Ammoniaagi tootmine tööstuses, reaktsiooni tüüp. Ammoniaagi omadused, tööstuslik tähtsus ja klassifitseerimisomadused
Ammoniaagi tehnoloogilised omadused.
Ammoniaak (NH3) - terava lõhna ja keemistemperatuuriga värvitu gaas - 33,4˚C ja sulamistemperatuur - 77,8˚C Ammoniaak vees hästi lahustuv ( 750 liitrit liitri vee kohta), lahustub vähe orgaaniline lahustid.
Veega suhtlemisel moodustab ammoniaak järgmise koostisega hüdraate:
NH3H2O ja NH3 2H2O
Väike kogus vees lahustunud ammoniaagi molekule ioniseerub reaktsiooni tulemusena:
NH 3 + H 2 O «NH 4 + + OH -
Dissotsiatsiooniaste on 0,004.
Vedel ammoniaak lahustab leelis- ja leelismuldmetalle, fosforit, väävlit, joodi ja paljusid teisi anorgaanilisi ja orgaanilisi ühendeid.
Temperatuuril 1300 ° C dissotsieerub ammoniaak lämmastikuks ja vesinikuks:
2NH3=N2 + 3H2
Kuiv ammoniaak moodustab õhuga plahvatusohtlikke segusid, mille plahvatuspiirid sõltuvad temperatuurist.
Maailm tootmine ammoniaak ulatus 1980 rohkem kui 90 miljonit tonni.
Esimene taim lavastuse jaoks ammoniaak aastal käivitati 1913 aasta tootlikkusega 25 t päevas.
Ammoniaagi tootmise tooraineks on lämmastiku-vesiniku segu (ABC) koostisega N 2: H 2 = 1: 3. Atmosfääri lämmastiku varud on praktiliselt ammendamatud, seetõttu määrab ammoniaagi tootmise peamiselt vesiniku tootmise meetod.
Joonis 4.3. - Tooraine ammoniaagi tootmiseks.
Lämmastik saadakse veeldatud atmosfääriõhu rektifikatsioonil (destilleerimisel).
Vesinik ammoniaagi sünteesiks võib saada:
1. vastupidise koksiahju gaasi jagamine,
2.tahke kütuse gaasistamine,
3.maagaasi (metaani või selle gaasiliste homoloogide) muundamine,
4. süsinikmonooksiidi muundamine veeauruga,
5.krakitud metaan
6.Vee elektrolüüs või termiline lagundamine
Metaani ja süsinikmonooksiidi muundamise meetodid ning koksiahju gaasi eraldamine on esmatähtsad.
Pikaajaliste plaanide jaoks vesiniku laialdaseks kasutamiseks tööstuslikul ja energeetilisel otstarbel on plaanis seda suures mahus toota veest - kõige odavamast toorainest, mille varud on piiramatud. Olemasolevad ja välja töötatud meetodid veest vesiniku tootmiseks jagunevad kolme rühma:
1.vee elektrolüüs
2.termokeemilised meetodid
3. kombineeritud termo- ja elektrokeemilised meetodid.
ELEKTROLÜÜS on kõige laialdasemalt kasutatav meetod veest vesiniku tootmiseks ja seda kasutatakse praegu väikeses mahus odava elektrienergiaga. Elektrokeemilised protsessid põhinevad elektrienergia vastastikusel muundamisel keemiliseks energiaks ja vastupidi. Elektrokeemiliste protsesside eelisteks on lihtsus riistvara projekteerimisel, madala astme tehnoloogiline protsess, saadud toodete kõrge puhtus, keemiliste meetoditega saavutatav jne. Elektrolüüsi peamiseks puuduseks on suur elektrikulu, mille maksumus moodustab suurem osa toodete maksumusest - üle 90%. Veelgi enam, vesilahuste tööstusliku elektrolüüsi puhul ei ületa energiakasutustegur 50–60%, mis suurendab veelgi elektrolüüsitoodete maksumust. Kui vesinik saadakse vee elektrolüüsil, kasutatakse elektrolüüdina hapete, leeliste või soolade vesilahuseid, kuna puhta vee elektrijuhtivus on tühine - 18 ° C juures on vee erijuhtivus (2-6) × 10 -10 S × m -1. Kõige sagedamini kasutatakse leeliselisi elektrolüüte, mis on elektrolüsaatorite ehitusmaterjalide suhtes kõige vähem agressiivsed. Vesiniku vabanemine toimub katoodil vastavalt reaktsioonile:
2H 2O + 2 e - ® H2 + 2OH -
Vee elektrolüüsil vesiniku tootmise koguefektiivsus tuumaelektrijaamas toodetud elektri abil ei ületa 20–30% ja see mõjutab negatiivselt vesiniku hinda. Elektrolüütilise vesiniku maksumust saab vähendada elektrolüsaatorite konstruktsiooni täiustamise, nende odavamaks muutmise ja, mis kõige tähtsam, odava elektri kasutamisega. Peamise väljavaatena kaalutakse võimalust varustada vesinikelektrolüsaatorid tuumajaamade "ärakukkunud" energiaga, s.o. elektri kasutamine nendel perioodidel, mil jaamad on alakasutatud, näiteks öösel.
