Kỹ thuật hóa học đại cương chương 3 sản xuất axit nitric

CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT AXIT HNO
3


3.1.Tính chất hóa lí
Axít nitric là một trong những axit vô cơ quan trọng nhất.
Axit nitric khan ở nhiệt độ thường là một chất lỏng không màu, bốc khói ngòai
không kh
í
. Tỷ trọng d = 1,52 g/cm2 ở t = 15
o
C.
Axit nitric đóng băng ở nhiệt độ -41
o
C và sôi ở nhiệt độ 86
o
C. Khi sôi kèm theo hiện
tượng phân hủy từng phần theo phương trình:
4HNO
3
→ 2H
2
O + 4NO
2
+ O
2
- 259,7 kJ
HNO
3
có thể trộn lẫn với nước theo bất kỳ tỷ lệ nào. Khi pha lõang axit HNO
3

bằng nước có hiện tượng tỏa nhiệt.
Axit lõang có nồng độ từ 40 đến khỏang 60%, axit nitric đặc có nồng độ tới 98%
và loại siêu đặc có chứa trên 20% NO
2
tự do. Khi cô đặc axit HNO
3
lõang thì nồng độ có
thể đạt 68,4% HNO
3
, tương ứng với điểm đồng sôi có t
o
= 121,9
o
C.
Theo độ tinh khiết, người ta chia axit nitric bán trên thị trường thành các lọai khác
nhau: (1) axit nitric công nghiệp là loại có đ/ộ tinh khiết kém nhất và nồng độ thông
thường là 58 đến 60% và 72%; (2) là axit nitric sạch (ký hiệu là P); (3) là các lọai axit
nitric tinh khiết cao và đặc biệt đều có các bảng quy định về thành phần và hàm lượng
các tạp chất đi kèm; các lọai axit này có các mác như sau: P.A. (tinh khiết dùng cho phân
tích), P.C. (tinh khiết hóa học), P.S. (tinh khiết dùng cho các phép quan phổ)…
Hóa tính:
HNO
3
là một axit mạnh và là một chất oxy hóa mạnh.
Điện li mạnh: HNO
3
= H
+
+ NO

3
‾

Tác dụng được với quì tím, kim lọai, bazơ, oxit bazơ và muối. Tất cả các kim loại
đứng trước và sau hydro trừ một kim loại quý như platin, vàng, rôđi…đều bị oxy hóa đến
hóa trị cao nhất. HNO
3
đặc nguội không tác dụng với Al, Fe, Cr.
Nhiều hợp chất hữu cơ, đặc biệt là các tế bào động vật thực vật bị axit nitric phá
hủy. Đặc biệt loại siêu đặc nó có thể bốc cháy khi tiếp xúc với các chất hữu cơ. Chính vì
thế mà người ta sử dụng lọai axit này để làm liều phóng cho các tên lửa cùng với hỗn hợp
các amin.
HNO
3
rất dễ phân hủy ra NO
2
ở nhiệt độ cao hoặc dưới tác dụng của ánh sáng theo
phản ứng:
4HNO
3
→ 4NO
2
+ 2H
2
O + O
2


3.2. Ứng dụng chính
Axit nitric cũng là một trong những axit vô cơ quan trọng trong công nghiệp hóa

chất của mọi quốc gia. Từ lâu người ta khẳng định rằng nếu không có axit nitric thì
không có công nghiệp quốc phòng. Điều này cho đến nay vẫn hòan tòan đúng đắng vì
hầu hết các thuốc nổ thông dụng và liều phóng đề là sản phẩm đi từ axít nitric.

HNO
3
được dùng rất nhiều để sản xuất phân đạm, thuốc nổ. HNO
3
đậm đặc dùng để điều
chế các hợp chất nitro dùng trong công nghiệp sản xuất các chất màu và nhiều hợp chất khác.

3.3. Công nghệ sản xuất axit nitric

Lịch sử sản xuất axit nitric như sau:
Đầu thế kỉ 17 người ta sản xuất axit nitric bằng cách phân hủy diêm tiêu bằng axit
sunfuric.
H
2
SO
4
+ KNO
3
(diêm tiêu)
= KHSO
4
+ HNO
3

Về sau nguồn nguyên liệu quặng nitrat trong thiên nhiên không phổ biến nửa.
Đầu thế kỉ 20, người ta dùng phương pháp hồ quang điện:

N
2
+ O
2
= 2NO
2NO + O
2
= 2NO
2

3NO
2
+ H
2
O = 2HNO
3
+ NO
Nhưng phương pháp này tốn nhiều điện năng phương pháp này không phát triển rộng rãi.
Từ khi tổng hợp được NH
3
từ N
2
và H
2
thì người ta đều sản xuất HNO
3
từ amoniac.

