну из всех возможных реакций, а именно, реакцию окисления аммиака до оксида азота (II).
Для протекания 1 реакции нужно, чтобы она протекала с более высокой скоростью, чем 2-я. Наиболее активный катализатор – платинорадиевая (90%платины и 10% радия).
[больше материала у нас не было, все что ниже взяла из охт]
Проволока: диаметром 0,06-0,09 мм
1024 отв. сетка на 1см2
Таким образом:
- высокая скорость
- высокая температура
- сетка
Любое наличие твердых частиц разрушает сетку.
Недостатки:
1) повышенный расход катализатора при 7 атм. Он служит 90 дней. Затем его заменяют.
2) высокие требования к чистоте – отсутствие механических примесей.
Для экономии платины применяют двухстадийное контактирование.
1) платиновая сетка
2) неплатиновый катализатор
(КН-2Т) Fe2O3, CrO, Co.
Это поможет сэкономить платину и снизить расход.
При использовании воздуха для окисления аммиака максимально возможной концентрацией NH3 в аммиачно-воздушной смеси, при которой достигается высокий выход NO, является 11-11,5%, и соотношение О2:NH3=1,7 при температурах 870-920ᵒС. Для большего выхода NO необходим примерно 30%-й избыток кислорода сверх стехиометрического.
Химическая схема получения неконцентрированной азотной кислоты.
1. 4NH3+5O2→4NO+6H2O+Q – конверсия аммиака с целью получения оксида азота
2. 2NO+O2↔2NO2+Q – окисление оксида азота до диоксида азота
3. 4NO2+О2+2H2O→4HNO3 – абсорбция оксидов азота водой
Суммарная реакция образования азотной кислоты:
NH3+2О2→ HNO3+ H2O
Азотную кислоту получают при давлении 1атм. и 7 атм.
Преимущество схемы с высоким давлением (7 атм.):
1) уменьшение габаритов аппаратов;
2) возможность создания установок с большой единичной мощностью;
3) более полное использование энергии
4) отходящие газы из абсорбционной колонны содержат 0,15% окислов азота, что упрощает их очистку;
5) простота обслуживания, снижение капитальных затрат.
Недостатки:
1) повышенный расход катализатора (платины);
2) высокие требования к чистоте газа.