Termokeemiline meetod vesiniku tootmine põhineb lagunemine soojusenergiat kasutav vesi, mida väidetavalt saadakse heeliumjahutusega tuumareaktoritest, kasutades gaasilise jahutusvedeliku soojus reaktori väljalaskeava juures ... Vee otsene lagunemine reaktsiooni teel
Н 2 О «Н 2 + 0,5 О 2 + D H
teostamatu, kuna vajalikul kõrgel temperatuuril (umbes 1000 ° C) on reaktsiooni tasakaalukonstant tühine (10–6). Protsessi rakendamine on võimalik, asendades vee otsese lagunemise reaktsiooni termokeemilise tsükliga, mis koosneb mitmest etapist, millest igaühe jaoks on tasakaalukonstandi väärtused praktikas vastuvõetavad. Vee lagundamiseks tuumareaktorite jahutusgaaside soojuse kasutamise seisukohalt kättesaadavatel temperatuuridel on välja töötatud ja välja pakutud mitmesuguseid termokeemilisi tsükleid. Enamikus kavandatud tsüklites on vaheainetel kõrge afiinsus vesiniku või hapniku suhtes - need on halogeenid, IV rühma elemendid (väävel), II rühma metallid (Mg, Ca. Ba) ja muutuva oksüdatsiooniga üleminekuelemendid olek (V, Fe). Allpool on üks näide termokeemilisest reaktsioonide tsüklist, mis viib vee lagunemiseni H2-ks ja O2-ks:
Kogu vee lagunemise termokeemiline tsükkel on suletud tsükkel, kuna kõik algsed reagendid eraldatakse reaktsioonisaadustest ja suunatakse tagasi tsüklisse, välja arvatud vesiniku ja hapniku moodustamiseks kuluv vesi. Maksimaalne reaktsioonitemperatuur ei ületa 700 ° C ja nende tuumareaktori väljalaskeava juures võib olla jahutusvedelik, mille tase on 800–900 ° C.
Praegu ei ole tööstuses veel ühtegi kavandatud termokeemilist tsüklit rakendatud ning tsüklite efektiivsuse väärtust, samuti selle meetodiga vesiniku hankimise maksumuse arvutusi pole veel kindlaks tehtud.
Vesiniku tootmise kombineeritud meetod seisneb protsessi termo- ja elektrokeemiliste etappide kombineerimises. Kombineeritud meetodi eeldatavad eelised on see, et saab kasutada iga vaadeldava meetodi eeliseid: elektrokeemiline on hästi valdatud, lihtsa riistvarakujundusega ja termokeemiline on ökonoomsem, kuid vähe valdatud ja sisaldab etappe, mis on tööstuslikuks rakendamiseks keeruline.
Näiteks on väävelhappe kombineeritud tsükkel veest vesiniku ja hapniku tootmiseks. See on kaheastmeline protsess, mis koosneb kahest etapist
1.termokeemiline - endotermiline reaktsioon, mis viiakse läbi temperatuuril 900 °C
H 2 SO 4 = H 2 O + SO 2 + ½ O 2
2. madala temperatuuriga elektrokeemiline protsess:
2H 2O + SO 2 - 2e - = H2 + H2SO4
Viimast reaktsiooni saab teostada ainult elektrolüüsi teel, kuna selle tasakaalukonstant ja teoreetiline vesiniku saagis on äärmiselt väikesed. Kombineeritud paigaldise energiaallikaks võib olla aatomgaasireaktor, mis varustab termokeemilist etappi heitsoojuse ja elektrokeemilise faasi elektriga. Arvestuslikud kulud koostootmisjaamale on väiksemad kui vee otsesel elektrolüüsil. Protsessi koguefektiivsus peaks olema 35 - 37%. Ekspertide sõnul on termokeemiliste ja elektrokeemiliste etappide kombinatsioon veest suuremahulise vesiniku tootmise kõige lootustandvam suund.