3.3.1.Cơ sở hóa lí sản xuất HNO
3

Quá trình chế biến HNO3 lõang từ NH
3
có các giai đọan sau:
Oxy hóa NH
3
→ Oxy hóa NO đến NO
2
→ Hấp thụ NO
2
bằng nước.
1. Oxy hóa tiếp xúc NH
3
thành NO (pp tiếp xúc)
Tùy điều kiện và chất phản ứng mà xảy ra theo các phản ứng sau:
4NH
3
+ 5O
2
→ 4NO + 6H
2
O - 907 kJ(1)
4NH
3
+ 4O
2
→ 2N
2
O + 6H
2
O + 1270 kJ (2)

4NH
3
+ 3O
2
→ 2N
2
+ 6H
2
O + 1810 (3)

Để sản xuất axit nitric, người ta tìm cách để tốc độ của phản ứng (1) xảy ra nhanh
chóng và hạn chế các phản ứng khác đến mức độ thấp nhất. Để đạt được điều đó ta dùng
chất xúc tác thích hợp.
Xúc tác:
Nếu không có xúc tác, phản ứng sẽ tạo ra N
2
là chủ yếu.
Những chất xúc tác chọn lọc làm tăng nhanh quá trình oxy hóa NH3 thành oxyt nitơ
lá các oxit sắt, mangan, coban… Trong số đó Pt có những đặc tính tốt nhất, ví vậy cho
đến nay phần lớn các nhà sản xuất HNO
3
từ amoniac đều dùng xúc tác Pt.
Trong thực tiễn sản xuất người ta sử dụng hợp kim platin với rođi và palađi, (Pt -
95%, Rh - 3%, Pd - 2%).
Xúc tác được kéo thành sợi, rồi dệt thành lưới để tăng bề mặt tiếp xúc. Căng các lưới
xúc tác theo tiết diện của tháp oxi hóa. Tùy theo quá trình oxi hóa ở áp suất cao hay áp
suất thường thì có 3 - 4 lưới, ở áp suất 10 at dùng 16 - 19 lưới platin.
Cơ chế của phản ứng (1) có nhiều tác giả lý giải theo nhiều cách khác nhau tùy
thuộc vào quan điểm cho rằng các sản phẩm trung gian là imit, diimit, amit, nitrozyl hat
hydrolamin. Tuy nhiên cơ chế cho rằng sản phẩm trung gian được tạo ra là

hydroxylamine được thừa nhận nhiều hơn cả và cũng sát với thực tế nhất. Theo cơ chế
này thì khi có mặt của xúc tác, các phản ứng chính chiếm khỏang 97% sẽ xảy ra như sau:
2NH
3
+ O
2
= 2NH
2
OH
NH
2
OH + O
2
= HNO
2
+ H
2
O
Đồng thời các phản ứng phụ chiếm khỏang 3% cũng xảy ra:
NH
2
OH + HNO
2
= N
2
O + 2H
2
O
HNO
2

+ NH
3
= N
2
+ H
2
O
Nếu không có sự tham gia của xúc tác thì còn có các phản ứng phân hủy khác xảy ra
như sau:
2NO = N
2
+ O
2

2NH
3
= N
2
+ 3H
2

Trong điều kiện làm việc của quá trình oxy hóa NH
3
, chất xúc tác Pt dần dần trở nên
tơi. Nó bị mất độ bền vững ban đầu và các hạt nhỏ bị cuốn đi cùng dòng khí. Trong
những thiết bị làm việc dưới áp suất thường và t ≈ 800
o
C, tổn thất xúc tác Pt trên 1 tấn
HNO
3

là 0,04 – 0,06 g. Khi tăng áp suất và nhiệt độ thì tổn thất chất xúc tác sẽ tăng lên.
Ví dụ trong những thiết bị làm việc dưới áp suất 8.10
5
N/m
2
ở 900
o
C tổn thất sẽ là 0,3 –
0,4 g Pt cho 1 tấn HNO
3
.
Lượng Pt bị cuốn đi một phần sẽ thu hồi lại, tuy nhiên phần lớn là mất đi không hòa
lại. Khi nào lượng tổn thất Pt của các lưới gần 30% thì đem nấu lại.
Nhiệt độ:
Mặt khác nhiệt độ cũng ảnh hưởng rất lớn tới kết quả của quá trình oxy hóa.
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, người ta thu được giản đồ trên hình:

