Tiểu luận công nghệ hóa đại cương: Kỹ thuật sản xuất Axit Nitric

Khoa Hóa và Công nghệ Thực phẩm

Tiểu luận công nghệ hóa đại cương

Thực hiện: Nhóm 2
GVHD: Cô. Lê Thanh Thanh


Nội dung báo cáo:

1. Tính chất hóa lý và ứng dụng chính
2. Cơ sở hóa lý sản xuất axit nitric
3. Phương pháp sản xuất axit nitric
4. Phương hướng phát triển


1. Tính chất hóa lý và ứng dụng chính của axit nitric
1.1 Tính chất vật lý

•   HNO3 khan là chất lòng không màu có tỉ trọng d=1522 
kg/m3. Bốc khói ngoài không khí. Đóng băng  ở ­410C và 
sôi ở 860C.
•      HNO3  tinh  khiết  kém  bền,  dễ  bị  phân  hủy  ở  điều 
kiện thường khi có ánh sáng .
•   Tan trong nước với bất cứ tỷ lệ nào.


1. Tính chất hóa lý và ứng dụng chính của axit nitric
1.2 Tính chất hóa học
•      HNO3  phân  ly  hoàn  toàn  trong  nước.  Là  một  axit 
mạnh  điển  hình:  làm  quỳ  tím  hóa  đỏ;  tác  dụng  với 

bazơ, oxit bazơ, muối…
•    Là chất oxy hóa mạnh.
•    Phản  ứng mãnh liệt với nhiều hợp chất hữu cơ và 
phản ứng có thể gây nổ.


1. Tính chất hóa học và ứng dụng chính của axit nitric
1.3 Những ứng dụng chính
•   Trong nông nghiệp: điều chế phân đạm.
•   Trong lĩnh vực quân sự: điều chế thuốc nổ, chất oxi 
hóa cho nhiên liệu lỏng tên lửa…
•   Trong y dược: thuốc thử phân biệt heroin và 
morphine.
•   Trong công nghệ thực phẩm: nguyên liệu dùng để sản 
xuất một số phụ gia…


2. Cơ sở hóa lý sản xuất axit nitric
Quá trình điều chế HNO3  loãng từ NH3  dựa vào những phản  ứng 
sau
Oxy hóa NH3 đến oxyt nitơ

4 NH 3 + 5O2

4 NO + 6 H 2O + Q

Oxy hóa NO đến NO2

2 NO + O2

2 NO2

Hấp thụ NO2 bằng nước

3 NO2 + H 2O

2 HNO3 + NO


2. Cơ sở hóa lý sản xuất axit nitric
2.1 Oxy hóa tiếp xúc NH3
Đây là quá trình thuận nghịch, tỏa nhiệt; phụ thuộc vào 
tỷ lệ giữa NH3 với oxy và có thể xảy ra các phản ứng:

4NH3 + 5O2   4NO + 6H2O  + 907,3 kJ   (1)
4NH3 + 4O2   2N2O + 6H2O +1104,9 kJ
4NH3 + 3O2   4N2 + 6H2O  +1269,1 kJ    
4NH3 + 6NO   4N2 + 6H2O  +1810 kJ
Quá trình (1) là quá trình chính để sản xuất axit HNO3


2. Cơ sở hóa lý sản xuất axit nitric
2.1 Oxy hóa tiếp xúc NH3
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình :

•    Nhiệt độ.
•    Chất xúc tác.
•    Thời gian.
•    Tỷ lệ O2/NH3

2. Cơ sở hóa lý sản xuất axit nitric
2.2 Oxy hóa nitơ thành đioxyt nitơ
Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình sản xuất axit 
HNO3
2NO + O2 <=> 2NO2 + 112,3 KJ

 

Dưới 150oC phản ứng này trong thực tế xảy ra hoàn
 toàn về phía thu NO2.
Ở nhiệt độ cao hơn, cân bằng sẽ chuyển về phía trái và
 tại t0 > 8000C phản ứng oxy hóa NO thành NO2 thực tế


2. Cơ sở hóa lý sản xuất axit nitric
2.3 Hấp thụ đioxit nitơ bằng nước
Đioxit nitơ và dimer của nó tác dụng với nước 
theo phương trình sau:
2NO2 +H2O → HNO3 +HNO2 + 116,0kJ
N2O4 +H2O →  HNO3 + HNO2 + 59,0kJ
Acid nitơ không bền vững và phân rã theo phương 
trình:
HNO2→  HNO3 + 2NO + H2O ­75.8kJ
Vậy phương trình hấp thụ dioxit nitơ là:


Phương pháp sản xuất
Axit Nitric

3. Phương pháp sản xuất axit nitric
3.1 Sản xuất axit nitric loãng
Sơ đồ sản xuất HNO3 dưới áp suất thường
Sơ đồ sản xuất HNO3 dưới áp suất cao

3.2 Sản xuất axit nitric đặc
Cô đặc axit nitric loãng
Tổng hợp trực tiếp axit nitric đặc




Cô đặc axit nitric loãng
Nguyên tắc:  
Cô đặc axit nitric loãng có mặt axit sufuric đặc.
            Axit sunfuric đặc đóng vai trò là chất hút nước.

Phương pháp tiến hành:  
  Chưng cất axit nitric loãng với axit sunfuric đặc trong
  những tháp có đệm hay trong những tháp đệm vòng.



Tổng hợp trực tiếp axit nitric đặc
Nguyên tắc: 

       2N2O4 (L) + 2 H2O (L) + O2 (K)   4HNO3 (L) + 59,5 kJ
        Quá trình tiến hành trong thiết bị cao áp ở 750C và 
áp  suất  5.106N/m2.  Để  chuyển  cân  bằng  về  phía  tạo 

thành axit HNO3  và để tăng tốc độ phản  ứng, hỗn hợp 
vào  thiết  bị  cao  áp  phải  có  đủ  đioxyt  nitơ  lỏng  (tetra 
oxyt).


Tổng hợp trực tiếp axit nitric đặc
Điều chế đioxyt nitơ lỏng bằng 2 phương pháp: 
Cách 1: 
Cách 1:
Ngưng tụ trực tiếp từ khí NO và làm lạnh ở P thấp. 
Quá trình này đỏi hỏi NO phải ôxi hoá hoàn toàn  NO2 và 
hàm  lượng  NO  ban  đầu  cao,  nhiệt  độ  làm  lạnh  không  bé 
hơn – 800C vì N2O4 kết tinh.
2NO2 = N2O4


Tổng hợp trực tiếp axit nitric đặc

Cách 2: 
Cách 2:
NO + 2HNO3 => 3NO2 + H2O
nNO2 + HNO3 => HNO3 . n NO2
     Hấp thụ khí NO bằng dung dịch HNO3 đậm đặc ở nhiệt 
độ  thấp  do  NO2  tạo  thành  tan tốt trong dd  HNO3đđ  (97 – 
98%) gọi là niterobum HNO3.nNO2  Dung  chứa 30% NO2 
đun nóng dung dịch tới 800C    NO2  tách ra khỏi dung dịch 
ở  trạng  thái  khí  sau  đó  làm  lạnh  và  ngưng  tụ  ở  –80C   
NO

4. Phương hướng phát triển

•     Sử dụng thiết bị có công suất cao hơn.
•     Sử dụng xúc tác nhằm giảm áp suất phản ứng 
và  
      tăng hiệu suất chuyển hóa.