Peamine meetod saamine vesinik a sünteesi jaoks ammoniaak on an katalüütiline muundamine metaan . Toored materjalid selle meetodi jaoks on maagaas ja sellega seotud gaas sisaldavad kuni 90-98% metaan .
Ammoniaagi tootmisel kasutatakse toorainena kivisütt, koksi, koksiahju ja maagaasi. Sel juhul on põhiliseks tooraineks ikkagi maagaas.
Natuke ajalugu
20. sajandil töötas kuulus keemik Haber välja ammoniaagi füüsikalis-keemilise sünteesi. Sellesse lavastusse andsid oma panuse ka Haberi järgijad. Niisiis suutis Mittash välja töötada tõhusa katalüsaatori, Bosch lõi spetsiaalse varustuse.
Mittash katsetas katalüsaatoritena tohutul hulgal segusid (umbes 20 tuhat), kuni asus Rootsi magnetiidile, mille koostis on sama mis tänapäeval aktiivselt kasutatavatel katalüsaatoritel. Kaasaegsed katalüsaatorid on teras, millele on lisatud vähesel määral alumiiniumoksiidi ja kaaliumi.
Nõukogude ajal tehti ammoniaagi sünteesi kineetika ja termodünaamika uurimisel tohutult palju tööd teadusasutustes ja tehaste laborites. Olulise panuse ammoniaagi tootmistehnoloogia enda täiustamisse andsid lämmastikväetise tehaste insenerid ja töölised, kes olid tootmise uuendajad. Nende tööde tulemusena intensiivistus oluliselt kogu tehnoloogiline protsess, loodi täiesti uued spetsialiseeritud aparaatide konstruktsioonid ja alustati ammoniaagitootmise ehitamist.
Nõukogude ammoniaagi tootmissüsteemi iseloomustas piisav ökonoomsus ja kõrge tootlikkus.
Esimene praktiline rakendus, mis kinnitas pakutud teooria edu, oli sellise olulise keemilise tehnoloogia protsessi arendamine nagu ammoniaagi süntees.
Üks üsna tõhusaid viise ammoniaagi tootmise tehnoloogia täiustamiseks on puhumisgaaside kasutamine. Kaasaegsed paigaldised eraldavad ammoniaagi sellistest gaasidest külmutamise teel.
Pärast ammoniaagi tootmist puhastatavaid gaase saab kasutada madala kalorsusega kütusena. Mõnikord visatakse need lihtsalt atmosfääri. Põlemisgaasid tuleb juhtida toruahju (metaani reformimise seade). See säästab tooraine (maagaasi) kulu.
Nende gaaside kasutamiseks on veel üks viis. See on nende eraldamine sügavjahutustehnikate abil. See meetod vähendab valmistoodete (ammoniaagi) kogumaksumust. Samuti on selles tehnoloogilises protsessis saadav argoon palju odavam kui analoog, kuid taaskasutatakse õhueraldusseadmes.
Puhastusgaasid sisaldavad suurenenud inertsete ainete sisaldust, mis aitavad kaasa vähem intensiivsele reaktsioonile.
Ammoniaagi tootmisskeem
Ammoniaagi valmistamise tehnoloogia üksikasjalikuks uurimiseks on vaja kaaluda ammoniaagi eraldamise protsessi sellistest lihtsatest ainetest nagu vesinik ja lämmastik. Tulles tagasi koolitaseme keemia juurde, võib märkida, et seda reaktsiooni iseloomustab pöörduvus ja mahu vähenemine.
Kuna see reaktsioon on eksotermiline, nihutab temperatuuri alandamine tasakaalu ammoniaagi vabanemise kasuks. Kuid sel juhul väheneb oluliselt keemilise reaktsiooni enda kiirus. Seetõttu viiakse süntees läbi katalüsaatori juuresolekul ja hoides temperatuuri umbes 550 kraadi.