Nhìn trên giản đồ ta thấy rõ ràng khi nhiệt độ trong tháp phản ứng lên tới trên
300
o
C thì phản ứng xúc tác tạo ra NO bắt đầu xảy ra. Nhiệt độ càng tăng thì hiệu suất của
phản ứng (1) càng tăng và đạt cực đại ở nhiệt độ xung quang 800
o
C; nhưng khi nhiệt độ
lên trên 800
o
C bắt đầu xảy ra phản ứng phân hủy NO tạo N
2
. Đồng thời ta cũng thấy phản
ứng phân hủy NH

3
tạo N
2
, cũng bắt đầu xảy ra khi nhiệt độ lên tới trên 700
o
C và tăng rất
nhanh khi nhiệt độ tiến tới 1000
o
C; tại đây hiệu suất của phản ứng tạo NO từ NH
3
cũng
giảm xuống tới 0. Tóm lại, hiệu suất tạo thành NO của quá trình đạt cao nhất trong
khỏang nhiệt độ từ 700 đến 800
o
C.

Áp suất: Mặt khác đây là phản ứng giữa các chất khí cho nên khi áp suất tăng sẽ có
lợi cho sự tạo thành NO. Song thực tế cho thấy, nếu áp suất càng cao thì tổn hao xúc tác
càng lớn => tăng chi phí cho xúc tác. Chính vì vậy mà người ta không tiến hành phản ứng
ở áp suất cao.
Tỷ lệ O
2
/NH
3
: Hiệu suất chuyển hóa của NH
3
còn phụ thuộc vào tỉ lệ mol của O
2
và
NH

3
khi dùng xúc tác Pt, áp suất khí quyển:

Nếu theo đúng tỷ lượng 1,25 mol O
2
trên 1 mol NH
3
, thực tế cho thấy hiệu suất chuyển
hóa chỉ đạt 65%. Muốn đạt hiệu suất chuyển hóa xấp xỉ 100% thì kinh nghiệm chỉ ra rằng tỷ lệ
O
2
và NH
3
phải đạt từ 1,7 đến 2,0 chứ không phải là 1,25.
Để hiệu suất chuyển hóa của NH
3
thành NO cao người ta thường dùng dư oxi so với
phương trình, cụ thể là oxi lớn hơn 1,7 lần so với NH
3.

Cũng cần lưu ý rằng giới hạn nổ của hỗn hợp NH
3
trong không khí nằm trong khỏang từ
15 -28% thể tích và giới hạng này được mở rộng khi áp suất tăng và tăng nhiệt độ và thu hẹp lại
khi có mặt của hơi nước. Trong điều kiện sản xuất người ta phải lảm việc với hỗn hợp nằm ngòai
giới hạn nổ. Thông thường người ta dùng hỗn hợp phản ứng chứa 10-12% NH
3
.
Thời gian: quá trình oxy hóa NH
3

trên xúc tác Pt xảy ra nhanh nên không cần thời gian
tiếp xúc dài. Nếu thời gian tiếp xúc tăng lên đáng kể thì năng suất NO sẽ giảm xuống rõ rệt vì
những phản ứng phụ. Thời gian tối ưu là 0,0001 – 0,0001 giây.
2. Oxy hóa oxyt nitơ đến đioxyt nitơ
2NO + O
2
↔2NO
2


