Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Атмосферний N2 зв'язується в природі різними способами, збагачуючи грунт азотними сполуками, однак і це не може перекрити втра-
ти N2 з грунту, що виноситься рослинами. Тому великого значення набули мінеральні азотні добрива, якь-виробляють переважно синтезом NH3 з наступним перетворенням його в амонійні солі, солі HNO3 та аміди. Крім того, NH3 також застосовують як добриво.
Аміак — найпростіша сполука N2 з H2; це безбарвний газ з дуже різким характерним запахом. При—33,4° C NH3 зріджується і кипить, перетворюючись у прозору рідину, яка твердне при —77,7° C Аміак добре розчиняється у воді, утворюючи розчин, що має лужну реакцію і називається нашатирним спиртом.
Вже в давнину хлорид амонію був відомий під назвою нашатир (від персидської «нушадир» — безсмертний вогонь). У сердньовічних алхімічних записах неодноразово згадувалось про появу різкого запаху при дії вапна на NH4Cl. У 1774 р. Прістлі вперше добув NH., за цією реакцією, а в 1785 р. було встановлено склад NH3.
§ 2. МЕТОДИ ЗВ'ЯЗУВАННЯ АТМОСФЕРНОГО АЗОТУ
У першому десятилітті XX ст. було здійснено синтез азотних сполук з елементарного N2 трьома методами: дуговим, ціанамідним і аміачним. '
^Дуговий метод зв'язування атмосферного азоту — це відтворення у промислових умовах процесу, який відбувається в природі під час грозових розрядів. У полум'ї електричної дуги N2 і O2 повітря взаємодіють, утворюючи NO
N2 + O2 = 2NO — 179,2 кДж.
Рівноважні виходи NO з повітря за експериментальними даними дорівнюють:
Температура, °С 1500 1800 2400
Вихід N0, % 0,325 0,72 3,24
З цих даних видно, що NO утворюється лише при дуже високих температурах і до тог.о ж вихід його невисокий.
Швидкість утворення NO при температурі понад 2000° C досить велика, рівновага встановлюється майже миттю. Оборотна реакція — дисоціація NO — відбувається з великою швидкістю при температурі понад 1500°C
З цього видно, що як з термодинамічного, так і з кінетичного боку умови для технічного здійснення процесу зв'язування атмосферного N2 окисленням його за допомогою електричної дуги важкі і неекономічні.
Внаслідок значних втрат тепла витрата дорогоцінної в ті часи електричної енергії на промислових установках досягала 60 тис. кВт • год на 1 т зв'язаного N2. Побудовані в свій час заводи з виробництва HNO3 дуговим способом були закриті.
Тепер в CPCP у зв'язку з грандіозним будівництвом гідроелектростанцій і виробленням дешевої електричної енергії цей метод набуває пррмислового значення.
\Зв'язування атмосферного J^2 в промислових масштабах з утворенням ціанаміду кальцію почалося наприкінці XIX ст. в Італії. У 1905 р.
було налагоджено виробництво CaCN2 за таким рівнянням: CaC2+ N2 = CaCN2 +C+ 301,5 кДж. Далі CaCN2 взаємодіє з водою, утворюючи NH3.
CaCN2+ 3H2O = CaCO3 + 2NH3.
Досі витрата енергії на зв'язування 1 т N2 ціанамідним способом досить велика і досягає 10—12 тис. кВт • год. Проте, незважаючи на це, CaCN2 добувають цим способом, оскільки CaCN2 є цінним азотним добривом і вихідним продуктом для добування багатьох неорганічних і органічних азотних сполук.
Аміачний метод зв'язування атмосферного N2 має величезні переваги порівняно з дуговим і ціанамідним способами. Витрата енергії на 1 т зв'язаного N2 у вигляді NH3 становить 4—5 тис. кВт • год, враховуючи і паливо для виробництва H2. Економічні переваги методу зв'язування N2 у вигляді NH3 настільки великі, що цей метод за короткий час витіснив усі інші і набув великого поширення.
Тепер основна кількість[NH3 йде на виробництво HNO3, ,твердих І рідких азотних добрив, соди~ на, синтез багатьох сполук, полімерів, вибухових речовин і т. п.,Аміак застосовують як холодильний агент і для азотування сталей, %Щ"створення інертного середовища і в різаних синтезах.
t Перший завод синтезу NH3 було збудовано в Німеччині в 1913 р.
Поки не виробляли синтетичного NH3 в нашій країні, азотну кислоту та її солі добували з чілійської селітри і NH3, який утворювався під час коксування вугілля. Розвиток азотної промисловості як самостійної великої галузі хімічної промисловості почався лише з розвитком синтезу NH3.
Здійснення синтезу NH3 стало можливим лише на основі пи-<5окого вивчення теорії процесу. Саме тоді вперше в історії хімічної промисловості для створення нового технологічного процесу всебічно ¦було використано фізичну хімію. В свою чергу, вивчення процесу синтезу NH3 значно вплинуло на розвиток важливих розділів фізичної хімії: термодинаміки і кінетики каталітичних процесів.
Нові ідеї в технології, пов'язані із створенням виробництва NH3, відіграли велику роль у своєму розвитку хімічної промисловості. Синтез метанолу, гідрування вугілля для добування рідкого палива, синтез карбаміду та багато інших процесів значною мірою грунтуються на принципах, встановлених при розробці методів синтезу NH3.
Тепер виробництво синтетичного NH3 становить кілька мільйонів тонн, а ще в 1927 р. радянські інженери вперше освоювали в Італії досвід виробництва зв'язаного N2. Тоді ж було куплено першу установку для синтезу NH3 потужністю 20 тис. r NH3 на рік.