Peamised ammoniaagi tootmise meetodid
Praktikast on teada järgmised tootmismeetodid:
- madalal rõhul (umbes 15 MPa);
- keskmisel rõhul (umbes 30 MPa) - kõige levinum meetod;
- kõrgel rõhul (umbes 100 MPa).
Lisandid nagu vesiniksulfiid, vesi ja süsinikmonooksiid mõjutavad negatiivselt ammoniaagi sünteesi. Et need ei vähendaks katalüsaatori aktiivsust, tuleb lämmastiku-vesiniku segu põhjalikult puhastada. Kuid isegi sellistel tingimustel muutub ainult osa segust tulevikus ammoniaagiks.
Seega vaatame lähemalt ammoniaagi tootmisprotsessi.
Tootmistehnoloogia
Ammoniaagi tootmisskeem näeb ette maagaasi loputamise vedela lämmastikuga. Sel juhul on vaja gaasi muundamine läbi viia kõrgel temperatuuril, rõhul kuni 30 atmosfääri ja temperatuuril umbes 1350 kraadi. Ainult sel juhul on muundatud kuival gaasil madalad hapniku ja maagaasi voolukiirused.
Kuni viimase ajani põhines ammoniaagi tootmine, mille tehnoloogia sisaldas kasutatud seadmete vahel nii jada- kui ka paralleelühendusi, põhiseadmete funktsioonide dubleerimisel. Tootmisprotsessi sellise korralduse tulemuseks oli tehnoloogilise kommunikatsiooni märkimisväärne venitus.
Seal on kaasaegne ammoniaagi tootmine, mille tehnoloogia näeb juba ette 1360 tonnise võimsusega tehase kasutamist ööpäevas. See seade sisaldab vähemalt kümmet konversiooni-, sünteesi- ja puhastusseadet. Järjestikused paralleelsed tehnoloogiad moodustavad iseseisvad divisjonid (töökojad), mis vastutavad tooraine töötlemise üksikute etappide läbiviimise eest. Seega võimaldab organiseeritud ammoniaagi tootmine oluliselt parandada töötingimusi spetsialiseeritud tehastes, viia läbi automatiseerimist, mis viib kogu tehnoloogilise protsessi stabiliseerumiseni. Need täiustused toovad kaasa ka sünteetilise ammoniaagi tootmise üldise tehnoloogia olulise lihtsustamise.
Uuendused ammoniaagi tootmistehnoloogias
Kaasaegne ammoniaagi tootmine tööstuses kasutab toorainena odavamat tüüpi maagaasi. See vähendab oluliselt valmistoote maksumust. Lisaks saab tänu sellisele organisatsioonile parandada töötingimusi vastavates tehastes, samuti on oluliselt lihtsustatud ammoniaagi keemiline tootmine.
Tootmisprotsessi omadused
Tootmisprotsessi edasiseks täiustamiseks on vaja vabastada gaaside puhastamise mehhanismid kahjulikest ja tarbetutest lisanditest. Selleks kasutatakse peenpuhastusmeetodit (adsorptsioon ja prekatalüüs). 
Seda juhul, kui ammoniaagi tootmisel ei ole ette nähtud gaasipuhastust vedela lämmastikuga, kuid süsinikmonooksiidi muundamine madalal temperatuuril on saadaval. Hapnikuga rikastatud õhku saab kasutada maagaasi muundamiseks kõrgel temperatuuril. Sel juhul on vaja tagada, et metaani kontsentratsioon muundatud gaasis ei ületaks 0,5%. Selle põhjuseks on kõrge temperatuur (umbes 1400 kraadi), mis tõuseb keemilise reaktsiooni käigus. Seetõttu jälgitakse seda tüüpi tootmise tulemusena algsegus kõrge inertgaasi kontsentratsioon ja selle tarbimine on 4,6% suurem kui sama tarbimine hapnikuga muundamisel kontsentratsiooniga 95%. Samal ajal on hapnikutarbimine 17% väiksem.
Protsessi gaasi tootmine
See tootmine on ammoniaagi sünteesi algetapp ja see viiakse läbi rõhu all umbes 30 at. Selleks surutakse maagaas kompressori abil rõhuni 40 atm, seejärel kuumutatakse see spiraalis, mis asub toruahjus, kuni 400 kraadini ja juhitakse väävlitustamise kambrisse.
Kui puhastatud maagaasis on väävlit koguses 1 mg/m3, tuleb see segada veeauruga sobivas vahekorras (4:1).