H < 0, ở nhiệt độ thường, không cần xúc tác
Quá trình chuyển hóa NO thành NO
2
là một phản ứng tỏa nhiệt rất mạnh, do đó muốn
phản ứng chuyển dịch hòan tòan về phía tạo thành NO
2
thì NO từ tháp tổng hợp đi ra phải được
hạ nhiệt độ xuống 150
o
C và cấp đầy đủ oxy.
Đối với đa số các phản ứng, tăng nhiệt độ sẽ tăng tốc độ phản ứng, nhưng đối với phản
ứng oxy hóa NO thành NO
2
thì không tuân theo đinh luật chung này, tốc độ phản ứng sẽ giảm
xuống khi tăng nhiệt độ.
Dưới 150
0
C phản ứng xảy ra hoàn toàn theo chiều thuận Nhiệt độ > 150
o
C phản ứng

thuận nghịch, nhiệt độ > 800
o
C sự oxi hoá không xảy ra.
Nếu trong điều kiện không đủ O
2 v
à hh khí ngoài NO
2
còn có N
2
O
3
, N
2
O
4
, NO
(N
2
O
4
tạo thành ở nhiệt độ thấp dư O
2
,
2NO + O
2
→ N
2
O
4
)

Thực nghiệm cho thấy, tăng áp suất, phản ứng oxi hóa NO thành NO
2
sẽ chuyển dịch
theo chiều thuận.
Điều kiện thích hợp cho quá trình oxi hóa này là nó xảy ra khắp không gian của dây chuyền
sản xuất: trong các tháp hấp thụ, trên đường ống dẫn. Thực nghiệm cho thấy để đạt hiệu suất
NO
2
, N
2
O
4
cao thì P = 8 – 10 atm, t
o
< 200
o
C.
3. Hấp thụ đyoxyt nitơ bằng nước
NO
2
và N
2
O
4
tác dụng với nước. Hấp thụ NO
2
bằng nước là quá trình hấp thụ hóa học
2NO
2

+ H
2
O = HNO
3
+ HNO
2

N
2
O
4
+ H
2
O = HNO
3
+ HNO
2

Axit nitrơ HNO
2
không bền và bị phân hủy theo phương trình:
3HNO
2
= HNO
3
+ 2NO + H
2
O
Phản ứng tổng quát của quá trình hấp thụ sẽ là:
3NO

2
+ H
2
O = 2HNO
3
+ NO
Trioxit nitơ có tác dụng với nước tạo ra axit HNO
2
, sau đó axit này sẽ phân hủy tạo NO.
Các oxit NO và N
2
O thực tế không tan trong nước.
- Để tăng tốc độ của quá trình hấp thụ NO
2
ta phải tăng diện tích tiếp xúc của khí với chất
lỏng do đây là quá trình dị thể L-K. Bằng cách tạo ra các tháp có các đĩa nằm ngang, khí sẽ chui
qua các đĩa từ đáy tháp đi lên còn chất lỏng sẽ chảy từ đỉnh tháp xuống.
- Làm lạnh chất lỏng trong tháp hấp thụ đến t
0
khoảng 75
0
C để hấp thụ tốt.
Hấp thu NO
2
ở điều kiện thường chỉ thu được axit nitric loãng khoảng 50%. Khi tăng P của
tháp hấp thụ đến 6 - 8at thì có thể thu được HNO
3
nồng độ khoảng 62%.
3.3.2. Phương pháp sản xuất HNO
3

loãng
Tùy theo áp suất của hệ thống thiết bị mà người ta chia ra làm ba lọai công nghệ sản
xuất axit nitric lõang:
- Hệ thống làm việc ở áp suất thường
- Hệ thống làm việc ở áp suất cao (6-8atm)
- Hệ thống hỗn hợp trong đó giai đọan đầu thực hiện ở áp suất thường còn giai đọan
sau ở áp suất cao.
Hệ thống làm việc ở áo suất thường điều chế được axit 50% HNO
3
và hiệu suất chỉ đạt
92%.
Hệ thống có giai đọan hấp thụ làm việc ở áp suất cao, tuy có nhiều khó khăn liên quan
đến việc thực hiện áp suất cao nhưng lại điều chế được axit có nồng độ cao hơn, khỏang
60% hoặc hơn nữa và hiệu suất chuyển hóa oxit nitơ đạt tới 98%.
3.3.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất HNO
3
dưới áp suất thường

