Производство азотной кислоты
4.1 Физико-химические основы и принципиальная схема процесса прямого синтеза
В основе прямого синтеза концентрированной азотной кислоты лежит взаимодействие жидкого тетроксида азота с водой и газообразным кислородом под давлением 5 МПа, протекающее по уравнению:
Необходимое условие этого процесса -- предварительное получение жидкого тетроксида из нитрозного газа. 100% -ный оксид азота (IV) димеризуется в тетроксид уже при атмосферном давлении и температуре 21,5С. Однако в нитрозном газе его содержание составляет не более 11%. Перевести оксид азота (IV) в тетроксид при такой концентрации его при атмосферном давлении невозможно. Даже при -- 20°С и давлении 1 МПа степень превращения его в тетроксид в этом случае не превышает 85%.
Для выделения 100%-ного диоксида азота (IV) из нитрозного газа используют его способность растворяться в концентрированной азотной кислоте с образованием нитроолеума состава HNO3.NO2. При последующем разложении нитроолеума образуется концентрированная азотная кислота как товарный продукт и оксид азота (IV), сжижаемый при охлаждении в тетроксид азота. Процесс этот представлен в виде схемы на рис. 5.
Процесс прямого синтеза концентрированной азотной кислоты включает следующие стадии:
1. Выделение тетроксида азота из нитрозного газа:
Рис-5. Схема выделения оксида азота (IV) из нитрозного газа
2. Образование азотной кислоты:
3. Окисление оксида азота (II) концентрированной азотной кислотой:
Суммарное уравнение процесса с учетом агрегатного состояния реагентов:
Решающее значение в этом процессе имеет полнота сдвига равновесия:
которая определяется содержанием оксида азота (IV) в нитрозном газе, температурой и давлением. Поэтому, концентрация получаемой азотной кислоты зависит от давления (рис. 6).
Рис. 6. Взаимозависимость концентрации азотной кислоты и давления