Vesiniku ja süsinikmonooksiidi vaheline reaktsioon (nn metaneerimine) tekitab tohutul hulgal soojust ja oluliselt väheneb ruumala.
Tootmine vask-ammoniaagi puhastamisega
Teostatakse juhul, kui ammoniaagi tootmine ei sisalda vedela lämmastiku loputamist. See protsess kasutab vase-ammoniaagi puhastamist. Sel juhul kasutatakse sellist ammoniaagi tootmist, mille tehnoloogilises skeemis kasutatakse hapnikuga rikastatud õhku. Samal ajal peavad spetsialistid tagama, et metaani kontsentratsioon muundatud gaasis ei ületaks 0,5%, see näitaja on otseselt seotud temperatuuri tõusuga 1400 kraadini reaktsiooni ajal.
Ammoniaagi tootmise arengu põhisuunad
Esiteks on lähitulevikus vajalik koostöö mahe- ja lämmastikutööstuse vahel, mis peaks põhinema selliste toorainete kasutamisel nagu maagaas või nafta rafineerimisgaas. 
Teiseks peaks toimuma kogu toodangu ja selle üksikute komponentide järkjärguline konsolideerimine.
Kolmandaks, keemiatööstuse arengu praeguses etapis on vaja läbi viia aktiivsete katalüütiliste süsteemide arendamise uuringuid, et saavutada tootmisprotsessis maksimaalne rõhu vähenemine.
Neljandaks peaks praktikasse jõudma spetsiaalsete kolonnide kasutamine sünteesi läbiviimiseks "keevkihi" katalüsaatori kasutamisega.
Viiendaks, tootmise efektiivsuse tõstmiseks on vaja parandada soojuskasutussüsteemide tööd.
Järeldus
Ammoniaak on keemiatööstuses ja põllumajanduses hädavajalik. Seda kasutatakse toorainena lämmastikhappe, selle soolade, aga ka ammooniumisoolade ja erinevate lämmastikväetiste tootmisel.
1. Keemiline side ammoniaagi molekulis: A) ioonne; B) kovalentne polaarne; C) kovalentne mittepolaarne. 2. Kuidas saadakse ammoniaaki laboris: A) otsesel sünteesil lämmastikust ja vesinikust; B) ammooniumisoolade termiline lagunemine; C) ammooniumisoolade koostoime leelistega. 3. Kuidas eristada ammooniumkloriidi ja naatriumkloriidi: A) lõhna järgi; B) hõbenitraadi toimel; C) kuumutamisel leelise toimel. 4. Ammoniaagi vesilahus ei reageeri: A) vesinikkloriidhappega; B) kaltsiumhüdroksiidiga; B) veega. 5. Ammoniaak on võimeline oksüdeeruma vabaks lämmastikuks: A) ilma katalüsaatorita; B) suurenenud rõhuga; B) katalüsaatoriga. 6. Ammooniumiooni (katiooni) moodustumise mehhanism: A) doonor-aktseptor; B) ioonsed; B) radikaalne; 7. Reaktsioonivõrrand NaOH + NH 4 Cl = NaCl + NH 3 + H 2 O vastab lühikesele ioonsele: A) NH H + = NH 4 + B) NH 4 + = NH 3 + H + C) NH OH¯ = NH 3 + H 2 O B C C B A A C
Ammoniaagi tootmine Laboris toodetakse ammoniaaki kaltsiumhüdroksiidi ja ammooniumsulfaadi segu nõrgal kuumutamisel. Koostage ammoniaagi saamise reaktsiooni võrrand. Ca (OH) 2 + 2 (NH 4) 2 SO 4 = CaSO 4 + 2NH 3 + 2H 2 O Tööstuses saadakse ammoniaaki sünteesi teel lämmastiku-vesiniku segust 200 atm, 400 °C, Fe N 2 + 3H 2 2NH 3 või Ca (OH) 2 + 2NH 4 Cl = CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O katse