Không khí được hút vào ống khói hút không khí (1) và được đưa qua các thiết bị
làm sạch khí bằng nước (2) để khử các khí có tính chất axit vá qua thiết bị lọc (4) đề lọai
các tạp chất cơ học. Khí NH
3
sau khi được lọc cũng được vào quạt (6) cùng với không
khí. Hỗn hợp khí qua thiết bị lọc (7) đi vào thiết bị tiếp xúc (8) oxy hóa ammoniac thành
oxit nitơ. Ra khỏi thiết bị (8), hỗn hợp nitroza có nhiệt độ 750-850
o
C được đưa qua nồi
hơi thu hồi (9) để giảm nhiệt độ đồng thời tận dụng nhiệt thừa.
Sau đó hỗn hợp khí có nhiệt độ 160
o

C được đưa vào hệ thống hai thiết bị làm lạnh
kiểu ống chùm (10) và (11) và làm lạnh bằng nước. Nhiệt độ lúc này giảm xống 40
o
C. Ở
nhiệt độ này NO bị oxi hóa thành NO
2
. Hỗn hợp được quạt (13) đưa vào hệ thống tháp
hấp thụ kiểu đệm (14), tưới bằng dung dịch axit nitric. Tại các tháp, vừa xảy ra phản ứng
hấp thụ NO
2
vừa xảy ra phản ứng oxi hóa NO. Axit ở tháp sau có nồng độ thấp hơn và
được chuyển dần lên tháp trước để tạo axit có nồng độ cao hơn. Các axit tuần hòan đều
được làm lạnh trước khi bơm trở lại tháp hấp thụ.
Ra khỏi tháp các tháp (14) trước khi khí được xả ra ngòai, khí được đưa vào tháp
hấp thụ bằng kiềm và xôđa để thu hồi oxit nitơ dưới dạng dung dịch các muối NaNO
3
và
NaNO
2
theo phản ứng:
Na
2
CO
3
+ NO
2
+ NO = 2NaNO
2
+ CO
2

Na
2
CO
3
+ 2NO
2
= NaNO
2
+ NaNO
3
+ CO
2

2NaOH + NO
2
+ NO = 2NaNO
2
+ H
2
O
Đối với quá trình hấp thụ bằng kiềm, thì quá trình hấp thụ sẽ tối ưu nếu nồng độ
NO
2
và NO trong hỗn hợp khí bằng nhau. Do đó, phía trước tháp hấp thụ bằng kiềm,
người ta bố trí tháp oxi hóa (17). Tại đây sẽ diễn ra quá trình ôxy hóa NO thành NO
2
làm
cho tỉ lệ hai khí này bằng nhau.
3.3.4. Sơ đồ sản xuất HNO

3
dưới áp suất cao

Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất axit HNO
3
dưới áp suất cao
1.Ống khói hút 6. Thiết bị chuẩn bị NH
3
11. Tháp hấp thụ 16. Thiết bị nồi hơi
2.Thiết bị làm sạch khí 7. Thiết bị trộn và lọc 12. Làm lạnh nhưng tụ 17. Ống khói xả
3.Máy nén 8. Thiết bị tiếp xúc 13.Sấy nóng khí đuôi
4. Tuabin khí 9.Nồi hơi 14. Buồng đốt
5.Sấy không khí 10. Thiết bị oxy hóa và lọc 15. Thiết bị làm sạch xúc tác

-Không khí qua ống khói hút (1) vào thiết bị làm sạch (2) vào máy nén (3) được
truyền động bởi tuabin khí (4).
- Máy nén khí (3) nén khí đến P = 7,4.10
5
N/m
2
, sấy nóng khí đến 135
o
C. sau đó
đưa vào thiết bị sấy nóng không khí (5), tại đây nhiệt độ được nâng lên 250
o
C nhờ nhiệt
của khí nitroz từ thiết bị oxy hóa.
-Trong thiết bị trộn lẫn (7) không khí được trộn với NH
3
. NH