Füüsikalised omadused Ammoniaak on terava iseloomuliku lõhnaga värvitu gaas, õhust kergem. Määrake ammoniaagi tihedus õhus. Rõhu kergel tõusul või temperatuurini -33 °C jahutamisel ammoniaak veeldub, muutudes värvituks liikuvaks vedelikuks. Ammoniaak lahustub vees: 700 mahuosa ammoniaaki lahustatakse 1 mahuosa vees toatemperatuuril ja 1200 mahuosa 0 ° C juures. D õhk. (NH3) = M (õhk) / M (NH3) = 29 g / mol / 17 g / mol = 1,7 korda
Keemilised omadused NH 3 + H 2 O NH 3 H 2 O NH OH - 1) Ammoniaagi lahustumisega vees kaasneb sellega keemiline koostoime: NH + H + + H HH HH HHN + doonoraktseptor ammooniumkatioon 2) Ammoniaagi interaktsioon hapetega: NH 3 + HCl = NH 4 Cl Kirjutage üles ammoniaagi reaktsioonide võrrandid väävelhappega (koos keskmise ja happeliste soolade moodustumisega), lämmastikhappega. NH 3 + H 2 SO 4 = (NH 4) 2 SO 4 NH 3 + H 2 SO 4 = NH 4 HSO 4 Sidemete moodustumise mehhanism - doonor-aktseptor NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 eksperiment
3) Ammoniaagi oksüdeerimine (katalüsaatoriga) 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O Käsitlege reaktsiooni redoksreaktsioonina. Nimetage oksüdeeriv aine, redutseerija. N –3 - 5e N oksüdatsioon O e 2O –2 4 5 NH 3 redutseerimine (N –3 tõttu) - redutseerija; О 2 on oksüdeeriv aine.
4) Ammoniaagi oksüdeerimine (ilma katalüsaatorita) 4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O Käsitlege reaktsiooni redoksreaktsioonina. Nimetage oksüdeeriv aine, redutseerija. N –3 - 5e N oksüdatsioon O e 2O –2 4 5 NH 3 redutseerimine (N –3 tõttu) - redutseerija; О 2 on oksüdeeriv aine. 5) Ammoniaak on võimeline redutseerima madala aktiivsusega metallide oksiide NH 3 + CuO N 2 + Cu + H 2 O Vaatleme reaktsiooni redoksreaktsioonina. Nimetage oksüdeeriv aine, redutseerija. Korraldage koefitsiendid. 2N –3 - 6e N oksüdatsioon Cu e Cu redutseerimine NH 3 (N –3 tõttu) - redutseerija; CuO (Cu +2 tõttu) on oksüdeeriv aine. 2NH3 + 3CuO = N2 + 3Cu + 3H2O katse
6) Aktiivsed metallid on võimelised asendama vesinikuaatomit ammoniaagis. Vedelas ammoniaagis kastetud naatriumitükk muudab selle lillaks, aja jooksul värvus kaob ja pärast ammoniaagi aurustumist jääb klaasi põhja valge naatriumamiidi pulber: vaatleme reaktsiooni kui redoksreaktsiooni. Nimetage oksüdeeriv aine, redutseerija. Korraldage koefitsiendid. NH 3 + Na NaNH 2 + H 2 2H e H Na 0 - 1e Na NH 3 (H +1 tõttu) - oksüdeeriv aine, redutseerimisprotsess; Na 0 - redutseerija, oksüdatsiooniprotsess. 2NH3 + 2Na = 2NaNH2 + H2 naatriumamiid
Laboratoorsed katsed: Ammooniumisoolade omadused Viige läbi ammooniumiiooni kvalitatiivne reaktsioon. Asetage ammooniumkloriidi ja kaltsiumhüdroksiidi segu katseklaasi ja soojendage segu. Määrake tekkiv ammoniaak selle iseloomuliku lõhna järgi ja kasutage niisket testpaberit.