3
đi từ thiết bị (6),
đây là tổ hợp chuẩn bị NH
3
, gồm thiết bị hóa hơi, lọc và đốt nóng.
- Từ thiết bị trộn lẫn (7) hh Nh
3
– không khí vào thiết bị tiếp xúc (8). Nhiệt độ
trong thiết bị này là 890-900
o
C và NH
3
oxy hóa trên các lưới xúc tác Pt. Khí nitroz chứa
9,0 – 9,6 % NO được đưa vào nồi tận dụng nhiệt (9).
-Sau đó khí này đi vào thiết bị oxy hóa (10). Phần trên của thiết bị này đặt bộ phận
lọc để lọc Pt (bông thủy tinh). Sau đó khí nitroz đi qua một lọat thiết bị tận dụng nhiệt để
làm lạnh.
- Khí nitroz từ (10) vào (5) để sấy nóng không khí, tại đây nó được làm lạnh đến
210 – 230
o
C; tiếp theo khí nitroz đi vào thiết bị đốt nóng (13), ở đây nitroz cho nhiệt để
làm lạnh đến 150 – 160
o
C.
- Tiếo theo khí nitroz đi qua thiết bị ngưng tụ (12) và có t
o
= 40 -50
o
C.
- Khí nitroz đã làm lạnh đưa vào phần dưới của tháp hấp thụ (11). Tháp có đường

kính 2m, chiều cao 46m và có 49 đĩa. Trên các đĩa đặt những vòng xoắn bên trong là
nước hồi lưu để dẫn nhiệt ra.
- Ở đĩa trên nước ngưng đã làm lạnh chảy xuống gặp khí nitroz, hấp thụ các oxit
nitơ tạo thành axit nitric.
- Axit HNO
3
nhận được sẽ tự chảy vào tháp thổi, ở đó không khí nóng sẽ thổi các
oxit nitơ hòa tan lẫn trên đĩa thứ 6 của tháp hấp thụ.
- Khí đuôi (thải) ra khỏi tháp hấp thụ, đi qua thiết bị đốt nóng khí (13) rồi vào thiết
bị làm sạch xúc tác (15).
- Hàm lượng các oxit nitơ trong khí ra ở tháp hấp thụ là 0,05 – 0,1% thể tích.
- Các khí đuôi có t
o
= 110 – 120
o
C vào buồng đốt (14), tại đó chúng được đốt nóng
đến 380 – 480
o
C bằng cách trộn lẫn với khí lò nóng (khí lò nhận được khi đốt cháy khí tự
nhiên và không khí).
- Hỗn hợp khí tiếp tục được đưa vào thiết bị làm sạch (15). Trong thiết bị làm sạch
có 2 lớp xúc tác, tiến hành đốt cháy khí có chứa H
2
và khử oxit nitơ đến N
2
. Nhiệt độ của
khí ở cửa ra thiết bị (15) đạt 700-710
o
C.
- Khí thải đã làm sạch đi qua lọc để lọc lại những xúc tác vụn rồi vào tuabin (4),

tại đó áp suấthạ xuốngcòn 1,07.10
6
N/m
2
.
- Khí thải tiếp tục vào nồi hơi tận dụng nhiệt (16) rồi vào ống khói xả (17).
 Ưu điểm:
+ Hiệu suất chuyển hóa cao 98-99%.
+ Sản xuất axit có nồng độ cao hơn 60-62% và không cần sử dụng tháp hấp thụ
kiềm.
+ Thể tích tháp hấp thụ nhỏ hơn 10 lần.
+ Giảm tiêu tốn thép để chế tạo thiết bị, giảm nhân công.
 Nhược điểm:
+ Mất mát xúc tác.
+ Tiêu hao năng lượng để nén áp suất cao
3.4. Phương pháp sản xuất HNO
3
đặc
Axit nitric đặc thường được sản xuất theo hai phương pháp: (1) chưng cất axit loãng với sự
có mặt của các chất háo nước như axit sulfuric đặc, muối sulfate khan… và (2) oxy hóa – hấp thụ
dinitơtetraoxit (N
2
O
4
) bằng oxy và nước ở áp suất cao.
3.4.1. Cô đặc axit nitric
Hệ HNO
3
– H
2

O có hỗn hợp đẳng phí ở nồng độ 68.4% HNO
3
, vì vậy bằng phương pháp
chưng cất thông thường không thể điều chế được axit nitric có nồng độ cao hơn 68,4%. Vì vậy
muốn điều chế axit nitric đặc hơn bằng phương pháp này, người ta phải qua các công đọan sau:
+ Cô đặc axit loãng 40 – 50% với 60 – 65%.
+ Chưng cất axit 60 – 65% trong sự có mặc của chất háo nước để thu được axit đậm đặc theo
yêu cầu.
+ Tái sinh chất háo nước bằng cách cho bay hơi nước ở nhiệt độ cao.