NH
1. Ammoniaagi vesilahuses on: A) aluseline keskkond; B) happeline keskkond; B) neutraalne keskkond; D) ülalnimetatute hulgas pole õiget vastust. 2. Ammoniaagi vastasmõju vesinikkloriidiga viitab reaktsioonidele: A) lagunemine; B) ühendused; B) asendamine; D) vahetada. 3. Ammoniaak interakteerub kuumutatud vask(II)oksiidiga, redutseerides selle metalliliseks vaseks. Sel juhul oksüdeeritakse ammoniaak: A) vabaks lämmastikuks; B) lämmastikoksiid (IV); B) lämmastikoksiid (II); D) lämmastikoksiid (V). 4. Kas ammoniaagi redoksreaktsioon ei toimu: A) hapnikuga katalüsaatori puudumisel; B) hapnik katalüsaatori juuresolekul; B) vesinikkloriidhape; D) vask(II)oksiid. 5. Laboratoorsed meetodid ammoniaagi tootmiseks on: A) süntees lämmastikust ja vesinikust; B) ammooniumkloriidi koostoime leelistega; C) ammooniumkloriidi termiline lagunemine; D) kõik ülaltoodud vastused on õiged. 6. Kirjutage ammoniaagi ja väävelhappe reaktsiooni võrrand molaarsuhetes 1:1 ja 2:1. Nende reaktsioonide koefitsientide summad on võrdsed A) 3 ja 5; B) 3 ja 4; B) 4 ja 5; D) 5 ja 6. A D A C B B
Ammoniaak- kerge, värvitu ebameeldiva terava lõhnaga gaas. See on keemiatööstuse jaoks väga oluline, kuna sisaldab ühte lämmastikuaatomit ja kolme vesinikuaatomit. Ammoniaaki kasutatakse peamiselt lämmastikku sisaldavate väetiste, ammooniumsulfaadi ja karbamiidi tootmiseks, lõhkeainete, polümeeride ja muude toodete valmistamiseks, ammoniaaki kasutatakse ka meditsiinis.
Ammoniaagi tootmine tööstuses ei ole lihtne, töömahukas ja kallis protsess, mis põhineb selle sünteesil vesinikust ja lämmastikust katalüsaatori abil kõrgel temperatuuril ja rõhu all. Aktiveeritakse oksiidide poolt katalüsaatorina kasutatakse kaalium- ja alumiiniumkäsnrauda. Ammoniaagi sünteesiks kasutatavad tööstusettevõtted põhinevad gaaside tsirkulatsioonil. See näeb välja järgmine: reageerinud gaasisegu, mis sisaldab ammoniaaki, jahutatakse ning toimub kondenseerumine ja ammoniaagi eraldumine ning reageerimata jäänud lämmastik ja vesinik segatakse uue gaasikogusega ja suunatakse uuesti katalüsaatorisse.
Mõelge sellele ammoniaagi tööstusliku sünteesi protsessile, mis toimub mitmes etapis, üksikasjalikumalt. Esimeses etapis eemaldatakse maagaasist väävel tehnilise väävlitustaja abil. Teises etapis viiakse metaani muundamise protsess läbi temperatuuril 800 kraadi Celsiuse järgi nikkelkatalüsaatoril: reaktsiooniks sobib vesinik ammoniaagi sünteesiks juhitakse reaktorisse lämmastikku sisaldav õhk. Selles etapis süsiniku osaline põlemine toimub ka pärast selle vastasmõju hapnikuga, mis sisaldub samuti õhus: 2 H2O + O2-> H2O (aur).
Selle etapi tulemus tootmine on veeauru ning süsiniku (sekundaarse) ja lämmastiku oksiidide segu saamine. Kolmas etapp koosneb kahest protsessist. Niinimetatud "nihke" protsess toimub kahes "nihke" reaktoris. Esimeses kasutatakse Fe3O4 katalüsaatorit ja reaktsioon kulgeb kõrgel temperatuuril, suurusjärgus 400 kraadi Celsiuse järgi... Teises reaktoris kasutatakse tõhusamat vaskkatalüsaatorit ja see töötab madalamal temperatuuril. Neljas etapp hõlmab gaasisegu puhastamist süsinikmonooksiidist (IV).