Hình 3.3- Sơ đồ ngyên tắc cô đặc axit HNO
3
loãng

1.Thiết bị ngưng 2. Thiết bị trao đổi nhiệt 3. Tháp cô đặc 4. Thiết bị hóa hơi axit loãng
Axit H
2
SO
4
đặc liên kết với nước tạo thành axit sunfuric- hydrat sôi ở nhiệt độ cao hơn
axit HNO
3
100%. Vì vậy khi đun nóng hỗn hợp này có thể chọn những điều kiện đề tách hỗn hợp
này có thể chọn những điều kiện để tách HNO
3
và H
2
SO
4
một cách riêng biệt.

Axit sunfuric đi vào một trong những đĩa phía trên của tháp. Axit nitric lõang vào tháp ở
phía dưới cách vài đĩa. Một phần khác của axit nitric lõang vào tháp qua thiết bị hóa hơi.
- Đốt nóng hỗn hợp được tiến hành bằng hơi nước 180-200
o
C được đưa vào tháp ở phía
dưới.
-Hơi axit HNO
3
chứa một lượng hơi nước không đáng kể và các oxit nitơ được tạo thành
khi phân hủy axit nitric sẽ đi ra khỏi tháp và đi vào thiết bị ngưng tụ, ở đó axit nitric ngưng lại,
còn khí nitroz tiếp tục đi vào thiết bị hút chân không.
- Một phần các oxit nitơ sẽ hòa tan trong axit nitric, vì vậy từ thiết bị ngưng tụ axit sẹ đi
vào những đĩa trên cùng của tháp, ở đó tiến hành thổi khí rồi đưa vào thiết bị làm lạnh (2) và thu
được sản phẩm axit HNO
3
đặc.
- Axit sunfuric loãng (70%) chảy ra từ phần dưới của tháp và đi vào thiết bị cô bay hơi.
Axit H
2
SO
4
đã sử dụng muốn hồi lưu lại quá trình phải cô đặc thành kuporos. Điều đó đòi hỏi
tiêu tốn năng lượng lớn, tổn thất một lượng H
2
SO
4
nào đó không thu hồi được và thiết bị bị ăn
mòn rất nhiều. Do đó, ngày nay chú trọng phương pháp tổng hợp trực tiếp axit nitric đặc.

3.4.2. Tổng hợp trực tiếp axit nitric đặc

Đây là phương pháp thường để điều chế axit nitric đặc và siêu đặc, có nồng độ NO
2
tự do
cao. Phương pháp này dựa trên phản ứng giữa N
2
O
4
lỏng với oxy và hấp thụ ngay vào nước dưới
áp suất cao. Phản ứng tổng quát có thể viết như sau:
2N
2
O
4
+ 2H
2
O + O
2
= 4 HNO
3
+ 78.6 kJ
Phương pháp này cũng đi từ nguyên liệu đầu là khí NO
2
và tiến hành theo các bước sau:
+ NO từ tháp oxy hóa ammoniac được làm nguội và tách hết hơi nước dư.
+ Oxy hóa NO thành NO
2
bằng oxy không khí.
+ Hấp thụ NO
2
bằng axit nitric đặc ở áp suất cao (tới đây cũng đã có thể thu được axit nitric

có nồng độ tới 98 – 99%)
+ Tinh cất thu NO
2
tinh khiết từ axit 98%, làm lạnh và ngưng tụ NO
2
thành N
2
O
4
lỏng.
+ Cho N
2
O
4
phản ứng với H
2
O và oxy tinh khiết ở áp suất cao và làm lạnh tốt. Sau công
đoạn này ta có thể thu được axit nitric siêu đặc.
3.6. Phương hướng phát triển
-Thiết bị có công suất cao hơn.
+ Năm 1970 có 1000 tấn NH
3
/ngày đêm.
+ Năm 1977 có 1500 tấn NH
3
/ngày đêm.
+ Đến nay có ~ 4000 tấn NH
3
/ngày đêm.
-Điện năng tiêu phí nhiều dùng chủ yếu để nén khí. Hướng dùng áp suất thấp nhưng áp suất

thấp thì nhiệt độ thấp và hiệu suất chuyển hóa thấp dẫn đến tốc độ quá trình chậm. Muốn khắc
phục phải dùng xúc tác. Cần xúc tác rẻ, không bi nhiễm độc và cho hiệu suất quá trình tăng.