See puhastamine viiakse läbi gaasisegu pesemisega leeliselise lahusega, mis imab oksiidi. Reaktsioon 2 H2O + O2H2O (aur) on pöörduv ja pärast kolmandat etappi jääb gaasisegusse ligikaudu 0,5% süsinikmonooksiidi. Sellest kogusest piisab raudkatalüsaatori rikkumiseks. Neljandas etapis eemaldatakse süsinikmonooksiid (II), muutes vesiniku metaaniks nikkelkatalüsaatoril temperatuuril 400 kraadi Celsiuse järgi: CO + 3H2 -> CH4 + H2O
Gaasi segu, mis ligikaudu sisaldab? 74,5% vesinikku ja 25,5% lämmastikku surutakse kokku. Kokkupressimisel tõuseb segu temperatuur kiiresti. Pärast kokkupressimist jahutatakse segu temperatuurini 350 kraadi Celsiuse järgi. Seda protsessi kirjeldatakse reaktsiooniga: N2 + 3H2 - 2NH3 ^ + 45,9 kJ. (Gerberi protsess)
Seotud artiklid:
 |
Tihedatest kipskivimitest koosnevat pariisikrohvi toodetakse kolmes põhietapis. Esiteks purustatakse kipskivi, seejärel jahvatatakse saadud tooraine ja ... |
 |
Keemiajäätmed on keemiatööstuse jäätmed, mis sisaldavad kahjulikke aineid, mis oma mürgise toimega organismile ohustavad inimest. Keemiatööstus on tööstusharu, mis tegeleb ... |
 |
Kaasaegne ammoniaagi tootmisprotsess põhineb selle sünteesil lämmastikust ja vesinikust temperatuuril 380–450 0C ja rõhul 250 atm, kasutades raudkatalüsaatorit:
N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g)
Lämmastikku saadakse õhust. Vesinik saadakse vee (auru) redutseerimisel maagaasist või naftast saadava metaani abil. Tööstusbensiin (bensiin) on alifaatsete süsivesinike vedel segu, mis saadakse toornafta töötlemisel (vt ptk 18).
Kaasaegse ammoniaagitehase töö on väga keeruline. Joonisel fig. 7.2 on maagaasil töötava ammoniaagitehase lihtsustatud diagramm. See tegevusskeem sisaldab kaheksat etappi.
1. etapp. Väävli eemaldamine maagaasist. See on vajalik, kuna väävel on katalüütiline mürk (vt punkt 9.2).
2. etapp. Vesiniku tootmine auru redutseerimisel temperatuuril 750 0C ja rõhul 30 atm, kasutades nikkelkatalüsaatorit:
CH4 (g) + H2O (g) = CO (g) + ZN2 (g)
3. etapp. Õhu sisselaskeava ja vesiniku osa põletamine sissepuhkeõhu hapnikus:
2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g) Tulemuseks on veeauru, süsinikmonooksiidi ja lämmastiku segu. Veeaur redutseeritakse vesinikuks, nagu 2. etapis.
4. etapp. 2. ja 3. etapis moodustunud süsinikmonooksiidi oksüdeerimine süsinikdioksiidiks järgmise "nihke" reaktsiooniga: CO (g.) + H2O (g.) = CO2 (g.) + H2 (g.)
See protsess viiakse läbi kahes "nihkereaktoris". Esimeses neist kasutatakse raudoksiidkatalüsaatorit ja protsess viiakse läbi temperatuuril umbes 400 ° C. Teises kasutatakse vaskkatalüsaatorit ja protsess viiakse läbi temperatuuril 220 ° C.
5. etapp. Süsinikdioksiidi väljapesemine gaasisegust, kasutades kaaliumkarbonaadi puhverlahust või mistahes amiini, näiteks etanoolamiin NH2CH2CH2OH lahust. Süsinikdioksiid lõpuks veeldatakse ja seda kasutatakse karbamiidi valmistamiseks või eraldub atmosfääri.
6. etapp. Pärast 4. etappi jääb gaasisegusse veel umbes 0,3% vingugaasi. Kuna see võib ammoniaagi sünteesi ajal (8. etapis) mürgitada raudkatalüsaatorit, eemaldatakse süsinikmonooksiid vesinikuga konversiooni teel nikkelkatalüsaatoril metaaniks temperatuuril 325 ° C.
7. etapp. Gaasi segu, mis sisaldab nüüd ligikaudu 74% vesinikku ja 25% lämmastikku, surutakse kokku; samal ajal kui selle rõhk tõuseb 25-30 atm-lt 200 atm-ni. Kuna see toob kaasa segu temperatuuri tõusu, jahutatakse see kohe pärast kokkupressimist.
8. etapp. Kompressorist väljuv gaas siseneb nüüd "ammoniaagi sünteesitsüklisse". Joonisel fig. 7.2 annab sellest etapist lihtsustatud ülevaate. Esiteks siseneb gaasisegu katalüüsmuundurisse, mis kasutab raudkatalüsaatorit ja hoiab temperatuuri 380–450 ° C. Sellest muundurist väljuv gaasisegu ei sisalda rohkem kui 15% ammoniaaki. Seejärel ammoniaak veeldatakse ja suunatakse vastuvõtupunkrisse ning reageerimata gaasid suunatakse tagasi konverterisse.
